木星放熱之謎困擾科學家數十年，如今有望破解，答案或與極光有關

2023-04-01 11:59:45 2

宇宙中最常見的天體是恆星和行星。這兩個天體的最大區別在於核聚變的可能性。

對於恆星來說，它們有氫作為核聚變的原料。同時，核心的巨大壓力和溫度也滿足條件，從而進行核聚變反應，向宇宙釋放光和熱空。行星是不同的。儘管除了像地球這樣的巖石行星之外，還有像木星這樣的氣態巨行星，它們由氫和氦組成，成分與恆星相似，但它們不能提供足夠的反應條件，因此核心氫不能一直被「點燃」。

因此，理論上，這些行星的溫度主要取決於恆星的加熱。

這個理論一直被科學家接受，但事實並不令人滿意。當科學家們真正研究氣體行星時，他們發現問題並沒有那麼簡單。

在人類發射探測器探索這些氣體行星之前，科學家們根據它們的軌道、自身屬性和其他因素計算出它們的理論溫度。然而，當航海家1號和航海家2號等探測器飛出小行星帶，分別造訪木星、土星、天王星和海王星時，它們的溫度測量值有些奇怪:它們都高於理論值！

以木星為例，根據它的實際溫度和它能接收的太陽輻射，科學家發現它釋放的能量是接收的太陽能的2倍多。換句話說，木星正在釋放熱量！

然而，理論上，木星不能進行核聚變！那麼，木星在哪裡釋放能量？

當然，許多人對木星作為一顆行星的地位有些不滿，並試圖將其歸類為褐矮星，並將其作為證據。雖然這個論點基本上是不可能成立的，但是科學家們也必須找出原因並找到熱源，才能真正推翻這個理論。

隨著科學家對木星的深入探索，他們發現木星大紅斑上的溫度空高於其他地區。因此，他們得出結論，木星的大紅斑可能正在釋放熱量並提高木星的溫度。大紅斑釋放的熱量來自木星的核心。然而，木星核心提供的熱量不是由核聚變產生的，而是由氫離子在極高的溫度和壓力下運動產生的。

這種說法似乎解決了木星熱源的難題，但事實並非如此。因為除了木星，其他三顆氣體行星也有自己的熱源。科學家們推測土星高層大氣的溫度大約是150K..航海家號探測器測量的數據顯示那裡的溫度甚至高達400 ~ 600千米(注意這不是我們通常所說的土星表面溫度)。這種情況在木星和海王星的表面更加誇張。

如果木星的熱源是大紅斑，其他氣體行星沒有這樣的風暴，它們的熱源在哪裡？無論從哪個角度來看，我們都有理由相信它是由氣體行星的共同特徵造成的。

結果，這個難題成了天文學中一個未解決的問題，沒有人能一直解決它。在天文學中，這被稱為氣體行星的「能源危機」。

最近，美國宇航局科學家在土星上發現了一些線索，這可能會解決這個難題。

美國宇航局的依據來自墜毀的土星探測器卡西尼號。卡西尼號在撞上土星之前發回了大量信息，其中一些信息仍在處理中。

4月6日，《自然天文學》發表了一份由亞利桑那州圖森大學的行星科學家扎拉·布朗和他的同事撰寫的報告。在報告中，扎拉·布朗指出氣體行星能量危機的答案可能來自卡西尼號探測器。

2017年9月，美國宇航局的卡西尼號探測器在完成任務前調整了軌道，一頭衝進土星大氣層，英勇犧牲，為人類做出了最後貢獻。在螺旋旋轉和落入土星大氣層的過程中，卡西尼號探測器通過觀察背景中的恆星來探測行星的高層大氣。通過觀察不同位置可見的恆星數量空，我們可以推斷出這種大氣的空氣密度空。

扎拉·布朗和其他人從卡西尼號探測器返回的數據中提取了總共30個樣本，並繪製了土星大氣密度的粗略地圖。我們知道氣體的密度和溫度直接相關，所以這也是土星高層大氣溫度分布圖。

這張溫度分布圖顯示了一個「巧合」:無論是在南半球還是北半球，土星高層大氣的最高溫度都在60度左右。這是一個巧合，但科學家認為這一定有原因。

同樣，如果你想找到「原因」，繼續尋找「巧合」。這種「巧合」很容易找到，也就是說，南緯60度和北緯60度是土星上極光最常見的位置。那麼，土星高層大氣的異常高溫與極光有關嗎？

科學家指出，極光的本質是太陽輻射發出的光與行星大氣中的粒子碰撞，導致行星氣體分子電離。如果簡單地討論極光，它幾乎是不加熱的。然而，因為氣體是離子化的，所以會產生電流。中學物理告訴我們，只要有電阻和電流，就會產生熱量。你可能還記得那個公式:q = I 2 * rt

換句話說，極光產生的電在土星的大氣中傳導，從而產生熱量。

你可能會問:地球上有極光，為什麼你沒有看到地球變熱？

在這份報告中，他們指出土星的極光與地球的極光略有不同。前者的極光主要發射紫外光，這可能是兩個行星上極光的不同之處，所以一個有發熱的效果，而另一個沒有。

看來他們的分析是有道理的，可以解決氣體行星的能源危機難題。然而，在完全確定之前，他們還有很多工作要做-

驗證推測並確保它是正確的；

計算極光的熱量釋放能力，看它是否足以將土星的高度空大氣提升到當前水平；如果沒有，那麼土星上可能還有其他熱源。

對於木星、天王星和海王星，同樣的理論必須得到滿足。這需要科學家發射探測器在天王星和海王星附近進行觀測。然而，對現在的人類來說，在10年內發射這樣的探測器是件好事。如果你想探索這個問題，可能需要大約20年。

如果這個猜想對於其他氣體行星也是正確的，那麼對於系外行星也應該是同樣的情況。

當然，這對木星粉絲來說可能不是好消息。許多木星粉絲也希望找到證據，證明木星可以進行核聚變，甚至期望它反向撞擊太陽。然而，隨著木星熱源之謎從理論上或實踐上接近解決，木星可能無法與太陽競爭...

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