為什么木星被稱為“巨行星”？

【專家解說】：木星古稱歲星，是離太陽第五顆行星，而且是最大的一顆，比所有其他的行星的合質(zhì)量大2倍（地球的318倍）。木星繞太陽公轉(zhuǎn)的周期為4332.589天，約合11.86年。木星(a.k.a. Jove)希臘人稱之為 宙斯(眾神之王，奧林匹斯山的統(tǒng)治者和羅馬國(guó)的保護(hù)人，它是Cronus（土星的兒子。) 公轉(zhuǎn)軌道: 距太陽 778,330,000 千米 (5.20 天文單位) 行星直徑: 142,984 千米 (赤道) 質(zhì)量: 1.900e27 千克 　　木星是天空中第四亮的物體（次于太陽，月球和金星；有時(shí)候火星更亮一些），早在史前木星就已被人類所知曉。根據(jù)伽利略1610年對(duì)木星四顆衛(wèi)星：木衛(wèi)一，木衛(wèi)二，木衛(wèi)三和木衛(wèi)四（現(xiàn)常被稱作伽利略衛(wèi)星）的觀察，它們是不以地球?yàn)橹行倪\(yùn)轉(zhuǎn)的第一個(gè)發(fā)現(xiàn)，也是贊同哥白尼的日心說的有關(guān)行星運(yùn)動(dòng)的主要依據(jù)。 　　 木星在1973年被先驅(qū)者10號(hào)首次拜訪，后來又陸續(xù)被先驅(qū)者11號(hào)，旅行者1號(hào)，旅行者2號(hào)和Ulysses號(hào)考察。目前，伽利略號(hào)飛行器正在環(huán)繞木星運(yùn)行，并將在以后的兩年中不斷發(fā)回它的有關(guān)數(shù)據(jù)。 　　 氣態(tài)行星沒有實(shí)體表面，它們的氣態(tài)物質(zhì)密度只是由深度的變大而不斷加大（我們從它們表面相當(dāng)于1個(gè)大氣壓處開始算它們的半徑和直徑）。我們所看到的通常是大氣中云層的頂端，壓強(qiáng)比1個(gè)大氣壓略高。 　　 木星由90％的氫和10％的氦（原子數(shù)之比, 75/25％的質(zhì)量比）及微量的甲烷、水、氨水和“石頭”組成。這與形成整個(gè)太陽系的原始的太陽系星云的組成十分相似。土星有一個(gè)類似的組成，但天王星與海王星的組成中，氫和氦的量就少一些了。 　　 我們得到的有關(guān)木星內(nèi)部結(jié)構(gòu)的資料（及其他氣態(tài)行星）來源很不直接，并有了很長(zhǎng)時(shí)間的停滯。（來自伽利略號(hào)的木星大氣數(shù)據(jù)只探測(cè)到了云層下150千米處。） 　　 木星可能有一個(gè)石質(zhì)的內(nèi)核，相當(dāng)于10－15個(gè)地球的質(zhì)量。 　　 內(nèi)核上則是大部分的行星物質(zhì)集結(jié)地，以液態(tài)金屬氫的形式存在。這些木星上最普通的形式基礎(chǔ)可能只在40億巴壓強(qiáng)下才存在，木星內(nèi)部就是這種環(huán)境（土星也是）。液態(tài)金屬氫由離子化的質(zhì)子與電子組成（類似于太陽的內(nèi)部，不過溫度低多了）。在木星內(nèi)部的溫度壓強(qiáng)下，氫氣是液態(tài)的，而非氣態(tài)，這使它成為了木星磁場(chǎng)的電子指揮者與根源。同樣在這一層也可能含有一些氦和微量的冰。 　　 最外層主要由普通的氫氣與氦氣分子組成，它們?cè)趦?nèi)部是液體，而在較外部則氣體化了，我們所能看到的就是這深邃的一層的較高處。水、二氧化碳、甲烷及其他一些簡(jiǎn)單氣體分子在此處也有一點(diǎn)兒。 　　云層的三個(gè)明顯分層中被認(rèn)為存在著氨冰，銨水硫化物和冰水混合物。然而，來自伽利略號(hào)的證明的初步結(jié)果表明云層中這些物質(zhì)極其稀少（一個(gè)儀器看來已檢測(cè)了最外層，另一個(gè)同時(shí)可能已檢測(cè)了第二外層）。但這次證明的地表位置十分不同尋常－－基于地球的望遠(yuǎn)鏡觀察及更多的來自伽利略號(hào)軌道飛船的最近觀察提示這次證明所選的區(qū)域很可能是那時(shí)候木星表面最溫暖又是云層最少的地區(qū)。 　　 來自伽利略號(hào)的大氣層數(shù)據(jù)同樣證明那里的水比預(yù)計(jì)的少得多，原先預(yù)計(jì)木星大氣所包含的氧是目前太陽的兩倍（算上充足的氫來生成水），但目前實(shí)際集中的比太陽要少。另外一個(gè)驚人的消息是大氣外層的高溫和它的密度。 　　 木星和其他氣態(tài)行星表面有高速颶風(fēng)，并被限制在狹小的緯度范圍內(nèi)，在連近緯度的風(fēng)吹的方向又與其相反。這些帶中輕微的化學(xué)成分與溫度變化造成了多彩的地表帶，支配著行星的外貌。光亮的表面帶被稱作區(qū)（zones），暗的叫作帶（belts）。這些木星上的帶子很早就被人們知道了，但帶子邊界地帶的漩渦則由旅行者號(hào)飛船第一次發(fā)現(xiàn)。伽利略號(hào)飛船發(fā)回的數(shù)據(jù)表明表面風(fēng)速比預(yù)料的快得多（大于400英里每小時(shí)），并延伸到根所能觀察到的一樣深的地方，大約向內(nèi)延伸有數(shù)千千米。木星的大氣層也被發(fā)現(xiàn)相當(dāng)紊亂，這表明由于它內(nèi)部的熱量使得颶風(fēng)在大部分急速運(yùn)動(dòng)，不像地球只從太陽處獲取熱量。 　　 木星表面云層的多彩可能是由大氣中化學(xué)成分的微妙差異及其作用造成的，可能其中混入了硫的混合物，造就了五彩繽紛的視覺效果，但是其詳情仍無法知曉。 　　 色彩的變化與云層的高度有關(guān)：最低處為藍(lán)色，跟著是棕色與白色，最高處為紅色。我們通過高處云層的洞才能看到低處的云層。 　　 木星表面的大紅斑早在300年前就被地球上的觀察所知曉（這個(gè)發(fā)現(xiàn)常歸功于卡西尼，或是17世紀(jì)的Robert Hooke）。大紅斑是個(gè)長(zhǎng)25,000千米,跨度12,000千米的橢圓，總以容納兩個(gè)地球。其他較小一些的斑點(diǎn)也已被看到了數(shù)十年了。紅外線的觀察加上對(duì)它自轉(zhuǎn)趨勢(shì)的推導(dǎo)顯示大紅斑是一個(gè)高壓區(qū)，那里的云層頂端比周圍地區(qū)特別高，也特別冷。類似的情況在土星和海王星上也有。目前還不清楚為什么這類結(jié)構(gòu)能持續(xù)那么長(zhǎng)的一段時(shí)間。 　　木星向外輻射能量，比起從太陽處收到的來說要多。木星內(nèi)部很熱：內(nèi)核處可能高達(dá)20,000開。該熱量的產(chǎn)量是由開爾文-赫爾姆霍茲原理生成的（行星的慢速重力壓縮）。（木星并不是像太陽那樣由核反應(yīng)產(chǎn)生能量，它太小因而內(nèi)部溫度不夠引起核反應(yīng)的條件。）這些內(nèi)部產(chǎn)生的熱量可能很大地引發(fā)了木星液體層的對(duì)流，并引起了我們所見到的云頂?shù)膹?fù)雜移動(dòng)過程。土星與海王星在這方面與木星類似，奇怪的是，天王星則不。 　　木星與氣態(tài)行星所能達(dá)到的最大直徑一致。如果組成又有所增加，它將因重力而被壓縮，使得全球半徑只稍微增加一點(diǎn)兒。一顆恒星變大只能是因?yàn)閮?nèi)部的熱源（核能）關(guān)系，但木星要變成恒星的話，質(zhì)量起碼要再變大80倍。 　　木星有一個(gè)巨型磁場(chǎng)，比地球的大得多，磁層向外延伸超過6.5e7千米（超過了土星的軌道?。?。（小記：木星的磁層并非球狀，它只是朝太陽的方向延伸。）這樣一來木星的衛(wèi)星便始終處在木星的磁層中，由此產(chǎn)生的一些情況在木衛(wèi)一上有了部分解釋。不幸的是，對(duì)于未來太空行走者及全身心投入旅行者號(hào)和伽利略號(hào)設(shè)計(jì)的專家來說，木星的磁場(chǎng)在附近的環(huán)境捕獲的高能量粒子將是一個(gè)大障礙。這類輻射類似于，不過大大強(qiáng)烈于，地球的電離層帶的情況。它將馬上對(duì)未受保護(hù)的人類產(chǎn)生致命的影響。 　　伽利略號(hào)號(hào)飛行器對(duì)木星大氣的探測(cè)發(fā)現(xiàn)在木星光環(huán)和最外層大氣層之間另存在了一個(gè)強(qiáng)輻射帶，大致相當(dāng)于電離層輻射帶的十倍強(qiáng)。驚人的是，新發(fā)現(xiàn)的帶中含有來自不知何方的高能量氦離子。 　　木星有一個(gè)同土星般的光環(huán)，不過又小又微弱。（右圖）它們的發(fā)現(xiàn)純屬意料之外，只是由于兩個(gè)旅行者1號(hào)的科學(xué)家一再堅(jiān)持航行10億千米后，應(yīng)該去看一下是否有光環(huán)存在。其他人都認(rèn)為發(fā)現(xiàn)光環(huán)的可能性為零，但事實(shí)上它們是存在的。這兩個(gè)科學(xué)家想出的真是一條妙計(jì)啊。它們后來被地面上的望遠(yuǎn)鏡拍了照。 　　木星的光環(huán)較土星為暗（反照率為0.05）。它們由許多粒狀的巖石質(zhì)材料組成。 　　木星光環(huán)中的粒子可能并不是穩(wěn)定地存在（由大氣層和磁場(chǎng)的作用）。這樣一來，如果光環(huán)要保持形狀，它們需被不停地補(bǔ)充。兩顆處在光環(huán)中公轉(zhuǎn)的小衛(wèi)星：木衛(wèi)十六和木衛(wèi)十七，顯而易見是光環(huán)資源的最佳候選人。 　　1994年7月，蘇梅克－利維9號(hào)彗星碰撞木星，具有驚人的現(xiàn)象。甚至用業(yè)余望遠(yuǎn)鏡都能清楚地觀察到表面的現(xiàn)象。碰撞殘留的碎片在近一年后還可由哈博望遠(yuǎn)鏡觀察到。 　　在夜空中，木星是空中最亮的一顆星星（僅次于金星，但金星在夜空中往往不可見）。四個(gè)伽利略的衛(wèi)星用雙筒望遠(yuǎn)鏡可很容易的觀察到；木星表面的帶子和大紅斑可由小型天文望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)。邁克·哈衛(wèi)的行星尋找圖表顯示了火星以及其它行星在天空中的位置。越來越多的細(xì)節(jié)，越來越好的圖表將被如燦爛星河這樣的天文程序來發(fā)現(xiàn)和完成。