有人提问:在宇宙中,气态星球为什么不会被太阳风吹散?

大家可能对太阳风不了解,更多看到的是太阳风速度很快,每秒可以达到900千米,最慢的也有200km/s。
这是骇人的速度,这如果搁在地球上,肯定把地壳都掀掉了,露出地壳下面的岩浆,然后岩浆也被吹散了,成为太空一块块小行星碎片。
要知道地球上12级台风的风速才不过每秒30来米,而人类设置的顶级17级飓风也才每秒60来米,时速也才200多点千米。
这点速度在太阳风面前,说小巫见大巫还是高看了很多,因为太阳风速是地球风速的数万倍。
但我们不能用地球上的风来想象太阳风。
太阳风是什么?它就是太阳辐射出来的带电粒子,这些带电粒子不像地球风由大气分子组成,而是比原子还小的粒子~电子或质子组成。
这些带电粒子从太阳日冕层释放到太空,是一种等离子体,携带着能量,是太阳能量的强劲外溢。
这些带电粒子在太阳周围比较密集,因此可以烤焦气化一切,但随着在太空真空旅行,就渐渐被稀释了,到达我们地球时,已经很稀薄了,每立方厘米只有几个到几十个粒子。
这是一种什么样的稀薄状态呢?可以说人类除了在太空实验室能够制造出这种极度真空,在地球上最高度的真空,也就是在欧洲大型强子对撞机里,制造的真空也达到每立方厘米上千个大气分子,而被视为高度真空的电视机显像管里,每立方厘米有几百亿个大气分子存在。
月球被视为没有大气的星球,呈现出高度真空状态,但月表每立方厘米也有上万个气体分子。
科学研究认为在距离地球63万千米的高空,已经大大超出了地月之间的距离,每立方厘米还有数百个气体分子。

也就是说,这些地方虽然高度真空,也比太阳风粒子密度要高出很多。
地球风的密度是多少呢?地球海平面大气,每立方厘米的气体分子达到约2700亿亿个。
这下明白了吧,地球的风是在吹动每立方厘米2700亿亿个气体分子运动,而太阳风只是每立方厘米几个到几十个比原子还小的粒子在运动,密度只是地球大气的几百亿亿分之一,这种比高度真空还要真空的状态,当然就掀不起什么波澜了。
我们可以这样理解,实际上所谓的太阳风吹过来的强度,比地球高度真空吹过来还要弱很多。
因此这种太阳风几乎空无一物,如果你漂浮在太空真空中,迎着每秒900千米的太阳风,你的一根毛也不会掀起,根本感受不到。
所以说太阳风要吹走大气有点像蚍蜉撼树。
但太阳风的危害还是很大的,还会伤人。
这是因为太阳风是高能带电粒子,它们掠过地球时,会引起地球磁暴、电离层暴,影响电波通讯,特别是短波。
有时候还会对地面管网,如输电、输油、输气管线等造成安全事故,对运行的卫星安全也有影响。
太阳风高能带电粒子辐射到地表,还会对人及生物造成伤害,主要是增加生物的辐射量,就像照射了多次X射线,使人体免疫力下降,发生病变,情绪波动,甚至车祸增加等。
磁场对地球有很好的保护作用,它们来到地球后,地球的磁场就起作用了,因为这些粒子是带电的,磁场就可以把它们偏转,顺着磁力线划过地球,走向更深的太空了。

有少量的漏网太阳带电粒子,就会在两极磁力线发生和进入处这个薄弱点侵入,与地球大气发生碰撞,被大气里的分子粒子与它们在战斗中消耗掉了,作战的证据就是绚丽的极光。
在南北极,人们看到的极光于绚丽越多,就说明太阳风也猛烈,入侵的带电粒子越多。
那么木星大气到底会被太阳风吹散吗?一颗行星能不能圈住大气,有多方面原因。
首先大气是受行星自身引力影响的,引力越大,越能够拉拽住大气;
其次与恒星距离有关,距离越近,大气分子被加热的越高,如果气体分子热运动高出行星逃逸速度,大气就会不断丧失;
第三,行星磁场的强弱,对屏蔽或减轻太阳风对星体的侵袭至关重要。
我们来看看木星。
木星引力约地球的2.5倍,完全有能力锁住大气;
木星距离太阳比地球要远5倍多,顶层大气温度只有-148℃,比地球要低很多,而且太阳风比地球稀薄了很多;
木星磁场是地球的14倍,是太阳系行星中磁场最强的,能够很好抵御太阳风的侵袭。
这些条件使木星大气完全能够保持住。
虽然如此,木星的大气并不是一点都不变动,由于种种原因,如天体撞击等,可能会逃逸一些,也可能会再捕获一些,这么一点点量与木星大气的总量相比完全可以忽略不计。
为什么冲日前后是观测灶神星的好时机?中国科学院紫金山天文台科普主管王科超说,冲日是指天体与太阳的地心视黄经相差180度,此时天体、地球、太阳三者近似排成一条直线,地球恰好位于中间。
冲日前后,灶神星处于本轮会合周期中距离地球较近的阶段,被太阳照射的一面几乎完全朝向地球,亮度高且整夜可见,因此观测条件最为有利。
“10月中旬的前后数周都比较适合观测。
”王科超介绍,冲日时,灶神星在日落时从东方升起,几乎整夜可观测。
天文爱好者可借助双筒望远镜寻找它。
由于人类肉眼的观测极限约为6等,视力极佳的观测者,在无光污染的暗夜环境下有机会尝试肉眼观测它。
无论用肉眼还是用望远镜观测,灶神星均呈现星点形态。
“灶神星在星空中的位置也并非固定,相对于背景恒星每天会略微向西移动,但移动幅度很小。
借助星图定位,并连续观察几晚,就有机会从相对固定的背景恒星中辨认出这个会慢慢‘挪动’的小行星星点。
”王科超说。
值得一提的是,灶神星与地球距离最近时发生在10月9日,比冲日早4天,并非恰好发生在冲日当天。
王科超解释道,冲日看的是天体与太阳在天空中的相对位置,而不是距离远近。
灶神星的轨道既不是正圆,也与地球轨道不在同一平面,其轨道与黄道面存在约7度的倾角,因此“方向最对”和“距离最近”并不一定落在同一天。
王科超介绍,灶神星于1807年3月29日被发现,是人类发现的第四颗小行星。
灶神星个头相对较大、反照率高,是从地球上看最亮的小行星。
灶神星还有一个特别之处:地球上已经找到了来自它的陨石。
王科超解释道,陨石是太阳系天体形成和演化过程中不同阶段残留的“化石”。
灶神星在漫长的演化过程中经历过剧烈撞击,一些表面岩石由此被抛入太空,部分碎片最终落到地球。
在地球上收集到的无球粒陨石中,有一大类被称为HED族无球粒陨石。
HED取自三类陨石英文名称的首字母,分别是古铜钙长无球粒陨石(Howardite)、钙长辉长无球粒陨石(Eucrite)和古铜无球粒陨石(Diogenite),它们被认为来自灶神星。
“绝大多数陨石很难确定母体来源,但HED陨石不仅是已发现无球粒陨石中数量最多的族群之一,而且母体来源明确,这些‘送到地球的灶神星样品’为科学家研究灶神星的形成演化和撞击历史提供了重要依据。
”王科超说。
(新华社)
图片来源:比尔英戈尔斯 未来的航天器或许可以通过从行星、阳光和太阳风中获取动量而非使用机载燃料来飞得更远。
每一种传统火箭都面临着同样的问题:它必须携带用于推进自身的物质。
自从康斯坦丁齐奥尔科夫斯基提出火箭方程以来,航天器一直通过燃烧燃料并向后喷射来依据牛顿第三定律向前运动。
但是添加推进剂也会增加重量,这就需要更多燃料来加速更重的飞行器。
这种复合负担对任务造成了严重限制,也使得星际旅行显得异常困难。
如果航天器不需要携带推进剂就能移动呢? 一篇全面的综述通过研究太空飞行的无推进剂推进技术来探索这种可能性。
这些方法不依赖化学燃烧,而是从太空中已存在的力中获取能量或动量,有可能支持传统火箭无法完成的任务。
旅行者号航天器成功利用引力弹弓效应探索了外行星。
图片来源:美国国家航空航天局喷气推进实验室 引力助推用燃料换取时间 引力弹弓是最成熟的无推进剂方法,几十年来一直用于引导航天器。
工程师会在精心选择的时间和角度让航天器掠过行星,使其获得行星轨道动量的一小部分,无需燃烧燃料即可加速。
旅行者号曾利用这一策略到达所有四颗外行星。
它的主要限制在于时机:所需行星必须正确排列,因此发射机会很少,且可行路线受限。
帆利用阳光和太阳风 太阳帆通过利用太阳光的辐射压力提供更持续、更便捷的推进力。
这些巨大的薄膜通过反射光子产生推力,无需燃料就能缓慢但持续地加速。
日本的IKAROS探测器曾成功演示了这项技术,仅依靠太阳光就抵达了金星。
然而,太阳帆需要巨大、轻如蛛丝的材料,这些材料必须在恶劣的太空环境中存活多年,且其性能会随着与太阳距离的增加而显著下降。
伊卡洛斯(IKAROS),这颗展示了太阳帆技术的日本卫星。
图片来源:日本宇宙航空研究开发机构(JAXA) 磁帆采用不同的方法,利用超导线圈产生强大的磁场来偏转太阳风——从太阳持续流出的带电粒子流。
通过推动这种等离子体,磁帆不消耗推进剂就能产生推力。
它们可能比太阳帆提供更好的加速度,且不会像反射膜那样随时间退化。
问题在于?产生所需的磁场需要巨大的超导线圈,其半径可能达到50公里,并且需要维持在低温环境下。
建造和部署此类结构的技术目前根本不存在。
电帆是一种较新的变体,它使用带电系绳而非磁场来排斥太阳风质子。
这类系统有望比磁帆更轻,但它们同样需要部署极长的轻质导线,并且需要大量电力来维持必要的电荷。
每种方法都有其取舍 每种无推进剂方法都有独特优势,但也面临着不同的工程难题。
引力助推目前可行,但需要精确的行星排列。
太阳帆能提供稳定推力,但需要大型且精密的结构。
磁帆和电帆可避免材料退化,但所需技术仍在研发中。
该综述明确指出,没有哪一种单一方法能解决所有挑战,但这些方法结合起来可能从根本上改变我们探索太阳系及更远空间的方式。
对于真正雄心勃勃的星际空间任务而言,不携带推进剂可能不仅是有利的,甚至可能是绝对必要的。
参考文献10.1016j.actaastro.2026.01.024 改编自最初发表于《今日宇宙》的一篇文章。
相关知识 星辰是宇宙中闪烁的天体,包括遥远的恒星、环绕行星的卫星,以及偶尔划过天际的流星。
它们在黑暗中散发微光,曾是古人辨别方向的指南,也承载着人类对宇宙的好奇与想象。
每一颗星辰都有自己的故事,有的诞生于星云坍缩,有的在星系间流浪,是浩瀚宇宙写给地球的浪漫诗篇。
BY: Mark Thompson, Universe Today FY: AI 如有相关内容侵权,请在作品发布后联系作者删除 转载还请取得授权,并注意保持完整性和注明出处