沒有地面,超音速風暴,下著鑽石雨,海王星到底有多極端?_地球_溫度_能量

人類只到過距離最近的地外天體,就是月球。那裏是一個死寂的世界,沒有大氣,更沒有風和雨。由此很多人會認為除了地球,宇宙中的其他星球都是死寂的。但實際上並非這樣,我們太陽系地球以外的其他行星和衛星,許多都有風和雨,比如海王星。

海王星上不僅有風,且風大到超乎你的想象;那裏也會下雨,但下的不是我們地球這種“雨”,而是“鑽石雨”和“水氨泥漿”。

1.要理解這種極端的天氣,我們得先看看海王星到底是個什麼構造

海王星的結構,是沒有“地面”的深淵:

首先,海王星是一顆冰巨星,其質量是地球的17倍,半徑約為2.46萬公裏,體積能裝下58個地球。但它不像地球有堅硬的地表,也不像木星那樣幾乎全是氫和氦。海王星的結構大致可以想象成一個“洋蔥”。

具體來說,最外層是大氣層,主要是氫氣、氦氣和少量的甲烷,而甲烷讓這顆太陽最邊緣的巨行星看起來是藍色的;由於大氣層厚度達到2000到3000公裏,因此並非全部是我們想象中的氣體,隨著逐漸深入,壓力和溫度越來越大,氣體漸變成超臨界流體,就是濃稠滾燙的流體;地幔層是海王星的主體,厚度達到15000到18000公裏,這裏的溫度達到2000到5000°C,壓力達到數百萬個大氣壓,說是冰層,實際是一鍋溫度極高,像一鍋滾燙的、導電的“熱湯”,主要由水、氨和甲烷混合而成超臨界流體;再向內就是內核,半徑約6000到8000公裏,是一個比地球略大、由有矽酸鹽、鐵、鎳組成的固體硬核。

因此,海王星是一顆沒有固體表面的星球,歸類為氣態巨行星,也被稱為冰巨星。

2. 海王星的風,是太陽系的風暴之王

之所以說海王星上的風,是太陽系裏最狂暴的,是因為其風速是太陽系之最。海王星上的風速比聲音還快,最高時速可達 2100公裏/小時,約1.5倍音速,而地球上最強的5級颶風風速也就250公裏/小時左右。如此速度的風速,其能量大得令人恐怖,如果人在那裏,還沒反應過來,就已經被吹飛了散架了。

海王星距離太陽那麼遠,接收到的太陽能只有地球約1/900,按理說它應該是個“死寂”的冷球,卻有著如此巨大能量, 這是最反直覺的地方。那麼這種能量來自哪裏呢?原來源自海王星內部瘋狂向外散熱,其內部釋放的熱量是它接收太陽能量的 2.6倍。通俗的說,地球的天氣就像靠太陽加熱鍋底,依靠外力產生能量;而海王星則是自行在鍋底燒火,自己內部產生能量,熱量從內部往上沖。這股來自內部的能量與上層冰冷的大氣形成劇烈溫差,就像冰塊掉進了灼熱的滾油裏,瞬間炸開了鍋,產生了超級風暴。

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海王星的標志性風暴,是1989年旅行者2號飛掠時,觀測到的一個大黑斑,實際上是一個和地球體積差不多大的反氣旋風暴,其風速高達583米/秒,而人們之前只知道木星的大紅斑風暴風速達到180米/秒,已經是地球最大風暴風速的2倍多了,海王星大黑斑則比地球最大風暴快四五倍!

當然比較起來,大黑斑的總體能量和規模還是比木星大紅斑遜色多了,木星大紅斑已經存在了300多年,且長度達到2萬多公裏,而海王星的大黑斑長度只有1.2萬公裏,且幾年後哈勃望遠鏡再觀測時,它就已經消失了,說明海王星風暴維持時間比木星風暴短多了,因此總體能量自然就小多了。

海王星與地球地表狀態和風雨特征對比表:

3. 海王星上的雨,不是水滴,是“鑽石”

海王星上表層溫度為-201°C到-218°C,這種低溫下的水早就凍成冰了,因此絕對下不了液態水雨,但在深層,卻下著鑽石雨。這是因為海王星大氣裏有甲烷,在強烈的閃電和風暴作用下,甲烷被分解,碳原子被擠在一起,但此時的碳原子並沒有變成鑽石(金剛石)。

碳原子變成鑽石,本質上是一個從“石墨相”向“金剛石相”的相變過程。這個過程需要打破碳原子原本穩定的平面結構,重新排列為立體的網狀結構。無論是在地球深處還是在宇宙中的冰巨星上,促成這種轉變的物理條件主要集中在極端的溫度和超高壓上。在地球上地表以下150~200公裏的深處,就具備了鑽石生成的條件:壓力達到4.5~6.0Gpa,溫度達到1100~1500℃。

而海王星雖然表面溫度低,但體積龐大,隨著從雲頂之下不斷深入,大氣壓會急劇升高,深入數百公裏乃至數千公裏,大氣壓力就會增加到數萬甚至數百萬個大氣壓(約 19 Gpa以上),溫度會飆升到2200~5000°C。在這種環境下,被強閃電和風暴分解的甲烷碳原子,首先被壓縮成石墨片層,隨著壓力和溫度不斷升高,石墨結構被徹底重塑,轉變成細微的金剛石顆粒。

科學

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