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第六节 木星及其卫星

从质量和外形上看,太阳系中除了太阳,木星就是“巨人行星”了(图42),它是其他行星总和的3倍。不过就算是这样,与太阳这个星系中央的巨大发光体比起来,木星就显得有些微不足道了,因为它还不到太阳的千分之一。

在每隔13个月一次的冲时,在夜空中很容易通过光彩和颜色找到木星。这颗白色的星是天体中除了金星之外最亮的一颗(偶尔火星也会比它亮)。即使通过最小的望远镜,甚至一架普通的望远镜,我们也能发现,它是一个不小的球体,而不是像其他的天体一样是一颗星状的点。300多年前,惠更斯就注意到,在木星的圆盘上横着两道类似暗影的带子。在更大的望远镜中就会发现,这些带子是无时无刻不在变化的斑驳陆离的云状物。通过持续的观测会发现,木星的自转周期约为9小时55分钟,因此一整个夜晚就能观察到它表面的全部情况。我们今天所见到的木星斑纹与20年前的有着很大的区别,那是因为无意间闯入了木星的势力范围,木星引力所吸引的苏梅克-列维9号彗星在1994年7月撞上了木星。正是这次撞击对木星表面形象产生了巨大的影响。

对于有望远镜的观测者来说,木星有两大特色会让人过目不忘。一个是与月球形成鲜明对照的,它的圆面上光度并不平均,越到边缘会越阴暗,原本耀眼的光在边缘处柔软地发散开了。通常的解释是,围绕着木星的厚密大气造成了它边缘处的阴暗。

木星的另一个特点是,它是比地球两极更为扁平的球体,而不是正圆形。要知道,从其他行星上看地球是很难发现它与正圆球的区别的。而木星绕轴自转的速度快到它的赤道部分都凸起来了,这也是它扁率显著的原因。

望远镜下的木星

通过望远镜观察木星的状貌会发现,那是十分多变的,由于空气流动,我们观测木星的时候时常会发现它上面有着很多的云。在这些云中最多见的就是白色圆斑,而靠近赤道部分的云有时会呈现淡红色。最暗也是最容易被看清楚的云位于赤道南和北的纬度中部区域,就是它们在小望

远镜中呈现出两条黑带的样貌。

对于木星来说,它的外观特点与火星截然不同,最显著的一点就是,我们可以通过历代的观测和验证画出一幅火星最精确的外观图,但是对于木星,我们却做不到。因为木星的外貌不是固定不变的,根本不可能画出这样一幅永久的木星图。

尽管木星外貌如此不稳定,但是在多变之中还是隐藏着一些不变的形态的。比如被天文学家称为“大红斑”的现象--在1878年,木星的南半球的纬度中部出现了红色大斑点。这个斑点非常显眼,巨大到在最鼎盛的时期足以容纳两个地球,长2.5万千米,跨度1.2万千米。1888年,这个大红斑逐渐变小、变淡,有时几乎失去了踪迹,有时又重新变得明亮起来。在今天,木星还保持着这样的变化,以至于以后还会如此。大红斑被认为是云层顶端比周围地区高得多的高压区,并且非常寒冷。现在的观测者们还能清楚地看到大红斑下方的一块200多年前发现的白色大斑点(图43)。

木星的构造

目前还没有一种假说可以完全解释得清楚木星结构的问题。

木星最大的特色就是密度非常小。木星的直径约为地球的11倍,也就是说它的体积要比地球大1300倍以上,如果和地球密度相同的话,它的质量远远不止现在的只比地球的300倍多一点。事实上,它的密度确实不如地球的大,而且只比水的密度大1/3。根据引力定律,我们很容易知道它表面上的重力为地球表面上的2~3倍。在如此之大的引力之下,我们可以想象它的内部一定经过了极大的压缩,密度远大于表面密度。类比于地球的构成物质,我们猜测它的表面应该也是固体或液体物质,而它的外层应该是气状物质。

木星形貌的多变可以作为它被大气包围的佐证,还有一点证据是人们发现它与太阳的自转规律有一个相同点--虽然在赤道部分绕的圈子更长,但是它的自转周期比北纬中部地方的自转周期短。两者要相差大约5分钟。赤道部分自转周期为9小时50分钟的话,那么纬度中部就是9小时5

5分钟,也就是说这两部分的速度每小时相差320千米;出现这种情形的话,就证明木星的表面绝对不会是液体或者固体了。而与苏梅克-列维9号彗星几乎同时接近木星的“伽利略”号木星探测器证实了这一猜测。

木星的组成与形成整个太阳系的原始的太阳系星云非常相似,包括大约90%的氢和大约10%的氦及少量的甲烷、水、氨。人类对木星内部结构的探测非常有限,“伽利略”号的木星大气数据也只探测到了云层下150千米处。对于木星,我们只能这样推测:木星的中心核是冷的固体,核的密度大概和地球或者其他固体行星差不多,它的质量是地球的10~15倍。行星物质大部分集中在内核上,以液态金属氢的形式存在。与太阳内部类似,液态金属氢由离子化的质子与电子组成,但是温度低很多。木星内部压强大约为400

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