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木星

/Jupiter/
条目作者李竞

李竞

最后更新 2025-02-16
浏览 1607
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太阳系八行星之一。太阳系中最大的行星。

英文名称
Jupiter
所属学科
天文学

西名“Jupiter”是罗马神话中的主神,中国古代称“岁星”,西汉之后始称“木星”(见图)。“冲日”时亮度达−2.9视星等(见星等),是夜空最亮恒星天狼星亮度的3.5倍。

从木卫一看木星从木卫一看木星

木星与太阳之间平均距离约为5.2天文单位(AU)。木星公转轨道在小行星带外侧,是外太阳系中离太阳最近的一个行星。木星轨道偏心率e为0.05。与太阳距离的变化幅度是:近日距为4.95AU,远日距为5.45AU。公转轨道和黄道面的夹角1.30°,所以在天球上木星的运行轨迹与黄道的偏离很小。它的平均轨道速度13.06千米/秒,不及地球的(29.79米/秒)一半。公转周期是11.87个地球年,约为4330个地球日。木星赤道面与公转轨道面的倾角很小,等于3.12°,在八行星中仅略大于水星的轨道交角。由于公转轨道和赤道与黄道的倾角都很小,所以在地球上总是以很小的视角侧看木星的极区。木星自转周期为9时50分至9时56分,是自转速率最快的一个大行星。 

木星是类木行星的典型代表。赤道半径71492千米,约为地球的11.2倍。由于自转快,赤道半径明显大于极半径,椭率0.062。质量约为地球的318倍,超过除太阳外的太阳系其他天体质量的总和。在大气压1帕处的表面重力加速度24.8米/秒2,逃逸速度约60千米/秒,也都是八行星中最大的。体积约为地球的1318倍,超过其他三个类木行星(土星、天王星和海王星)。平均密度很低,仅为1.31克/厘米3,不及地球的1/4。它与类地行星大不相同,成分主要是氢、氦等轻元素。木星大气厚达1000千米,但和巨大的体积相比,仍只能算是薄层。大气中氢占89%、氦11%、甲烷(CH4)0.2%。大气上层接受的太阳热量为地球的3.7%,气温约-140~-150℃。反照率为0.52。

早在伽利略时代,天文学家即发现南北两半球上沿赤道带分布的、形态多变的条带状和斑纹状的云系,风暴的时速达300~500千米。1664年,旅法意大利天文学家G.D.卡西尼(1625~1712)首次用长焦距折射望远镜观测到位于木星南半球的椭圆形大红斑。大红斑的宽度相当恒定,约有14000千米,但长度在几年内就能从30000千米变到40000千米。21世纪初,又观测到一个形体略小的红斑,称为小红斑。现公认大红斑和小红斑都是个风暴气旋,但对其长达几百年的持续机制知之甚少。

在八行星中,木星拥有最强的磁场,表面场强是地球的14倍,磁矩是地球的20000倍。还有最强大的磁层、广袤的辐射带、壮丽的极光,并是很强的分米波和十米波射电源。推测核心处为一个半径约只有木星半径5%的铁–硅核,温度达30000K。其外是厚度达木星半径60%的液态金属氢壳层,再往外是厚度占木星半径35%的液态分子氢壳层。金属氢和分子氢的过渡区温度约11000K,压力达300万个地球大气压。最上层则是木星大气,厚度达1000千米,但与行星半径的尺度相比还只能算是一薄层。 

为“旅行者”1号行星际探测器于1979年飞掠木星时发现,是继土星和天王星之后,观测到的第三个拥有环系的行星。环系由亮环、暗环和尘环(又称晕)三部分组成,又窄又薄,离木星又近,绕转木星一周约需7小时。整个环系的宽度约9000千米,约为木星半径的12%。亮环宽5700千米,不足木星半径的8%。除尘环和暗环外,亮环厚度仅1千米,由尘粒和水冰组成,反照率很低,可能小于0.05。与借助小型望远镜即可目视得见的土星光环不同,即使用最大的地基光学天文望远镜也观测不到木星环。

木星拥有成员众多的木卫族。最大的四个卫星是伽利略在1610年用他手制的折射望远镜首次观察木星时发现的,按与木星的距离由近及远,它们是木卫一(Io)、木卫二(Europa)、木卫三(Ganymede)和木卫四(Callisto),后世称之为伽利略卫星。最大的木卫三(直径5270千米)比水星还大。木卫四(直径4800千米)和木卫一(直径3640千米)虽比水星小些,但都大于月球。最小的木卫二(直径3130千米)仍大于矮行星冥王星。木卫一离木星太近,在强大引力作用下变成椭球状,还不时有猛烈的火山喷发。木卫二的表面是一层冰水圈,或许有某种形态的生命。木卫三的地貌显示曾经历过激烈的板块活动,或许有过水,它也被视为可能具备生命诞生条件的天体。伽利略卫星因其质量大和体积大,称为行星型卫星。到20世纪末,观测到的木卫已有16个,其中木卫五(Amalthea)、木卫六(Himalia)、木卫十四(Thebe)和木卫十五(Adrastea)是直径60~125千米的中型卫星。进入21世纪,借助巨型地基光学望远镜和哈勃空间望远镜,又新发现许多直径只有几千米的小型卫星,截至2023年,已知的木卫总数达92个。这些小木卫的轨道椭率大,与木星的赤道面夹角大,绕木星运行的方向既有逆行也有顺行,可能多是被木星俘获的小行星。 

截至2023年,已有六个行星际探测器造访或顺访过木星。“先驱者”10号和11号探测器:前者1972年发射,1973年顺利穿过小行星带,同年飞掠木星。拍摄了一批木星、大红斑、木卫二、木卫三和木卫四的照片,并测量了辐射带的范围和强度。后者1973年发射,次年飞临木星南极上空,随后以高速奔向土星继续考察。“旅行者”1号和2号探测器:两个探测器于1977年先后升空,它们在1979年顺次飞临木星,近距离考察木星、伽利略卫星和木卫五,“旅行者”1号还首先发现木星环系,并送回大量有关行星际等离子体、低能荷电粒子、宇宙线和木星射电的信息。“伽利略”号木星探测器:于1989年由航天飞机送入太空。1994年在驶向外太阳系之际,正值出现彗木碰撞事件,“伽利略”接受临时的额外任务,从地基天文台和哈勃空间望远镜都不可能有的视角,及时而出色完成观测使命。1995年飞抵木星区域,在成为第一个绕木星运行的人造天体的同时,将一个子探测器投下一路测量温度和气压,历时1小时多,行程610千米。“伽利略”探测器则按指令直到2001年初已取得了大量有关木星大气结构、云系动态、磁层环境等资料,以及伽利略卫星的近距离图像。2002年11月,在超额完成探测计划后陨落木星大气深处。“卡西尼”土星探测器:1997年升空,在飞往土星时,于2002年年底在途中按指令顺便考察了木星。

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