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探索宇宙天文 研究地球氣候
2019-08-21 18:03:20 來源: 廣州日報
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  廣東高校科研進展迎來好消息,兩所高校學者參加的科研項目發表在最頂尖的學術期刊。中山大學物理與天文學院劉尚飛副教授與國際同行合作在Nature發文揭示了木星稀釋核結構的成因。暨南大學環境與氣候研究院俞鵬飛教授在Science期刊發表了第一署名論文,印證了上世紀80年代科學家基于數值模型所提出的“核冬天”理論。

  揭示木星稀釋核結構的成因

  中山大學物理與天文學院劉尚飛副教授與多個國家的研究人員組成的科研團隊使用超級計算機對木星內部結構形成與演化開展了研究,揭示了木星演化中的重要一環:在大約45億年前木星捕獲并吞噬了一個約十倍地球質量的行星胚胎,巨大的撞擊瓦解了木星的原初致密核。這一新模型完美地解釋了令人費解的木星稀釋核結構的形成機制。該研究成果已于北京時間8月15日凌晨1點在線發表于著名期刊Nature(《自然》)。

  美國宇航局的朱諾號(Juno)木星探測器自從2016年7月飛抵木星以來,傳回了大量的新數據,大大加深了人類對這顆太陽系中最大的行星的認識。除了對木星表層及磁場等研究外,朱諾號還對木星引力場進行了精密測量。研究表明木星核的大小遠遠超過了理論預期,接近自身半徑的一半,并且其密度也偏低。“這就是所謂的木星的稀釋核,它說明木星核除了含有巖石和冰等密度大的物質成分外,還混入了大量的低密度的氫和氦,并且木星的核與外層由氫和氦主導的氣體包層間并沒有以前認為存在的明顯的分界線”,劉尚飛認為。

  木星的稀釋核結構一度讓研究人員十分困惑,因為行星形成理論認為木星的形成是在一個小而致密的核形成后,再從原始太陽星云中吸積了大量的氫和氦從而形成了氣體包層。木星稀釋核的存在表明有某種機制導致了原初致密核中的物質與氣體包層中的氫和氦發生了混合,并且稀釋核不同尋常的大小很難通過行星內部演化形成,而更像是經過了某種劇烈的過程導致的混合,正是由于理論與探測器發回的數據之間存在的尖銳矛盾啟發了科學家提出大撞擊理論。

  進一步的長期熱演化模型驗證了這種由碰撞產生的木星內部結構可以穩定存在長達46億年,即太陽系的年齡。因此研究團隊找到了迄今合理解釋木星的稀釋核成因的最佳理論模型。“這項研究對于系外行星的研究也有啟發性意義,因為目前我們發現的幾千顆系外行星中,有一部分是既知道質量也知道大小的。那么我們就能推算出系外行星的平均密度。其中有一些系外行星的平均密度很大,有一個可能的解釋就是這些行星經歷了行星撞擊過程,導致其損失了大量的氫和氦。”劉尚飛說。

  區域性核戰可致全球性氣候災難

  暨南大學環境與氣候研究院俞鵬飛教授8月9日在Science期刊發表了第一署名論文,從2017年北美森林火災著手分析,發現煙塵中的黑碳氣溶膠能夠加熱空氣,導致煙塵在平流層大氣中緩慢爬升,從而客觀上印證了上世紀80年代科學家基于數值模型所提出的“核冬天”理論。研究表明即使是區域性的核戰爭也足以帶來全球性的氣候影響,甚至可以導致全球性的氣候災難。

  森林火災中煙塵的化學成分與核戰爭焚燒城市所產生的煙塵類似,主要是由黑碳氣溶膠和有機物氣溶膠組成。多種衛星觀測數據與氣溶膠粒子譜儀(POPS)發現2017年北美森林火災的煙塵在兩個月內從13km爬升到23km,進而傳輸覆蓋了整個北半球。

  研究發現煙塵中的黑碳氣溶膠可以有效地吸收太陽光從而加熱空氣導致了煙塵的緩慢爬升。煙塵在大氣平流層中緩慢爬升進而擴散覆蓋到整個北半球,從而對全球氣候產生影響。煙塵一方面可以破壞人類賴以生存的平流層臭氧層,另一方面可以在大氣中散射太陽光,使得更少量的太陽光到達地面,從而引起降溫作用。有證據表明,1991年的Pinatubo火山氣溶膠降低全球平均地表溫度0.5攝氏度。

  值得注意的是,2017年北美森林火災產生的黑碳的質量大約是一場核戰爭產生的黑碳量的千分之一到萬分之一。因此核戰爭產生的煙塵的爬升高度將會更高,從而會給全球氣候帶來更加持久和深遠的負面影響。相關研究表明全球范圍的核戰爭可能大范圍破壞臭氧層,并導致全球地表溫度回到上一個冰河世紀。

  文/廣州日報全媒體記者徐靜

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【糾錯】 責任編輯: 萬芷伊
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