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木星
(太陽系八大行星之一)
鎖定
木星(Jupiter)是太陽系中距離太陽第五近的行星,也是太陽系中體積最大的行星。
古人早已認識這顆行星 ,羅馬人以主神朱庇特命名這顆行星。古代中國則稱木星為歲星,取其繞行天球
[19]
一週約為12年,與地支相同之故。到西漢時期,《史記‧天官書》作者司馬遷從實際觀測發現歲星呈青色,與“五行”學説聯繫在一起,正式把它命名為“木星”。
- 中文名
- 木星
- 外文名
- Jupiter
- 別 名
- 歲星
- 分 類
- 行星,類木行星,氣態巨行星
- 質 量
- 1.8982✕1027 kg(317.8 M⊕)
- 平均密度
- 1.326 g/cm³
- 直 徑
- 139822 km(平均直徑)
- 表面温度
- -108 ℃(165 K,1巴大氣雲頂)
- 逃逸速度
- 59.5 km/s
- 反照率
- 0.503(球面,0.538 幾何)
- 視星等
- -2.94 至 -1.66 等 [1]
- 自轉週期
- 9小時55分30秒(赤道略短,兩極略長) [1]
- 半長軸
- 5.2044 天文單位
- 離心率
- 0.0489
- 公轉週期
- 11.862 年
- 平近點角
- 20.020 度
- 軌道傾角
- 1.303 度
- 升交點經度
- 100.464 度
- 遠日點
- 5.4588 天文單位
- 近日點
- 4.9501 天文單位
- 平均公轉速度
- 47051 km/h
- 會合週期
- 398.88 天
- 極半徑
- 66854 km
- 扁 率
- 0.06487±0.00015
- 表面積
- 6.1419×10^10km²(地球的122倍)
- 體 積
- 1.4313×10^15km³(地球的1316倍)
- 表面重力
- 24.79 m/s2(2.528 g)
- 表面氣壓
- 20–200 千帕
- 衞星數量
- 已知有95 顆 [2] [22]
- 大氣成分
- 氫氣、氦氣、甲烷、氨、重氫、乙烷、水
- 衞星發現者
- 伽利略,甘德等 [3]
- 轉軸傾角
- 3.13°
- 赤道半徑
- 71492公里
木星人文歷史
木星發現&命名
木星,因為在夜晚以肉眼很容易就看見它,當太陽位置很低時,偶爾也能在白天看見,因此自古以來就為人所知。在巴比倫,這個天體代表他們的神馬爾杜克(Marduk)。他們用木星軌道大約12年繞行黃道一週來定義它們生肖的星宮。羅馬人依據神話將它命名為木星(拉丁語:Iuppiter, Iūpiter,也稱為Jove),是羅馬神話中主要的神,它的名字來自原始印歐語系的呼格合成*Dyēu-pəter(主格:*Dyēus-pətēr,意思是“O天神之父”或“O日神之父”)。相對而言,木星對應於希臘神話是宙斯(Ζεύς),也被稱為Dias(Δίας),其中的行星名稱仍然保留在現代的希臘語中。在英語,週四(Thursday)是源自“雷神日”(Thor's day),是出在日耳曼神話。相較於羅馬神話就是朱庇特。羅馬星期四的Jovis也重新命名為“Thursday”。
在中、日、韓語系中,基於中國的五行,這顆行星被稱為木星。李商隱在《馬嵬》中那句“如何四紀為天子,不及盧家有莫愁”中的“紀“即為木星的公轉週期。中國的道教將它擬人化成為福星。在吠陀占星學中,木星被稱為祭主仙人(Brihaspati),是啓發靈性的宗教導師,通常稱為上師(Guru),字面的意思是"重人"。在突厥神話,木星稱為“Erendiz/Erentüz”。
木星研究
生命可能
在1953年,米勒-尤里實驗證明了閃電和存在於原始地球大氣中的化合物組合可以形成有機物(包括氨基酸),可以作為生命的基石。這模擬的大氣成分為水、甲烷、氨和氫分子;所有的這些物質都在現今的木星大氣層中被發現。木星的大氣層有強大的垂直空氣流動,運載這些化合物進入較低的地區。但在木星的內部有更高的温度,會分解這些化學物,會妨礙類似地球生命的形成。
[16]
木星天文數據
木星運動&軌道
公轉與自轉
木星與太陽的共同質心實際上是位於距離太陽中心的1.07倍太陽半徑之外——或者説是位於太陽表面之外的7%太陽半徑的位置。木星至太陽的平均距離是7億7800萬千米(大約是地球至太陽距離的5.2倍,或5.2天文單位),公轉太陽一週要11.8地球年。這是土星公轉週期的五分之二,也就是説太陽系最大的兩顆行星之間形成5:2的共振軌道週期。木星的橢圓軌道相對於地球軌道傾斜1.31°,因為離心率0.048,因此近日點和遠日點的距離相差7,500萬千米。木星的轉軸傾角相較於地球和火星非常小,只有3.13°,因此沒有明顯的季節變化。木星的自轉是太陽系所有行星中最快的,對其軸完成一次旋轉的時間少於10小時;這造成的赤道隆起,在地球以業餘的小望遠鏡就可以很容易看出來。這顆行星是顆扁球體,意思是它的赤道直徑比兩極之間的直徑長。木星的赤道直徑比通過兩極的直徑長9275千米。
[4]
因為木星沒有固體表面,上層大氣有着較差自轉。木星極區大氣層的自轉週期比赤道的長約5分鐘,有三個系統作為參考框架,特別是在描繪大氣運動的特徵。系統I適用於緯度10°N至10°S的範圍,是最短的9小時50分30.0秒。系統II適用於從南至北所有的緯度,它的週期是9小時55分40.6秒。系統III最早是電波天文學定義的,對應於行星磁層的自轉,它的週期就是採用的木星自轉週期。
木星衞星&光環
衞星
木衞一、木衞二、木衞三、木衞四在1610年被伽利略用望遠鏡發現,稱為伽利略衞星。1892年巴納德發現了木衞五,其他衞星都是1904年以後用照相方法陸續發現的。旅行者號飛船於1979年發現了木衞十四,1980年又先後發現木衞十五和木衞十六。除四個伽利略衞星外,其餘的衞星半徑多是幾千米到20千米的大石頭。木衞三半徑為2631千米,是衞星中最大的一顆,直徑大於水星。木衞二可能存在液態的海洋。木星的四個伽利略衞星和木衞五的軌道幾乎在木星的赤道面上。
[5]
木星運動正逐漸地變緩。同樣相同的引潮力也改變了衞星的軌道,使它們慢慢地逐漸遠離木星。木衞一、木衞二、木衞三由引潮力影響而使軌道共振固定為1:2:4,並共同變化。木衞四也是這其中一個部分,在未來的數億年裏,木衞四也將被鎖定,以木衞三的兩倍公轉週期,以木衞一的八倍來運行。
木星有眾多衞星,2018年已發現79顆,木星的衞星由宙斯一生中所接觸過的人來命名(大多是他的情人)。它們大致分為三羣:第一,順行的規則衞星,最靠近木星,木衞十六、木衞十四、木衞五、木衞十五和四顆伽利略衞星共8顆,軌道偏心率都小於0.01。第二,順行的不規則衞星,離木星稍遠的一羣,包括木衞十三、木衞六、木衞十及木衞七等,偏心離為0.11~0.21。第三,逆行的不規則衞星,離木星最遠的一羣,包括木衞十二、木衞十一、木衞八及木衞九等,偏心率0.17~0.38。
規則衞星 | |
內側羣 | 內側的4顆小衞星,直徑小於200千米,軌道半徑小於200000千米,軌道傾角小於0.5度。 |
不規則衞星 | |
撒米斯圖羣 | 這是單獨一顆衞星的羣組,軌道介於伽利略衞星和希馬利亞羣半途的中間位置。 |
希馬利亞羣 | 一個緊密的族羣,軌道距離在11000000千米至12000000千米。 |
卡普羣 | 另一個單一衞星的羣,在亞南克羣的內緣,以順行方向繞着木運轉。 |
亞南克羣 | 逆行衞星羣,邊界相當模糊,平均距離木星21276000千米,平均軌道傾角為149度。 |
加爾尼羣 | 相當明顯的逆行衞星羣,平均距離木星23404000千米,平均軌道傾角165度。 |
帕西法爾羣 | 分散、特徵含糊的逆行衞星羣,涵蓋所有最外層的衞星。 |
木星行星環
木星有一個同土星般的環,不過又小又微弱。早在1974年先鋒11號探測器訪問木星時,就曾在離木星約13萬千米處觀測到高能帶電粒子的吸收特徵。兩年後有人提出這一現象可用木星存在塵埃環來説明。可惜當時無人作進一步的定量研究以推測這一假設環的物理性質。木星環的發現純屬意料之外,只是由於兩個旅行者1號的科學家一再堅持應該去看一下是否有光環存在。其他人都認為發現光環的可能性為零,但事實上木星環是存在的。1979年3月,旅行者1號探測器穿越木星赤道平面時,這時它所攜帶的窄角照相機在離木星120萬千米的地方拍到了亮度十分闇弱的木星環的照片。同年7月,後到達的旅行者2號探測器又獲得了有關木星環的更多的信息,證實了這個結論。
木星光環的形狀像個薄圓盤,其厚度約為30千米,寬度約為9400千米,離木星128300千米。光環分為內環和外環,外環較亮,內環較暗幾乎與木星大氣層相接。光環的光譜型為G型,光環也環繞着木星公轉,7小時轉一圈。根據對空間飛船所拍得照片的研究,現已知道木星環系主要由亮環、暗環和暈三部分組成。亮環在暗環的外邊暈為一層極薄的塵雲,將亮環和暗環整個包圍起來的厚度不超過30千米亮環離木星中心約13萬千米,寬600千米。暗環在亮環的內側,寬可達5萬千米,其內邊緣幾乎同木星大氣層相接。亮環的不透明度很低,其環粒只能截收通過陽光的萬分之一左右。靠近亮環的外緣有一寬約700千米的亮帶它比環的其餘部分約亮10%,暗環的亮度只及亮度環的幾分之一。暈的延伸範圍可達環面上下各1萬千米它在暗環兩旁延伸到最遠點,外邊界則比亮環略遠。據推算,環粒的大小約為2微米,真可算是微粒。這種微米量級的微粒因輻射壓力、微隕星撞擊等原因壽命大大短於太陽系壽命。為了證實木星環是一種相對穩定結構這一説法人們提出了維持這種小塵埃粒子數量的動態穩定的幾種可能的環粒補充源。
如果光環要保持形狀,它們需被不停地補充。兩顆處在光環中公轉的小衞星:木衞十六和木衞十七,是光環物質來源的最佳候選。木星的兩極有極光,這似乎是從木衞一上火山噴發出的物質沿着木星的引力線進入木星大氣而形成的。木星有光環,光環系統是太陽系巨行星的一個共同特徵,主要由黑色碎石塊和雪團等物質組成。木星的光環很難觀測到它沒有土星那麼顯著壯觀,但也可以分成四圈。木星環約有9400千米寬,但厚度不到30千米,光環繞木星旋轉一週需要大約7小時。伽利略號飛行器對木星大氣的探測發現木星光環和最外層大氣層之間另存在了一個強輻射帶,大致相當於電離層輻射帶的十倍強。
木星觀測
1610年,伽利略·伽利雷(Galileo di Vincenzo Bonaulti de Galilei)和西門·馬裏烏斯(Simon Marius)各自獨立的發現木星的4顆大衞星(伽利略衞星),這是首次發現不屬於地球的衞星,也是當時首次發現顯然不以地球為中心運動的天體。這是對尼古拉·哥白尼(Mikołaj Kopernik)日心説最主要的支撐,伽利略直言不諱的支持哥白尼學説,使他被置於教會的威脅下。1660年代,喬凡尼·多美尼科·卡西尼(Giovanni Domenico Cassini)使用一架新的望遠鏡發現木星的斑點和彩色的區帶,並且觀察到這顆行星出現扁平形;就是在兩極扁平。他也估計出這顆行星的自轉週期。在1690年,卡西尼發現大氣經歷較差自轉。大紅斑是在木星南半球的一個顯著鵝蛋形特徵,可能早在1664年就被羅伯特·胡克(Robert Hooke)和卡西尼在1665年觀測過;雖然這仍有爭議。已知最早的繪圖來自藥劑師海因利希·史瓦貝(Samuel Heinrich Schwabe),他在1831年顯示大紅斑詳細的資訊。據説,大紅斑在1878年變得很顯眼前,在1665年至1708年曾經有多次從視線中消失的場合。它在1883年和20世紀初,再度被記錄到衰退。喬瓦尼·阿爾方多·波雷裏(Giovanni Alfonso Borelli)和卡西尼兩人都細心地做出木星衞星的運動表,可以預測這些衞星經過木星前方或背後的時間。在1670年代,人們觀測到當木星與地球在相對於太陽的兩側時,衞星運動事件的發生會比預測的慢達17分鐘。丹麥天文學家奧勒·羅默(Ole Rømer)推論視線看到的不是即時發生的事情(卡西尼在此之前曾經拒絕這樣的結論),而這個時間上的差異可以用來估計光速。1892年,愛德華·愛默生·巴納德(Edward Emerson Barnard)在加利福尼亞州使用利克天文台 36-英寸(910-毫米)的折射望遠鏡觀察到木星的第5顆衞星。發現了這顆相對較小的衞星,證明了他敏鋭的視力,使他很快的成名。這顆衞星後來被命名為木衞五(Amalthea)。這是最後一顆以人眼視覺發現的行星衞星,之後的衞星均從照片發現。
1932年,魯珀特·沃爾特根據木星的吸收光譜確定木星大氣中含有甲烷和氨。1938年,觀察到3個長壽的白色鵝蛋形反氣旋特徵。幾十年來,它們是獨立存在木星大氣層的特徵,有時會互相靠近,但永遠不會合並。最後,兩個在1998年合併,並在2000年吸收了第三個,被稱為長圓形BA。在1955年,巴納德柏克和肯尼斯·佛蘭克林偵測到來自木星的22.2MHz的無線電信號爆發。這些爆發與木星的自轉週期匹配,也能夠用這些資訊來改進自轉速率。發現來自木星的無線電爆發有兩種形式:長達數秒的長爆發(L爆發)和持續時間短於百分之一秒的短爆發(S爆發)。
科學家發現來自木星的無線電訊號有三種傳輸的形式:第一、隨着木星旋轉的十米無線電爆發(波長10米的無線電波),並且受到木衞一與木星磁場交互作用的影響。第二、釐米無線電輻射(波長為釐米的無線電波)於1959年首度由弗蘭克·德雷克(Fank Drake)和Hein Hvatum觀測到。這個信號起源於木星赤道附近的圓環帶狀,是由木星磁場中被加速電子引起的迴旋輻射。第三、輻射熱是由大氣中的熱產生的。
先驅者號探測
美國宇航局於1972年3月發射了先驅者10號探測器,這是第一個探測木星的使者,它穿越危險的小行星帶和木星周圍的強輻射區,經過一年零九個月,行程10億千米,於1973年10月率先飛臨木星,探測到木星規模宏大的磁層研究了木星大氣傳回了三百多幅木星圖像。1973年4月美國又發射了先驅者11號探測器,1974年12月5日到達木星,距離木星表面最少只有4.6萬千米,比先驅者10號更近。送回了有關木星磁場、輻射帶、中立、温度、大氣結構等情況,並觀測到了木星南極地帶。
旅行者號探測
1977年8月20日和9月5日,美國先後發射了旅行者2號和旅行者1號探測器這兩個姊妹探測器沿着兩條不同的軌道飛行。擔負探測太陽系外圍行星的任務發射一百天後,旅行者1號超過旅行者2號,並先期到達木星探測。1979年3月5日,旅行者1號在距木星27.5萬千米處與木星會合,拍攝了木星及其衞星的幾千張照片並傳回地球。通過這些照片可以發現木星周圍也有一個光環,還探測到木星的衞星上有火山爆發活動。旅行者2號於1979年7月9日到達木星附近,從木星及其衞星中間穿過,在距木星72萬千米處拍攝了幾千張照片。
[10]
伽利略號探測
伽利略號探測器於1989年升空,1995年12月抵達環木星軌道。它旅行了28億英里,它的終結日期比原來預計的晚了六年。伽利略號繞木星飛行了34圈,獲得了有關木星大氣層的第一手探測資料,在1995年將一個探測器放到了木星上。它發現木星的衞星木衞二、木衞三、木衞四的表面下有鹹水海洋,還發現木星衞星上有劇烈的火山爆發。
伽利略號的首要任務是要對木星系統進行為期兩年的研究,而事實上,伽利略號從1995年進入木星的軌道直到2003年墜毀,它一共在木星工作了8年之久。它環繞木星公轉,約兩個月公轉一週。在木星的不同位置上,得到其磁層的數據。此外它的軌道也是預留作近距觀測衞星的, 在1997年12月7日,它開始執行其額外任務,多次近距在木衞一和木衞二上越過,最近的一次是於2001年12月15日,距衞星表面僅180千米。
因為為了節約燃料,所以伽利略號並未滅菌處理,為了避免其與可能存在生命的木衞二接觸,伽利略號探測器在2003年年9月21日墜毀於木星,以此結束其近14年的太空探索生涯。這將是美國宇航局自1999年以來首次控制探測器在地球之外的天體上墜毀。
[11]
伽利略號對研究木星的衞星作出了很大的貢獻。在伽利略號到達木星之前,人們一共只發現了16顆木星的衞星。伽利略號到達後又發現了多個衞星,使這個數字已經上升到了63個。
朱諾號探測
朱諾號是NASA新疆界計劃前往木星探測的太空船。於2011年8月5日從卡納維拉爾角空軍基地發射升空,預定於2016年7月抵達。探測器將放置在繞極軌道,研究木星的組成、重力場、磁場和磁層和磁極。朱諾號也要搜索和尋找這顆行星是如何形成的線索,包括是否有岩石的核心、存在大氣層深處的水量、質量的分佈、風速可以達到618千米每小時(384英里每小時)的深度。
朱諾號探測器2011年8月5日發射,2013年10月9日利用地球引力彈弓加速飛往木星,在2016年7月5日到達木星軌道,展開對木星的深入探測。此後,朱諾號每年大約繞木星運轉32圈,
[12]
探測木星內部的結構情況;測定木星大氣成分;研究木星大氣對流情況以及探討木星磁場起源和磁層。通過它的探測,科學家希望瞭解木星這顆巨行星的形成、演化和本體內部結構以及木星衞星等。
[13]
詹姆斯·韋伯太空望遠鏡觀測
木星撞擊事件
1993年3月24日,美國天文學家尤金·蘇梅克(Eugene Merle Shoemaker)和卡羅琳·蘇梅克(Carolyn Shoemaker)以及天文愛好者戴維·列維(David H. Levy),利用美國加州帕洛瑪天文台的46釐米天文望遠鏡發現了一顆彗星,遂以他們的姓氏命名為蘇梅克-列維9號彗星。這顆彗星被發現一年零兩個多月後,於1994年7月16日至22日,斷裂成21個碎塊,其中最大的一塊寬約4千米,以每秒60千米的速度連珠炮一般向木星撞去。
[14]
2009年7月21日,澳大利亞一位業餘天文愛好者安東尼·衞斯理,在凌晨1點利用自家後院的14.5英寸反射式望遠鏡發現木星被彗星或者小行星撞擊,在木星表面留下地球般大小的撞擊痕跡。美國航空航天局噴氣推進實驗室在20日晚上9點證實了衞斯理的發現,並於21日證實木星在過去相當短一段時間內再次遭遇其他星體撞擊,使木星南極附近落下黑色疤斑撞擊處上空的木星大氣層出現一個地球大小的空洞。
[15]
2010年6月3日,澳洲的業餘天文學家天文愛好者觀測到一顆彗星的撞擊,造成小於以前觀測到的事件。另一位菲律賓的業餘天文學家也錄影捕捉到這次事件。
木星地理特徵
木星綜述
木星是一個巨大的液態氫星體。隨着深度的增加,在距離表面至少5000千米深處,液態氫在高壓和高温環境下形成。據推測,木星的中心是一個含硅酸鹽和鐵等物質組成的核區,物質組成與密度呈連續過渡。木星是氣態行星(又稱類木行星),即以非固體物質為主要組成的行星,它是太陽系中體積最大的行星,赤道直徑為142984千米。木星的密度為1.326g/cm³,在氣體行星中排行第二,但遠低於太陽系中四個類地行星。
木星質量大小
木星的質量是太陽系其他行星質量總和的2.5倍,由於它的質量是如此巨大,因此太陽系的質心落在太陽的表面之外,距離太陽中心1.068太陽半徑。雖然木星的直徑是地球的11倍,體積是地球的1321倍,非常巨大,但是它的密度很低,所以木星的質量只是地球的318倍。木星的半徑是太陽半徑的十分之一,質量只為太陽質量的千分之一,所以兩者的密度是相似的。“木星質量”(MJ或MJup)通常被作為描述其它天體(特別是系外行星和棕矮星)的質量單位。因此,例如系外行星HD 209458 b的質量是0.69MJup,而仙女座κb的質量是12.8MJup。
理論模型顯示如果木星的質量比現今更大,而不是318個地球質量,它將會繼續收縮。質量上的些許改變,不會讓木星的半徑有明顯的變化,大約要在500地球質量(1.6MJup)才會有明顯的改變。儘管隨着質量的增加,內部會因為壓力的增加而縮小體積。結果是,木星被認為是一顆幾乎達到了行星結構和演化史所能決定的最大半徑。隨着質量的增加,收縮的過程會繼續下去,直到達到可察覺的恆星形成質量,大約是50MJup的高質量棕矮星。
然而,需要75倍的木星質量才能使氫穩定的融合成為一顆恆星。最小的紅矮星,半徑大約只是木星的30%。儘管如此,木星仍然散發出更多的能量。它接受來自太陽的能量,而內部產生的能量也幾乎和接受自太陽的總能量相等。這些額外的熱量是由開爾文-赫爾姆霍茲原理通過收縮產生的。這個過程造成木星每年縮小約2釐米。當木星形成的時候,它要比當前觀測到的要略大一點。
[5]
木星大氣層
木星的高層大氣是由體積或氣體分子百分率約88%~92%的氫和約7%~11%的氦所組成,剩餘1%是其他氣體。由於氦原子的質量是氫原子的四倍,探討木星的質量組成時比例會有所改變:大氣層中氫和氦分別佔了總質量的75%及24%,餘的1%為其他氣體物質,包括微量的甲烷、水蒸氣、氨以及硅的化合物。另外木星也含有微量的碳、乙烷、硫化氫、氖、氧、磷化氫、硫等物質。大氣最外層有冷凍的氨的晶體。木星上也透過紅外線及紫外線測量發現微量苯和烴的存在。
木星大氣層中氫和氦的比例非常接近原始太陽星雲的理論組成,然而,木星大氣中的惰性氣體是太陽的二至三倍,高層大氣中的氖只佔了總質量的百萬分之二十,約為太陽比例的十分之一,氦也幾乎耗盡,但仍有太陽中氦的比例的80%。這個差距可能是由於元素降水至行星內部所造成。
由光譜學分析而言,土星被認為和木星的組成最為相似,但另外的氣體行星、天王星與海王星相較之下所含氫和氦的比例較低,由於沒有太空船實際深入大氣層的分析,除了木星之外的行星仍沒有重元素數量的精確數據。
[5]
雲層
木星有着太陽系內最大的行星大氣層,跨越的高度超過5000千米。由於木星沒有固體的表面,它的大氣層基礎通常被認為是大氣壓力等於1MPa(10bar),或十倍於地球表面壓力之處。木星的大氣層被分為四個層次:對流層、平流層、增温層和散逸層。不同於地球的大氣層,木星沒有中氣層,沒有固體的表面,大氣最底層的對流層,平穩地轉換進入行星的流體內部。這是温度和壓力在氫和氦的臨界點之上造成的結果,意味着氣體和液體的相位之間沒有明確的界限存在。
[8]
木星的大氣組成按分子數量來看,81%是氫,18%是氦,按質量則分別是75%和24%。只有約1%左右的其他氣體,其中包括甲烷、水蒸氣、氨氣等。這與太陽系的前身——原始太陽星雲的組成相近,但木星中較重元素的比例卻比原始太陽星雲多數倍。同為氣體行星的土星也是類似的組成,但天王星及海王星中的氫和氦就少得多。由於木星有較強的內部能源,致使其赤道與兩極温差不大,不超過3℃,因此木星上南北風很小,主要是東西風,最大風速達130~150米/秒。木星大氣中充滿了稠密活躍的雲系。各種顏色的雲層像波浪一樣在激烈翻騰着。在木星大氣中還觀測到有閃電和雷暴。由於木星的快速自轉,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動的區域,暗紋則是較低和較暗的雲。
[9]
木星表面有紅、褐、白等五彩繽紛的條紋圖案,可以推測木星大氣中的風向是平行於赤道方向,因區域的不同而交互吹着西風及東風,是木星大氣的一項明顯特徵。大氣中含有極微的甲烷、乙炔之類的有機成分,而且有打雷現象生成有機物的概率相當大。
木星的大紅斑位於南緯23°處,長2萬千米,寬1.1萬千米。探測器發現,大紅斑是一團激烈上升的氣流,呈深褐色。這個彩色的氣旋以逆時針方向轉動。在大紅斑中心部分有個小顆粒,是大紅斑的核,其大小約幾百千米。這個核在周圍的反時針漩渦運動中維持不動。大紅斑的壽命很長,可維持幾百年或更久。早在1665年,意大利天文學家卡西尼就發現了它。大紅斑豔麗的紅色令人印象深刻,顏色似乎來自紅磷。
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大紅斑的自轉是逆時針方向,週期大約是六天。大紅斑的長度是24000至40000千米,寬度是12000至14000千米。它的直徑大到可以容得下2至3顆地球。這個風暴的最大高度比周圍的雲層高出約8千米。風暴通常都發生在巨行星大氣層的湍流內,木星也有白色和棕色的鵝蛋形風暴,但較小的那些風暴通常都不會被命名。白色的鵝蛋傾向於包含大氣層上層,相對較低温的雲。棕色鵝蛋形是較温暖和位於普通雲層。這種風暴持續的時間可以只有幾個小時,也可以長達數個世紀。
木星表層地理
磁場
木星的磁場強度是地球的14倍,範圍從赤道的4.2高斯(0.42mT)到極區的10至14高斯(1.0~1.4mT),是太陽系最強的磁場(除了太陽黑子)。環繞着行星的是松弱的行星環系統和強大的磁層(木星磁場十分強大,其背對太陽一面的磁場甚至延伸至土星軌道)。這個場被認為是由渦流產生的——旋流運動的導電材料——核心的液態金屬氫。在埃歐衞星的火山釋放出大量的二氧化硫,形成沿着衞星軌道的氣體環。這些氣體在磁層內被電離,生成硫和氧的離子。它們與源自木星大氣層的氫離子,在木星的赤道平面形成等離子片。這些片狀的等離子與行星一起轉動,造成進入磁場平面的變形偶極磁場。在等離子片內的電流產生強大的無線電訊號,造成範圍在0.6至30MHz的爆發。
木星磁層的範圍大而且結構複雜,在距離木星140萬~700萬千米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5萬~7萬千米的範圍內。木星的五個大衞星(木衞一至木衞五)
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都被木星的磁層所覆蓋,使之免遭太陽風的襲擊。地球周圍有條稱為範艾倫帶的輻射帶,木星周圍也有這樣的輻射帶。旅行者1號還發現木星背向太陽的一面有3萬千米長的北極光。1981年初,當旅行者2號早已離開木星飛奔土星的途中,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了6000萬千米以外。
木星正在向其宇宙空間釋放巨大能量。它所放出的能量是它所獲得太陽能量的兩倍。這説明木星釋放能量的一半來自於它的內部。木星內部存在熱源。有人認為它的熱能可能是木星形成時,由引力勢能轉變而來,被液態氫大規模對流到表面上。
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太陽之所以不斷放射出大量的光和熱,是因為太陽內部時刻進行着核聚變反應,在核聚變過程中釋放出大量的能量。木星是一個巨大的液態氫星球,本身已具備了無法比擬的天然核燃料,加之木星的中心温度已達到了28萬K,具備了進行熱核反應所需的高温條件。至於熱核反應所需的高壓條件,就木星的收縮速度和對太陽放出的能量及攜能粒子的吸積特性來看,木星在經過幾十億年的演化之後,中心壓可達到最初核反應時所需的壓力水平。木星和太陽的成分十分相似,但是卻沒有像太陽那樣燃燒起來,是因為它的質量太小。木星要成為像太陽那樣的恆星,需要將質量增加80倍才行,根據天文學家的計算,只有質量大於太陽質量的7%,才能進行氘聚變反應,發出光和熱。
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木星內部結構
木星有一個石質的內核,由鐵和硅組成。
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向外是由岩石與氫的混合顆粒物組成,無明確的邊界,在向外被一層含有少量氦,主要是氫元素的液態金屬氫包覆着。內核上則是大部分的行星物質集結地,以液態氫的形式存在。這些木星上最普通的形式基礎可能只在40億帕壓強下才存在,木星內部就是這種環境(土星也是)液態金屬氫由離子化的質子與電子組成。在木星內部的温度壓強下氫氣是液態的,而非氣態,這使它成為了木星磁場的電子指揮者與根源,木星的磁場強度大約10高斯,比地球大10倍。同樣在這一層也可能含有一些氦和微量的冰。木星還是天空中已知的最強的射電源之一。
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木星內部的温度和壓力,由於開爾文-亥姆霍茲機制穩定地朝向核心增加。在壓力為10帕的“表面”,温度大約是340K(67℃;152℉)。在氫相變的區域——温度達到臨界點——氫成為金屬,相變温度是10000K(9700℃;17500℉),壓力為200GPa。在核心邊界的温度估計為36000K(35700℃;64300℉),同時內部的壓力大約是3000~4500GPa。
木星温度
木星大氣層的垂直温度變化與地球大氣層相似,對流層的温度隨着高度升高而降低,抵達對流層頂部其温度也達到最低值,對流層頂是對流層和平流層的交界處。在木星,對流層頂大約在可見的雲層之上50公里,該處的氣壓是0.1巴,温度110K;在平流層,當轉折至增温層時温度已上升至約200K,高度大約是320公里,壓力為1微巴;在增温層,温度繼續上升,大約在1,000公里處温度高達1000K,該處的壓力大約為1納巴。
由於大氣層的底層界限無法確定,一般將壓力為10巴之處,視為對流層的最低處,約位於壓力為1巴之下約90公里處,温度大約是340K。在科學文獻中,將大氣壓力為1巴之處作為高度為0的木星“表面”。如同地球一樣,大氣層的最高處,外逸層的頂端,也沒有明確的界限,密度梯度逐漸降低,直到平穩地轉入星際物質之中,這大約是在“表面”上5000公里的高度。
木星的熱成層位於壓力低於1微巴之處,能展現氣輝現象、極區的極光和X射線的輻射。在它的內部還有數層電子和離子數量增高的電離層。熱成層是在地球之外最早被發現有三氫正離子的地方,這種離子在強烈的中紅外線輻射下生成,並且是熱成層致冷的主要機制。
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木星與地球會合
太陽系中體積最大的行星木星,將於2022年9月26日運行至本輪會合週期距離地球最近的位置。此次木星與地球的“相會”大約相距3.95個天文單位,約合5.91億千米。中科院紫金山天文台科普專家介紹,木星與地球的會合週期是399天,即13個月左右,每個週期中,木星與地球會迎來一次“相會”。
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木星文化
木星世界紀錄
木星是太陽系中最大的行星、一天時長最短的行星、被最多航天器到訪過的外行星、擁有最多特洛伊小行星的行星、太陽系中擁有最活躍火山的天體以及太陽系中密度最大的衞星,木星擁有衞星上最多的隕石坑、最強的磁場、太陽系中最強大的極光、太陽系中最大的反氣旋風暴。
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(吉尼斯世界紀錄)
木星天文觀測
2023年2月6日,日前,天文學家報告發現12顆木星衞星,使這顆氣狀行星的已知衞星增至92顆。木星因此成為太陽系中擁有最多衞星的行星。
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3月份入夜後,下半月水星見於西方附近低空,25日水星東大距
2024年3月,水星共有3次東大距,3月25日是第一次,也是條件最好的一次。日落時水星在西北方天空,地平高度接近18°,亮度約-0.2等,此時西方的天空很熱鬧,木星、天王星和正在變亮的龐士-布魯克斯彗星也在附近。
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- 參考資料
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