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太陽系的真正強者:木星

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匿名
匿名  發表於 2019-6-19 13:50 |閱讀模式
  太陽系相比於整個宇宙,猶如一粒微塵般毫不起眼;我們所在的藍色地球相比於整個太陽系,也如同一粒微塵。我們人類,在這粒微塵之上,仰望星空,想象著有朝一日,能夠遍訪宇宙中的所有星球,能夠遊歷宇宙中的每一個角落。

  在之前的系列中,我們已經拜訪過了太陽系的所有類地行星。類地行星都有鮮明的岩石圈邊界,因此可以腳踏實地地去考察,這可是我們地質地球所的專長。然而太陽系八大行星的另外四顆——我們稱之為巨行星——它們並沒有一個類似於地面的東西,來讓我們登陸拜訪。

  不過,航空、航天、航海,同樣是地球科學研究的常見載體。四顆巨行星的複數個的岩石衛星,也有著值得考察的非凡特性。所以今天,我們就來看看離我們最近,也是太陽系最大的巨行星:木星。

  木星:

  太陽系的真正強者

  木星是太陽系真正的強者。跟木星比起來,太陽系的其它行星都是DD。

  壹

  

  圖註:真正的強者:木星

  木星的質量,是太陽質量的千分之一,聽起來似乎不大。但是實際上,木星的質量是太陽系其他七大行星的質量的總和的2.5倍還多,大約等於318個地球質量!而從體積上來說,我們所熟知的,木星的標誌性景觀現象——木星大紅斑,完全可以容納得下整個地球。

  

  圖註:木星與太陽、木星與地球的對比

  木星體積很大,儘管離我們很遠,它在夜空中也非常明亮,是夜空中第三亮的天體,僅次於月亮和金星。它的反光,甚至已經強到足夠形成影子了。

  

  圖註:月亮旁邊那顆亮星就是木星

  按理說,按照小說的一致套路,大凡是身形龐大的傢伙,行動必然遲緩。然而木星卻是個「敏捷的胖子」。木星的自轉周期大約是9.925小時,是整個太陽系中自轉最快的行星。體積大,轉的快,這就形成了一個顯而易見的後果,這個胖子變得很扁。就算是用入門級的天文望遠鏡,也可以看出,其赤道要比兩極直徑更大,大約相差將近一個地球還多。

  

  圖註:描述木星需要用地球作為單位……

  木星的很多特殊性質,都跟其碩大,龐大,巨大,宏大,偉大……總之非常非常大的體型,以及作為一個「敏捷的胖子」的本性有關。

  木星很大,但是自轉又很快,赤道地區的轉速達到12.6km/s——這比脫離地球的所謂「第二宇宙速度」;11.2km/s,還要快,作為對比,地球赤道地區的轉速只有460m/s,相差27倍。木星的大紅斑,就是因為超高速的表面風,形成的一種湍流風暴。暴躁而充滿破壞欲,這是木星這個平和的名字下隱藏的特性。

  

  圖註:旅行者1號拍攝的木星,

  32天每10個小時拍攝一張圖片的合成

  高速自轉的流體,就像線圈裡流動的電流,使得木星具有了強大的磁場。這個磁場遠比地球的磁場強,赤道地區約有0.42mT,兩極地區則達到1.0-1.4mT。地球兩極的磁場,大約只有0.06mT,弱了20倍。這樣強的磁場,使得木星兩極產生了絢爛的極光。

  

  圖註:哈勃望遠鏡拍攝的木星極光

  這麼狂暴的環境,木星恐怕是登陸不成。臣妾做不到啊.jpg

  所以,我們先把目光轉向木星的幾顆衛星。看看要登陸考察那些衛星,大概需要什麼條件。這絕對不是慫了,而是遵從心的呼喚。

  

  

  圖註:木星和它最大的四顆衛星

  貳

  木星的衛星

  貳

  假裝是一個標題

  假裝是一個沒有靈魂的副標題

  木星已確認有79顆天然衛星,大小迥異。一般來說,我們最關心其中最大的四顆,也即木星的主衛星群,分別是木衛一:Io(伊奧);木衛二:Europa(歐羅巴);木衛三:Ganymede(蓋尼米德);木衛四:Callisto(卡利斯托)。

  這四顆衛星於1610年前後,被伽利略(沒錯就是那個發明了伽利略望遠鏡的人)用30倍光學望遠鏡觀測到並記錄下來,因此也被稱為木星的「伽利略衛星」(Galileo moons),這四顆衛星佔到木星衛星總質量的99.999%。

  四顆衛星中的前三顆,形成了1:2:4的公轉周期軌道共振,他們可能是由木星的原始吸積盤形成的。

  

  圖註:伽利略衛星的軌道共振

  1

  木衛一:Io

  

  圖註:Galileo拍攝的木衛一真彩圖像。

  如果要說太陽系內什麼地方最接近煉獄的話,那麼木衛一可能就是這樣一個地方。

  木衛一是全太陽系已知的天體中最乾燥的地方,含有最少的水分子。其表面已知有超過400座活火山,是太陽系地質活動最活躍的地方。上圖中的那些黑點和孔洞,就是火山口。火山中流淌出來的岩漿,塗布在木衛一的表面,形成五顏六色的地表。活躍的地質活動,是由於木星,以及木衛二、木衛三、木衛四的引力潮汐,共同作用於木衛一上。木衛一內部的物質,像一個麵糰一般不停被搓圓捏扁,因此爆發出火山。

  

  圖註:僅僅八年,木衛一上地形就發生了很大的改變。

  這樣的地方對一般人而言是地獄,但對於地質學家和地球物理學家來說絕對是不可多得的實驗室。火山,地震,潮汐在這裡輪番上演,值得研究的事例必然多不勝數。

  科學研究首先要做好防護,正所謂安全第一。

  木衛一的表面,火山噴發出有毒有腐蝕性的氣體,首先需要對這些揮發分和噴出物做好防護。

  

  圖註:新視野號探測器拍攝到的木衛一火山,將物質噴發到距其表面330km高空

  此外,儀器和人員裝具的耐高溫性能也一定要好,這裡四處岩漿橫流。

  

  圖註:伽利略號拍攝的相關區域的岩漿流

  木衛一幾乎沒有大氣,其較小的重力,以及來自木星的強大的重力拖曳,也不足以讓其維持住火山噴出的氣態物質。那麼這些物質去哪裡了呢?

  

  圖註:月球、木衛一、地球的尺度對比

  原來,這些物質在噴出木衛一之後,被木星的強大磁場(之前提到過)所捕獲,形成一圈甜甜圈形狀的等離子體環,這個等離子體環是目前空間科學的熱點研究目標,如果感興趣的話,歡迎大家報考地質地球所的空間物理專業。(因為打廣告而被領導拖走)

  

  圖註:木星的甜甜圈狀等離子體環

  因為這個等離子體環的存在,木衛一表面被加速后的等離子體轟擊。人員在木衛一的表面,還必須做好電離輻射的防護。

  2

  木衛二:Europa

  

  圖註:伽利略號探測器拍攝的木衛二

  木衛二的名字,歐羅巴,來自於希臘神話神王宙斯的愛人Europa,宙斯在羅馬神話里就對應著神王Jupiter。順便一提,剛才的木衛一Io,以及接下來要提到的Callisto,還有Ganymede(是個男神,男的),也是宙斯這個渣男的愛人。

  木衛二是四顆伽利略衛星中最小的一顆,比地球的月亮稍微小一點點。但與月亮不同,歐羅巴擁有太陽系最光滑的固態表面。目前認為,她的表面有一層薄薄的冰殼,冰殼下面則是對流的固態冰,或者液態的水——也就是海洋。

  

  圖註:木衛二的兩種可能的表面結構

  那麼說到這兒就已經很明顯了,去木衛二,我們需要帶上最好的鑽頭,去鑽取冰心樣本。也要帶上地震儀,去看看在這厚厚的冰蓋下,到底有沒有一片液態的海洋等待我們去遨遊。

  

  圖註:坐上潛水艇去探索木衛二冰面下的秘密世界

  如果幸運的話,我們隨身攜帶的潛水服可能也會派上用場。之前在木衛一乾渴得不行的喉嚨,也可以在這裡得到一些滋潤——不過記得水還是要煮開再喝。

  但是,由於木星磁場的影響,木衛二表面的輻射還是非常強!稍微暴露在外界就會導致嚴重的疾病,所以還是要做好輻射防護。

  3

  木衛三:Ganymede

  前面的歐羅巴已經夠「水」的了,可是還有更水的!

  木衛三,蓋尼米德,經過分析發現,木衛三大約由等量的硅基岩石和水組成!

  

  圖註:木衛三的圈層結構,兩層冰夾一層水。

  根據科學家的分析,Ganymede也許擁有全太陽系最大的海洋,水深可能達到800km。而由於潮汐和內部熱源的作用,Ganymede的海底也許會比冰水二相點(在地球上是0攝氏度)高40攝氏度——這意味著生命可能也存在於這片海洋中。

  此外,木衛三是整個太陽系最大的衛星,大於月球,甚至比行星水星還要大一點。較大的體積和質量,以及流體的內核,使他像地球一樣,具備了內生的磁場。對於一顆衛星來說,這是極為難得的。

  

  圖註:木衛三的磁場結構圖,

  木星在右邊,軌道方向為垂直紙面向外,磁場與木星磁場結合在了一起。

  由於內生的磁場,木衛三上也有極光。

  

  而這簡直太棒了,也許這裡就是人類的下一個家園呢?比如未來水世界?

  所以需要帶上什麼還用得著說么?當然是帶上全套家當啊~比如烤魚用的爐子和煮湯用的鍋……不是,我的意思是地質錘、羅盤、野簿,還有重磁電震的各類儀器!

  4

  木衛四:Callisto

  

  圖註:伽利略探測器2001年拍攝的木衛四

  木衛四相比起前面的木衛三,木衛二,似乎就沒有那麼有趣了。

  

  根據現在的調查,木衛四似乎並沒有完全分異,各種組分在其圈層結構內混合在一起。在木星的磁場環境中,木衛四呈現出很高的電導率,一般代表它含有大量的水。木衛四顯得有點離群索居,並沒有跟前三位兄弟一起,跳起軌道共振的舞蹈。它的軌道半徑比較大,距離木星很遠。

  但是這些特性,使其成為一顆很安全的天體。

  由於圈層分異不顯著,軌道又很外圍,其地質結構非常穩定。距離木星很遠,從而躲開了那個甜甜圈形狀的等離子體環,輻射很低。同時岩石含水量又比較高。如果用電解水的方法來生產燃料,那麼完全可以將這裡改造為一個探索木星系的驛站。

  

  圖註:在木衛四上建立前哨驛站

  也就是說,如果將來有機會拜訪,地質學家們可能只需要帶好身份證和信用卡,來這裡享受熱水、熱湯、舒適穩定的床鋪,以及價格公道的飛船加油服務。

  聽起來其實也很不錯。

  回到木星

  叄

  但是等一下,我們最終還是要探索木星的不是么?不能因為一點點困難就被嚇倒!(12.6km/s的風呼嘯吹過)

  

  圖註:Juno探測器拍攝的木星

  木星籠罩在厚厚的雲層下,其可能存在固態的核心,但是可能不是人類輕易能夠到達的地方。其大氣層的狂暴的風暴,也不是現在的科學技術能夠哪怕想象出一種飛行器,來在內部航行的。最堅固的機翼會折斷,最厚實的氣球會被撕碎,火箭會迅速失去平衡。

  科學家可能要像蜻蜓點水一樣,在木星的大氣層淺表輕輕一觸,採集一點樣本,然後立刻退出大氣層。

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