1
太阳的家族:太阳系
1.3.5.1 1.木星概况

1.木星概况

木星古称岁星,是离太阳由近到远的第五颗行星,还是八大行星中最大的一颗。它的质量比其他所有的行星的总质量还大2倍,是地球质量的318倍。希腊人称木星为“宙斯”,意思是众神之王,是奥林匹斯山的统治者和罗马国的保护人。

img133

木 星

木星是天空中第四亮的物体,仅次于太阳、月球和金星,但有时候火星更亮一些。早在史前,木星就已经被人类知晓。

1610年,伽利略通过木星的四颗卫星—木卫一、木卫二、木卫三和木卫四的观察,第一个发现了它们不以地球为中心运转,成为赞同哥白尼日心说的有关行星运动的主要依据。许多年来,人们一直认为,1609年伽利略通过他自制的望远镜发现了木卫三,所以连同木卫一、木卫二、木卫四被称为伽利略卫星。其实,木卫三是中国战国时代的天文学家甘德发现的。早在公元前346年,甘德就发现了木卫三,比伽利略早了将近2000年。

木星由90%的氢和10%的氦及微量的甲烷、水、氨水和“石头”组成,这与形成整个太阳系的原始太阳系星云的组成十分相似。土星也有类似的组成,但在天王星与海王星的组成中,氢和氦的量则少一些。

我们得到的有关木星内部结构的资料来源很不直接,并有很长时间的停滞。来自伽利略号的木星大气数据,只探测到了云层下150千米处。

img134

在木星的卫星上观测木星表面

木星是气态行星,没有实体表面,它的气态物质密度,只是由深度的变大而不断加大。我们所看到的,通常是大气中云层的顶端,压强比1个大气压略高。云层的三个明显分层中,被认为存在着氨冰、铵水硫化物和冰水混合物。然而,来自伽利略号飞船的初步探测结果表明,云层中这些物质极其稀少,同时也表明那里的水比预计的少得多。原先预计木星大气所包含的氧是目前太阳的两倍,但实际比太阳少。

img135

木星与木卫一

木星光亮的表面带被称作区,暗的叫做带。这些带中轻微的化学成分与温度变化,造成了多彩的地表带,支配着行星的外貌。人们很早就知道这种带子,但带子边界地带的旋涡,则由“旅行者”号飞船第一次发现。伽利略号飞船发回的数据表明,表面风速比预料的快得多,并延伸到所能观察到的一样深的地方,大约向内延伸数千千米。伽利略号飞船同时发现木星的大气层相当紊乱,这表明它内部的热量,使得大部分飓风急速运动,不像地球只从太阳处获取热量。木星表面的高速飓风,并被限制在狭小的纬度范围内。

木星表面多彩的云层是木星上最显著的现象之一,可能是由大气中化学成分的微妙差异及其作用造成的。这可能是大气中混入的硫的混合物,造成的五彩缤纷的视觉效果,但是具体原因仍无法知晓。色彩的变化与云层的高度有关:最低处为蓝色,接着是棕色与白色,最高处为红色。我们通过高处云层的洞,才能看到低处的云层。

木星向外辐射能量比从太阳处收到的多,它的内部很热,内核处温度可能高达2万K。木星并不像太阳那样由核反应产生能量,它太小,因而内部温度不够引起核反应的条件。这些内部产生的热量,可能很大地引发了木星液体层的对流,并引起了我们所见到的云顶的复杂移动过程。土星与海王星在这方面与木星类似,而天王星则不类似。

img136

日出时分的木星与金星

宇宙飞船发回的考察结果表明,木星有较强的磁场,表面磁场强度达3~14高斯(1特斯拉=10000高斯),比地球表面磁场强得多。木星磁场和地球一样是偶极,磁轴和自转轴之间有 10°8′的倾角。但木星的正磁极不是指向北极,而是南极,这与地球的情况正好相反。由于木星磁场与太阳风的相互作用,形成了木星磁层。木星磁层的范围大而且结构复杂,在距离木星140~700万千米的巨大空间都是木星的磁层。地球的磁层只在距地心5~7万千米的范围内。木星的四个大卫星,都被木星的磁层所屏蔽,让它免遭太阳风的袭击。地球周围有条称为范艾伦带的辐射带,木星周围也有这样的辐射带。木星磁尾,至少拖长到6000万千米,已达到土星的轨道上。木星的两极有极光,这似乎是从木卫一上火山喷发出的物质,沿着木星的引力线进入木星大气而形成的。

木星没有固体外壳,它是一个液态流体行星。在木星浓密的大气下,是由液态氢组成的海洋。木星的内部,是由铁和硅组成的石质固体核,称为木星核,相当于10~15个地球的质量,温度高达30000℃。在木星内部的温度压强下,木星核的外部是大部分的行星物质集结地,以液态氢的形式存在,这使它成为了木星磁场的电子指挥者与根源。液态金属氢由离子化的质子和电子组成。液态氢分子层厚达1.4万多千米,液态的金属层厚达4.5万多千米,这两层组成木星幔。在这一层,也可能含有一些氦和微量的冰。木星幔的外面是大气层,厚约1400千米,成分和太阳差不多。在大气层中,氢占88%,氦占11%,其余1%是甲烷、氨、水蒸气和一氧化碳。木星大气中的甲烷,有些类似地球上的臭氧,具有吸引紫外线的作用。

img137

木星被撞击后留下的空洞