@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 。
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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?
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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 。
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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(energy crisis)” 。
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 。
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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Zarah Brown及其同事的报告 , 在报告中 , Zarah Brown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 。
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