木星是太陽系內第一大行星,系內位置排列第5,同時它也是一顆氣態巨行星,與其它氣態星球主要由原始的氫和氦構成一樣,它主要構成是約90%的氫和約10%的氦。我們知道當一個物體與一團氣體相撞,就會直接撞過去,只留下一道空洞的痕跡,不會發生隕石撞擊地球那樣的爆炸效應。
然而事情沒有我們想像的那樣簡單。
在1994年7月16日20時15分(標準英國格林尼治時間),天文學家觀察到了太陽系內最大的小行星撞擊大行星事件:一個直徑約有5km、名叫蘇梅克列維9號的彗星在它的軌道上飛行時經過木星附近,就被木星巨大的引力捕獲,然後被撕裂成21大碎塊,最大的碎塊直徑約有3.4km。21個碎塊排成一條直線,被木星引力一個個拽進了它的「血盆大口」。巨大的撞擊在木星表面雲層留下了21道巨大的疤痕,最大的能容下一個地球還有餘,撞擊時產生的火球從木星雲層上躥起2897km之高,產生的能量有廣島原子彈的5億倍。
整個撞擊過程持續了7天之久,到22日才結束。
如果這21個撞擊發生在地球上,6500萬年前的災難將會重現。
那麼有人就會問:木星是一顆氣態星球,為什麼1994年的蘇梅克列維彗星衝入木星時會發生撞擊的爆炸效應?
這就要從木星大氣層、彗星速度、彗星燃燒及爆炸點來分析。
木星距離地球最近時也有6.3億km,在地球上看只是一個小點。為了能充分認識木星,科學家在發達科技的前提下,發射了一個又一個探測器,近距離地去揭露它的真面目。
1610年,義大利天文學家伽利略就用望遠鏡觀察到了木星;360多年後,科技航天科技高速發展,人類為了更充分地認識木星,美國NASA在1972年發射了第一批木星探測器「先驅者10號」和「11號」,對木星進行了首次近距離訪問;1977年,再次發射了「旅行者一號」和「二號」系列,在掠過木星時拍下了它的火山噴發;2011年,發射了「朱諾號木星探測器」,從2016年抵達木星至今, 它仍然在木星上空進行探測任務。
由於這些探測器深入探測木星後,我們對於木星的認識越來越深入,這個問題就不難了。
一、氣體與氣態星球有天壤之別。我們知道的氣體就是空氣、氧氣、氫氣、煙霧等這些虛無縹緲、風一吹就散了的東西。專業的說就是只要所在的空氣等載體一發生動蕩,就會隨之飄散,因此無法聚集成形。因為氣體的密度太小。空氣在一個標準大氣壓下的密度是0.001293g/cm,密度最大的氣體溴也只有0.00714g/cm。密度小,分子間的引力就小,一個物體撞上去時的受力面積就很微小,沒有幾個與它摩擦生熱的實體分子,因此很難產生因摩擦而燃燒的效應。
但氣態星球的區別太大了,木星的平均密度約1.36g/cm,從密度來比較就已相差了幾千倍。它們雖然主要由氫、氦等氣體構成,這些氣體都是在幾十億年的引力坍縮下凝聚而成的一顆星球,就像木星、土星等,它們都是太陽誕生後的剩餘氣體在引力下聚集而成,中心都有一個實體內核。如果體積足夠大,就能成為一顆恆星,就像太陽。
由天文學家長期以來的探索,已經了解到木星的成分與太陽相似,如果木星再大7倍以上,就可以點燃內部的氫核聚變,成為第二個太陽。而越往內部,密度越大,壓強、溫度都會逐漸升高,並且它的內部有一圈厚厚的金屬氫之中包裹著很可能是個固態的石質內核。
二、爆炸有「物理爆炸」、「化學爆炸」、「核爆炸」和「高速碰撞」等。1994年的彗星撞擊木星就是「隕石高速碰撞爆炸」,這是一種在高速碰撞下由內能轉換為機械能的能量轉換。
就像地球上空的流星在大氣層上快速划過時就會燃燒一樣。木星的大氣層就在5000km之厚,21塊彗星的碎片以60km/s的速度與之發生劇烈的摩擦,很快產生了高溫而燃燒。由動能定理E=1/2mv(E是能量,m是質量,v是速度),推算出蘇梅克列維9號彗星最大的3.4km的隕石以60km/s的速度產生的能量約有6億億噸的TNT炸藥,是全球核彈總量的750倍。
為什麼一顆3.4km的隕石能產生這麼大的能量?
這就是愛因斯坦狹義相對論中的動力學所說:「當物體接近光速時,它動量和質量會迅速變大。」這顆隕石的速度有60km/s,宇宙第三速度也只有16.7km/s,已經是宇宙第三速度的3.6倍。當然木星巨大的引力才使它有這樣的速度。
另外,當一個物體的內能增加後,內部的壓力增高,分子之間的間隔縮小,碰撞的機率增加,爆炸極限增大,燃燒就會很容易,不可燃就會變成可燃。在壓力、溫度、動能到達一定值時,物體就會發生爆炸。
多數物體都有爆炸臨界點,比如香水的爆炸臨界點就是49℃。而1994年的蘇梅克列維彗星在以60km/的速度衝向彗星後,與木星大氣層發生劇烈摩擦,內部動能、壓力快速增高,越進入木星內部,受到的壓強和溫度越大,使它內部溫度可以高達幾千℃以上。促使它內部的分子急劇膨脹,終於撐不住而發生爆炸。
綜上所述,可以知道,1994年的蘇梅克列維9號彗星衝入木星時,並未與木星實體發生撞擊,而是在快速降落時使它內部的動能增加,達到臨界值時自行發生的爆炸,不能理解成隕石撞擊地球的爆炸。