太陽系的「超級大水庫」,地球的蓄水量連它的零頭都沒有

2023-09-29     魅力科學君

原標題:太陽系的「超級大水庫」,地球的蓄水量連它的零頭都沒有

如果有人問起,太陽系中哪顆星球的液態水最多?相信不少人給出的答案都是地球,畢竟廣袤的海洋是地球的一大特色。

那麼,地球真的是太陽系中液態水最多的星球嗎?答案是否定的,實際上,在太陽系已知的眾多星球中,地球的蓄水量甚至連前四名都排不上。

在討論一顆星球的蓄水量時,天文學家通常會使用到「ZL」這個巨大的單位,根據定義,1ZL等於10的21次方升。在太陽系中,蓄水量排名前四的星球分別是木衛三、土衛六、木衛四和木衛二,它們的蓄水量分別為35.4ZL、18.6ZL、5.3ZL、2.6ZL,而我們的地球的蓄水量則為1.335ZL,只能排到第五名。

(太陽系蓄水量排名前10的星球)

需要指出的是,這些數據其實是天文學家們根據實際觀測數據再結合相關的理論估算出來的,因此具有很高的可信度。

例如觀測星球的地形和地貌,就可以知道星球表面或者近表層是否存在水文活動;觀測星球的光譜,就可以知道星球表面或者大氣中的水含量和狀態,從而推斷出星內部是否含有水;觀測星球的重力場、磁場以及轉運慣量,就可以知道星球內部的物質密度和電導率分布,從而推斷出其中的水是以哪種狀態存在。

可以看到,蓄水量排名第一的木衛三堪稱是太陽系的「超級大水庫」,相對來講,地球的蓄水量連它的零頭都沒有。

木衛三(Ganymede)是木星最大的衛星,其直徑大約為5262公里,是一顆體積比水星還要大的星球,但它的密度卻遠低於水星,其平均密度大約為1.936克/立方厘米,之所以會這樣,其實是因為它含有大量的水,探測數據表明,木衛三含有的水,大約占據了其總質量的一半。

不過木衛三的水很多都是以固態的形式存在(也就是冰),只有在其內部特定的深度範圍內,才具備液態水所需的溫度和壓強範圍,進而使水以液態的形式大量存在。

木衛三內部的壓強來自於其自身的重力,越深的位置,壓強也就越大,這很好理解。那木衛三內部能夠讓水以液態形式存在的熱量又是哪裡來的呢?其實是它的內核提供的。

木衛三有一個熾熱的內核,其熱量的來源主要有兩個,一個是木星引力造成的潮汐加熱,我們可以簡單地理解為,在木衛三圍繞木星公轉的過程中,木星的引力會使木衛三的形狀不斷地發生變化,進而導致其內部的物質因為摩擦而產生大量的熱量;另一個來源則是,木衛三的內核中包含了不少放射性元素(如釷、鈾和鉀等),當它們發生衰變時,也會釋放出一定的熱量。

所以木衛三的液態水其實是存在於它內部的「冰下海洋」之中,根據天文學家的測算,木衛三的「冰下海洋」大概起始於其地表之下150公里處,並且它的「冰下海洋」可能是分為了三層,每層之間被高壓冰層分隔開,其總深度最高可達1000公里左右。

作為對比,我們地球上的海洋平均深度只有大約3.8公里,即使最深的地方,也不過大約11公里的樣子,據此我們可以清楚地看到木衛三的蓄水量有多麼巨大。那麼,作為太陽系的「超級大水庫」,木衛三哪來這麼多的水呢?這就要從太陽系的形成說起了。

根據科學界的主流理論,太陽系是由一片巨大的分子雲坍縮形成的,在坍縮過程中,分子雲的中心區域的物質越來越密集,溫度也越來越高,最終形成了太陽,而分子雲的殘留部分則圍繞著太陽形成了一個盤狀結構,其中的物質會繼續不斷地碰撞和吸積,並最終形成了太陽系中的各種天體,包括我們現在看到的八大行星以及它們的衛星。

由於太陽的熱輻射會隨著距離的增加而減弱,這樣就會形成一種被稱為「凍結線」的臨界距離,在「凍結線」之內,由於距離太陽較近,像水這樣的具有揮發性的物質大多只能以氣態存在,而在「凍結線」之外,由於距離太陽較遠,水就會凝結成冰,變成固態物質。

在太陽能量的驅動下,氣態的水會不斷地被向外逃逸,另一方面來講,天體的形成可視為一個類似於「滾雪球」的過程,剛開始的時候,原始的天體只能吸積一些固態的物質,只有在質量達到一定程度的時候,才有可能吸積到氣態物質,所以在「凍結線」之內形成的天體,其實是很缺水的,原因就是,在它們「成長」到足夠大之前,那些氣態的水大多都逃逸到「凍結線」之外去了。

在「凍結線」之外,水會凝結成固態的冰,進而變得容易吸積,而太陽系的「凍結線」大概位於木星和火星之間,所以在此距離之外形成的天體,往往都會含有大量的水,在這些富含水的天體之中,就包括了木衛三這個「超級大水庫」,以及前面提到的那些蓄水量排在地球前面的星球。

值得一提的是,科學界普遍認為,原始地球上的水其實並不多,而現在地球上的水,有很多都是形成於「凍結線」之外的那些小天體(如小行星、彗星等)帶來的。

文章來源: https://twgreatdaily.com/zh-cn/28b6ccdb044ea452c1d6588fb944f24f.html