木星

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木星 木星的天文學符號
Jupiter by Cassini-Huygens.jpg
木星的彩色卡西尼合成影像。星球上黑點為木衛二的陰影。
軌道參數[4][5]
曆元 J2000
遠日點 816,520,800 km(5.458104 AU)
近日點 740,573,600 km(4.950429 AU)
半長軸 778,547,200 km(5.204267 AU)
離心率 0.048775
軌道周期 4,331.572
11.85920 儒略年
10,475.8木星太陽日[1]
會合周期 398.88 日[2]
平均速度 13.07 km/s
平近點角 18.818°
軌道傾角 1.305° 黃道夾角
6.09° 太陽赤道夾角
0.32° [[不變平s:面]]夾角[3]
升交點黃經 100.492°
近日點參數 275.066°
衛星 67
物理特徵
赤道半徑 71,492 ± 4 km[6][7]
11.209 地球赤道半徑
半徑 66,854 ± 10 km[6][7]
10.517 地球半徑
扁率 0.06487 ± 0.00015
表面積 6.21796×1010 km²[7][8]
121.9地球表面積
體積 1.43128×1015 km³[2][7]
1321.3 地球體積
質量 1.8986×1027 kg[2]
317.8 地球質量
1/1047太陽質量[9]
平均密度 1.326 g/cm³[2][7]
表面重力 24.79 m/s²[2][7]
2.528 g
逃逸速度 59.5 km/s[2][7]
恆星自轉周期 9.925 h[10]
赤道自轉速度 12.6 km/s
45,300 km/h
轉軸傾角 3.13°[2]
北極赤經 268.057°
17 h 52 min 14 s[6]
北極赤緯 64.496°[6]
反照率

0.343 (邦德)

0.52 (幾何)[2]
表面溫度 最低 平均 最高
1 標準 165 K[2](-108.15°C)
0.1巴 112 K[2]
視星等 -1.6至 -2.94[2]
角直徑 29.8"—50.1"[2]
大氣[2]
表面氣壓 20–200 kPa[11](雲層)
大氣標高 27 km
成分
89.8±2.0% (H2
10.2±2.0%
~0.3% 甲烷
~0.026%
~0.003% 氘化氫(HD)
0.0006% 乙烷
0.0004%
:
硫化銨(NH4SH)

木星太陽系從內向外的第五顆行星,亦為太陽系中體積最大、自轉最快的行星[12]。它的質量為太陽的千分之一,但為太陽系中其他行星質量總和的2.5倍。木星與土星天王星海王星皆屬氣體行星,因此四者又合稱類木行星

木星在古代便已為天文學家所知,並出現在許多文化的神話與宗教信仰中。古羅馬人以羅馬神話中的眾神之王朱比特(Jupiter)為它命名[13]。古代中國則稱木星為歲星,取其繞行天球一周為12年,與地支相同之故[14]。從地球觀察時,木星可達視星等−2.94,是平均而言夜空中第三亮的天體,僅次月亮金星。(火星在其軌道的特定點上時能短暫與木星的亮度相比。)

木星主要由組成,其次為、佔總質量的四分之一;岩核則由含有其他較重的元素。形狀由於自轉快速而呈現扁球體(赤道附近有略微但明顯可見的凸起)。外大氣層明確依緯度分為多個帶域,各帶域相接的邊際容易出現亂流和風暴。最顯著的例子是大紅斑,最晚在17世紀時人們便以望遠鏡首度發現它的存在。環繞著行星的是鬆弱的行星環系統和強大的磁層。木星至少有67個衛星,其中有4個主要衛星、1610年由伽利略發現,合稱伽利略衛星。衛星中體積最大的木衛三直徑甚至大於水星。

木星至今已有數艘無人太空船前往探勘,包括早期的先鋒計劃航海家計畫探索任務,以及後期的伽利略號。最近一次則是2007年2月底、目標冥王星新視野號太空船。新視野號並藉由木星的重力助推做加速。未來有關木星系統的探索計畫仍持續推動著,目標包括木衛二可能存在的覆冰液態海洋。

結構[編輯]

木星是四個氣體行星(又稱類木行星)中的一個:即不以固體物質為主要組成的行星。它是太陽系中體積最大的行星,赤道直徑為142984公里。木星的密度為1.326 g/cm³,在氣體行星中排行第二,但遠低於其他四個類地行星

成分[編輯]

木星的高層大氣是由體積或氣體分子百分率約88–92%的氫和約8–12%的氦所組成(見右方表格)。由於氦原子的質量是氫原子的四倍,探討木星的質量組成時比例會有所改變:大氣層中氫和氦分別佔了總質量的75%及24%,剩餘的1%為其他元素,包括微量的甲烷水蒸氣以及的化合物。另外木星也含有微量的乙烷硫化氫磷化氫等物質。大氣最外層有冷凍的氨的晶體[15][16]。木星上也透過紅外線紫外線測量發現微量的存在[17]

木星大氣層中氫和氦的比例非常接近原始太陽星雲的理論組成。然而,木星大氣中的惰性氣體是太陽的二至三倍。高層大氣中的氖只佔了總質量的百萬分之二十,約為太陽比例的十分之一[18]。氦也幾乎耗盡,但仍有太陽中氦的比例的80%[19]。這個差距可能是由於元素降水至行星內部所造成。

光譜學分析而言,土星被認為和木星的組成最為相似,但另外的氣體行星、天王星海王星相較之下所含氫和氦的比例較低[20]。然而,由於沒有太空船實際深入大氣層的分析,除了木星之外的行星至今仍沒有重元素數量的精確數據。

質量[編輯]

木星的直徑大小比太陽的(×0.10045)小一個數量級和比地球的(×10.9733)大一個數量級。大紅斑的直徑大小和地球周長大致相同。

木星是太陽系其他行星質量總和的2.5倍,規模非常巨大,它和太陽質心位在光球、距太陽中心1.068太陽半徑處。它的直徑是地球的11倍之多,但密度小於地球。木星的體積等同於1321個地球,而質量卻只有318倍[2][21]。木星的半徑是太陽半徑的十分之一[22],質量是0.001倍太陽質量,因此它的密度和太陽相去不遠[23]。科學家常用「木星質量」(MJ或MJup)來形容其他天體的質量,尤其是系外行星棕矮星。例如,行星HD 209458b為0.69木星質量,行星柯洛7b則是0.015木星質量[24]

物理特徵[編輯]

木星是一個巨大的液態行星,最外層是木星的大氣。隨著深度的增加,逐漸過渡為液態。在離木星大氣雲頂一萬公里處,液態氫在高壓和高溫下成為液態金屬氫。據推測,木星的中心是一個含矽酸鹽等物質組成的核區,核區的質量約是地球質量的10倍。核區物質在極高的溫度和極高的壓力之下,物態難以預測,不太可能為固態。核區邊緣與外圍物質沒有明顯的界限,物質組成與密度呈連續性過渡。[來源請求]

內部結構[編輯]

木星被認為是由混合元素緻密的核心,液體金屬氫的和一些氦的的周圍層的,與主要是分子氫的外層構成。除了這個基本的輪廓,仍然有相當大的不確定性。

木星的衛星,表面和內部示意圖
這剖開圖顯示木星內部的模型,有岩石核心由液體金屬氫深層覆蓋。

木星的大氣[編輯]

木星有在太陽系中最大的行星大氣層,跨越超過5,000 km(3,107 mi)的的高度。[25] 因為木星沒有地表面,其大氣層的底部通常被認為是在該點的大氣壓力等於1 MPa(10 bar),或地球上表面壓力的10倍。[25]

雲層[編輯]

木星的大氣組成中,按分子數量來看,81%是氫氣,18%是氦氣,按質量則分別是75%和24%。只有約1%左右的其他氣體,其中包括甲烷、水蒸氣、氨氣等。這與太陽系的前身-原始太陽星雲的組成相近,但木星中較重元素的比例卻比原始太陽星雲多數倍。同為氣體行星的土星也是類似的組成,但天王星海王星中的氫和氦就少得多。

大紅斑及其他旋渦[編輯]

延時序列(超過1個月)視頻,從旅行者1號靠近拍攝的木星大紅斑,表現出大氣條帶的運動和循環。 此處全尺寸大小視頻
木星 - 大紅斑的尺寸正在減少(2014年5月15日)[26]
哈伯望遠鏡拍攝的木星大紅斑、小紅斑

由於木星快速的自轉,木星的大氣顯得非常地「焦躁不安」。木星的大氣其實是一個複雜多變的天氣系統,木星雲層的圖案每時每刻都在變化。我們在木星表面可以看到大大小小的風暴,其中最著名的風暴是「大紅斑」。這是一個朝著逆時針方向旋轉的古老風暴,它早在300多年前就被人類發現了,一般認為是17世紀的卡西尼羅伯特·胡克發現的,也就是說,這個巨大的風暴已經在木星大氣層中存在了幾百年。大紅斑有三個地球那麼大,其外圍的雲系每四到六天即運動一周,風暴中央的雲系運動速度稍慢且方向不定。因而雲帶之間常形成小風暴,並合併成為較大型風暴;2000年,天文學家透過哈伯望遠鏡發現大紅斑以南形成一個 小白斑,至2006年初開始跟大紅斑相同之顏色,目前已有大紅斑的一半大小,在木星自轉中隨大紅斑之後。兩紅斑每兩年擦身而過一次。2006年7月兩紅斑擦身而過;但沒有正面衝突,使得大紅斑「吃掉」小紅斑。有科學家預計未來將有可能發生兩紅斑合併的狀況。

由於木星的大氣運動劇烈,致使木星上也有與地球上類似的高空閃電。

[27]

木星環[編輯]

光環系統是太陽系巨行星的一個共同特徵,主要由細小的塵埃和雪團等物質組成。和冰組成的絢爛多姿的土星光環相比,木星的光環則顯得黯淡了很多,但也可以分成四圈。黯淡的塵埃組成的木星環很難觀測到,人類直到1979年旅行者一號飛臨木星系的時候才發現木星環的存在。主環可能是從衛星木衛十五木衛十六噴射出的物質組成。通常會回落到衛星的物質因為木星強大的引力影響被拉到木星。

木星環約有6,500公里寬,但厚度不到10公里。由大量塵埃和黑色碎石組成。以7小時一個週期圍繞木星旋轉。

磁場[編輯]

木星極光

木星具有比地球強大14倍的磁場,從在赤道的4.2高斯(0.42 mT)到在兩極的10-14高斯(1.0-1.4 mT),使之成為太陽系(除太陽黑子)中最強的磁場。這個磁場被認為是由液體金屬氫內核內的導電物質渦流運動渦電流產生的。它的磁層向太陽相反方向可延伸達6億5千萬公里,甚至超過土星的軌道。而面向太陽方向也有數百萬公里厚。因此木星的衛星全都位於它的磁層之中,這或許正是造成木衛一表面有許多活動的原因。類似地球的范艾倫輻射帶伽利略號的大氣探測器在木星環與高層大氣之間新發現一個強幅射帶,比范愛倫輻射帶強10倍左右,其中有的高能離子。

木星的磁層為從行星的兩極地區所發射激烈的無線電而負責。跟地球一樣,木星的兩極也有極光,這有認為是從木衛一上火山噴發出的物質沿著木星的磁場線進入木星大氣而形成的。在木星的衛星木衛一(見下文)的火山活動注入氣體進入木星的磁層,產生行星的粒子圓環。當木衛一移動通過這個圓環時,互動作用產生阿爾文波攜帶電離物質進入木星的兩極地區。其結果是,無線電波通過迴旋激微波英語Astrophysical maser的機制被產生,並且能量沿錐形表面被傳輸出來。當地球相交這個圓錐體時,從木星的無線電發射可超過太陽的無線電輸出。[28]

軌道和旋轉[編輯]

觀測[編輯]

研究與探索[編輯]

木星的衛星[編輯]

木星與伽利略衛星。

木星有67顆衛星。木星是人類迄今為止發現的天然衛星最多的行星,儼然一個小型的太陽系:木星系。1610年1月,義大利天文學家伽利略最早以望遠鏡發現木星最亮的四顆衛星,並被後人稱為伽利略衛星。它們環繞在離木星40~190萬公里的軌道帶上,由內而外依次為木衛一木衛二木衛三木衛四,然而近年中國有天文史學家提出在公元前364年,甘德以肉眼發現木衛三,但直至現時還未被公認。在1892年巴納德以望遠鏡肉眼觀測發現木衛五後,木星的其他衛星皆透過照相觀測或行星際探測器的相片發現。

在以後的幾個世紀中(至1950年代),人們又接連發現了12顆較大的衛星,使木星衛星的總數達到了16顆。直至1979年美國旅行者一號及1995年伽利略號等飛臨木星系的時候,又發現了許多更細小的、離木星更遠的天然衛星,使人類所知的木星系衛星總數達到67個,成為太陽系擁有最多天然衛星的行星,這數字還很有可能繼續增加。

伽利略衛星[編輯]

伽利略衛星,從左至右,與木星距離由近至遠為:木衛一木衛二木衛三木衛四

太陽系中最大的衛星木衛一,木衛二,和木衛三的軌道,形成所謂的軌道共振的模式; 木衛一圍繞木星每四個軌道,木衛二恰好有兩個軌道,和木衛三恰好只有一個。

伽利略衛星,比較地球的月亮
名字 維基百科:英語國際音標 直徑 質量 軌道半徑 軌道週期
km  % kg  % km  % days  %
木衛一 ˈaɪ.oʊ 3643 105 8.9×1022 120 421,700 110 1.77 7
木衛二 jʊˈroʊpə 3122 90 4.8×1022 65 671,034 175 3.55 13
木衛三 ˈɡænimiːd 5262 150 14.8×1022 200 1,070,412 280 7.15 26
木衛四 kəˈlɪstoʊ 4821 140 10.8×1022 150 1,882,709 490 16.69 61

衛星的分類[編輯]

與太陽系的互動[編輯]

此圖顯示在木星的軌道上的特洛伊隕石,以及主小行星帶

伴隨著太陽,木星的引力影響幫助塑造了太陽系。大多數太陽系行星的軌道在於比太陽的赤道面更接近木星的軌道平面(水星是唯一的行星軌道傾角更接近太陽的赤道)。在小行星帶柯克伍德空隙大多是由木星造成的,和此行星可能對於內部太陽系歷史上的後期重轟炸期負責。[29]

撞擊[編輯]

1994年7月22日8:06 12~19 UT在木星軌道的伽利略號所攝W核撞擊照片(圖片由左至右),只發生數秒間之閃光(亮點)

1994年7月16日-22日,蘇梅克-列維9號彗星在被木星巨大的潮汐力撕成21個碎片並繞過近日點後,與木星迎頭相撞,這是人類史上首次直接觀測到的天體相撞。彗木相撞後產生相當於20億顆原子彈爆炸的威力,產生直徑達10公里,溫度達7,000多度的火球,產生的閃光在地球也能拍到,騰起的蘑菇雲極為壯觀,形成的塵埃雲團與地球同樣大小,衍生之黑斑在木星表面存在數月之久,當時用一具物徑80mm(約三吋)以上的小型望遠鏡以100倍以上的倍率放大已能看到這些黑斑。哈伯太空望遠鏡甚至在近一年之後還觀測得到撞擊的殘跡。

參見[編輯]

參考資料[編輯]

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相關連結[編輯]