1994年,彗星舒梅克-列維9號(hào)彗星,以每秒60公里的速度撞擊木星,釋放20億顆原子彈的能量,留下地球大小的疤痕。
但是作為一顆氣態(tài)行星,木星主要由氫和氦組成,核心被厚厚的“氣體”包裹,彗星為何無法直接穿過?
木星是太陽系最大的行星,直徑14.3萬公里,質(zhì)量318倍于地球,其結(jié)構(gòu)雖以氣體為主,卻遠(yuǎn)非“稀薄空氣”:
大氣組成:90%氫(H?)、10%氦(He),類似太陽,含微量甲烷(CH?)、氨(NH?)和水汽(H?O)。
分層結(jié)構(gòu):木星大氣從外到內(nèi)逐漸致密,分為對(duì)流層(50-100公里厚)、平流層和熱層。2025年《Nature Astronomy》指出,木星大氣壓力從表面的0.1巴(10^-4地球大氣壓)到深處數(shù)百萬巴。
金屬氫層:在大氣下約1萬公里,壓力達(dá)百萬巴,氫被壓縮成液態(tài)金屬氫,密度接近固態(tài)(1克/立方厘米),類似液態(tài)水。
核心:可能有巖石-冰核(10-20倍地球質(zhì)量),被液態(tài)金屬氫包裹,壓力達(dá)4000萬巴,溫度2萬°C。
所以木星雖無固態(tài)表面,但其大氣密度隨深度急劇增加,彗星撞入后會(huì)遭遇巨大阻力,1994年SL9彗星撞擊木星,21個(gè)碎片(直徑0.1-2公里)以60公里/秒撞入南半球大氣,但是它們都無法沖破木星。
木星對(duì)流層(0-50公里)壓力從0.1巴升至250巴(250倍地球大氣壓),密度從0.0001克/立方厘米增至0.1克/立方厘米,接近地球低空空氣(0.0012克/立方厘米),彗星進(jìn)入后,氣動(dòng)阻力迅速減速。
SL9碎片在250巴壓力層(約30-50公里深處)發(fā)生“氣爆”(Airburst),類似地球的通古斯事件(1908年,20米彗星在5-10公里高空爆炸),碎片解體,能量釋放為火球和沖擊波,碎片動(dòng)能(約10^20-10^21焦耳,最大碎片G達(dá)600萬噸TNT)被大氣吸收,轉(zhuǎn)化為熱量(火球達(dá)4.27萬°C)和化學(xué)反應(yīng)(生成硫化物、氨),形成直徑1.2萬公里的暗斑。
木星大氣的“抗穿透”能力源于其物理特性,木星大氣每下10公里,壓力增加10倍,密度快速上升,彗星如撞“氣墻”。
SL9碎片以60公里/秒(Mach 180,地球空氣中180倍音速)撞入,氣動(dòng)加熱和壓縮使碎片瞬間汽化,木星的急流(150米/秒)和湍流(如大紅斑)迅速“修復(fù)”撞擊區(qū)域,暗斑數(shù)月內(nèi)消散,顯示大氣動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。
理論上,更大或更快的彗星可能深入木星,但仍難穿過:100公里直徑彗星(比SL9大50倍)以100公里/秒撞擊,可能深入500公里(仍在大氣層),但會(huì)被金屬氫層(密度1克/立方厘米)阻擋,釋放10^25焦耳,約1000倍SL9能量。
木星的核心在4萬公里深處,壓力4000萬巴,密度10克/立方厘米,類似固態(tài)巖石,即使10^30焦耳(10^10顆原子彈)的撞擊也無法穿透至核心,木星質(zhì)量318倍地球,引力11.2倍地球重力,任何物體進(jìn)入后難逃解體或捕獲。
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