【菜科解读】

文|江卿曻

编辑|江卿曻

引言

天王星，作为太阳系中八大行星之一，一直以来都是宇宙学家和天文学家们充满兴趣的研究对象，其神秘的特征和奇特的性质，使其在我们的太阳系中显得格外引人注目。

但天王星的最引人注目之处，并非它的气候或地表特征，而是它的极端低温，以及这种极端低温的原因，其轨道几乎垂直于太阳系的平面，导致其季节发生极端颠倒。

这一特点使天王星成为独一无二的行星，同时也引发了科学家们的好奇心，尽管天王星距离太阳并不是太远，但它却是太阳系中温度最低的行星之一，其大气中充满了氢气和氦气，但却异常寒冷，温度低于-200摄氏度。

为什么天王星这么冷？它的气候和大气是如何形成和演化的？

天王星的概况

天王星是太阳系中的一颗行星，位于太阳和土星之间，距离太阳约28亿英里，这颗行星以希腊神话中天界的神祇"乌拉诺斯"命名，象征着它的神秘和独特性。

天王星是太阳系八大行星之一，它的直径约为31,518英里，使其成为太阳系中第三大的行星，仅次于木星和土星，天王星的质量相对较小，因此它的密度较低。

与其他行星不同，天王星的轨道倾斜度非常特殊，它几乎垂直于太阳系的平面，使其成为唯一一个如此极端倾斜的行星。

这意味着天王星的季节经历了极端的颠倒，每隔大约17.24小时，一边的北极冬季会变成北极夏季，而另一边的南极则相反。

天王星的大气层主要由氢气和氦气组成，类似于其他巨大气体行星。

然而，大气中还含有少量甲烷，它赋予天王星特有的蓝绿色气氛。

这些成分构成了天王星大气的基础，但大气中还存在其他复杂的化学物质，如氨和水，天王星是一颗极其独特的行星，其轨道倾斜度、大气成分以及特殊的季节颠倒现象使其在太阳系中独具特色。

天王星的轨道倾斜

天王星的轨道倾斜是这颗行星最引人注目的特点之一，因为它使天王星成为太阳系中唯一一个轨道几乎垂直于太阳系平面的行星。

这一极端的倾斜度使天王星的季节发生了令人难以置信的颠倒，通常行星的轨道轻微倾斜，太阳系中的大多数行星轨道几乎都在同一平面内，这个平面称为黄道面。

然而天王星的轨道几乎垂直于黄道面，其轨道倾斜度接近98度，这意味着天王星的北极指向了太阳系的一侧，而南极指向了另一侧。

这种极端的轨道倾斜对于天王星的季节非常关键，首先天王星的极季节颠倒现象意味着北半球和南半球交替经历极端的寒冷和极端的炎热。

这是因为在其轨道上，太阳直射点会变化，导致不同的半球在不同时间接收到的太阳辐射量发生极大的变化。

并且轨道倾斜还导致了天王星的极光现象，这是一种独特的天文表现，当天王星的磁场与太阳风相互作用时，电子和离子会被加速，产生壮观的极光。

这一现象在天王星的极季节颠倒时表现尤为明显，使其成为极光的绝佳观测点，尽管轨道倾斜是天王星的一大奇特之处，但它也引发了科学家们对行星轨道动力学和季节变化的独特研究兴趣。

这一特点使得我们能更好地理解行星轨道的演化，同时也让我们深入探讨太阳系中其他行星的轨道特征和动力学，天王星的轨道倾斜是这颗行星的独特之处，也是深入研究宇宙的契机。

天王星的大气层

天王星的大气层是这颗行星的另一个引人注目之处，其成分和性质为解开这颗行星之谜提供了重要线索，虽然与其他巨大气体行星相比，天王星的大气规模较小，但其组成和特性仍然异常复杂。

天王星的大气主要由两种主要成分组成：氢气和氦气，这些气体构成了大气层的基础，这一点与太阳系中的其他巨大气体行星相似，如木星和土星。

与其他行星不同的是，天王星的大气中还含有少量的甲烷，甲烷是赋予天王星大气特殊蓝绿色的气体，这一特点使其与其他行星在视觉上明显不同。

甲烷分子对可见光的吸收和散射导致了这种特殊的色彩，这一视觉特点为我们提供了观察天王星的独特机会，同时也引发了关于大气层的深入研究。

尽管大气层中的氢、氦和甲烷是主要成分，但天王星的大气也包含了其他复杂的化学物质，这些物质包括氨和水蒸气，它们的存在在一定程度上影响了大气的温度和气候。

一个有趣的特点是，天王星的大气层中存在寒冷的层，其中温度远低于其它部分，这些寒冷层是大气层中的复杂区域，其形成和原因仍然是一个研究的焦点。

这也导致了大气层中的气体分层结构，其中不同高度的气体具有不同的性质。

总之天王星的大气层是这颗行星的一项独特之处，其组成和性质提供了重要的线索，帮助我们理解这个行星为什么如此寒冷？以及大气中的各种现象。

天王星的低温之谜

天王星之所以如此寒冷，是一个引发了科学家们广泛研究和探讨的重要问题，其极端低温气候是这颗行星最显著的特点之一，尽管它距离太阳并不远，却是太阳系中温度最低的行星之一。

这一低温之谜引发了科学家们提出各种假设和理论，以解释为什么天王星的气温如此极端，其中一个关键的因素是天王星内部的热量分布。

与地球等行星不同，天王星似乎没有内部核心产生热量，这使得它的温度降至极端。

天王星内部的热量分布和来源仍然是一个待解之谜，有一种理论认为，行星内部的氢、氦和杂质物质可能导致了核心中的热对流，但这仍然需要更多的研究来验证。

天王星的极端倾斜轨道可能对，其内部热量分布产生影响，进一步加剧了寒冷，另一个与天王星低温气候相关的，因素是其大气层的成分和结构。

大气层中的氢、氦、甲烷、氨和水等复杂物质相互作用，导致了大气中的温度梯度和气体分层结构，这种复杂性对于解释大气中的寒冷层非常重要。

尽管科学家们已经提出了多种理论，以解释为何天王星如此寒冷，但这个问题仍然没有最终答案，天王星的低温之谜提供了宇宙中行星形成和演化的独特案例。

同时也为了解太阳系内其他行星的气候系统提供了一个复杂而有趣的参考，通过深入研究天王星的低温气候，我们有望解开这个行星的谜团，同时也为了解宇宙的奥秘提供了更多的见解。

天王星的磁场和辐射环境

天王星的磁场和辐射环境是这颗行星引人关注的另一方面，与其低温气候密切相关，与地球和其他巨大气体行星不同，天王星几乎没有磁场，这使得它的辐射环境与众不同。

天王星的缺乏磁场使其面对太阳风和宇宙射线的冲击，地球的磁场能够有效地保护我们免受这些宇宙粒子的侵害，但天王星却没有这种保护机制。

这意味着太阳风中的带电粒子可以直接与天王星的大气层相互作用，导致辐射效应的加剧，天王星的磁场缺乏保护性，也导致了辐射带的形成。

这些辐射带中的粒子受太阳风和其他宇宙射线的影响，以高能量速度在天王星的磁场周围旋转，这一现象导致了辐射环境中高能粒子的存在，对于天王星的大气层和温度产生了影响。

缺乏磁场和辐射带使天王星的辐射环境相对恶劣，但这也是科学家们的重要研究对象，通过研究天王星的辐射环境，我们可以更好地理解宇宙射线与，大气层相互作用的影响。

同时也可以研究太阳风和宇宙射线的行为，这有助于我们更好地理解太阳系中其他行星的辐射环境，以及太阳风和宇宙射线对行星的影响。

总结

天王星的缺乏磁场和特殊的辐射环境与其低温气候密切相关，这使其成为行星科学研究中的一个独特案例。

通过深入研究天王星的磁场和辐射环境，我们能够更好地理解宇宙射线的影响，同时也为了解太阳系中其他行星的辐射环境提供了宝贵的信息。

木星是气态行星，如果把木星上的气体全部吹走，会结果

木星是一颗巨大的气态行星，其质量约为地球的318倍，体积更是高达地球的1300多倍，在太阳系八大行星中，木星是绝对的“老大”，这使得我们人类对这颗巨大的行星格外关注，关于木星的各种稀奇古怪的问题也层出不穷。

比如说有人就提出了这样一个问题：既然木星是气态行星，那如果把木星上的气体全部吹走，会有什么结果呢？下面我们就来讨论一下。

首先要讲的是，所谓的气态行星并不是指全部是由气体构成的行星，而是指不以岩石或者其他类型的固体为主要成分、没有确定的固态表面的行星，也就是说，气态行星也是可以拥有固态核心的。

那么木星到底有没有固态核心呢？其实这个问题的答案也是科学家们很想知道的。

尽管以人类当前的科技水平，暂时还不能直接进入到木星深处去直接探索，但通过探测器在木星附近收集到的数据，我们还是可以间接猜测出木星的内部结构。

如上图所示，在探测器飞越木星的过程中，其发出的无线电信号会因为木星的引力变化而出现细微的多普勒频移，通过大量对照探测器的实际轨道和理论轨道的差异，就可以构建出木星的重力场模型，进而猜测出木星内部的质量分布。

科学家根据“先驱者10号”、“旅行者1号”、“旅行者2号”、“伽利略号”、“朱诺号”等多个探测器传回的数据猜测出，木星很可能存在一个由重元素构成的固态内核，其质量在地球的12倍至45倍之间注：这里的重元素是指比氢和氦更重的元素。

因此科学界普遍认为，木星应该有一个致密的固态核心，其外包裹着大量的氢和氦注：木星主要由氢和氦构成，其中氦占其质量的大约4分之1，其他的绝大部分都是氢。

由于随着深度的增加，木星上的物质会逐渐变得更热、也更致密，因此木星的结构应该是：最外层是气态的氢和氦，当深度增加到一定程度时，氢和氦就以液态存在，而在更深的位置，极端的压强会将氢原子中的电子“挤”出来，使得它们像金属一样可以导电，这种状态的氢也被称为“金属氢”，在此之下就是木星的固态核心大概如下图所示。

据此我们可以得出，木星上层的气体一旦消失，木星上的那些原来处于高压状态下的液态氢、液态氦以及“金属氢”都会因为失压而转变成气体，在这种情况下，如果把木星上的气体全部吹走，其结果就是木星会失去几乎所有的氢和氦，只剩下一个比原来小得多的固态核心。

值得一提的是，虽然我们人类目前并没有能力把像木星这样的气态行星上的气体全部吹走，但宇宙中那些能量巨大的太阳却可以做到。

从理论上来讲，假如一颗气态行星与其主太阳的距离太近，它的气体就会被主太阳不断地剥离，久而久之，这颗气态行星就会只剩下一个固态核心如果它有的话，科学家给这种奇特的天体起了一个奥秘的名字——“冥府行星”Chthonian planet。

有意思的是，我们有可能已经发现了一颗“冥府行星”。

这颗星球被命名为“TOI-849b”，距离地球大约730光年，由“凌星系外行星巡天卫星”TESS于2020发现，其主太阳被命名为“TOI-849”，是一颗与太阳相似的黄矮星。

观测数据表明，“TOI-849b”的体积与我们太阳系中的海王星差不多，但它的质量却大约是海王星的2.3倍，地球的39.1倍，密度约为5.2克/立方厘米，与像地球这样的岩石行星相当。

另一方面来讲，“TOI-849b”距离它的主太阳非常近，以至于其表面温度可以高达1530摄氏度左右，并且大约每18个小时，它就会完成一次公转。

所以我们可以做一个合理的猜测，“TOI-849b”曾经是一颗与木星相似的气态行星，后来因为某种原因迁徙到了距离其主太阳非常近的轨道，在此之后，它的气体就持续地被主太阳“吹”走，最终演化成了一颗“冥府行星”，而这也很可能就是木星上的气体被全部吹走后的结果。

好了，今天我们就先讲到这里，欢迎大家关注我们，我们下次再见。

既然木星是气态行星，那么人类发射的航天器能不能直接穿过木星

行星是天体的一类，是指自身不发光，同时围绕太阳做周期性公转运动的天体，通常可以分为行星、矮行星和小行星。

比如在太阳系内，水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星就是属于行星，而冥王星，则和谷神星、阋神星、鸟神星等一起属于矮行星。

穿越木星在太阳系内，位于火星和木星轨道之间还存在着数以十万计的小行星，我们称为小行星带。

当然，我们人类最为关注的还是八大行星，我们根据八大行星的物理性状可以分为两类，一类是和地球一样具有固体表面，岩石行星，称为类地行星，包括水星、金星和火星。

太阳系示意图另外一类就是和木星一样，是有气体来组成的行星，在太阳系内包括木星、土星、天王星和海王星，这些行星和类地行星来比，通常具有体积和质量更大，但是由于是气体组成，所以往往平均密度较小。

那么，既然木星是气态行星，那么我们人类发射的航天器，包括宇宙探测器，或者将来有可能发射的宇宙飞船，能不能直接穿过木星？太阳系八大行星目前来看，人类发射的航天器很难穿越木星，我们这里假设我们从木星的中心穿过。

虽然木星是一颗气态行星，那只是表明木星的主要组成成分是气体，主要是氢和氦，从木星的结构来看，最外面是包围整个木星的大气层，充满着气体，而且在不停的运动之中，形成气体旋涡，比如著名的“大红斑”。

木星南极洲而在木星大气层之下，随着越往木星内部，压力越来越大，气体被不断压缩，形成了液态金属氢，这需要的压力相当于25万个地球大气压，我们要用什么材料才干承受这种压力呢？如果再往木星内部前进，到了木星的中心，我们猜测虽然木星是一颗气态行星，但是其中心是有一个岩石核心，由硅酸盐和铁来组成。

所以在物体状态下，木星内部的高温、高压，以及岩石内核都不支持航天器穿越它。

木星内部结构木星在行星分类上，是一颗气态行星，但是这里的气态，并不是我们地球上所想象的像我们的大气层一样的气体。

我们知道，就算是地球上的大气层，当天宫一号从宇宙坠落，经过大气层时，也会因为剧烈摩擦而燃烧，更何况是更为稠密的木星大气层，所以，以目前的人类技术，别说穿越木星，连木星大气层这一关都过不了。

木星探测器“朱诺号”人类的认知是有限的，我们只能在现有的条件下进行假设，就像农业社会时期的人类，也无法想象现在的互联网时代。

那么，我们说无法穿越木星，也是基于当前的认知，说不定在将来，人类科技进步，就能实现。

朱诺号发射升空