499宇宙中有哪些令人感到恐惧的天体?

 

2021年11月11日

1989 年 8 月,旅行者 2 号发现,在海王星的赤道地区有一个黑色的椭圆形风暴,这就是大黑斑。如果把大黑斑搬到地球上,地球表面所有的生命都会遇到灭顶之灾。

让我们先来简单地了解一下海王星。

与天王星一样,海王星也是一颗冰巨星。它的体积比天王星略小,在太阳系的行星中排名第四;但由于它的密度较大,其质量也略大于天王星,在太阳系中排名第三。此外,海王星与太阳的平均距离大概是日地距离的 30 倍,大概需要 165 个地球年才能绕太阳转上一圈。

海王星也有大气层。它的大气中除了有 80% 的氢气和 19% 的氦气,还含有不少甲烷。甲烷就是我们生活中使用的天然气的主要成分,它对太阳光中的红光、橙光和黄光都具有很强烈的吸收作用。这样一来,被海王星大气反射以后的太阳光,就会变得以蓝光为主。因此,海王星看上去就是蓝色的。

再说一件趣事。1981 年,美国天文学家马文·罗斯发现,在海王星内部的高压环境下,由 1 个碳原子和 4 个氢原子构成的甲烷(CH4)分子并不能稳定存在。这意味着,甲烷分子中的碳原子将被抽离,然后在高压环境中被挤压成钻石。一旦成形,致密的钻石就会下沉;换言之,在海王星的内部,一直都在下一场壮观的钻石雨!

与天王星一样,海王星也只被人类发射的空间探测器拜访过一次。1989 年 8 月 25 日,旅行者 2 号从天王星附近飞过,最近时与海王星大气层仅相距 4400 千米。它发现在海王星的赤道地区,有一个巨大的椭圆形风暴。

这个椭圆的长轴有 13 000 千米,短轴也有 6600 千米;换句话说,它基本能装下整个地球。因为这个海王星风暴看起来是黑色的,所以人们就把它称为大黑斑(图 11.7)。

图 11.7 大黑斑

与大红斑一样,大黑斑也是一个反气旋风暴。所谓的反气旋风暴,是指它的气流旋转方向与所处行星的自转方向相反。

大黑斑最大的特点就是它的强度特别特别大。事实上,它是整个太阳系中最强的风暴。

为了便于大家理解大黑斑的恐怖,让我先来谈谈地球上的风暴。要想衡量一个风暴的强度,有一个至关重要的指标,那就是它的最大风速。

我亲身经历过的最强风暴,是于 2017 年 8 月 23 日登陆珠海的台风天鸽(图 11.8)。对珠三角地区而言,这是一场 50 年一遇的风暴;它刮倒了珠海市大概 50% 的树木,也让澳门直接变成了一座停水停电的孤岛。那天鸽到底有多强呢?它登陆时的最大风速为 48 米·秒-1,尚未达到地球上超强台风的标准(即 51 米·秒-1),只能算是一个强台风。

图 11.8 台风天鸽

而有气象记录以来的地球最强风暴,是于 2013 年 11 月上旬肆虐于西太平洋的台风海燕(图 11.9)。海燕造成了毁灭性的破坏。光是在菲律宾,就有 6000 多人遇难,此外还有 1000 多人失踪。那海燕又有多强呢?其登陆时的最大风速为 87.5 米·秒-1。

图 11.9 台风海燕

当然,要是放眼整个太阳系,海燕的强度就完全不够看了。以我们前面游览过的大红斑为例,它的最大风速能达到 180 米·秒-1,超过海燕最大风速的 2 倍。

但与大黑斑相比,大红斑也变得小巫见大巫了。旅行者 2 号的测量结果表明,大黑斑的最大风速能达到 666 米·秒-1。换句话说,它的最大风速甚至已经接近地球上声速(即 340 米·秒-1)的 2 倍。

我们不妨来开一下脑洞。如果把大黑斑搬到地球上,那会有什么后果?我们前面说过,大黑斑基本能装下整个地球。换言之,地球上没有任何一个地方能够幸免于难。此外,物体的动能与其速度的平方成正比。因此,即使大黑斑的密度与地球超级台风的密度相等,其破坏力也比地球超级台风大了上百倍。在这么恐怖的风暴的肆虐下,地球表面将变得完全不适宜生命生存。到那时,或许只有地底和深海,才有可能留下生命的火种。

下面,我们来聊聊大黑斑的能量来源。

我们的老朋友、英国天文学家哈雷最早提出,地球上之所以会有风暴,归根结底是源于太阳的辐射能量。

不过,由于海王星与太阳的距离远大于日地距离,它所能得到的太阳辐射能量就比地球得到的太阳能量要少很多。下面就来简单估算一下,海王星得到的太阳辐射能量到底比地球要少多少。

众所周知,太阳辐射总是呈球形向外扩散。根据能量守恒定律,每个球面上接收到的太阳辐射总能量都相同。此外,一个球的面积与其半径的平方成正比。因此,某个单位球面上所能接收到的太阳辐射能量(即太阳辐射能量密度),与它到太阳的距离的平方成反比。

海王星与太阳大概相距 45 亿千米,是日地距离的 30 倍;换言之,海王星轨道所能接收到的太阳辐射能量密度,是地球轨道的 1/900。

由于海王星的半径是地球的 4 倍,它能接收到太阳辐射的面积是地球的 16 倍。这意味着,海王星能接收到的太阳辐射能量大概只有地球的 1/56。

很明显,仅靠这么一点太阳辐射能量,根本不可能支撑起太阳系最强的风暴。因此,不同于地球风暴,大黑斑并非源于太阳的辐射能量,而是靠海王星自身的能量维持。事实上,旅行者 2 号的测量结果表明,海王星的内核温度高达 8000℃。正是这个强大的内部辐射源,支撑起了太阳系最强的风暴。

不过,旅行者 2 号发现的超级风暴并不止大黑斑这一个;事实上,它总共发现了 3 个。图 11.10 就是旅行者 2 号拍到的 3 个海王星超级风暴的全家福。上面那个最大的黑色风暴就是大黑斑,下面那个小了很多的黑色风暴叫作小黑斑,而中间那个最小的白色风暴叫作滑板车。

图 11.10 3 个海王星超级风暴

但与大红斑相比,大黑斑的寿命要短很多。1994 年,天文学家们把哈勃空间望远镜指向了海王星,然后发现海王星的那三个超级风暴全都消失了。取而代之的,是一个位于海王星北半球、被称为北部大黑斑的新风暴。

这个发现说明,海王星的大气系统远比人们想象的要复杂。或许要再过几十年,等到下一个太空探测器拜访海王星,我们才能更好地探究海王星大气系统的奥秘。

我们来做个总结。1989 年 8 月,旅行者 2 号发现在海王星的赤道地区有一个黑色的椭圆形风暴,这就是大黑斑。

大黑斑的最大风速能达到 666 米·秒-1,接近地球上声速的 2 倍,这让它成为整个太阳系中最强的风暴。如果把大黑斑搬到地球上,地球表面所有的生命都会遇到灭顶之灾。

由于海王星能接收到的太阳辐射能量大概只有地球的 1/56,大黑斑其实是靠海王星自身的能量维持。与木星的大红斑相比,大黑斑的寿命要短很多;1994 年,天文学家就发现它已经消失了。

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