木星：太阳系最大行星指南

哈勃太空望远镜拍摄的木星图像显示了生动的极光和著名的大红斑。

(Image credit: NASA, ESA, and J. Nichols (University of Leicester))

（神秘的地球uux.cn）据美国太空网（By Charles Q. Choi）：木星是太阳系中最大的行星，也是离太阳第五远的行星。

这个气体巨人有着让科学家惊讶的悠久历史。

这个“行星之王”以罗马神话中的神命名，是一个笼罩在彩云中的暴风雨之谜。

它最突出和最著名的风暴，大红斑，是地球宽度的两倍。

1610年，当伽利略发现木星的四颗大卫星:木卫一、木卫二、木卫三和木卫四时，木星彻底改变了我们看待宇宙的方式以及我们在宇宙中的位置。

这些观察是第一次看到天体围绕地球以外的物体旋转，支持了哥白尼关于地球不是宇宙中心的观点。

自2016年以来，美国宇航局飞船朱诺号一直在调查木星及其卫星。

木星有多大？

根据美国宇航局的说法，木星的质量是所有其他行星总和的两倍多。

木星巨大的体积可以容纳1300多个地球。

如果木星有篮球那么大，地球就有葡萄那么大。

木星可能是太阳系中形成的第一颗行星，由太阳形成时留下的气体组成。

根据美国宇航局的说法，如果这颗行星在其发展过程中质量增加80倍，它实际上已经成为一颗恒星。

木星离太阳有多远？

平均而言，木星距离太阳约483，682，810英里(778，412，020公里)。

这是地球到太阳平均距离的5.203倍。

在近日点，当木星最靠近太阳时，该行星距离太阳460，276，100英里(740，742，600公里)。

在远日点或木星到达太阳的最远距离，它距离太阳507，089，500英里(816，081，400公里)。

专家解答的木星常见问题

我们问了行星科学教授利·弗莱彻一些关于木星的常见问题。

利·弗莱彻

行星科学家

利·弗莱彻是英国莱斯特大学的行星科学教授

木星是气体行星吗？

是的，但是不要被愚弄而认为木星就像一团你可以飞过的气体云，它更像是一个流动的星球，越往深处密度越大，温度越高。

彩色云顶的压力与地球大气中的压力没有什么不同，但它们会随着深度的增加而增加，就像一艘潜艇在我们的海洋中越沉越深时经历的巨大密度一样。

事实上，作为木星主要气体的氢被压缩到如此极端，以至于它变成了一种奇异的金属氢形式。

所以把木星想象成一个充满奇异物质的无底海洋。

木星上的大红斑是什么？

木星著名的大红斑是一个旋转的漩涡——从技术上讲是反气旋，因为它在木星的南半球逆时针旋转。

这个漩涡大到足以吞噬地球两次以上，在其边缘周围的风很好地保持了漩涡内的平静空气与外面动荡的暴风雨空气的分离。

内部平静的空气被来自太阳的紫外线加热，产生化学物质和烟雾，它们是蓝光的良好吸收剂，只留下红光反射回观察者。

大红斑至少在近两个世纪前的维多利亚时代就已经存在，但在那段时间的大部分时间里，它在东西向延伸的范围内一直在稳步缩小。

有没有比木星更大的行星？

几乎可以肯定，但不是在我们的太阳系。

木星和土星是巨大的气体巨星，天王星和海王星是中等大小的冰巨星，而岩石类地行星要小得多。

当我们看到在其他恒星周围发现的令人难以置信的系外行星范围时，最近一次统计超过5000颗，我们确实看到了更大行星的证据，其中一些是“膨胀的”，因为它们真的离它们的母恒星很近，并从它们那里获得大量能量，将它们的大气层加热到数千度。

为什么木星有时被称为「失败之星」？

木星和其他大行星基本上由与太阳相同的物质组成，尽管除了氢和氦之外，基本成分有一些变化。

因此，给它们更多的材料，它们可以点燃氢的核聚变，形成氦，从而成为一颗恒星。

但是褐矮星位于巨行星和主序恒星之间，太小太轻，无法燃烧氢，但可能足够重，可以通过核聚变燃烧氘，因为它们的质量大约是我们木星的13倍。

木星可能的内部结构图。

美国宇航局环绕木星运行的朱诺号飞船的观测已经有助于充实这张照片；例如，任务小组成员说，朱诺的重力数据表明，木星可能有一个惊人的大，部分溶解的核心。

(Image credit: NASA/JPL-Caltech/SwRI)

木星的大气层类似于太阳，主要由氢和氦组成。

富含氦的液态金属氢包裹着行星中心“模糊”或部分溶解的核心。

环绕木星的彩色明暗带是由行星上层大气中强劲的东西向风形成的，风速超过335英里/小时(539公里/小时)。

亮区的白云是由冻结的氨晶体构成的，而暗区的云是由其他化学物质构成的。

在可见的最深处是蓝色的云。

云的条纹远非静止不变，而是随着时间而变化。

在大气层内，钻石雨可能会充满天空，隐藏在大气层深处的是一个未知成分的致密核心。

根据科罗拉多大学博尔德分校的研究，木星巨大的磁场是太阳系所有行星中最强的，几乎是地球磁场的20，000倍。

磁场将电子和其他带电粒子捕获在一个强烈的带中，该带有规律地向地球的卫星和环发射超过人类致命水平1000倍的辐射。

这种辐射足够严重，甚至会损坏屏蔽严重的航天器，如美国宇航局的伽利略探测器。

木星的磁气圈朝着太阳膨胀了大约60万到200万英里(100万到300万公里)，并逐渐变细，形成一条尾巴，在这颗巨大的行星后面延伸了超过6亿英里(10亿公里)。

2016年8月27日，美国国家航空航天局(NASA)的朱诺号(Juno)飞船上的追星相机拍摄了这张木星暗环的照片，这是该探测器首次接近这颗巨大的行星收集数据。

这是有史以来第一次从内部观察行星环。

主环上方的亮星是参宿四，右下方可以看到猎户座腰带。

大红斑是什么？

2019年2月12日，朱诺飞船的高分辨率JunoCam看到，在遇到一个较小的反气旋时，一片红色从木星的大红斑上剥落。

虽然碰撞看起来很猛烈，但行星科学家认为它们主要是表面效应。

(Image credit: AGU/Journal of Geophysical Research: Planets)

木星最著名的特征之一是大红斑，这是一种持续了300多年的巨大飓风般的风暴。

根据美国宇航局的说法，大红斑最宽时约为地球的两倍，其边缘以约270至425英里/小时(430至680公里/小时)的速度围绕其中心逆时针旋转。

逆时针旋转使它成为一种被称为“反气旋”的风暴。

风暴的颜色通常从砖红色到略带棕色不等，可能来自木星云层中氨晶体中的少量硫和磷。

现货已经萎缩了相当一段时间，尽管近年来速度可能在放缓。

木星也有许多其他的风暴。

根据朱诺2022年的数据，木星巨大的极地气旋是由对流或热量从较低高度上升到较高大气层驱动的，类似于地球上海洋涡流的工作方式。

木星的卫星

木星拥有令人难以置信的79颗已知卫星，大多以同名罗马神的情妇和后代命名。

木星的四颗最大的卫星叫做木卫一、木卫二、木卫三和木卫四，是由伽利略·伽利雷发现的，因此有时被称为伽利略卫星。

木卫三是太阳系中最大的卫星，比冥王星和水星都大。

它也是唯一一颗已知拥有自己磁场的卫星，其怪异的声音由美国宇航局的朱诺任务于2021年拍摄。

月球在冰层之间至少有一个海洋，尽管根据《行星和空间科学》杂志2014年的一项研究，它可能包含几层堆叠在一起的冰和水，以及2021年首次发现的大气水蒸气。

木卫三将是计划于2023年发射并于2030年抵达木星系统的欧洲木星冰卫星探测器(JUICE)的主要目标。

木卫一是太阳系中火山活动最活跃的天体。

当木卫一围绕木星运行时，该行星巨大的引力导致木卫一固体表面出现300英尺(100米)高的“潮汐”，并产生足够的热量刺激火山活动。

这些火山每秒钟向月球周围的空间释放超过一吨的物质，有助于创造来自木星的奇怪无线电波。

它的火山喷出的硫磺让木卫一看起来像是被涂抹了的黄橙色，这让一些人把它比作意大利香肠比萨饼。

当木星的四颗伽利略卫星穿过(或穿越)木星盘面时，业余天文爱好者的望远镜会不时地看到它们投下的黑色小圆影子。

这是木卫二和木卫三同时投射在木星上的两个影子。

(Image credit:Starry Night software)

木卫二的冰冻外壳主要由水冰组成，它可能隐藏着一个液态海洋，其含水量是地球海洋的两倍。

一些液体以零星的羽状形式从木卫二南极喷出，2021年，哈勃太空望远镜在木卫二表面发现了更多的水蒸气。

同样在2021年，木卫二的北极首次被拍摄到，水下火山的发现提高了木卫二可能适合生命存在的希望。

美国国家海洋和大气管理局(NOAA)和伍兹霍尔海洋研究所(Woods Hole Oceanographic Institute)有朝一日可能会派遣一艘自主潜水器探索木卫二被冰覆盖的海洋。

此外，美国宇航局的欧罗巴快船计划将于2020年发射，将进行40至45次飞越，以检查这颗冰冷卫星的可居住性。

木卫四是四颗伽利略卫星中反射率或反照率最低的。

这表明它的表面可能由深色无色的岩石组成。

根据美国国家航空航天局的说法，曾经被认为是伽利略其他卫星无聊的翻版，木卫四布满陨石坑的表面可能隐藏着一个秘密的海洋。

木星的光环

2016年8月27日，美国国家航空航天局(NASA)的朱诺号(Juno)飞船上的追星相机拍摄了这张木星暗环的照片，这是该探测器首次接近这颗巨大的行星收集数据。

这是有史以来第一次从内部观察行星环。

主环上方的亮星是参宿四，右下方可以看到猎户座腰带。

(Image credit: NASA/JPL-Caltech/SwRI)

1979年，美国国家航空航天局的旅行者1号飞船在木星赤道附近发现了木星的三个暗环，这让人们大吃一惊。

根据美国宇航局戈达德太空飞行中心的说法，木星的光环比土星的矮胖、彩色的光环更加脆弱，由该行星的一些卫星发出的连续尘埃粒子流组成。

根据西南研究所(SwRI的)朱诺任务网站，主环是平的。

它厚约20英里(30公里)，宽超过4000英里(6400公里)。

SwRI写道，内部的甜甜圈形(也称为“环形”)环称为光环，厚度超过12，000英里(20，000公里)。

光环是由电磁力将颗粒推离主环平面造成的。

主环和光环都是由小而暗的尘埃颗粒组成的。

第三个环因其透明性而被称为薄纱环，实际上是来自木星的三个卫星的微观碎片环:阿玛耳忒亚、底比斯和木卫一。

根据美国宇航局伽利略任务的新闻稿，薄纱环很可能由与香烟烟雾中发现的颗粒大小相同的尘埃颗粒组成，并延伸到距离行星中心约80，000英里(129，000公里)的外边缘，向内约18，600英里(30，000公里)。

木星和土星环上的波纹可能是彗星和小行星撞击的迹象。

探索木星

美国宇航局的朱诺任务于2016年抵达木星，预计在轨道上的寿命约为20个月，但截至2022年，它将继续传回美丽的图像、音频和其他数据，其任务将延长至2025年。

历史上，有七次任务飞过木星——先锋10号、先锋11号、旅行者1号、旅行者2号、尤利西斯、卡西尼和新视野号。

只有两项任务——美国宇航局的伽利略号和朱诺号——绕地球运行。

先锋10号揭示了木星的辐射带有多危险，而先锋11号提供了大红斑的数据和木星极地的特写照片。

旅行者1号和2号帮助天文学家创建了伽利略卫星的第一张详细地图，发现了木星的光环，揭示了木卫一上的硫火山，并探测到了木星云层中的闪电。

尤利西斯发现太阳风对木星磁气圈的影响比科学家先前认为的要大得多。

新视野号拍摄了木星及其最大卫星的特写照片。

木星的第一个轨道飞行器伽利略号于1995年抵达，并很快向木星发送了一个探测器，首次直接测量了木星的大气，并测量了那里的水和其他化学物质的含量。

然后主航天器花了八年时间研究这个系统。

当伽利略号自身燃料不足时，该航天器故意撞向木星，以避免它将污染从地球带到木卫二的风险，木卫二表面下可能有一个能够支持生命的海洋。

这幅图片是由美国宇航局的朱诺号飞船拍摄的，它展示了木星动态的北温带的大量旋转云。

(图片来源:NASA)

现在，朱诺从极地轨道研究木星，部分是为了弄清楚它和太阳系的其他部分是如何形成的。

研究人员希望这项任务也能揭示外星行星系统可能是如何发展的。

根据朱诺的数据，木星的核心可能比科学家预期的更大，而木星的条纹和风暴从大气层的高处延伸到行星的深处。

在2021年美国国家航空航天局(NASA)关于朱诺最大热门的概述中，该机构还包括观察木星上的闪电，检测大气中的水，并测量比地球上任何发现都强10倍的磁场。

虽然没有专门针对木星本身的任务正在进行中，但未来的两个航天器将研究木星的卫星:美国宇航局的欧罗巴快船(将于2020年代中期发射)和欧洲航天局的木星冰卫星探测器(JUICE)，将于2023年发射，并于2030年抵达木星系统，以研究木卫三、木卫四和欧罗巴。

研究人员表示，这颗气体巨星也将成为詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)的“试验场”。

科学家们渴望在这台大功率望远镜的第一年科学观测中探索木星。

随着韦伯的目光投向探索木星及其卫星，科学家们对了解木星的一些最大的奥秘感到兴奋，例如这样一个巨大的风暴——大红斑——是如何在湍流大气中形成的，或者它最大的卫星是如何隐藏火山的海洋。

左图:通过詹姆斯·韦伯太空望远镜的NIRCam仪器2.12微米滤光片，可以看到木星及其卫星欧罗巴、土卫二和土卫五。

右图:通过NIRCam的3.23微米滤光片可以看到木星和欧罗巴、土卫二和土卫五。

(Image credit: NASA, ESA, CSA, and B. Holler and J. Stansberry (STScI))

木星如何塑造了我们的太阳系？

作为太阳系中仅次于太阳的最大天体，木星凭借其巨大的引力帮助塑造了我们太空邻居的命运。

根据2005年发表在《自然》杂志上的一篇论文，木星的引力被发现是导致海王星和天王星(以及一系列小行星之类的小天体)远离太阳的原因。

那篇论文建立了一个名为尼斯模型的“行星谱系学”理论，尼斯模型是以它诞生的法国城市命名的。

根据尼斯模型，木星和其他气态巨行星也对后期的猛烈撞击负有责任，在这段时间里，年轻的地球及其附近的同伴受到碎片的轰击。

如今，木星可能有助于阻止小行星和彗星撞击地球，通过充当“太阳系的真空吸尘器”来保护内行星，SwRI写道。

它巨大的引力可以吸入和吸收较小的物体——就像1994年木星和彗星苏梅克-利维9的壮观碰撞——或者把它们完全推出太阳系。

但是同样的引力仍然可以加速一些物体向内行星运动，所以这是一件好事。

木星上可能有生命吗？

木星的大气层随着深度的增加而变暖，达到室温，即70华氏度(21摄氏度)，其海拔高度的大气压力约为地球上的10倍。

科学家们怀疑，如果木星有任何形式的生命，它必须在这个水平上通过空气传播。

理论上，2021年的一项研究发现，有足够的水支持一些生命。

然而，研究人员没有发现木星上存在生命的证据。

木星的卫星是一个不同的故事:特别是木卫二可能拥有一个屏蔽辐射的隐藏海洋，海洋生物可能漂浮在这些陌生水域的某个地方。