哈勃太空望遠(yuǎn)鏡拍攝的木星木星圖像顯示了生動(dòng)的極光和著名的大紅斑。 (Image credit: NASA,太陽(yáng) ESA, and J. Nichols (University of Leicester))
（神秘的地球uux.cn）據(jù)美國(guó)太空網(wǎng)（By Charles Q. Choi）：木星是太陽(yáng)系中最大的行星，也是系最星離太陽(yáng)第五遠(yuǎn)的行星。這個(gè)氣體巨人有著讓科學(xué)家驚訝的大行悠久歷史。
這個(gè)“行星之王”以羅馬神話中的木星神命名，是太陽(yáng)一個(gè)籠罩在彩云中的暴風(fēng)雨之謎。它最突出和最著名的系最星風(fēng)暴，大紅斑，大行是木星地球?qū)挾鹊膬杀丁?br>1610年，太陽(yáng)當(dāng)伽利略發(fā)現(xiàn)木星的系最星四顆大衛(wèi)星:木衛(wèi)一、木衛(wèi)二、大行木衛(wèi)三和木衛(wèi)四時(shí)，木星木星徹底改變了我們看待宇宙的太陽(yáng)方式以及我們?cè)谟钪嬷械奈恢?。這些觀察是系最星第一次看到天體圍繞地球以外的物體旋轉(zhuǎn)，支持了哥白尼關(guān)于地球不是宇宙中心的觀點(diǎn)。
自2016年以來(lái)，美國(guó)宇航局飛船朱諾號(hào)一直在調(diào)查木星及其衛(wèi)星。
木星有多大？
根據(jù)美國(guó)宇航局的說(shuō)法，木星的質(zhì)量是所有其他行星總和的兩倍多。木星巨大的體積可以容納1300多個(gè)地球。如果木星有籃球那么大，地球就有葡萄那么大。
木星可能是太陽(yáng)系中形成的第一顆行星，由太陽(yáng)形成時(shí)留下的氣體組成。根據(jù)美國(guó)宇航局的說(shuō)法，如果這顆行星在其發(fā)展過(guò)程中質(zhì)量增加80倍，它實(shí)際上已經(jīng)成為一顆恒星。
木星離太陽(yáng)有多遠(yuǎn)？
平均而言，木星距離太陽(yáng)約483，682，810英里(778，412，020公里)。這是地球到太陽(yáng)平均距離的5.203倍。
在近日點(diǎn)，當(dāng)木星最靠近太陽(yáng)時(shí)，該行星距離太陽(yáng)460，276，100英里(740，742，600公里)。
在遠(yuǎn)日點(diǎn)或木星到達(dá)太陽(yáng)的最遠(yuǎn)距離，它距離太陽(yáng)507，089，500英里(816，081，400公里)。
專家解答的木星常見(jiàn)問(wèn)題
我們問(wèn)了行星科學(xué)教授利·弗萊徹一些關(guān)于木星的常見(jiàn)問(wèn)題。
利·弗萊徹行星科學(xué)家
利·弗萊徹是英國(guó)萊斯特大學(xué)的行星科學(xué)教授
木星是氣體行星嗎？
是的，但是不要被愚弄而認(rèn)為木星就像一團(tuán)你可以飛過(guò)的氣體云，它更像是一個(gè)流動(dòng)的星球，越往深處密度越大，溫度越高。
彩色云頂?shù)膲毫εc地球大氣中的壓力沒(méi)有什么不同，但它們會(huì)隨著深度的增加而增加，就像一艘潛艇在我們的海洋中越沉越深時(shí)經(jīng)歷的巨大密度一樣。事實(shí)上，作為木星主要?dú)怏w的氫被壓縮到如此極端，以至于它變成了一種奇異的金屬氫形式。所以把木星想象成一個(gè)充滿奇異物質(zhì)的無(wú)底海洋。
木星上的大紅斑是什么？
木星著名的大紅斑是一個(gè)旋轉(zhuǎn)的漩渦——從技術(shù)上講是反氣旋，因?yàn)樗谀拘堑哪习肭蚰鏁r(shí)針旋轉(zhuǎn)。這個(gè)漩渦大到足以吞噬地球兩次以上，在其邊緣周圍的風(fēng)很好地保持了漩渦內(nèi)的平靜空氣與外面動(dòng)蕩的暴風(fēng)雨空氣的分離。
內(nèi)部平靜的空氣被來(lái)自太陽(yáng)的紫外線加熱，產(chǎn)生化學(xué)物質(zhì)和煙霧，它們是藍(lán)光的良好吸收劑，只留下紅光反射回觀察者。大紅斑至少在近兩個(gè)世紀(jì)前的維多利亞時(shí)代就已經(jīng)存在，但在那段時(shí)間的大部分時(shí)間里，它在東西向延伸的范圍內(nèi)一直在穩(wěn)步縮小。
有沒(méi)有比木星更大的行星？
幾乎可以肯定，但不是在我們的太陽(yáng)系。木星和土星是巨大的氣體巨星，天王星和海王星是中等大小的冰巨星，而巖石類地行星要小得多。當(dāng)我們看到在其他恒星周圍發(fā)現(xiàn)的令人難以置信的系外行星范圍時(shí)，最近一次統(tǒng)計(jì)超過(guò)5000顆，我們確實(shí)看到了更大行星的證據(jù)，其中一些是“膨脹的”，因?yàn)樗鼈冋娴碾x它們的母恒星很近，并從它們那里獲得大量能量，將它們的大氣層加熱到數(shù)千度。
為什么木星有時(shí)被稱為「失敗之星」？
木星和其他大行星基本上由與太陽(yáng)相同的物質(zhì)組成，盡管除了氫和氦之外，基本成分有一些變化。因此，給它們更多的材料，它們可以點(diǎn)燃?xì)涞暮司圩儯纬珊?，從而成為一顆恒星。但是褐矮星位于巨行星和主序恒星之間，太小太輕，無(wú)法燃燒氫，但可能足夠重，可以通過(guò)核聚變?nèi)紵驗(yàn)樗鼈兊馁|(zhì)量大約是我們木星的13倍。
木星可能的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。美國(guó)宇航局環(huán)繞木星運(yùn)行的朱諾號(hào)飛船的觀測(cè)已經(jīng)有助于充實(shí)這張照片；例如，任務(wù)小組成員說(shuō)，朱諾的重力數(shù)據(jù)表明，木星可能有一個(gè)驚人的大，部分溶解的核心。(Image credit: NASA/JPL-Caltech/SwRI)
木星的大氣層類似于太陽(yáng)，主要由氫和氦組成。富含氦的液態(tài)金屬氫包裹著行星中心“模糊”或部分溶解的核心。
環(huán)繞木星的彩色明暗帶是由行星上層大氣中強(qiáng)勁的東西向風(fēng)形成的，風(fēng)速超過(guò)335英里/小時(shí)(539公里/小時(shí))。亮區(qū)的白云是由凍結(jié)的氨晶體構(gòu)成的，而暗區(qū)的云是由其他化學(xué)物質(zhì)構(gòu)成的。在可見(jiàn)的最深處是藍(lán)色的云。云的條紋遠(yuǎn)非靜止不變，而是隨著時(shí)間而變化。
在大氣層內(nèi)，鉆石雨可能會(huì)充滿天空，隱藏在大氣層深處的是一個(gè)未知成分的致密核心。
根據(jù)科羅拉多大學(xué)博爾德分校的研究，木星巨大的磁場(chǎng)是太陽(yáng)系所有行星中最強(qiáng)的，幾乎是地球磁場(chǎng)的20，000倍。磁場(chǎng)將電子和其他帶電粒子捕獲在一個(gè)強(qiáng)烈的帶中，該帶有規(guī)律地向地球的衛(wèi)星和環(huán)發(fā)射超過(guò)人類致命水平1000倍的輻射。這種輻射足夠嚴(yán)重，甚至?xí)p壞屏蔽嚴(yán)重的航天器，如美國(guó)宇航局的伽利略探測(cè)器。木星的磁氣圈朝著太陽(yáng)膨脹了大約60萬(wàn)到200萬(wàn)英里(100萬(wàn)到300萬(wàn)公里)，并逐漸變細(xì)，形成一條尾巴，在這顆巨大的行星后面延伸了超過(guò)6億英里(10億公里)。
2016年8月27日，美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)的朱諾號(hào)(Juno)飛船上的追星相機(jī)拍攝了這張木星暗環(huán)的照片，這是該探測(cè)器首次接近這顆巨大的行星收集數(shù)據(jù)。這是有史以來(lái)第一次從內(nèi)部觀察行星環(huán)。主環(huán)上方的亮星是參宿四，右下方可以看到獵戶座腰帶。
大紅斑是什么？
2019年2月12日，朱諾飛船的高分辨率JunoCam看到，在遇到一個(gè)較小的反氣旋時(shí)，一片紅色從木星的大紅斑上剝落。雖然碰撞看起來(lái)很猛烈，但行星科學(xué)家認(rèn)為它們主要是表面效應(yīng)。(Image credit: AGU/Journal of Geophysical Research: Planets)
木星最著名的特征之一是大紅斑，這是一種持續(xù)了300多年的巨大颶風(fēng)般的風(fēng)暴。根據(jù)美國(guó)宇航局的說(shuō)法，大紅斑最寬時(shí)約為地球的兩倍，其邊緣以約270至425英里/小時(shí)(430至680公里/小時(shí))的速度圍繞其中心逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)使它成為一種被稱為“反氣旋”的風(fēng)暴。
風(fēng)暴的顏色通常從磚紅色到略帶棕色不等，可能來(lái)自木星云層中氨晶體中的少量硫和磷?，F(xiàn)貨已經(jīng)萎縮了相當(dāng)一段時(shí)間，盡管近年來(lái)速度可能在放緩。
木星也有許多其他的風(fēng)暴。根據(jù)朱諾2022年的數(shù)據(jù)，木星巨大的極地氣旋是由對(duì)流或熱量從較低高度上升到較高大氣層驅(qū)動(dòng)的，類似于地球上海洋渦流的工作方式。
木星的衛(wèi)星
木星擁有令人難以置信的79顆已知衛(wèi)星，大多以同名羅馬神的情婦和后代命名。木星的四顆最大的衛(wèi)星叫做木衛(wèi)一、木衛(wèi)二、木衛(wèi)三和木衛(wèi)四，是由伽利略·伽利雷發(fā)現(xiàn)的，因此有時(shí)被稱為伽利略衛(wèi)星。
木衛(wèi)三是太陽(yáng)系中最大的衛(wèi)星，比冥王星和水星都大。它也是唯一一顆已知擁有自己磁場(chǎng)的衛(wèi)星，其怪異的聲音由美國(guó)宇航局的朱諾任務(wù)于2021年拍攝。月球在冰層之間至少有一個(gè)海洋，盡管根據(jù)《行星和空間科學(xué)》雜志2014年的一項(xiàng)研究，它可能包含幾層堆疊在一起的冰和水，以及2021年首次發(fā)現(xiàn)的大氣水蒸氣。木衛(wèi)三將是計(jì)劃于2023年發(fā)射并于2030年抵達(dá)木星系統(tǒng)的歐洲木星冰衛(wèi)星探測(cè)器(JUICE)的主要目標(biāo)。
木衛(wèi)一是太陽(yáng)系中火山活動(dòng)最活躍的天體。當(dāng)木衛(wèi)一圍繞木星運(yùn)行時(shí)，該行星巨大的引力導(dǎo)致木衛(wèi)一固體表面出現(xiàn)300英尺(100米)高的“潮汐”，并產(chǎn)生足夠的熱量刺激火山活動(dòng)。這些火山每秒鐘向月球周圍的空間釋放超過(guò)一噸的物質(zhì)，有助于創(chuàng)造來(lái)自木星的奇怪無(wú)線電波。它的火山噴出的硫磺讓木衛(wèi)一看起來(lái)像是被涂抹了的黃橙色，這讓一些人把它比作意大利香腸比薩餅。
當(dāng)木星的四顆伽利略衛(wèi)星穿過(guò)(或穿越)木星盤面時(shí)，業(yè)余天文愛(ài)好者的望遠(yuǎn)鏡會(huì)不時(shí)地看到它們投下的黑色小圓影子。這是木衛(wèi)二和木衛(wèi)三同時(shí)投射在木星上的兩個(gè)影子。(Image credit:Starry Night software)
木衛(wèi)二的冰凍外殼主要由水冰組成，它可能隱藏著一個(gè)液態(tài)海洋，其含水量是地球海洋的兩倍。一些液體以零星的羽狀形式從木衛(wèi)二南極噴出，2021年，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡在木衛(wèi)二表面發(fā)現(xiàn)了更多的水蒸氣。同樣在2021年，木衛(wèi)二的北極首次被拍攝到，水下火山的發(fā)現(xiàn)提高了木衛(wèi)二可能適合生命存在的希望。
美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局(NOAA)和伍茲霍爾海洋研究所(Woods Hole Oceanographic Institute)有朝一日可能會(huì)派遣一艘自主潛水器探索木衛(wèi)二被冰覆蓋的海洋。此外，美國(guó)宇航局的歐羅巴快船計(jì)劃將于2020年發(fā)射，將進(jìn)行40至45次飛越，以檢查這顆冰冷衛(wèi)星的可居住性。
木衛(wèi)四是四顆伽利略衛(wèi)星中反射率或反照率最低的。這表明它的表面可能由深色無(wú)色的巖石組成。根據(jù)美國(guó)國(guó)家航空航天局的說(shuō)法，曾經(jīng)被認(rèn)為是伽利略其他衛(wèi)星無(wú)聊的翻版，木衛(wèi)四布滿隕石坑的表面可能隱藏著一個(gè)秘密的海洋。
木星的光環(huán)
2016年8月27日，美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)的朱諾號(hào)(Juno)飛船上的追星相機(jī)拍攝了這張木星暗環(huán)的照片，這是該探測(cè)器首次接近這顆巨大的行星收集數(shù)據(jù)。這是有史以來(lái)第一次從內(nèi)部觀察行星環(huán)。主環(huán)上方的亮星是參宿四，右下方可以看到獵戶座腰帶。 (Image credit: NASA/JPL-Caltech/SwRI)
1979年，美國(guó)國(guó)家航空航天局的旅行者1號(hào)飛船在木星赤道附近發(fā)現(xiàn)了木星的三個(gè)暗環(huán)，這讓人們大吃一驚。根據(jù)美國(guó)宇航局戈達(dá)德太空飛行中心的說(shuō)法，木星的光環(huán)比土星的矮胖、彩色的光環(huán)更加脆弱，由該行星的一些衛(wèi)星發(fā)出的連續(xù)塵埃粒子流組成。
根據(jù)西南研究所(SwRI的)朱諾任務(wù)網(wǎng)站，主環(huán)是平的。它厚約20英里(30公里)，寬超過(guò)4000英里(6400公里)。
SwRI寫道，內(nèi)部的甜甜圈形(也稱為“環(huán)形”)環(huán)稱為光環(huán)，厚度超過(guò)12，000英里(20，000公里)。光環(huán)是由電磁力將顆粒推離主環(huán)平面造成的。主環(huán)和光環(huán)都是由小而暗的塵埃顆粒組成的。
第三個(gè)環(huán)因其透明性而被稱為薄紗環(huán)，實(shí)際上是來(lái)自木星的三個(gè)衛(wèi)星的微觀碎片環(huán):阿瑪耳忒亞、底比斯和木衛(wèi)一。根據(jù)美國(guó)宇航局伽利略任務(wù)的新聞稿，薄紗環(huán)很可能由與香煙煙霧中發(fā)現(xiàn)的顆粒大小相同的塵埃顆粒組成，并延伸到距離行星中心約80，000英里(129，000公里)的外邊緣，向內(nèi)約18，600英里(30，000公里)。
木星和土星環(huán)上的波紋可能是彗星和小行星撞擊的跡象。
探索木星
美國(guó)宇航局的朱諾任務(wù)于2016年抵達(dá)木星，預(yù)計(jì)在軌道上的壽命約為20個(gè)月，但截至2022年，它將繼續(xù)傳回美麗的圖像、音頻和其他數(shù)據(jù)，其任務(wù)將延長(zhǎng)至2025年。
歷史上，有七次任務(wù)飛過(guò)木星——先鋒10號(hào)、先鋒11號(hào)、旅行者1號(hào)、旅行者2號(hào)、尤利西斯、卡西尼和新視野號(hào)。只有兩項(xiàng)任務(wù)——美國(guó)宇航局的伽利略號(hào)和朱諾號(hào)——繞地球運(yùn)行。
先鋒10號(hào)揭示了木星的輻射帶有多危險(xiǎn)，而先鋒11號(hào)提供了大紅斑的數(shù)據(jù)和木星極地的特寫照片。旅行者1號(hào)和2號(hào)幫助天文學(xué)家創(chuàng)建了伽利略衛(wèi)星的第一張?jiān)敿?xì)地圖，發(fā)現(xiàn)了木星的光環(huán)，揭示了木衛(wèi)一上的硫火山，并探測(cè)到了木星云層中的閃電。尤利西斯發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)風(fēng)對(duì)木星磁氣圈的影響比科學(xué)家先前認(rèn)為的要大得多。新視野號(hào)拍攝了木星及其最大衛(wèi)星的特寫照片。
木星的第一個(gè)軌道飛行器伽利略號(hào)于1995年抵達(dá)，并很快向木星發(fā)送了一個(gè)探測(cè)器，首次直接測(cè)量了木星的大氣，并測(cè)量了那里的水和其他化學(xué)物質(zhì)的含量。然后主航天器花了八年時(shí)間研究這個(gè)系統(tǒng)。當(dāng)伽利略號(hào)自身燃料不足時(shí)，該航天器故意撞向木星，以避免它將污染從地球帶到木衛(wèi)二的風(fēng)險(xiǎn)，木衛(wèi)二表面下可能有一個(gè)能夠支持生命的海洋。
這幅圖片是由美國(guó)宇航局的朱諾號(hào)飛船拍攝的，它展示了木星動(dòng)態(tài)的北溫帶的大量旋轉(zhuǎn)云。(圖片來(lái)源:NASA)
現(xiàn)在，朱諾從極地軌道研究木星，部分是為了弄清楚它和太陽(yáng)系的其他部分是如何形成的。研究人員希望這項(xiàng)任務(wù)也能揭示外星行星系統(tǒng)可能是如何發(fā)展的。根據(jù)朱諾的數(shù)據(jù)，木星的核心可能比科學(xué)家預(yù)期的更大，而木星的條紋和風(fēng)暴從大氣層的高處延伸到行星的深處。在2021年美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)關(guān)于朱諾最大熱門的概述中，該機(jī)構(gòu)還包括觀察木星上的閃電，檢測(cè)大氣中的水，并測(cè)量比地球上任何發(fā)現(xiàn)都強(qiáng)10倍的磁場(chǎng)。
雖然沒(méi)有專門針對(duì)木星本身的任務(wù)正在進(jìn)行中，但未來(lái)的兩個(gè)航天器將研究木星的衛(wèi)星:美國(guó)宇航局的歐羅巴快船(將于2020年代中期發(fā)射)和歐洲航天局的木星冰衛(wèi)星探測(cè)器(JUICE)，將于2023年發(fā)射，并于2030年抵達(dá)木星系統(tǒng)，以研究木衛(wèi)三、木衛(wèi)四和歐羅巴。
研究人員表示，這顆氣體巨星也將成為詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡(JWST)的“試驗(yàn)場(chǎng)”?？茖W(xué)家們渴望在這臺(tái)大功率望遠(yuǎn)鏡的第一年科學(xué)觀測(cè)中探索木星。隨著韋伯的目光投向探索木星及其衛(wèi)星，科學(xué)家們對(duì)了解木星的一些最大的奧秘感到興奮，例如這樣一個(gè)巨大的風(fēng)暴——大紅斑——是如何在湍流大氣中形成的，或者它最大的衛(wèi)星是如何隱藏火山的海洋。
左圖:通過(guò)詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的NIRCam儀器2.12微米濾光片，可以看到木星及其衛(wèi)星歐羅巴、土衛(wèi)二和土衛(wèi)五。右圖:通過(guò)NIRCam的3.23微米濾光片可以看到木星和歐羅巴、土衛(wèi)二和土衛(wèi)五。(Image credit: NASA, ESA, CSA, and B. Holler and J. Stansberry (STScI))
木星如何塑造了我們的太陽(yáng)系？
作為太陽(yáng)系中僅次于太陽(yáng)的最大天體，木星憑借其巨大的引力幫助塑造了我們太空鄰居的命運(yùn)。
根據(jù)2005年發(fā)表在《自然》雜志上的一篇論文，木星的引力被發(fā)現(xiàn)是導(dǎo)致海王星和天王星(以及一系列小行星之類的小天體)遠(yuǎn)離太陽(yáng)的原因。那篇論文建立了一個(gè)名為尼斯模型的“行星譜系學(xué)”理論，尼斯模型是以它誕生的法國(guó)城市命名的。
根據(jù)尼斯模型，木星和其他氣態(tài)巨行星也對(duì)后期的猛烈撞擊負(fù)有責(zé)任，在這段時(shí)間里，年輕的地球及其附近的同伴受到碎片的轟擊。
如今，木星可能有助于阻止小行星和彗星撞擊地球，通過(guò)充當(dāng)“太陽(yáng)系的真空吸塵器”來(lái)保護(hù)內(nèi)行星，SwRI寫道。它巨大的引力可以吸入和吸收較小的物體——就像1994年木星和彗星蘇梅克-利維9的壯觀碰撞——或者把它們完全推出太陽(yáng)系。但是同樣的引力仍然可以加速一些物體向內(nèi)行星運(yùn)動(dòng)，所以這是一件好事。
木星上可能有生命嗎？
木星的大氣層隨著深度的增加而變暖，達(dá)到室溫，即70華氏度(21攝氏度)，其海拔高度的大氣壓力約為地球上的10倍?？茖W(xué)家們懷疑，如果木星有任何形式的生命，它必須在這個(gè)水平上通過(guò)空氣傳播。理論上，2021年的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，有足夠的水支持一些生命。然而，研究人員沒(méi)有發(fā)現(xiàn)木星上存在生命的證據(jù)。
木星的衛(wèi)星是一個(gè)不同的故事:特別是木衛(wèi)二可能擁有一個(gè)屏蔽輻射的隱藏海洋，海洋生物可能漂浮在這些陌生水域的某個(gè)地方。
作者:知識(shí)
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