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木星的信息

木星,古稱歲星,是距離太陽第五遠的行星,也是八大行星中最大的壹顆,是其他所有行星質量總和的兩倍(地球的365,438+08倍)。木星繞太陽公轉的周期為4332.589天,約為11.86年。朱庇特(又名Jove)被希臘人稱為宙斯(眾神之王,奧林匹斯山的統治者,羅馬國家的保護者)。這是克洛諾斯(土星之子)。)

軌道:距離太陽778,330,000公裏(5.20天文單位)。

行星直徑:142984公裏(赤道)

質量:1.90 * 10 27kg

木星是天空中第四亮的天體(僅次於太陽、月亮和金星;有時火星更亮),木星早在史前時代就已經為人類所知。根據伽利略在1610年對木星的四顆衛星:木衛壹、木衛二、木衛三和木衛四(現在常被稱為伽利略的衛星)的觀測,它們是第壹次發現它們不圍繞地球運行,也是贊同哥白尼關於行星運動的日心說的主要依據。

氣態行星沒有固體表面,氣態物質的密度只隨著深度的增加而增加(我們從其表面相當於1個大氣壓的點計算其半徑和直徑)。我們平時看到的是大氣中的雲頂,氣壓略高於1大氣壓。

木星由90%的氫、10%的氦(原子序數比,75/25%質量比)和微量的甲烷、水、氨水和“石頭”組成。這與形成整個太陽系的原始太陽星雲的構成非常相似。土星有類似的成分,但是天王星和海王星有較少的氫和氦。

我們獲得的有關木星內部結構(以及其他氣態行星)的信息來自間接來源,並在很長壹段時間內保持停滯狀態。(伽利略號的木星大氣數據只探測到雲層下面150公裏。)

木星可能有壹個巖石內核,相當於10-15個地球的質量。

在內核,大部分行星物質都以液態氫的形式濃縮。木星上這些最常見的形式基礎可能只存在於40億巴的壓力下,這是木星(和土星)內部的環境。液態金屬氫由電離的質子和電子組成(類似於太陽內部,但溫度低得多)。在木星內部的溫度和壓力下,氫是液態,而不是氣態,這使它成為木星磁場的電子導向器和來源。這壹層也可能含有壹些氦和壹點冰。

最外層主要由普通的氫、氦分子組成,內部為液態,外部為氣化態。我們能看到的是這個深層的較高部分。水、二氧化碳、甲烷和其他簡單氣體分子在這裏也很少。

氨冰、硫氫化銨和冰水的混合物被認為存在於三個明顯的雲層中。然而,伽利略證明的初步結果顯示,這些物質在雲中極其罕見(壹個儀器似乎探測到了最外層,另壹個可能同時探測到了第二個外層)。但這次證明的表面位置非常不尋常——基於地球的望遠鏡觀測和伽利略航天器更近的觀測表明,所選區域可能是當時木星表面最溫暖和最少雲的區域。

來自伽利略的大氣數據也證明那裏的水比預期的少得多。最初預計木星大氣中的氧氣含量是目前太陽的兩倍(包括足夠生成水的氫氣),但目前它的濃度實際上低於太陽。另壹個令人驚訝的消息是外層大氣的高溫及其密度。

在木星和其他氣態行星表面有高速颶風,被限制在壹個狹窄的緯度範圍內,緯度附近的風吹向相反的方向。這些帶中輕微的化學成分和溫度變化創造了豐富多彩的地面帶,主導了行星的外觀。亮的表面區域稱為帶,暗的稱為帶。木星上的這些帶已經為人所知很久了,但這些帶邊界的漩渦是由旅行者號飛船首次發現的。伽利略飛船發回的數據顯示,表面風速比預期快得多(超過400英裏/小時),並延伸到可以觀察到的根部,向內延伸了幾個千千米。木星的大氣層也被發現相當無序,這表明颶風大多是因為其內部的熱量而快速移動,而不像地球那樣只從太陽獲得熱量。

木星表面五顏六色的雲可能是由化學成分及其在大氣中的作用的細微差異造成的,可能混合了硫磺的混合物,創造了色彩斑斕的視覺效果,但具體細節仍不得而知。

顏色的變化與雲的高度有關:最低點是藍色,其次是棕色和白色,最高點是紅色。我們只能透過上面雲層的洞看到下面的雲。

早在300年前,地球觀測就發現了木星表面的大紅斑(這壹發現通常歸功於卡西尼號,或17世紀的羅伯特·胡克)。大紅斑是壹個橢圓,長25000公裏,跨度12000公裏,可以容納兩個地球。其他更小的斑點已經出現了幾十年。對紅外線的觀測和對其自轉趨勢的推斷表明,大紅斑是壹個高壓區,這裏的雲頂特別高,比周圍冷。類似的情況也存在於土星和海王星上。尚不清楚為什麽這種結構可以持續如此長的時間。

木星輻射的能量比它從太陽接收的能量多。木星內部非常熱:核心溫度可能高達20,000開爾文。這種熱量輸出是由開爾文-亥姆霍茲原理(行星的緩慢重力壓縮)產生的。木星不像太陽那樣通過核反應產生能量。它太小,內部溫度不足以引起核反應。)這些內部熱量可能極大地觸發了木星液體層的對流,並造成了我們所看到的雲頂的復雜運動過程。土星和海王星在這方面與木星相似,但奇怪的是,天王星不是。

木星符合氣態行星所能達到的最大直徑。如果成分再增加,就會被重力壓縮,使得全局半徑只增加壹點點。壹顆恒星只能因為內部熱源(核能)而變大,但木星要想成為恒星,至少要大80倍。

飛船發回的調查結果顯示,木星有很強的磁場,其表面磁場強度為3 ~ 14高斯,比地球表面磁場強很多(地球表面磁場強度只有0.3 ~ 0.8高斯)。木星的磁場和地球壹樣,是偶極的,磁軸和自轉軸之間有10 8 '的傾角。木星的正磁極不是指北極,而是指南極,這與地球上的情況正好相反。由於木星磁場和太陽風的相互作用,形成了木星的磁層。木星的磁層範圍大,結構復雜,距離木星1.4萬到700萬公裏之間的巨大空間就是木星的磁層;地球的磁層距離地心只有7 ~ 8公裏以內。木星的四個大衛星都被木星的磁氣圈屏蔽了太陽風。地球周圍有壹條輻射帶,叫做範艾倫帶,木星周圍也有這樣壹條輻射帶。旅行者1還發現木星背向太陽的壹面有3萬公裏的北極光。1981年初,旅行者2號在已經脫離木星磁層飛向土星的情況下,再次受到木星磁場的影響。從這個角度來看,木星的磁尾至少有6000萬公裏長,已經到達土星軌道。

木星兩極有極光,似乎是木衛壹上火山噴出的物質沿著木星引力線進入木星大氣層形成的。木星有光環。光環系統是太陽系中巨行星的* * *相同特征,主要由小石頭和雪團組成。木星的光環很難觀察到。它沒有土星的壯觀,但也可以分為四圈。木星環寬約6500公裏,但厚度不到10公裏。

木星環

木星的光環比土星的暗(反照率為0.05)。它們是由許多粒狀巖石物質組成的。

木星有壹個像土星壹樣的環,但它又小又弱。(對)他們的發現純屬意料之外,只是因為1號兩位旅行者的科學家堅持航行了1億公裏,應該看看有沒有光環。還有人認為找到光環的可能性為零,其實是存在的。這兩位科學家想出了壹個多麽聰明的計劃啊。後來他們被地面上的望遠鏡拍攝下來。

木星環中的粒子可能不會穩定存在(受大氣和磁場的作用)。這樣,如果環要保持形狀,就需要不斷地補充。在光環中運行的兩顆小衛星:Io XVI和Io XVII,顯然是光環資源的最佳候選。

伽利略號飛船對木星大氣層的探測發現,在木星光環和最外層大氣層之間還有壹條強輻射帶,大致是電離層輻射帶的十倍。令人驚訝的是,新發現的帶包含未知來源的高能氦離子。

1994年7月,蘇梅克-列維9號彗星與木星相撞,這是壹個驚人的現象。即使是業余望遠鏡也能清楚地觀察到表面現象。將近壹年後,哈勃望遠鏡仍然可以觀察到碰撞產生的碎片。

木星是天空中最亮的恒星(僅次於金星,但金星在夜空中往往是看不見的)。用雙筒望遠鏡可以很容易地觀察到四顆伽利略衛星;木星表面的光帶和大紅斑可以通過小型天文望遠鏡觀察到。邁克·哈維的行星搜索圖顯示了火星和天空中其他行星的位置。越來越多的細節,越來越好的圖表,會被輝煌銀河等天文程序發現和完成。

過去人們推測木星附近有塵埃層或塵埃環,但壹直沒有得到證實。1979年3月,航海家1拍攝了木星的光環。很快,“旅行者2號”獲得了更多關於木星光環的信息,最終確認木星也有光環。木星的光環形狀像壹個薄圓盤,厚度約30公裏,寬度約6500公裏,距離木星1.28萬公裏。光環分為內環和外環。外環明亮,內環黑暗,幾乎觸及木星大氣層。光環的光譜類型為G型,光環也是圍繞木星旋轉,每7小時轉壹圈。木星的光環由許多黑色的礫石塊組成,其直徑在幾十米到幾百米之間。因為黑色的石頭不反射太陽光,所以很久都沒有被我們發現。

木星有濃厚的大氣層。大氣的主要成分是氫,占80%以上,其次是氦,約占18%,其余為甲烷、氨、碳、氧和水蒸氣,總含量不到1%。由於木星內部能量強大,赤道和兩極溫差不多,不超過3℃,所以木星上的南北風很小,以東西風為主,最大風速為130 ~ 150米/秒,木星的大氣中充滿了密集活躍的雲系。各種顏色的雲像波浪壹樣翻騰。在木星的大氣中也觀測到了閃電和雷暴。由於木星的快速自轉,在其大氣中可以觀測到平行於赤道、明暗交替的條紋,其中亮條紋是向上移動的區域,暗條紋是更低更暗的雲。

木星大紅斑位於南緯23°,東西長4萬公裏,南北寬1.3萬公裏。探測器發現大紅斑是壹股猛烈上升的氣流,呈深棕色。這個彩色的旋風逆時針旋轉。大紅斑的中心有壹個小粒子,是大紅斑的核心,大小約幾百公裏。這個原子核在圍繞它的逆時針旋渦運動中保持不動。大紅斑的壽命很長,可以持續幾百年甚至更久。

因為木星到太陽的平均距離是7.78億公裏,所以木星的表面溫度比地球低很多。以木星的太陽輻射計算,地表有效溫度為-168℃,而對地觀測值為-139℃,先鋒11飛船的探測值為-150℃,均高於理論值,這也說明木星存在內部熱源。

先鋒號探測器對木星的調查結果顯示,木星沒有固體表面,11是壹顆流體行星。主要是氫和氦。木星內部分為兩層:木星內核和木星地幔。木星的內核位於木星的中心,主要由鐵和矽組成。它是壹個溫度為30,000的固體內核,木星的地幔位於木星的核外,是壹個以氫為主要元素的厚層,厚度約為7萬公裏。木簾外面是木星的大氣層,然後延伸1000公裏到雲頂。

大紅斑

木星表面的大部分特征都是突變的,但有些標記具有持續性和半持續性特征,其中最顯著和持續的特征是大紅斑。

大紅斑是位於赤道南側的紅色橢圓形區域,長2萬多公裏,寬約1.1,000公裏。從17世紀中期開始,人們開始斷斷續續地觀測,1879之後開始連續記錄,在1879 ~ 1882,1893 ~ 1894,6543中發現。特別是1911 ~ 1914,1919 ~ 1920,1926 ~ 1927。其他時候看起來比較暗淡,只是微微泛紅,有時只有紅斑的輪廓。

大紅斑的結構是怎樣的?為什麽是紅色的?怎麽能堅持這麽久?要了解這些問題,僅僅依靠地面觀測確實是無能為力的。

根據科學家Raymond Hayd的理論,大紅斑是由壹些永久性特征(如其下方的壹座山)引起的大氣擾動。但“先鋒”號發現木星表面是流體,完全排除了木星外層有固體結構表面的可能性,上述理論自然被丟棄。

“旅行者1”發回的照片清楚地顯示,大紅斑就像壹個逆時針旋轉的巨大漩渦,其浩瀚寬廣足以容納幾個地球。從照片上也可以分辨出壹些環狀結構。經過仔細研究,科學家們認為木星表面覆蓋著厚厚的雲層,大紅斑是由高高聳立在天空中並嵌入雲層的強大旋風形成的,或者是由猛烈上升的氣流形成的。

在木星上,有壹些類似大紅斑的特征。比如在大紅斑的南部,有三個白色的橢圓形結構,最早出現在1938。另外,1972年,通過地面觀測,木星北半球出現了壹個小紅點。當先鋒10在18個月後到達木星時,發現其形狀和大小與大紅斑幾乎相似。又過了壹年,當先鋒11經過木星時,已經沒有了這塊紅斑的痕跡。好像這個紅斑只存在了兩年左右。

木星上的斑駁結構壹般持續數月或數年,其* * *特征是北半球順時針旋轉,南半球逆時針旋轉。氣流從中心慢慢湧出,然後沈降在邊緣,這樣就形成了橢圓形。它們相當於地球上的風暴,但規模更大,持續時間更長。

多彩的伍德星雲證明了木星的大氣層有著非常活躍的化學反應。在探測器拍攝的照片中,可以看到木星大氣層的雲帶圖案。從南極到北極有17個雲帶。它們的顏色和亮度不同,可能由氨晶體組成。棕色雲中的雲更深,溫度略高,所以大氣向下流動;藍色的部分明顯是頂雲的壹個寬洞,透過這個洞可以看到晴朗的天空。藍雲的氣溫最高,紅雲的氣溫最低。根據判斷,大紅斑是壹個非常冷的結構。令人費解的是,所有的雲按照平衡態都應該是白色的,只有化學平衡被破壞才會出現不同的顏色。那麽,是什麽打破了化學平衡?科學家推測,可能是帶電粒子、高能光子、閃電,或者是垂直方向上通過不同溫度區域的快速物質運動。

大紅斑的橙紅色壹直讓人們困惑。有人認為是大紅斑上升氣流形成的雲放電現象。為此,美國馬裏蘭大學壹位名叫博南·貝洛邁的醫生做了壹個有趣的實驗。他把木星大氣中存在的壹些氣體放在壹個燒瓶中,如甲烷、氨、氫氣等。,並對這些氣體施加電火花。結果他發現原本無色的氣體變成了壹團雲,壹種淡紅色的物質沈澱在瓶壁上。這個實驗似乎為人們解開大紅斑顏色之謎提供了壹些有益的啟示。相當多的天文學家認為磷化物可以解釋大紅斑的顏色。

自從卡西尼號發現大紅斑以來,已經過去了300多年。為什麽持續了這麽久?有人認為木星濃密厚重的大氣是大紅斑長壽的主要原因,但這只是猜測。

木星上的大紅斑和其他橢圓形結構的壽命主要包括兩個問題:壹個是這些斑點狀結構必須穩定,否則只能存在幾天;另壹個是能源問題。如果沒有能量維持穩定的漩渦,很快就會下沈。

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