木星没有实体表面

2022-07-02

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为什么木星没有可以站在上面的表面呢?

在地球上,我们有一个相当戏剧性的转变,从气体(大气层)到固体(地壳)。这种急剧的转变创造了一种介质,我们可以很容易地在空气中移动,但固体会产生足够的阻力,支撑我们——我们可以站在固体上。

在木星上没有这样的转变。相反,随着我们深入木星的大气层,它的密度会越来越大。最终气态的氢变成液态的氢。我们不断下降,密度越来越大直到液态氢变成超级热的液态金属。如果我们继续下降,我们可能最终会到达一个坚固的核心。但木星内部的压力是地球的数百万倍。热量和压力会在我们到达那个核心之前很久就毁掉我们和我们的飞船。液体的极端密度使我们甚至不可能把自己推进核心。

因为它主要是氢,它的临界点只有33k。在超临界流体中,气液之间不存在相变。在地球上存在分离的液态水和水蒸气状态,因为我们低于水的临界点647k和22个大气压。这就是为什么核反应堆在低于这个温度和压力的情况下运行。

在木星更深处,有一个从分子的超临界流体到金属的转变,这意味着电子可以自由移动,而不是被束缚在单个原子或分子上。这种转变的深度、压力和温度都非常高,与地球中心的转变相当。我不知道这种转变有多明显,但它远远低于人类和探测器的触及范围。

我们假设在木星中心附近有一个重元素的核心,但即使在那里,我们也不知道是否有一个明显的表面,或者其中一些是否被金属氢吞没并混合到电流中。

最后,木星大气中氖元素和氦元素的耗竭表明,这些元素正在缓慢凝结成水滴,慢慢地穿过金属氢,释放出引力能。这是否意味着这些元素聚集在核之上的一层呢?

很多人都说木星是气体行星,没有固态表面,那么木星可以登陆吗?

木星是气态行星,地表不是岩石的,无法着陆的。上图是伽利略木星大气探测器测量的木星大气温度-气压-径向分布图,到达木星大气一个大气深度,温度大约零下100℃,继续往下132公里,温度已接近300℃,此刻探测器已损坏,不再发回信号,所以登陆木星和登陆太阳难度相当。

木星有地表吗?

木星是天空中第四亮的物体(次于太阳,月球和金星;有时候火星更亮一些),早在史前木星就已被人类所知晓。根据伽利略1610年对木星四颗卫星:木卫一,木卫二,木卫三和木卫四(现常被称作伽利略卫星)的观察,它们是不以地球为中心运转的第一个发现,也是赞同哥白尼的日心说的有关行星运动的主要依据。

气态行星没有实体表面,它们的气态物质密度只是由深度的变大而不断加大(我们从它们表面相当于1个大气压处开始算它们的半径和直径)。我们所看到的通常是大气中云层的顶端,压强比1个大气压略高。

木星由90%的氢和10%的氦(原子数之比, 75/25%的质量比)及微量的甲烷、水、氨水和“石头”组成。这与形成整个太阳系的原始的太阳系星云的组成十分相似。土星有一个类似的组成,但天王星与海王星的组成中,氢和氦的量就少一些了。

我们得到的有关木星内部结构的资料(及其他气态行星)来源很不直接,并有了很长时间的停滞。(来自伽利略号的木星大气数据只探测到了云层下150千米处。)

木星可能有一个石质的内核,相当于10-15个地球的质量。

内核上则是大部分的行星物质集结地,以液态氢的形式存在。这些木星上最普通的形式基础可能只在40亿巴压强下才存在,木星内部就是这种环境(土星也是)。液态金属氢由离子化的质子与电子组成(类似于太阳的内部,不过温度低多了)。在木星内部的温度压强下,氢气是液态的,而非气态,这使它成为了木星磁场的电子指挥者与根源。同样在这一层也可能含有一些氦和微量的冰。

最外层主要由普通的氢气与氦气分子组成,它们在内部是液体,而在较外部则气体化了,我们所能看到的就是这深邃的一层的较高处。水、二氧化碳、甲烷及其他一些简单气体分子在此处也有一点儿。
云层的三个明显分层中被认为存在着氨冰,铵水硫化物和冰水混合物。然而,来自伽利略号的证明的初步结果表明云层中这些物质极其稀少(一个仪器看来已检测了最外层,另一个同时可能已检测了第二外层)。但这次证明的地表位置十分不同寻常--基于地球的望远镜观察及更多的来自伽利略号轨道飞船的最近观察提示这次证明所选的区域很可能是那时候木星表面最温暖又是云层最少的地区。

来自伽利略号的大气层数据同样证明那里的水比预计的少得多,原先预计木星大气所包含的氧是目前太阳的两倍(算上充足的氢来生成水),但目前实际集中的比太阳要少。另外一个惊人的消息是大气外层的高温和它的密度。

木星和其他气态行星表面有高速飓风,并被限制在狭小的纬度范围内,在接近纬度的风吹的方向又与其相反。这些带中轻微的化学成分与温度变化造成了多彩的地表带,支配着行星的外貌。光亮的表面带被称作区(zones),暗的叫作带(belts)。这些木星上的带子很早就被人们知道了,但带子边界地带的漩涡则由旅行者号飞船第一次发现。伽利略号飞船发回的数据表明表面风速比预料的快得多(大于400英里每小时),并延伸到根所能观察到的一样深的地方,大约向内延伸有数千千米。木星的大气层也被发现相当紊乱,这表明由于它内部的热量使得飓风在大部分急速运动,不像地球只从太阳处获取热量。

木星表面云层的多彩可能是由大气中化学成分的微妙差异及其作用造成的,可能其中混入了硫的混合物,造就了五彩缤纷的视觉效果,但是其详情仍无法知晓。

色彩的变化与云层的高度有关:最低处为蓝色,跟着是棕色与白色,最高处为红色。我们通过高处云层的洞才能看到低处的云层。

木星表面的大红斑早在300年前就被地球上的观察所知晓(这个发现常归功于卡西尼,或是17世纪的Robert Hooke)。大红斑是个长25,000千米,跨度12,000千米的椭圆,总以容纳两个地球。其他较小一些的斑点也已被看到了数十年了。红外线的观察加上对它自转趋势的推导显示大红斑是一个高压区,那里的云层顶端比周围地区特别高,也特别冷。类似的情况在土星和海王星上也有。目前还不清楚为什么这类结构能持续那么长的一段时间。
木星向外辐射能量,比起从太阳处收到的来说要多。木星内部很热:内核处可能高达20,000开。该热量的产量是由开尔文-赫尔姆霍兹原理生成的(行星的慢速重力压缩)。(木星并不是像太阳那样由核反应产生能量,它太小因而内部温度不够引起核反应的条件。)这些内部产生的热量可能很大地引发了木星液体层的对流,并引起了我们所见到的云顶的复杂移动过程。土星与海王星在这方面与木星类似,奇怪的是,天王星则不。
木星与气态行星所能达到的最大直径一致。如果组成又有所增加,它将因重力而被压缩,使得全球半径只稍微增加一点儿。一颗恒星变大只能是因为内部的热源(核能)关系,但木星要变成恒星的话,质量起码要再变大80倍。
宇宙飞船发回的考察结果表明,木星有较强的磁场,表面磁场强度达3~14高斯,比地球表面磁场强得多(地球表面磁场强度只有0.3~0.8高斯)。木星磁场和地球的一样,是偶极的,磁轴和自转轴之间有 10°8′的倾角。木星的正磁极指的不是北极,而是南极,这与地球的情况正好相反。由于木星磁场与太阳风的相互作用,形成了木星磁层。木星磁层的范围大而且结构复杂,在距离木星140万~700万公里之间的巨大空间都是木星的磁层;而地球的磁层只在距地心7~8公里的范围内。木星的四个大卫星都被木星的磁层所屏蔽,使之免遭太阳风的袭击。地球周围有条称为范艾伦带的辐射带,木星周围也有这样的辐射带。“旅行者1号”还发现木星背向太阳的一面有3万公里长的北极光。1981年初,当“旅行者2号”早已离开木星磁层飞奔土星的途中,曾再次受到木星磁场的影响。由此看来,木星磁尾至少拖长到6000万公里,已达到土星的轨道上。
木星的两极有极光,这似乎是从木卫一上火山喷发出的物质沿着木星的引力线进入木星大气而形成的。木星有光环。光环系统是太阳系巨行星的一个共同特征,主要由小石块和雪团等物质组成。木星的光环很难观测到,它没有土星那么显著壮观,但也可以分成四圈。木星环约有6500公里宽,但厚度不到10公里。

木星有实体吗?

木星没有实体,是一个高压气态星球

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