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木星内外温差竟高达30000℃,怎么做到的?朱诺探测器近距离揭秘

2024-04-25科学

2023年12月30日,朱诺号木星探测器以人类智慧的结晶,近距离掠过木卫一,于1500公里之内捕捉到了木卫一火山喷发的珍稀景象。这是人类首次与木卫一物理距离如此接近,亦是我们深入探索遥远木星——这颗位于7亿公里外的巨大神秘行星的关键一步。

经过长期探测和精确计算,朱诺号木星探测器传回了宝贵的光谱数据,为地球上的科学家们揭示了木星的两面性:其表面温度异常低,低至零下147℃,而内部温度却高达30000℃,这种极端的温差令人难以置信。

为何木星内外温差如此之大?朱诺探测器如何洞悉其内部温度?木星表面低温为何仍为气体行星?人类又为何对这颗与地球迥异的星球充满好奇?首先,木星内外温差巨大的原因在于其大气层和内部结构的特殊性质。朱诺探测器,作为一个先进的太空探测器,利用其携带的精密仪器,成功探测到了木星内部的高温。这一成就得益于其独特的设计和高科技设备。尽管木星表面温度极低,但它仍被视为气体行星,原因是其表面由氢和氦等轻质气体组成,这些气体在低温下也不会凝固。这种特殊的组成使得木星即使在低温下也能保持气态特征。人类之所以执着于探测木星,是因为这颗星球与地球存在显著差异,研究它有助于我们更深入地了解宇宙的多样性和复杂性。此外,木星作为太阳系中最大的行星,对研究行星形成和演化过程具有重要意义。通过探测木星,我们可以获取更多关于太阳系和其他星系的宝贵信息。

下面,请随我一起通过朱诺木星探测器的眼睛,逐步揭开木星那神秘的面纱,探索其奥秘!

【并非第一次接近木星——朱诺号探测器】

2003年,美国航天局(NASA)提出了一个名为「新疆界计划」的中型太阳系探测项目。该项目致力于深入探索远离地球的行星和行星带,包括冥王星、柯伊伯带、木星、土星及其部分卫星。通过详细分析这些天体,科学家们希望能够揭示它们的起源,并更深入地了解太阳系的演化历程。

朱诺号木星探测器,作为「新疆界计划」的第二个重要任务,旨在深入研究太阳系中的独特气体巨星——木星。其目标在于精确测定木星的水含量、质量、引力、磁场以及内部温度与结构等关键数据,以期进一步揭示这颗神秘星球的真实面貌。

尽管科学家们始终致力于探索木星,但此次并非首次尝试靠近这颗明亮的天空中可见的星星。自「木星伴月」现象被发现以来,科学家们对木星的探索热情从未减退。

1972年3月3日,先驱者10号探测器顺利升空;仅一年后,1973年4月6日,先驱者11号探测器紧随其后成功发射。两者均成为最早探索木星的探测器,成功拍摄了木星及其卫星的首批近距离照片,首次揭示了木星表面的「大红斑」真容。

1977年8月20日和9月5日,旅行者2号和旅行者1号探测器相继升空,它们飞越木星时揭示了其「大红斑」内的复杂风暴系统,并记录下了木星卫星上火山爆发的影像,甚至捕捉到了木星背面的极光景象,这些发现大大加深了人类对木星的认知。

1989年10月18日,伽利略号探测器成功升空,专为探测木星设计。历经近7年的飞行后,它向木星释放了大气探测器。随后,伽利略号继续沿木星轨道飞行了约14年。2003年9月21日,它以「自杀式」的方式飞入木星大气层,最终坠毁。

伽利略号在探索木星的旅程中,为科学家们搜集了丰富的大气、云层、磁场和结构数据,成为研究木星的重要工具。特别值得一提的是,它在1994年成功捕捉到了彗星撞击木星的震撼瞬间,这一历史性的时刻为科学界提供了宝贵的研究资料。回顾其「职业生涯」,伽利略号无疑已经取得了辉煌的成就。

伽利略号之后,2011年8月5日,朱诺号探测器在美国佛罗里达州卡纳维拉尔角成功发射,它的任务是专门探测木星。这次发射标志着长达数十年的探索之旅的开始。

2016年7月,朱诺号顺利进入木星运行轨道,开始了对木星起源的探索之旅。如今,它每53天环绕木星一周,一年内要完成33次环绕,速度之快,每小时可超过26.4万公里。其总巡航里程高达7.16亿公里,几乎相当于从木星返回地球的距离。

其实,关于朱诺号探测器,还隐藏着一段浪漫的故事。在古罗马时期,人们将夜空中闪烁的这颗星星命名为Jupiter,以纪念他们的主神朱庇特。而探测器「朱诺」的名字,则源自朱庇特的妻子,这种命名方式展现了其深厚的文化背景与浪漫情怀。

在古老的神话中,朱庇特运用法术以云雾为掩护,而朱诺却独具慧眼,能透视云雾,揭示朱庇特的真相。如今,科学家们将这样的期望寄托于朱诺探测器之上。他们渴望朱诺能如神话中的朱诺一般,洞察木星的真实面貌,帮助人类解开木星身上深藏不露的奥秘。

【30000℃,怎么得来?原理是啥?】

2023年12月30日,朱诺号探测器在距离木卫一仅1500公里的距离上掠过,创下了人类历史上最近距离的纪录。此次飞掠过程中,朱诺号收集并传回了关键数据。科学家对这些数据进行了深入分析,得出了一个惊人的结论:木星内部的温度极高,可能高达30000℃!

你可能会疑惑,既然探测器无法直接飞入木星内部,并且其表面覆盖着浓厚的气态氢和氦,无法着陆或释放仪器,那么30000℃这一数据是如何得出的呢?这是否仅仅是NASA科学家的推测?

事实上,30000℃的确是个令人震惊的数字,但它背后有着科学支持。这得益于一种独特而强大的分析工具——光谱分析法。

世间万物均由原子构成,每种原子都有独特的特征谱线。科学家们利用这一点,通过光谱分析鉴定物质及其化学组成,甚至可推算出物质的相对含量。朱诺探测器靠近木星后,传回了光谱数据。科学家们结合这些数据以及木星的质量体积计算,推算出木星内部的大致温度,高达惊人的30000℃。

那么,为何木星表面温度极低,而其内部温度却能飙升数万倍呢?这是否真的符合科学逻辑?

木星表面温度之所以偏低,是因为它与太阳的平均距离达到了7.79亿公里。太阳作为太阳系行星的主要热源,对木星的加热作用较弱。正如冬季烤火时,距离火炉越近越温暖,反之则越发寒冷,直到感受不到热度。

宇宙的真空环境就像冰冷至极的寒冬,若是没有「火炉」的温暖照耀,便只会剩下无尽的寒冷与荒凉。

木星表面温度极低,平均在零下108摄氏度,某些区域更是低至零下147摄氏度,比地球上最寒冷的地方还要冷得多。

有个问题困扰着我们,按常理,随着温度下降,物体会更倾向于以固态而非气态存在。例如,水在0℃以下会变成固态的冰。但令人费解的是,尽管木星表面温度极低,它仍被浓厚的气态氢和氦所笼罩,这些成分似乎并未凝固。这究竟是何原因呢?

因此,由于木星的表面平均温度极低,达到零下108摄氏度,其周围自然地被气态的氢和氦所环绕。

随着逐渐接近木星内部,压力和温度持续上升。氢和氦这两种气态元素,在高压高温下逐渐转化为液态,并进一步转变为金属氢和金属氦。当深入到液态氢的地层时,温度高达8000℃,甚至超过了太阳表面的温度。再深入木星的核心,那里的温度更是高达30000℃,这样的高温也就不难理解了。

地球与木星相比,其核心温度约为5000℃,这主要归因于地核中放射性元素持续衰变所释放的大量热量积累。而木星内部高温的成因则与地球截然不同。

【探索木星,有啥意义?】

基于之前的描述和天文学知识,我们了解了木星的基本特征:它是太阳系内第五颗以太阳为中心的行星,距离太阳约8亿公里。木星是太阳系中体积最庞大的行星,表面覆盖着浓厚的气体,呈现出气态行星的特性。尽管其表面温度极低,但其内部却极为炽热。

综合上述条件,我们可以明确得知:木星登陆无望。即便在未来的某个时刻,人类的探测器技术取得了巨大的进步,我们依然无法直接踏足木星进行实地探测,更不用说在木星上建立基地或实现移民。那么,为何科学家们仍然如此热衷于探测木星呢?

实际上,正如马克思这位杰出的哲学家和政治经济学家所言,世界万物是紧密相连的。无论你我他身处地球,还是宇宙中的各个天体,都彼此相互依存。即使是远离我们、与地球大相径庭的木星,也与我们的存在有着密切的联系。这种联系仿佛一根无形的线,牵动着整个宇宙的运行。

研究木星的结构和数据,可以帮助科学家们推测其起源,进而探索太阳系、地球以及人类的起源。木星的研究不仅揭示了太阳系和广袤宇宙空间的运行规律,还为我们解答了人类的终极问题:我们的身份、起源以及未来的归宿。简而言之,对木星的探索,有助于我们理解自身存在的根源和宇宙的秘密。

大约150年前,梵高创作了【星月夜】,这幅作品生动地展现了充满动态和变幻的星空。那时的梵高虽然处境困顿,但他并不知道自己的作品会在未来的艺术界掀起多大的波澜。他埋头于画布,专注于创作,更未曾预见到,他想象中的星空纹理竟与百年后高科技探测器捕捉到的木星风暴图案有着惊人的相似。

也许世界的真理就像【星月夜】与木星一样,早已在我们眼前悄然展现,只是等待着我们去逐步靠近,再靠近,直至最终揭开其神秘的面纱。我们只需保持好奇和探索的心态,勇往直前,真理的曙光终将照亮我们的道路。