【菜科解读】

海王星的探测，也不是说去就能去的。

正如火星探测有窗口期一样，海王星的探测也有属于它的窗口期。

（图片说明：旅行者2号是唯一拜访过海王星的探测器）

由于距离太远，我们必须要想办法加快探测器的飞行速度，另外还要尽量节省能源。

这看似矛盾，但也有两全其美的解决方案，那就是引力弹弓效应。

借助其他行星的引力，给探测器加速，就能够完美地使其在节约能源的同时更快地抵达目的地。

在探测海王星的路上，借助木星的引力弹弓效应，是最好的办法。

地球的公转周期是一年，木星的公转周期约为11.86年，海王星的公转周期则是164.8年。

三者需要达到比较完美的相对位置，我们的探测器才能路过木星，坐上顺风车，这就是海王星的探测窗口期。

这个窗口期，在2030年左右会到来。

一旦错过，至少要等到2041年了……

（图片说明：2040年前太阳系天体的相对位置变化）

如果我们能够赶上最近的窗口期，那么就需要在2030年发射探测器。

经过3年左右的时间，探测器经由地木转移轨道抵达木星，通过木星引力的加速效果，进入到木星-海王星转移轨道，再用6年左右的时间来到海王星的轨道附近。

在轨道末端，探测器通过减速和速度矢量调节，被海王星引力捕获，展开对海王星的探索。

那么，历尽千辛万苦、跋山涉水来到海王星的探测器，将会进行哪些探索呢？

（图片说明：海王星艺术图）

此前，美国宇航局也宣布过他们预想中海王星探测任务的几个主要目标，那就是行星环、卫星、大气和磁层。

科学家们的研究，在很多方面都是有共识的，所以我国在海王星探测目标方面，其实也和美国方面差不多。

当然了，如果要细说，还是有些不同的，具体如下：

虽然我们对海王星的成分和结构已经有所了解了，但这也是基于32年前的探测结果，科学家们希望能够对这些属性进行更加精确的探测和分析。

这不仅是我们了解这颗行星的基础，也有助于科学家了解太阳系的早期历史。

另外，海王星的表面温度比理论值要更高，意味着海王星内部有热源，这也是科学家想要破解的谜题。

（图片说明：海王星高空云带）

海王星的等效磁轴非常特殊，偏离自转轴达47°，且偏离海王星核心达0.55个行星半径，也就是大约13500公里，足以放下一个地球。

海王星磁层内部的等离子体传输过程、抵御太阳辐射的磁层顶，都是困扰科学家多年的问题。

海王星的大气也很诡异，拥有着太阳系最高的风速，以及足以装下一个地球的巨大风暴——大暗斑。

它的大气里有什么样的凝结云？大气层下的海王星本体有多快的自转速度？这些问题都是在地球上所无法得知的。

（图片说明：海王星大暗斑）

海王星有14颗已知的天然卫星，其中最值得注意的就是海卫一了。

对于一些天文学家来说，海卫一就是太阳系最诡异的卫星。

它的公转方向和海王星自转方向相反，也就是所谓的逆行卫星，这意味着它不是和海王星一起形成的。

它的地质结构非常年轻，表面看上去就像是一个哈密瓜。

而且，海卫一表面经常会有火山喷发，但喷射出来的不是岩浆，而是冰。

和其他气体行星一样，海王星也有行星环。

由于比较暗淡，海王星环一直到旅行者2号近距离飞掠时才被发现。

这个行星环的存在模式也非常奇怪，科学家们希望能够通过近距离探测来破解这些谜题

（图片说明：海王星光环）

海王星特洛伊小天体指的是一群位于海王星第四拉格朗日点上的小天体，目前发现得还比较少，有人推测它们可能还在其他的拉格朗日点有分布。

半人马族小天体则是一群位于木星和海王星轨道之间的天体，被认为是柯伊伯带小天体转化而来的。

这两种小天体的分布和演化历程，都是科学家们所好奇的，这对于我们理解太阳系有着重要的意义。

（图片说明：哈勃望远镜拍摄的海王星）

上一期我们已经讲过我国科学家为了海王星探测计划而设想的核反应堆电源了，不过这是不够的，想要探测海王星这样遥远的天体，我们还需要准备更多。

发射场：如果进行海王星探测，那么海南文昌火箭发射场就可以使用；

深空通讯系统：距离数十亿公里，通讯将成为一个巨大的问题。

好在我们已经在喀什、佳木斯和甚至是南半球阿根廷的萨帕拉建设了雷达，通过甚长基线干涉技术，就可以接收到遥远的信号；

探测器系统：包括四颗微纳卫星和其他的科学载荷，其中两颗纳卫星在中途对小行星进行研究，两颗微小卫星对海王星和海卫一进行穿透探测；

地面应用系统：用于接收数据并进行处理，供科学家们研究分析。

总结

（图片说明：海王星探测任务功能模块示意图）

我们上一期说过，我国目前并没有宣布实际的海王星探测计划，但我相信我国科学家已经在认真考虑这件事了。

英国布里斯托大学的系外行星科学家汉娜·威克福德指出，目前人类发现的系外行星中，大约有40%都和天王星、海王星体型类似。

因此，了解海王星不仅仅是帮助我们理解这颗行星本身，也有助于我们理解大量的系外行星特质。

从这一点来说，海王星的研究的确非常重要。

而且，正如我们前面所说的，海王星的下一个发射窗口期就是2030年左右。

一旦错过，就要再等十几年。

相信我国科学家也不希望再等这么久的时间。

（图片说明：海王星的内部结构，是科学家好奇的问题）

总之，一切还是要结合相关技术的发展和我国整体的行星探测计划的进度来考虑，最终以我国科学家官方宣布的信息为准。

至于我们普通人，不如好好工作，给祖国多贡献一点GDP，没准就能促成这一次海王星探测了～

参考文献：

[1]于国斌, 汪鹏飞, 朱安文, 牛俊坡, 谢奇林, 胡古, 李晖, 何建森. 基于10 kWe核反应堆电源的海王星探测任务研究[J]中国科学, 2021-04-27

[2]郑本昌.NASA 再度聚焦天王星和海王星探测[J]太空探索, 2019-09-07

木星是气态行星，如果把木星上的气体全部吹走，会结果

比如说有人就提出了这样一个问题：既然木星是气态行星，那如果把木星上的气体全部吹走，会有什么结果呢？下面我们就来讨论一下。

首先要讲的是，所谓的气态行星并不是指全部是由气体构成的行星，而是指不以岩石或者其他类型的固体为主要成分、没有确定的固态表面的行星，也就是说，气态行星也是可以拥有固态核心的。

那么木星到底有没有固态核心呢？其实这个问题的答案也是科学家们很想知道的。

尽管以人类当前的科技水平，暂时还不能直接进入到木星深处去直接探索，但通过探测器在木星附近收集到的数据，我们还是可以间接猜测出木星的内部结构。

如上图所示，在探测器飞越木星的过程中，其发出的无线电信号会因为木星的引力变化而出现细微的多普勒频移，通过大量对照探测器的实际轨道和理论轨道的差异，就可以构建出木星的重力场模型，进而猜测出木星内部的质量分布。

科学家根据“先驱者10号”、“旅行者1号”、“旅行者2号”、“伽利略号”、“朱诺号”等多个探测器传回的数据猜测出，木星很可能存在一个由重元素构成的固态内核，其质量在地球的12倍至45倍之间注：这里的重元素是指比氢和氦更重的元素。

因此科学界普遍认为，木星应该有一个致密的固态核心，其外包裹着大量的氢和氦注：木星主要由氢和氦构成，其中氦占其质量的大约4分之1，其他的绝大部分都是氢。

由于随着深度的增加，木星上的物质会逐渐变得更热、也更致密，因此木星的结构应该是：最外层是气态的氢和氦，当深度增加到一定程度时，氢和氦就以液态存在，而在更深的位置，极端的压强会将氢原子中的电子“挤”出来，使得它们像金属一样可以导电，这种状态的氢也被称为“金属氢”，在此之下就是木星的固态核心大概如下图所示。

据此我们可以得出，木星上层的气体一旦消失，木星上的那些原来处于高压状态下的液态氢、液态氦以及“金属氢”都会因为失压而转变成气体，在这种情况下，如果把木星上的气体全部吹走，其结果就是木星会失去几乎所有的氢和氦，只剩下一个比原来小得多的固态核心。

值得一提的是，虽然我们人类目前并没有能力把像木星这样的气态行星上的气体全部吹走，但宇宙中那些能量巨大的太阳却可以做到。

从理论上来讲，假如一颗气态行星与其主太阳的距离太近，它的气体就会被主太阳不断地剥离，久而久之，这颗气态行星就会只剩下一个固态核心如果它有的话，科学家给这种奇特的天体起了一个奥秘的名字——“冥府行星”Chthonian planet。

有意思的是，我们有可能已经发现了一颗“冥府行星”。

这颗星球被命名为“TOI-849b”，距离地球大约730光年，由“凌星系外行星巡天卫星”TESS于2020发现，其主太阳被命名为“TOI-849”，是一颗与太阳相似的黄矮星。

观测数据表明，“TOI-849b”的体积与我们太阳系中的海王星差不多，但它的质量却大约是海王星的2.3倍，地球的39.1倍，密度约为5.2克/立方厘米，与像地球这样的岩石行星相当。

另一方面来讲，“TOI-849b”距离它的主太阳非常近，以至于其表面温度可以高达1530摄氏度左右，并且大约每18个小时，它就会完成一次公转。

所以我们可以做一个合理的猜测，“TOI-849b”曾经是一颗与木星相似的气态行星，后来因为某种原因迁徙到了距离其主太阳非常近的轨道，在此之后，它的气体就持续地被主太阳“吹”走，最终演化成了一颗“冥府行星”，而这也很可能就是木星上的气体被全部吹走后的结果。

好了，今天我们就先讲到这里，欢迎大家关注我们，我们下次再见。

既然木星是气态行星，那么人类发射的航天器能不能直接穿过木星

比如在太阳系内，水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星就是属于行星，而冥王星，则和谷神星、阋神星、鸟神星等一起属于矮行星。

穿越木星在太阳系内，位于火星和木星轨道之间还存在着数以十万计的小行星，我们称为小行星带。

当然，我们人类最为关注的还是八大行星，我们根据八大行星的物理性状可以分为两类，一类是和地球一样具有固体表面，岩石行星，称为类地行星，包括水星、金星和火星。

太阳系示意图另外一类就是和木星一样，是有气体来组成的行星，在太阳系内包括木星、土星、天王星和海王星，这些行星和类地行星来比，通常具有体积和质量更大，但是由于是气体组成，所以往往平均密度较小。

那么，既然木星是气态行星，那么我们人类发射的航天器，包括宇宙探测器，或者将来有可能发射的宇宙飞船，能不能直接穿过木星？太阳系八大行星目前来看，人类发射的航天器很难穿越木星，我们这里假设我们从木星的中心穿过。

虽然木星是一颗气态行星，那只是表明木星的主要组成成分是气体，主要是氢和氦，从木星的结构来看，最外面是包围整个木星的大气层，充满着气体，而且在不停的运动之中，形成气体旋涡，比如著名的“大红斑”。

木星南极洲而在木星大气层之下，随着越往木星内部，压力越来越大，气体被不断压缩，形成了液态金属氢，这需要的压力相当于25万个地球大气压，我们要用什么材料才干承受这种压力呢？如果再往木星内部前进，到了木星的中心，我们猜测虽然木星是一颗气态行星，但是其中心是有一个岩石核心，由硅酸盐和铁来组成。

所以在物体状态下，木星内部的高温、高压，以及岩石内核都不支持航天器穿越它。

木星内部结构木星在行星分类上，是一颗气态行星，但是这里的气态，并不是我们地球上所想象的像我们的大气层一样的气体。

我们知道，就算是地球上的大气层，当天宫一号从宇宙坠落，经过大气层时，也会因为剧烈摩擦而燃烧，更何况是更为稠密的木星大气层，所以，以目前的人类技术，别说穿越木星，连木星大气层这一关都过不了。

木星探测器“朱诺号”人类的认知是有限的，我们只能在现有的条件下进行假设，就像农业社会时期的人类，也无法想象现在的互联网时代。

那么，我们说无法穿越木星，也是基于当前的认知，说不定在将来，人类科技进步，就能实现。

朱诺号发射升空