伽利略衞星

伽利略衞星是木星的四顆衞星，即木衞一（Io）、木衞二（Europa）、木衞三（Ganymede）、木衞四（Callisto），是意大利天文學家伽利略在1610年發現的，因而得名。它們的軌道呈圓形，其軌道平面幾乎都和木星的赤道面重合，自轉週期和繞木星轉動的週期相同，是太陽系內四個較大的衞星 ^[3]  。

1610年1月7日，伽利略觀測發現在木星的東邊，有兩顆明亮的小星星，而在木星西邊還有一顆小星星。1月8日，木星周圍出現三顆小星星，同樣在木星兩邊，而且排成一線。1月9日，天空多雲，未進行觀測活動。1月10日，木星周圍只有兩個小星星。伽利略猜測另一顆可能被木星擋在背後。 1月11日，伽利略得出結論，這三顆小星星都是圍繞着木星運動，就同金星、土星、圍繞着太陽運動一樣。1月13日，伽利略發現木星周圍的第四顆小星星，而且注意到這顆小星星並不閃爍發光。伽利略沒有間斷觀察，直到3月2日，伽利略肯定地得出結論，這四顆小星星都是木星的衞星，圍繞木星運動。伽利略馬上就把他的新發現告訴了其他人，並在帕多瓦大學進行公開演講與展示，宣佈他的天文新發現 ^[2]  。

對這四顆伽利略衞星命名的是德裔荷蘭天文學家西蒙·馬裏烏斯（Simon marius）（1573~1624)，他還宣稱自己在伽利略之前就發現了它們 ^[4]  。

這些衞星的發現對於日心體系的確立起了歷史性的作用。十七世紀七十年代，丹麥天文學家羅默正是通過伽利略衞星被木星掩食的現象第一次測出了光的傳播速度。十七世紀以來，對伽利略衞星的研究取得了許多成果 ^[3]  。

木衞一“艾奧”是木星四顆伽利略衞星中最靠內側的一顆，公轉軌道距離木星422，000公里，其直徑約3630公里，除了地球之外，木衞一是太陽系中唯一一顆被證實存在頻繁火山活動的星球。由於木衞一的引力較弱，大型爆發事件產生的碎屑噴發物會上升到很高的位置上。 ^[5] 

木衞一有稀薄的大氣，由二氧化硫與其他氣體組成。與外層太陽系的衞星不同，木衞一與木衞二的組成與類地行星類似，主要由熾熱的硅酸鹽岩石構成。其表面也與太陽系中其他星體截然不同，這使得科學家在第一次接觸旅行者號發回的數據時非常驚奇。他們原以為在類地星體上應佈滿了受撞擊後留下的大大小小的環形山，然後以單位面積內留下的“彈坑”來估計星球外殼的年齡。但實際上木衞一的表面環形山極少，簡直屈指可數。這樣看來，其表面非常年輕 ^[6]  。

木衞一有着令人驚異的多種地形：有向下有數千米深的火山口，有熾熱的硫湖，有很明顯不過的非火山的連綿山脈，流淌着數百千米長的粘稠的液體，還有一些火山噴口。硫和其化合物的多種顏色使得木衞一表面的顏色多樣化 ^[6]  。

木衞一表面的最熱點温度可達700K，雖然它的平均温度只有大約130K。這些熱點是木衞一損失其熱量的主要原因。不像其他伽利略發現的衞星，木衞一幾乎沒有水。這可能由於在太陽系進化過程的初期，木星太熱，把木衞一較易揮發的物質都蒸發掉了 ^[6]  。

對旅行者號的圖片分析使得科學家確信木衞一表面的熔岩流大多由熾熱的硫的化合物組成。然而，接下去的基於地表的研究表明對那裏温度過高，不會有液態硫。一個當前的説法是，木衞一的熔岩流是由熾熱的硅酸鹽岩石組成的。最近的哈勃望遠鏡的觀察表明那些物質中可能富含鈉，或者説那裏不同的地方物質有着不同的組成成分 ^[6]  。

木衞一所有活動所需要的能量可能來自它與木衞二、木衞三及木星之間的交互引潮力。這三顆衞星的共動關係固定，木衞一的公轉週期是木衞二的兩倍，後者是木衞三的兩倍。雖然木衞一就像地球的衞星月球一般，只用固定的一面朝向其主星，由於木衞二與木衞三的作用使它有一點點不穩定。它使木衞一扭動、彎曲，大約有100米長，並在復原扭曲的循環中產生能量。木衞一同樣切割木星的磁場線，生成電流。對於引潮力而言由此產生的能量不多，但電流的功率仍有1兆瓦特。它也剝去了一些木衞一的物質，並在木星周圍產生強烈的凸起狀輻射。在凸出面中脱離的粒子部分地造成了木星的巨大磁層 ^[6]  。

來自伽利略號的最近數據顯示木衞一可能有自己的磁場，就像木衞三一樣 ^[6]  。

木衞二（Europa）是木星的第六顆已知衞星，並是木星的第四大衞星，比月球稍微小一點，直徑為3138 千米，由伽利略於1610年發現。木衞二的組成與類地行星相似：主要由硅酸鹽岩石組成。但是與木衞一不同，木衞二有一個薄薄的冰外殼 ^[7]  。

木衞二上的環形山很少；只發現三個直徑大於5千米的環形山。木衞二的表面照片與地球海洋上的冰的照片相似。這可能是因為木衞二表面的冰以下有一層液態的水，或許有50千米深，由引潮力帶來的熱量保持液態。如果是這樣的話，這將是除地球之外，太陽系中唯一一個有大量的液態水存在的地方 ^[7]  。

木衞二有一個含氧的稀薄大氣。不像地球的大氣中的氧，木衞二的並不是生物形成的。它最可能是由於太陽光中的電荷粒子撞擊木衞二的冰質表面而產生水蒸氣，然而分成氫氣和氧氣。氫氣脱離，留下了氧氣 ^[7]  。

木衞二是太陽系中最明亮的一顆衞星，幾百年來它以它的獨特性使一批又一批的科學家對它着迷。它之所以顯得如此明亮是由於它表面有一層冰殼，能強烈地反射太陽光線。目前科學界普遍認為，木衞二表面沒有陸地，寒冷的外殼冰層下面是一片汪洋大海，水量比地球擁有的水要多得多。海洋正在吸收大量的氧氣，甚至遠比預測模型顯示的要多。海底部分區域應該與地球深海熱泉周圍環境極為相似，其構成足以支持多種生命形態存活 ^[7]  。

木衞三為最大的木星已知衞星，也是第七顆發現的木星衞星，在伽利略發現的衞星中離木星第三近。木衞三距離木星 1，070，000 千米，衞星直徑為5262 千米，質量為1.48e23 千克。它的直徑大於水星，質量約為水星的一半，也是太陽系中最大的衞星 ^[8]  。

木衞三被伽利略於1610年發現。但其實早在2000多年前，我國戰國時楚國著名天文學家甘德就發現了，可因為當時科學還不被廣泛普及，所以這個結論被認為為謬論。直到1610年伽利略發現才證實了這一説法 ^[8]  。

木衞三（Ganymede）是環繞木星運行的一顆衞星。是太陽系最大的衞星，直徑約5276千米。木衞三僅需要一個多星期即可繞木星旋轉一圈，離木星有1070000千米 ^[8]  。

在伽利略號接觸木衞三之前，普遍認為它與木衞四是一塊石質物質外包一個大的水或冰水混合物作為地幔，並有一個冰外殼（這與土衞六和海衞一相似）。來自伽利略號的初步數據提議木衞四有一個獨一無二的組成成份，而木衞三則有三個層結構：一個小型的鐵或鐵硫化物內核，外面是硅酸鹽岩石地幔，最外部是冰質外殼。事實上，木衞三除了一個冰外殼外，與木衞一極相似 ^[8]  。

木衞三的表面很粗糙，混有兩種地形：非常古老，隕坑遍佈的黑暗區，和相對年輕的有着大片凹槽和山脊的較明亮地區。它們的起源很顯然不過是因為自然構造的，但詳情不很清楚。在這方面，木衞三可能與地球，及金星或火星類似 ^[8]  。

哈勃望遠鏡發現了木衞三有稀薄的含氧大氣的證據，與木衞二上發現的極相似。類似的凹槽與山脊的地形在土衞二、天衞五和天衞一也可見。黑暗區則與木衞四的表面相似 ^[8]  。

兩種地形上都有延伸的環形山，環形山的密集程度反映它已有了30-35億的年齡，與月球並不多。環形山有時為凹槽所切斷，説明凹槽也很古老。相當年輕的環形山通過發出的光線也可被看到。但是它不像月球，隕坑都較平，缺少環狀的山相圍，中央窪地則通常與月球和水星上的相同。這可能是由於木衞三的冰外殼較脆弱，使地質流動而缺少起伏的緣故。古老的環形山被逐漸抹去，常被稱作“覆畫” ^[8]  。

伽利略號飛行器第一次飛經木衞三時發現它有自己的磁場，內含於木星巨磁場中。這可能與地球類似：星體內部物質運動的結果 ^[8]  。

研究人員發現，在木衞三表面的崎嶇冰層下，可能藏有液態的鹹水海洋。地下水源的存在，是星球上是否擁有生命跡象的重要指針。這項最新的結果使得“加尼米德”也成為第3顆擁有地下水源的木星衞星。另外2個類似的衞星，分別是木衞二以及木衞四。研究人員是在分析美國太空總署（NASA）的伽利略號宇宙飛船所傳回的資料時，發現了可能的地底海洋 ^[8]  。

木衞四是木星的第二大衞星，直徑4821千米，平均密度小，意味着水佔一半以上。它沒有大氣，其表面的隕擊坑幾乎達到飽和程度，沒有像暗的月海那樣的平坦平原；另一方面，它表面缺少帶亮輻射紋的年輕隕擊坑，又缺少構造活動證據來推斷其表面很古老（至少像月海那麼古老，因為在後來的漫長年代中很少或沒有經歷內部物質上湧等地質活動的改造，而因隕星塵積累使冰表面變暗） ^[9]  。