木星有地表嗎?

【專(zhuān)家解說(shuō)】：木星是天空中第四亮的物體(次于太陽(yáng)，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(lèi)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(chēng)作伽利略衛(wèi)星)的觀(guān)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(shuō)的有關(guān)行星運(yùn)動(dòng)的主要依據(jù)。 氣態(tài)行星沒(méi)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(kāi)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(yáng)系的原始的太陽(yáng)系星云的組成十分相似。土星有一個(gè)類(lèi)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(lái)源很不直接，并有了很長(zhǎng)時(shí)間的停滯。(來(lái)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)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(lèi)似于太陽(yáng)的內(nèi)部，不過(guò)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(lái)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(lái)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(guān)察及更多的來(lái)自伽利略號(hào)軌道飛船的最近觀(guān)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(lái)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(yáng)的兩倍(算上充足的氫來(lái)生成水)，但目前實(shí)際集中的比太陽(yáng)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)，在接近緯度的風(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(chēng)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(guān)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(yáng)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(jué)效果，但是其詳情仍無(wú)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(guò)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(guān)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(xiàn)的觀(guān)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?chē)貐^(qū)特別高，也特別冷。類(lèi)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(lèi)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(yáng)處收到的來(lái)說(shuō)要多。木星內(nèi)部很熱:內(nèi)核處可能高達(dá)20,000開(kāi)。該熱量的產(chǎn)量是由開(kāi)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(yáng)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(jiàn)到的云頂?shù)膹?fù)雜移動(dòng)過(guò)程。土星與海王星在這方面與木星類(lèi)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(huà)，質(zhì)量起碼要再變大80倍。 宇宙飛船發(fā)回的考察結(jié)果表明，木星有較強(qiáng)的磁場(chǎng)，表面磁場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)3~14高斯，比地球表面磁場(chǎng)強(qiáng)得多(地球表面磁場(chǎng)強(qiáng)度只有0.3~0.8高斯)。木星磁場(chǎng)和地球的一樣，是偶極的，磁軸和自轉(zhuǎn)軸之間有 10°8′的傾角。木星的正磁極指的不是北極，而是南極，這與地球的情況正好相反。由于木星磁場(chǎng)與太陽(yáng)風(fēng)的相互作用，形成了木星磁層。木星磁層的范圍大而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在距離木星140萬(wàn)~700萬(wàn)公里之間的巨大空間都是木星的磁層;而地球的磁層只在距地心7~8公里的范圍內(nèi)。木星的四個(gè)大衛(wèi)星都被木星的磁層所屏蔽，使之免遭太陽(yáng)風(fēng)的襲擊。地球周?chē)袟l稱(chēng)為范艾倫帶的輻射帶，木星周?chē)灿羞@樣的輻射帶。“旅行者1號(hào)”還發(fā)現(xiàn)木星背向太陽(yáng)的一面有3萬(wàn)公里長(zhǎng)的北極光。1981年初，當(dāng)“旅行者2號(hào)”早已離開(kāi)木星磁層飛奔土星的途中，曾再次受到木星磁場(chǎng)的影響。由此看來(lái)，木星磁尾至少拖長(zhǎng)到6000萬(wàn)公里，已達(dá)到土星的軌道上。 木星的兩極有極光，這似乎是從木衛(wèi)一上火山噴發(fā)出的物質(zhì)沿著木星的引力線(xiàn)進(jìn)入木星大氣而形成的。木星有光環(huán)。光環(huán)系統(tǒng)是太陽(yáng)系巨行星的一個(gè)共同特征，主要由小石塊和雪團(tuán)等物質(zhì)組成。木星的光環(huán)很難觀(guān)測(cè)到，它沒(méi)有土星那么顯著壯觀(guān)，但也可以分成四圈。木星環(huán)約有6500公里寬，但厚度不到10公里。