木星的詳細(xì)資料

【專家解說】：木星資料 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: 1.90*10^27千克 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)。 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，并有了很長時(shí)間的停滯。（來自伽利略號的木星大氣數(shù)據(jù)只探測到了云層下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，它們在內(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)儀器看來已檢測了最外層，另一個(gè)同時(shí)可能已檢測了第二外層）。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飛船第一次發(fā)現(xiàn)。伽利略號飛船發(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它自轉(zhuǎn)趨勢的推導(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。 宇宙飛船發(fā)回的考察結(jié)果表明，木星有較強(qiáng)的磁場，表面磁場強(qiáng)度達(dá)3～14高斯，比地球表面磁場強(qiáng)得多（地球表面磁場強(qiáng)度只有0.3～0.8高斯）。木星磁場和地球的一樣，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。由于木星磁場與太陽風(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140萬～700萬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，使之免遭太陽風(fēng)的襲擊。地球周圍有條稱為范艾倫帶的輻射帶，木星周圍也有這樣的輻射帶?！奥眯姓?號”還發(fā)現(xiàn)木星背向太陽的一面有3萬公里長的北極光。1981年初，當(dāng)“旅行者2號”早已離開木星磁層飛奔土星的途中，曾再次受到木星磁場的影響。由此看來，木星磁尾至少拖長到6000萬公里，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)很難觀測到，它沒有土星那么顯著壯觀，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。 木星的光環(huán) 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。 伽利略號號飛行器對木星大氣的探測發(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。 1994年7月，蘇梅克－利維9號彗星碰撞木星，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。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。 過去有人猜測，在木星附近有一個(gè)塵埃層或環(huán)，但一直未能證實(shí)。1979年3月，“旅行者1號”考察木星時(shí)，拍攝到木星環(huán)的照片，不久，“旅行者2號”又獲得了木星環(huán)的更多情況，終于證實(shí)木星也有光環(huán)。木星光環(huán)的形狀像個(gè)薄圓盤，其厚度約為30公里，寬度約為6500公里，離木星12.8萬公里。光環(huán)分為內(nèi)環(huán)和外環(huán)，外環(huán)較亮，內(nèi)環(huán)較暗，幾乎與木星大氣層相接。光環(huán)的光譜型為G型，光環(huán)也環(huán)繞著木星公轉(zhuǎn)，7小時(shí)轉(zhuǎn)一圈。木星光環(huán)是由許多黑色碎石塊構(gòu)成的，石塊直徑在數(shù)十米到數(shù)百米之間。由于黑石塊不反射太陽光，因而長期以來一直未被我們發(fā)現(xiàn)。 木星有一層厚而濃密的大氣層，大氣的主要成分是氫，占80％以上，其次是氦，約占18％，其余還有甲烷、氨、碳、氧和水汽等，總含量不足1％。由于木星有較強(qiáng)的內(nèi)部能源，致使其赤道與兩極溫差不大，不超過3℃，因此木星上南北風(fēng)很小，主要是東西風(fēng)，最大風(fēng)速達(dá) 130～150米／秒。木星大氣中充滿了稠密活躍的云系。各種顏色的云層像波浪一樣在激烈翻騰著。在木星大氣中還觀測到有閃電和雷暴。由于木星的快速自轉(zhuǎn)，因此能在它的大氣中觀測到與赤道平行的、明暗交替的帶紋，其中的亮帶是向上運(yùn)動(dòng)的區(qū)域，暗紋則是較低和較暗的云。 木星的大紅斑位于南緯23°處，東西長4萬公里，南北寬1.3萬公里。探測器發(fā)現(xiàn)，大紅斑是一團(tuán)激烈上升的氣流，呈深褐色。這個(gè)彩色的氣旋以逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。在大紅斑中心部分有個(gè)小顆粒，是大紅斑的核，其大小約幾百公里。這個(gè)核在周圍的反時(shí)針漩渦運(yùn)動(dòng)中維持不動(dòng)。大紅斑的壽命很長，可維持幾百年或更長久。 由于木星離太陽平均距離為7.78億公里，因此木星的表面溫度比地球表面溫度低得多。從木星接受太陽輻射計(jì)算，其表面有效溫度值為-168℃，而地球觀測值為-139℃，“先驅(qū)者11號”宇宙飛船的探測值為-150℃，均比理論值高，這也說明木星有內(nèi)部熱源。 “先驅(qū)者號”探測器對木星考察的結(jié)果表明，木星沒有固體表面，11是一個(gè)流體行星。主要是氫和氦。木星的內(nèi)部分為木星核和木星幔兩層，木星核位于木星中心，主要由鐵和硅構(gòu)成，是固體核，溫度達(dá)3萬K。木星幔位于木星核外，以氫為主要元素組成的厚層，其厚度約為7萬公里。木幔外就是木星大氣，再向外延伸1000公里，就到云頂。