木星大红斑能容纳3颗地球!是刮了300年的大风暴,何时才会停歇?

说宇宙寻真理 2024-05-22 21:08:36



木星上,一场风暴吹了快400年,这场风暴足可以放进去3颗地球!小说里的“真仙渡劫”的劫云也不过如此了吧?

学界把这个风暴称之为大红斑,是我们太阳系中最大的反气旋风暴,那么为什么木星会有这么大的风暴呢?为啥是红色的?它又何时会停歇?

大红斑的发现

1664年,英国天文学家罗伯特·胡克在观测木星时,第一次注意到木星表面存在一个大规模的斑点。但胡克的记录并不详细,因此无法确认他观测到的是否是今天所知的大红斑。

一年后,意大利天文学家乔瓦尼·卡西尼使用他改进的望远镜对木星进行了详细的观测,这是第一次关于大红斑的详细记录。卡西尼的观测比胡克的更为详细,明确记录了斑点的形状和位置。

这两位天文学家都是和牛顿是同时期的人物,而且当时由于当时的望远镜分辨率有限,以及缺乏持续的观测记录,所以当时其他科学家们对于大红斑的持续存在仍存有疑虑。

进入19世纪以后,随着望远镜技术的进步,天文学家们开始对木星进行更加详细和持续的观测。1831年,德国天文学家塞缪尔·海因里希·施瓦贝重新观测木星上的这个大红斑才使得学界对此广泛关注。

之前的观察都是使用太空望远镜,但是到了1960年代,随着太空探测器的发展,人类对木星及其大红斑的研究进入了新的阶段。1973年和1974年,美国的先驱者10号和先驱者11号探测器成功飞掠木星,首次提供了大红斑的近距离图像。

1990年发射的哈勃空间望远镜为大红斑的观测提供了前所未有的高分辨率图像。哈勃望远镜的观测显示,大红斑在过去的几十年中逐渐缩小。

2011年发射的朱诺号探测器是近年来对木星及其大红斑进行深入研究的又一重要任务。朱诺号在16年进入木星轨道,并通过其搭载的多种仪器,对大红斑进行详细的观测和测量。朱诺号的数据显示,大红斑的深度远超之前的预期,深达木星大气层数百公里。

那么为啥木星上会有这么大的风暴呢?而且从发现至今已经吹了300年?要弄清这个问题,我们得先简单了解下木星。

太阳系之最头衔最多的木星

木星的头衔那可太多了,首先木星是咱太阳系里最大的行星了,11个地球的直径才赶得上它,别看直径只有地球的11倍,但是它质量是地球的300多倍,质量也是太阳系里最大的。磁场也是最强的,起码是地球的20000倍。

引力更不用说,太阳系里引力最大的除了太阳就是它,但是太阳不是行星,是恒星,所以太阳系里引力最大行星非他莫属。

插句题外话,《流浪地球》里木星差点把地球吸走,可不是乱拍的,那时的人类为了逃离即将膨胀成红巨星的太阳,利用地球发动机将地球移出太阳系,但人类发动机能量又不够,所以地球接近并利用木星的引力弹弓效应来加速。

(这个引力弹弓效应还挺有趣的,但是今天的主角不是它,如果观众朋友想看,那我们会新做一期来讲)。

我们都学过,在中小学的课本里,一直说木星是个气态巨行星,但其实这个描述并不完全准确,因为木星不仅仅是由气体组成。木星的大气层主要由氢和氦组成,还包含少量的甲烷、氨、水蒸气和其他化合物。

随着深度的增加,压力和温度也显著升高。在大气层以下,氢逐渐从气态转变为液态,最终变成一种叫做“金属氢”的奇特状态。在这种状态下,氢表现得像金属一样,具有导电性。这一层可能延伸至木星半径的一大部分,是木星内部主要的组成部分之一。

更深入木星内部,可能存在一个和地球不同的核心。尽管核心的确切性质和大小仍不确定,但根据一些模型,核心的质量可能是地球质量的5到15倍。围绕着核心的是由金属氢和液态氢组成的厚厚的包层。

所以木星的内部结构和成分揭示了它的复杂性,远不是“气态行星”这样的简单标签能定义的。不过我们今天要说的木星大红斑,就是在它的大气层表面我们所能看见的。

大红斑的形成

木星的气态性质决定了它的大气结构和动态特性。其实我们可以说它没有固体地表,它的大气层是一个连续的流体系统。这种流体动力学环境有助于形成和维持大型气旋和反气旋系统。大红斑正是这样一个系统。

大红斑位于木星的南半球,宽度约为16,350公里,可以塞进去三个地球。由于木星的强自转(一个木星日大约仅10小时),它的风速有多快可想而知,在木星赤道附近甚至可以超过每小时600公里。

木星赤道附近的风,主要以东西方向流动,形成所谓的“喷射气流”,这些风带是非常强劲且稳定的。而在赤道以南或以北的区域,风速和方向则更加复杂和多变。大红斑在南纬22度,正好处于这样一个风速和方向交替的地带,这种环境有助于形成稳定的大气漩涡。

除了水平方向上的气流,还有垂直方向上的气流,木星的大气层分为多层,每层具有不同的温度、压力和化学成分。这些层之间的相互作用产生了复杂的流体运动和天气现象。大红斑的形成还可能与木星大气层中的垂直运动有关。

还有人好奇那么这个大红斑是怎么变红的呢?这个问题其实比较好解释,因为木星的大气中含有各种微量化学物质,如氨、甲烷、水蒸气和硫化物等,这些物质在不同的高度和温度下形成不同颜色的云层。

大红斑的红色可能是由于大气中的化学反应,比如光化学作用和紫外线照射,使某些化学物质发生变化并呈现出红色。具体的成因仍在研究中,但可以肯定的是,木星大气中的化学成分和动态过程对大红斑的颜色和结构有直接影响。

至于为何木星这个大红斑风暴能持续几百年,你看像地球上风暴,吹一阵就停了,就算是台风,也不能持续一年吧。木星上这个怎么吹了好几百年呢?大家还记不记得我们之前说过,它的大气层下方还没有固体地表。

也就不会打断或耗散大红斑的能量。地球上的飓风和风暴会在与地面接触时迅速衰减,而木星大气中的风暴则可以在没有这种“摩擦”的情况下持续存在。正是因为这一点,大红斑才能保持数百年甚至更长时间。

其他有趣观点

除了上面所说的形成原因,还有一个有趣的观点就是,木星的大红斑可能是由几百年前某个天体(如彗星或小行星)撞击引发的。这次撞击导致了木星大气中的剧烈变化,从而形成了持续数百年的风暴。

根据这一理论,某个天体在数百年前撞击了木星。这次撞击的巨大能量释放使得木星大气层局部区域发生了剧烈的物理和化学变化。撞击产生的冲击波穿透了木星的大气层,将大量的能量和物质注入到大气中。

这种外部能量的注入可能打破了原本的气象平衡,触发了大规模的对流运动和气流的重新分布。在撞击发生的瞬间,强大的冲击波在大气中形成了剧烈的扰动,导致气体迅速上升和扩散。

撞击释放出的大量的尘埃和挥发性物质,这些物质在大气中发生化学反应,形成了不同颜色的云层,影响了大红斑的颜色和外观。撞击产生的高温和高压使得大气中的气体分子发生剧烈的热运动,导致局部区域的温度显著升高。

这种温度的又反作用于对流运动,使得大红斑的风暴系统能够从撞击能量中获得持续的动力。但这个观点目前还没有得到很多人支持。不过也是一个大红斑形成的有趣新视角。

不过根据最新的报告来看,大红斑可能要改名了,以后只能叫大黄斑了,根据Nasa的观测,这个大红斑的颜色在逐渐变淡,而且每年都在缩小,现在只够放两颗地球进去了,可能再过几十年就消失不见了吧。

结语

作为太阳系中最大的反气旋风暴,大红斑不仅展示了木星独特的大气动态,还告诉了我们每一颗行星都有自己独特的性质。

目前这一风暴的真正起源和未来命运仍充满未知。无论其最终消失与否、无论是其惊人的规模、持续的时间,还是令人费解的红色,木星大红斑都提醒我们宇宙的奇妙和未知领域的广阔。

大家觉得木星大红斑是那种方式形成的呢?

参考资料

金属氢;百度百科木星大红斑;斯坦福大学物理,2007一个漩涡之谜,木星大红斑;Nasa,2015木星的大红斑:你需要知道的一切;宇宙,2023

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