1994年,彗星舒梅克-列维9号彗星,以每秒60公里的速度撞击木星,释放20亿颗原子弹的能量,留下地球大小的疤痕。
但是作为一颗气态行星,木星主要由氢和氦组成,核心被厚厚的“气体”包裹,彗星为何无法直接穿过?
木星是太阳系最大的行星,直径14.3万公里,质量318倍于地球,其结构虽以气体为主,却远非“稀薄空气”:
大气组成:90%氢(H₂)、10%氦(He),类似太阳,含微量甲烷(CH₄)、氨(NH₃)和水汽(H₂O)。
分层结构:木星大气从外到内逐渐致密,分为对流层(50-100公里厚)、平流层和热层。2025年《Nature Astronomy》指出,木星大气压力从表面的0.1巴(10^-4地球大气压)到深处数百万巴。
金属氢层:在大气下约1万公里,压力达百万巴,氢被压缩成液态金属氢,密度接近固态(1克/立方厘米),类似液态水。
核心:可能有岩石-冰核(10-20倍地球质量),被液态金属氢包裹,压力达4000万巴,温度2万°C。
所以木星虽无固态表面,但其大气密度随深度急剧增加,彗星撞入后会遭遇巨大阻力,1994年SL9彗星撞击木星,21个碎片(直径0.1-2公里)以60公里/秒撞入南半球大气,但是它们都无法冲破木星。
木星对流层(0-50公里)压力从0.1巴升至250巴(250倍地球大气压),密度从0.0001克/立方厘米增至0.1克/立方厘米,接近地球低空空气(0.0012克/立方厘米),彗星进入后,气动阻力迅速减速。
SL9碎片在250巴压力层(约30-50公里深处)发生“气爆”(Airburst),类似地球的通古斯事件(1908年,20米彗星在5-10公里高空爆炸),碎片解体,能量释放为火球和冲击波,碎片动能(约10^20-10^21焦耳,最大碎片G达600万吨TNT)被大气吸收,转化为热量(火球达4.27万°C)和化学反应(生成硫化物、氨),形成直径1.2万公里的暗斑。
木星大气的“抗穿透”能力源于其物理特性,木星大气每下10公里,压力增加10倍,密度快速上升,彗星如撞“气墙”。
SL9碎片以60公里/秒(Mach 180,地球空气中180倍音速)撞入,气动加热和压缩使碎片瞬间汽化,木星的急流(150米/秒)和湍流(如大红斑)迅速“修复”撞击区域,暗斑数月内消散,显示大气动态稳定性。
理论上,更大或更快的彗星可能深入木星,但仍难穿过:100公里直径彗星(比SL9大50倍)以100公里/秒撞击,可能深入500公里(仍在大气层),但会被金属氢层(密度1克/立方厘米)阻挡,释放10^25焦耳,约1000倍SL9能量。
木星的核心在4万公里深处,压力4000万巴,密度10克/立方厘米,类似固态岩石,即使10^30焦耳(10^10颗原子弹)的撞击也无法穿透至核心,木星质量318倍地球,引力11.2倍地球重力,任何物体进入后难逃解体或捕获。