既然木星是一颗气态行星,为啥彗星撞击木星,却不能直接穿过去?
木星是太阳系最大的行星,直径约14.3万公里,质量是地球的318倍,作为一颗气态行星,它主要由氢(90%)和氦(10%)组成,表面是流动的气体云层,没有固态地表,所以理论上来说,小行星撞击木星应该会直接穿过去才对。
然而事实并非如此
因为木星虽然是气态行星,但其结构远非稀薄的“云雾”,从外到内,木星分为几个层次,首先是外层大气,也就是我们能看见的云顶木星表面,这里由氨、甲烷和水蒸气组成,温度-150℃,密度仅相当于地球大气的万分之一。
再往下是中层大气,由氢和氦组成,密度和温度都因为深度增加而增加,能达到数千摄氏度,这个温度就足以消灭小行星和彗星了。
然后是木星的液态金属氢层,这里的深度达到了20,000公里,压力超100万个地球大气压,稀薄的氢气被压缩成导电的液态金属,高温高压足以摧毁任何外来者,更可怕的是木星和气态和液态之间没有明显的分割线,是无缝衔接的。
天文学家推测,液态金属氢再往下,就是固态金属和岩石组成的木星核心,质量相当于20个地球,温度达到了2万摄氏度,压力相当于地球大气压的数亿倍,基本和太阳内部差不多了,所以也有人认为木星未来有可能会变成第二个太阳。
1994年,苏梅克-列维9号彗星(SL9)撞击木星,为人类提供了关键的碰撞数据,首先是彗星本体被木星引力撕碎成20多块,直径0.5-2公里。以每秒60公里撞入木星南半球,引发相当于6亿颗广岛原子弹的爆炸,留下数百公里宽的暗斑。
这表明小行星(或彗星)非但没穿过,反而被木星吞噬了,这就是因为之前提到的不同深度的大气阻力。
木星外层大气虽稀薄,但小行星以超高速度进入,遭遇气动阻力,SL9碎片进入时,速度平方放大阻力,足以撕裂小行星。2023年《天体物理学杂志》分析,SL9碎片在深入数百公里时,因阻力过载解体,碎片进一步被压缩、加热。
1公里直径、密度2克/立方厘米的SL9碎片,质量约10¹²公斤,速度60公里/秒,动能约10²¹焦耳,相当于千万亿吨TNT,进入木星大气,动能迅速转为热能,碎片在100-200公里深处汽化,引发火球,温度达数万度,喷出气体形成暗斑。
木星大气的梯度密度像“缓冲墙”一样,让小行星逐步减速、解体、爆炸,无法穿透,最终吞噬了彗星本体。
就算彗星或者小行星能冲破气态,也会面临液态金属氢层的阻挡,虽然这里的密度就跟水一样,但压力千万倍于地球大气压,2023年《自然-天文学》模拟显示,液态氢的粘性和密度像“液态钢铁”,任何物体都会被压碎、溶解。
所以说在高密度和高温度面前,任何物质都无法做到穿过木星,理论上来说只有中子星物质,或者三体里的水滴,这些超级材料才能无视木星的重重阻碍。
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