地球的大邻居——木星

上一节的介绍中，我们了解了太阳系八大行星之一的“火星”，也就是我们地球的“右舍”，接下来，让我们一起了解下地球的一个大个的邻居——“木星”吧……

木星

一、木星在太阳系中的地位与特征

木星，英文名称Jupiter，是太阳系“八大行星”中距离太阳由近至远的第五颗行星，木星最明显的特征是“体积最大、自转最快”。

在西方称它为“朱庇特”，是罗马神话中的众神之王，相当于希腊神话中的宙斯。而在中国古代用它来纪年，因而也被称为“岁星、太岁”。

木星在太阳系的八大行星中体积和质量最大，约为太阳的千分之一，是其它七大行星总和的2.5倍还多，是地球的317.89倍，而体积则是地球的1316倍。木星的赤道直径为142984千米，密度为1.326克/立方厘米，在气体行星中排行第二。

到底有多大呢？看下图吧：

木星与太阳、地球的体积比较

木星上的“大红斑”与地球的大小比较

木星还是太阳系中自转最快的行星，自转一周只需要9小时50分30秒，而如此快的自转周期，在木星表面造成了极其复杂的花纹图案，促使气流与赤道平行，产生了巨大的离心力，两极相对扁平，赤道隆起并出现与赤道平行的云带。

所以木星并不是正球形的，而是两极扁，赤道鼓的三轴不等椭球体，扁平显著。

这是美国太空探测器卡西尼号(Cassini)拍摄的木星图像

木星是天空中第四亮的星星，仅次于太阳、月球和金星（有时木星会比火星稍暗，但有时却要比金星还要亮），这是因为木星体积大，当然反射太阳光线的能力也强。

木星是一个气态巨行星。木星与土星、天王星、海王星属于“气体行星”，又称为“类木行星”。所谓气体行星，即不以固体物质为主要组成的行星，没有实体表面，它们的气态物质密度随深度的变大而不断加大。

天文学家之所以把它们四位称为气态巨行星，缘于其大部分由氢和氦构成，后者在地球上都是气体。然而在木星上，由行星引力产生的巨大压力将大部分氢压缩为一种能够导电的金属流体。

气体行星——木星表面流动的大气层

我们所看到的通常是大气中云层的顶端，压强比1个大气压略高。通常，从它们表面相当于1个大气压处开始算它们的半径和直径。

这是木星表面的反向旋转的云层带

木星是一个巨大的液态氢星体，成份主要由氢和氦组成，按质量比来划分，其中氢元素含量是75%，氦元素含量是24%，其它仅为1%，中心温度估计高达30500℃。随着深度的增加，液态氢在高压和高温下共同条件下形成。

木星的结构很特殊。木星的最外侧大气层很浓厚，厚度达3000千米，在大气层之下有一层厚达2.7万公里的液态氢层，再里面是金属氢，这与形成整个太阳系的原始的太阳系星云的组成十分相似。最里侧，是一个由液态氢和氦包围着的由铁、岩石和冰构成的中心核。而这一内核，质量却至少相当于地球质量的10倍以上。

这是木星的内部结构剖面图模型

木星是太阳系中卫星数目最多的一颗行星，达到了68颗，它们连同木星一起组成了木星系，就像一串珍珠似地围绕着主宰它们的“天神”——木星旋转着，可谓众星捧“木”。

1610年1月，伽利略发现木星的最亮四颗卫星，被命名为“伽利略卫星”。这四颗卫星环绕在离木星40～190万千米的轨道带上，由内而外依次是伊奥（IO）、欧罗巴（Europa）、嘉里美（Ganymede）和卡利斯托（Callisto），分别被简称为木卫一、木卫二、木卫三、木卫四。

这是美国太空探测器卡西尼号(Cassini)2001年拍摄的木星和它的卫星伊奥（Io）图像

木星的四个卫星——伽利略卫星运行轨道

木星表面有一个“大红斑”，位于木星赤道南部。从东到西最长时有4.8万千米，最小的时候也有2万多千米；从北到南最长有1.4万千米，最短时也有1.1万千米，面积大约4.5325×10^8平方公里，大小至少能容纳下三个地球。

木星上最著名的“大红斑”

上面这幅中，“大红斑”下方的白色椭圆风暴云的大小，直径大约和地球一样大小。你说，木星大不大呢？

对于“大红斑”到底是什么？目前仍有争论，很多人认为它是一个永不停息的漩涡，这个大红斑是1665年由法国后裔的天文学家卡西尼所发现，每六个地球日就按逆时针方向旋转一周。

美国宇航局通过一系列观测发现，大红斑正处于缩小状态，未来的时间里可能变得更小。

经观测，“大红斑”经常卷起高达8千米的云塔，并时常改变颜色和形状，但却从来没有完全消失过。“旅行者1号”发回的照片清晰地看到，大红斑宛如一个以逆时针方向旋转的巨大漩涡，从照片上还可以分辨出一些环状结构。

科学家们认为，大红斑其实是一个巨大的超级风暴，这也是太阳系中最大的超级风暴，外部出现深红色，并镶嵌着淡黄色、橙色和白色结构。其大小正在变小，风暴的速度在每小时数百英里，其规模在太阳系中堪称一绝。

这是美国NASA用红外望远镜观测到的木星表面图

这是 欧洲南方天文台（ESO）拍摄的木星红外图像

人类发射的宇宙飞船发回的资料表明，木星有较强的磁场，表面磁场强度达3-14高斯，比地球表面磁场强得多 （地球表面磁场强度只有0.3-0.8高斯）。木星磁场和地球的一样，是偶极的，磁轴和自转轴之间有10°8′的倾角。木星的正磁极指的不是北极而是南极，这与地球的情况正好相反。

美国的“旅行者1号”还发现木星背向太阳的一面有3万公里长的北极光。

1979年3月“旅行者一号”探测器穿越木星赤道平面时，在离地球6亿千米处发回大量的珍贵照片，出乎人们所料发现木星也拥有光环。4个月后，“旅行者二号”探测器飞临木星，证实了木星存在木星环。

这是“木星环”模拟图

木星环由亮环、暗环和晕三部分组成。环的厚度不超过30公里，亮环离木星中心约13万公里，宽6000公里。暗环在亮环的内侧，宽可达5万公里，其内边缘几乎同木星大气层相接。晕为一层极薄的尘云，将亮环和暗环整个包围起来。晕的延伸范围可达环面上下各1万公里，它在暗环两旁延伸到最远点，外边界则比亮环略远。

二、探测过程

美国宇航局于1972年3月发射了“先驱者”10号探测器，这是第一个探测木星的使者，它穿越危险的小行星带和木星周围的强辐射区，经过一年零九个月，行程10亿千米，于1973年10月飞临木星，探测到木星规模宏大的磁层，研究了木星大气传回了三百多幅木星图形。

1973年4月美国又发射了“先驱者”11号探测器，1974年12月5日到达木星，它离木星表面距离最近，只有4.6万千米。它发回了有关木星磁场、辐射带、中立、温度、大气结构等情况，并观测到了木星南极地带。

1977年8月20日和9月5日，美国先后发射了“旅行者”2号和1号探测器这两个姊妹探测器，沿着两条不同的轨道飞行。担负着探测太阳系外围行星的任务。一百天后，旅行者1号超过旅行者2号，并先期到达木星探测。1979年3月5日，旅行者1号在距木星27.5万公里处与木星会合，拍摄了木星及其卫星的几千张照片并传回地球。旅行者2号于1979年7月9日到达木星附近，从木星及其卫星中间穿过，在距木星72万公里处拍摄了几千张照片。

1989年升空的“伽利略”号探测器，1995年12月抵达环木星轨道。伽利略号绕木星飞行了34圈，获得了有关木星大气层的第一手探测资料，在1995年将一个探测器放到了木星上。它发现在木星的卫星欧罗巴、嘉里美、卡利斯托的地下有咸水，还发现木星卫星上有剧烈的火山爆发。

2011年8月5日，“朱诺”号木星探测器从美国佛罗里达州点火升空，开始踏上远征木星之旅。北京时间2016年7月5日中午，美国宇航局召开新闻发布会，宣布已在太空飞行4年11个月的“朱诺”号成功进入木星轨道，这是自2003年“伽利略”号结束木星探测任务以后，13年来首颗绕木星工作的探测器。对木星的深入探测还在进行之中……。