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科学家:木星用其翻滚的云层掩饰了一个让人难以理解的秘密

尽管对流汹涌,木星的气层依然没有充分混合。

“朱诺”探测器拍摄的木星风暴和位于风暴顶部的白色高云。NASA / JPL-Caltech / SwRI / MSSS

以荷兰空间研究所(SRON)和莱顿天文台Yamila Miguel为首的一个国际天文科研团队近日发现,木星的气层是“异质”的。

木星的气层并没有如人们之前以为的那样充分混合,而是越靠近木星中心,“金属”(比氢和氦重的元素)含量越高。

研究人员之所以研究木星的“金属”元素,是因为“金属”元素的含量和分布,可以透露与木星形成过程有关的重要信息。木星气层含有总量相当于11至30个地球的“金属”元素,这些“金属”元素占木星总质量的3-9%。

为了帮助理解,研究人员根据“朱诺”探测器提供的数据,建立了一个理论模型。“朱诺”探测器在环绕木星飞行的过程中,通过感知木星不同部分引力的差异,对木星的内部结构进行了探测。

而这一次研究的结果,主要展示了两方面内容。一方面,研究人员发现,“星子”可能在木星的形成期扮演过某种角色。“星子”也称“微行星”,指原行星盘内个体较大的固态物质,直径一般在1千米左右。

根据已有认识,像木星这样的气体巨行星,其形成期获取“金属”元素的机制主要有两个:一是吸积小块碎屑,二是获取个体较大的“星子”。

但由于幼年行星的质量超过一定界限,就会开始“排斥”小块的碎屑,仅通过第一种机制,木星很难获得今天它所拥有的这么多“金属”。而个体较大的“星子”排斥起来较不容易,因此可能的情形是,个体较大的“星子”在木星的形成过程中也扮演了某种角色。

另一方面内容是,研究人员发现木星气层越靠近木星中心的部分,其“金属”的含量就越高。也就是说,木星气层的“金属”元素含量由内向外呈梯度式下降。

这一发现与许多人之前的认识不同。

木星拥有一个对流非常活跃的气层。木星被称为“风暴的花园”。它有太阳系规模最大、寿命最长的风暴——“大红斑”,以及许多大大小小、形形色色的气旋、反气旋和气流。鉴于此,很多人以为,木星的气层已经充分混合。也就是说,它应该是“均质”的。无论在其气层的哪个部分,各种元素在总体上应该是均匀分布的。

但是这一次数据告诉我们,情况并不是这样。而这又是为什么呢?

参考 Jupiter turns out to be inhomogeneous; metallicity gives clues about origin https://phys.org/news/2022-05-jupiter-inhomogeneous-metallicity-clues.html Jupiter’s inhomogeneous envelope https://arxiv.org/abs/2203.01866


2022-06-16 18:19admin admin 点击
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