航天器是如何利用木星的引力进行弹弓效应加速的?

航天器是如何利用木星的引力进行弹弓效应加速的?,第1张

要摆脱一个引力场的束缚,就必须要达到一定的初始速度。

以地球为例,如果人造卫星想要升空进入地球轨道围绕地球做圆周运动,那么就必须要达到第一宇宙速度,也就是79km/s。如果想要彻底摆脱地球引力束缚,去探索地外星球,那么就必须达到112km/s的初始速度。

而要想一鼓作气冲出太阳系,去往更为遥远的宇宙空间,那么就必须要达到167km/s的初始发射速度才行,这个速度又被称之为第三宇宙速度。要在发射时就实现167km/s的初始速度实非易事,所以要想让航天器冲出太阳系就需要让它们在飞行的过程中获得加速,而在太阳系之中,有很多天然的加速器,而在这些加速器之中,木星无疑是其中的佼佼者。

木星是太阳系中最大的行星质量达到了地球质量的318倍。

除去太阳以外,将太阳系中其余的所有天体加在一起,总质量还不足木星质量的一半。木星是一颗大质量行星,拥有很大的引力,所以是一颗非常优质的加速器。迄今为止,人类为了探索更为遥远的宇宙空间,已经向太阳系外发射过很多航天器,其中最著名的有旅行者1号、旅行者2号、先驱者号等等,而这些太空探测器无一例外都利用了木星的引力弹弓效应进行加速。

以旅行者2号为例,它在经过木星的时候,速度只有约10km/s,以这样的速度要离开太阳系是有难度的,而且作为一名旅行者,它要旅行的时间也太过漫长了。所以它利用了木星的引力弹弓效应进行加速。

旅行者2号在加速完成离开木星的时候,其速度已经达到了约35km/s。

正是因为有了这样的速度,旅行者2号才能航行到如今距地球200多亿公里的地方。利用引力弹弓效应进行加速的目的主要有两个,一个就是提高速度,另一个则是为了节约燃料。目前所发射的无人探测器是无法在航行的过程中获得燃料补给的,所以一旦燃料耗尽,那么只能在宇宙中漫无目的的飘荡,所以多节约一分燃料,它们便能走得更远一些。

那么,引力弹弓效应是如何给航天器进行加速的呢?这个原理其实并不复杂,我们可以用比喻的方式来进行讲解。首先我们可以把具有引力的天体想象为一个人,这个人用一根绳子拖拽着一个球,这个球就是航天器。

当一个人以自身为中心,牵着绳子旋转起来,绳子上所拴着的球的转速就会越来越快,然后这个人一松手,球就以相同的速度飞出去了,这就是引力弹弓效应。

当然这只是为了便于理解而进行的形象比喻。在宇宙之中,只要拥有质量的天体都可以产生引力弹弓效应,也就是都可以用来加速,不仅木星可以,太阳、火星,甚至是地球都可以作为加速器。而在现实之中,利用地球本身的引力弹弓效应来进行加速的例子也是很多的。

比如在将嫦娥四号月球探测器送入月球轨道的过程中就利用了地球的引力弹弓效应进行加速。因为搭载嫦娥四号的长征三号乙型运载火箭的初始速度并不足以将嫦娥四号直接推送到月球轨道上,所以就必须要在发射升空之后利用地球的引力弹弓效应完成加速。

木星虽然是太阳系中最为优质的加速器,但也并不是可以给任何东西加速。

在现实之中,我们会利用木星的引力弹弓效应为航天器加速,但如果把航天器换成地球本身,那就是另外一回事了。如果人类想要携带地球一起离开太阳系,那么在利用木星引力弹弓效应的时候就会面临极大的风险。

因为木星本身质量很大,如果地球距离木星过近,那么木星的引力牵扯就会导致地球变形,如果不能成功摆脱木星的引力拉扯,还有可能被彻底撕碎。而如果距离木星过远,引力弹弓效应又不能充分发挥作用。所以就必须要进行精密的计算。在科幻作品《流浪地球》之中,人类在利用木星加速的时候,就由于木星引力的不稳定而险些坠入了木星。

科学家检测到木星是由大量的氢气和氮气等惰性气体组成的,而在我们的概念里,氢气是一个可燃性气体,并且非常容易爆炸,如果用一根火柴去靠近木星,木星会不会因此就被点燃?

如果木星被点燃,必定是向外散发出热量的,这时我们就会想到太阳,太阳无时无刻不在对外散发着热量,是因为太阳本身在发生着核聚变。这里所谓的点燃木星,也就是让木星对外散发出热量,会不会促进木星本身发生核聚变。

我想科学的前进是在无休止的提出猜测和推翻猜测之间缓慢前行的,对于人们的这个猜测,科学家当然也有着与之对应的回应。那么到底能不能用一根火柴去点燃木星?

答案明显是不能的,今天就让我们深入的剖析一下吧。

木星在我们的概念里并不陌生,它是太阳系中的七大行星之一,并且拥有着极大的质量和体积,这意味着它的引力也高出许多,环绕它的卫星高达79颗,而反观地球,它的卫星只有月球一颗,足以明确地球和木星的体积悬殊。

作为太阳系最大的行星,它的质量和太阳相比悬殊相差千倍,但是可以说在太阳系内,它的质量比其他所有行星的质量加起来还要大。

再看看木星的组成成分,我们已了解木星是气态行星,它主要是由大部分的氢气和氮气等惰性气体组成,而氧气的含量少的可怜。

由于他是一个气态行星,所以目前为止木星并没有明确的固体表面,木星的自转速度非常快,及参考到的他的体积与质量,他的引力就会十分的强。

对于燃烧的概念,我们应该不难理解,燃烧需要具备三个必要条件。第一就是 可燃物质 ,而木星上的可燃物质就属 氢气 了。

第二要有明显的火源,在木星上或是在太空中,就简简单单是拿木星上来讲,都无时无刻不再发生着 闪电 ,所以木星是不会缺少火源的存在,如果要点燃木星,也不需要人类去用一只火柴去点燃,这显然有些多此一举。

第三个必要的条件那便是 助燃物 ,在地球上发生燃烧,助燃物就会有空气中的氧气,这非常重要,而在木星上,氧气基本是不存在的。

缺少了助燃物质这一必要条件,那么燃烧的三个条件木星上并不能全部满足。如果说我们可以换一种思路,如果我们不提供火源,不提供一根小火柴,而是提供助燃物质,比如说氧气,那么点燃木星会不会有可能呢?

在《流浪地球》中,人们预想使用地球上的氧气与氢气相混合而发生爆炸,产生巨大的能量将地球推出木星的引力范围之内。

你看吧,如果换一种思路,也许是有可能的。但这就不是燃烧这么简单了,而是变成了爆炸。

我们在上文中提到过,如果让木星燃烧,就意味着让木星变成一颗恒星,在基其星体上发生核聚变向外散发热量。如此一来木星内核的温度和压力,是不可估量的,那不能否使用其内部的高温和高压点燃木星?

我们知道太阳就是属于自身的高温高压点燃了自己,太阳发生核聚变是因为其质量非常大,那么就让木星去符合恒星的条件,让其去变成一颗恒星。

我们知道木星的体积是非常庞大的,它符合一颗恒星的要求,但是木星相比于太阳来说只有其千分之一重,显然是不达标的。

当然想要一颗行星去变成一颗恒星,他不需要以太阳作为标准,因为太阳不是太空中最小的恒星,据目前已知人类质量最小的恒星来讲,他的质量是木星的67倍,那么只需要让木星增重67倍即可。

我们知道太阳系中的每一个星体的位置和质量分布都有着很强的平衡,或者说不仅仅是太阳系,整个太空中都存在着星体之间的某种平衡,如果无缘无故增大一个星体的质量,那么无疑就会打破这种平衡。

而在太阳系中,木星的质量如果增加到其质量的67倍,太阳系的平衡必将被打破。太阳的位置也会发生着变化,那么太阳系中的这几个星体位置必将发生变化,也不可避免的会发生着碰撞。

所以太空中的一切星体,其位置及转动都是有他的道理的,它在维持着整个太空的平衡。

综上所述,点燃木星这只不过是人类一个猜测而已,当然,如果想要执行这一猜测,是必然不可能的,也没有这个必要。

这时就会有疑问的声音,那么提出这样一个猜想到底有着什么样的意义呢?我想意义就在于他彰显着人类 探索 宇宙的步伐从未停止,它向世人昭示着人类从未停止 探索 的精神。而浩瀚的宇宙也在深深的吸引着人们的注意力。 探索 宇宙需要我们每一个人每一代的坚持和挑战权威,相信有一天,我们能够真正了解“庐山真面目”。

木星是太阳系中公认的“最大”的行星,而它的大不仅仅现在体积上,还体现在绝对的质量上,因为剩下七颗行星加起来的质量都没有木星大,甚至还不到它的一半。

不过对于这个推测也有科学家并不赞同,他们认为木星本质上一颗失败的恒星。因为它和太阳太多相似之处,例如木星拥有仅次于太阳的超大质量,这使得它卫星众多。

根据科学家的统计,木星的卫星共有79颗之多,由此它还得到了一个绰号——“小太阳系”。

不只是拥有的卫星极多,巨大的质量还让木星得到了恒星才拥有的能力,那就是捕捉进入太阳系的巨大彗星。

彗木相撞

例如1994年闯入太阳系的“苏梅克列维九号彗星”。按照预定轨道,这颗巨大的彗星应该会直接撞进太阳的怀抱,但是在经过木星时被木星引力所捕获,从而提前结束了自己的宇宙之旅。

如果说卫星数量极多和捕获彗星只算是表面原因的话,那么下面的描述就是根本原因了。首先,科学家们在对木星各方面数据分析之后发现,木星的组成元素都几乎和太阳一模一样,它们都拥有90%的氢和10%的氦。

当然了,现在木星的质量并不能将这些元素“点燃”,但是一旦木星能够将这些元素“点燃”,那么木星从某种程度上看就已经能够算是一颗恒星了。所以现在许多科学家们争论的焦点在于,木星在将来究竟有没有可能被“点燃”。

其次,严格说起来木星是太阳系八大行星中,唯一不围绕着太阳公转的行星。从本质上看,行星围绕恒星公转其实就是行星围绕质心公转,只是正常行星和恒星之间的质心一般都在恒星内部,所以看起来是行星围绕着恒星公转。

而木星则和其他行星不同,它与太阳的共同质心并不在太阳内部,而是在距离太阳107个太阳半径的地方,所以木星和太阳其实是互相绕着公转,这点与其他行星相比似乎更加“厉害”一点。

正是由于这些原因,所以上个世纪七八十年代,苏联科学家提出了木星正在缓慢演变成太阳的观点。

因为科技水平的限制,没有人能够对这个观点进行反驳,同时也没有人就一定保证这个观点是正确的。而这也就意味着,在某种情况下木星的确有变成恒星的可能。

那么问题来了,木星究竟如何从一颗气态巨行星演变成一颗炙热的恒星呢?有科学家认为,木星之所以无法变成一颗恒星,主要是因为它自身的质量不够,无法将自己“引燃”。

但是木星因为具有强大的引力,所以长时间吸附宇宙中的尘埃、彗星、小行星,定然会增加自身的质量。更何况当太阳走到最终阶段时,身体将会膨胀到木星非常近的地方,木星可以借此机会“大饱口福”。

当然了,这只是理论上可行的方法,但是在实际中并不可行。因为通过推算,以木星当前的质量想要变成恒星,至少需要再增加80倍的质量,这需要极漫长的时间,甚至到木星寿终都无法实现。

然而科学家们还做了另一个推算,如果“增重法”再配合一个质量超大的小行星“点火”,那么根本不用增重到现在的80倍以上,只需要增重到现在的3倍到4倍以上,木星就能产生核聚变成为一颗恒星。

根据“朱诺号”传回数据进行的推演来看,如果木星未来能够演变成恒星,那么这个演化时间至少是30亿年,而最好的时间段则是45~50亿年后太阳变成红巨星的时候。

如果运气够好,木星甚至能够接太阳的班成为太阳系中新的核心,让太阳系能够继续维持上十亿年的时间。

不过这种可能也仅仅停留在理论上,最大的可能还是太阳变成一颗毫无生气的白矮星,而木星仍旧是一颗质量和体积稍大的行星。

看到这里或许一个疑问会出现在许多人的心中:木星究竟能不能变成恒星关人类什么事情?为什么要花大力气研究这件事呢?

事实上,这件事情不仅和人类有关,甚至还关系到人类整个族群未来的存亡问题,并且后果人类根本无法承受。

因为如果木星真的演化成了恒星,并且是在太阳完全“熄灭”之前,那么地球将会因此变得昼夜混乱。

甚至黑夜的时间会变得非常短,一年间估计只有5%~10%的时间是黑夜,而其余时间不仅会亮如白昼还温度极高,人类根本无法在这种环境中正常生活,离开太阳系将成为唯一的选择。

而如果木星演变成恒星的时候太阳已经走到了末期,那么人类或许能够移居到木星的卫星上继续生活,再次获得近十亿年的发展时间。

总而言之,研究木星的整体变化对于人类有着极为重要的意义。希望随着科技的不断进步,人类能对宇宙有更加深入地了解,文明发展有更加明确的方向。

乍一看,木星也许是您期望找到生命的最后一个地方。毕竟这是一个不稳定的,热气巨行星。但有一件事可能会使您惊讶,至少在过去,这个气态巨行星本身被认为可能是某些生物的家。不仅是微生物生命,还包括复杂生命。虽然这是一个长远的目标,但并不排除某些生物可能栖息在其大气层的上方。木星是一个被普遍误解的世界,通常被认为是一个巨大的气态球体。但是实际上,木星比那要复杂得多。

如果您下降到木星的大气层,首先您会发现一个由多种气体组成的湍流上层,主要由氢气和氦气混合而成。越往下走,温度越高,这是由于内部高压而产生的。在云层顶部以下约1000公里处,您会过渡到一种奇怪的天然物质,人们认为这种天然物质在我们太阳系中是存在的。您会发现金属氢。在木星大气的极高压力下,氢气会被压缩成原子核和电子的质密物质,它们以不明确的状态存在,介于气体和液体之间边界不明的状态。尽管金属氢被描述为液体,但与其他任何氢都略有不同。

可以认为,氢只是随着您进入的深度变得质密,而不是使用标签变得更致密。越过围绕着行星中心的厚重的气体层,人们会认为您会找到一个核心。人们对这个核心知之甚少,但它可能就像内行星一样,是由岩石和金属组成的。现在还不知道它是固态的还是完全熔融的,还是两者的某种混合体。行星核通常很难研究,而木星则是最难研究的行星之一,但是像木星这样的陌生而又奇怪的环境如何能维持某种生命呢?答案是,在高层大气的条件下。

1976年,卡尔·萨根和埃德温·萨尔佩特发表了一篇论文,引述如下,他们提出一些氨基生命有可能存在于木星的大气层中。他们设想了三种可能生活在其中的假想动物,他们将它们称为下沉者,漂流者和猎人。特别的是,这些漂流者被设想为巨大的气袋,可能跨越千米,从轨道上可以看到他们,因为他们利用氦气将自己悬浮在木星大气层上。现在,我们从未在木星上发现被我们探测到的漂流者,这是一篇非常具有投机性的论文,是基于对我们自己的海洋和生物的了解得出的思考,没有任何迹象表明这种事情可以确实存在于木星上。

但木星上确实存在一些有趣的与生命有关的化学的可能性,木星上层大气中的化学物质确实包括水,氨和甲烷以及大量的氢气形式的气体,这些恰好是斯坦利·米勒(Stanley Miller)和哈罗德·乌里(Harold Urey)在1952年进行的有趣实验中使用的气体。

他们想重现地球早期的条件,看看是否能产生最初的益生元化学反应,人们认为这些化学反应最终带来了地球生命的曙光。他们所做的是使水蒸气通过氢气,氨气和甲烷气体的混气体。然后,他们对该混合物进行定期放电以模拟雷电。之后,他们观察另一面出现的东西,至少可以说这是一件有趣的事情。

他们从混合物中发现了许多有机化合物。最重要的是,一开始他们发现了许多构成生命的氨基酸。2007年,实验中的原始密封样品被重新检查,一系列的结果表明全部20种地球上的生命所需要的氨基酸,从那时起,就已经出现了。之后,人们对地球早期大气的模型进行了多次修改。

结果,在米勒和尤里的工作的基础上,已经进行了许多的后续实验,这些实验的范围从能源的转变到火山(而不是闪电)都有覆盖,添加了新的化学混合物,这些混合物更准确地类似于人们认为早期的大气。这些实验的许多结果,是创造了比米勒和尤里的实验还要多的有机分子类型,这些实验至少使“几十亿年前,生命的化学基础起源于地球上某个火山岛上”这件事,看起来是有可能的。

对于木星来说,这确实是一个更困难的过程,尽管它确实具有极其强大的闪电,并且不存在热量短缺。问题在于它非常不稳定的的大气层中。气体在木星上的循环,是通过在某些区域中上升而在其他区域中下降而实现的,而且任何生物,包括微生物在内的生命,当在深处循环时,将不得不应对不可思议的高温和高压。

正如萨根在其电视连续剧《宇宙》中,关于这一主题的一段中,所指出的那样,这类生物必须非常迅速地繁殖。尽管在木星大气中生活的前景,是这种动荡的大气中的某种延伸,但宇宙中可能会存在气体巨星,甚至宇宙中的棕矮星,他们都足够平静,以在其高层大气中至少保留某种形式的微生物生命,甚至可能更多。在2016年底爱丁堡大学杰克·耶茨及其同事的论文中,以下链接 ,他们详细介绍了棕矮星拥有某种生命形式的假设方法。

他们指出,某些棕矮星的高空大气层,可能处于压力、温度都与地球相似的温和条件下。依靠上升气流,在棕矮星上这样的区域可能存在生命。这为寻找宇宙中的生命开辟了广阔的新领域。2013年,发现了一个名为WISE 0855-0714的棕矮星,并且似乎在其高层大气中漂浮着水基云团。根据萨根和萨尔皮特的研究,他们将这种思维应用于棕矮星并得出结论,是的,那里可能存在生命。 詹姆斯·韦伯太空望远镜计划深入研究近距离的棕矮星,例如距离我们仅7光年的WISE 0855-0714。

尽管很难想象,原生生物最开始会在木星或棕矮星的大气层这样的地方进化,但有人建议,漂浮在大气中的尘土可能会在一个固态星球做到这一点,甚至按照泛种论的说法,微生物生命是被小行星带来的。可以想象这种被居住的气体星球可能很少见,但似乎至少有可能是假想的,而且在将来,当我们检测到生命证据时,也许它可能来自棕矮星的大气的光谱。

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木星比地球大1000倍,为什么说它其实是虚胖?

在太阳系中,木星是最大的地球,大约是地球的112倍,质量是地球318倍。我们知道地球的密度为每立方厘米约55克,这可以计算出木质山蛋白的密度约为每立方厘米的1326克。相比之下,土星是太阳系中最“光线”的行星。它的体积是地球的830倍,但质量仅为地球95倍。计算后可以看出,土星密度仅为每立方厘米0687克,而且小于水。如果有足够大的海洋扔进整个阳光下,只有土星将漂浮在水面上。

无论是木星的质量还是土星密度,它已经是惊人的,但它看着整个宇宙,它们不突出显示。在221光年之外,有一个外部地球,已成为具有当前人类已知密度的最小和最蓬松的行星。它的发现不仅震惊了我们的数据,甚至突破了现有的科学家理论,它很困惑。

超级自助行星该行星称为WASP-107B,其围绕K型主要序列WASP-107旋转。 K型初级序列也称为橙色矮化,温度,体积,质量略低于太阳。 WASP-107的质量约为太阳的69%,表面温度约为4430K,远低于太阳。普通人只会受到这些夸张的数字震惊,科学家们将通过现象来看待本质,并发现他们深处的基本问题。

小行星核心根据目前的研究,除了厚度的停滞气氛之外,像Jupiter这样的气体行星具有核心区域。以jupitar为例,其核心占整体质量的约5%至15%,这约为地球质量的15-45倍。考虑到WASP-107B的质量,只有木星的1/10,蒙特利尔的物理学颂歌PIAULET及其团队认为,其实心的行星核质质量可能不是地球的46倍。也就是说,这个星球的85%集中在极蓬松的环境中。这带来了一个巨大的问题,Piaulet说:“密度如何如此低?如何形成这样的星球?特别是如何保持巨大的氛围,而不与主人星星逃脱。•这让我们必须制作彻底的分析来确定其形成历史。“

木星是一个巨大的液态氢星体。随着深度的增加,在距离表面千米处,液态氢在高压和高温环境下形成。据推测,木星的中心是一个含硅酸盐和铁等物质组成的核区,物质组成与密度呈连续过渡。

木星是四个气体行星(又称类木行星)中的一个:即不以固体物质为主要组成的行星,它是太阳系中体积最大的行星,赤道直径为142984千米。木星的密度为1326 g/cm³,在气体行星中排行第二,但远低于太阳系中四个类地行星。

结构成分

木星的高层大气是由体积或气体分子百分率约88-92%的氢和约8-12%的氦所组成。由于氦原子的质量是氢原子的四倍,探讨木星的质量组成时比例会有所改变:大气层中氢和氦分别占了总质量的75%及24%,余的1%为其他元素,包括微量的甲烷、水蒸气、氨以及硅的化合物。另外木星也含有微量的碳、乙烷、硫化氢、氖、氧、磷化氢、硫等物质。大气最外层有冷冻的氨的晶体。木星上也透过红外线及紫外线测量发现微量苯和烃的存在。

大红斑

木星可能有一个石质的内核,被一层含有少量氦,主要是氢元素的液态金属氢包覆着。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40亿帕压强下才存在,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。

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,木星的磁场强度大约10高斯,比地球大10倍。同样在这一层也可能含有一些氦和微量的冰。木星还是天空中已知的最强的射电源之一。

气态行星内部(木星、土星、天王星、海王星)

木星内部的温度和压力,由于开尔文-亥姆霍兹机制稳定地朝向核心增加。在压力为10帕的”表面”,温度大约是340 K(67 °C;152 °F)。在氢相变的区域 -温度达到临界点- 氢成为金属,相信温度是10,000 K(9,700 °C;17,500 °F),压力的200GPa。在核心边界的温度估计为36,000 K(35,700 °C;64,300 °F),同时内部的压力大约是3,000-4,500GPa。

木星结构图

假如你穿着足够好的宇航服来到木星上空时,你会感到你的体重已迅速增加,你看到的是是木星风起云涌的大气层,它们分成条状,在向着相邻两条的反方向劲吹,刚你在刚进入木星的大气层时,你就会被强劲的大风吹得不知道东西南北了。然后你直线下落,会觉得空气压力起来越大,体重也更重了,能相当于在地球上的25倍,木星的大气层有3000公里厚,人落不到低下就被压扁了。

假设你不压扁,你就会看到一道一道的光,实际上那是木星闪电,当你下到3000公里时,你会发现周围的大气十分黏稠,就像液体一样,再往下就真是液体了。这是液态氢的海洋,厚达27万公里,而且这里的温度非常高了,人根本受不了。

木星结构

再往下面去是金属氢,这其中可能还有一个石质的内核,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,温度高达三万度,比太阳表面的温度还高。这里的物质以液态氢为主,木星内部大致就是这种环境。

那么,木星云层下是什么情况?

发表在“自然”杂志上的四篇文章中,以及随附的一篇“新闻与观点”文章中,该航天器的最新成果已经公布。而且,这是第一次,我们对云顶下发生的事情有了一个很好的了解。

加州大学圣克鲁斯分校的Jonathan Fortney在接受采访时说:“这是第一次看到一颗气体巨行星是如何在内部运行的。”他撰写了这篇“新闻与观点”的文章。

虽然四篇文章集中在不同领域的研究,他们基本上有一个相似的主题-即与木星的一些关键特征。

主要的发现之一是,我们现在知道木星的大气层延伸到多远,距离云顶有3000公里(1860英里),比预期的要大得多。一旦你到达这个深度,行星的组成就会发生巨大的变化。

人们对木星在云层下的样子已经想象了很多。根据这些论文,似乎在这个深度,行星内部的行为变得像一个固体-尽管它实际上不是一个固体。相反,它是一种像固体一样旋转的氢气和氦气的流体混合物。

“我们的研究结果还表明,在3000公里的风下,行星会以刚体的形式旋转,所有这些信息都会对我们对行星内部的理解产生深远影响,进而使我们能够更近地理解它的形成,”论文作者之一、荷兰莱顿大学(Leiden University)的亚米娜·米格尔(Yamina Miguel)说道。

木星以它的云带而闻名,我们可以看到这些云覆盖着这颗行星,这是伽利略在400年前首次发现的。但科学家们不确定这些波段延伸到多远。根据这些最新的结果,这些云带似乎在3000公里处停止,从而形成了更均匀的形状。在它的核心压力大约是我们在地球上的压力的100000倍。

“很多世纪前伽利略在木星大气中看到了这些条纹,所以这绝对是我们长久以来想知道的东西,我们都对结果感到兴奋。”米格尔补充道。

这项研究的另一个主要发现是木星的引力场从北向南并不对称。这对于这样一个快速旋转的动荡不安的行星来说是出乎意料的。这似乎是由行星上各种不同的风和大气流动造成的。

研究人员还发现,木星的大气层包含了约1%的行星质量,相当于三个地球,这是非常巨大的。相比之下,地球的大气层只占地球总质量的百万分之一。

“这一结果令人惊讶,因为这表明木星的大气质量很大,而且比我们之前预期的要深得多。”以色列雷霍沃特魏茨曼科学研究所的Yohai Kaspi说。

他们发现两极的气旋形成了持续的多边形模式,八个气旋在北极的单个中央气旋周围肆虐。在南极,有五个旋风在做同样的事情。

成为恒星的最低门槛

不知道你有没有想过这么一个问题,为什么同样都是天体还会有恒星、行星、卫星的区别?而且宇宙还存在着很多脾气暴差的天体,比如:黑洞、中子星、白矮星之类的。

那么为什么会有这么多的不同和区别?

如果非要找出一个最为核心的因素,那就是: 质量

具体来说是这样的,按照目前主流的理论,天体的形成是来自于分子云的引力坍缩。但在形成过程当中,有些天体的质量巨大,有些天体的质量就比较小。

具体来说就是,巨大的引力会迫使恒星的中心温度急剧上升,比如;太阳内核的温度就能达到1500万度,一般来说,此时的恒星内核都会成为等离子态。在这种状态下,内部的原子结构都不存在了,电子和原子核会到底乱串。

由于宇宙中99%以上都是氢元素和氦元素,因此,恒星主要也是氢原子和氦原子构成的。这意味着,恒星内部会有大量的氢原子核到底乱串。这时候氢原子核之间就有一定的概率发生核聚变反应,点亮恒星。说白了就是,氢原子核(也就是质子)发生核聚变生成氦原子核,损失的静止质量以能量的形式释放出来,这当中主要有两条路径,一条叫作质子-质子反应链。

另一条叫作碳氮氧循环。(碳、氮、氧在其中充当的是类似于催化剂的作用。)

事实上,就存在一类天体在还是原恒星时,由于质量不够大的,使得恒星的内核温度不够高,以至于无法点亮核聚变反应,那它们就会成为一颗褐矮星 。( 当然,更多的其实根本连褐矮星这个阶段都达不到,只是一颗普普通通的行星而已。)

在我们的太阳系当中, 太阳占据了整个恒星系9986%的质量 ,在剩余的天体中,质量最大的是木星,它是一颗巨行星,除了之外的行星加起来的质量都没有它大,准确说是它是剩余行星质量之和的25倍。

但木星的质量只有太阳质量的千分之一,也就是说,它距离成为一颗恒星的最低门槛还有相当大的距离(也就是上文提到的,太阳质量的7%),而且差距还不是一点点,而是差了70多倍左右。由于质量不足以达到这个门槛,导致木星自身的引力不足以引发核聚变反应,因此,木星很难成为一颗恒星。不仅如此,就算把太阳系内除太阳之外的剩余所有质量都给它,质量也还是够不到那个最低的门槛。

木星

虽然成为不了一颗恒星,但是木星内核是极为恐怖的。木星内部的温度可以达36万度,同时压力可以达到3000~4500GP。

在这种极端的条件下,木星的核心主要是由 金属氢 构成的。没错,你没有看错,就是 金属氢 。这种金属氢说白了就是可以导电的氢。

当然,你可能会说了,有没有人进入到过木星,如何知道木星内核是这样的,而且金属氢听起来也很奇怪。科学家为了证明这一点,其实一直在试图在实验室里合成,2017年,美国哈佛大学的科学家就利用钻石高压砧法(以3250万千克的力施加在65平方厘米的氢样本上),在几乎逼近钻石强度崩溃边缘时,成功把气态氢压缩成了金属氢。这也证明了在高压下,氢是可以被压缩成金属氢的。

最后,我们来总结一下, 成为一颗恒星的门槛是太阳质量的7%及以上,木星只有太阳质量的千分之一,因此无法成为一颗恒星。不过,虽然成为不了一颗恒星,但木星内核的氢在高温高压下,已经呈现出了很反常的金属态。

天文学家告诉我们,仰望星空时看到的大部分星星其实都是和太阳一样会发光发热的恒星

那么恒星为什么会发光发热呢?答案是因为原恒星都是由氢和氦组成的,而当原恒星核心温度和压强达到氢元素核聚变的“底线”时,由内而外的氢元素核聚变反应便会“点亮”原本暗淡的原恒星, 这也意味着茫茫宇宙中又多了一颗进入主序星阶段的恒星。

通过上面的介绍,我们已经知道恒星诞生有两个条件, 第一是核聚变需要的氢元素,第二是足够的质量 ,因为只有质量达到一定程度后核心区域才会产生足够的温度和压强。

木星作为太阳系内质量和体积最大的行星, 大气层内氢元素占比为75%,氦元素占比为24%,有趣的是这与太阳的氢氦分布也基本相同(氢元素占太阳质量的四分之三) ,因此在《流浪地球》和《2010太空漫游》等科幻里都有“点燃木星”或者“把木星变成恒星”的情节出现, 那么现实中的木星真的有可能从一颗气态巨行星变成一颗发光发热的恒星吗?

这个问题的答案隐藏在宇宙恒星的质量下限中

可惜的是木星质量只有太阳的千分之一,也就是0001倍太阳质量, 所以说木星需要将自身质量再增加75倍才能从一颗气态巨行星变成一颗红矮星。

可惜的是由于太阳占据太阳系总质量9986%,而木星的质量又是除太阳以外其他所有太阳系天体质量总和的25倍, 因此 木星是无法在太阳系内获得足够质量变成恒星的。

在距离地球93亿千米的太空中,有着太阳系内体积和质量最大的行星木星,目前有多达67颗卫星围绕着它运行

很多人都知道太阳的质量占据了整个太阳系质量的9986%,但木星的质量却是太阳系其他所有行星加起来质量的25倍,也就是说在太阳系除了太阳质量外“仅剩”的014%质量里,木星就占去了一大半。

相比天文学家对木星的“如数家珍”,绝大部分普通人对木星了解还都仅限于“太阳系最大行星”“大红斑” ,不过很多人在看完今年年初的硬科幻**《流浪地球》后对木星的了解又加深了许多,因为在**的最后人类利用地球发动机的喷焰成功点燃了木星和地球的混合气体从而将地球推出了“危险区”

然而严格意义来说《流浪地球》并不是第一个“点燃木星”的科幻作品,事实上早在上个世纪科幻大师阿瑟克拉克就在他的《2010太空漫游》中描写了外星文明点燃木星使其成为太阳系第二个恒星的故事, 而外星文明这么做的目的就是为了给木星卫星上的“太阳系新生命”提供足够的光和热。

那么在科幻作品频频“点燃木星”的情况下,现实中的木星真可以被点燃吗?

答案很显然是否定的,因为木星本身没有氧气只有和太阳一样的氢和氦,所以想让木星发生化学燃烧是不可能的, 唯一可行的方案就是让木星的氢元素发生核聚变反应 ,从而让木星从一颗行星变成一颗恒星。

可惜理想很丰满现实很骨感,由于木星的质量大体只是太阳的千分之一(三),而恒星的质量下限又是太阳的百分之一,所以木星只有再 “增重”80到100倍才能让内部温度和压力达到氢元素核聚变所需要的标准

然而要从太阳系再找80到100倍木星质量的物质是不可能的,所以“点燃木星”终究只能是一个科幻设想。

从科学角度来看,如果木星真的增重80倍变成恒星的话,太阳系从此就会变成双恒星系, “新晋恒星”的引力也会干扰其他行星的轨道 ,更重要的是地球的环境也会因为“新太阳”的出现而朝着不可知的方向变化。

综上所述木星还是老老实实做一颗行星为好,太阳系内有太阳这一颗恒星就够用了

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