木星是颗气态星球,主要构成是怎样的?
木星是一个巨大的液态氢星体。随着深度的增加,在距离表面千米处,液态氢在高压和高温环境下形成。据推测,木星的中心是一个含硅酸盐和铁等物质组成的核区,物质组成与密度呈连续过渡。
木星是四个气体行星(又称类木行星)中的一个:即不以固体物质为主要组成的行星,它是太阳系中体积最大的行星,赤道直径为142984千米。木星的密度为1.326 g/cm³,在气体行星中排行第二,但远低于太阳系中四个类地行星。
结构成分
木星的高层大气是由体积或气体分子百分率约88-92%的氢和约8-12%的氦所组成。由于氦原子的质量是氢原子的四倍,探讨木星的质量组成时比例会有所改变:大气层中氢和氦分别占了总质量的75%及24%,余的1%为其他元素,包括微量的甲烷、水蒸气、氨以及硅的化合物。另外木星也含有微量的碳、乙烷、硫化氢、氖、氧、磷化氢、硫等物质。大气最外层有冷冻的氨的晶体。木星上也透过红外线及紫外线测量发现微量苯和烃的存在。
大红斑
木星可能有一个石质的内核,被一层含有少量氦,主要是氢元素的液态金属氢包覆着。内核上则是大部分的行星物质集结地,以液态氢的形式存在。这些木星上最普通的形式基础可能只在40亿帕压强下才存在,木星内部就是这种环境(土星也是)液态金属氢由离子化的质子与电子组成。
在木星内部的温度压强下氢气是液态的,而非气态,这使它成为了木星磁场的电子指挥者与根源,木星的磁场强度大约10高斯,比地球大10倍。同样在这一层也可能含有一些氦和微量的冰。木星还是天空中已知的最强的射电源之一。
气态行星内部(木星、土星、天王星、海王星)
木星内部的温度和压力,由于开尔文-亥姆霍兹机制稳定地朝向核心增加。在压力为10帕的”表面”,温度大约是340 K(67 °C;152 °F)。在氢相变的区域 -温度达到临界点- 氢成为金属,相信温度是10,000 K(9,700 °C;17,500 °F),压力的200GPa。在核心边界的温度估计为36,000 K(35,700 °C;64,300 °F),同时内部的压力大约是3,000-4,500GPa。
木星结构图
假如你穿着足够好的宇航服来到木星上空时,你会感到你的体重已迅速增加,你看到的是是木星风起云涌的大气层,它们分成条状,在向着相邻两条的反方向劲吹,刚你在刚进入木星的大气层时,你就会被强劲的大风吹得不知道东西南北了。然后你直线下落,会觉得空气压力起来越大,体重也更重了,能相当于在地球上的2.5倍,木星的大气层有3000公里厚,人落不到低下就被压扁了。
假设你不压扁,你就会看到一道一道的光,实际上那是木星闪电,当你下到3000公里时,你会发现周围的大气十分黏稠,就像液体一样,再往下就真是液体了。这是液态氢的海洋,厚达2.7万公里,而且这里的温度非常高了,人根本受不了。
木星结构
再往下面去是金属氢,这其中可能还有一个石质的内核,相当于10-15个地球的质量。内核上则是大部分的行星物质集结地,温度高达三万度,比太阳表面的温度还高。这里的物质以液态氢为主,木星内部大致就是这种环境。
那么,木星云层下是什么情况?
发表在“自然”杂志上的四篇文章中,以及随附的一篇“新闻与观点”文章中,该航天器的最新成果已经公布。而且,这是第一次,我们对云顶下发生的事情有了一个很好的了解。
加州大学圣克鲁斯分校的Jonathan Fortney在接受采访时说:“这是第一次看到一颗气体巨行星是如何在内部运行的。”他撰写了这篇“新闻与观点”的文章。
虽然四篇文章集中在不同领域的研究,他们基本上有一个相似的主题-即与木星的一些关键特征。
主要的发现之一是,我们现在知道木星的大气层延伸到多远,距离云顶有3000公里(1860英里),比预期的要大得多。一旦你到达这个深度,行星的组成就会发生巨大的变化。
人们对木星在云层下的样子已经想象了很多。根据这些论文,似乎在这个深度,行星内部的行为变得像一个固体-尽管它实际上不是一个固体。相反,它是一种像固体一样旋转的氢气和氦气的流体混合物。
“我们的研究结果还表明,在3000公里的风下,行星会以刚体的形式旋转,所有这些信息都会对我们对行星内部的理解产生深远影响,进而使我们能够更近地理解它的形成,”论文作者之一、荷兰莱顿大学(Leiden University)的亚米娜·米格尔(Yamina Miguel)说道。
木星以它的云带而闻名,我们可以看到这些云覆盖着这颗行星,这是伽利略在400年前首次发现的。但科学家们不确定这些波段延伸到多远。根据这些最新的结果,这些云带似乎在3000公里处停止,从而形成了更均匀的形状。在它的核心压力大约是我们在地球上的压力的100000倍。
“很多世纪前伽利略在木星大气中看到了这些条纹,所以这绝对是我们长久以来想知道的东西,我们都对结果感到兴奋。”米格尔补充道。
这项研究的另一个主要发现是木星的引力场从北向南并不对称。这对于这样一个快速旋转的动荡不安的行星来说是出乎意料的。这似乎是由行星上各种不同的风和大气流动造成的。
研究人员还发现,木星的大气层包含了约1%的行星质量,相当于三个地球,这是非常巨大的。相比之下,地球的大气层只占地球总质量的百万分之一。
“这一结果令人惊讶,因为这表明木星的大气质量很大,而且比我们之前预期的要深得多。”以色列雷霍沃特魏茨曼科学研究所的Yohai Kaspi说。
他们发现两极的气旋形成了持续的多边形模式,八个气旋在北极的单个中央气旋周围肆虐。在南极,有五个旋风在做同样的事情。
都是由气体形成。
木星主要是由一些气体所组成的,这些气体绝大多数都是氢和氦,它的体积是很大的,但由于是气态所组成,所以导致它的重量并不大。
木星主要是氢气和氦气构成的,木星的表层大气中存在大量的氢气和氦气,木星的表面存在大量的液态氢和液态氦,木星的内部存在大量的金属氢和金属氦。
科学家为木星的内部结构同样分为地幔和核心,和地球不同的是,木星上的地幔是由水、氨和甲烷组成的冰构成的,而且木星核心的压力将近是地球的10万倍。天文学家发现木星南北极的引力场是不对称的,
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