軌道:距離太陽778,330,000公裏(5.20天文單位)。
行星直徑:142984公裏(赤道)
質量:1.900e27
木星(又名木星;希臘人稱宙斯為上帝之王,奧林匹斯山的統治者和羅馬的保護者。他是克洛諾斯(土星)的兒子。
木星是天空中第四亮的天體(僅次於太陽、月亮和金星;有時火星更亮),木星早在史前時代就已經為人類所知。根據伽利略在1610年對木星的四顆衛星:木衛壹、木衛二、木衛三和木衛四(現在常被稱為伽利略的衛星)的觀測,它們是第壹次發現它們不圍繞地球運行,也是認同哥白尼關於行星運動的日心說的主要依據。伽利略因公開支持哥白尼學說而被宗教裁判所逮捕,被迫放棄信仰,在獄中度過余生。
木星首先被先驅者1973拜訪,後來被先驅者11、旅行者1、旅行者2和尤利西斯拜訪。目前,伽利略飛船正在環繞木星運行,並將在未來兩年內發回其相關數據。
氣態行星沒有固體表面,氣態物質的密度只隨著深度的增加而增加(我們從其表面相當於1個大氣壓的點計算其半徑和直徑)。我們平時看到的是大氣中的雲頂,氣壓略高於1大氣壓。
木星由90%的氫,10%的氦(原子序數比,75/25%質量比)和微量的甲烷、水、氨水和?石頭?作文。這與形成整個太陽系的原始太陽星雲的構成非常相似。土星有類似的成分,但是天王星和海王星有較少的氫和氦。
我們獲得的有關木星內部結構(以及其他氣態行星)的信息來自間接來源,並在很長壹段時間內保持停滯狀態。(伽利略號的木星大氣數據只探測到雲層下面150公裏。)
木星可能有壹個巖石內核,相當於10-15個地球的質量。
在內核上,大部分行星物質以液態金屬氫的形式濃縮。木星上這些最常見的形式基礎可能只存在於40億巴的壓力下,這是木星(和土星)內部的環境。液態金屬氫由電離的質子和電子組成(類似於太陽內部,但溫度低得多)。在木星內部的溫度和壓力下,氫是液態,而不是氣態,這使它成為木星磁場的電子導向器和來源。這層中可能還含有壹些氦和微量?冰?。
最外層主要由普通的氫、氦分子組成,內部為液態,外部為氣化態。我們能看到的是這個深層的較高部分。水、二氧化碳、甲烷和其他簡單氣體分子在這裏也很少。
氨冰、硫氫化銨和冰水的混合物被認為存在於三個明顯的雲層中。然而,伽利略證明的初步結果顯示,這些物質在雲中極其罕見(壹個儀器似乎探測到了最外層,另壹個可能同時探測到了第二個外層)。然而,這次證明的表面位置非常不尋常(左)——地球望遠鏡觀測和伽利略航天器更近的觀測表明,所選區域可能是當時木星表面最溫暖和最少雲的區域。
來自伽利略的大氣數據也證明那裏的水比預期的少得多。最初預計木星大氣中的氧氣含量是目前太陽的兩倍(包括足夠生成水的氫氣),但目前它的濃度實際上低於太陽。另壹個令人驚訝的消息是外層大氣的高溫及其密度。
在木星和其他氣態行星表面有高速的颶風,這些颶風被限制在壹個狹窄的緯度範圍內,風在近緯度吹向相反的方向。這些帶中輕微的化學成分和溫度變化創造了豐富多彩的地面帶,主導了行星的外觀。亮的表面區域稱為帶,暗的稱為帶。木星上的這些帶已經為人所知很久了,但這些帶邊界的漩渦是由旅行者號飛船首次發現的。伽利略飛船發回的數據顯示,表面風速比預期快得多(超過400英裏/小時),並延伸到可以觀察到的根部,向內延伸了幾個千千米。木星的大氣層也被發現相當無序,這表明颶風大多是因為其內部的熱量而快速移動,而不像地球那樣只從太陽獲得熱量。
木星表面五顏六色的雲可能是由化學成分及其在大氣中的作用的細微差異造成的,可能混合了硫的混合物,產生了色彩斑斕的視覺效果,但具體細節仍不得而知。
顏色的變化與雲的高度有關:最低點是藍色,其次是棕色和白色,最高點是紅色。我們只能透過上面雲層的洞看到下面的雲。
早在300年前,地球觀測就發現了木星表面的大紅斑(這壹發現通常歸功於卡西尼號,或17世紀的羅伯特·胡克)。大紅斑是壹個橢圓,長25000公裏,跨度12000公裏,可以容納兩個地球。其他更小的斑點已經出現了幾十年。對紅外線的觀測和對其自轉趨勢的推斷表明,大紅斑是壹個高壓區,這裏的雲頂特別高,比周圍冷。類似的情況也存在於土星和海王星上。尚不清楚為什麽這種結構可以持續如此長的時間。
木星輻射的能量比它從太陽接收的能量多。木星內部非常熱:核心溫度可能高達20,000開爾文。這種熱量輸出是由開爾文-亥姆霍茲原理(行星的緩慢重力壓縮)產生的。木星不像太陽那樣通過核反應產生能量。它太小,內部溫度不足以引起核反應。)這些內部熱量可能極大地觸發了木星液體層的對流,並造成了我們所看到的雲頂的復雜運動過程。土星和海王星在這方面與木星相似,但奇怪的是,天王星不是。
木星符合氣態行星所能達到的最大直徑。如果成分再增加,就會被重力壓縮,使得全局半徑只增加壹點點。壹顆恒星只能因為內部熱源(核能)而變大,但木星要想成為恒星,至少要大80倍。
木星有壹個巨大的磁場,比地球磁場大得多。磁氣圈向外延伸超過6.5e7(超過土星軌道!)。註意:木星的磁氣圈不是球形的,它只是朝著太陽的方向延伸。這樣,木星的衛星就壹直處於木星的磁層中,由此產生的壹些情況在木衛壹上得到了部分解釋。不幸的是,對於未來的太空行走者和致力於旅行者和伽利略設計的專家來說,木星磁場在附近環境中捕獲的高能粒子將是壹個很大的障礙。這種?輻射?類似於地球的電離層,但比它強得多。會立刻對沒有保護的人類產生致命的影響。
伽利略號飛船對木星大氣層的探測發現,在木星光環和最外層大氣層之間還有壹條強輻射帶,大致是電離層輻射帶的十倍。令人驚訝的是,新發現的帶包含未知來源的高能氦離子。
木星有壹個類似土星的光環,但它又小又弱。(對)他們的發現純屬意料之外,只是因為1號兩位旅行者的科學家堅持航行了1億公裏,應該看看有沒有光環。還有人認為找到光環的可能性為零,其實是存在的。這兩位科學家想出了壹個多麽聰明的計劃啊。後來他們被地面上的望遠鏡拍攝下來。
與土星不同,木星有壹個暗環(反照率為0.05)。它們是由許多粒狀巖石物質組成的。
木星環中的粒子可能不會穩定存在(受大氣和磁場的作用)。這樣,如果環要保持形狀,就需要不斷地補充。在光環中運行的兩顆小衛星:Io XVI和Io XVII,顯然是光環資源的最佳候選。
1994年7月,蘇梅克-列維9號彗星與木星相撞,出現了驚人的現象(左圖)。即使是業余望遠鏡也能清楚地觀察到表面現象。將近壹年後,哈勃望遠鏡仍然可以觀察到碰撞產生的碎片。
木星是天空中最亮的恒星(僅次於金星,但金星在夜空中往往是看不見的)。用雙筒望遠鏡可以很容易地觀察到四顆伽利略衛星;木星表面的光帶和大紅斑可以通過小型天文望遠鏡觀察到。邁克·哈維的行星搜索圖顯示了火星和天空中其他行星的位置。越來越多的細節,越來越好的圖表,會被輝煌銀河等天文程序發現和完成。