带你感受最真实的木星（科学家们描述的木星内部的遐想图）

全世界的科学家正在实验室里找寻方法，希望重现气态巨行星内部的严峻环境，但愿最后能发现当中的真实样貌。

关于木星表面风暴的假想图。

对使用「钻石高压砧」（diamond anvil cell）做实验的物理学家而言，从实验室传出的声响，除了普遍会有的嗡嗡声，隐约夹杂尖锐的喀嚓声，还有令人不舒服的爆裂声，这些声音对他们来说太熟悉了。钻石高压砧是一种可放在手掌上的装置，有助于解答与行星形成有关的疑惑。当装置发出音量跟铜板掉到地上差不多的细小劈啪声时，就提醒著研究人员，他们已经把设备挤压到上限了。

艺术家想像，氢气之洋在满是乱流的天空下翻腾。

钻石高压砧是极为简单的科学工具，有个可用扳手旋紧的金属框，金属框内有两颗光灿无瑕、价值不斐的钻石，旋紧时会碰在一起。在旋紧的过程中，夹在两颗钻石之间的氢气就受到挤压，使压力越升越高。

钻石是已知最硬的天然物质，但往往会在高压砧产生的高压下碎裂，特别是当我们挤压氢气时，氢在高压下具有活性，会让钻石变得脆弱。「使用钻石高压砧时，经常会听见钻石碎裂声，这可不是悦耳的声音。」史都华．麦威廉斯博士（Stewart McWilliams）说，他在爱丁堡大学使用的就是钻石高压砧。这些年来他们不断改善技术，让钻石更耐高压，实验因而有所进展。

模糊的景象

对此领域的研究人员而言，所谓成功是，趁著设备毁损前，尽可能抓紧时间取得堪用的结果。「只有十亿分之一秒的工夫，」麦威廉斯说，「但在整个系统瓦解之前，你会看到有趣的事发生。」

除了收集数据的时间很短之外，另一项主要挑战是，在如此高压的条件下，很多分析技术都行不通，譬如可检视氢是否变成液体的 X 光绕射术。这就说明了为什麽研究人员已打开深入气态巨行星的机会之门，但前方仍是一片雾茫茫。

另外，钻石高压砧到底能产生多大的压力，也是个问题。虽然钻石高压砧产生的 400 万大气压已让我们比过去更接近气态巨行星的核心状态，但比起木星核心附近、可能高达地球大气压 45 亿倍的压力，根本天差地远。不过还是有其他方法可以在地球上达到这种超乎想像的高压。

美国加州劳伦斯利福摩尔国家实验室的强．艾格特博士（Jon Eggert）採用雷射产生高压震波取代板手压缩金属块。研究人员利用一般核融合实验的设备，譬如纽约雷射能量学实验室（LLE）的 OMEGA 雷射，把雷射光束对准装满气态巨行星组成气体的小容器，当这些容器变成电浆时，产生的震波就会挤压内部的气体。

雷射能量学实验室的 OMEGA 雷射，可挤压气态巨行星的组成气体。

震波科学

在这些「轰轰烈烈的实验」达到更高压的同时，也会产生高温。「木星内部的温度估计是在摄氏一万度到两万度的量级，而震波实验中可以测量到高达摄氏 10 万度。」艾格特说。

格列高里安兹指出了另一个问题：虽然可用震波产生「超现实」的高压，但要取得能用的数据，会比用钻石高压砧更困难。「他们虽然可以做出高压，但根本测不出什麽结果，」他解释，「就连压力测量都会有些争议。」

儘管不少挑战，艾格特的震波实验仍然有进展。艾格特和同事在雷射能量学实验室中，探究高压下的氢氦混合物会发生什麽变化。若是预先利用钻石高压砧压缩氢氦混合物，就能控制住接受震波后的温度，此研究成果目前尚未发表。

这些实验结果显示，比起木星上的条件，土星的温度和压力分布情形使这些气体在高压下更不可能再混合，因而出现「相分离」现象，所以在土星内部，大部分的氢与氦会分离。「在土星核心附近的多馀氦能量，可能会使土星加温，」艾格特说。如果氦果真在其中且因摩擦产生热，那就解答了土星最大的谜团之一：既然土星形成之后没有留下馀热，为什麽辐射出的能量却比吸收到的太阳能多了 80％。

即将到来

然而，能告诉我们气态巨行星内部运作模样的，不只我们在地球上做的实验。1995 年，美国 NASA 从太空船「伽利略号」（Galileo）上发射一个探测器到木星的大气层，这个探测器在高压、高温下解体之前，有几项有趣的发现，例如发现水蒸气的含量比预期的少（参见下方的〈航向未知〉栏位）。而 NASA 太空船「朱诺号」（Juno）的主要目的，就是找出这类现象的成因，朱诺号已在今年7月4日抵达木星，即刻展开更为深入的探访。

伽利略号在前往木星的途中，也顺道拜访了月球。

航向未知

今（2016）年 7 月，NASA 太空船「朱诺号」（Juno）抵达木星，承接由伽利略号开启的重要探测工作，而朱诺号的主要目的，就是找出这类现象的成因，在 7 月 4 日抵达木星之后，即刻展开更为深入的探访。

今年7月朱诺号抵达木星，承接由伽利略号开启的重要探测工作。在太空船「伽利略号」发射之前，科学家就对于木星的内部运作有很多疑问。这个带有许多精密仪器、重达 2.5 吨的大块头，在 1989 年由「亚特兰提斯号」太空梭运送升空，经过六年才抵达太阳系的最大行星。

到达当天，「伽利略号」便投放一个探测器到浓密的木星大气层中，探测器降落前两分钟的气温，是太阳表面的两倍；儘管条件如此险恶，探测器上的仪器仍提供了关于这颗庞大行星的迷人资讯。

除了侦测到比地球上更猛烈的闪电，探测器还记录了与木星组成相关的有趣资料，显示氦的成分比预期中少很多；资料中也透露水蒸气很少。让我们一同期待在进一步勘测木星后，朱诺号回传到地球的数据。

图中正在组装的「朱诺号」于 2011 年 8 月发射升空，经过五年的飞行时间，如今已抵达木星。

设置在朱诺号的微波仪器将设法判断木星内部是否藏有水，这项证据将可协助了解像木星这类气态巨行星形成的主流理论所说是否为真：由冰组成的核心大到足以把氢吸引过来。然而不光是藏水的位置可揭露气态巨行星如何形成，弄清楚氢气现在的状态，以及在越深入气态巨行星内部、压力骤升的情况下，氢气会在什麽位置发生相变，这些资讯都能让我们回推行星的诞生。

这一切来得正是时候，由克卜勒望远镜侦测到的巨大行星目前与各自母恒星间的距离，比当前盛行的恒星系形成模型所预测的还要接近。因此若能更加了解行星形成，势必有助于我们依照对其他恒星系统的新知，重新调整这些模型。

尚有许多重要的问题待解答，也难怪世界各地的物理学家愿意多忍受一些钻石碎裂声了。

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