TUhjnbcbe - 2023/10/31 17:29:00
本文参加百家号#科学了不起#系列征文赛。一位地球物理学家模拟了木星内部氢原子和氦原子的情况，计算机计算结果发现木星有一个岩核，其大小是之前认为的两倍。“我们的模型显示，其中心有一个巨大的岩质物体被一层冰所包围，而木星其他地方几乎没有冰，”来自加州大学伯克利分校的伯克哈德·米里茨说。“这次模拟得到的结果与近期其他模型十分不同。其他模型都预测木星内核很小，或者根本没有内核，并且大气层中充斥着混合冰。”将这个模型与木星已知的质量、半径、表面温度、引力和赤道隆起进行比较，结果发现木星的核心是一块类地岩石，其质量是地球的14到18倍，或木星总质量的1/20，米利策说。之前的模型预测木星的内核要小得多，只有地球质量的7倍，或者根本就没有内核。模型显示，木星内核是由层状分布的金属、岩石以及甲烷、氨和水形成的冰构成的，大气里面充斥着氢和氦。木星的岩核应该也是像地核一样的铁和镍构成的金属球体。“木星的内部基本上和土星差不多，内部都像海王星或者天王星一样，”他说。海王星和天王星被称为“冰巨星”，因为它们都有被氢冰和氦冰包裹着的岩核，但是外部没有像木星和土星一样的包裹内核的气体。新模型预测（图片上部）木星的内部有一个被甲烷，水和氨形成的冰所包围的巨大岩核，而大气中含有木星质量95%的氢气和氦气，几乎没有冰。之前的模型预测（图片下方）的内核只有新模型的一半大小，并且大气中充满了冰。（伯克哈德·米里茨/加州大学伯克利分校）“那个老模型我们从19年前一直用到现在，伯克哈德的新运算消除了许多老模型的不确定因素，”来自亚利桑那大学的威廉·B·哈伯德，伯克哈德的合著者说。“新的热力学模型对木星内部的情况有更准确的物理描述。”巨大的岩核表明在45亿年前，在木星和其他巨型气态行星形成时，岩石互相碰撞形成内核，然后捕获大量氢气、氦气来构成大气层。“根据核心吸积模型，当最初的行星状星云冷却后，星子在失控效应的作用下相互碰撞并结合在一起，形成了行星的核心，”米里茨说。“如果真是这样的话，这就表明和模型预测的一样，行星有巨大的核心。小核心非常难以形成行星。为了与观测到的木星引力相匹配，米里茨的模型还预测木星内部不同部分以不同的速率旋转。木星可以看作一系列同心圆柱体绕行星的轴心旋转，最外层的圆柱体，也就是赤道地区，比内部的圆柱体旋转的更快。这与太阳的自转是一样的，米里茨说。研究人员称他们的模型与伽利略号探测器的数据完全相符。伽利略号探测器在年到年间绕木星轨道运行。米里茨计划用这个新的模型去模拟其他行星的内部情况，并研究其对太阳系外行星的形成会产生怎样的影响。年，美国宇航局会发射朱诺号探测器，它将在年抵达木星轨道，测量木星的磁场和引力，而朱诺号传回的数据将证明米里茨的预测是否准确。内部结构人们认为木星由一个致密且混有多种元素的内核，围绕着内核的一层液态金属氢和一些氦，以及主要含有分子氢的外部组成。除了这个基本框架之外，其余部分还有相当大的不确定性。木星的内核通常被描述为岩石状，但详细组成尚不清楚，在这些深度的温度和压力下，物质的性质也不清楚。年，对木星引力测量所提出其内部可能存在内核，质量大约是地球的12到45倍，大概占木星总质量的4%-14%。行星形成模型表明木星至少在部分历史时期存在内核，其核心必须是质量足够大的岩核或者冰核才能从原太阳星云中捕获大量的氢气和氦气。假设它确实存在过，那么在高温液态金属氢与熔化内核的对流中，它可能已经缩小了，它的内部物质被带到了行星内部的靠外的位置。它的内核现在可能已经消失殆尽，由于引力测量还没有足够精确，所以无法完全排除这种可能性。FY:超凡泰迪熊作者：NancyAtkinson如有相关内容侵权，请于三十日以内联系作者删除转载还请取得授权，并注意保持完整性和注明出处