我们的太阳系包含三种类型的行星。在四颗类地行星——水星、金星、地球和火星——以及遥远的冰巨星海王星和天王星之间，坐落着两颗气态巨行星：土星和木星。
这些行星主要由氢和氦气体组成。研究人员现在认识到，气态行星比最初认为的要复杂得多。新的发现对我们理解这些行星是如何形成的以及将有助于设计未来的探测任务，具有重要的意义。
气态巨行星是如何形成的？
气态巨行星起源于两种过程之一。苏黎世大学理论天体物理学教授 Ravit Helled 解释说，第一种方法称为核心吸积。这始于一颗新恒星的诞生，当时分子云在引力压力下坍缩。被称为原行星盘的旋转气体盘开始围绕这些新恒星旋转。在这些气体盘内会有较重的粒子——尘埃、岩石或任何比氦重的元素。这些粒子可以聚集在一起，然后从周围的气体盘中吸入气体，形成一个主要由气体组成的大行星。
一种可能形成气态巨行星的第二种方法称为盘不稳定性——这是一个较新的理论，在行星理论家之间仍然存在一些争议。根据这个观点，当巨大的原行星盘冷却时，它们会变得不稳定，并产生岩石和气体的团块，这些团块会演变成气态巨行星。重要的是，这种假定的形成过程比核心吸积快得多。Helled 表示，土星和木星很可能是通过核心吸积形成的，但盘不稳定性可能“解释了在轨道较大的地方存在非常巨大的行星，或者围绕低质量恒星存在巨行星”。
登陆气态巨行星
无论它们如何形成，气态巨行星的结构与地球等类地行星完全不同。木星和土星没有像地球那样的表面。相反，它们的大气层会逐渐变稀薄，直到密度不足以将周围的空气视为行星的一部分。“没有一个地方可以让你说，‘好吧，行星在这里停止了’，”Helled 说。
一艘试图“登陆”木星“表面”的宇宙飞船将不得不克服一些重大的障碍。一旦你进入了大致标志着像木星这样的巨行星开始的尘埃云，温度和压力就会随着你向行星核心移动而稳步升高，气态氢和氦会转变成液态。虽然我们太阳系中的气态巨行星离太阳很远，但气态巨行星的核心可能非常热——木星的核心估计约为 43,000 华氏度。你还必须穿过木星上层大气中浓密的氨云。
如果你的飞船是用坚固的材料制成的——比地球上任何已知物质都要坚固——能够在这种条件下生存，它或许能够到达气态巨行星的核心。在那片陌生的浑浊中，它会发现什么，目前尚不清楚。
Helled 说：“几十年来，人们一直认为存在一个明确的核心。”最近的探测任务，如朱诺号和卡西尼号，分别绕木星和土星运行。这些探测器传回的信息改变了这种看法。
Helled 说：“我们现在认为它们拥有我们称之为模糊或稀释的核心。”这意味着液态气体的上层和液态氢氦与行星核心之间没有清晰的过渡点。
事实上，朱诺号和卡西尼号的数据彻底改变了我们对这些行星结构的理解。Helled 解释说，它们可能具有复杂的热量和成分梯度。木星以拥有巨大的风暴而闻名，例如产生高达 425 英里/小时（640 公里/小时）风速的大红斑。其中一些变化会产生戏剧性的现象。木星和土星可能存在氦气与氢气分离的区域。在这里，氦气会形成液滴雨，向下滴落到行星核心。
这些见解可以揭示更多关于我们太阳系的巨行星以及太阳系外类似行星的信息。
Helled 说：“现在我们意识到，我们为了模拟这些行星而做出的一些简单假设是错误的，我们需要修改模型。”
这个故事是《流行科学》“问我们任何问题”系列的一部分，我们将回答您最离奇、最烧脑的问题，从寻常的到奇特的。有什么一直想知道的吗？问我们。
