當透過望遠鏡觀測木星時,你會被它漂亮的光環深深吸引住,那璀璨奪目的光環像是一枚充溢著美麗光芒的耳環,使木星成為群星中最美麗的一顆。
不僅令人著迷的光環,木星還有另一特征:低密度。我們常常會在教科書和其他文章中見到,木星的密度較低,根據該密度值,木星或許能懸浮在水底。真的是這樣嗎?倘若這顆星球可以飄浮,這么須要多深的水呢?
木星的密度
首先,我們假定木星是一個正圓球,如今就可以很容易地估算出它的密度。依據維基百科的數據,木星的質量為5.68×1026千克,直徑約5.6×107米。按照圓球估算公式V球=4/3πR3水的密度是多少kg立方,可以得到正圓球木星的容積;接著通過質量和容積的關系ρ=m/v,估算出它的密度約為772千克/立方米。
我們曉得,水的密度是1000千克/立方米,按照估算結果,恐怕木星的密度是大于水的,所以木星會浮起。
對嗎?不要忙著下推論。
須要多深的水呢?
我們先假定有一個由水覆蓋的星球,且面積足夠大,擁有極其多的水,但是其重力大小恒定,重力方向都可以看成是垂直向上的(由于星球足夠大)。假如木星可以懸浮在這個水星球上,須要有多深的水?
按照化學學知識,假定木星懸浮在水底,則它的一部份將在水下。使用上面的木星密度,得到木星容積的77.2%將沉在水下。這么木星墜入水底的最深點到海面的距離是多少?我們可以瞧瞧下邊這張圖片。
如今我們須要得到深度h的值,也就是木星在水之下的深度。很顯著,深度的值比木星的直徑還要大。
由于木星沉在水下的容積占77.2%,這么球冠的容積(浮出水面的底部)為整個圓球木星容積的22.8%,已知木星的直徑,我們可以估算出須要的水有7.7×107米深。這個數值是月球半徑的6倍左右!你來想像一下,6個月球半徑的水深有多少?
不太可能存在的水星球
假定木星周圍確實有一顆巨大的水星球,對于木星來說,“水面”跟月球杯子中的海面一樣足夠平坦,木星是否能在水星球下浮上去?這樣的水星球會是哪些樣的?這兒畫出了一張草圖。
圖中假定這顆水星球的內部是空心的(緣由前面會提到)。但是,依據這張草圖的比列,可知水星球的直徑將比木星的直徑大8倍。根據這個數值,水星球的大小差不多和太陽一個等級了。
由于水星球都是水,水是氫和氧的結合體,你曉得那里有好多甲烷?那就是我們太陽系的星體——太陽,太陽也有大量的氫。以太陽的情況來推理的話,擁有氫的巨大水星球,其內核可能會發生核聚變。但是,假若水星球內部發生聚變,都會造成壓力過大,物體就很難保持液體狀態了,所以水星球的內部不可能是水,這也就是我們須要假定它是空心的誘因了。
這樣一顆水星球有可能存在嗎?其實不太可能。由于水星球須要的水太多了,即使是把太陽系所有的水資源集合上去,也不未能滿足它的須要。
被“毀滅”了的木星
讓我們繼續想像下去,假定水星球擁有很深的水,并且能維持水的液體狀態。此時的木星(假定是靜止的)會浮上去嗎?答案仍然是不會浮上去。
在月球上,假如你把一個兵乓球扔在裝滿水的水桶里,它都會浮起,由于兵乓球是一個剛性物體,但木星不是。木星內層的容積很大,飽含了分子氫,內部則是一種密度更高的物質,其實是金屬氫和巖石組成的核心,也可能是金屬氫或巖石組成的核心。萊州度物質之所以在星球的中心水的密度是多少kg立方,那是由于引力的互相作用。
而且假如把非質心的木星置于巨型水星球的海面上,會發生如何一種情況呢?假如水星球的質量特別大,這么水星球的引力和木星的各類力綜合作用的結果是:總引力的方向指向了水星球的中心。在這些情況下,木星所有的物質,非常是海陽度的核心,也將被拉向水星球的中心。為了顯示出土星的核心,我們把懸浮圖改一下:
這么,都有什么力量作用在木星的核心上呢?一方面,水星球的引力會將木星核心向上拉。但在另一邊,木星大氣層中的氫會將核心向下推,但由于氫不夠密集,所以向下的力很小,因而木星核心將向水星球表面“下降”。而木星大氣層中的氫將繼續上升,很可能成為水星球大氣中的一部分。
這樣的變化以后,木星可能有點像一枚沒有蛋殼的生豬肉。最后,木星的內核——一個巨大的金屬氫和巖石組成的核心,或單獨由金屬氫或巖石組成的核心,掉在了水星球海洋的頂部。此時,木星的大氣層早已遠離其內核,坐落高空。最終結果就是,木星被分離了,它的面貌早已被徹底改變了,顯得不再像原先的木星,甚至可以說它被水星球“毀滅”了。
其實,以上整個過程,我們都只是在假定。