木星内外温差竟高达30000℃，怎么做到的？朱诺探测器近距离揭秘

金钢狼

2023年12月30日，凝聚人类智慧结晶的朱诺号木星探测器近距离飞掠木卫一，在仅1500公里的距离之上拍摄到了木卫一火山喷发的罕见画面——这是人类离木卫一物理距离最近的一次，也是人类离揭秘木星这颗7亿公里外的神秘巨大行星最近的一次。
经过漫长的探测与计算，朱诺号木星探测器传回了重要光谱数据，这带给了地球上的科学家们惊人的信息：木星表面温度极低，仅﹣147℃，内部温度却可以达到30000℃！这简直难以理喻！

木星内外部如此夸张的温度差，到底为什么会出现？朱诺探测器是何方神圣，又为何可以探测出木星这颗巨大星球内部的温度？木星表面温度那么低，为啥还是气体行星，难道它的表面有什么特殊的不会凝固的气体吗？人类又为何执着于探测木星这颗与地球大相径庭的星球呢？
接着看，让我们跟随朱诺木星探测器的视角，一步步揭开木星的神秘面纱！

并非第一次接近木星——朱诺号探测器

2003年，美国国家航空航天局（NASA）规划了一个中等规模的太阳系探测计划——“新疆界计划”（New Frontiers Program），旨在探测距离地球远距离的行星及行星带，如冥王星、柯伊伯带、木星、土星及部分卫星，分析它们的详细情况，了解它们的起源及太阳系的起源与发展。
朱诺号木星探测器，是“新疆界计划”实施的第二个探测项目，目标直指木星这颗在太阳系中十分特殊的气体巨星，评估其水含量、质量、引力、磁场、内部情况、温度、结构等方面的详细数据，帮助我们认识这颗神秘的星球。

不过，这并非科学家们第一次尝试接近木星——实际上，科学家们自“木星伴月”观测到这颗在天空中肉眼可见明亮的星星以来，就从未停止对靠近木星的尝试。
1972年3月3日，先驱者10号探测器成功发射升空；1973年4月6日，先驱者11号探测器紧随前驱的脚步发射升空，相继成为最早飞向木星的两个探测器，拍摄到了第一组木星及其卫星的近距离照片，人类首次看清了木星表面的“大红斑”。

1977年8月20日、1977年9月5日，旅行者2号与旅行者1号探测器成功发射升空，掠过木星的同时发现了“大红斑”中复杂的风暴系统，捕捉到了木星卫星表面存在的火山喷发现象，甚至拍摄到了木星背面的极光，人类对木星的了解进一步增加了。

1989年10月18日，专门用于探测木星的探测器伽利略号成功发射升空，飞行近7年后向木星释放了大气探测器，后又继续沿着木星运行轨道飞行了将近14年，直到2003年9月21日“自杀”式飞入木星大气层后坠毁。
伽利略号为科学家们研究木星提供了大量珍贵的大气数据、云层数据、磁场数据、结构数据，甚至还在1994年拍下了彗星撞木星的壮观画面，回顾“职业生涯”可谓功成名就。

在伽利略号后，2011年8月5日，第二艘专门探测木星的探测器朱诺号成功从美国佛罗里达州卡纳维拉尔角点火发射升空，开启了这项将长达数十年的艰难远征。
2016年7月，朱诺号成功进入环绕木星的运行轨道，开启探索木星起源的任务。时至今日，朱诺号每53天就要绕木星一圈，在一个地球年的时间里，要绕木星33次，速度已超过每小时264000公里，总巡航里程更是达到了7亿1600万公里，约相当于从木星返航地球的距离。

其实，关于朱诺号，还有个浪漫的故事。在古代，罗马人以主神朱庇特的名字Jupiter命名这颗在夜空闪闪发光的星星，而探测器“朱诺”的名字，则来源于朱庇特的妻子。
在神话故事中，朱庇特使用法术用云雾遮蔽自己，朱诺却能看穿云雾，了解朱庇特的真实面目——由此，我们可以感受到科学家们对朱诺探测器赋予的厚望。他们希望探测器可以像朱诺看透朱庇特一样，帮助人类解开木星身上的种种谜题。

30000℃，怎么得来？原理是啥？

2023年12月30日，朱诺号探测器飞掠木卫一，距离木卫一近1500公里，是人类有史以来距离木卫一最近的一次。也正是在这次巡航中，朱诺号传回了重要数据，根据科学家对数据的分析，我们可以得出结论：木星内部的温度极高，可能达到30000℃！
你可能会好奇，探测器又不能直接飞到木星内部，甚至木星表面还覆盖着厚厚的气态氢和气态氦，探测器根本无法着陆，也无法释放仪器接近——那么，30000℃这个数据，又是怎么得来的呢？难不成是NASA的科学家们空口胡扯的？

实际并非这样，30000℃看起来非常夸张，却是存在科学依据的。这就要说到一个神奇的分析方法——光谱分析法。
世间万物皆由原子组成，而每种原子都有自己独特的特征谱线，因此，科学家们可以根据光谱来鉴定各种物质及其化学组成甚至是相对含量。在朱诺探测器靠近木星，传输回相关的光谱数据后，科学家们就可以通过分析光谱以及结合木星质量体积的计算，得出大概的木星内部温度数据，也就是可怖的30000℃。

那么，木星的表面温度如此低，为啥内部温度就能涨几万倍呢？这真的符合科学常理吗？
众所周知，木星的表面温度十分低，主要是因为它和太阳的平均距离达到了7.79亿公里，而太阳是太阳系各行星的主要热量来源。就好像冬天围炉烤火一般，我们距离火炉越近，就越温暖，而距离火炉越远，就越寒冷，直到完全无法感受火炉的热度。
宇宙的真空环境就仿佛天寒地冻的冬日，若是没有“火炉”散发热量，就只剩一片冰天雪地。

因此，木星表面温度非常低，平均达到﹣108℃，部分区域甚至达到﹣147℃，比地球最冷的地方还冷。
那么，问题又来了，按我们的常识，温度越低的时候，物体似乎越会以固体的形态存在，而非气体。比如日常生活中最常见的水——温度一低于0℃，水就会凝结成固态的冰。可是，为啥木星表面温度这么低，它却还是被浓厚的气态氢和气态氦覆盖呢？为啥这些成分就没凝固？

实际上，这与氢和氦的沸点与凝固点有关。以氢为例子，一个大气压下的正常氢沸点为﹣252.78℃，凝固点为﹣259.19℃。也就是说，正常大气压下，低于﹣252.78℃，氢就会变成液态，而这一状态的氢温度达到﹣259.19℃，就会凝固为固态。氢的温度高于﹣252.78℃时，则表现为气态。
所以，表面平均温度仅﹣108℃的木星，自然就会被气态的氢和氦所环绕。

随着向木星内部的深入，压力和温度会不断增加，由于压力和温度的升高，气态的氢和氦会变成液态，液态的氢和氦再随着不断深入而变成金属氢、金属氦。到了液态氢的地层，温度已经可达到8000℃，甚至比太阳表面的温度还要高，而继续深入，如此庞大的木星的核心能达到30000℃的温度，也就不足为奇了。
地球和木星比起来，核心温度大约在5000℃左右，这主要是来源于地核中的放射性元素持续衰变而产生的大量热量的积累，与木星内部极高温度的成因又不一样了。

探索木星，有啥意义？

通过以上的介绍，结合一些天文常识，我们已经可以知道木星的大致情况：以太阳为中心向外的第5颗行星，距离太阳将近8亿公里，是太阳系中体积最大的行星，表面覆盖浓厚气体，是一颗气态行星，表面温度极低，内心却十分“火热”……
这种种条件结合起来，也是在告诉我们：别想登陆木星！即使在遥远的未来人类探测器越发发达了，我们也无法直接登陆木星进行实地探测，更别提建设“木星基地”，或是移民木星。那么，科学家们到底为啥执着于探测木星呢？

实际上，正如著名哲学家、政治经济学家马克思所说：世界万物处于一个普遍联系的系统中。无论是地球上的你我他，还是宇宙中的各个天体，实际上都是“牵一发而动全身”的关系。遥远的、与地球差别极大的木星，其实也与我们的存在息息相关。
研究木星的种种结构、数据，有助于科学家们推测木星的起源，从而探索太阳系的起源、地球的起源、人类的起源……也就是说，探索太阳系和广袤宇宙空间的运行规律，从而解决那个人类的终极问题：我是谁？我从哪里来？要到哪里去？

将近150年前，梵高创作了生动描绘充满运动和变化的星空的作品——《星月夜》（The Starry Night）。那时落魄的他，并不知道数十年后他会在世界艺术界引发怎样的轩然大波；低着头执着于画笔的他，更不会知道，他在想象中描绘的星空世界的纹样，竟与百年后先进探测器拍摄到的木星风暴花纹如此相似。
也许，就像《星月夜》与木星那样，世界的真理早已摆在我们的眼前，只等着我们不断接近，再接近，然后猛地揭开它的神秘面纱！