没有地面，超音速风暴，下着钻石雨，海王星到底有多极端？

人类只到过距离最近的地外天体，就是月球。那里是一个死寂的世界，没有大气，更没有风和雨。由此很多人会认为除了地球，宇宙中的其他星球都是死寂的。但实际上并非这样，我们太阳系地球以外的其他行星和卫星，许多都有风和雨，比如海王星。

海王星上不仅有风，且风大到超乎你的想象；那里也会下雨，但下的不是我们地球这种“雨”，而是“钻石雨”和“水氨泥浆”。

1.要理解这种极端的天气，我们得先看看海王星到底是个什么构造

海王星的结构，是没有“地面”的深渊：

首先，海王星是一颗冰巨星，其质量是地球的17倍，半径约为2.46万公里，体积能装下58个地球。但它不像地球有坚硬的地表，也不像木星那样几乎全是氢和氦。海王星的结构大致可以想象成一个“洋葱”。

具体来说，最外层是大气层，主要是氢气、氦气和少量的甲烷，而甲烷让这颗太阳最边缘的巨行星看起来是蓝色的；由于大气层厚度达到2000到3000公里，因此并非全部是我们想象中的气体，随着逐渐深入，压力和温度越来越大，气体渐变成超临界流体，就是浓稠滚烫的流体；地幔层是海王星的主体，厚度达到15000到18000公里，这里的温度达到2000到5000°C，压力达到数百万个大气压，说是冰层，实际是一锅温度极高，像一锅滚烫的、导电的“热汤”，主要由水、氨和甲烷混合而成超临界流体；再向内就是内核，半径约6000到8000公里，是一个比地球略大、由有硅酸盐、铁、镍组成的固体硬核。

因此，海王星是一颗没有固体表面的星球，归类为气态巨行星，也被称为冰巨星。

2. 海王星的风，是太阳系的风暴之王

之所以说海王星上的风，是太阳系里最狂暴的，是因为其风速是太阳系之最。海王星上的风速比声音还快，最高时速可达 2100公里/小时，约1.5倍音速，而地球上最强的5级飓风风速也就250公里/小时左右。如此速度的风速，其能量大得令人恐怖，如果人在那里，还没反应过来，就已经被吹飞了散架了。

海王星距离太阳那么远，接收到的太阳能只有地球约1/900，按理说它应该是个“死寂”的冷球，却有着如此巨大能量， 这是最反直觉的地方。那么这种能量来自哪里呢？原来源自海王星内部疯狂向外散热，其内部释放的热量是它接收太阳能量的 2.6倍。通俗的说，地球的天气就像靠太阳加热锅底，依靠外力产生能量；而海王星则是自行在锅底烧火，自己内部产生能量，热量从内部往上冲。这股来自内部的能量与上层冰冷的大气形成剧烈温差，就像冰块掉进了灼热的滚油里，瞬间炸开了锅，产生了超级风暴。

海王星的标志性风暴，是1989年旅行者2号飞掠时，观测到的一个“大黑斑”，实际上是一个和地球体积差不多大的反气旋风暴，其风速高达583米/秒，而人们之前只知道木星的大红斑风暴风速达到180米/秒，已经是地球最大风暴风速的2倍多了，海王星大黑斑则比地球最大风暴快四五倍！

当然比较起来，大黑斑的总体能量和规模还是比木星大红斑逊色多了，木星大红斑已经存在了300多年，且长度达到2万多公里，而海王星的大黑斑长度只有1.2万公里，且几年后哈勃望远镜再观测时，它就已经消失了，说明海王星风暴维持时间比木星风暴短多了，因此总体能量自然就小多了。

3. 海王星上的雨，不是水滴，是“钻石”

海王星上表层温度为-201°C到-218°C，这种低温下的水早就冻成冰了，因此绝对下不了液态水雨，但在深层，却下着“钻石雨”。这是因为海王星大气里有甲烷，在强烈的闪电和风暴作用下，甲烷被分解，碳原子被挤在一起，但此时的碳原子并没有变成钻石（金刚石）。

碳原子变成钻石，本质上是一个从“石墨相”向“金刚石相”的相变过程。这个过程需要打破碳原子原本稳定的平面结构，重新排列为立体的网状结构。无论是在地球深处还是在宇宙中的冰巨星上，促成这种转变的物理条件主要集中在极端的温度和超高压上。在地球上地表以下150~200公里的深处，就具备了钻石生成的条件：压力达到4.5~6.0Gpa，温度达到1100~1500℃。

而海王星虽然表面温度低，但体积庞大，随着从云顶之下不断深入，大气压会急剧升高，深入数百公里乃至数千公里，大气压力就会增加到数万甚至数百万个大气压（约 19 Gpa以上），温度会飙升到2200~5000°C。在这种环境下，被强闪电和风暴分解的甲烷碳原子，首先被压缩成石墨片层，随着压力和温度不断升高，石墨结构被彻底重塑，转变成细微的金刚石颗粒。

这些纳米级钻石颗粒就像雨滴一样纷纷落入富含液态氢和氨的超临界流体“海洋”中，不断积聚下沉，形成壮观的“钻石雨”。

这些钻石会在海王星地幔中形成一个数千公里的钻石层，由于固态钻石比液态轻，在超临界流体的液态海面甚至会形成钻石山；但当这些“钻石”沉入到6000~8000公里的深处时，压力可达千万个大气压，温度达到5000到7000℃，在这种极高的压力下，固态钻石会被蒸发成液态钻石海洋，从而完成了碳的循环。

这就是海王星上的风和雨，这种风和雨以及钻石，在天王星上也有，不过规模就不如海王星这么大了。

海王星的钻石雨和钻石海洋绝非是时空通讯异想天开编的神话故事，而是科学家们通过探测器以及望远镜得到的各种信息，在地球上用计算机模拟那里环境状态，科学建模得到的结论，这项研究比较有名的有两次：一次是2013年斯坦福大学的Jon Eggert等科学家，在实验室里用强激光轰击塑料聚苯乙烯，模拟了海王星内部的极端高温高压，证实了甲烷确实能变成钻石，并按下限推算出海王星上每年可能会产生约1000吨钻石；另一次是2017年德国亥姆霍兹中心的Dominik Kraus团队，他们按照海王星大气中甲烷比例约占2%~3%的量，以及内部对流速度来计算，修正了之前的结论，认为海王星真实的钻石产量非常惊人，每秒“制造”出的钻石可高达100公斤，一年下来就能产出钻石300万吨到400万吨！

钻石是我们地球上的珍宝，价值连城，既然海王星那么多，待科学发达了开着飞船过去尽情挖掘拉回地球，不就发大财了？这事想想觉得很有趣，但真要做就成了要钱不要命了，因为即便拥有了全宇宙最强的挖掘机，也没法去海王星挖矿。那里的环境，会瞬间把能到达那里的飞船和宇航员，以及自以为最强的挖掘机一起压成碳原子饼，与那里的钻石海洋融为一体了。

时空通讯原创文章，欢迎讨论，感谢阅读。