万年难遇的天文奇观：苏梅克-列维9号彗星撞击木星事件（文字版）

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Linvo说宇宙

2024-11-26 06:10发布于天津科普领域创作者

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1993年3月的一天，美国加利福尼亚州帕洛马天文台，苏梅克夫妇和大卫·列维正在像往常一样使用望远镜寻找近地天体。突然，一个模糊不清的影像出现在望远镜的视野中。不同于以往看到的近地天体，该物体无论是形状还是运动轨迹，都透漏着一种难以言喻的诡异。

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随着观测的继续深入，他们发现这家伙应该是彗星。但不寻常的地方在于，这颗彗星在狭长的外形中显示出了多个彗核。原来这颗彗星并非一个完整的个体，而是已被某种力量撕裂成了20多片的碎块。这些碎片在太空中犹如一条星链，整齐地排队向前飞行。作为该团队发现的第9颗周期彗星，该彗星被以他们的名字被命名为“苏梅克-列维9号（Shoemaker-Levy 9, SL9）”彗星。

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它从哪来？要到哪去？又为何会变成如此这般模样？
通过对轨道的进一步分析，天文学家很快发现，这颗彗星并非绕着太阳公转，而是围绕木星公转。那为啥叫它彗星，不叫它卫星呢？因为通过对比历史观测数据，该彗星原本是太阳系中一颗短周期彗星，轨道位于小行星带和木星轨道之间。太阳系内大部分彗星通常都来源于海王星外的柯伊伯带，甚至是更远的奥尔特云。相较于那些短则几百、长则几万年的长周期彗星，这颗彗星只在小行星带周围转悠，所以它的轨道周期非常短。
然而小行星带往外走那可就到了人家木星的地盘。作为太阳系里除太阳以外最大的天体，木星的势力范围不容小觑。
上世纪六七十年代的一天，这颗彗星不小心运动到了木星的希尔球范围内。希尔球是一个天体能够控制身边小天体绕自己稳定运行的一个范围，大部分的卫星通常就位于行星的希尔球范围内。所以，当该彗星进入木星希尔球范围后，在木星强大的引力拉扯下，该彗星从先前的围绕太阳公转变成了围绕木星公转。不过看样子它并不打算甘心作一颗卫星，它的轨道极其狭长，偏心率非常高，有时候离木星很远，有时候又挨得非常近。
1992年7月7日，这天这颗彗星再次到达了近木点，距离木星仅有4万公里——几乎只有木星半径的一半。由于离木星太近，已经完全进入了木星的洛希极限，在这个距离上，任何仅靠引力聚集成的天体都将被撕裂。这颗彗星也不例外，很快它就被撕裂成了二十多块碎片。这些碎片大小不一，大的犹如山峰，小的则像一座房子。碎片的密度很低，据推测内部包含了大量空隙，加上含有一定的挥发性物质，这就使得它们的平均密度只有水冰的一半，整体更像一个巨大的雪球。
当第二年天文学家发现它们的时候，这些碎片已经远离木星。不过很快，它们还会再次靠近木星，而这次它们所受木星引力的影响会更加显著。
天文学家很快计算出了这些碎片下次最接近木星的位置——4.5万公里，仍然不到木星的半径。那这些碎片会被撕得更碎吗？不，这次它们会被直接引导到撞击轨道上，而撞击的时间就在一年后的1994年7月！

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鉴于这些碎片的个头都不算小，这将是人类有史以来首次可以详细观测的大型天体撞击事件。与此同时，地球上甭管是专业的还是业余的，大家都把自己的望远镜对准了木星方向，准备亲眼目睹这一历史盛况。而更多的人则是守在屏幕前，希望见证历史。
最关注这件事的莫过于NASA。当发现彗星将会与木星相撞后，NASA迅速制定了一系列的观测计划。首先想到的肯定是哈勃望远镜，毕竟那时候哈勃刚刚投入使用，而且它的“近视”问题也会在撞击发生前完成修正。不过对于这次撞击最理想的观测设备还不是哈勃，因为在哈勃发射前不久，NASA还发射了“伽利略号”木星探测器，当时它正在前往木星的路上。所以哈勃虽然占了“设备”优势，但人家“伽利略号”有位置优势，可以拍到一些你看不见的“独家视角”。
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1994年7月16日下午，有人在木星表面发现了一个小黑点。起初他以为那是木星某颗卫星的影子，但是这个阴影比通常见到的那些卫星影子更大、更暗，并且外围似乎还有圈光环。这时他才意识到——撞击开始了。

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就在三个小时前，哈勃望远镜看到了一缕热气从木星边缘升起，那是第一块碎片（A）撞击木星表面产生的。

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之后，平均每隔7小时便会有一颗碎片撞向木星。别看这些碎片只是些“雪球”，它们产生的撞击威力却极为惊人。当接近木星时，这些碎片会被木星的引力加速到每秒6万米，之后便在木星的大气层中开始燃烧，此时原本的“雪球”瞬间变成了上万度的“火球”。
7月18日，最大的一块碎片（G）抵达木星表面。此次撞击释放的能量达到了6万亿吨TNT当量，大约相当于同时引爆10万颗 “沙皇氢弹”。很快，木星的云层被“炸”出了一个巨大的坑洞，短短几秒钟，该坑洞的范围就超过了整个地球大小。然而即便威力如此惊人，这次的撞击也未能将木星的云层击穿，仅仅达到了云层中部的硫氢化铵（NH₄HS）云层，而没有触及下层的水（H₂O）云层。
7月22日，随着最后一块碎片（W）的撞击，木星终于结束了长达6天的地毯式轰炸，此时它的表面也布满一连串的“伤疤”。

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不过，得益于气态行星的特性，两个月后，这些斑点就被木星表面的狂风给吹散开来，逐渐弥散。之后用不了多久，这些“伤疤”便会痊愈。

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总的来说，苏梅克-列维9号彗星撞击事件对木星带来的影响并不算大，而且十分短暂。假如当初它撞击的不是木星而是地球，那结果就是另一个故事了。
以人类的视角来看，这种规模的天体撞击并不多见，尤其是这种碎裂成多块排队撞击的情况。有科学家针对木星遭受直径1公里天体的撞击进行了定量分析，他们用计算机模拟了10万年来5万颗木星族彗星的运动情况，最后得到的结果是：普通的撞击，平均每240年才发生一次；而像苏梅克-列维9号这样先被撕成碎块再排队依次撞击的，大约每9万年才能遇上一次。所以，别说是有生之年，就是放眼整个人类历史，这次撞击也是绝无仅有的天文奇观。 

[1] Solem, J. C. Cometary breakup calculations based on a gravitationally-bound agglomeration model: the density and size of Shoemaker-Levy 9. Astronomy and Astrophysics, 302:596 (1995).

[2] Hu, ZW., Chu, Y. & Zhang, KJ. On penetration depth of the Shoemaker-Levy 9 fragments into the Jovian atmosphere. Earth Moon Planet 73, 147–155 (1996).

[4] [美]威廉·希恩, [美]托马斯·霍基. 《木星》. (卢瑜 译). 北京：世界图书出版有限公司北京分公司, 2022

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