木星的卫星

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木星及其四顆最大的衛星

木星擁有67顆已確認的天然衛星,是太陽系內擁有最大衛星系統的行星。[1][2]當中最大的4顆,統稱伽利略衛星,由伽利略于1610年發現,這是首次發現不是圍繞地球太陽的天體。19世紀末起,越來越多更小型的木星衛星被發現,並命名為羅馬神話中的諸神之王朱庇特(或同等的宙斯)的各位情人、傾慕者和女兒。

木星的衛星之中有8顆屬於規則衛星,它們順行的軌道幾乎呈正圓,相對木星的赤道面傾斜度近乎零。其中的4顆伽利略衛星都是近球體,因此如果它們直接圍繞太陽公轉,便會被歸為矮行星。其餘4顆體積更小,更接近木星,是木星環塵埃的主要來源。

剩下的54或55顆衛星是小型的不規則衛星,它們順行和逆行的軌道更遠離木星,軌道傾角離心率也更高。這些衛星很可能是從小行星帶吸引過來的。其中13顆新發現的不規則衛星未被命名,還有第14顆的軌道未被確定。

特性[编辑]

木星衛星的物理和軌道特性差異頗大。四顆伽利略衛星直徑超過3000公里,而木衛三甚至是太陽系中除了太陽和八大行星以外最大的天體。其餘衛星直徑都低於250公里,最小的只僅僅超過5公里。就算是伽利略衛星中最小的木衛二,也足足有其他衛星(不包括加利略衛星)加起來的5000倍。軌道形狀的變化也極大:從近正圓到高離心率不等。另外,有的軌道方向和木星的自轉方向相反(逆行)。公轉周期也介乎7個小時(比木星自轉周期還短)到長達3年左右。

形成和發展[编辑]

人們認爲木星的規則衛星形成于環行星盤——類似于原行星盤的氣體及固體碎片環。[3][4]這些物質可能是一顆在木星歷史早期形成的、質量與伽利略衛星相約的衛星的殘餘物。[3][5]

模擬顯示,環行星盤在任何時候都有著相對低的質量,每隔一段時間,從太陽星雲捕捉來的木星質量的一小部分就會經過環行星盤。然而,現有的衛星只需要木星質量百分之二的環行星盤質量便可解釋。[3]這表示在木星的早期歷史中,可能經過了幾代與伽利略衛星質量相約的衛星。每一代衛星都因爲環行星盤的阻力而漸漸墮入木星,而從捕捉來的太陽星雲碎片則再形成新一代的衛星。[3]當今天這一代(可能為第五代)形成的時候,環行星盤已經稀薄到不能對衛星的軌道造成很大的影響。[5]現在的伽利略衛星仍然受到影響,並正在靠近木星。只有木衛一、木衛二和木衛三受到軌道共振的保護。而木衛三較大的質量表示它會比木衛一和木衛二更快靠近木星。[3]

人們認爲,外圈的不規則衛星是被捕獲的路過的小行星。那時原衛星環的質量仍然足夠吸收小行星的動力並使其進入軌道。當中許多被突然的減速撕裂,有的之後被其他衛星撞散,從而形成今天我們見到的各個族群。[6]

發現[编辑]

伽利略衛星,從左至右,與木星距離近至遠為:木衛一木衛二木衛三木衛四
伽利略衛星和它們的軌道

第一個聲稱觀測到木星衛星的人是中國天文學家甘德於公元前364年。[7]但兩千年之後1609年由伽利略·伽利萊作出的發現才是被世界公認肯定的。[8]1610年三月,他以一具30倍放大率望遠鏡觀測到了四顆大型伽利略衛星[9]木衛三木衛四木衛一木衛二。直到1892年愛德華·愛默生·巴納德才發現木衛五旅行者號於1979年到達木星的時候,已經有13顆衛星被發現。木衛十八於1975年發現, [10]但由於缺乏觀測數據而丟失了,直到2000年才尋回。1979年,發現者號任務發現了3顆新的內圈衛星:木衛十六木衛十五木衛十四[11]

之後二十年都沒有新發現的衛星,但1999年十月和2003年二月期間,研究者們使用敏感的地面感應器發現了32顆。[12]它們都是小型衛星,大多有著長、高離心率逆行的軌道,直徑平均為3 km(1.9 mi),其最大者也只有9 km(5.6 mi)。相信這些衛星都是捕捉來的小行星彗星,並有可能是某星體的碎片。[13]可是我們真正對他們的認識還是很少。其後人們又發現了14顆衛星,但還未被確認。觀測到的木星衛星數目達到63顆。[14]截至2008年,這個數目在太陽系各行星中居冠,然而額外可能存在著小衛星

命名[编辑]

木星的伽利略衛星在1610年發現後不久便由西門·馬里烏斯命名為艾奧(木衛一)、歐羅巴(木衛二)、加尼未(木衛三)和卡利斯托(木衛四)。[15]20世紀之前,這些名稱並不受歡迎,取而代之的為“木衛一”、“木衛二”,或“木星的第一顆衛星”等諸如此類的稱號。[15]這些名稱要到20世紀才被廣泛使用,而其餘新發現的衛星則仍待命名,並稱以其羅馬數字編號V(5)至XII(12)。[16]1892年發現的木衛五,被法國天文學家佛林馬利安首度稱爲阿曼爾提亞,非官方,但很流行。[12]

直到1970年代,天文文學都直接使用衛星的羅馬數字編號。[17]1975年,國際天文聯合會(IAU)為木衛五至十三起名,[18]並為日後發現的衛星提供正式的命名程序。[18]規則是:新發現衛星的名稱須為神祇朱庇特宙斯)的愛人和喜歡的人。而自2004年,命名規則擴大到以上人物的後代。[19]木衛三十四之後的衛星都以朱庇特或宙斯的女兒命名。[19]

有些小行星和木星衛星有相同的名稱:小行星9小行星38小行星52小行星85小行星113小行星239。國際天文聯合會將兩顆小行星(小行星1036小行星204)永久改名以避免衝突。

衛星群[编辑]

木星不規則衛星的軌道,與這些衛星如何聚集成群:根據半長軸(橫軸)、軌道傾角(縱軸)和軌道離心率(黃線)。相對體積由圓圈表示。

規則衛星[编辑]

分作兩群:

  • 內圈衛星群阿曼爾提亞衛星群:非常接近木星,包括木衛十六木衛十五木衛五木衛十四。前兩者軌道公轉周期短於一個木星日,而後兩者分別為木星系中第五和第七大的衛星。觀測顯示,至少其最大成員木衛五,並不是在現有的軌道上形成的,而是在更遠的軌道上形成,或是被吸引過來的太陽系天體。[20]這些衛星連同一些未發現的內圈小衛星維持著木星暗淡的環系統。木衛十六和木衛十五維持其主環,而木衛五和木衛十四維持稍暗的外環。[21][22]
  • 主衛星群伽利略衛星:四顆大型衛星:木衛三木衛四木衛一木衛二。它們的半徑比起任何矮行星都要長,而且論直徑是太陽系中除太陽和八大行星之外最大的天體。木衛一至四分別為太陽系中第4、第6、第1和第3大的天然衛星。他們佔木星衛星總質量的99.999%。木星的質量大約是伽利略衛星的5000倍。[note 1]伽利略衛星連同木星內圈衛星群有著1:2:4的軌道共振。模型顯示它們源自木星形成之後低密度的氣體及塵埃盤中的慢速吸積,如木衛四的形成便經過了1千萬年。[23]

不規則衛星[编辑]

木星外部衛星與它們高度傾斜的軌道

木星的不規則衛星基本上是較小的天體,並擁有較遠、傾角較大的的軌道。它們聚集成群,各群內的衛星均有相似的物理數據(半長軸、軌道傾角和離心率)和成分。相信有一部分是較大的小天體被木星吸引過來的小行星撞擊碎裂形成的。這些衛星群以其最大成員命名。它們的鑒別並不明確,以下列出較典型的衛星群:[14][24][25]

  • 木衛十八[24]是不規則衛星中最靠近木星的一顆,並不屬於已知任何衛星群。[14]
  • 木衛四十六是順行衛星中最遠離木星的一顆,並不屬於任何已知衛星群。[14]
逆行衛星:軌道傾角(°)和離心率,橙色為加爾尼衛星群,黃色為亞南克衛星群
  • S/2003 J 12是逆行衛星中最靠近木星的一顆,並不屬於任何一個已知衛星群。
  • 亞南克衛星群範圍較廣,半長軸跨越2.4億米,軌道傾角跨越8.1°(145.7°至154.8°),離心率介乎0.02至0.28。大部分成員呈灰色,相信是被捕獲的小行星的碎片。[13]
  • 帕西法爾衛星群分佈較散,半長軸跨越超過1.3億米,軌道傾角為144.5°至158.3°,離心率介乎0.25和0.43。[13]其成員的顔色也有明顯的差異(從紅到灰),很可能是多重撞擊的結果。木衛九常被歸於此類,[13]呈紅色,若考慮它較突出的軌道傾角,它可能是獨立被引力捕獲的。[24]木衛八和木衛九位於與木星的長期共振區域內。[26]
  • S/2003 J 2是最外圍的木星衛星,並不屬於任何已知的衛星群。

列表[编辑]

以下為木星衛星列表,默認以軌道順序排列。質量足夠大而能坍縮成近球體的衛星以粗體列出。底色為白色的為內圈衛星,紫色為伽利略衛星,淺灰為順行衛星,深灰為逆行衛星。

順序
[note 2]
編號
[note 3]
名稱
直徑
公里[note 4]
質量
(×1016公斤
半長軸
(公里)[27]
公轉周期
[27][note 5]
軌道傾角
°[27]
軌道離心率
[14]
發現年份
[12]
發現者
[12]
衛星群
[note 6]
1 木衛十六 Metis 60×40×34 ~3.6 127,690 +7h 4m 29s 0.06°[28] 0.000 02 1979 辛諾特
旅行者一號
內圈
2 木衛十五 Adrastea 20×16×14 ~0.2 128,690 +7h 9m 30s 0.03°[28] 0.0015 1979 朱維特
旅行者二號
內圈
3 木衛五 Amalthea 250×146×128 208 181,366 +11h 57m 23s 0.374°[28] 0.0032 1892 巴納德 內圈
4 木衛十四 Thebe 116×98×84 ~43 221,889 +16h 11m 17s 1.076°[28] 0.0175 1979 辛諾特
旅行者一號
內圈
5 木衛一 Io 3,660.0×3,637.4
×3,630.6
8,900,000 421,700 +1.769 137 786 0.050°[28] 0.0041 1610 伽利略 伽利略
6 木衛二 Europa 3,121.6 4,800,000 671,034 +3.551 181 041 0.471°[28] 0.0094 1610 伽利略 伽利略
7 木衛三 Ganymede 5,262.4 15,000,000 1,070,412 +7.154 552 96 0.204°[28] 0.0011 1610 伽利略 伽利略
8 木衛四 Callisto 4,820.6 11,000,000 1,882,709 +16.689 018 4 0.205°[28] 0.0074 1610 伽利略 伽利略
9 木衛十八 Themisto 8 0.069 7,393,216 +129.87 45.762° 0.2115 1975/2000 科瓦爾
羅默爾
谢柏德等人
忒彌斯托
10 木衛十三 Leda 16 0.6 11,187,781 +241.75 27.562° 0.1673 1974 科瓦爾 希馬利亞
11 木衛六 Himalia 170 670 11,451,971 +250.37 30.486° 0.1513 1904 勃萊因 希馬利亞
12 木衛十 Lysithea 36 6.3 11,740,560 +259.89 27.006° 0.1322 1938 尼克爾森 希馬利亞
13 木衛七 Elara 86 87 11,778,034 +261.14 29.691° 0.1948 1905 勃萊因 希馬利亞
14 S/2000 J 11 4 0.009 0 12 570 424 +287.93 27.584° 0.2058 2001 谢柏德等人 希馬利亞
15 木衛四十六 Carpo 3 0.004 5 17,144,873 +458.62 56.001° 0.2735 2003 谢柏德等人 卡爾波
16 S/2003 J 12 1 0.000 15 17,739,539 −482.69 142.680° 0.4449 2003 谢柏德等人  ?
17 木衛三十四 Euporie 2 0.001 5 19,088,434 −538.78 144.694° 0.0960 2002 谢柏德等人 亞南克
18 S/2003 J 3 2 0.001 5 19,621,780 −561.52 146.363° 0.2507 2003 谢柏德等人 亞南克
19 S/2003 J 18 2 0.001 5 19,812,577 −569.73 147.401° 0.1569 2003 格萊德曼等人 亞南克
20 S/2011 J 1 1 ? 20,155,290 −582.22 162.8° 0.2963 2011 谢柏德等人  ?
21 S/2010 J 2 1 ? 20,307,150 -588.1 150.4° 0.307 2010 Veillet 亞南克?
22 木衛四十二 Thelxinoe 2 0.001 5 20,453,753 −597.61 151.292° 0.2684 2003 谢柏德等人 亞南克
23 木衛三十三 Euanthe 3 0.004 5 20,464,854 −598.09 143.409° 0.2000 2002 谢柏德等人 亞南克
24 木衛四十五 Helike 4 0.009 0 20,540,266 −601.40 154.586° 0.1374 2003 谢柏德等人 亞南克
25 木衛三十五 Orthosie 2 0.001 5 20,567,971 −602.62 142.366° 0.2433 2002 谢柏德等人 亞南克
26 木衛二十四 Iocaste 5 0.019 20,722,566 −609.43 147.248° 0.2874 2001 谢柏德等人 亞南克
27 S/2003 J 16 2 0.001 5 20,743,779 −610.36 150.769° 0.3184 2003 格萊德曼等人 亞南克
28 木衛二十七 Praxidike 7 0.043 20,823,948 −613.90 144.205° 0.1840 2001 谢柏德等人 亞南克
28 木衛二十二 Harpalyke 4 0.012 21,063,814 −624.54 147.223° 0.2440 2001 谢柏德等人 亞南克
30 木衛四十 Mneme 2 0.001 5 21,129,786 −627.48 149.732° 0.3169 2003 格萊德曼等人 亞南克
31 木衛三十 Hermippe 4 0.009 0 21,182,086 −629.81 151.242° 0.2290 2002 谢柏德等人 亞南克?
32 木衛二十九 Thyone 4 0.009 0 21,405,570 −639.80 147.276° 0.2525 2002 谢柏德等人 亞南克
33 木衛十二 Ananke 28 3.0 21,454,952 −642.02 151.564° 0.3445 1951 尼克爾森 亞南克
34 木衛五十 Herse 2 0.001 5 22,134,306 −672.75 162.490° 0.2379 2003 格萊德曼等人 加爾尼
35 木衛三十一 Aitne 3 0.004 5 22,285,161 −679.64 165.562° 0.3927 2002 谢柏德等人 加爾尼
36 木衛三十七 Kale 2 0.001 5 22,409,207 −685.32 165.378° 0.2011 2002 谢柏德等人 加爾尼
37 木衛二十 Taygete 5 0.016 22,438,648 −686.67 164.890° 0.3678 2001 谢柏德等人 加爾尼
38 S/2003 J 19 2 0.001 5 22,709,061 −699.12 164.727° 0.1961 2003 格萊德曼等人 加爾尼
39 木衛二十一 Chaldene 4 0.007 5 22,713,444 −699.33 167.070° 0.2916 2001 谢柏德等人 加爾尼
40 S/2003 J 15 2 0.001 5 22,720,999 −699.68 141.812° 0.0932 2003 谢柏德等人 亞南克?
41 S/2003 J 10 2 0.001 5 22,730,813 −700.13 163.813° 0.3438 2003 谢柏德等人 加爾尼?
42 S/2003 J 23 2 0.001 5 22,739,654 −700.54 148.849° 0.3930 2004 谢柏德等人 帕西法爾
43 木衛二十五 Erinome 3 0.004 5 22,986,266 −711.96 163.737° 0.2552 2001 谢柏德等人 加爾尼
44 木衛四十一 Aoede 4 0.009 0 23,044,175 −714.66 160.482° 0.6011 2003 谢柏德等人 帕西法爾
45 木衛四十四 Kallichore 2 0.001 5 23,111,823 −717.81 164.605° 0.2041 2003 谢柏德等人 加爾尼?
46 木衛二十三 Kalyke 5 0.019 23,180,773 −721.02 165.505° 0.2139 2001 谢柏德等人 加爾尼
47 木衛十一 Carme 46 13 23,197,992 −721.82 165.047° 0.2342 1938 尼克爾森 加爾尼
48 木衛十七 Callirrhoe 9 0.087 23,214,986 −722.62 139.849° 0.2582 2000 格萊德曼等人 帕西法爾
49 木衛三十二 Eurydome 3 0.004 5 23,230,858 −723.36 149.324° 0.3769 2002 谢柏德等人 帕西法爾?
50 S/2011 J 2 1 ? 23,329,710 −725.06 151.8° 0.3867 2011 谢柏德等人  ?
51 木衛三十八 Pasithee 2 0.001 5 23,307,318 −726.93 165.759° 0.3288 2002 谢柏德等人 加爾尼
52 S/2010 J 1 2 23,314,335 −722.83 163.2° 0.320 2010 Jacobson et al. 帕西法爾?
53 木衛四十九 Kore 2 0.001 5 23,345,093 −776.02 137.371° 0.1951 2003 谢柏德等人 帕西法爾
54 木衛四十八 Cyllene 2 0.001 5 23,396,269 −731.10 140.148° 0.4115 2003 谢柏德等人 帕西法爾
55 木衛四十七 Eukelade 4 0.009 0 23,483,694 −735.20 163.996° 0.2828 2003 谢柏德等人 加爾尼
56 S/2003 J 4 2 0.001 5 23,570,790 −739.29 147.175° 0.3003 2003 谢柏德等人 帕西法爾
57 木衛八 Pasiphaë 60 30 23,609,042 −741.09 141.803° 0.3743 1908 格萊德曼等人 帕西法爾
58 木衛三十九 Hegemone 3 0.004 5 23,702,511 −745.50 152.506° 0.4077 2003 谢柏德等人 帕西法爾
59 木衛四十三 Arche 3 0.004 5 23,717,051 −746.19 164.587° 0.1492 2002 谢柏德等人 加爾尼
60 木衛二十六 Isonoe 4 0.007 5 23,800,647 −750.13 165.127° 0.1775 2001 谢柏德等人 加爾尼
61 S/2003 J 9 1 0.000 15 23,857,808 −752.84 164.980° 0.2761 2003 谢柏德等人 加爾尼
62 S/2003 J 5 4 0.009 0 23,973,926 −758.34 165.549° 0.3070 2003 谢柏德等人 加爾尼
63 木衛九 Sinope 38 7.5 24,057,865 −762.33 153.778° 0.2750 1914 尼克爾森 帕西法爾
64 木衛三十六 Sponde 2 0.001 5 24,252,627 −771.60 154.372° 0.4431 2002 谢柏德等人 帕西法爾
65 木衛二十八 Autonoe 4 0.009 0 24,264,445 −772.17 151.058° 0.3690 2002 谢柏德等人 帕西法爾
66 木衛十九 Megaclite 5 0.021 24,687,239 −792.44 150.398° 0.3077 2001 谢柏德等人 帕西法爾
67 S/2003 J 2 2 0.001 5 30,290,846 −1 077.02 153.521° 0.1882 2003 谢柏德等人  ?

參見[编辑]

備註[编辑]

  1. ^ Jupiter Mass of 1.898 × 1027 kg / Mass of Galilean moons 3.93 × 1023 kg = 4,828
  2. ^ 順序:衛星距離木星平均距離的順序。
  3. ^ 編號:依發現順序排列的編號
  4. ^ 直徑非單一數字的衛星,如“60×40×34”,表示該衛星並非正球體。
  5. ^ 周期為負數的衛星是逆行衛星。
  6. ^ 問號表示該衛星並未確認歸於任何一群。

參考資料[编辑]

  1. ^ Solar System Bodies. JPL/NASA. [2008-09-09]. 
  2. ^ IAUC 7555, January 2001. FAQ: Why don't you have Jovian satellite S/2000 J11 in your system?. JPL Solar System Dynamics. [2011-02-13]. 
  3. ^ 3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 Canup, Robert M.; Ward, William R. Origin of Europa and the Galilean Satellites//Europa. University of Arizona Press (in press). 2009. 
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外部鏈接[编辑]