作者:石兰(抄袭必究)
行星的温暖程度不完全取决于它与太阳之间的距离
在我们的太阳系中,天王星和海王星都是八大行星之一,虽然,它们与太阳之间的距离存在明显差异,但却拥有高度相似的表面温度。前者是科学家们发现的第一颗系内行星,而后者则是因为天王星轨道的不规则性才被关注到。所以,海王星也因此而成为了通过数学计算的方式,而被预测到其存在的第一颗行星。那么,行星内部的热源到底是怎么来的,为何距离太阳更远的海王星,反而会比相对更近的天王星更加温暖?
在旅行者2号对海王星的进行探测的过程中,科学家发现了两个让人疑惑的现象。其中之一,便是在海王星上观察到了巨大的“大黑点”风暴,但是,它却在五年之后就消失在了哈勃太空望远镜的视线中。当时位于南半球的它,逆时针旋转时的风速甚至达到了每小时2414千米,并成为了有史以来风力最强纪录的保持者。
与此同时,我们也通过探测器了解到:现实距离与太阳更远的海王星,竟然实际上比天王星更热。所以,海王星多出来的额外热量的真实来源,也让研究人员们很疑惑。并且,不管是研究已经消失的、曾经存在过风暴为何如此强烈,还是为什么天王星没有海王星热?当我们单独来看这两个问题,似乎所有人都难有头绪。于是,科学家们转换了思路,比如,这两个谜团之间是否存在关联,或许,它们可以从彼此身上得到重要提示。
当然了,在此之前,我们需要明白“温暖”这个词在此处的含义是什么。我们都知道,作为气体巨行星的海王星,研究人员在选择对其平均温度进行测量的方式上,当然会不同于我们拥有固体表面的地球。而可能只有较小核心的海王星,其温度测量过程则需要在海拔高度这个层面进行测量。事实上,科学家们在对行星的温度进行测量时,主要是在行星的最外层位置进行温度值的测量。
当我们从这个角度来考虑行星的温度差异之时,就会发现海王星的实际温度,并不会高于与太阳距离更近的天王星。并且,这两颗行星的温度,甚至处于同一水平。然而,我们都知道两者与太阳之间的位置关系。所以,距离更远的海王星能够从太阳那里获取到的太阳光,按道理来说应该相对更少,这也是为什么所有人都认为这样的温度现状,并不符合正常逻辑的主要原因。
从另一个方面来说,既然两颗行星拥有着相似的温度特征,那说明在太阳热量的吸收这个方面,天王星在该过程中所散发出的热量应该相对更少。并且,从科学家们通过旅行者收集达到的探测数据来看,若将太阳吸收的热量,以及海王星自身散发的热量进行横向对比。那么,后者的热量甚至达到前者的两倍左右,但这样的现象,却并没有同样发生在天王星这颗行星的身上。
事实上,海王星会出现这样的情况,也并不是特别罕见。比如,土星和木星,这两颗行星所散发出的热量,也达到了自己从太阳那里吸收到的热量的两倍左右。德尔·吉尼奥,他是一位来自美国宇航局戈达德太空研究所(GISS)的科学家。他表示,这样的现象也让整件事都变得更有趣。因为,在这一点上表现得更奇怪的行星,其实是天王星。
放眼整个太阳系,除了行星中的另类天王星之外,对于海王星、土星和木星这些行星而言,随着它们与太阳距离的越来越近,的确会变得更温暖。就这种现象的本质来说,主要还是因为科学家们并未从天王星这里发现明显的内部热源。虽然,除了可以从太阳那里吸收热量之外,天王星并没有其他更好的方式来获得额外的热量。但是,现在的天王星,似乎也正在试图将自己加热到可以与海王星水平相当的温度。
那么,行星的内部热源到底指的是什么?或许你有所不知,在我们的太阳系诞生的时候,整个复杂的过程不仅伴随着各大行星的形成,而且也产生了很多热量。而这些热量便始于太阳星云的收缩过程,科学家们将这样的效应叫做“开尔文-亥姆霍兹收缩”。而重力收缩的这种方式,则是导致海王星具有额外热源的主要原因。
当然,包括同属于八大行星的土星和木星,它们的额外热源获取方式其实也和海王星相同。它们的热源都来自于重力导致行星收缩、并在实现了势能到热能的转换之后将行星释放。的确,科学家们目前并没有掌握太多可以证明天王星没有内部热源、或者原本就没有热源的确凿证据。但是,有一点是肯定的,那就是原本也适用于天王星的这一过程,一定是因为某些因素而被阻碍了它的发生。
事实上,在通常情况下,热量从一个物体的内部进行释放,并不会一直保持某种稳定的速度。也就是说,我们现在观察到的没有内部热源的天王星,或许只是因为此时的它正处于所谓的静止期。并且,很多人都知道,天王星和海王星的年龄也存在较大差距,而行星的年龄和释放热量的速度,又共同决定了该星球可辐射出的热量。一颗年龄更大的星球,为什么往往看上去会更冷,这些都是特别重要的原因。
对于年龄更大的行星而言,它们的热量释放速度,并不是由个别因素就可以决定的。不管是其内部结构的组成,还是云层对流的实时情况,这一系列因素都为科学家们的研究带来了难度。比如,在气体巨行星的世界中,它的热量释放甚至还可能会因为星球上的“氦雨”而被改变。当我们所生活的地球经历了165年的时间之后,才相当于海王星上的一年时间,这也导致了行星上的大部分季节性周期,我们无法对其进行更深入的研究。
因为,要对这样的行星大气层进行充分研究,最基本的要求除了数代科学家们的耐心之外,还要确保过去和未来的科学家们所收集到的数据正确、且保存完好。就理论的层面而言,太阳能量的大小还能决定星球上风的多少。然而,从我们所在的地球来看,风并不是广泛而普遍的存在,因为地球从太阳吸收的能量的大部分,都被转换成了地球大气中的动能。
气体行星不同于我们地球,没有固体表面的它们无法通过摩擦的方式耗散风能,这也是为什么地球上的风,总是没有气体巨行星上的风更强劲的根本原因之一。天王星和海王星就像是在相似条件下形成的两种极端行星,它们的存在不仅能够帮助科学家们深刻理解环流、限制行星的形成模型,更能为整个太阳系的形成提供重要线索。
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