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木星放热之谜困扰科学家数十年,如今有望破解,答案或与极光有关

2020-04-10 作者:

宇宙中最常见的天体是恒星和行星。这两个天体的最大区别在于核聚变的可能性。

对于恒星来说,它们有氢作为核聚变的原料。同时,核心的巨大压力和温度也满足条件,从而进行核聚变反应,向宇宙释放光和热空。行星是不同的。尽管除了像地球这样的岩石行星之外,还有像木星这样的气态巨行星,它们由氢和氦组成,成分与恒星相似,但它们不能提供足够的反应条件,因此核心氢不能一直被“点燃”。

因此,理论上,这些行星的温度主要取决于恒星的加热。

这个理论一直被科学家接受,但事实并不令人满意。当科学家们真正研究气体行星时,他们发现问题并没有那么简单。

人类发射探测器探索这些气体行星之前,科学家们根据它们的轨道、自身属性和其他因素计算出它们的理论温度。然而,当航海家1号和航海家2号等探测器飞出小行星带,分别造访木星、土星、天王星和海王星时,它们的温度测量值有些奇怪:它们都高于理论值!

以木星为例,根据它的实际温度和它能接收的太阳辐射,科学家发现它释放的能量是接收的太阳能的2倍多。换句话说,木星正在释放热量!

然而,理论上,木星不能进行核聚变!那么,木星在哪里释放能量?

当然,许多人对木星作为一颗行星的地位有些不满,并试图将其归类为褐矮星,并将其作为证据。虽然这个论点基本上是不可能成立的,但是科学家们也必须找出原因并找到热源,才能真正推翻这个理论。

随着科学家对木星的深入探索,他们发现木星大红斑上的温度空高于其他地区。因此,他们得出结论,木星的大红斑可能正在释放热量并提高木星的温度。大红斑释放的热量来自木星的核心。然而,木星核心提供的热量不是由核聚变产生的,而是由氢离子在极高的温度和压力下运动产生的。

这种说法似乎解决了木星热源的难题,但事实并非如此。因为除了木星,其他三颗气体行星也有自己的热源。科学家们推测土星高层大气的温度大约是150K..航海家号探测器测量的数据显示那里的温度甚至高达400 ~ 600千米(注意这不是我们通常所说的土星表面温度)。这种情况在木星和海王星的表面更加夸张。

如果木星的热源是大红斑,其他气体行星没有这样的风暴,它们的热源在哪里?无论从哪个角度来看,我们都有理由相信它是由气体行星的共同特征造成的。

结果,这个难题成了天文学中一个未解决的问题,没有人能一直解决它。在天文学中,这被称为气体行星的“能源危机”。

最近,美国宇航局科学家在土星上发现了一些线索,这可能会解决这个难题。

美国宇航局的依据来自坠毁的土星探测器卡西尼号。卡西尼号在撞上土星之前发回了大量信息,其中一些信息仍在处理中。

4月6日,《自然天文学》发表了一份由亚利桑那州图森大学的行星科学家扎拉·布朗和他的同事撰写的报告。在报告中,扎拉·布朗指出气体行星能量危机的答案可能来自卡西尼号探测器。

2017年9月,美国宇航局的卡西尼号探测器在完成任务前调整了轨道,一头冲进土星大气层,英勇牺牲,为人类做出了最后贡献。在螺旋旋转和落入土星大气层的过程中,卡西尼号探测器通过观察背景中的恒星来探测行星的高层大气。通过观察不同位置可见的恒星数量空,我们可以推断出这种大气的空气密度空。

扎拉·布朗和其他人从卡西尼号探测器返回的数据中提取了总共30个样本,并绘制了土星大气密度的粗略地图。我们知道气体的密度和温度直接相关,所以这也是土星高层大气温度分布图。

这张温度分布图显示了一个“巧合”:无论是在南半球还是北半球,土星高层大气的最高温度都在60度左右。这是一个巧合,但科学家认为这一定有原因。

同样,如果你想找到“原因”,继续寻找“巧合”。这种“巧合”很容易找到,也就是说,南纬60度和北纬60度是土星上极光最常见的位置。那么,土星高层大气的异常高温与极光有关吗?

科学家指出,极光的本质是太阳辐射发出的光与行星大气中的粒子碰撞,导致行星气体分子电离。如果简单地讨论极光,它几乎是不加热的。然而,因为气体是离子化的,所以会产生电流。中学物理告诉我们,只要有电阻和电流,就会产生热量。你可能还记得那个公式:q = I 2 * rt

换句话说,极光产生的电在土星的大气中传导,从而产生热量。

你可能会问:地球上有极光,为什么你没有看到地球变热?

在这份报告中,他们指出土星的极光与地球的极光略有不同。前者的极光主要发射紫外光,这可能是两个行星上极光的不同之处,所以一个有发热的效果,而另一个没有。

看来他们的分析是有道理的,可以解决气体行星的能源危机难题。然而,在完全确定之前,他们还有很多工作要做-

验证推测并确保它是正确的;

计算极光的热量释放能力,看它是否足以将土星的高度空大气提升到当前水平;如果没有,那么土星上可能还有其他热源。

对于木星、天王星和海王星,同样的理论必须得到满足。这需要科学家发射探测器在天王星和海王星附近进行观测。然而,对现在的人类来说,在10年内发射这样的探测器是件好事。如果你想探索这个问题,可能需要大约20年。

如果这个猜想对于其他气体行星也是正确的,那么对于系外行星也应该是同样的情况。

当然,这对木星粉丝来说可能不是好消息。许多木星粉丝也希望找到证据,证明木星可以进行核聚变,甚至期望它反向撞击太阳。然而,随着木星热源之谜从理论上或实践上接近解决,木星可能无法与太阳竞争...

人山人海,很难见面。如果你对科学感兴趣,请不要忘记注意我,让我们不要分开,好吗~

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