各位小夥伴們看到這個標題,是不是有點蒙圈?難道科普博主轉型了?
今天是大年初四,有迎灶神的傳統習俗,代表著大家期盼在新的一年中身體健康,衣食無憂,日子越過越紅火。
但是你知道,在宇宙中還存在著一個“灶神星”嗎?
灶神星是由德國天文學家奧伯斯在 1807 年發現的,同時也是人類在小行星帶中發現的第 4 個天體。它是小行星帶中第二大的天體,其質量約佔小行星帶總質量的 9%。此外,它的表面積相當於巴基斯坦的國土面積。
和大多數天體不同,灶神星是一個橢球體,為什麼只有它不是球形呢?下面,就來給大家解釋其中的奧秘。
灶神星
讓我們從一個最簡單的場景說起。想象你在往一個玻璃杯裡倒水。停止倒水後一段時間,這杯水徹底靜止下來,此時它的水面會呈現出怎樣的特徵?顯而易見,水面肯定是平坦的。這是因為,如果水面還高低起伏,那麼高出來的那一部分水就會由於自身重力而下沉,從而對旁邊的水施加壓力,讓這杯水無法靜止下來。換句話說,要想使一杯水保持靜止的狀態,它的水面就必須是平坦的。這個能讓液體保持靜止的狀態,就是所謂的流體靜力學平衡。
現在讓我們想象一個懸在太空中、完全由水構成的巨大天體。現在要問的是,當這個“液態天體”處於流體靜力學平衡狀態的時候,它會是什麼形狀?答案是它只能是球形。這是因為,如果這個天體不是球形,就肯定會有一部分水離這個天體的中心更遠。這樣一來,這部分水就會由於自身重力而下沉,讓整個“液態天體”都無法達到平衡的狀態。也就是說,要想讓一個“液態天體”達到流體靜力學平衡,它的形狀就必須是球形。
明白了流體靜力學平衡的概念以後,現在可以來聊聊真實的天體了。如果受到了過大的壓力,就連岩石也會被“液化”,並且像液體一樣向下坍塌。這意味著,如果巖質天體的質量足夠大,它就能對岩石施加足夠大的壓力,從而使其 “液化”。在這種情況下,巖質天體就會和“液態天體”一樣,必須先變成球形,然後才能達到流體靜力學平衡。灶神星的質量沒有大到足以將自身的岩石完全“液化”。這樣一來,它即使不變成球形,也能達到平衡狀態。這就是為何只有灶神星是橢球體的原因。
事實上,灶神星恰好是一個分水嶺。比它稍大一點的天體,全都變成了球形;而比它再小一點的天體,全都變得奇形怪狀。
按人們最初的想法,灶神星應該是一個並不起眼的地方。但是 2011 年,黎明號卻在灶神星上發現了讓所有人都跌碎眼睛的事物。
奧林匹斯山
眾所周知,地球上的最高峰是珠穆朗瑪峰,高度是8844米。但放眼整個太陽系,珠穆朗瑪峰就排不上號了。
很長一段時間,人們都認為太陽系第一高峰是火星的奧林匹斯山。這是一座典型的盾狀火山。它的高度約為 21900 米,差不多是珠穆朗瑪峰的 2.5 倍;但由於其佔地面積接近整個法國,坡度其實非常非常的平緩,以至於你都無法察覺到自己是在爬山。
奧林匹斯山
但到了 2011 年,奧林匹斯山就從王座上掉了下來。那一年,黎明號在灶神星上發現了一座更高的山,那就是雷亞希爾維亞中央峰。
下面我們來簡單介紹一下雷亞希爾維亞中央峰。20 世紀 90 年代,哈勃空間望遠鏡就發現在灶神星的南半球,有一個非常巨大的撞擊坑,叫雷亞希爾維亞。它的直徑約為 505千米,相當於整個灶神星平均直徑的 95%,這讓它成為了太陽系最大的撞擊坑之一。2011 年,黎明號在造訪灶神星的時侯發現,在雷亞希爾維亞撞擊坑的正中央,居然矗立著一座高度超過 22000 米的雄偉山峰。
可以想象一下,在一個表面積和巴基斯坦差不多大的小行星上,居然有一座22000米高的山峰,這是一件多麼震撼的事情。
可能你會好奇了:“為什麼太陽系的第一高峰會坐落在如此不起眼的灶神星上呢?”我們可以用前面提到過的流體靜力學平衡的概念來解釋一下。
雷亞希爾維亞中央峰
前面說過,岩石在極大的壓力下會發生“液化”的現象,而且受到的壓力越大,“液化”的程度就越明顯。因此,對於質量較大的巖質天體而言,其表面的高山會比較“軟”,比較容易坍塌。反過來,對於質量較小的巖質天體而言,其表面的高山會比較“硬”,比較不容易坍塌。這意味著,小質量巖質天體的山峰高度上限,將會大於大質量巖質天體。這就是火星山峰比地球山峰高很多的原因。與此同時,要想擁有高山,巖質天體的質量也不能太小。不妨理解成小廟供不起大菩薩。
因此,真正的高山就只能坐落在質量較小、但又不能太小的巖質天體上。這樣一來,灶神星質量適中的優勢就體現出來了:如果它的質量再大一點,它就會像穀神星一樣變成球形;如果它的質量再小一點,它就會像小行星帶其他天體一樣變得奇形怪狀。從這個意義上講,太陽系第一高峰坐落在毫不起眼的灶神星上,也就不足為奇了。
太陽系第一高峰其實和地球頗有淵源。現在大家普遍相信,雷亞希爾維亞撞擊坑源於幾億年前發生的一次巨大撞擊。這次撞擊至少炸飛了灶神星 1% 的物質。大部分碎塊都留在了小行星帶,變成了灶神星家族小行星。剩下的碎塊則四處飛散。其中有一些碎塊在經過漫長的旅程後到達了地球,然後變成了所謂的 HED 隕石。
HED 隕石
來做個總結,大質量的巖質天體能對構成它的岩石施加足夠大的壓力,從而讓這些岩石“液化”;這種情況下,要想達到流體靜力學平衡,這些天體就必須變成球形。而灶神星的質量沒有大到足以將自身的岩石完全“液化”,所以它就能維持橢球體的形狀,而無需變成球形。
2011 年,黎明號在造訪灶神星的時侯發現,在雷亞希爾維亞撞擊坑的正中央矗立著一座高度超過 22000米的雄偉山峰,那就是太陽系第一高峰,即雷亞希爾維亞中央峰。太陽系第一高峰之所以會坐落在不起眼的灶神星上,是由於小質量巖質天體的山峰更難“液化”,因而能達到更大高度上限的緣故。
作者:王爽
部分圖片來源網路
版權歸原作者所有
編輯:張潤昕
(摘自微信公眾號原點閱讀)