木星是太陽系的“氣態巨獸”,體積大到能裝下1300個地球,組成90%是氫氣,10%是氦氣,活像一個“未點燃的太陽”。
既然氫氣這么易燃,為何無數小行星撞擊木星,卻沒把它變成第二個太陽?
木星確實富含氫氣(約90%體積),與太陽的組成(73.5%氫,24%氦)頗為相似,太陽通過核聚變將氫聚變成氦,釋放巨大能量,照亮宇宙,既然木星有這么多氫氣,為何不被小行星“點燃”?
答案在于:木星的氫氣無法像地球上的氫氣那樣“燃燒”,更別說變成太陽那樣的核聚變爐。
地球上的“燃燒”是化學反應,需燃料(氫氣)、氧化劑(氧氣)和點火源(如火花),木星大氣幾乎全是氫和氦,缺氧氣,化學燃燒無從談起,2023年,NASA朱諾號探測器(Juno)數據顯示,木星大氣含氧量不到0.01%,遠不足以支持燃燒。
小行星撞擊木星確實能釋放巨大能量,最著名的例子是1994年的舒梅克-列維9號彗星(Shoemaker-Levy 9)撞擊,能量相當于6億顆廣島原子彈,但這種撞擊為何沒觸發核聚變?
第一是溫度不夠高,核聚變需將氫原子核(質子)壓到足夠近,克服電荷排斥,需溫度超1000萬攝氏度(太陽核心1500萬°C),小行星撞擊雖產生局部高溫(數千°C),但遠低于核聚變門檻,木星大氣深層的壓力和溫度(約200萬大氣壓,2萬°C)也遠不足以啟動持續聚變。
第二是質量不足,木星質量是地球的318倍,但僅為太陽的0.1%(1/1047),太陽靠巨大引力壓縮核心,維持聚變,木星引力不足,核心壓力僅為太陽的1/1000,無法將氫氣壓到聚變狀態。
要讓木星變成恒星,需大幅增加其質量,2023年,劍橋大學天文學家尼克·庫伊佩斯(Nick Kuipers)估算,木星需增加約80倍質量(達到太陽的8%),才能成為“棕矮星”,觸發氘(重氫)聚變,發出微弱紅光,要成為真正的恒星(如紅矮星),需100倍以上質量,觸發氫聚變。
即使小行星源源不斷撞擊,增加的質量也微乎其微,木星每年接收小行星物質約10^8千克,需10^20年才能累積80倍質量,遠超宇宙年齡的138億年。
雖然小行星撞擊不會點燃木星,但會引發壯觀現象,1994年舒梅克彗星撞擊在木星大氣留下直徑1.2萬公里的黑斑,持續數月,釋放的能量使撞擊點溫度飆升至2.4萬°C,2024年,NASA詹姆斯·韋伯望遠鏡(JWST)捕捉到木星大氣中小行星撞擊的閃光,類似地球的“流星雨”,但規模大千倍。
木星的氫氣雖不燃燒,但其大氣深層可能存在金屬氫(高壓下液態氫),導電性強,驅動木星的強大磁場,這磁場捕獲輻射,形成輻射帶,保護木星免受更多撞擊。
在中國文化中,木星被稱為“歲星”,象征豐收與吉祥,《史記·天官書》記載,歲星運行影響農事,目前中國航天對木星的探索雄心勃勃,2024年國家航天局計劃2030年發射木星探測器,延續“嫦娥”探月的星際夢。
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