请选择 进入手机版 | 继续访问电脑版
名词释义
您当前的位置:行者物语 > 名词释义 > 天文名词 > 木星

木星

2015-2-14 13:09|查看:16237|评论:0|字体: 繁体

木星的彩色卡西尼合成影像

木星的彩色卡西尼合成影像。星球上黑点为木卫二的阴影。

木星是太阳系从内向外的第五颗行星,亦为太阳系中体积最大、自转最快的行星。它的质量为太阳的千分之一,但为太阳系中其他行星质量总和的2.5倍。木星与土星天王星海王星皆属气体行星,因此四者又合称类木行星。

木星在古代便已为天文学家所知,并出现在许多文化的神话宗教信仰中。古罗马人以罗马神话中的众神之王朱比特(Jupiter)为它命名。古代中国则称木星为岁星,取其绕行天球一周为12年,与地支相同之故。从地球观察时,木星可达视星等−2.94,是平均而言夜空中第三亮的天体,仅次月亮和金星。(火星在其轨道的特定点上时能短暂与木星的亮度相比。)

木星主要由氢组成,其次为氦、占总质量的四分之一;岩核则由含有其他较重的元素。形状由于自转快速而呈现扁球体(赤道附近有略微但明显可见的凸起)。外大气层明确依纬度分为多个带域,各带域相接的边际容易出现乱流和风暴。最显著的例子是大红斑,最晚在17世纪时人们便以望远镜首度发现它的存在。环绕着行星的是松弱的行星环系统和强大的磁层。木星至少有67个卫星,其中有4个主要卫星、1610年由伽利略发现,合称伽利略卫星。卫星中体积最大的木卫三直径甚至大于水星

木星至今已有数艘无人太空船前往探勘,包括早期的先锋计划与航海家计划探索任务,以及后期的伽利略号。最近一次则是2007年2月底、目标冥王星的新视野号太空船。新视野号并借由木星的重力助推做加速。未来有关木星系统的探索计划仍持续推动着,目标包括木卫二可能存在的覆冰液态海洋

结构

木星是四个气体行星(又称类木行星)中的一个:即不以固体物质为主要组成的行星。它是太阳系中体积最大的行星,赤道直径为142984千米。木星的密度为1.326 g/cm³,在气体行星中排行第二,但远低于其他四个类地行星

成分

木星的高层大气是由体积或气体分子百分率约88–92%的氢和约8–12%的氦所组成(见右方表格)。由于氦原子的质量是氢原子的四倍,探讨木星的质量组成时比例会有所改变:大气层中氢和氦分别占了总质量的75%及24%,剩余的1%为其他元素,包括微量的甲烷、水蒸气、氨以及硅的化合物。另外木星也含有微量的碳、乙烷、硫化氢、氖、氧、磷化氢、硫等物质。大气最外层有冷冻的氨的晶体。木星上也透过红外线及紫外线测量发现微量苯和烃的存在。

木星大气层中氢和氦的比例非常接近原始太阳星云的理论组成。然而,木星大气中的惰性气体是太阳的二至三倍。高层大气中的氖只占了总质量的百万分之二十,约为太阳比例的十分之一。氦也几乎耗尽,但仍有太阳中氦的比例的80%。这个差距可能是由于元素降水至行星内部所造成。

由光谱学分析而言,土星被认为和木星的组成最为相似,但另外的气体行星、天王星与海王星相较之下所含氢和氦的比例较低。然而,由于没有太空船实际深入大气层的分析,除了木星之外的行星至今仍没有重元素数量的精确数据。

质量

木星的直径

木星的直径大小比太阳的(×0.10045)小一个数量级和比地球的(×10.9733)大一个数量级。大红斑的直径大小和地球周长大致相同。

木星是太阳系其他行星质量总和的2.5倍,规模非常巨大,它和太阳的质心位在光球、距太阳中心1.068太阳半径处。它的直径是地球的11倍之多,但密度小于地球。木星的体积等同于1321个地球,而质量却只有318倍。木星的半径是太阳半径的十分之一,质量是0.001倍太阳质量,因此它的密度和太阳相去不远。科学家常用“木星质量”(MJ或MJup)来形容其他天体的质量,尤其是系外行星和棕矮星。例如,行星HD 209458b为0.69木星质量,行星柯洛7b则是0.015木星质量。

物理特征

木星是一个巨大的液态行星,最外层是木星的大气。随着深度的增加,氢逐渐过渡为液态。在离木星大气云顶一万千米处,液态氢在高压和高温下成为液态金属氢。据推测,木星的中心是一个含硅酸盐和铁等物质组成的核区,核区的质量约是地球质量的10倍。核区物质在极高的温度和极高的压力之下,物态难以预测,不太可能为固态。核区边缘与外围物质没有明显的界限,物质组成与密度呈连续性过渡。

内部结构

木星被认为是由混合元素致密的核心,液体金属氢的和一些氦的的周围层的,与主要是分子氢的外层构成。除了这个基本的轮廓,仍然有相当大的不确定性。

木星内部的模型

这剖开图显示木星内部的模型,有岩石核心由液体金属氢深层覆盖。

木星的大气

木星有在太阳系中最大的行星大气层,跨越超过5,000 km(3,107 mi)的的高度。因为木星没有地表面,其大气层的底部通常被认为是在该点的大气压力等于1 MPa(10 bar),或地球上表面压力的10倍。

云层

木星的大气组成中,按分子数量来看,81%是氢气,18%是氦气,按质量则分别是75%和24%。只有约1%左右的其他气体,其中包括甲烷、水蒸气、氨气等。这与太阳系的前身-原始太阳星云的组成相近,但木星中较重元素的比例却比原始太阳星云多数倍。同为气体行星的土星也是类似的组成,但天王星及海王星中的氢和氦就少得多。

大红斑及其他旋涡

木星

木星 - 大红斑的尺寸正在减少(2014年5月15日)

哈勃望远镜拍摄的木星大红斑、小红斑

哈勃望远镜拍摄的木星大红斑、小红斑

由于木星快速的自转,木星的大气显得非常地“焦躁不安”。木星的大气其实是一个复杂多变的天气系统,木星云层的图案每时每刻都在变化。我们在木星表面可以看到大大小小的风暴,其中最著名的风暴是“大红斑”。这是一个朝着逆时针方向旋转的古老风暴,它早在300多年前就被人类发现了,一般认为是17世纪的卡西尼或罗伯特·胡克发现的,也就是说,这个巨大的风暴已经在木星大气层中存在了几百年。大红斑有三个地球那么大,其外围的云系每四到六天即运动一周,风暴中央的云系运动速度稍慢且方向不定。因而云带之间常形成小风暴,并合并成为较大型风暴;2000年,天文学家透过哈勃望远镜发现大红斑以南形成一个 小白斑,至2006年初开始跟大红斑相同之颜色,目前已有大红斑的一半大小,在木星自转中随大红斑之后。两红斑每两年擦身而过一次。2006年7月两红斑擦身而过;但没有正面冲突,使得大红斑“吃掉”小红斑。有科学家预计未来将有可能发生两红斑合并的状况。

由于木星的大气运动剧烈,致使木星上也有与地球上类似的高空闪电

木星环

木星环

木星环

光环系统是太阳系巨行星的一个共同特征,主要由细小的尘埃和雪团等物质组成。和冰组成的绚烂多姿的土星光环相比,木星的光环则显得黯淡了很多,但也可以分成四圈。黯淡的尘埃组成的木星环很难观测到,人类直到1979年旅行者一号飞临木星系的时候才发现木星环的存在。主环可能是从卫星木卫十五和木卫十六喷射出的物质组成。通常会回落到卫星的物质因为木星强大的引力影响被拉到木星。

木星环约有6,500千米宽,但厚度不到10千米。由大量尘埃和黑色碎石组成。以7小时一个周期围绕木星旋转。

磁场

木星极光

木星极光

木星具有比地球强大14倍的磁场,从在赤道的4.2高斯(0.42 mT)到在两极的10-14高斯(1.0-1.4 mT),使之成为太阳系(除太阳黑子)中最强的磁场。这个磁场被认为是由液体金属氢内核内的导电物质涡流运动涡电流产生的。它的磁层向太阳相反方向可延伸达6亿5千万千米,甚至超过土星的轨道。而面向太阳方向也有数百万千米厚。因此木星的卫星全都位于它的磁层之中,这或许正是造成木卫一表面有许多活动的原因。类似地球的范艾伦辐射带,伽利略号的大气探测器在木星环与高层大气之间新发现一个强幅射带,比范爱伦辐射带强10倍左右,其中有的高能氦离子。

木星的磁层为从行星的两极地区所发射激烈的无线电而负责。跟地球一样,木星的两极也有极光,这有认为是从木卫一上火山喷发出的物质沿着木星的磁场线进入木星大气而形成的。在木星的卫星木卫一(见下文)的火山活动注入气体进入木星的磁层,产生行星的粒子圆环。当木卫一移动通过这个圆环时,互动作用产生阿尔文波携带电离物质进入木星的两极地区。其结果是,无线电波通过回旋激微波的机制被产生,并且能量沿锥形表面被传输出来。当地球相交这个圆锥体时,从木星的无线电发射可超过太阳的无线电输出。

木星的卫星

木星与伽利略卫星

木星与伽利略卫星。

木星有67颗卫星。木星是人类迄今为止发现的天然卫星最多的行星,俨然一个小型的太阳系:木星系。1610年1月,意大利天文学家伽利略最早以望远镜发现木星最亮的四颗卫星,并被后人称为伽利略卫星。它们环绕在离木星40~190万千米的轨道带上,由内而外依次为木卫一、木卫二、木卫三、木卫四,然而近年中国有天文史学家提出在公元前364年,甘德以肉眼发现木卫三,但直至现时还未被公认。在1892年巴纳德以望远镜肉眼观测发现木卫五后,木星的其他卫星皆透过照相观测或行星际探测器的相片发现。

在以后的几个世纪中(至1950年代),人们又接连发现了12颗较大的卫星,使木星卫星的总数达到了16颗。直至1979年美国旅行者一号及1995年伽利略号等飞临木星系的时候,又发现了许多更细小的、离木星更远的天然卫星,使人类所知的木星系卫星总数达到67个,成为太阳系拥有最多天然卫星的行星,这数字还很有可能继续增加。

伽利略卫星

伽利略卫星

伽利略卫星,从左至右,与木星距离由近至远为:木卫一、木卫二、木卫三、木卫四。

太阳系中最大的卫星木卫一,木卫二,和木卫三的轨道,形成所谓的轨道共振模式:木卫一每绕木星四周,木卫二恰好绕木星两周,而木卫三恰好绕木星一周。

伽利略卫星,比较地球的月亮

名字英语国际音标直径质量轨道半径轨道周期
km %kg %km %days %
木卫一ˈaɪ.oʊ36431058.9×1022120421,7001101.777
木卫二jʊˈroʊpə3122904.8×102265671,0341753.5513
木卫三ˈɡænimiːd526215014.8×10222001,070,4122807.1526
木卫四kəˈlɪstoʊ482114010.8×10221501,882,70949016.6961

与太阳系的互动

此图显示在木星的轨道上的特洛伊陨石,以及主小行星带

伴随着太阳,木星的引力影响帮助塑造了太阳系。大多数太阳系行星的轨道相较于太阳的赤道面更接近木星的轨道平面(水星是唯一的轨道倾角更接近太阳赤道的行星)。在小行星带的柯克伍德空隙大多是由木星造成的,而且木星可能制造了太阳系内行星历史上的后期重轰炸期

撞击

木星轨道的伽利略号所摄W核撞击照片

1994年7月22日8:06 12~19 UT在木星轨道的伽利略号所摄W核撞击照片(图片由左至右),只发生数秒间之闪光(亮点)

1994年7月16日-22日,苏梅克-列维9号彗星在被木星巨大的潮汐力撕成21个碎片并绕过近日点后,与木星迎头相撞,这是人类史上首次直接观测到的天体相撞。彗木相撞后产生相当于20亿颗原子弹爆炸的威力,产生直径达10千米,温度达7,000多度的火球,产生的闪光在地球也能拍到,腾起的蘑菇云极为壮观,形成的尘埃云团与地球同样大小,衍生之黑斑在木星表面存在数月之久,当时用一具物径80mm(约三吋)以上的小型望远镜以100倍以上的倍率放大已能看到这些黑斑。哈伯太空望远镜甚至在近一年之后还观测得到撞击的残迹。

本词条来源于互联网
敏感内容反馈:admin@xzwyu.com
分享到:
公益画报

纪录片

纪录片

关于我们 | 联系我们 | 版权声明 | 隐私政策 | 加入我们 |
行者物语网 版权所有
Copyright © 2011-2020 All Rights Reserved.

回顶部