为什么气态巨行星比类地行星自转得快?

在解答这个问题之前,我们先来看看气态巨行星木星土星天王星海王星)与类地行星水星金星地球火星)之间最根本的区别,那就是类地行星有一个固态表面,而气态巨行星则主要是由气体(木星和土星)或各种冰(天王星和海王星)组成。事实上这些气态巨行星是没有坚固可见的表面,因此我们很难测量它们的表面旋转速度。

为什么气态巨行星比类地行星自转得快?
科学家们仍在试图理解为什么我们太阳系中的巨行星与类地行星相比旋转速度更快。

但是我们可以知道气态巨行星内部的自转周期木星的自转速度高达12.6公里/秒,自转一周只需要不到10个小时土星自转周期约为10小时33分钟,天王星17小时,海王星16小时。

然而,目前尚不清楚气态巨行星是否具有匀速自转。它们大气层的可见部分有纬向风——交替的喷流从东向西流动,反之亦然。这些喷流可以是顺行的,这意味着它们与行星的自转方向相同,也可以逆行,与自转方向相反。

很长一段时间,人们都不知道风能穿透多深,以及它们与深层内部的旋转有何关系。最近,由于来自朱诺号和卡西尼号等太空任务的数据,科学家们确定木星和土星的风分别达到约3000公里和9000公里的深度。但这只是触及这些行星的表面,这些行星的半径约为数万公里以上。

对于天王星和海王星,模型表明风的穿透深度不会超过1000公里左右。但两颗冰巨星仅在30多年前被航海者2号造访过一次,因此我们的数据有限。

尽管存在这些问题,但我们确实对是什么使气态巨行星的自转速度如此之快有了一些了解。我们认为这与它们的形成历史和相对较高的质量有关。

巨行星形成的最早阶段被认为是由重元素(岩石和冰)构成的固体核心的形成。如果核心足够大(地球质量的几倍),它可以从圆盘吸积氢气和氦气。随着气体被吸积到行星上,它增加了整个星球的总角动量,进而导致快速旋转。然而,这些过程的确切细节以及行星的自转如何随时间演变还有待确定。

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