地球一直在吸收来自太阳的热量,为什么地球的温度没有越来越高呢?其实原因很简单,那就是地球在吸收太阳热量的同时,也会向寒冷的宇宙空间中辐射热量,因为地球热量的“收入”和“支出”在整体上保持着一个动态的平衡,所以地球的温度就不会越来越高。

人们曾经以为,太阳系中其他的行星的情况应该也与地球一样,后来科学家却发现了一个例外,它就是太阳系中木星。怎么发现的呢?这就要提一下“卡西尼号”(Cassini)探测器了。

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“卡西尼号”是一个用于探测土星及其卫星系统的探测器,该探测器于发射于1997年,并于2004年抵达土星。在前往土星的旅程中,它还顺便“拜访”了一下木星,在此期间,它利用其自身携带的“复合红外光谱仪”(CIRS)、红外映射光谱仪 (VIMS)和成像科学子系统 (ISS) ,测量出了木星热量的“收支情况”。

引人注目的是,“卡西尼号”传回的数据表明,木星从太阳吸收的热量,明显低于其自身向外辐射的热量,也就是说,木星竟然在放热。在接下来的时间里,随着木星探测数据的不断累积,这种现象得到了确认,科学家根据探测数据估算出,在单位时间之内,木星向外辐射的热量,大约是它从太阳吸收的热量的1.67(±0.09)倍。

(↑“卡西尼号”拍摄的木星)

正如我们所知,木星是太阳系中最大的行星,并且它与太阳一样,也是含有大量的氢,所以木星的放热,就很容易让我们联想到它的内部是不是在发生核聚变了,而如果真是这样的话,那它在未来就有可能会成为一颗恒星。那实际情况是否真是如此呢?答案是否定的。

实际上,科学家已经确定,木星的放热其实是因为“开尔文-赫尔姆霍兹机制”(Kelvin–Helmholtz mechanism)在起作用,我们可以将其简单地理解为,这是一种描述流体在引力作用下收缩时产生热量的机制。

对于像木星这样的气态巨行星来讲,其绝大部分构成物质都是以流体的形式存在,在引力的作用下,它的体积就会有收缩的趋势,体积收缩了,其内部的温度就会提升,进而向外释放出热量,而释放出了热量,又会导致木星的体积进一步减小……

如此一来,木星的体积就会极为缓慢地收缩,根据科学家的估算,平均每一年,木星的半径就会缩小大约1毫米,它也因此源源不断地向外释放出热量,进而造成了它从太阳吸收的热量,明显低于其自身向外辐射的热量。

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看到这里可能有人会问了,土星也是气态巨行星,那土星会不会也在放热呢?答案是否定的,实际探测数据已经表明,土星并不存在这种情况。科学家认为,这是因为土星的质量远远没有木星那么大,所以它因为“开尔文-赫尔姆霍兹机制”而产生的热量就要少得多。

也就是说,木星的放热,并不是因为它内部在发生核聚变。那么,有没有一种可能:木星在未来会成为一颗恒星呢?我们接着看。

需要知道的是,恒星之所以会发光发热,是因为其核心在持续地进行核聚变,而足够高的温度,则是启动核聚变反应的必要条件。实际上,宇宙中的那些恒星内部的核聚变所需要的温度,其实也是“开尔文-赫尔姆霍兹机制”在起作用,但它们的质量却比木星要大得多。

因为天体的质量越大,引力收缩就越厉害,其内部的温度也就越高,所以只有在一个天体的质量达到一定程度的时候,其核心的温度才有可能启动核聚变反应,具体是多少呢?从理论上来讲,至少要达到太阳质量的8%才行。

根据科学家的测算,木星的质量约为1.8982乘以10的27次方千克,太阳的质量约为1.9891乘以10的30次方千克,简单计算一下可知,木星的质量大约只有太阳质量的千分之1,远远达不到成为恒星的“最低标准”,因此可以说,以木星的质量来看,无论它在未来如何收缩,都不可能成为恒星。

看到这里可能又有人会问了,大约50亿年之后,太阳会演化成一颗红巨星,在随后的演化过程中,太阳的物质会大量地流失,到那个时候,木星有没有机会吸收到足够多的物质,进而成为一颗恒星呢?

答案仍然是否定的。简单来讲,太阳演化到红巨星阶段时,造成其物质大量流失的原因,其实是太阳核心出现的一种短暂的热失控核聚变,这种现象有一个大家比较很熟悉的名字——“氦闪”。

“氦闪”释放出的能量是爆发性的,这会驱使太阳外层的物质以极高的速度逃逸,其初始速度甚至可以高达每秒数千公里。

而木星的逃逸速度却只有每秒60公里左右,这就意味着,以木星的引力,是无法捕获到这种高速物质的,当然了,到了那时候,一些“正面击中”木星的物质是有可能被木星吸收的,但这些物质实在太少了,根本就不足以让木星的质量增长到成为恒星的“最低标准”。