天文 雲層之下：木星隱藏的秘密世界

木星這顆行星可跟你想象的完全不一樣, 幾乎所有人對木星的認知都是錯的, 因爲學校裏教給你的那些關於它的知識全是錯的, 它根本不是一顆巨大的氣態星球, 木星其實是一顆液態行星, 而且這還不算最離奇的, 它實際上是一顆液態金屬行星, 在那些標誌性的雲層之下, 藏着太陽系最深的謎團之一, 那麼咱們就一起深入探索吧。 這是人類拍攝到的第一張木星特寫照片, 有史以來的第一張, 是由美國宇航局的先驅者11號探測器拍攝的, 拍攝時間是1974年, 這是人類獲取的第一段木星動態影像, 是旅行者一號探測器在靠近木星時拍的, 時間是1979年, 但這些觀測有個問題, 它們除了看起來很酷之外, 根本沒法解答這顆氣態巨行星的真實本質, 反而帶來了更多的疑問, 它到底是由什麼構成的, 又爲什麼能長這麼大? 木星的實際大小, 其實是很難讓人直觀理解的, 它可不只是個頭大, 它的質量超過了太陽系其他所有行星的總和, 沒錯, 是所有行星加起來的總和, 它的體積大到能裝下一千個地球。 給大家舉個更直觀的例子感受一下, 如果把地球比作一顆葡萄, 那木星就相當於一個籃球。 現在, 我們普遍認爲太陽系的形成過程是這樣的, 最初是一個由岩石, 金屬, 氣體和塵埃等物質組成的大圓盤, 圍繞着剛形成的太陽不停旋轉, 然後在數百萬年的時間裏, 這個圓盤裏的所有物質不斷地相互碰撞, 慢慢聚集成更大的物質團塊, 等這些團塊變得足夠大之後, 引力就開始發揮作用, 吸引更多物質。 按照這個理論, 木星的形成過程應該是這樣的, 當其中一個物質團塊大到一定程度, 它的引力就開始捕獲圓盤裏大量的氣體, 這些氣體當時正在圓盤裏四處飄散, 然後這個過程持續了數十億年, 直到形成了我們今天看到的木星。 這個理論聽起來很合理, 如果它是真的, 那就意味着木星內部肯定有一個非常巨大且密度極高的核心, 主要由固態岩石和金屬構成。 還有另一種有趣的理論, 木星其實一開始是一團獨立存在的巨大氣體雲, 當時就飄在早期太陽系的外圍, 隨着時間推移, 這團氣體雲越變越大, 大到最後被自身的引力壓垮, 開始坍縮, 最後形成了一個緻密的氣態球體。 這個過程其實和恆星的形成過程幾乎一模一樣, 只不過恆星的形成需要更大質量的氣體雲作爲基礎, 所以木星最後就只變成了一顆特別大的行星, 然後到了後來, 這顆新形成的行星被太陽的引力捕獲, 穩定下來, 開始繞太陽公轉。 如果這個理論是真的, 那木星其實根本就沒有所謂的核心, 它就像一個由氣體構成的巨大千層蛋糕, 但我們在學校裏學到的都是那個, 固態核心捕獲氣體的說法。 再說一遍, 這個理論聽起來確實很合理, 相信它也不是什麼離譜的事, 但可惜它同樣是錯的, 人類對木星的認知第一次取得重大突破, 是在20世紀90年代中期, 而且這背後還有一個讓人難以置信的巧合, 聽起來就像編出來的一樣, 1995年7月, 一顆彗星撞上了木星, 這種事可不常見, 據估計, 這種規模的撞擊事件, 大概每6000年纔會發生一次, 而我們剛好見證了, 而且我們還有技術手段記錄下了全過程, 這顆彗星名叫蘇美克, 列爲9號, 它是一大塊由冰凍水和岩石組成的天體, 當時正以極快的速度穿越太陽系, 速度有每小時21.6萬公里, 很難說這顆彗星原本到底有多大, 因爲在人類發現它的時候, 木星強大的引力早就把它撕成了好幾十塊碎片, 整整幾十塊碎片, 不過就算是其中最大的那塊碎片, 直徑也有差不多兩公里, 而在當時, 美國宇航局剛投入使用的哈勃望遠鏡, 已經準備好觀測這次撞擊事件了, 但當時卻遇到了一個大麻煩, 這些彗星碎片, 撞擊的是木星背對地球的那一面, 從地球上根本看不到, 我們差點就要錯過這場奇觀了, 可偏偏就在這個時候, 這場六千年一遇的大事件發生的同時, 美國宇航局的另一艘探測器也剛好抵達木星附近, 它就是伽利略號探測器, 名字取自第一位, 用望遠鏡觀測木星的天文學家伽利略, 探測器在1989年就發射升空, 任務目標就是探測木星及其衛星, 原本計劃是1995年12月抵達木星, 而現在, 它在靠近木星的途中, 剛好能清晰觀測到彗星撞擊, 它看到的景象是這樣的, 在六天的時間裏, 發生了整整21次撞擊, 其中最大的那塊彗星碎片, 撞擊釋放的能量, 相當於三億顆原子彈同時爆炸, 這也是人類有史以來拍到的最大規模的爆炸, 等木星慢慢轉過來之後, 哈勃望遠鏡終於拍到了撞擊之後的景象, 撞擊點在木星雲層上, 留下了一個個巨大的黑色疤痕, 還掀起了高達數千公里的巨大碎片雲, 高度足足有數千公里, 這些碎片雲在木星上空持續了好幾個月, 而這就是伽利略號探測器抵達木星時看到的景象, 木星內部的物質被撞得飛濺到太空中, 探測器剛好可以從這些物質中穿過去, 這是人類第一次真正看到木星雲層之下到底藏着什麼祕密, 這可是幾百年來人類一直好奇的事, 而伽利略號探測器最重大的發現其實是水, 大量的水, 這個發現讓科學家們都覺得很不可思議, 所以他們立刻開始籌備下一個木星探測任務, 專門發射一艘新的探測器, 目標就是爲了揭開木星的真實面目, 這個任務就是朱諾號木星探測任務, 朱諾號於2011年發射升空, 2016年抵達木星並着手解開木星核心的謎團, 所以我們才說你在學校裏學到的木星知識都是錯的, 原因很簡單, 人類真正開始瞭解木星的真相其實就是在這十年間, 接下來就給大家講講你的科學老師當年不知道的事, 木星不是由氣體構成的, 它的表面確實包裹着一層厚厚的氣態雲層, 那些標誌性的漩渦狀條紋和風暴都在這層雲裏, 但這些雲層只不過是覆蓋在更離奇物質之上的一層薄殼而已, 下面的世界超乎想象, 咱們就從最頂層開始說起, 在木星的雲層裏溫度低至零下100攝氏度, 冰晶和氨氣在這裏相互作用, 氨氣就像天然的防凍劑一樣, 讓液態水能在雲層上層穩定存在, 當水滴和冰晶相互碰撞時, 雲層就會帶上電, 進而引發覆蓋整個木星表面的超級雷暴, 這種雷暴在木星上隨處可見, 這種由超冷水和氨氣混合成的物質, 最後會凝結在一起, 形成半熔的冰雹, 然後墜落到木星的低層大氣中, 在那裏融化成雨水, 蒸發之後再重新上升到雲層, 就這樣循環往復, 永不停歇, 那些從木星內部上升的熱氣流, 是維持表面風暴持續肆虐的能量來源, 這些熱氣流的源頭, 深達木星大氣層內部, 木星大紅斑的祕密就藏在這裏面, 它的直徑足足有數千公里, 向下延伸的深度也有幾百公里, 盡直衝入暗雨中, 這個紅斑的高度, 遠超木星上其他任何雲層, 它一直延伸到雲層表面之上, 還會吸收大量來自太陽的紫外線, 這些紫外線會和風暴裏的化合物發生反應, 最終就形成了這種濃郁的紅色, 你可以想象一下, 有一片雲, 高度是珠穆朗瑪峯的十倍, 深度比海洋還要深十倍, 可即便如此, 依然沒法體現出木星紅斑真正的規模, 這紅斑的外層看着已經夠壯觀了, 但實際上, 這些由安河水構成的雲層, 平均厚度只有大概五十公里, 當我們穿過這些雲層, 進入木星的低層大氣時, 溫度就開始逐漸升高了, 這種熱量其實是由壓力產生的, 當分子被壓縮時, 能量就會不斷聚集, 而這種壓力的來源就是引力, 形星自身巨大的質量會把所有物質都往下拽, 越壓越緊, 直到最後就會發生一些特別詭異的變化, 我們越往木星的引力深處走, 周圍的溫度和壓力就會越高, 這感覺就像穿過一層濃霧, 而且這霧會越來越濃, 到最後它就會變成液態, 只不過這裏的霧不是水, 而是氫氣, 氫是宇宙中最輕的元素, 在木星內部這種超強引力環境裏, 只有它能保持漂浮的狀態, 其他所有更重的元素早就被引力拽下去了, 沉到了行星的核心部位, 在雲層之下大約一千公里的地方, 氣態的氫就會完全轉變成液態, 這大概就是我們能找到的最接近木星表面的地方了, 一片由液態氫構成的海洋, 這可是太陽系裏最大的海洋, 所以你看這顆巨行星, 雖然外層裹着一層薄薄的氣態外殼, 但它絕對不是一顆氣態行星, 它其實是一顆液態行星, 只不過這種液態是我們從未見過的詭異存在, 在地球上我們要讓氫氣液化就得把它降溫, 地球的大氣壓力能把氫氣的沸點降到零下250攝氏度左右, 但在木星上情況卻完全相反, 超強的壓力把氫氣的沸點抬得極高, 所以它就算在高溫環境下也能保持液態, 哪怕溫度已經超過1000攝氏度, 這片液態氫海洋深度大約有2萬公里, 是地球海洋深度的2000倍, 而當我們抵達這片海洋的底部時, 引力所產生的溫度和壓力會引發一種特別奇特的效應, 在相當於地球表面數百萬倍的壓力下, 溫度高達1萬攝氏度時, 氫氣就會變成一種全新的物質, 我們把它叫做金屬氫, 不過這可不是說它會變得像鋼鐵一樣堅硬, 它依然是液態的, 一種液態的金屬, 大概就有點像溫度計裏的水銀那樣, 這種變化帶來的最大改變, 就是金屬氫擁有了導電的能力, 木星引力在這裏的擠壓作用超強, 氫原子的電子會被強行剝離出來, 在液態裏自由流動, 從而形成了電流, 這種液態的金屬氫構成了木星內部的絕大部分區域, 厚度大約有4萬公里, 而在這一切的最底端就是木星的固態核心了, 不過這個說法其實有點勉強, 以前我們一直認爲木星中心有一個緻密的天體, 大小和地球差不多, 主要由鐵和岩石構成, 這個說法聽起來很合理, 但新的研究卻發現木星的核心其實要模糊得多, 也就是說液態金屬和固態核心之間並沒有一條清晰的界限, 這兩層物質其實是相互交融在一起的, 這個模糊的核心跨度達到了木星半徑的一半, 現在科學家們認爲它更像是一個巨大的緻密的濃湯, 由液體、岩石和金屬混合而成, 攪和在一起難分彼此, 不同物態之間根本沒有明確的分界線, 目前我們還不確定這種特性是不是木星獨有的, 或者說是不是所有氣態矩行星都是這樣, 我們對土星的研究還遠遠不夠, 所以還沒法確定它的內部是不是也存在同樣的情況, 說不定這種模糊核心其實是一種常態, 也有觀點認爲如果木星的核心真的很特殊, 那很可能是因爲太陽系早期發生過一次劇烈的撞擊事件, 當時可能有一顆岩石行星體積是地球的十倍在太陽系裏遊蕩, 最後一頭撞上了木星, 撞擊產生的巨大能量會把固態核心衝散、稀釋, 這個理論或許也能解釋木星爲什麼能長得這麼大, 撞擊理論聽起來很有道理, 但這並不意味着它就是正確的, 最近天文學家們嘗試用計算機模擬還原這起撞擊事件, 他們模擬了無數種場景, 讓不同大小、不同成分的行星撞擊早期的木星, 一開始模擬結果和大家預想的一樣, 撞擊確實會形成一個模糊的核心, 但在所有的模擬場景裏, 這個模糊的核心都會在相對短的時間內慢慢沉澱下來, 重新變成一個界線分明的球體, 穩穩地待在行星的正中心, 所以我們現在明確知道木星有個又大又怪的核心, 但我們卻搞不懂它到底是怎麼來的, 儘管我們已經瞭解了這麼多, 但還是沒有一個明確的答案, 不知道這樣一顆行星最初到底是怎麼形成的, 而這正是木星的魅力所在, 它就是這麼奇特, 像一個懸在天際的巨大謎團等着我們去解開, 而我們終有一天會找到答案的。