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木星和地球

木星是太阳系中最大的行星。它大到足以容纳1300个地球。在木星的面前,地球就好像是一个滚到了篮球跟前的玻璃弹珠。如此巨大的木星内部究竟隐藏着一个怎样的世界呢?这引起了我们极大的好奇心。如果我们有一把神奇的 “宇宙之刀” 把木星切开会看到什么呢?

木星的表面

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木星,哈勃望远镜拍摄

哈勃望远镜拍摄的木星木星给我们最直观的特征就是它上面那些五彩斑斓的横向条纹。这些条纹呈深浅不一的颜色,这些颜色又暗示着什么呢?它们就是木星的最外层吗?木星是一颗气态巨行星。它没有地球那样的明显界面。因此,天文学家将木星大气压强为100千帕处作为木星的 “表面”。这里便是木星云层的顶部,也就是我们看到的那些五彩斑斓条纹的顶部。这是木星呈现给我们最直观的部分。
在此之上大约50公里处便是木星对流层的顶部。跟地球的大气层一样,木星的大气层也是有分层的。在木星对流层上面依次是平流层、增温层和散逸层。从木星的 “表面” 开始到散逸层,木星的大气层厚度大约有5000公里。

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木星上的湍流云

我们再来聊一聊木星表面的这些五彩斑斓的条纹。如果我们靠近木星观察就会发现,这些条纹其实是永久笼罩着木星的湍流云。它们都呈东西走向且速度高达360公里/小时。木星上的这些湍流云层是如何形成的呢?科学家认为它们是由木星的极快的自转造成的。
木星的自转是非常快的。木星的自转周期只有9小时56分钟。跟地球比较一下,地球约为23小时6分。要知道木星是一颗体积比地球大1300倍的巨型行星。即便是这样,它的自转周期还是比地球快了14小时。木星在赤道上的自转线速度达到了 45381 公里 / 小时,而地球在赤道上的自转线速度约为1674公里/小时。木星的自转速度比地球快足足27倍多。因此,在快速旋转的木星上面,大气被拉扯成了环绕整个行星的长条状。

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木星表面的云层

这些带状的湍流云层有的颜色很浅,有的颜色却很深。木星上这些颜色较浅的区域被称为白区,而颜色较深的区域则被称为红带。白区的云层是由上升的暖气流结晶形成的氨晶体云组成的。这些云层由于处在较高的位置反射阳光而呈现出明亮的颜色。而红带中的云层则是下降的冷气流氢硫化铵云组成的。有时候我们还会看到云层中夹杂着一些蓝色。这是因为云层中含有水冰晶体。
我们发现木星表面的湍急气流中还夹杂着一些白色、红色和棕色的巨大椭圆漩涡。很显然,这些漩涡就是木星上的风暴。木星上最著名的风暴当属大红斑了。木星大红斑就像是木星这个行星巨人的一只眼睛。自从1664年英国的科学家罗伯特・胡克发现至今,它至少已经存在了360年了。

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木星大红斑风暴

大红斑是目前木星上最大的风暴,同时也是太阳系中最大的风暴。其规模远远超出了我们对风暴的认知。它宽度约为14000公里,长度在20000 - 40000公里之间变化,最大的时能容纳3个地球!它的风速也是十分惊人,最高风速能达到180米 / 秒,是地球上18级超级台风风速的3倍。想象一下,一个比地球还大,风速是18级超强台风3倍,肆虐了至少360年还没有停的风暴是多么的恐怖啊!

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木星表面

木星上的风暴可不止大红斑一个。2000年的时候,天文学家们发现了2个白色的卵形风暴合并成了一个更大的白色卵形风暴。5年后,这个风暴变成了红色,被称为小红斑。小红斑看上去虽小,但也能装得下一个地球。

液态氢海洋

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木星的云层下方

地球上的风主要受到太阳辐射的驱动,而木星距离太阳较远,因此木星上风暴带的形成受到太阳的影响较小。天文学家们认为,驱动木星上风暴形成的能量来自内部。木星内部是什么样子的呢?
当我们穿过木星表面湍急的云层进入其内部时,会发现随着深入,气体密度、压力和温度都不断的升高。在木星云层顶端向下大约3000公里深的地方,神奇的一幕发生了。这里的物质从气态变成了以液氢为主的液态了。这是一层覆盖整个木星的液态氢海洋,深度大约有25000公里。

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木星的内部结构

如果穿过这层液态海洋继续朝着木星的核心前进,温度将会高达10000℃以上,压强也能达到地球表面大气压的300万倍。原先的液氢海洋在这样的高温高压下变成了跟水密度相当并且可以导电的液态氢。这层可以导电的液态金属氢层厚度大约有33000公里,占据了木星主体的大部分。
这层广袤的液体金属氢海洋在木星高速自转的作用下产生了太阳系行星中最强的磁场。木星磁场的强度约为地球磁场的14倍。

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木星的内部结构图

被这层导电的液体金属氢海洋包裹的便是木星的内核部分了。科学家普遍认为,木星可能有一个致密的岩质核心,质量可能是地球质量的10 - 20倍,直径可能是地球的1 - 2倍。这里的温度可能高达50000℃,远远超过了太阳的表面温度。
科学家发现,木星内部正在向外释放着热量。它所辐射出的热量是它从太阳那里接收到的太阳热量的1.7倍。可能正是这些来自木星内部的能量驱动着木星表面复杂多变的天气变化,形成了那些五彩斑斓的湍流云和超级风暴。

总结

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木星的真实影像

我们来总结一下,当把木星切开后,我们首先会看到笼罩着整个木星的湍流云层和椭圆形的巨大风暴,再往下就是木星上的气体物质越来越稠密直到形成一个厚度达25000公里深的液态氢海洋,接下来在更大的压力和高温的共同作用下,液态氢海洋开始变得具有导电性成为了液态金属氢海洋。这里的厚度大约有33000公里。最后,在木星的最核心处我们也许会看到一个直径是地球的1 - 2倍、质量却达到10 - 20倍地球质量的致密木星内核。
以木星的体量是当之无愧的太阳系行星之王。但是和最小的恒星比起来还是差得太远了。木星想要成为一颗最小的恒星,其质量至少再增加80倍啊!