木星

在太陽系中最惹人注目的行星是木星,木星是九兄弟中最魁梧的巨人。它很明亮,亮度僅次於金星。中國古代用它來定歲紀年,因此它又叫“歲星”。西方天文學家稱木星為“朱庇特”,即羅馬神話中的眾神之王。

木星是從太陽數來第五顆行星,也是太陽系最大的行星,它的軌道半徑為七萬七千八百三十三萬公里;赤道處直徑為十四萬二千九百八十四公里,大致為地球直的十一倍;質量是1.900x1027公斤,超過太陽系其他所有行星總合的二倍,是地球質量的三百一十八倍。

木星距離太陽五.二天文單位。因為離熱源太遠,所以它的溫度極低,近於攝氏零下二百度左右。木星上佈滿了明暗不一的斑紋,據此我們測知木星的自轉週期在赤道處為九小時五十分。自轉週期隨緯度增加而延長,到兩極附近則為小時五十六分.根據這些觀測結果便可斷定,我們所窺見的表面決不會是固態的,甚至在可見雲層之下的相當深處,乃看不見固態物質。

按體積來說,木星為眾行星之首,但其自轉週期同其他各行星相比卻為時最短。在赤道處的物質繞軸迅速旋轉,其速度約為每小時三萬英里(地球的赤道自轉速度為每小時一千英里),這樣一來,木星的兩極方向更加扁平,其輪廓與其說是象一隻圓盤,不如說是象橢圓盤更恰當些。

木星自史前時代就已為人所知,是全天第四亮的星體,僅次於太陽、月球和金星之後,火星則在某些時候會比它亮。一六一○年,伽利略首先發現木星的四大衛星-木衛一、木衛二、木衛三及木衛四,也就是著名的伽利略衛星,這是人類首度發現絕對不可能繞著地球運轉的星體,這是當時支持哥白尼的日心說最有力的證據之一。

一九七三年,先鋒十號探測船首次造訪木星,其後先鋒十一號、航海家一、二號及尤利西斯號也陸續到過木星。新一代探測船伽利略號現正在木星軌道上,已傳回許多極有價值的資料。

像木星一樣的氣體行星並沒有固態的表面,它們的氣體就是很單純的愈深愈密。我們所謂的半徑和大小是以一大氣壓處為其表面來計的;而我們肉眼所看到的表面則是其大氣層的雲頂,比一大氣壓處的位置略高。

木星的極光

在一九七九年,科學家首先發現木星每四十五分鐘便發射出強烈的X射線;最近,科學家利用X射線望遠鏡,發現這些X射線是從木星的北極發射出來,像地球的北極光一樣。

科學家指出,木星北極光的強度,比較地球的大數千倍,而木星北極光的直徑,是地球直徑的兩倍。

地球的北極光,是由於電子和帶電的離子碰撞到地球的大氣層而產生的,這些電子和帶電的離子,是源自太陽風;但木星的電子和帶電的離子,是來自木星表面的火山。

不過,從X射線望遠鏡拍攝回來的照片,科學家發現,木星發射的X射線,是發射自木星北極的中心地帶,而不是來自木星的北極光地帶。

科學家估計,這些X射線可能是從木星的北極,通過木星核心,到木星的南極,然後反射回北極,因而造成四十五分鐘一次的循環。

南歐洲天文臺發表了在二零零零年十一月拍攝到木星上極光的照片,和木星兩極上空的煙霧,這是科學家第一次清楚拍攝到木星兩極的情況。

木星離地球約六億一千萬公里,過去,科學家曾經利用太空總署的哈勃太空望遠鏡,拍攝到木星極光的照片,不過,使用南歐洲天文臺的紅外線望遠鏡,科學家可以更清楚地觀察到木星北極的橢圓形極光和北極上空的煙霧。

科學家指出,極光是環繞木星的磁軸,而這些煙霧,是環繞著木星的旋轉軸,是在極光環之下;煙霧是受到木星上的地帶風影響,這些地帶風是在同一緯度上移動的;科學家相信,木星以十小時一次的迅速自轉,也會影響兩極上空煙霧的移動。

同時科學家亦拍攝到木星的衛星艾奧的火山爆發的照片,艾奧是除地球外,在太陽系唯一有火山活動的星體,科學家相信,艾奧的火山活動是受到木星和其他衛星的引力影響而產生爆發的。

科學家指出,雖然許多人認為水、熱能和有機化合物是地球生命產生的主要成分,但是,除這些之外,木星也是生命產生的先決條件之一,尤其是高等生命如人類;木星的質量,是地球的三百一十八倍。

美國太空總署的布斯博士解釋說,木星的龐大引力,可以保護地球,避免受到彗星和小行星的碰撞;雖然在六千五百萬年以前,地球受到一個巨大的彗星擊中,令地球上的恐龍死去,但是,科學家認為,假使沒有木星,將會有更多的彗星擊中地球;此外,木星離太陽約是地球和太陽的距離的五倍,亦即五個天文單位,在太陽和木星之間的空間,木星的龐大引力為這空間提供了一個穩定的環境,讓這空間內的行星有足夠時間和溫和的環境,產生各種不同的生命;科學家彗星在一九九四年碰撞木星時,木星龐大的引力將彗星吸進行星附近,然後再拋擲回宇宙去 。

因此,在尋找太陽系外的生命時,科學家通常是首先找出是否有如木星大小的行星,環繞著星球運行,假使在木星大小的行星和星球的距離是大約五個天文單位,科學家相信,找到生命的機會便會大大增加。

美國科學家從「伽利略號」太空船收集到木星的大氣層資料,發現木星大氣層含有高濃度的氬、氪和氙元素,令科學家重新評估有關太陽系怎樣形成的理論。

「伽利略號」太空船是在一九九五年到達木星,並發射了一枚小型太空船到木星上空,探測木星大氣層的情形,從太空船傳送回來的資料,科學家發現木星大氣層內含有不尋常地多的重元素,如氮、氬、氪和氙,比較正常的多二至三倍;科學家指出,要吸引這些氣體,木星大氣層的的溫度要降低至攝氏零下二百四十度,比冥王星的溫度還要低。

木星離太陽的距離是地球與太陽之間的距離的五倍,而只有在離冥王星更遠的太空,離太陽約四十倍地球和太陽之間的距離,才可以達到攝氏零下二百四十度的溫度。

「伽利略號」太空船的新發現,令科學家重新評估有關太陽形成的理論,科學家懷疑,木星可能是從離太陽比較遠的地方移動到目前的位置,或是太陽系形成以前,太陽系的星雲的溫度比目前估計的低。

有關木星的形成,科學家較早時認為,木星是由太陽系星雲和在天王星與海王星間的細小的行星結合而形成,但是這些物質只是離太陽二十至三十天文單位,物質在這個距離下的溫度,不能達到攝氏零下二百多度,使較重的氣體元素在木星的大氣層內形成;一天文單位是地球和太陽之間的距離,約等於九千三百萬哩。

木星大氣和其他所有內行星的大氣完全不同;其主要成分是氫;大概占四分之三,剩餘的四分之一可能被氦占去半數,而另一半乃是氨、水和甲烷等氣體。不難想像,既然木星上含氫如此豐富,氫便極易和碳、氮與氧等元素相化合了。雲層頂部的溫度約為攝氏零下二百二十七度,這樣低的溫度會使氨和水大部分都凝為結晶,但甲烷依然呈氣態。還有少量呈氣態的氨,因為檢測到了氫分子的吸收譜線。也測到甲烷和氫的吸收譜線。

木星區別於其他行星的重要標誌是其明暗不一的條帶,這些條帶至少有一部分是氨和甲烷的結晶構成的。這種條帶上還時常呈現出象紅、黃一類的色彩變幻。這可能是由於分子從雲層頂部底下浮出,流通一會兒便又沉沒下去的緣故,雲層的顏色是變化的,事實上,僅一年多的時間顏色的差別就相當懸殊。在這些彩色變化的雲層中卻有一個始終如一的顯著特徵,這便是色呈暗紅的巨斑,它寬七千英里,長達三萬英里。這個為人矚目的巨紅斑早在十七世紀的六十年代便已發現,自那時起其亮度與顏色雖然有些差別,但其基本輪廓卻無任何顯著的變化。經觀測發現,紅巨斑具有相對于周圍雲層的運動,速度甚至達到每天(地球的時間)八千萬里。這表明,巨紅斑可能沒有依附在雲層下的任何固體表面之上。巨紅斑的性質目前完全是個未解之謎(巨紅斑之謎以被先鋒十號和先鋒11號的近距探測和拍照所揭開,現在可以斷定,它就是一個猛烈而長久的旋風)在木星大氣中還有一種白色的斑痕時常隱現。這種白色斑痕也有著相對於雲層的運動,但存在的壽命不長。它們大部就消失於條帶之中。

雲層的運動表明,這些雲層沒有受到任何固體表面的限制。木星的品質雖為地球的三百一十八倍,而體積卻是地球的一千三百一十二倍。因此,若地球與木星兩者的體積相同時,地球的品質必定成為木星品質的四倍左右。這種關係可用密度這個詞來表達。

物質的密度即為其單位體積內的品質。水的密度取作一,其他任何物質皆可與水作對比。地球的平均密度為五點五,而木星的密度卻只有一點三,也就是說,在體積相同的條件下,地球的品質為水的五點五倍,而木星的品質只有水的一點三倍。這種低密度情況表明,木星的組成中大約氫占四分之三,有一種理論認為,木星大氣的厚度可能在五百英里之下,它也許以氫、氦的液海為依託,並且漸漸浸沒于該海洋之中,隨著深度的增加,相對壓力的升高必定把氫壓縮為固體。在木星的中央部分可能是一個與地球體積不相上下的岩核。

木星結構的這一設想為其表面扁率情況所證實。木星兩極直徑為八萬三千二百英里,而赤道直徑為八萬八千七百英里,即約在八萬五千英里中偏離五千五百英里左右,地球的扁率大概是在八千英里中偏離二十七英里。所以,木星的扁率比地球為大。關於木星扁率偏大的解釋除了木星自轉急劇的原因而外,便是前面提到的那種理論,即中央部分的密度與表層的密度相比過於懸殊。

木星除了反射太陽光而外,還以射電波的方式向太空散發著它自身的輻射。木星具有兩種基本不同的射電輻射:一是波長在三至六十八釐米之間的微波,另一是波長在十至五十米之間的十米波。十米波段就是通常所說的頻率在每秒五至二十五兆周的頻段。木星上的微波射電源並非位於木星表面,而是分佈在一種輻射帶上,這種輻射帶與地球週邊的范 。阿倫輻射帶相似。

木星周圍的輻射帶的存在就證明了木星具有磁揚,而且其強度遠遠勝過地球的磁場。木星輻射帶向外伸延十三萬英里之遙,甚至連木衛五都包籠在內(木衛五是發現的第五顆木星的衛星,其軌道比伽堬今o現的那四顆衛星更靠近木星)。射到地球的十米波比微波還強,故較易於研究。在這種波段中,不僅有延續數秒的爆發,而且還發生維持數小時之久的‘噪音暴”。

研究十米波段的一個困難是地球大氣會使之產生閃爍現象,即如同夜空的星光閃爍一樣。十米波和木星表面的聯繫較微米波更為密切。實際上,十米波呈現的週期大致接近於木星的自轉週期。這種射電波似乎是由木星上某些確定地區發射出來的。因為木星的自轉週期依賴於緯度,故以前曾找到了兩種目轉週期。頭一個稱作系統Ⅰ,是指赤道上的自轉週期九小時五十分又三十點○○三秒,其二叫系統Ⅱ,和木星赤道之外的部位有關,週期值為九小時五十五分又四十點六二三秒。現在用十米波測定的週期等於九小時五十五分二十九點三七秒,稱為系統Ⅲ。一九六四年發現,十米波段的射電爆發和木衛一(從埵V外數第二顆木星衛星)的運動之間存在一種難以理解的關係。木衛一從地球看來處於木星的某一側時,十米波段的射電波,就極易發生,而轉至另一側時則否,對這種關係的實質目前尚毫無所知。

木星上還有很強的磁場,表面的磁場強度大約是地球的十倍。有趣的是木星磁場的方向與地球磁場的方向正好相反,地球上的指南針到了木星上所指的方向是北方。

木星的內部結構也與其他行星不同,它沒有固體外殼,在濃密的大氣之下是液態氫組成的海洋。木星的內部是由鐵和矽組成的固體核,溫度高達三萬度。但木星大氣的平均溫度約為零下一百四十度。

到目前為止發現了木星的衛星共三十九顆,其中木衛一離木星很近,平均距離約四十二萬千米。木衛二是一顆比月球小,但密度和月球差不多,表面非常光滑被大量冰覆蓋著的球體。木衛三是木星衛星中最大的,體積比水星還大。木衛四的表面佈滿了密密麻麻的隕石坑。木星家族的秘密還有很多,等待我們去探索……

木星是九大行星中最大的一顆,可稱得上是“九星之王”了。按距離太陽由近及遠的次序排第五顆。在天文學上,把木星這類巨大的行星稱為“巨行星”。木星還是天空中最亮的星星之一,其亮度僅次於金星,比最亮的甯P天狼星還亮。

太陽系中磁圈最大的行星是木星。木星的磁力線是地球的兩萬倍。木星磁圈的尾部一直延伸到土星的軌道。木星尾長相當於太陽與地球間距離的五倍還多。就目前所知木星磁圈尾部可能是太陽系中最大的構造物。據觀測,木星的尾呈臘腸狀。木星的臘腸狀尾巴,高低不平,波浪起伏。其高處表示太陽風的壓力較低,其低處表示太陽風的壓力較高。這反映太陽風作用於木星尾部的強度是時刻變化著的。因為太陽本身也在自轉,其週期是二十七日。在自轉的同時,所產生的太陽風也在不斷變化。

木星之尾真是碩大無比。當一九八一年“旅行者”二號探查器接近土星時,正是木星的尾巴遮蓋土星的時期,整個土星的磁圈全然埋沒在木星的尾部之時,從土星發出的電波曾一度中斷。

資料來源:摘錄自互連網,謹供參攷。