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第六节 木星及其卫星

0亿帕斯卡。

木星的卫星

伽利略第一次用望远镜观察木星就发现了它的四颗卫星。在不懈的坚持观测下,他发现这些行星如同其他行星围绕着太阳旋转一样,绕着木星旋转。在那个太阳中心说还没有得到公认的年代,这种与哥白尼的日心理论非常相似的结构使得人们对日心说的支持多了起来。

木星的这四颗卫星非常容易被观测到,只需要普通的天文望远镜或者玩具望远镜就可以,还有人甚至宣称他们用肉眼就观测到了它们的存在。如果不是因为木星的光辉太强了的话,用肉眼观测它们其实并不难,因为如果排除木星光辉的影响,它们的亮度和肉眼所能看见的最小的星一样。

平常很少有人叫木星卫星的名字Io、Europa、Ganymede和Calliso,人们更习惯于按照它们离行星的远近来为它们命名。最小的木卫二(图44)比月球要小一些,而木卫一比它大一点,木卫三、木卫四是太阳系中最大的卫星,甚至比水星还要大,它们的直径有5100千米,是月球的二分之三。不过由于它们距离太阳非常遥远,甚至超过日月间距离的五倍,所以地球上月光要三倍大于四颗星合起来照在木

星上的光。它们的自转和公转周期相等,所以就像月球永远用一面对着地球一样,这些卫星对着木星的永远都是相同的一面。

1**2年,巴纳德在利克天文台发现木星不止这四颗卫星,而是还有另外一颗,它与木星的距离更近,也要暗淡得多。它的公转周期还不到12小时,仅比木星的自转周期长一点,是目前已知的除了火星内层卫星外公转周期最短的一颗行星。木卫一,也就是原来的四颗卫星中最内的一颗,环绕木星一周需要1天又18.5小时;木卫四的公转周期大约是17天。

1904年、1905年,佩林(Perrine)在利克天文台连续发现了木星的第六颗、第七颗卫星。它们绕木星一周需要8个月到9个月,距离木星的平均距离都在1100千米以上。1908年,梅洛特(Melotte)在格林尼治天文台发现了木卫八。1914年,尼科尔森(Nicholson)在利克天文台又发现了木卫九。加上这两对更为遥远的存在,木星的卫星已经达到了九颗之多。它们距离木星的平均距离在2400万千米到3200万千米,绕木星一周的时间已经超过了两年。与太阳系中大部分成员不同的是,它们的旋转方向是由东向西,而且在这些卫星中,它们距离主星最为遥远。

现代天文观测技术发展得极为迅猛,因而木星的卫星也越来越多地被人们所发现。到2012年2月为止,科学家们各显神通,运用计算机运算等方法共发现了66颗木星卫星。

木星卫星中较内的轨道偏心率要小于较外的四颗,只有用大望远镜才能看见这些小得很的卫星,它们的直径或许只有160千米甚至更小。对于它们的来历,曾经做出了一个与内层卫星截然不同的猜测:很多天文学家认为就像曾经的苏梅克-列维9号一样,是木星巨大的吸引力捕捉到的小行星和彗星形成了外层卫星。

用小型望远镜就可以看到这四颗明亮的卫星在环绕卫星旋转的时候会产生“蚀”和“凌”,这是一种看起来相当有趣的现象。和其他不透明体一样,木星也有影子

,除了木卫四和更远的卫星偶尔会跑远,这些卫星在从木星身旁绕过的时候几乎一定会从木星的影子中穿过。一颗卫星进入阴影后将变得越来越暗,最后在视线中完全消失。

与上述情况相反的是,在卫星们绕到木星另一边的时候,同样也会从木星的圆面经过。由于木星的边上比较暗,刚开始进入木星边缘的卫星看起来比木星更亮,不过随着时间的推移,它进入到中央部分,与后边的背景比起来,它就暗淡了许多。不过在这一暗一明之间并不是因为卫星的亮度产生了变化,而是因为我们前边提到的,木星的边缘要比中央部分暗淡许多。

卫星的影子同样有趣,它们常常会投射到木星上,在卫星经过的时候,这粒黑点同时在木星上扫过。

在航海历史书中对于木星卫星以及它们的影子的“凌星”都有预报,所以观测者们根据记载很容易观测到“星食”或“凌星”。

在不到两天的时间内,最早发现的卫星中的木卫一的食便发生了。此时在地球上的观测者通过时刻就能判断出它所处位置的经度。依照天文学家和航海家经常做的,他利用简单的天文观测方法首先纠正自己的表与地方时的误差,然后把他所观测到的卫星凌木(或者是食)的确切时刻与历书中预告的格林尼治标准时比较一下。按照本书《第一章第三节--时间与经度的关系》一章中记载的方法,得到的差异就能算出当地的经度了。

这种观测方法有大约一分钟的误差,也就是说在赤道上有约24千米的误差,所以并不能用于精确计算。

木星的光环

木星光环的发现很有戏剧性。由于“旅行者”1号的两位科学家认为既然探测器已经航行10亿千米了,那么就应该顺道去查

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