木星氣體行星的真相是什麼?核心瞬間破碎,45億年前發生了什麼?

2020-12-18 騰訊網

在這個宇宙中,我們現在能夠看到的樣子已經是一種比較穩定的狀態了。要知道宇宙中星球非常多,各個大大小小的星球在運行時受到的引力場是很複雜的。經過億萬年的磨合,現在各大天體基本上都已經按照一定的規律運行,基本上不會出現大星球碰撞的情況。除非突然有一顆流浪星球亂串,打亂了原有的穩定,那就有可能出現大星球碰撞的情況。其實在宇宙誕生之初,這樣混亂的情況應該是比較常見的。

在宇宙大爆炸不久,一切都還沒有塵埃落定。或許那時候的整個宇宙環境根本就不是現在這樣安定的樣子。近期就有研究認為,木星的之所以是氣體星球,是因為在45億年前有一顆大星球撞擊木星,把木星核心都撞散了。45億年太陽系剛剛形成不久,那時候整個宇宙環境確實是不大穩定,發生各種碰撞應該是有可能的。而木星作為類木行星的典型代表,赤道半徑71492千米,約為地球的11.2倍,體積約為地球的1318倍,遠超其他三個類木行星,土星、天王星以及海王星,但它的平均密度很低,不及地球的四分之一。它與類地行星大不相同,成分主要是氫、氦等輕元素。

但在八行星中,木星卻擁有最強的磁場。表面場強是地球的14倍,磁矩是地球的兩萬倍,還有最強大的磁層,廣袤的輻射帶,壯麗的極光,並是很強的分米波和十米波射電源。推測核心處為一個半徑約只有木星半徑5%的鐵-矽核。溫度達三萬K。其外是厚度達木星半徑60%的液態金屬氫殼層,再往外是厚度佔木星半徑35%的液態分子氫殼層,金屬氫和分子氫的過渡區溫度約一萬一千K,壓力達三百萬個地球大氣壓,最上層則是木星大氣,厚度達一千千米,但與行星半徑的尺度相比還只能算是一薄層。

根據2019年8月15號的一項科學報告,大約45億年前,年輕的木星與一顆比地球重十倍的行星胚胎發生正面碰撞。這次巨大碰撞從根本上徹底改變了木星的命運和特徵。而在這一次猛烈的撞擊中,形成了現在木星這樣的稀釋核心,也導致了木星核心還充斥著大量的氫和氦。一個國際研究小組在運行了大量三維計算機模擬後得出了這個結論,他們說這一發現有助於解釋環繞木星運行的朱諾號探測器所收集的一些令人困惑的測量數據。

而該小組利用朱諾號墜毀前執行任務傳來的數據。科學家們繪製出木星引力場的精確圖像,從而推斷出木星的組成和內部結構。他們發現木星的內核比預想的要更鬆散且更大,並根據朱諾號的數據表明,這顆行星的核心已經被稀釋,含有除氫和氦以外的重元素,其直徑幾乎達到木星半徑的一半,這對標準的行星形成理論提出了挑戰。研究人員稱一個可能的解釋是木星的內核剛開始更稠密,隨著時間的推移慢慢被破壞。不過這一假設仍舊包含了許多不確定性。因此科學家們提出,在太陽系的早期階段,一顆仍在形成的大型行星與年輕的木星正面相撞,可能粉碎這顆行星最初的緻密內核,導致重元素與其他密度較低的外層混合。

研究小組進行了數千次計算機模擬。結果表明,這種情況是有可能發生的,而且唯一的可能性是木星同一個質量約為地球質量十倍的,正在成型的行星迎面相撞,導致其內核變成現在的模樣。在此發現之前我們普遍認為木星的核心是緊湊和密集的,是一個比較小的核心,質量大概是地球的五到二十倍。然而,美國宇航局的朱諾探測器對木星抵近研究以後發現,這個巨大的木星的核心是一種延伸的稀釋狀態,主要由巖石材料、冰、氫、氦等物質組成。對於木星這樣的稀釋式核心科學家認為自然情況下是不會形成的。或許只有這樣劇烈的撞擊才能形成木星稀鬆的核心。既然稀釋的核心無法自然形成,或許只有在外力的作用下才能形成了。

為解釋木星的核心為何是鬆散狀態?根據朱諾號的影像資料,科學家提出了一種行星撞擊的觀點,誕生不久的木星和另一個巨大的行星胚胎發生了正面撞擊,就是這一次猛烈的碰撞,破壞了木星原始的那個很緊密的核心,並形成了現在我們所看的到的稀釋核心結構。研究人員認為與木星發生相撞的這個行星必須夠大質量,起碼要達到地球質量的十倍,因為較小的天體是無法穿透木星的濃厚的大氣層,更別說要擊毀木星的核心,而且這一次碰撞必須是正面碰撞,才能直接破壞木星的核心。如果不是直接碰撞,撞擊的那顆行星,只會慢慢地向木星的中心下沉,這樣的話動能是不足以擊毀木星的核心的。

雖然我們沒法回到45億年前去驗證這一點,但是從這個研究來看,木星與巨大的行星撞擊確實是有可能存在的。研究人員認為,木星與另一顆行星胚胎發生碰撞的可能性至少有四成,因為木星的鬆散狀態核心是沒法自然形成的,只有藉助強大的外力作用才能形成,而巨大的行星則可以做到這一點。而也正因為如此,木星被稱為了地球的守護神。也正是因為木星在地球的前方為我們抵擋了無數次小行星撞擊,所以地球才能夠在後方安穩的發展誕生了生命,並最終出現了智慧生命人類。如果地球的前方沒有木星或者木星的質量只有火星那麼大,地球遭遇小行星撞擊的概率將提升上千倍。像六千五百萬年前那樣的小行星撞擊事件可能會發生很多次。要知道,每一次那種級別的小行星撞擊帶來的都將是一場生物大滅絕事件。

如果小行星更大一些,有可能直接破壞地球的內核,讓地球內核停止運行,從而失去磁場。一旦沒有了磁場的保護,地球的大氣層會越來越稀薄,表面的液態水也會不斷流失,最終成為像火星一樣的荒蕪星球,自然也不可能讓生命延續,更不可能誕生人類。但像這樣猛烈撞擊的現象,現在我們基本上是看不到的了。當然輕微撞擊的情況倒是會有,只是沒這麼劇烈,如小行星就有可能與行星撞擊,因為小行星數量非常多,行星的引力比較大,時常會把小行星吸過來。在8月7號就有一個小天體與木星發生了猛烈的撞擊。當然,對於巨大的木星來說,只是撓痒痒。45億年前那次撞擊的效果可能只存在科學演示裡了。

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