木星全息圖——最為詳細的木星介紹和描述

2021-02-15 宇宙解碼

    美國國家航空航天局的「朱諾」號宇宙飛船在拍攝這張令人費解的彩色照片時,距離木星只有一個地球直徑多一點。這篇文章我想談談太陽系中最大的行星:木星。它讓我們有機會離開地球,去太空探險,希望能把我們的注意力從當前的形勢轉移開。

    它是天空中最亮的物體之一,肉眼可見,所以很容易被發現。在古代的美索不達米亞,巴比倫人在公元前7或8世紀觀察到它,認為它代表了他們的神馬爾杜克。他們用幾何計算來跟蹤木星的運動,然後用它的軌道來跟蹤星座。中國人、韓國人、日本人和越南人把它稱為「木星」,因為他們把它與中國的五行之一聯繫起來,而印度佔星家認為它是「眾神之師」。在每周四呼喚木星。周四:雷神日,相當於羅馬的神。我在這裡想說的是,木星並不是因為伽利略而突然出現在我們的意識中。許多文明都觀察過它,並對它進行了追蹤。

    1609年,天文學家伽利略——觀測天文學之父登場了。1610年1月7日,他用小型望遠鏡對木星進行了詳細的觀測,並在木星附近發現了三個光點。起初,他以為它們是恆星,後來才意識到它們是繞著行星運行的。這三顆衛星,以及他在1月13日觀察到的第四顆衛星,實際上是木星的四顆最大的衛星,現在被稱為伽利略衛星。

    伽利略衛星:艾歐、歐羅巴、木衛三和卡裡斯託德國天文學家西蒙·馬呂斯也在1610年1月8日獨立觀測了這四個衛星。儘管馬呂斯並沒有因發現衛星而獲得榮譽,儘管他在伽利略之前就已經觀測到了這些衛星,但他在1614年發表的命名系統為它們的形成奠定了基礎:艾歐(Io),歐羅巴(Europa),木衛三(Ganymede)和卡利斯託(Callisto),它們分別基於木星神或希臘宙斯的戀人。

    伽利略的觀測還做了更多的工作。他們通過支持哥白尼的理論改變了天文學,哥白尼認為地球不是宇宙的中心,而是地球和所有其他行星都圍繞太陽旋轉,就像木星的衛星圍繞太陽旋轉一樣。他在他的小冊子《恆星信息》中闡述了這一理論,並描述了木星的衛星。

    1973年,先鋒10號成為第一個飛越木星並拍攝近距離圖像的太空飛行器,1974年先鋒11號緊隨其後。旅行者號在1979年經過木星時發現木星也有光環,它的衛星木衛一表面有火山。太空探測器尤利西斯研究1992年磁氣圈,然後在2000年,卡西尼號(Cassini)停下來前往土星,並沿途拍攝了一些最高解析度的木星圖像,以及使用「木星」(Jupiter)輔助重力的「新視野」太空飛行器在2007年將其推向冥王星。

    第一個真正環繞木星的太空飛行器是伽利略號,從1995年12月7日開始。1994年,蘇梅克-列維9號彗星分裂並與木星相撞時,它離木星很近,因此能夠觀察到這一現象。伽利略號還釋放了一個進入木星大氣層的鈦大氣探測器,在信號消失前收集了近一個小時的數據。美國宇航局於2003年將伽利略號撞向木星,以避免可能對歐羅巴衛星的汙染。歐羅巴衛星被認為可能適合生命存在。總共有九艘宇宙飛船訪問並研究了木星,目前「朱諾」已經進入軌道,並於2016年進入軌道。

    木星是離太陽第五遠的行星,當然,它也是太陽系中最大的行星。事實上,它是所有其他行星總和的兩倍多。它的半徑接近7萬公裡,比地球寬11倍。因為它離太陽有7.78億公裡遠,所以需要陽光43分鐘才能到達。相比之下,陽光到達地球只需8分鐘。

    木星自轉一周只需要10個小時,是太陽系中最短的一天,但繞太陽公轉一周需要12個地球年。地球的軌道平均傾斜23度,這就是我們有四季的原因。相比之下,木星的傾斜度只有3度,所以它的季節不像我們或其他行星那樣極端。

    木星上的大氣狀況。它被稱為氣體巨星,主要由氫和氦(就像太陽一樣)組成。在木星的大氣層深處,氫被壓縮成液體,因此木星擁有太陽系中最大的海洋。但是這個海洋是由氫構成的,並且是導電的;科學家們認為,在進入大氣層一半的地方,壓力太大了,以至於把氫原子的電子都擠走了。木星有一個非常強大的磁場,是由它極快的自轉產生的。我們不知道它是否有一個像地球一樣的固體內核,或者它的內核是否有超熱、高密度的液體組成。

    我們的太陽系大約在45億年前開始形成,這也是木星開始形成的時候。強烈的引力把氣體和塵埃拉到太陽周圍旋轉,並把它壓縮成巨大的氣體。它佔據了太陽形成後剩下的大部分物質。它由氫和氦組成,這意味著它具有與恆星相同的屬性,但它不像恆星那樣燃燒,因為它的質量不夠大。在早期,木星位於離太陽更近的地方。然後,隨著太陽星雲的氣體向太陽螺旋狀的運動,它離太陽更近了。

    它的位置和火星現在的位置差不多,但隨著木星離太陽越來越近,土星也離太陽越來越近,兩顆行星的軌道發生了共振。這是由於天體的軌道周期是相對的,所以天體之間會產生有規律的、周期性的引力影響。這導致這兩顆巨行星周圍的氣體被清除,它們在大約40億年前遷移到現在的位置。由於這種向內和向外地遷移——即所謂的大航向假說——太陽系內部的行星,如火星,都很小。其他系統在這個區域有超級地球,而我們的太陽系沒有。這也可以解釋火星和木星之間的小行星帶的存在,包括巖石和冰的小行星。

    因為木星是一個巨大的氣體行星,所以它沒有一個真正的表面。它主要由旋轉的氣體和液體組成,具有極高的溫度和壓力,足以壓碎任何冒險進入其表面的宇宙飛船。對我們來說,它的大氣就像一幅美麗的雲圖。它由三個不同的層組成,跨度約71公裡。

    頂層由氨冰構成,中層可能由硫化氫銨晶體構成,最內層可能由水冰和水蒸氣構成。我們看到的環繞木星旋轉的絢麗生動的色彩可能是來自木星內部的含有硫和磷的氣體羽流。這顆行星的快速自轉也產生了強大的急流,將其表面的雲分成明亮和黑暗的帶狀。暴風雨般的赤道有十幾種不同的風,有些風速達到540公裡/小時。

    

    木星最顯著的特徵之一是大紅斑,它是一種旋轉的反氣旋風暴,大小是地球的兩倍,已知至少從1831年就存在,可能從1665年就存在了。哈勃太空望遠鏡拍攝的圖像還發現了另外兩個與之相鄰的紅點。多年的觀察表明,大紅斑的大小似乎在減小。

    大紅斑像這樣的風暴在木星的湍流大氣中很常見;它也有較小的風暴,稱為白色橢圓和棕色橢圓。在北極的熱層中還有另一個巨大的渦旋,叫做「大冷點」。

    木星漩渦木星的磁氣圈是巨大的,從100萬公裡延伸到300萬公裡的空間,朝向太陽。它變成了一個錐形的蝌蚪狀的尾巴,在這顆行星後面延伸10億公裡,一直延伸到土星的軌道。和地球一樣,木星的磁場也會在兩極產生極光,這些是太陽系中最壯觀的景象。

    木星的北部奧羅拉木星共有79顆衛星,其中53顆已被確認,26顆尚待確認。其中四個最大的當然是伽利略和西蒙·馬略所描述的:艾歐,歐羅巴,木衛三和卡利斯託。

    木衛一是木星最裡面的衛星,是太陽系中火山最多的星體,有數千座火山,也是太陽系中第四大衛星。它的火山有時非常巨大,我們可以通過地球上的大型望遠鏡看到它們。它在地質學上是活躍的,因為它的內部產生的摩擦產生的潮汐加熱,因為它被拉在木星和其他伽利略衛星之間。木衛一繞其軸旋轉,每1.8個地球日繞木星一周,使其潮汐鎖定,因此木衛一的同一面總是面向木星。它有非常稀薄的二氧化硫大氣層,是所有太陽系衛星中密度最高的,也是太陽系中其他物體中含水量最低的。

    木衛二是四顆伽利略衛星中最小的,也是太陽系中第六大衛星。它是由矽酸鹽巖石和水冰殼組成,圍繞木星公轉周期為3.5個地球日。科學家們幾乎可以肯定,在冰的表面下有一個鹹水海洋,它可能含有兩倍於地球的水。正因為如此,它最有可能孕育某種生命。哈勃望遠鏡的數據表明,稀薄的水被噴射到距木衛二表面160公裡的太空中。2019年,科學家們宣布,他們首次在月球表面發現了水蒸氣。

    木衛三是太陽系中最大的衛星,比水星大8%,也是唯一一個由其鐵核產生磁場並產生極光的衛星。在鐵核的上面是巖石地幔,然後是800公裡的大部分是冰的外殼。木衛一每7.15個地球日繞木星運行一周,每運行一周,木衛二繞兩周,木衛一繞四周(另一個軌道共振的例子)。

    木衛四是木星的第二大衛星,也是太陽系的第三大衛星。它的表面有太陽系中最多的隕石坑。其表面的黑點和白點可能是有冰的地方和冰被侵蝕的地方。其表面下也可能有一個深鹹的海洋。它繞軸自轉,每17個地球日繞木星一周。

    對於這個所有行星的始祖來說,接下來會發生什麼?歐洲航天局的木星冰衛星探測器計劃於2022年發射,2029年抵達木星。它將花費至少三年的時間對這顆氣態巨星及其最大的三顆衛星——木衛三、木衛四和木衛二——進行詳細的觀測。

    木星南半球通過朱諾相機預計將於2020年發射的美國宇航局木衛二快船(Europa Clipper)將對木衛二進行詳細調查,以確定這顆冰冷的衛星是否具備適合生命生存的條件。

    當然,「朱諾」號發射於2011年,自2016年以來一直圍繞木星運行,預計將持續到2021年。希望接下來的任務能在木衛二上找到生命。

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