江苏龙网

  1. 首页 > 人文 > >

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

在宇宙天体中 ， 最常见的就是恒星和行星 。 这两种天体最大的区别 ， 就在于能否进行核聚变反应 。
对于恒星来说 ， 它们拥有核聚变的原料氢 ， 同时核心处巨大的压力和温度也满足条件 ， 从而进行核聚变反应 ， 向宇宙空间释放光和热 。 而行星不一样 ， 虽然除了地球这样的岩石行星外也有木星这样的气体巨星 ， 由氢和氦组成 ， 成分与恒星类似 ， 但是它们不能提供足够的反应条件 ， 所以核心的氢始终无法“点燃” 。
因此 ， 从理论上说 ， 这些行星的温度 ， 主要就要靠恒星的加热 。
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
文章图片
这个理论一直被科学家认可 ， 但偏偏事实不尽如人意 。 当科学家真正去研究气体行星的时候 ， 发现问题并没有那么简单 。
在人类发射探测器去探索这些气体行星以前 ， 科学家根据它们的轨道、本身的属性等因素 ， 计算了它们的理论温度 。 可是 ， 随着旅行者1号、旅行者2号等探测器飞出小行星带 ， 分别造访木星、土星、天王星和海王星的时候 ， 对它们进行的温度测量出现了诡异之处：它们全都比理论值要高！
以木星为例 ， 根据它实际的温度和能接收到的太阳辐射来计算 ， 科学家发现：它释放的能量是接收到太阳能量的2倍以上 。 也就是说 ， 木星在放热！
可是 ， 理论上来说 ， 木星并不能进行核聚变啊！那么 ， 木星释放的能量从哪里来呢？
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
文章图片
当然 ， 很多人对于木星是行星的身份有些不满 ， 试图将它归类到褐矮星 ， 并以此为证据 。 虽然这个说法基本不可能成立 ， 但是科学家也必须拿出理由 ， 找到热源 ， 才能真正推倒这个理论 。
随着科学家对木星探索的深入 ， 他们发现木星大红斑上空的温度比其他区域要高 。 因此 ， 他们推断 ， 或许是木星大红斑在释放热量 ， 提升了木星的温度 。 而大红斑所释放的热量 ， 来自于木星核心 。 只不过 ， 这里木星核心提供的热量并不是核聚变产生的 ， 而是氢离子在极高温度和压力下的运动所带来的 。
这个说法看似解决了木星热源的谜题 ， 但其实并没有 。 因为除了木星以外 ， 其他三颗气体行星 ， 也都有各自的热源 。 科学家理论推导出的土星高层大气的温度 ， 大约是150K 。 而旅行者号探测器测量的数据显示 ， 那里的温度甚至高达400~600K（注意 ， 这不是我们通常说的土星表面温度） 。 而这个情况 ， 在木星和海王星表面还要更夸张 。
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
文章图片
如果说木星的热源是大红斑 ， 其他气体行星并没有这种风暴 ， 它们的热源在哪呢？不论从哪个角度来说 ， 我们都有理由认为是气体行星共同的某个特征所导致的 。
于是 ， 这个谜题成为了天文学上的一桩悬案 ， 始终无人能解 。 在天文学上 ， 这叫做气体行星的“能源危机（energycrisis）” 。
最近 ， NASA的科学家在土星上找到了一些蛛丝马迹 ， 或可解开这个谜题 。
NASA的依据 ， 来自于已经坠毁的土星探测器——卡西尼号探测器 。 卡西尼号在坠入土星之前 ， 曾发回来大量的信息 ， 其中有一些直到现在仍然在处理中 。
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
文章图片
4月6日 ， 《自然天文学》上发表了一篇亚利桑那大学图森分校的行星科学家ZarahBrown及其同事的报告 ， 在报告中 ， ZarahBrown指出 ， 气体行星能源危机的答案 ， 或许就来自于卡西尼号探测器 。
2017年9月 ， NASA的卡西尼号探测器在即将完成使命之前 ， 调整了自己的轨道 ， 义无反顾地冲向土星大气层 ， 用自己壮烈的死亡 ， 为人类作出最后的贡献 。 在螺旋公转着坠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这颗行星的高层大气 。 通过观测不同位置上空可见的星星数量 ， 就可以推测这片大气的空气密度 。
ZarahBrown等人一共在卡西尼号探测器传回的数据中采了30个样本 ， 绘制了一个粗略的土星大气密度地图 。 我们知道 ， 气体的密度和温度是直接相关的 ， 因此 ， 这也是一张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”：不论是南半球还是北半球 ， 土星高层大气温度最高的位置都在60°的纬度附近 。 说是巧合 ， 但科学家们相信 ， 这其中肯定有原因 。
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
文章图片
同样的 ， 想找“原因” ， 就继续找“巧合” 。 这个“巧合”很容易找到 ， 那就是 ， 南纬60°和北纬60° ， 都是土星上极光最常出现的位置 。 那么 ， 土星高层大气的异常高温 ， 是否和极光有关呢？
科学家指出：极光的本质 ， 就是太阳辐射和行星大气层的粒子发生碰撞、导致行星气体分子被电离而发的光 。 如果单纯地讨论极光 ， 其实是几乎不发热的 。 不过 ， 由于气体被电离 ， 所以就会产生电流 。 中学物理告诉我们 ， 只要有电阻和电流 ， 就会产热 。 你可能还记得那个公式：Q=I^2*RT 。
也就是说 ， 极光产生的电流在土星的大气中传导 ， 于是产生了热量 。
你可能会问：地球上也有极光 ， 怎么没见地球被加热？
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
文章图片
在这篇报告中他们指出：土星和地球的极光有一点不同 ， 前者的极光主要是在紫外光中发光 ， 这或许就是两颗行星上极光的不同 ， 所以一个有产热的效果 ， 另一个没有 。
看起来 ， 他们的这个分析有理有据 ， 似乎可以解开气体行星能量危机的谜题了 。 不过 ， 在完全证实之前 ， 他们仍然有很多工作要做——印证猜想 ， 确保这个猜测是正确的；计算出极光放热的能力 ， 看看是否足以让土星高空大气升温到现在的程度；如果不足 ， 那么或许土星上还有其他热源；对于木星、天王星和海王星来说 ， 也要满足同样的理论 。 这就需要科学家们发射探测器去天王星和海王星附近实地观测才行 ， 不过对于现在的人类来说 ， 10年内能发射出这样的探测器就不错了 ， 如果想探索这个问题 ， 恐怕得差不多20年的时间 。
如果在其他气体行星上这个猜想也成立 ， 那么对于系外行星来说 ， 应该也会有同样的状况 。
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
文章图片
当然 ， 对于木星迷来说 ， 这可能不是个好消息 。 很多木星迷还希望能够找到证据 ， 说明木星能够进行核聚变 ， 甚至期待它逆袭太阳的一天 。 不过 ， 随着木星热源之谜接近破解 ， 不论从理论上还是实际上 ， 木星恐怕都没有能力和太阳叫板了……
【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】人海茫茫 ， 相遇不易 。 如果你对科学感兴趣 ， 请别忘了关注我 ， 我们不要走散 ， 好吗~


    推荐阅读


    上一篇：程序员摸鱼的极限在哪里？在浏览器标签页看视频可还行

    下一篇：华为Mate Xs卖16999元的天价还是亏本？余承东这样回复