太阳系家族介绍xwk005-木星基本状况

xwk19831010

超级版主

Rank: 8 Rank: 8

UID: 6
帖子: 18
积分: 0
性别: 男
来自: 湖南长沙
在线时间: 8 小时
注册时间: 2007-12-4
最后登录: 2008-7-22

1楼大中小发表于 2008-1-18 19:33 只看该作者

太阳系家族介绍xwk005-木星基本状况

一、木星本体资料
   (1)木星古称岁星，是离太阳第五颗行星，而且是最大的一颗，比所有其他的行星的合质量大2倍（地球的318倍）。木星绕太阳公转的周期为4332.589天，约合11.86年。木星(a.k.a. Jove)希腊人称之为宙斯(众神之王，奥林匹斯山的统治者和罗马国的保护人，它是Cronus（土星的儿子。)。
   作为太阳系中八大行星中的第五个行星，距离太阳有5.2AU，大约为7.8亿公里，是太阳系最大的行星。木星大到什麼程度呢? 做个比较，如果木星是个中空的球体，那麼其内部大约可以放入1300个地球，可见这颗行星有多巨大. 不过由於木星的密度较地球低，其质量仅为地球的317倍。从外观来看，它是一个扁球体，赤道直径约为142800公里，是地球的11.2倍；体积则是地球的1316倍；也就是地球质量的318倍。如果把地球和木星放在一起，就如同芝麻与西瓜之比一样悬殊。但木星的密度很低，平均密度仅为1.33克／立方厘米。
　　  同时，木星是天空中第四亮的物体（次于太阳，月球和金星；有时候火星更亮一些），早在史前木星就已被人类所知晓。根据伽利略1610年对木星四颗卫星：木卫一，木卫二，木卫三和木卫四（现常被称作伽利略卫星）的观察，它们是不以地球为中心运转的第一个发现，也是赞同哥白尼的日心说的有关行星运动的主要依据。
   在内部结构方面，它由90％的氢和10％的氦（原子数之比, 75/25％的质量比）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的太阳系星云的组成十分相似。土星有一个类似的组成，但天王星与海王星的组成中，氢和氦的量就少一些了。
   从许多的数据中推断，木星可能有一个石质的内核，相当于10－15个地球的质量。
   在地球上看去，木星表面有红、褐、白等五彩缤纷的条纹图案，可以推测木星大气中的风向是平行於赤道方向，因区域的不同而交互吹著西风及东风，是木星大气的一向明显特徵。大气中含有极微的甲烷、乙烷之类的有机成份，而且有打雷现象，生成有机物的机率相当大。
   (2)木星的大气层有许多的特点，最大的特徵，首推南半球的大红斑。这个巨大的圆形漩涡超过地球直径的３倍。大红斑的豔丽红色令人印象深刻，颜色似乎来自红磷。
   科学家由舒梅克－李维９号彗星撞击後释出的大气成份检测出硫，得知木星大气含有硫的成份。而木星的表面是由液态氢以及氦所组成的，在深入地心为液态的金属氢，其核心为一个岩质的核，约有地球的两倍大，十倍重。
   (3)木星的磁场方面，木星向外辐射能量，比起从太阳处收到的来说要多。木星内部很热：内核处可能高达20,000开。该热量的产量是由开尔文-赫尔姆霍兹原理生成的（行星的慢速重力压缩）。（木星并不是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，奇怪的是，天王星则不。
　　木星与气态行星所能达到的最大直径一致。如果组成又有所增加，它将因重力而被压缩，使得全球半径只稍微增加一点儿。一颗恒星变大只能是因为内部的热源（核能）关系，但木星要变成恒星的话，质量起码要再变大80倍。
　　从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，比地球表面磁场强得多（地球表面磁场强度只有0.3～0.8高斯）。木星磁场和地球的一样，是偶极的，磁轴和自转轴之间有 10°8′的倾角。木星的正磁极指的不是北极，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140万～700万公里之间的巨大空间都是木星的磁层；而地球的磁层只在距地心7～8公里的范围内。木星的四个大卫星都被木星的磁层所屏蔽，使之免遭太阳风的袭击。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。“旅行者1号”还发现木星背向太阳的一面有3万公里长的北极光。1981年初，当“旅行者2号”早已离开木星磁层飞奔土星的途中，曾再次受到木星磁场的影响。由此看来，木星磁尾至少拖长到6000万公里，已达到土星的轨道上。
   另外，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。木星有光环。光环系统是太阳系巨行星的一个共同特征，主要由小石块和雪团等物质组成。木星的光环很难观测到，它没有土星那么显著壮观，但也可以分成四圈。木星环约有6500公里宽，但厚度不到10公里。
   它所拥有的磁场非常强，表面磁场的强度超过地球的１０倍。木星的磁气圈分布范围比地球磁气圈的范围大上１００多倍，是太阳系中最大的磁气圈。由于太阳风和磁气圈的作用，木星也和地球一样在极区有极光产生。
   内核上则是大部分的行星物质集结地，以液态氢的形式存在。这些木星上最普通的形式基础可能只在40亿巴压强下才存在，木星内部就是这种环境（土星也是）。液态金属氢由离子化的质子与电子组成（类似于太阳的内部，不过温度低多了）。在木星内部的温度压强下，氢气是液态的，而非气态，这使它成为了木星磁场的电子指挥者与根源。同样在这一层也可能含有一些氦和微量的冰。

彗星撞击木星的壮观景象

二、大红斑
　木星上最显著最持久，也是人们最熟悉的特征要算大红斑了。大红斑是位于赤道南侧、长达2万多公里、宽约1.1万公里的一个红色卵形区域。从17世纪中叶，人们就开始对它进行时断时续的观测，1879年以后，开始对它进行连连续的记录，并发现它在1879～1882年，1893～1894年，1903～1907年，1911～1914年，1919～1920年，1926～1927年，特别是在1936～1937年，1961～1968年，以及1973～1974年这些年代中，变得显眼和色彩艳丽。在其他时间，显得暗淡，只略微带红，有时只有红斑的轮廓。
　　大红斑是个什么结构？为什么是红色的？如何能持续这么长的时间？要了解这些问题，仅凭地面观测实在是无能为力的。
　　按照科学家雷蒙·哈依德的理论，大红斑是位于其下面的某种像山一类的永久特征所造成的大气扰动。但是“先驱者”发现木星表面是流体，完全排除了木星外层具有固态结构表面的可能性，上述理论也就是自然被扬弃了。
　　“旅行者1号”发回的照片使人清晰地看到，大红斑宛如一个以逆时针方向旋转的巨大漩涡，其浩翰宽阔足以容纳好几个地球。从照片上还可以分辨出一些环状结构。仔细研究后，科学家们认为，在木星的表面覆盖着厚厚的云层，大红斑是耸立于高空、嵌在云层中的强大旋风，或是一团激烈上升的气流所形成的。
　　在木星上，类似大红斑的特征还有一些。譬如，在大红斑的偏南处，有3个白色卵形结构，它们首次出现于1938年。另外，1972年，地面观测发现木星的北半球上出现一个小红斑，18个月以后“先驱者10号”到达木星时，发现其形状和大小几乎同大红斑相似。再过一年，“先驱者　11号”经过木星时，这个红斑竟踪迹皆无，看来这个红斑只存在了两年左右。
　　木星上的斑状结构一般持续几个月或几年，它们的共同特点是在北半球作顺时针方向旋转，在南半球作逆时针旋转。气流从中心缓慢地涌出，然后在边缘沉降，遂形成椭圆形状。它们相当于地球上的风暴，不过规模要大得多，持续时间也长得多。
　　大红斑的橙红色一直使人困惑不解。有人认为是大红斑中上升气流形成的云中放电现象。为此，美国马里兰大学的一位名叫波南贝罗麦的博士做了一个有趣的实验。他在一只长颈瓶中放上木星大气中存在的一些气体，如甲烷、氨、氢等，对这些气体施加电火花作用，结果发现原先无色的气体变成云状物，一种淡红色的物质沉淀在瓶壁上。这个实验为人们解开大红斑颜色之谜似乎提供了某种有益的启示。相当一部分天文学家认为，磷化物可以说明大红斑的颜色。
　　自从卡西尼发现大红斑以来，到今天已有300多年了，它为什么能持续如此长的时间呢？有人认为木星的大气又密又厚是大红斑长寿的主要原因，但这只是一种猜测。
　　大红斑和木星上其他卵形结构的长寿，主要包含两个问题：一个是这些斑状结构必须是稳定的，不然它们只能存在几天；另一个就是能源问题，一个稳定涡流如果没有能源维持，很快就会下沉。

木星上的大红斑

三、木星环
　　过去有人猜测，在木星附近有一个尘埃层或环，但一直未能证实。1979年3月，“旅行者1号”考察木星时，拍摄到木星环的照片，不久，“旅行者2号”又获得了木星环的更多情况，终于证实木星也有光环。木星光环的形状像个薄圆盘，其厚度约为30公里，宽度约为6500公里，离木星12.8万公里。光环分为内环和外环，外环较亮，内环较暗，几乎与木星大气层相接。光环的光谱型为G型，光环也环绕着木星公转，7小时转一圈。木星光环是由许多黑色碎石块构成的，石块直径在数十米到数百米之间。由于黑石块不反射太阳光，因而长期以来一直未被我们发现。
　　所以，木星有一个同土星般的环，不过又小又微弱，较土星为暗(反照率为0.05)，它们由许多粒状的岩石质材料组成。它们的发现纯属意料之外，只是由于两个旅行者1号的科学家一再坚持航行10亿千米后，应该去看一下是否有光环存在。其他人都认为发现光环的可能性为零，但事实上它们是存在的。这两个科学家想出的真是一条妙计啊。它们后来被地面上的望远镜拍了照。
　　木星光环中的粒子可能并不是稳定地存在（由大气层和磁场的作用）。这样一来，如果光环要保持形状，它们需被不停地补充。两颗处在光环中公转的小卫星：木卫十六和木卫十七，显而易见是光环资源的最佳候选人。
　　伽利略号号飞行器对木星大气的探测发现在木星光环和最外层大气层之间另存在了一个强辐射带，大致相当于电离层辐射带的十倍强。惊人的是，新发现的带中含有来自不知何方的高能量氦离子。
　　1994年7月，苏梅克－利维9号彗星碰撞木星，具有惊人的现象。甚至用业余望远镜都能清楚地观察到表面的现象。碰撞残留的碎片在近一年后还可由哈勃望远镜观察到。

四、木星的卫星
　　在宇宙飞船探测木星之前，人们知道木星有13颗卫星。科学家们从“旅行者2号”发回的照片上又发现了3颗，共有16颗木卫。按距离木星中心由近及远的次序为：木卫十六、木卫十四、木卫五、木卫十五、木卫一、木卫二、木卫三、木卫四、木卫十三、木卫六、木卫十、木卫七、木卫十二、木卫十一、木卫八和木卫九。它们都围绕着木星公转，离木星最远的木卫九与木星的距离比地球和月亮的距离远60倍，它绕木星公转一周需要758天。
　　木卫一、木卫二、木卫三、木卫四于16I0年由伽利略发现，称为枷利略卫星。1892年巴纳德用望远镜发现了木卫五，其他卫星都是1904年以后用照相方法陆续发现的。“旅行者号”飞船于1979年发现了木卫十四，1980年又先后发现木卫十五和木卫十六。除四个伽利略卫星外，其余的卫星半径多是几公里到20公里的大石头。木卫三较大，其半径为2631公里。
　　木卫可分为三群：最靠近木星的一群——木卫十六、木卫十四、木卫五、木卫十五和四颗伽利略卫星等8颗，轨道偏心率都小于0.01，顺行，属于规则卫星；其余均属不规则卫星。离木星稍远的一群卫星——木卫十三、木卫六、木卫十及木卫七，偏心离为0.11～0.21，顺行。离木星最远的一群——木卫十二、木卫十一、木卫八及木卫九，偏心率0.17～0.38、逆行。
　　木星的四个伽利略卫星和木卫五的轨道几乎在木星的赤道面上。“旅行者1号”对这五颗卫星作了考察。
　　木卫一是16颗卫星中最著名的一颗，离木星很近，平均距离约42万千米。它的体积并不是很大，直径约3640千米，密度和大小有些类似月球，呈球状，整个表面光滑而干燥，有开阔的平原、起伏的山脉和长数千千米、宽百余千米的大峡谷，还有许多火山盆地。它的颜色特别的鲜红，比火星还红，可能是太阳系中最红的天体，上空由稀薄的二氧化硫大气及钠云所包围，并有很频繁的火山活动。旅行者1号探测器在木卫一的表面共发现了9座火山，火山的喷发高度为70～300千米，喷发速度平均每秒1000米，比地球火山爆发大。这些火山不断地喷出由二氧化硫组成的烟，降落在木卫一的表面。这些烟是本星磁层中许多粒子的主要来源，也就是木星磁层中辐射带最强的部分。木卫一是迄今在太阳系中所观测到的火山活动最为频繁和激烈的天体，这一发现给天文学家对太阳系天体的研究提供了新的启示。
　　木卫二是一颗体积比月球小，但密度和月球差不多，表面非常光滑，被大量的冰覆盖着，好像是一个冰与奶油巧克力混合而成的大球体。所以从望远镜中看是一颗显得非常明亮的天体。木卫二的另一特征是冰面上布满了许多纵横交错、密如蛛网的明暗条纹，很可能是冰层的裂缝。在木卫二的表面覆盖一层50千米厚的海洋，海洋的上面又覆盖着一层约5千米厚的冰层，也许这就是木卫二的表面如此光滑，反照率又这么高的原因。
　　木卫三是木星最大的一颗卫星，它的体积比水星大，表面呈黄色，可分为盖满冰层的明亮区和冰上堆积着岩质灰尘的黑暗区，并有几处横向错开的断层、线状地形、互相平形的山脊与深沟。这些线状地形互相重叠，显示它们形成的年代不同。因此，天文学家推断，木卫三可能曾经发生过类似地球的板块活动。
　　木卫四的表面布满了密密麻麻的陨石坑，最明显的特征是一个像牛眼似的白色核心，外面被一层圆环包围着，类似同心圆盆地，直径达600～1500千米。木卫四除了坑洞以外再也找不到其他特殊的地形，因而推断它是太阳系中最古老的卫星表面，在很早以前就终止了内部活动。
　　木卫五是天文学家巴纳德于1892年在木卫一的轨道内发现的，形状呈卵形。“旅行者1号”发现它为浅灰色，上有一个长约130公里、宽200～220公里的微红区域。木星光环正位于木卫五的轨道里。
　　1610年1月，大物理学家枷利略用望远镜首先观测到木星的4颗卫星，即木卫一、木卫二、木卫三、木卫四。后人统称它们为枷利略卫星。以后很长一段时间，人们没有再发现木星的卫星，直到1892年巴纳德才发现了木卫五。尔后又陆续发现木卫六、七……。1974年，发现了木卫十三。1979年，“旅行者”探测器遨游木星时，又发现了3颗木星卫星。这16颗卫星连同木星一起，组成了一个庞大的系统，称为木星系，不少人认为它是一个微型太阳系，对研究太阳系形成和演化的天文学家来说，它是一个令人心驰神往的世界。

木星轨道手绘图

木星的四个卫星

木星卫星的数据

（资料来源于互联网）

搜索更多相关主题的帖子: 木星大红斑木卫

TOP

‹‹ 上一主题 | 下一主题 ››