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星际旅行不可能完成的任务——无法现实穿越而过的星球

著者:黄姤

Saturn·土星和Jupiter·木星,它们两个是太阳系恒星系统中体积最大的天体,它们都是气态巨行星,既然土星、木星都是气体行星,于是就有一个关于它们的问题出现了,我们能不能让航天器直接从这两颗行星的正中心穿越而过,也就是能不能完成“穿心”的旅行?

土星、木星不都是气态行星吗!气体应该是很稀疏的呀,就像我们在空地上奔跑,我们跑来跑去不会觉得受到任何的阻碍,但是我们都清楚,在我们的身边到处都有空气,既然如此把这个经验类比起来,穿越土星和木星似乎也应该是可能的,但是事实却并非如此。

星际旅行不可能完成的任务——无法现实穿越而过的星球

图解:左/Jupiter·木星 右/Saturn·土星


【引力导致土星、木星的半径趋向一致】

土星、木星都是呈现球形的结构,可是你想想,当你类比空气的时候,你见过一团空气会自发地形成球形吗?肯定见不到吧,就像天上的云朵不会是球形的,而是任意形状。可是 土星、木星却并非如此,它们是标准的球形,为什么会是这个形状呢?

答案是:引力。

引力会把所有的物质吸引聚拢,实际上太阳系的8个行星之所以能形成,就是靠引力。在太阳系的初期,也就是在“婴儿时期的太阳”周围布满了各种各样的碎屑和气体,这些物质可能分布得并不均匀,久而久之就有了微小的内核,内核处就会产生比其他地方更强一点的引力,渐渐地所有的物质就会绕着这些核心积聚起来,最后的结果就形成了八大行星以及其他所有的天体。

星际旅行不可能完成的任务——无法现实穿越而过的星球

图解:早期太阳系,小亮点是八大行星的雏形

早期太阳系的所有物质最后渐渐地都依附在这8个行星身上,所以也可以做一个比喻,这8大行星就是整个太阳系灰尘的吸尘器,这充分体现出引力的巨大作用,正是因为引力的巨大,它要求在各个方向上积聚的物质都要均匀对称才行,而导致的结果就是所有的天体都会慢慢地变成球形,即使早期有一些尺寸上的不均匀,随着时间的延长,它的半径也一定会趋向一致。

星际旅行不可能完成的任务——无法现实穿越而过的星球


【在一个行星上感受到的引力和你处于这个行星表面之下的深度有关】

在说明这个问题之前,先来看看下面这个真实的例子:当你戴着氧气面罩潜水,随着你下潜的深度的增加,你会觉得那个面罩扣在你脸上的力量越强,一般来说当你达到水面以下2到3米之后,你的耳朵也开始感受到压力,如果再往下潜,你的身体也会感受到强大的水压,这是因为当你越向深处潜,你的上方积聚的水越多,它们向下的压力也就越重,这就是引力带来的。

星际旅行不可能完成的任务——无法现实穿越而过的星球

当你站在地球的表面上,地球的外面是大体层,此时你的身体上每一平方英寸都要承受14.7磅的压力,这些压力就是大气在地球引力作用下带来的。而如果你现在不是站在地球表面,而是到了地球的正中心,把整个地球全都想象成是一个气体的行星,这个情况下你来到地球的正中心,你身上的压力将会增大到350万倍,而如果你是在木星的正中心,这个时候你承受的压力是你站在地球正中心压力的11倍以上,这个压力是地球表面压力的5000万到1亿倍。

正是因为这样巨大的压力,所以在气体巨行星的中心,那里的温度是异常的高,土星、木星的核心温度比太阳表面温度{6000℃}还要高上很多,于是在这种异常的高温、高压之下会有各种奇怪的事情发生。


【航天器能直接从土星、木星这两颗行星的正中心穿越而过吗?】

土星和木星的主要成分是氢气和氦气,所以在它们的内核深处,氢气承受不了这样的高压和高温会变成液体,如果再往深处走,液体氢甚至会变成固态的金属氢

星际旅行不可能完成的任务——无法现实穿越而过的星球

图解:木星结构示意图

物理世界就是这样的,当温度和压力走向极致的时候,所有的元素和材料的性质也将变得极致和陌生,因为那种环境下的物理规则我们在地球的实验室当中是无法再现的,因此也没有办法准确地验证到底会发生些什么,所以严格地讲,在土星和木星最核心的深处到底是一个什么情况现在仍然不清楚,但可以肯定的一点是,绝不可能从土星和木星的正中心穿越而过。

星际旅行不可能完成的任务——无法现实穿越而过的星球

图解:土星中心区域拥有一个金属核

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