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科学|关于木星的5种未解之谜，科学家至今都没能破解这些谜团


在过去的几十年中 ， 先后有7个太空探测器飞经太阳系最大的行星木星 ， 并有1个太空探测器专门对它进行了8年的近距离科学考察 。 可是 ， 至今这颗行星依然存在着许多未解之谜 。

科学|关于木星的5种未解之谜，科学家至今都没能破解这些谜团
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木星的直径为地球的11倍 ， 质量为地球的318倍 ， 体积为地球的1300多倍 ， 平均密度比地球低很多 ， 这是因为木星的结构与地球有很大的差别 ， 它是一颗基本上由气体组成的行星 ， 其中约75％是氢 ， 约25％是氦 ， 还有微量的甲烷、水、氨和岩石 。
木星的大气层厚几千千米 ， 而且密度比地球大气高得多 。 木星大气的顶层密布着由甲烷、氨等构成的云 ， 因此是不透明的 。 我们看到的木星表面 ， 就是这一云层 。 “伽里略”号到达木星上空之后 ， 曾经把一个大气探测器投入木星的云层 ， 让它在木星大气层内徐徐降落 ， 很可惜 ， 这个大气探测器只深入到云层下150千米处 ， 就被木星大气的巨大压力压坏了 。 因此 ， 关于木星更深处的情况 ， 我们至今还没有任何直接的观测数据 。
美国科学家英格索尔说：“我们非常想知道木星的内部结构像什么样子 。 ”他说 ， 木星的位于浓厚的大气层下面的“核心”可以分为两个层次 ， 里面的一层由岩石、金属和液态水组成 ， 大小不超过10％；外面的一层是液态金属氢层 ， 大小或许超过80％ 。
为了探索木星的内部结构 ， 美国科学家们建造了一座被称为“Ｚ机器”的历史上最强大的电力设备 。 “Ｚ机器”中央真空室内核心处可以模拟木星核心的高压环境 ， 在那里氢被剥离了原子核外的电子 ， 从而变得像液态金属一样 。 这样的“木星物质”可以存在几纳秒(即十亿分之九秒） 。
英格索尔说：“有意思的是 ， 木星内部的结构也许可以由云层的顶部展现出来 。 ”在木星大气层中 ， 有着极其强大的风暴和旋涡 。 可是 ， 另一方面 ， 木星又有极端稳定的云带结构 。 这些云带与木星的纬圈平行 ， 一个世纪来基本上保持不变 。 英格索尔觉得这些云带的根基一定非常深 ， 很可能深入到木星大气层的底部 ， 这些云带也许就像一个个套在一起的圆筒那样 ， 以木星的自转轴为共同轴心排列着 。 英格索尔说：“这会产生巨大的离心力 。 具有这样一种结构的行星自转的时候 ， 整个行星的重力场都会受到由此所产生的离心力的影响 。 ”
美国科学家在勾画“朱诺”号对木星的探测计划的时候 ， 就是要让它描绘木星重力场的详细地图 。 当木星的重力场作用在“朱诺”号上的时候 ， “朱诺”号的飞行速度会随之发生变化 ， 通过测定这种速度变化 ， 研究人员就能够确定木星核心的大小和质量 。
英格索尔说：“通过测量木星从赤道到两极的重力场 ， 你可以知道木星究竟是不是像一些套在一起的圆筒那样在旋转 。 如果重力场的变化是平滑的 ， 那么这颗行星就像一个固体球那样在自转 。 而如果真是这种情况 ， 那么我们就不得不认为那些狂暴的气流深度很浅 。 于是就带来了这样一个问题：为什么它们会长期存在？相反 ， 如果重力场以某种特定的方式变化 ， 那么这颗行星就确实是由一系列同轴圆筒组成的 。 ”成分之谜：含多少水

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宇宙中像太阳系这样的行星系 ， 并不是独一无二的 。 至今 ， 人们已经发现的太阳系外的行星超过200颗 ， 而且它们绝大多数是类似木星那样的巨大的气体行星 。 因此 ， 对木星的研究显得十分重要 ， 木星是天文学家研究太阳系外的行星系统的最好样品 。
美国天文学家利维森说 ， 关于木星是如何形成的 ， 有两种模型：一种认为木星的核心首先生成 ， 然后再吸引周围的气体 ， 逐渐增大；另一种认为木星是由部分原始太阳星云直接坍缩凝聚而成的 。 为了判定究竟是哪种模型更符合实际情况 ， 就需要知道木星的化学成分 ， 尤其是氧的含量 。


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