答:「木衛一」是最大、最靠近木星的衛星嗎?軌道是怎麼樣的?

2020-12-09 騰訊網

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空少問答

小課堂

第129期

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問：「木衛一」是最大、最靠近木星的衛星嗎？軌道是怎麼樣的？

上周六，空少為大家留了1個問題，來看看空少的解答以及從留言中選出的最佳答案吧！

想要查看原問題背景介紹的朋友們可以點擊《問：「木衛一」是最大、最靠近木星的衛星嗎？軌道是怎麼樣的？》~下面就讓我們來看看空少的解答吧！

空少正解

上期我們講到，最近，美國航空航天局（NASA）的朱諾號探測器（Juno）進行了一次木星飛掠的任務，並發回了關於木星的大氣表面上的、清晰的、圓形的陰影的圖像，仿佛一個黑色的洞一般，而這是木星的衛星「木衛一」的影子。

朱諾號探測器（Juno）拍攝到的、有陰影的木星圖像

（來源：NASA，https://cms.qz.com/wp-content/uploads/2019/09/20190917_io-shadow-jupiter-pj22.jpg?quality=75&strip=all&w=940&h=396&crop=1）

木衛一(Jupiter I)的名字是Io，常翻譯為「伊奧」、「伊俄」、「艾奧」，正確的讀法近似是「艾歐」（/ a .o /）。木衛一是由著名學者伽利略發現的木星的衛星（也稱為「伽利略衛星」）之一，如下圖的照片所示，是一顆看上去表面色彩鮮豔的星球。「木衛一」這顆木星的衛星得到了「一號」的命名，並且也確實被說成是很大、（距離木星）很近。那麼，「木衛一」是最大、最靠近木星的衛星嗎？它的軌道是怎麼樣的？

木衛一的圖像

（來源：https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/7b/Io_highest_resolution_true_color.jpg/600px-Io_highest_resolution_true_color.jpg）

其實，木星已經確認的衛星差不多有大約80顆，而且尚不確定還有沒有因為太暗而沒有發現的。我們前文提到的「伽利略衛星」，是人類發現的第一批木星衛星，在1610年發現的時候依次命名為「艾奧」(Io)、「歐羅巴」(Europa)、「加尼美得」(Ganymede)和「卡裡斯託」(Callisto)。

這4顆伽利略衛星的軌道呈圓形，其軌道平面幾乎都和木星的赤道面重合，自轉周期和繞木星轉動的周期相同，在整個太陽系中體積也是比較大的。這些衛星的發現對於日心體系的確立起了歷史性的作用。

當然，伽利略衛星這幾個名字並不直觀，所以不如「木衛一」（Jupiter I）這樣的名字受歡迎。這裡，木衛一、木衛二、木衛三、木衛四的編號就來自它們4個距離木星的遠近，木衛一是它們4個當中距離木星最近的，而木衛四就是它們4個當中距離木星最遠的。其實木衛一隻是其中第3大的星球。與此同時，木衛三其實才是木星最大的衛星，它甚至是太陽系中最大的衛星，直徑比水星還要大。

月球（左上）、木衛一（左下）和地球（右）的體積對比

（來源：https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/cc/Io%2C_Earth_%26_Moon_size_comparison.jpg）

那麼，木衛一的軌道就是距離木星最近的嗎？顯然也不是。至少有4顆衛星——木衛十六、十五、五、十四，它們的軌道比木衛一還要更「靠裡」，半長軸在木衛一軌道半長軸的約一半甚至更小。

木衛一的軌道的平均半徑約為421,700公裡，形狀相當得圓，距離木星的近點約 420,000公裡而遠點約為423,400公裡，偏心率為0.0041（正圓形為0，越接近0就越圓，越接近1就越扁）。另外軌道對太陽黃道面的傾角約為2.21°，而對木星赤道面的傾角約為0.05°。

木衛一的軌道還有一點有趣的事情是，它與如下圖的動圖所示的木衛二和木衛三（外邊兩圈軌道）形成共振，圍繞木星，木衛二每轉1圈、木衛一轉2圈，木衛三每轉1圈、木衛一轉4圈。這種共振被認為給木衛一提供了能量。

木衛一（IO）、二（EUROPA）、三（GANYMEDE）的軌道共振

（來源：https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/83/Galilean_moon_Laplace_resonance_animation.gif）

留言區·精選

@echo

答:木衛一IO是最靠近木星的衛星，但不是木星最大的衛星。木星最大的衛星是木衛三Ganymede。

IO的外圍是另外兩個大衛星Europa和Ganymede，它們三個的公轉周期正好是1:2:4。就是說，當最外圈的Ganymede繞木星轉了一圈時，Europa正好轉了2圈，而IO正好轉了4圈，所以我們說它們的共振比率是4:2:1。

這裡我們介紹一個概念：軌道共振。當天體之間的公轉頻率是簡單的整數比時，兩個天體之間的引力會明顯地周期性影響對方的軌道。

IO周期性經過Europa和Ganymede，每當兩個天體的位置接近，它們的引力就會互相影響，這個作用對IO來說，就相當與每運行到一個固定的點，就被外圈的衛星拽一下，這使它的軌道變得有些橢圓，同時也把它困在那個軌道裡，防止它像地球的月亮一樣越來越遠離它的主星。

@春華秋實

伽利略衛星一二三四按從內到外排列的，木一在最內，但大小順序是三四二一，它們的繞木星運行軌道都近圓形。

感謝大家的支持，我們下期再見！

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