《探索太阳系》第十章 木星

　　木星和土星、天王星、海王星同属于巨行星行列。木星和土星、天王星、海王星这4颗行星与水星、金星、地球、火星有显著的区别。它们的质量更大，大气层也厚达几千千米，区别于水星等的几十千米厚大气。木星是太阳系中最大的行星。举例来说：如果木星是个金鱼缸，它将盛下1200颗地球大小的bō璃球。另一种说法是，把太阳系中的其他行星全塞到木星里，还会有剩余的空间。

　　当我们用望远镜观测木星时会发现木星上有稠密活跃的云系。各种颜色的云层像波浪一样在激烈翻腾着。由于木星有快速的自转，因此能在它的大气中观测到与赤道平行的，明暗交替的带纹，其中的亮带是向上运动的区域，暗带是向下运动的区域。虽然木星也和地球一样有铁核，可是它的85%是氢元素，其余15%主要是氦元素。其他元素只占1%。这是因为木星有强重力场，它保持了太阳系刚形成时期的大气组成。而地球的较弱的重力让它失去了大多数的原初元素。和地球上只有白色的云不一样，木星上的云五颜六色。这主要是因为木星大气中复杂的化合物造成的。

　　木星上的日子过得比太阳系中的任何行星都快。尽管木星是太阳系中块头最大的一个，可这并没有阻止它成为太阳系中自转得最快的行星。一个木星日只有不到地球上的10个小时。像太阳一样，木星表面不是固体，在不同的纬度，木星的自转速度不一样（较差自转），一天的长短也就不同。在赤道附近，一天有9小时50分（地球时）；在极地附近，一天有9小时56分（地球时）。

　　木星有“大红斑”。大红斑于1665年被法国的天文学家卡西尼发现。它位于南纬23°处，东西长4万千米，南北宽1.3万千米，可以和整个地球的大小相比。探测器发现大红斑是一团激烈上升的气流，呈褐红色。

　　木星有太阳系中最狂野的天气。由于温度太低，木星上会下氨雪。大气中会结成比整个地球还大的冰雹。在巨大的暴风雨中的闪电的能量足以把一个地球上的城市气化掉。地球上的天气主要是由太阳辐射的能量驱动的，太阳照射造成大气不同地方的温差从而形成风，太阳能把海水气化形成雨。而木星天气动力的来源则在它的内部，木星大气顶端的温度为-150℃，在核心处温度可高达上千度，这是因为木星有内部热源。

　　和地球不同，木星没有固体表面。从木星的大气层顶部下降到几千千米以下的地方，你会发现一个巨大的海洋。与地球上看得到的海洋不同，这个海洋不是由水组成的，而是由可以导电的液态金属氢组成的。它是氢在相当于几百万个地球大气压下形成的液体。在这个太阳系中最奇异的海洋下是由熔融状的铁和硅酸盐组成的木星幔和木星核。

　　太阳系中所有的行星都起源于46亿年前的一团炙热的的气体和尘埃。木星的表面能有那么高的温度，是因为它有内部能源在释放能量。科学家推测是木星的内部仍然在塌缩，在塌缩过程中，引力能转化为热能释放出来。火星巨大质量的核每年几厘米的下沉就会释放出足够多的能量维持木星表面难以置信的高温。结果是，木星每年辐射向太空的能量相当于它从太阳接受辐射能的2.5倍。

　　木星如果想变成一颗恒星，它的核心温度必须达到100万度，这才足以点燃热核反应（氢聚变成氦的反应），释放出巨大的能量。而要达到那么高的核心温度，木星的质量至少要比现在大100倍，而它没法从其他地方获得这么大的质量，所以它不可能成为一颗恒星。

　　过去有人猜测，在木星附近有一个尘埃层或环，一直未能得到证实。直到1979年3月，“旅行者1号”考察木星时拍摄到了木星环的照片。木星光环的形状像个薄圆盘，厚度约为30千米，宽度约为6500千米，离木星12.8万千米。它也围绕木星运行，每7小时绕木星转一周。它主要由许多黑色碎石构成，不反射太阳光，所以长久以来未被发现。

　　木星有强大的磁场。木星有铁核存在，使得那里好像有个条形磁铁埋在木星表层下。木星的磁场强度达3～14高斯（地磁场表面强度只有0.3～0.8高斯）。木星的磁场也束缚了许多太阳风中的带电粒子，形成了类似地球周围的范艾伦带的带状物。那些被束缚的粒子如果打到人身上会使人丧命，所以无人飞船仍将是今后探索木星的主力。

　　在1994年7月，木星受到重大撞击。当时电视台直播了整个撞击过程：20多块山一样大小的彗星碎片以13万千米/秒的速度撞击了木星，释放出的能量相当于几百万吨的TNT炸药爆炸释放的能量。撞击激起的激波有整个地球大小，由激波掀起的物质所组成的暗云在空中持续了长达1年的时间。

　　在1995年12月7日，经过6年的长途旅行，“伽利略”号飞船到达并进入了木星的轨道（它以前的“先驱者”和“旅行者”都只是从木星旁经过）。“伽利略”将发回至少2年的珍贵木星资料，并放出第一个人造机器人进入木星大气层探索。“伽利略”号的照片比“旅行者”有更好的地面分辨率，会提供更好的资料给我们。

　　“伽利略”放出的进入木星大气层的机器人在受到木星上高温高压环境影响前发回了1个小时的资料。结果分析发现，木星上的风速达到了335千米/秒，比科学家预期的200千米/秒要大。“伽利略”放出的机器人还发现了木星上没有科学家预言造成木星五颜六色云的多种化合物，如乙烷、磷化氢等。它还发现木星上的氦要比预想的少一些。不过，这还不足以否定科学家们以前的推测，因为这个机器人探测器只对木星大气的顶端进行了1个小时的探测，而不是全面的探测。当伽利略观测木星时，发现了木星两旁直线排列着4个亮点，连续的观测发现这4个亮点虽然会互换位置，可是它们一直在木星周围。伽利略正确判定它们是木星的卫星，并以他的研究资助方麦迪斯家族的人命名这4颗卫星。可是，后人均称这4颗卫星为伽利略卫星。这4颗卫星实际上比我们可以用肉眼看到的最暗的星要亮。可是直到望远镜发明我们才发现那4颗卫星是因为木星的光辉遮盖住了它们。在希腊神话中，宙斯是统领众神的上帝，木星代表着宙斯。所以，人们就形象地把那4颗卫星以宙斯的仆人和情人命名：卡利斯托、甘米迪、欧罗、爱é。

　　自从伽利略发现木星的卫星以来，一共有60多颗卫星被发现。其中“伽利略”卫星是最大的4颗。它们围绕着木星以不同的方向运行，就像是一个迷你太阳系。其中有一些卫星已经被飞船近距离观测过，结果发现这些卫星之间的差异很大。最小的只有一般岩石大小，最大的比地球还大。

　　木卫四是一个“脏雪球”。木卫四直径为3000千米，比月球要大。它是水冰占1/2以上的冰卫星，表面很暗，陨击坑累累。木卫四最让人印象深刻的地质构造是被陨石撞击的瓦尔哈拉中央区，那下面可能可以开采出清洁水。木卫三直径5262千米，成为太阳系中最大的卫星，比水星还大。它是由冰雪层包围着岩石核组成的。木卫三有很多陨击坑，也有“海”、高地和冰峰，暗地貌区更多。

　　从木卫三向内继续航行就到达了木卫二。木卫二有2000千米宽，光谱显示其表面为较纯的水冰，地质上较年轻。它就像个台球，表面异常平坦，整个卫星的表面海拔相差也超不过几十米。木卫二的表面有纵横交错，绵延上百千米的条纹结构。这让科学家们联想起了地球上的海洋部分结成冰，然后融化过程中所形成的海洋冰的结构。所以有人相信在木卫二的表面下有海洋存在。由于可能存在水，木卫二也是太阳系中生命可能存在的候选天体之一。不久，飞船可能会把木卫二的一片冰带回地球进行研究。

　　木卫一以活火山和不断更新的彩色表面成为太阳系最美丽的天体。在“旅行者1号”飞船看到的8个火山喷发羽中，有7个又被4个月后的“旅行者2号”看到，像巨大的喷泉，升腾高大300多千米，宽达1000多千米。木卫一频繁的火山喷发可能原因是木卫一与木星和木卫二的潮xī作用。木卫一表面几乎没有陨击坑，其外壳也不存在冰。

　　为什么木卫一看上去如此奇怪？在“旅行者”号传回的木卫一的阴暗地区的深度曝光（为了显现出星星进而确认“旅行者”号是朝着正确的方向前进）的图像中，科学家们找到了答案。在那里，卫星边缘升起的是来自活火山的被喷到接近320千米高空的熔岩物质。很快的，又找到了其他超过6座的活火山，全部都在喷发大量的熔岩状硫磺。每一座火山都有法国大小。由于“伊娥”表面经常被其喷发出来的内部物质重新覆盖，所以它没有环形山。伊娥是太阳系中活动最剧烈的地方——一个几乎要把它自己翻出来的世界。

　　木卫一离大质量的木星很近是它有那令人难以置信的火山的原因。正像月球对地球施加潮xī力一样，木星也对“伊娥”施加这种作用。但木星是十分巨大的以至于它的潮xī影响是极端强的。就如一个网球在一个有力的夹子里会持续变形一样，在轨道上“伊娥”的表面也被迫的突出和凹进去90米左右。它就跟装在一个很薄的球壳里的巨大熔化状硫磺一样，冲破外壳的洞和裂缝，内部物质全爆发到附近真空中，产生了巨大的羽毛状火山烟尘。处于不同化学状态和不同温度的硫磺构成了“伊娥”表面的种种颜色。

　　20世纪70年代末，当“旅行者”号太空船在木卫一背面发现火山时，哈勃空间望远镜已经可以让我们持续地密切关注这个不平凡的世界。在1995年7月，一个新的黄白斑点在木卫一上出现了。接近320千米宽，几乎可以认为是另一个巨大火山的喷发物。在1996年5月，“伽利略”号空间船发现木星磁场的变化可归因于木卫一那大概1600千米宽的铁核——几乎有这个卫星它自己直径的1/2。因此木卫一成为第一个被我们所知的有自身磁场的卫星。木卫一是个“有点喜欢乱扔垃圾的人”。在木卫一围绕着木星运行并同时喷出它的硫磺烟雾时，它靠着在所过之处留下的硫分子云“弄脏”轨道。随着时间慢慢过去，这已经形成了一个完整的环绕着木星并描绘出木卫一整个轨道的圆环状云。

　　在我们逐渐接近木星时，它4个最大的卫星的密度会依次增加，内部温度也会依次逐渐上升。“卡利斯托”（木卫四）和“盖尼米得”（木卫三）差不多是一个“脏雪球”，与此同时“欧罗巴”（木卫二）在它薄薄的冰质外壳下基本上是海的世界。“伊娥”（木卫一）则几乎完全是由熔融态的硫和铁构成，表面根本没有环形山和一点水和冰。类似地，“卡利斯托”的表面完全是十分古老的，事实上没有迹象显示它有内部活动。对比之下，“盖尼米得”弯曲的山脉则证明一些地质活动正在那里进行。“欧罗巴”上的交叉的冰样也许说明了甚至可能一直到现在的重复的溶化和结冰过程，还有它的薄的或半溶状的冰质外壳在过去已经湮没了许多环形山的痕迹。最后，“伊娥”，由它那些喷发的火山，正持续地让它的表面“再铺”。事实上，“伊娥”有全太阳系“最年轻的面孔”。

　　木星是导致它的大卫星们之间的主要不同的原因。简单的说，一个卫星越接近木星，它所受的潮xī力越强，潮xī能越大。因此，远一点的地方（比如说“卡利斯托”和“盖尼米得”）是冰冻的固体，同时更接近木星的则比较温暖。这说明了一个卫星是固态、液态或者是熔融态，决定了卫星最初的水是在一个地方保持结冰状态还是很久以前就蒸发跑进太空了，留下重物质让卫星又更大的密度。

本文由奇点天文作者上传并发布，奇点天文仅提供文章投稿展示，文章仅代表作者个人观点，不代表奇点天文立场。