• 行星世界的王者——木星之谜_宇宙知识百科

  • 发布时间:2018-03-25 11:28 浏览:加载中

  •   有1300个地球大的最大行星

      木星是颗巨大的行星。在太阳系所有行星中,木星是最大的一个。它的直径是14.3万千米,是地球直径的11倍多,体积是地球的1300多倍。这意味着,倘若木星是个中空的圆球,它里面能放下1300个地球。木星是太阳系行星中的头号巨人。

      木星的质量很雄伟。虽然木星质量只及太阳的1/1000,但它的质量是地球质量的318倍,木星质量甚至比太阳系内全部其他行星、卫星、小行星、陨星和慧星的总和质量还要大,后者只及木星质量的40%。在众行星面前,木星则显得伟岸无比。

      木星在群星中显得很亮。虽然它到太阳的距离是地球到太阳距离的5倍,得到的太阳光也弱得多,只有从地球上看到的太阳亮度的1/7。但木星个儿巨大,大气也浓密,反射太阳光的能力也强。在天空中除金星以外,木星就是最明亮的行星了。木星比恒星星空中最亮恒星天狼星还要亮,也比火星亮。西方人把威严的罗马主神“朱必特”的宝座安放在了木星上。

      木星又是位“脆弱的巨人”。拿木星质量和它庞大的体积相比较,却显不出任何优势。我们知道,质量与体积的比值是密度,木星的平均密度还不到地球平均密度的1/4。地球上正每方厘米的地球物质平均“重”5.52克,而几立方厘米的木星物质只“重”1.33克,只比水重一点点。它的这种惊人低的密度和巨大无比的体积无异告诉我们,木星是由很轻的物质构成的,木星中可能包含着相当数量的水和比水更轻的物质。原来,木星的基本成分是液态氢,除了可能有很小的熔融的岩核外,没有地球陆地那样的固体表面。

      木星自转非常迅速。它虽是庞大行星,却行动灵活。木星比太阳系内任何别的行星自转都要块,木星上的“一天”只有9小时55分,微弱的太阳光,平均每天只有5小时左右照射时间,人类测得木星表面温度在零下150℃左右,是极寒冷的世界。木星公转速度13千米/秒,比地球30千米/秒的公转速度慢多了,公转一周的时间几乎等于12年。

      身披色彩缤纷的彩带

      通过望远镜,人们就能看到木星的扁平的有趣形状。不过,恐怕最吸引你的,是木星顶部云层的那些云雾状的醒目条纹了。明暗相间的条带大体规则又很有变化,而且都与赤道平行。条带颜色斑斓,除了白色外,还有橙红、棕黄色的。按照习惯,那些发白的浅色条纹叫“带”,那些较暗的红、棕等色条纹叫“条”或“带纹”。

      这些条带都是木星云层,而且是木星顶部云层。木星被浓密的大气包围得严严实实,这层大气有多厚,现在不得而知,估计大约1000多千米,它使我们想要窥视一下木星大气的下层也不能,更不用说看见木星表面了。木星表面几乎全是氢和氦,氢82%,17%氦,此外是极少的甲烷、氮、水汽、碳和氧。

      木星快速自转,云就被拉成长条形。科学家们不久后搞清楚了,浅色的带是木星大气的高气压带,温暖的气流在带里上升,呈现出白色或浅黄色。深暗色的条则是低气压带,气流在这里下降,呈现出红色和橙色。条带间像波浪一样激烈翻滚。换句话说,由于木星作高速自转,伴同高气压带和低气压带的旋风流和反旋风流完全把巨大的木星缠绕起来了。大气也不易跑掉,就因为木星有巨大吸引力束缚着漂泊不定的气体。

      表面是液态氢形成的“海洋”

      木星没有固体的表面,这与我们了解过的水星、金星、地球、火星、月球都不同。大气之下,很可能是液态的氢的“海洋”。在再往下离木星中心核大约一半的地方,那里的压强已十分巨大,可达300万个大气压,温度惊人的高,达11000℃,在这样的物理条件下,以致液态分子氢实际上已转化成液态的金属原子氢,这种液态的金属氢在地球的实验室中从未发现过,然而科学家坚信,在极端条件下会有这种液态金属氢存在。在木星最中心部分是木星核,木星核是固体的,主要由铁和硅之类的物质组成,不大的体积却相当于一二十个地球质量。这里必然承受非常大的大气压强,估计有上亿个大气压。温度高可达3万摄氏度,那里必然有地球所无法想像的特殊环境。

      以上只是科学家设想的木星结构模型,因为要想了解云的下面是怎样的细节非常困难。

      木星有强大的磁场。木星磁场强度为地磁强度的10倍,磁极方向和地球相反,在木星指南针确实是“指向南方”,木星的磁层比地球的磁层要大100倍,可直接达到700万千米之处。地球磁层只在距地心7~8千米范围内。打个比方,如果我们在夜间能用眼睛看见木星和它的磁层的话,木星本身只相当于一颗亮星那么大,木星的磁层则要比月亮大16倍。另外,木星磁层随太阳风“吹拂”,十分迅速地频频收缩和膨胀着。

      木星有极光。地球上极地地区出现极光,是因为磁场捕获了来自太阳的带电粒子,太阳风到达木星这么远的地方,带电粒子也衰减得很多了,但由于木星强大的磁场,仍然可能捕捉到太阳带电粒子,这在理论上完全成立,过去却一直没有观测到。1979年,当“旅行者1号”转到木星的背面时,观看到一场动人的极光“演示”,夜幕中,一条长约3万千米的巨形光带,正在长空摇曳生姿,翩翩舞动。这还是在地球以外的太阳系天体上头一回遭遇极光,既在意料之外,又在情理之中。这一切再次说明了物理规律的普遍性和准确性。

      木星也有光环。这是1979年3月4日,由“旅行者2号”无意中发现的。4个月以后,“旅行者2号”再次飞抵木星,证实了这一发现。木星环像个薄薄的圆盘,很暗,也不大。其厚度只有30来千米,宽度约6500千米,由大大小小的黑色块状物构成,外围离木星中心12万千米。由于黑色石块不反射太阳光,光环又小又薄,难怪我们在地球上长期都发现不了它。

      于是,木星在土星、天王星以后,一跃而进入有光环行星的行列。

      木星的标记——巨大红斑

      木星除了色彩缤纷的条和带之外,我们还不难看到木星大气有一块醒目的标记,从地球上看去,就成一个红点,仿佛木星上长着一只“眼睛”。大红斑形状有点像鸡蛋,颜色鲜艳夺目,红而略带棕色,有时又鲜红鲜红。人们把它取名为大红斑。

      很早以前,木星大红斑鲜明的颜色已引起人们关注。意大利天文学家卡西尼在1665年首先觉察到,木星上有斑痕,并以此红斑为标志,测出了木星自转的周期,是在9时50分到9时56分之间的范围。这与现在公认的赤道部分的自转周期9时50分30秒相当吻合,这在当时天文观测仪器相当简陋的情况下是很不简单的成就。

      自那时以来3个多世纪过去了,人们一直看到这块红斑,虽然颜色时而有浓也有淡,大小有增有减,但从未消失过,成为木星上醒目的半永久性标志,同时也是科学家观测、研究、讨论的课题。

      大红斑十分巨大,南北宽度经常保持达1.4万千米,东西方向上的长度在不同时期有所变化,最长时达4万千米。也就是说,从红斑东端到西端,可以并排下三个地球。一般情况下,长度在2000~3000千米,大红斑在木星上的相对大小,就好像澳大利亚在地球上那样。

      大红斑之“红”也有特色。它的颜色常常是红而略带褐色,变化也是有的。20世纪20年代到30年代,大红斑呈鲜红色,从未这么好看过。1951年前后,也曾出现淡淡的玫瑰红颜色。大部分时间,颜色比较暗淡。关于大红斑的颜色,有不同见解。有人提出那是因为它含有红磷之类的物质;有人认为,可能是有些物质到达木星的云端以后受太阳紫外线照射,而发生了光化学反应,使这些化学物质转变成了一种带红棕色的物质。总之,这仍然为目前人类的未解之谜。

      人们在地球上隔着6亿千米对着大红斑看了300多年,却不知怎么解释这种红斑。到20世纪70年代,先有1972、1973年“先驱者10号”、“先驱者11号”相继升空,在1973年12月和1974年12月近距离观测了木星;紧步后尘的又有1977年8月20日和9月5日发射的“旅行者2号”、“旅行者1号”,分别于1979年7月和1979年3月从木星上空掠过,对红斑进行详细察看。它们发现,它是一团激烈上升的气流,即大气旋。它不停地沿逆时针方向旋转,像一团巨大的高气压风暴,每12天旋转一周。这巨大风暴气流可谓“翻江倒海”,“翻天覆地”。从人类认识它以来狂暴地刮了3个多世纪,可以说是一场“世纪风暴”,真让人咋舌,那么,它是靠什么物质能长盛不衰、长期肆虐呢?

      原来,大红斑以自己实力占尽地利之便。巨大的漩涡像夹在两股向相反方向运动的气流带中,摩擦阻力很小,如果大红斑比现在要小得多,那么“阻碍”的力量便相应地要大得多,这团风暴要不了多久便会平息。“先驱者10号”1973年12月也发现过有小红斑,其扩大程度直逼大红斑了,然而“先驱者11号”1974年12月飞过小红斑时它却已经消失了。小红斑从形成到消失,只用了短短的两年时间,规模上也只与地球风暴差不多,这跟大红斑不能相比。也有人认为大红斑长久不衰应该还有别的原因。总之,关于大红斑,还需继续观测、研究和进行不懈探索。

      木星卫星也最大

      木星与类地行星大不相同,这一点同样表现在它拥有的追随者卫星上面。

      木星的卫星是个大群体,共有16颗,在太阳系中名列亚军,仅次于土星的23颗卫星,按照距木星由近及远的次序分别为:木卫十六、木卫十四、木卫五、木卫十五、木卫一、二、三、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、木卫九。最远的木卫九,达2370万千米,比木卫十六远了180多倍。最近的木卫十六,约12.7万千米,离大气顶层不远。这16颗卫星连同木星一起组成了一个庞大辽阔的木星系统,就像个小太阳系。

      在太阳系的卫星世界里,木星的卫星也有鼎鼎有名的。木卫三是太阳系里最大的卫星,直径5276千米,比月球(3476千米)大,甚至比水星(4880千米)大。在太阳系前6名里除月球名列第五,亚军是土卫六之外,其余都是木卫的天下。木卫四、木卫一、木卫二分别保持着前3、4、6位的排行。

      木卫一、二、三、四是太阳系最早发现的卫星(除月球外)。

      380多年以前,伽利略用自制望远镜发现了木星的4颗卫星,被后人统称为“伽利略卫星”。木卫五是1892年巴纳德发现的,其他的几颗卫星都是在20世纪发现的,其中3颗在70年代末80年初,则由空间探测器找到。

      这4颗伽利略卫星各有各貌,每个大小都与水星差不多,是天文学家重点研究的对象。

      木卫一距离木星最近,它距木星的平均距离为42万千米,以强烈的火山爆发而闻名。从木卫一的大小、质量、距离来看,与月球十分近似,是木卫里最引人注目的。从“旅行者”发回的照片看,木卫一表面非常平坦,没有陨石坑,如果有的话,也许也被火山喷发的物质填平了。木卫一有大面积的平原和起伏不平的山脉,表面由火山灰装饰得五彩缤纷,红色、金红色、淡黄色和黑白色的地表景色动人。

      木卫一的火山爆发之激烈最令人吃惊,远远甚于地球上的火山爆发程度。迄今记录到正在爆发的至少有9座,喷发时间很长,火山灰每年覆盖表面约1毫米厚,使木卫一表面更新很快。火山爆发时,大量的二氧化碳气体形成蓝色喷烟,气体冷却后凝聚形成雪。

      木卫二离木星稍远,平均距离67万千米。表面江河花纹很显眼,可能存在软冰或液态水。“旅行者1号”发现木卫二是一颗由厚厚冰层覆盖的岩石球体,近乎白色,色调柔和。赤道一带有斑状的黑区和亮区,被黑色线条穿过有长、短,纵横交错如同乱麻。可能是相连接的环形山、方山,最高不过50米,是最平坦的天体。

      推测木卫二有带冰壳的固体核心,并且在冰壳和核心之间,可能有一层液态水。这样的构造形成平坦地形,并承受陨星撞击和形变。

      估计木卫二有个深120千米的水坑,天文学家史蒂文森等人前些时候计算了木卫二的热耗散,证实在核心和冰壳之间确有液态水层。在25千米深的冰层下,木星潮xī作用加热产生的热量,使冰壳变软甚至形成液态水。

      冰壳可能不完全冻结,大部分冰像冰川那样在流动。

      科学家认为木卫二是太阳系少数的,可能拥有原始生命存在的天体之一。

      木卫三是太阳系最大卫星,距离木星107万千米。“旅行者1号”测得其朝向木星一面,与月亮类似。上面有严重环形山化了的多边形区域,横跨达几十千米。它们周围是明亮的网状系统,这些地形是相距很近的一些平行的山脊和山脊之间的沟组成的一个个区域,有的达20条之多。表面有断层和地壳变动痕迹。

      木卫四最远距离188万千米,环形山在半球左面。还有同心环地貌,直径600千米,环形相距50~200千米,同心盆地放出奇特的光。

      对木星的探测计划由70年代探测太阳系外围空间开始。70年代共发射了4艘宇宙飞船。

      “先驱者10号”于1972年3月20日升空,次年底在离木星13万千米处飞过,送回300多幅彩片,研究了木星云层和卫星,探测到了木星的磁场。

      “先驱者11号”于1973年4月6日发射,经过一年半的飞行,来到离木星表面4.6万千米的高空,送回更清晰的照片。对木星温度、大气、磁场及4个卫星作了多方面观测。

      “旅行者1号”和“旅行者2号”是在1977年9月5日和8月20日相继发射的,携带大量精密仪器,“旅行者二号”晚时发射,却先期到达木星,1979年3月飞临木星,探测了木星和4个伽利略卫星,并拍了数以千计的照片。“旅行者2号”于1979年7月到达,两艘飞船在离开木星后,还要继续向太阳系外围空间进发。

      美国航天局在完成“旅行者”计划后,为了深入探测木星,又推出了“伽利略计划”。

      “伽利略”探测器不像前面几艘,只通过木星附近,而是飞绕木星周围,并停留在木星那里继续观测20多个月。经过长期精心策划安排的“伽利略”号于1989年10月升空,开始了为期6年的旅行。于1995年12月进入环绕木星的轨道,在其后的23个月期间,15次飞掠木星的伽利略卫星,环绕木星11圈,此番对木星磁层和木星卫星的考察,比“旅行者”1号、2号更靠近木星,获得的资料也更为详细、丰富。

      木星系统素有微型太阳系之说,是太阳系中最好的宇宙实验室,通过深入研究木星及其卫星系统,科学家们还希望能揭开行星系统起源之谜。

      木星会成为第二个太阳吗

      木星是行星,也或许是若干亿年之后生命的摇篮,或许是多少亿年之后的又一个“太阳”。这些关于木星的设想真是使人欢喜又让人担忧。

      木星是个特殊行星,不仅又大又重,有着举足轻重的作用,还因为它前途未卜,从而在科学家心中留下悬念。

      其一,木星的温度。木星表面零下148℃的温度超出它目前从太阳获得的能量所能维持的温度。根据计算出的结果,木星表面的温度应该是零下168℃,空间探测器“先驱11号”在1974年12月飞越木星测到零下148℃,这应比地球上测量精确,但其中20℃的差异怎样解释呢?木星哪来的热量来加热,使其升温20℃之多,莫非来自内部热源?

      其二,木星亮度有增亮的趋势。我国天文史家刘金沂长期研究发现,水、金、火、土星的亮度在几千年来呈现减弱趋势。但木星亮度每年增加2%,每千年增加0.003个星等,这种反其道而行之的现象说明什么呢?行星反射太阳光而发亮,太阳在漫长演化过程中,亮度呈减弱之势,体积膨胀,表面温度从6000℃下降到3000℃左右,成为红原星,最后收缩为白矮星,表温达11000℃。这是50亿年以后的事。木星增亮只能从自己身后找原因,结论是木星有内部热源并且呈增长之势。

      其三,木星从太阳那里不断捕获能量。太阳风不仅向外辐射能量,太阳风还能带走一部分能量。带电微粒不断拂过行星之间,其中的一部分自然被各种天体吸收,作为行星之王的木星,当然有本领捕获更多。因此,木星会又增质量又增能量,慢慢壮大起来。

      其四,如果木星有内部能源,它在得到太阳能源的同时还要向外辐射能量。经研究,它释放的能量是它从太阳那里所获得能量的两倍,说明木星的能量有一半来自它的内部,才能维持收支不平衡的能量状况。

      其五,木星是由液态氢所构成,它同太阳有类似的大气成分。

      但木星目前的质量是太阳的1/1000,体积是太阳的1/1000,温度也很低。但前苏联科学家苏齐科夫和萨利姆齐罗夫在1982年提出,木星的核心温度已高达28万摄氏度,那里正在进行热核反应。木星一边把自己的引力能转换成热能外,还不断吸收太阳放出的热量,长此以往,就使它的能量越来越大,且越来越热,变亮也变得更加活跃,正向“恒星”资格进军。所以他们提出了大胆看法:30亿年后,太阳临近晚年,木星将一跃而为恒星,取代太阳的地位。

      观察表明,由于木星向四周施热,已融化渐近的木卫一上的冰层,其他三颗木卫二、三、四仍有冰层覆盖着。

      木星是颗行星吗?会是第二颗恒星吗?不同看法是:①木星将成为恒星还为时过早。②木星不是严格意义上的行星,更不是严格意义上的恒星,而是处在两者之间的特殊天体。

      至于木星成为恒星以后,其他行星、卫星怎么办?那时地球可能腹背受敌,生命、文明也会毁于一旦,太阳系格局也将发生大的变动。但30亿年后,地球文明科技会很发达,人类应该能寻找到第二个家园。

      最新发现——木卫二上可能有水

      美国亚利桑那大学的行星科学家宣布,他们对伽利略探测器发回的照片的分析结果进一步确定,木卫二冰冻的表面下存在一个液态水构成的全球性海洋。

      伽利略探测器是美国宇航局1989年发射的,自1995年接近木星以来一直围绕着木星及其4颗最大的卫星飞行,拍摄了大量的近距离照片。科学家根据这些照片认为木卫二上有水,但对其表面上呈扇形排列、密如蛛网又长达数百千米裂纹的成因感到迷惑不解。现在亚利桑那大学的科学家们指出,这种裂纹是木卫二上存在海洋的证据。

      由于对木卫二是否存在着水越来越感兴趣,美国宇航局计划于2003年发射一个探测器并于2008年进入木卫二的轨道,利用能够穿透冰盖的遥感仪器对木卫二进行考察,以便最终回答木卫二是否真的有水这个问题。
  • (责任编辑:中国历史网)
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