太陽系的「超級大水庫」,地球上的水量連它的零頭都沒有

大千世界 2021/07/12 檢舉 我要評論
 

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文/天空之城團隊

 

地球表面大約有70%都是由液態水形成的海洋,如果把地球抹平再把這些液態水準均分佈在地球上,那麼整個地球表面將會覆蓋上一片水深為2.65公里的海洋。看上去地球上的水似乎非常多,然而事實卻是地球的直徑高達12742公里,如果將地球比作一個蘋果的話,那麼區區2.65公里深的海洋就連這個蘋果的皮都算不上。

因此可以說,地球上的液態水其實並不多,那麼太陽系中哪顆星球的液態水最多呢?這顆星球就是太陽系中最大的衛星——木衛三,科學家推測木衛三的內部至少擁有150億立方公里的液態水,相比之下,地球的水量卻只有13.8億立方公里,我們可以看到,地球上的水量連它的零頭都沒有,很明顯,這顆星球才是太陽系的「超級大水庫」。

需要注意的是,科學家給出這樣的答案並不是憑空想象,這其實是根據確實的觀測資料再利用相關的理論一步一步得出來的,下面我們就來具體講一下科學家是如何得出這個結果的。

最早抵達木衛三附近的探測器是「先驅者10號」和「先驅者11號」,它們幫助科學家確定了木衛三的體積(直徑為5262公里),然後是「旅行者1號」和「旅行者2號」,科學家根據它們傳回的資訊確定了木衛三的平均密度(1.94g/cm^3),並據此得出初步結論,即木衛三是由60%的岩石以及40%的水冰構成。

真正探索木衛三的是後來發射的伽利略號探測器,在1996年至2000年期間,伽利略號探測器對木衛三總共進行了6次抵近觀察,並且傳回了大量的觀測資料,而科學家之所以認為木衛三是太陽系的「超級水庫」,正是基於這其中的兩個關鍵資料——轉動慣量和光譜。

關於轉動慣量,我們可以簡單地理解為物體在旋轉運動中的慣性,物體內部的質量分佈可以決定其轉動慣量的值,實驗表明,一個質量平均分佈的物體其轉動慣量為0.4,這就意味著,如果一個物體的轉動慣量不等於0.4,就說明該物體內部的質量分佈不均勻,具體表現在與0.4這個數值的差距越大,物體內部的質量分佈就越不均勻。

對於一顆星球而言,質量分佈的不均勻就意味著組成它的物質在形成過程中因為重力而產生了分化(即重的物質下沉,輕的物質上浮),伽利略號探測器傳回的資料顯示,木衛三的轉動慣量為0.3105 ± 0.0028,在目前太陽系已知的固態天體中,它算是最小的了,這就說明瞭木衛三的內部物質已經高度分化,簡單地講就是木衛三的水冰是與岩石分開的。

根據伽利略號探測器傳回的近紅外線反射光譜資料,科學家發現了在木衛三的表面存在著很多水合物,因為這些物質必須要在有液態水存在的條件下才能生成,而木衛三的表面溫度最高也只有 -151攝氏度,根本就不可能存在液態水,所以科學家認為,木衛三地表之下存在著液態水,它們會通過某種方式(如冰火山)來到這顆星球的表面,進而形成了這些水合物。

以上分析只是證明瞭木衛三的內部存在液態水,那麼科學家又憑什麼認定這顆星球是太陽系的「超級大水庫」呢?其實這得歸功於大名鼎鼎的哈勃望遠鏡。

木衛三是一顆擁有自發磁場的星球,因此在木衛三產生的極光不只受到木星磁場的影響,還會受到木衛三自己磁場的影響。由於木星的磁場會隨著時間的推移而發生變化,在兩個磁場的影響下,木衛三上極光環的位置就會發生震盪,而如果木衛三的內部存在由液態水構成的海洋,那麼就會抵消一部分這種震盪的尺度。

電腦模型顯示,如果木衛三的內部沒有液態水(或者液態水極少),那麼其極光環的震盪范圍應該為5.8 ± 1.3度,而哈勃望遠鏡的觀測結果顯示,木衛三的這個震盪范圍的平均值卻為2.2 ± 1.3 度,這就表明了在木衛三的內部存在著大量的液態水,通過相關計算,科學家就得出了上述的結論,即:木衛三就是太陽系的「超級水庫」,其內部至少擁有150億立方公里的液態水,地球上的水量連它的零頭都沒有。

順便講一下,木衛三擁有一個稀薄的含氧大氣層,並且科學家還在木衛三上發現了有機化合物的蹤跡,因此在遙遠的未來,如果人類在木衛三內部的海洋裡發現了地球以外的生命,那我們也不用感到太過意外。

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