木星是太陽系最大的行星,直徑約14.3萬公里,質(zhì)量是地球的318倍,作為一顆氣態(tài)行星,它主要由氫(90%)和氦(10%)組成,表面是流動的氣體云層,沒有固態(tài)地表,所以理論上來說,小行星撞擊木星應(yīng)該會直接穿過去才對。
然而事實并非如此
因為木星雖然是氣態(tài)行星,但其結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)非稀薄的“云霧”,從外到內(nèi),木星分為幾個層次,首先是外層大氣,也就是我們能看見的云頂木星表面,這里由氨、甲烷和水蒸氣組成,溫度-150℃,密度僅相當(dāng)于地球大氣的萬分之一。
再往下是中層大氣,由氫和氦組成,密度和溫度都因為深度增加而增加,能達(dá)到數(shù)千攝氏度,這個溫度就足以消滅小行星和彗星了。
然后是木星的液態(tài)金屬氫層,這里的深度達(dá)到了20,000公里,壓力超100萬個地球大氣壓,稀薄的氫氣被壓縮成導(dǎo)電的液態(tài)金屬,高溫高壓足以摧毀任何外來者,更可怕的是木星和氣態(tài)和液態(tài)之間沒有明顯的分割線,是無縫銜接的。
天文學(xué)家推測,液態(tài)金屬氫再往下,就是固態(tài)金屬和巖石組成的木星核心,質(zhì)量相當(dāng)于20個地球,溫度達(dá)到了2萬攝氏度,壓力相當(dāng)于地球大氣壓的數(shù)億倍,基本和太陽內(nèi)部差不多了,所以也有人認(rèn)為木星未來有可能會變成第二個太陽。
1994年,蘇梅克-列維9號彗星(SL9)撞擊木星,為人類提供了關(guān)鍵的碰撞數(shù)據(jù),首先是彗星本體被木星引力撕碎成20多塊,直徑0.5-2公里。以每秒60公里撞入木星南半球,引發(fā)相當(dāng)于6億顆廣島原子彈的爆炸,留下數(shù)百公里寬的暗斑。
這表明小行星(或彗星)非但沒穿過,反而被木星吞噬了,這就是因為之前提到的不同深度的大氣阻力。
木星外層大氣雖稀薄,但小行星以超高速度進(jìn)入,遭遇氣動阻力,SL9碎片進(jìn)入時,速度平方放大阻力,足以撕裂小行星。2023年《天體物理學(xué)雜志》分析,SL9碎片在深入數(shù)百公里時,因阻力過載解體,碎片進(jìn)一步被壓縮、加熱。
1公里直徑、密度2克/立方厘米的SL9碎片,質(zhì)量約1012公斤,速度60公里/秒,動能約1021焦耳,相當(dāng)于千萬億噸TNT,進(jìn)入木星大氣,動能迅速轉(zhuǎn)為熱能,碎片在100-200公里深處汽化,引發(fā)火球,溫度達(dá)數(shù)萬度,噴出氣體形成暗斑。
木星大氣的梯度密度像“緩沖墻”一樣,讓小行星逐步減速、解體、爆炸,無法穿透,最終吞噬了彗星本體。
就算彗星或者小行星能沖破氣態(tài),也會面臨液態(tài)金屬氫層的阻擋,雖然這里的密度就跟水一樣,但壓力千萬倍于地球大氣壓,2022年《自然-天文學(xué)》模擬顯示,液態(tài)氫的粘性和密度像“液態(tài)鋼鐵”,任何物體都會被壓碎、溶解。
所以說在高密度和高溫度面前,任何物質(zhì)都無法做到穿過木星,理論上來說只有中子星物質(zhì),或者三體里的水滴,這些超級材料才能無視木星的重重阻礙。
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