11.04 宇宙探奇-太陽系中的大個子:“木星”

在太陽系家族中,一位母親散發著光芒,八個孩子的境遇卻不盡相同:小女兒水星離娘最近,被“溫暖”環繞;地球離孃家就隔了兩條街,不冷不熱、距離剛好;長子木星卻出身苦寒,像個“大雪球”一樣,住在遠方,備受冷落。

宇宙探奇-太陽系中的大個子:“木星”

太陽系最大的行星是木星,它的質量是地球質量的三百多倍,如果地球是個3歲的孩子,木星就是一頭非洲象。木星比太陽系其它所有行星加起來還重好多。在家裡誰脾氣大誰說了算,而在行星系統中誰質量大誰說了算。

宇宙探奇-太陽系中的大個子:“木星”

木星是太陽系八大行星中體積最大、自轉最快的行星,從內向外的第五顆行星。它的質量為太陽的千分之一,是太陽系中其它七大行星質量總和的2.5倍。由於木星與土星、天王星、海王星皆屬氣體行星,因此四者又合稱類木行星(木星和土星合稱氣態巨行星)。

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一:木星的結構組成

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木星是一個巨大的液態氫星體。隨著深度的增加,在距離表面至少5000千米深處,液態氫在高壓和高溫環境下形成。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。木星是一個氣態巨行星,佔所有太陽系行星質量的70%,主要由氫組成,佔其總質量的75%,其次為氦,佔總質量的25%,巖核則含有其他較重的元素。

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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。

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木星可能有一個石質的內核,被一層含有少量氦,主要是氫元素的液態金屬氫包覆著。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。

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。在木星內部的溫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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木星的大紅斑位於南緯23°處,東西長4萬公里,南北寬1.3萬公里。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,其大小約幾百公里。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。大紅斑的豔麗紅色令人印象深刻,顏色似乎來自紅磷。

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二:太陽系內最大的衛星系統

1:木星環

木星環的發現就是其中的一個早在1974年“先鋒11號”探測器訪問木星時,就曾在離木星約13萬公里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說明。

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木星光環的形狀像個薄圓盤,其厚度約為30公里,寬度約為9400公里,離木星12.8萬公里。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,光環也環繞著木星公轉,7小時轉一圈。木星光環是由許多黑色碎石塊構成的,石塊直徑在數十米到數百米之間。由於黑石塊不反射太陽光,因而長期以來一直未被我們發現。

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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。木星環比土星暗它們由許多粒狀的岩石質材料組成。過去有人猜測,在木星附近有一個塵埃層或環,但一直未能證實。

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2:木衛星

2018年,天文學家發現了12顆新的木星衛星,使得這顆氣態巨行星的已知衛星數量增加到79個。

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木星運動正逐漸地變緩。同樣相同的引潮力也改變了衛星的軌道,使它們慢慢地逐漸遠離木星。木衛一,木衛二,木衛三由引潮力影響而使公轉共動關係固定為1:2:4,並共同變化。木衛四也是這其中一個部分,在未來的數億年裡,木衛四也將被鎖定,以木衛三的兩倍公轉週期,以木衛一的八倍來運行。木星的衛星由宙斯一生中所接觸過的人來命名(大多是他的情人)。

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三:太陽系內最強的行星磁場

木星的磁場強度是地球的14倍,範圍從赤道的4.2高斯到極區的10至14高斯,是太陽系最強的磁場(除了太陽黑子)。

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木星磁層的範圍大而且結構複雜,在距離木星140-700萬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5~7萬公里的範圍內。木星的四個大衛星都被木星的磁層所屏蔽,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。

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美國的“旅行者1號”還發現木星背向太陽的一面有3萬公里長的北極光。1981年初,當“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了6000萬公里以外。

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木星的磁氣圈分佈範圍比地球磁氣圈的範圍大上100多倍,是太陽系中最大的磁氣圈。由於太陽風和磁氣圈的作用木星也和地球一樣在極區有極光產生,強度約為地球的100倍。

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四:未來的恆星?

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說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。

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眾所周知,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著核聚變反應,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,加之木星的中心溫度已達到了28萬K,具備了進行熱核反應所需的高溫條件。

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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,需要將質量增加到如今的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%,才能進行聚變反應,發出光和熱。

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一旦木星上爆發了大規模的熱核反應,以千奇百怪的旋渦形式運動的木星大氣層將充當釋放核熱能的“發射器”。所以,有些科學家猜測,再經過幾十億年之後,木星將會改變它的身份,從一顆行星變成一顆名副其實的恆星。

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五:地球的守護神

1993年3月24日,美國天文學家尤金·蘇梅克和卡羅琳·蘇梅克以及天文愛好者戴維·列維,利用美國加州帕洛瑪天文臺的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公里,以每秒60公里的速度連珠炮一般向木星撞去。

宇宙探奇-太陽系中的大個子:“木星”

2009年7月21日,澳大利亞一位業餘天文愛好者安東尼·衛斯理,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點證實了衛斯理的發現,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。

宇宙探奇-太陽系中的大個子:“木星”

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。稍後,另一位菲律賓的業餘天文學家也錄影捕捉到這次事件。

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