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【科普】木星是氣態巨行星,小行星撞擊木星時,會直接穿過去嗎?
2022/12/13

按照字面意思來理解,「氣態巨行星」應該就是由一大團氣體構成的星球,所以如果有人問起,既然木星是氣態巨行星,那小行星撞擊木星時,會直接穿過去嗎?相信有不少人都會給出肯定的答案,然而實際情況卻并不是這樣。

在過去的日子里,人們已經多次觀測到木星被小行星撞擊的現象,比如說在2021年的9月13日和10月15日,就連續出現了兩次小行星撞擊木星的事件。

觀測數據表明,當小行星撞擊木星時,并沒有像我們想象中的那樣直接穿過木星,而是在木星表面就發生了爆炸,并且還釋放出了強烈的閃光,看上去小行星就像是撞在了一個固態的表面上一樣。

木星明明是一顆氣態巨行星,為什麼小行星不能直接穿過木星呢?其實這完全是可以解釋的。

根據定義,氣態巨行星并不是指完全由氣體構成的星球,而是指沒有確定的固態表面、不是主要由固態物質構成的行星,也就是說,氣態巨行星是可以具備一個固態的行星核的。

實際上,科學家早已利用過去的觀測數據再輔以相關理論推測出了木星的內部結構,科學家認為,木星應該擁有一個由固態物質構成的行星核,其質量至少是地球的12倍,最多可達到地球的45倍,而在行星核之外,則包裹著一層「金屬氫」。

「金屬氫」是氫在高壓條件表現出的一種狀態,我們可以簡單地理解為,當壓力達到一定程度時,氫原子的電子會被擠壓出來,進而使這種狀態的氫能夠像金屬那樣具有良好的導電性能。

「金屬氫」的外側依然不是氣體物質,因為這里壓力依然很大,以至于氫和氦只能以液體的形式存在(注:氫和氦是木星的主要構成物質,其中氫比氦更多),只有在這層液體物質之外,才是由氣體物質構成的大氣層,其厚度至少有5000公里。

從木星的結構就可以看到,小行星是不可能直接穿過木星的,畢竟木星有一個固態的行星核嘛。

實際上,小行星對木星造成的「傷害」比想象中的更弱,因為當小行星撞擊木星時,根本就無法觸及木星的行星核,它們甚至不可能抵達木星的「液態層」,我們來看看這具體是怎麼回事。

地球上的我們常常可以觀測到「火流星」,它們會像火球一樣在地球的大氣層中穿行,從本質上來講,「火流星」其實就是,闖入地球的大氣層的地外小天體會因為與空氣發生劇烈的相互作用而產生高溫,進而釋放出明亮的光芒。

通常情況下,如果「火流星」的質量不夠大,或者結構不是特別致密,那麼它們的主體就基本上會在接近地面的空氣中爆炸解體,而無法直接撞擊地球的固態表面。

造成這種現象的原因就是:當「火流星」在地球大氣層中穿行時,除了在它們的外部會存在高溫之外,其內部也會因為與空氣發生的相互作用而產生高壓,空氣的密度越高,它們外部的溫度和內部的壓強就越高,而越接近地球表面,空氣的密度就越高,當溫度和壓力累加到一定程度時,「火流星」就會直接爆炸解體。

木星大氣層中的氣體密度也像地球一樣會隨著深度的增加而不斷提升,更重要的是,與地球相比,木星大氣層更厚,其氣體密度也要高得多,其實這很好理解,畢竟木星的質量比地球大得多,由此產生的引力也遠超地球,在自身引力的作用下,木星大氣層的厚度以及氣體密度當然也就遠超地球了。

另一方面來講,在木星強大引力的作用下,撞擊木星的小行星會得到明顯的加速,其速度往往能夠達到每秒鐘數十公里,這無疑大幅加劇了小行星與木星大氣之間的相互作用。

除此之外,如果撞擊木星的小行星「個頭」比較大,那它們在撞擊木星之前,就會被木星引力所引發的巨大「潮汐力」撕成碎片,進而化身為多個「碎片」,然后才會撞上木星。

(注:當一個引力源對某個物體產生引力作用時,由于引力源與物體上各個「點」之間的距離各不相同,因此各個「點」產生的引力大小就會存在差距,這樣就會在整體上對物體造成一種類似撕扯的效果,這就被稱為「潮汐力」)

正因為上述原因,那些小行星才不可能直接穿過像木星這樣的氣態巨行星,當小行星撞擊木星時,等待它們的結局只有一個,那就是在木星外層的大氣中爆炸解體,而在我們看來,就好像這些小行星撞在了一個固態的表面上一樣。

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