如果向木星輸送大量氧氣使其充分燃燒,木星會變為一個水球嗎?

木星是太陽系中最大的行星,它含有濃密的大氣層,由於大氣層的厚度非常之高、密度非常之大,因此人們將之定義為氣態行星。根據之前向木星發射的諸多探測器,結合其它天文望遠鏡觀測到的數據,人們發現木星表面大氣層的主要成分,即以氫氣為主,佔比高達近90%以上,另外還含有10%左右的氦氣以及少量的甲烷、氨氣、硫化氫等。有些朋友受到電影《流浪地球》的啓發,提出一個設想,如果將木星表面注入大量的氧氣,然後將其點燃,那麼木星就會變為一個燃燒着的大火球,隨着氫氣的耗盡,那麼木星最終能否變為一個水球呢?

如果向木星輸送大量氧氣使其充分燃燒,木星會變為一個水球嗎?

我們先來看一下木星的結構。木星的總質量約為1.9*10^24噸,是地球的318倍,太陽中除其它行星的總質量也沒有達到木星的水平,僅有其總質量的1/4。木星平均直徑14.3萬公里,其體積約為地球的1300多倍,從內到外可以依次分為內核、金屬氫層、液態氫層和氣態氫層。

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木星的氣態氫層連同外圍的雲層一起構成了它的大氣層,厚度達到3000公里以上,氣態物質的總量達到木星總質量的1%,遠遠高於地球大氣層的質量佔比(百萬分之一)。在大氣層之下,分佈着厚度達3萬公里的液態氫層,主要由於較大的氣壓使得大氣層以下的氣體轉化為液態。在液態氫層以下,是在更高的壓力環境下呈現金屬氫的固態圈層,在固態氫層的內部包裹着半徑約1.5萬公里的固態內核,據推測內核的主要成分為鐵、鎳和硅酸鹽等的混合體,與地球內核的成分類似。木星的內核處温度和壓力都非常高,温度達到3萬攝氏度以上,壓力可達到4000萬個大氣壓。

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木星之所以能夠擁有比其它行星多得多的物質,主要取決於它獨特的空間位置。在太陽吸聚太陽系內99.86%的物質形成恆星以後,剩餘的星際物質在圍繞着太陽公轉的同時,也持續在進行着聚集和坍縮的過程,逐漸形成若干質量中心,然後這些核心在圍繞太陽公轉時不斷髮生着碰撞、合併的過程,最終形成了奠定目前八大行星的基礎。而太陽通過核聚變,不但向外界釋放着光和熱,同時大量的帶電粒子流也推動着較輕的星際物質不斷遠離太陽,而殘留的較重物質逐漸聚合形成固態行星。而木星現在的位置,剛好處於固態行星和氣態行星的臨界區域,“近水樓台先得月”,大量輕物質在這裏首先被木星所捕獲,使得其質量增長非常迅速,剩餘的那些輕物質則在太陽風的吹拂下繼續向着太陽系外緣挺進,不過總量要少了許多,最後逐漸被土星、天王星和海王星所俘獲,形成了另外四顆氣態行星。

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因此,木星沒有最終演化為恆星,其重要原因在於所吸聚的物質總量,達不到氫元素的最低核聚變水平。根據測算,能夠激發出一個星體內部的質子-質子鏈式反應,在藉助量子隧穿效應的作用下,內核最起碼也得達到1000萬攝氏度和上千億個標準大氣壓,而只有當一個星體的質量達到0.08倍太陽質量時,方可以實現,顯然木星是遠遠達不到這樣的要求的,除非再給它增加80倍的質量。

如果向木星輸送大量氧氣使其充分燃燒,木星會變為一個水球嗎?

從木星的結構我們可以容易地測算出,其表面大氣層中所含有的氫氣總量,即約為1.9*10^24*1%*90%=1.7*10^22噸。物質的燃燒需要可燃物、助燃劑、達到物質燃點這三個基本條件,那麼,在理論上只需要將木星大氣層中的氧氣濃度提升到一定水平,就可以實現大氣層的點燃。我們按照氫氣燃燒時與氧氣的總量比例為2:1進行測算,在這個程度之下可以實現氫氣的充分燃燒,那麼所需要的氧氣總質量將達到1.3*10^23噸,直接説這個數據大家可能沒有什麼宏觀的概念,我們以地球為例,地球是太陽系行星中大氣層含有氧氣最豐富的星球,沒有之一,但是地球大氣層中的氧氣總量也僅僅達到10^15噸這樣的級別,即使將地球大氣層中的氧化全部輸送到木星中,也不過杯水車薪,起碼得需要上千萬甚至1億個地球的大氣層才能達到需求,我們不談論如何將氧氣輸送過去,就是數量這麼多的氧氣我們去哪尋找和蒐集這個問題,以我們現有甚至今後相當長時期之後的科技水平,都無法實現。

如果向木星輸送大量氧氣使其充分燃燒,木星會變為一個水球嗎?

最後回到這個問題上來,如果僅從理論上看,當向木星注入上述大量的氧氣並分散均勻之後,是完全可以點燃的,屆時整個木星的整個大氣層將全部籠罩在“一片火海”之中,現有大氣層中的氫氣將全部燃燒完畢,生成物水將覆蓋到木星的表面,由於木星的表面温度很低,這些水體將會冷凍成冰。但是,這並非木星的最終狀態,因為隨着大氣層氫氣含量越來越低,液態氫層所受到的壓力會逐漸變小,從而會有很多氫氣從液態轉化為氣態,進而充斥到大氣層中,使木星仍然成為一個氣態行星。

如果向木星輸送大量氧氣使其充分燃燒,木星會變為一個水球嗎?


那些之前由氫氣燃燒所生成的水,則會在密度較大的影響下,逐漸向木星的內核遷移,隨着周圍温度和壓力越來越高,這些水則最終會以固態的形式存在於內核的外層,介於金屬氫層和鐵、鎳、硅酸鹽為主的內核之間被固定下來。


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