探索宇宙天文 研究地球气候
2019-08-21 18:03:20 来源: 广州日报
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  广东高校科研进展迎来好消息,两所高校学者参加的科研项目发表在最顶尖的学术期刊。中山大学物理与天文学院刘尚飞副教授与国际同行合作在Nature发文揭示了木星稀释核结构的成因。暨南大学环境与气候研究院俞鹏飞教授在Science期刊发表了第一署名论文,印证了上世纪80年代科学家基于数值模型所提出的“核冬天”理论。

  揭示木星稀释核结构的成因

  中山大学物理与天文学院刘尚飞副教授与多个国家的研究人员组成的科研团队使用超级计算机对木星内部结构形成与演化开展了研究,揭示了木星演化中的重要一环:在大约45亿年前木星捕获并吞噬了一个约十倍地球质量的行星胚胎,巨大的撞击瓦解了木星的原初致密核。这一新模型完美地解释了令人费解的木星稀释核结构的形成机制。该研究成果已于北京时间8月15日凌晨1点在线发表于著名期刊Nature(《自然》)。

  美国宇航局的朱诺号(Juno)木星探测器自从2016年7月飞抵木星以来,传回了大量的新数据,大大加深了人类对这颗太阳系中最大的行星的认识。除了对木星表层及磁场等研究外,朱诺号还对木星引力场进行了精密测量。研究表明木星核的大小远远超过了理论预期,接近自身半径的一半,并且其密度也偏低。“这就是所谓的木星的稀释核,它说明木星核除了含有岩石和冰等密度大的物质成分外,还混入了大量的低密度的氢和氦,并且木星的核与外层由氢和氦主导的气体包层间并没有以前认为存在的明显的分界线”,刘尚飞认为。

  木星的稀释核结构一度让研究人员十分困惑,因为行星形成理论认为木星的形成是在一个小而致密的核形成后,再从原始太阳星云中吸积了大量的氢和氦从而形成了气体包层。木星稀释核的存在表明有某种机制导致了原初致密核中的物质与气体包层中的氢和氦发生了混合,并且稀释核不同寻常的大小很难通过行星内部演化形成,而更像是经过了某种剧烈的过程导致的混合,正是由于理论与探测器发回的数据之间存在的尖锐矛盾启发了科学家提出大撞击理论。

  进一步的长期热演化模型验证了这种由碰撞产生的木星内部结构可以稳定存在长达46亿年,即太阳系的年龄。因此研究团队找到了迄今合理解释木星的稀释核成因的最佳理论模型。“这项研究对于系外行星的研究也有启发性意义,因为目前我们发现的几千颗系外行星中,有一部分是既知道质量也知道大小的。那么我们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,有一个可能的解释就是这些行星经历了行星撞击过程,导致其损失了大量的氢和氦。”刘尚飞说。

  区域性核战可致全球性气候灾难

  暨南大学环境与气候研究院俞鹏飞教授8月9日在Science期刊发表了第一署名论文,从2017年北美森林火灾着手分析,发现烟尘中的黑碳气溶胶能够加热空气,导致烟尘在平流层大气中缓慢爬升,从而客观上印证了上世纪80年代科学家基于数值模型所提出的“核冬天”理论。研究表明即使是区域性的核战争也足以带来全球性的气候影响,甚至可以导致全球性的气候灾难。

  森林火灾中烟尘的化学成分与核战争焚烧城市所产生的烟尘类似,主要是由黑碳气溶胶和有机物气溶胶组成。多种卫星观测数据与气溶胶粒子谱仪(POPS)发现2017年北美森林火灾的烟尘在两个月内从13km爬升到23km,进而传输覆盖了整个北半球。

  研究发现烟尘中的黑碳气溶胶可以有效地吸收太阳光从而加热空气导致了烟尘的缓慢爬升。烟尘在大气平流层中缓慢爬升进而扩散覆盖到整个北半球,从而对全球气候产生影响。烟尘一方面可以破坏人类赖以生存的平流层臭氧层,另一方面可以在大气中散射太阳光,使得更少量的太阳光到达地面,从而引起降温作用。有证据表明,1991年的Pinatubo火山气溶胶降低全球平均地表温度0.5摄氏度。

  值得注意的是,2017年北美森林火灾产生的黑碳的质量大约是一场核战争产生的黑碳量的千分之一到万分之一。因此核战争产生的烟尘的爬升高度将会更高,从而会给全球气候带来更加持久和深远的负面影响。相关研究表明全球范围的核战争可能大范围破坏臭氧层,并导致全球地表温度回到上一个冰河世纪。

  文/广州日报全媒体记者徐静

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