木星上的壯麗景觀:太陽系中最大風暴,一吹就是數百年……

木星是太陽系行星中的巨無霸,其直徑是地球直徑的 11 倍。換句話說,如果把木星當成一個容器,裡面能裝下 1300 多個地球。此外,木星的質量是太陽系其他行星質量總和的 2.5 倍,其中包含著 75% 的氫、24% 的氦和 1% 的其他元素。

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木星

木星是天空中第四明亮的天體,僅僅遜於太陽、月球和金星。木星是一個氣態行星,沒有固體的表面。它大概花 12 年能繞太陽轉上一週。因此中國古代把木星稱為“歲星”,並以此為基礎創造了十二生肖的概念。而木星上有一個最壯麗的景觀,那就是整個太陽系中最大的風暴:大紅斑。

木星上的壯麗景觀:太陽系中最大風暴,一吹就是數百年……

大紅斑

最早發現大紅斑的人,是英國著名物理學家羅伯特·胡克。

1635 年,胡克出生在英格蘭的懷特島。很像牛頓,他也有一個充滿苦難的童年。由於身材矮小,以及先天性駝背,胡克在小學沒少受壞孩子的霸凌。13 歲那年,他爸爸去世了。為了維持生計,胡克只好背井離鄉,跑到倫敦去當學徒。

幸好,他天資聰穎,成功考入了威斯敏斯特中學。這也成為他命運的轉折點。

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羅伯特·胡克

18 歲那年,胡克考入了牛津大學基督教堂學院。20 歲的時候,他成為英國化學家羅伯特·波義耳的助手。25 歲那年,他就發現了“胡克定律”。

28 歲那年,他又發明了一種高分辨率的顯微鏡,從而第一個看到了植物細胞的細胞壁,進而率先提出了“細胞”的概念。由於這些貢獻,胡克在不到 30 歲的時候就被選為了英國皇家學會的院士,並被人們譽為“倫敦的達芬奇”。

成名後的胡克也逐漸變得傲慢起來,開始時不時地打壓新人。1672 年,他盯上了一個聲名鵲起的新人。此人比胡克小 7 歲,因為發明了一種新型望遠鏡,而在不到 30 歲的時候當選為英國皇家學會的院士。應皇家學會的邀請,新院士到了倫敦,做了一場關於光學的演講。演講結束後,胡克竟然跳出來砸場子,把新院士的理論批駁地一文不值。

事後證明,這是胡克一生中所犯過的最大的錯誤。因為他得罪的這個新院士,就是大名鼎鼎的牛頓。兩個從小受盡苦難折磨的天才,就這樣開始了一場延綿數十年的命中註定的戰爭。

衝突過後,牛頓回到了劍橋大學,開始過與世隔絕的生活。但是兩人的孽緣並沒有結束。1679 年,胡克給牛頓寫了封信,說他剛當上皇家學會的秘書長,想要和牛頓探討一下學術問題。隨後,兩人你來我往地寫了很多信。在此期間,胡克告訴牛頓,他認為任意兩個物體之間都存在引力,且這種引力與物體間的距離平方成反比。這就是我們以前講過的平方反比律。但問題是,胡克僅僅提出了這麼一個猜想,卻完全無法證明它的正確。因為要想證明它,就必須用到由牛頓發明、其他人都不會的微積分。

前面講過,牛頓於 1687 年出版了人類科學史上最偉大的著作《自然哲學的數學原理》(簡稱《原理》)。在這本書中,牛頓用他發明的微積分,證明了從引力的平方反比律出發可以推導出開普勒三定律。這本書的出版,讓牛頓直接登上了科學的神壇。

就在這時,胡克出了一個大昏招:他給牛頓寫信,要求牛頓修訂《原理》,承認自己才是平方反比律的發現者。這個要求徹底激怒瞭如日中天的牛頓。他給胡克回信,說這個定律早就有人提出了(例如前面介紹過的布利奧和博雷利),跟胡克沒有任何關係。為了嘲諷胡克,牛頓還在信中寫了一句特別惡毒的話:“如果我能看得更遠一點的話,是因為我站在巨人的肩膀上。”其中的潛臺詞是,“我的所有成就,都與你這個駝背的矮子無關!”

搞笑的是,這句明明是用來罵人的話,後來竟然變成了用來展現牛頓謙虛品質的名言。

《原理》出版以後,兩人之間的戰爭就逐漸失去了懸念。隨著牛頓的步步高昇,胡克在皇家學會的地位也漸漸被邊緣化。1703 年,胡克逝世。隨後,牛頓當上了英國皇家學會的會長。他對當年打壓過自己的胡克進行了殘酷的報復,關閉了胡克的實驗室,燒燬了胡克的畫像,還抹掉了胡克在皇家學會的一切痕跡。但時間最終還是為胡克平了反。現在人們普遍承認,胡克也是 17 世紀的科學巨匠之一。

言歸正傳。1664 年,胡克看到木星上有一個非常巨大的斑點。時至今日,這個斑點依然沒有消失。換句話說,它已經至少存在了 350 多年。這個斑點,就是著名的大紅斑。

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大紅斑

事實上,大紅斑的顏色並非固定不變。它有時會變成深紅色,有時會變成淺紅色,有時還會變成白色。那人們為什麼要稱這個會變色的斑點為大紅斑呢?其實是由於一個畫展。

1711 年,意大利畫家多納託·克雷蒂在梵蒂岡辦了一個畫展,其主題是太陽系的各個天體。在畫木星的時候,克雷蒂把這個大斑點塗成了紅色。這幅畫在畫展上受到了一致的好評。從那以後,人們就把這個斑點稱為大紅斑。

大紅斑到底是什麼呢?你可以把它理解成一個在木星上肆虐的超級風暴。當然,它的規模已經遠遠超越地球人對風暴的認知。地球上最大的風暴,最多能裝下 1 個日本;而大紅斑塊頭最大的時候,能裝下整整 3 個地球。此外,大紅斑的最高風速能達到 180 米每秒。你不妨想象一下。一個塊頭比地球還大的風暴,以180 米每秒的風速,肆虐了至少 350 多年,這是一件多麼恐怖的事情!

大紅斑還有一個特殊之處。眾所周知,地球上的風暴可以在地球表面自由移動。但大紅斑不同。它被鎖死在南緯 23°的附近,只能沿東西方向、而不能沿南北方向移動。這是因為大紅斑被夾在了兩股沿東西方向運動的強大氣流之間。為了便於理解,你可以把大紅斑想象成一個夾在兩條傳送帶之間的皮球,只能沿傳送帶的方向滾動。

直到今天,大紅斑對人類而言依然是迷霧重重。比如說,現在還沒人知道它到底是如何誕生,沒人知道它究竟有多古老,也沒人知道它為何能持續如此之長的時間。

不過最近幾十年的天文觀測揭示了一件非常有趣的事情:大紅斑正在越變越小。塊頭最大的時候,它的長度能達到地球直徑的 3 倍;而現在,它的長度只有地球直徑的 1.3 倍。與此同時,木星上正在崛起一股新生的力量,這就是所謂的小紅斑。

木星上的壯麗景觀:太陽系中最大風暴,一吹就是數百年……

小紅斑

在 2000 年 3 月,3 個橢圓形小風暴合併在一起,從而形成了一個新的巨型風暴,也就是小紅斑。此後的十多年間,小紅斑變得越來越大,目前其長度已經達到了地球直徑。照這個勢頭髮展下去,或許在不遠的將來,已經肆虐了至少350 多年的大紅斑,就將拱手讓出太陽系最大風暴的寶座。

說幾句題外話。2011 年 8 月 5 日,NASA 發射了朱諾號衛星探測器。在飛行了 4 年 11 個月以後,它於 2016 年 7 月 5 日順利進入了繞木星飛行的軌道,開始對木星進行科學研究。

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米諾號衛星探測器

2018 年 3 月 8 日,朱諾號項目組在著名學術期刊《自然》上發表了一篇論文,描繪了一個在整個太陽系都堪稱絕無僅有的奇觀:在木星北極,一個極地氣旋周圍還環繞著 8 個氣旋;而在木星南極,一個極地氣旋周圍還環繞著 5 個氣旋。

為什麼木星的兩極地區會出現如此奇怪的景觀?目前人們還找不到任何頭緒。這說明,木星的大氣系統遠比人們原來的預想要複雜。

做個總結。1664 年,胡克看到木星上有一個非常巨大的斑點。在 1711 年的一個畫展上,意大利畫家克雷蒂把它畫成了紅色;從那以後,人們就把它稱為大紅斑。大紅斑是一個超級風暴,以180 米每秒的風速在木星上肆虐了至少 350 多年。此外,它就像一個夾在兩條傳送帶之間的皮球,一直被固定在了木星南緯 23°的附近,只能沿東西方向、而不能沿南北方向移動。最近幾十年的天文觀測顯示,大紅斑正在越變越小。它的長度已經由塊頭最大時地球直徑的 3 倍,下降到了現在地球直徑的 1.3 倍。

照這個勢頭髮展下去,或許在不遠的將來,大紅斑就將拱手讓出太陽系最大風暴的寶座。

圖源:網絡



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