科学家：木星用其翻滚的云层掩饰了一个让人难以理解的秘密

尽管对流汹涌，木星的气层依然没有充分混合。

“朱诺”探测器拍摄的木星风暴和位于风暴顶部的白色高云。 NASA / JPL-Caltech / SwRI / MSSS

以荷兰空间研究所（SRON）和莱顿天文台Yamila Miguel为首的一个国际天文科研团队近日发现，木星的气层是“异质”的。

木星的气层并没有如人们之前以为的那样充分混合，而是越靠近木星中心，“金属”（比氢和氦重的元素）含量越高。

研究人员之所以研究木星的“金属”元素，是因为“金属”元素的含量和分布，可以透露与木星形成过程有关的重要信息。木星气层含有总量相当于11至30个地球的“金属”元素，这些“金属”元素占木星总质量的3-9%。

为了帮助理解，研究人员根据“朱诺”探测器提供的数据，建立了一个理论模型。“朱诺”探测器在环绕木星飞行的过程中，通过感知木星不同部分引力的差异，对木星的内部结构进行了探测。

而这一次研究的结果，主要展示了两方面内容。一方面，研究人员发现，“星子”可能在木星的形成期扮演过某种角色。“星子”也称“微行星”，指原行星盘内个体较大的固态物质，直径一般在1千米左右。

根据已有认识，像木星这样的气体巨行星，其形成期获取“金属”元素的机制主要有两个：一是吸积小块碎屑，二是获取个体较大的“星子”。

但由于幼年行星的质量超过一定界限，就会开始“排斥”小块的碎屑，仅通过第一种机制，木星很难获得今天它所拥有的这么多“金属”。而个体较大的“星子”排斥起来较不容易，因此可能的情形是，个体较大的“星子”在木星的形成过程中也扮演了某种角色。

另一方面内容是，研究人员发现木星气层越靠近木星中心的部分，其“金属”的含量就越高。也就是说，木星气层的“金属”元素含量由内向外呈梯度式下降。

这一发现与许多人之前的认识不同。

木星拥有一个对流非常活跃的气层。木星被称为“风暴的花园”。它有太阳系规模最大、寿命最长的风暴——“大红斑”，以及许多大大小小、形形色色的气旋、反气旋和气流。鉴于此，很多人以为，木星的气层已经充分混合。也就是说，它应该是“均质”的。无论在其气层的哪个部分，各种元素在总体上应该是均匀分布的。

但是这一次数据告诉我们，情况并不是这样。而这又是为什么呢？

参考

Jupiter turns out to be inhomogeneous; metallicity gives clues about origin

https://phys.org/news/2022-05-jupiter-inhomogeneous-metallicity-clues.html

Jupiter’s inhomogeneous envelope

https://arxiv.org/abs/2203.01866