如果把地球比作一個足球,那麼地殼的厚度還不到1毫米!

可能對地殼十分熟悉,但很難想象它到底有多薄,地殼的厚度其實僅有幾十千米厚,而地球的半徑在6300千米左右,相比之下地殼的厚度簡直不值一提。可儘管如此,但直到今天爲止,我們距離能夠“穿透”地殼還非常非常遙遠。南非的姆波尼格金礦井是世界上最深的礦井,也只有4000多米深。

歷史上最深的人工洞是蘇聯在1970—1980年間在科拉半島開鑿的科拉超深鑽井(圖三),其深度爲12千米左右,這已經是人類向地下發起的最深深度了,可相對於地殼厚度來說,依然只是皮毛。總而言之,從來沒有任何人、任何東西見過地殼之下到底是什麼樣子!不過我們還是通過各種研究和模型,知道地下的一些東西。在地殼層之下就是地幔層,這一層的厚度在3000千米左右。從構成來看,地幔層和地殼層並沒有特別大的不同。事實上,地幔主要是由硅酸鹽岩石構成,即鎂、硅、鐵等的氧化物。地幔層的溫度猶如煉獄,大概在1500℃至3000℃之間,其實地球內部的溫度隨着深度的增加而增加的,地幔的內部溫度在2000℃左右,而地核的內部溫度則達到了5000℃。

在一般情況下,岩石的熔點在800℃到1200℃之間,那麼是否可以推斷地幔中的岩石是液態的呢?問題的答案是否定的。因爲對於岩石來說,受到的壓力越大,就越難熔化,也就是說,岩石的熔點隨着壓力的增加而提高(圖五),而分佈在地幔層的壓力,是大氣壓力的500萬倍。在這麼大的壓力下,岩石的熔點不是1000℃左右,而是上升到了4000℃左右,所以在地幔層,岩石並不是液態的,而是固態的,巨大壓力的存在使得岩石可以保持固態。既然地幔是固態的,那麼爲什麼還有大陸板塊漂移之說?這是因爲地幔岩石呈現出的狀態很像液體,但卻是一種令人難以置信的黏稠狀的液體,大概比蜂蜜還要黏稠10億10億倍。但這在地質期的時間刻度上(以數千萬年計)來說,卻足夠認爲地幔中的石頭是像液體一般流動的。此外,還有一種地幔岩石的運動看上去很像液體運動:即對流運動。我們知道在一個空間中,熱空氣因爲更輕所以會上升,冷空氣因爲更重所以會下降。

這一交換過程,在一些特定的條件下,會導致一種滾動現象,比如燒開水時看到的沸騰現象。而在地幔中也會發生這種現象,最熱的岩石也最輕,於是它們會朝地表上升,然後在地表附近降溫。這一降溫過程增加了岩石的稠密度,又使得它們開始朝地心更深的地方沉降。整個過程跟我們平時燒水時的現象基本上一樣,只不過它所花費的時間會更長。你可能還會感到疑惑,如果地幔真的是固態構成的,那麼爲什麼還會有火山噴發呢?要知道噴射出來的岩漿看起來可都是液態的。這其實也是個壓力問題,在地幔之中,岩石的溫度非常非常高,而且處於巨大的壓力之下,因此呈現的是固體狀態,但同樣存在“上下翻滾”的現象。當這些溫度非常非常高的岩石上升到地表附近,尤其是從通往火山口的路線上升的時候,它們的溫度依然非常高,但是壓力會驟減,這會導致原本固態的岩石變成液態,進而以岩漿的方式噴發出來。從直觀上來說,在我們向地心探索的過程中,可能會認爲整個地球的內部結構應該都和地幔差不多:溫度非常高的岩石,在高壓的作用下保持固態。但實際上並非如此,科學家們通過地球重力場的強度和地球的大小,推算出了地球的質量和密度,得出的結果是地球的密度爲5.5。

而一般來說,岩石的密度不會超過3,因此在我們腳下的深處,除了岩石一定還有別的什麼東西,而且是比岩石要重的東西。這個東西就是金屬鐵和鎳的混合物,處於半液體狀態。前面我們提到,壓力越大,物質的熔點就越高,那麼地核中鐵和鎳雖然處在5000℃的環境中,應該也是固態的吧?並不完全是,因爲金屬比礦石的熔點更低,更容易熔化。其實我們知道的地核由兩部分構成,一部分是在地核深處由於壓力夠大而保持固態的金屬,另一部分則是在地核外層由於壓力稍小而無法保持固態的金屬。所以,地核就是一個巨大的金屬球,核心部分在超級可怕的巨大壓力下保持固態,並被包裹在熔化的液態金屬之中。這些金屬液體在地球自轉的作用下運動,讓地球產生了足以保持生命穩定的巨大磁場。還有一個問題可能會讓你感到奇怪:既然以我們目前的技術,連地殼的皮毛都無法鑽穿,那麼我們是如何知道6300千米深處的地核是什麼樣的呢?這些信息其實都是根據地球表面上蒐集到的隕石推測出來的,因爲有些隕石是在和地球差不多的條件下形成的,可以爲我們提供有關地球構成的寶貴信息。

如果把木星比作籃球,那麼地球就如蠶豆般大小,木星的質量是其餘7大行星質量總和的2.5倍,它是太陽系中體積最大、質量最大的行星!可儘管木星的質量與太陽相比相差甚遠,但它對太陽施加的引力卻足以牽引太陽,讓太陽無法在太陽系的中心保持固定不變。木星與太陽圍繞它們之間的一個點旋轉,這一點位於太陽表面附近。木星出生並生活在太陽系的雪線之外。太陽系誕生於由緩慢旋轉的氣體、冰塊和固體塵埃組成的雲團。初生的太陽融化了離它最近的雲層冰塊,使其昇華爲氣態。截至目前,太陽的增溫作用也只侷限在一定範圍內,而冰塊仍然存在於太陽系的外圍區域,而這個“外圍區域”就是雪線以外的區域。“雪線”這一術語源自地理學,雪線之上的山脈終年寒冷,積雪永不融化。在天文學中,它指的是行星系統中的結冰物質不會被主恆星融化的地帶的軌道。在這條軌道之外,木星、土星、天王星和海王星這類巨大的行星誕生於46億年前,它們不僅吸收未汽化的冰,還吸收氫和氦這類最輕的氣體。氫和氦這兩種最輕的氣體是目前宇宙中最豐富的物質。在離太陽較遠的雪線周圍,當時的太陽星雲含有大量這些物質。它們聚集在行星上會使其變大,讓木星、土星、天王星和海王星成爲了我們現在科學界所描述的“氣態巨行星”。木星主要由氫和氦組成,它本身沒有固體表面,從木星大氣層的頂端向內,氫氣和氦氣的密度會越來越稠密,直至變成液體、固體。事實上,木星的核心是一個高密度的岩石內核,質量可能是地球的10~50倍。在雲頂與內核之間,是一個密度逐漸增大的包括了氫氣、氦氣等氣體的區域,可能還混合了岩石和冰塊等物質。木星大氣層頂端漂浮着五顏六色的雲彩,沿着緯度線排列在明暗交替的區域中。帶紋是交替上升和下降的大氣氣體,水滴和奇怪的化學物質顆粒將雲層染成紅色和黃色。目前關於這些化學物質的來源仍具有爭議性,主流觀點認爲,是1994年的一場宇宙事件,將木星底層的物質帶到了雲層頂端。

1994年,被命名爲“舒梅克—列維9號”的彗星碎裂成了20多塊碎片撞向了木星,這些碎片在墜入木星大氣層時的速度極快,導致墜入點暫時性地形成了一箇中空。於是木星大氣層下的氣體涌了上來並噴薄而出,如同噴泉裡的水。噴出的氣體呈弧形流下雲頂,雲層下的深色化學物質顯現了出來,這些物質中可能含有大量的硫、二硫化碳、氨以及硫化氫等硫化物,從地球望去呈現出了五顏六色的狀態。大紅斑是木星雲層的標誌。它呈橢圓形,東西長24,000~40,000千米,南北長12,000~14,000千米。這個橢圓可以輕鬆容納整個地球,它其實是一場巨大的風暴,一個高壓反氣旋,遠高於周圍的雲層。和地球一樣,木星雲頂之下約100千米處的潮溼雲在大氣的液態層相互摩擦,可以產生閃電。“旅行者1號”、“旅行者2號”以及“伽利略號”探測器飛過木星時,都發現了木星的閃電現象。