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太阳系的“超级大水库”,地球的蓄水量连它的零头都没有

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如果有人问起,太阳系中哪颗星球的液态水最多?相信不少人给出的答案都是地球,毕竟广袤的海洋是地球的一大特色。



那么,地球真的是太阳系中液态水最多的星球吗?答案是否定的,实际上,在太阳系已知的众多星球中,地球的蓄水量甚至连前四名都排不上。

在讨论一颗星球的蓄水量时,天文学家通常会使用到“ZL”这个巨大的单位,根据定义,1ZL等于10的21次方升。在太阳系中,蓄水量排名前四的星球分别是木卫三、土卫六、木卫四和木卫二,它们的蓄水量分别为35.4ZL、18.6ZL、5.3ZL、2.6ZL,而我们的地球的蓄水量则为1.335ZL,只能排到第五名。



(↑太阳系蓄水量排名前10的星球)

需要指出的是,这些数据其实是天文学家们根据实际观测数据再结合相关的理论估算出来的,因此具有很高的可信度。

例如观测星球的地形和地貌,就可以知道星球表面或者近表层是否存在水文活动;观测星球的光谱,就可以知道星球表面或者大气中的水含量和状态,从而推断出星内部是否含有水;观测星球的重力场、磁场以及转运惯量,就可以知道星球内部的物质密度和电导率分布,从而推断出其中的水是以哪种状态存在。

可以看到,蓄水量排名第一的木卫三堪称是太阳系的“超级大水库”,相对来讲,地球的蓄水量连它的零头都没有。



木卫三(Ganymede)是木星最大的卫星,其直径大约为5262公里,是一颗体积比水星还要大的星球,但它的密度却远低于水星,其平均密度大约为1.936克/立方厘米,之所以会这样,其实是因为它含有大量的水,探测数据表明,木卫三含有的水,大约占据了其总质量的一半。

不过木卫三的水很多都是以固态的形式存在(也就是冰),只有在其内部特定的深度范围内,才具备液态水所需的温度和压强范围,进而使水以液态的形式大量存在。

木卫三内部的压强来自于其自身的重力,越深的位置,压强也就越大,这很好理解。那木卫三内部能够让水以液态形式存在的热量又是哪里来的呢?其实是它的内核提供的。

木卫三有一个炽热的内核,其热量的来源主要有两个,一个是木星引力造成的潮汐加热,我们可以简单地理解为,在木卫三围绕木星公转的过程中,木星的引力会使木卫三的形状不断地发生变化,进而导致其内部的物质因为摩擦而产生大量的热量;另一个来源则是,木卫三的内核中包含了不少放射性元素(如钍、铀和钾等),当它们发生衰变时,也会释放出一定的热量。



所以木卫三的液态水其实是存在于它内部的“冰下海洋”之中,根据天文学家的测算,木卫三的“冰下海洋”大概起始于其地表之下150公里处,并且它的“冰下海洋”可能是分为了三层,每层之间被高压冰层分隔开,其总深度最高可达1000公里左右。

作为对比,我们地球上的海洋平均深度只有大约3.8公里,即使最深的地方,也不过大约11公里的样子,据此我们可以清楚地看到木卫三的蓄水量有多么巨大。那么,作为太阳系的“超级大水库”,木卫三哪来这么多的水呢?这就要从太阳系的形成说起了。

根据科学界的主流理论,太阳系是由一片巨大的分子云坍缩形成的,在坍缩过程中,分子云的中心区域的物质越来越密集,温度也越来越高,最终形成了太阳,而分子云的残留部分则围绕着太阳形成了一个盘状结构,其中的物质会继续不断地碰撞和吸积,并最终形成了太阳系中的各种天体,包括我们现在看到的八大行星以及它们的卫星。



由于太阳的热辐射会随着距离的增加而减弱,这样就会形成一种被称为“冻结线”的临界距离,在“冻结线”之内,由于距离太阳较近,像水这样的具有挥发性的物质大多只能以气态存在,而在“冻结线”之外,由于距离太阳较远,水就会凝结成冰,变成固态物质。

在太阳能量的驱动下,气态的水会不断地被向外逃逸,另一方面来讲,天体的形成可视为一个类似于“滚雪球”的过程,刚开始的时候,原始的天体只能吸积一些固态的物质,只有在质量达到一定程度的时候,才有可能吸积到气态物质,所以在“冻结线”之内形成的天体,其实是很缺水的,原因就是,在它们“成长”到足够大之前,那些气态的水大多都逃逸到“冻结线”之外去了。

在“冻结线”之外,水会凝结成固态的冰,进而变得容易吸积,而太阳系的“冻结线”大概位于木星和火星之间,所以在此距离之外形成的天体,往往都会含有大量的水,在这些富含水的天体之中,就包括了木卫三这个“超级大水库”,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,科学界普遍认为,原始地球上的水其实并不多,而现在地球上的水,有很多都是形成于“冻结线”之外的那些小天体(如小行星、彗星等)带来的。

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