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木星是太阳系中最大的行星 , 它含有浓密的大气层 , 由于大气层的厚度非常之高、密度非常之大 , 因此人们将之定义为气态行星 。 根据之前向木星发射的诸多探测器 , 结合其它天文望远镜观测到的数据 , 人们发现木星表面大气层的主要成分 , 即以氢气为主 , 占比高达近90%以上 , 另外还含有10%左右的氦气以及少量的甲烷、氨气、硫化氢等 。 有些朋友受到电影《流浪地球》的启发 , 提出一个设想 , 如果将木星表面注入大量的氧气 , 然后将其点燃 , 那么木星就会变为一个燃烧着的大火球 , 随着氢气的耗尽 , 那么木星最终能否变为一个水球呢?
我们先来看一下木星的结构 。 木星的总质量约为1.9*10^24吨 , 是地球的318倍 , 太阳中除其它行星的总质量也没有达到木星的水平 , 仅有其总质量的1/4 。 木星平均直径14.3万公里 , 其体积约为地球的1300多倍 , 从内到外可以依次分为内核、金属氢层、液态氢层和气态氢层 。
木星的气态氢层连同外围的云层一起构成了它的大气层 , 厚度达到3000公里以上 , 气态物质的总量达到木星总质量的1% , 远远高于地球大气层的质量占比(百万分之一) 。 在大气层之下 , 分布着厚度达3万公里的液态氢层 , 主要由于较大的气压使得大气层以下的气体转化为液态 。 在液态氢层以下 , 是在更高的压力环境下呈现金属氢的固态圈层 , 在固态氢层的内部包裹着半径约1.5万公里的固态内核 , 据推测内核的主要成分为铁、镍和硅酸盐等的混合体 , 与地球内核的成分类似 。 木星的内核处温度和压力都非常高 , 温度达到3万摄氏度以上 , 压力可达到4000万个大气压 。
木星之所以能够拥有比其它行星多得多的物质 , 主要取决于它独特的空间位置 。 在太阳吸聚太阳系内99.86%的物质形成恒星以后 , 剩余的星际物质在围绕着太阳公转的同时 , 也持续在进行着聚集和坍缩的过程 , 逐渐形成若干质量中心 , 然后这些核心在围绕太阳公转时不断发生着碰撞、合并的过程 , 最终形成了奠定目前八大行星的基础 。 而太阳通过核聚变 , 不但向外界释放着光和热 , 同时大量的带电粒子流也推动着较轻的星际物质不断远离太阳 , 而残留的较重物质逐渐聚合形成固态行星 。 而木星现在的位置 , 刚好处于固态行星和气态行星的临界区域 , “近水楼台先得月” , 大量轻物质在这里首先被木星所捕获 , 使得其质量增长非常迅速 , 剩余的那些轻物质则在太阳风的吹拂下继续向着太阳系外缘挺进 , 不过总量要少了许多 , 最后逐渐被土星、天王星和海王星所俘获 , 形成了另外四颗气态行星 。
因此 , 木星没有最终演化为恒星 , 其重要原因在于所吸聚的物质总量 , 达不到氢元素的最低核聚变水平 。 根据测算 , 能够激发出一个星体内部的质子-质子链式反应 , 在借助量子隧穿效应的作用下 , 内核最起码也得达到1000万摄氏度和上千亿个标准大气压 , 而只有当一个星体的质量达到0.08倍太阳质量时 , 方可以实现 , 显然木星是远远达不到这样的要求的 , 除非再给它增加80倍的质量 。
从木星的结构我们可以容易地测算出 , 其表面大气层中所含有的氢气总量 , 即约为1.9*10^24*1%*90%=1.7*10^22吨 。 物质的燃烧需要可燃物、助燃剂、达到物质燃点这三个基本条件 , 那么 , 在理论上只需要将木星大气层中的氧气浓度提升到一定水平 , 就可以实现大气层的点燃 。 我们按照氢气燃烧时与氧气的总量比例为2:1进行测算 , 在这个程度之下可以实现氢气的充分燃烧 , 那么所需要的氧气总质量将达到1.3*10^23吨 , 直接说这个数据大家可能没有什么宏观的概念 , 我们以地球为例 , 地球是太阳系行星中大气层含有氧气最丰富的星球 , 没有之一 , 但是地球大气层中的氧气总量也仅仅达到10^15吨这样的级别 , 即使将地球大气层中的氧化全部输送到木星中 , 也不过杯水车薪 , 起码得需要上千万甚至1亿个地球的大气层才能达到需求 , 我们不谈论如何将氧气输送过去 , 就是数量这么多的氧气我们去哪寻找和搜集这个问题 , 以我们现有甚至今后相当长时期之后的科技水平 , 都无法实现 。
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