木星

天文数据

卫星&光环

卫星

木卫一、木卫二、木卫三、木卫四在1610年被伽利略用望远镜发现，称为伽利略卫星。1892年巴纳德发现了木卫五，其他卫星都是1904年以后用照相方法陆续发现的。旅行者号飞船于1979年发现了木卫十四，1980年又先后发现木卫十五和木卫十六。除四个伽利略卫星外，其余的卫星半径多是几千米到20千米的大石头。木卫三半径为2631千米，是卫星中最大的一颗，直径大于水星。木卫二可能存在液态的海洋。木星的四个伽利略卫星和木卫五的轨道几乎在木星的赤道面上。

观测

地面观测

1610年，伽利略·伽利雷（GalileodiVincenzoBonaultideGalilei）和西门·马里乌斯（SimonMarius）各自独立的发现木星的4颗大卫星（伽利略卫星），这是首次发现不属于地球的卫星，也是当时首次发现显然不以地球为中心运动的天体。这是对尼古拉·哥白尼（MikołajKopernik）日心说最主要的支撑，伽利略直言不讳的支持哥白尼学说，使他被置于教会的威胁下。1660年代，乔凡尼·多美尼科·卡西尼（GiovanniDomenicoCassini）使用一架新的望远镜发现木星的斑点和彩色的区带，并且观察到这颗行星出现扁平形；就是在两极扁平。他也估计出这颗行星的自转周期。在1690年，卡西尼发现大气经历较差自转。大红斑是在木星南半球的一个显著鹅蛋形特征，可能早在1664年就被罗伯特·胡克（RobertHooke）和卡西尼在1665年观测过；虽然这仍有争议。已知最早的绘图来自药剂师海因利希·史瓦贝（SamuelHeinrichSchwabe），他在1831年显示大红斑详细的资讯。据说，大红斑在1878年变得很显眼前，在1665年至1708年曾经有多次从视线中消失的场合。它在1883年和20世纪初，再度被记录到衰退。乔瓦尼·阿尔方多·波雷里（GiovanniAlfonsoBorelli）和卡西尼两人都细心地做出木星卫星的运动表，可以预测这些卫星经过木星前方或背后的时间。在1670年代，人们观测到当木星与地球在相对于太阳的两侧时，卫星运动事件的发生会比预测的慢达17分钟。丹麦天文学家奥勒·罗默（OleRømer）推论视线看到的不是即时发生的事情（卡西尼在此之前曾经拒绝这样的结论），而这个时间上的差异可以用来估计光速。1892年，爱德华·爱默生·巴纳德（EdwardEmersonBarnard）在加利福尼亚州使用利克天文台36-英寸（910-毫米）的折射望远镜观察到木星的第5颗卫星。发现了这颗相对较小的卫星，证明了他敏锐的视力，使他很快的成名。这颗卫星后来被命名为木卫五（Amalthea）。这是最后一颗以人眼视觉发现的行星卫星，之后的卫星均从照片发现。

1932年，鲁珀特·沃尔特根据木星的吸收光谱确定木星大气中含有甲烷和氨。1938年，观察到3个长寿的白色鹅蛋形反气旋特征。几十年来，它们是独立存在木星大气层的特征，有时会互相靠近，但永远不会合并。最后，两个在1998年合并，并在2000年吸收了第三个，被称为长圆形BA。在1955年，巴纳德柏克和肯尼斯·佛兰克林侦测到来自木星的22.2MHz的无线电信号爆发。这些爆发与木星的自转周期匹配，也能够用这些资讯来改进自转速率。发现来自木星的无线电爆发有两种形式：长达数秒的长爆发（L爆发）和持续时间短于百分之一秒的短爆发（S爆发）。

科学家发现来自木星的无线电讯号有三种传输的形式：第一、随着木星旋转的十米无线电爆发（波长10米的无线电波），并且受到木卫一与木星磁场交互作用的影响。第二、厘米无线电辐射（波长为厘米的无线电波）于1959年首度由弗兰克·德雷克（FankDrake）和HeinHvatum观测到。这个信号起源于木星赤道附近的圆环带状，是由木星磁场中被加速电子引起的回旋辐射。第三、辐射热是由大气中的热产生的。

先驱者号探测

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月率先飞临木星，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像。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，距离木星表面最少只有4.6万千米，比先驱者10号更近。送回了有关木星磁场、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。

伽利略号的首要任务是要对木星系统进行为期两年的研究，而事实上，伽利略号从1995年进入木星的轨道直到2003年坠毁，它一共在木星工作了8年之久。它环绕木星公转，约两个月公转一周。在木星的不同位置上，得到其磁层的数据。此外它的轨道也是预留作近距观测卫星的，在1997年12月7日，它开始执行其额外任务，多次近距在木卫一和木卫二上越过，最近的一次是于2001年12月15日，距卫星表面仅180千米。

伽利略号对研究木星的卫星作出了很大的贡献。在伽利略号到达木星之前，人们一共只发现了16颗木星的卫星。伽利略号到达后又发现了多个卫星，使这个数字已经上升到了63个。

朱诺号探测

朱诺号是NASA新疆界计划前往木星探测的太空船。于2011年8月5日从卡纳维拉尔角空军基地发射升空，预定于2016年7月抵达。探测器将放置在绕极轨道，研究木星的组成、重力场、磁场和磁层和磁极。朱诺号也要搜索和寻找这颗行星是如何形成的线索，包括是否有岩石的核心、存在大气层深处的水量、质量的分布、风速可以达到618千米每小时(384英里每小时)的深度。

组成成分

木星的高层大气是由体积或气体分子百分率约88-92%的氢和约8-12%的氦所组成。由于氦原子的质量是氢原子的四倍，探讨木星的质量组成时比例会有所改变：大气层中氢和氦分别占了总质量的75%及24%，余的1%为其他元素，包括微量的甲烷、水蒸气、氨以及硅的化合物。另外木星也含有微量的碳、乙烷、硫化氢、氖、氧、磷化氢、硫等物质。大气最外层有冷冻的氨的晶体。木星上也透过红外线及紫外线测量发现微量苯和烃的存在。

木星大气层中氢和氦的比例非常接近原始太阳星云的理论组成，然而，木星大气中的惰性气体是太阳的二至三倍，高层大气中的氖只占了总质量的百万分之二十，约为太阳比例的十分之一，氦也几乎耗尽，但仍有太阳中氦的比例的80%。这个差距可能是由于元素降水至行星内部所造成。

由光谱学分析而言，土星被认为和木星的组成最为相似，但另外的气体行星、天王星与海王星相较之下所含氢和氦的比例较低，由于没有太空船实际深入大气层的分析，除了木星之外的行星至今仍没有重元素数量的精确数据。

质量大小

木星图像

理论模型显示如果木星的质量比现今更大，而不是仅有目前的质量，它将会继续收缩。质量上的些许改变，不会让木星的半径有明显的变化，大约要在500地球质量（1.6M）才会有明显的改变。尽管随着质量的增加，内部会因为压力的增加而缩小体积。结果是，木星被认为是一颗几乎达到了行星结构和演化史所能决定的最大半径。随着质量的增加，收缩的过程会继续下去，直到达到可察觉的恒星形成质量，大约是50M的高质量棕矮星。

然而，需要75倍的木星质量才能使氢稳定的融合成为一颗恒星。最小的红矮星，半径大约只是木星的30%。尽管如此，木星仍然散发出更多的能量。它接受来自太阳的能量，而内部产生的能量也几乎和接受自太阳的总能量相等。这些额外的热量是由开尔文-亥姆霍兹机制通过收缩产生的。这个过程造成木星每年缩小约2厘米。当木星形成的时候，它比现在要略大一点。

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内部结构

木星各类图片

木星的结构

大气组成

木星有着太阳系内最大的行星大气层，跨越的高度超过5,000km（3,107mi）。由于木星没有固体的表面，它的大气层基础通常被认为是大气压力等于1MPa（10bar），或十倍于地球表面压力之处。

云层

木星的大气组成中，按分子数量来看，81%是氢，18%是氦，按质量则分别是75%和24%。只有约1%左右的其他气体，其中包括甲烷、水蒸气、氨气等。这与太阳系的前身-原始太阳星云的组成相近，但木星中较重元素的比例却比原始太阳星云多数倍。同为气体行星的土星也是类似的组成，但天王星及海王星中的氢和氦就少得多。由于木星有较强的内部能源，致使其赤道与两极温差不大，不超过3℃，因此木星上南北风很小，主要是东西风，最大风速达130～150米/秒。木星大气中充满了稠密活跃的云系。各种颜色的云层像波浪一样在激烈翻腾着。在木星大气中还观测到有闪电和雷暴。由于木星的快速自转，因此能在它的大气中观测到与赤道平行的、明暗交替的带纹其中的亮带是向上运动的区域，暗纹则是较低和较暗的云。

木星表面有红、褐、白等五彩缤纷的条纹图案，可以推测木星大气中的风向是平行于赤道方向，因区域的不同而交互吹著西风及东风，是木星大气的一项明显特征。大气中含有极微的甲烷、乙炔之类的有机成份，而且有打雷现象生成有机物的机率相当大。

大红斑与涡旋

木星的大红斑位于南纬23°处，东西长4万公里，南北宽1.3万公里。探测器发现，大红斑是一团激烈上升的气流，呈深褐色。这个彩色的气旋以逆时针方向转动。在大红斑中心部分有个小颗粒，是大红斑的核，其大小约几百公里。这个核在周围的反时针漩涡运动中维持不动。大红斑的寿命很长，可维持几百年或更久。大红斑的豔丽红色令人印象深刻，颜色似乎来自红磷。

鹅蛋形物体的自转是逆时针方向，周期大约是六天。大红斑的维度是24,000至40,000千米×12,000至14,000千米。它的直径大到可以容得下2至3颗地球。这个风暴的最大高度比周围的云层高出约8km（5mi）。

风暴通常都发生在巨行星大气层的湍流内，木星也有白色和棕色的鹅蛋形风暴，但较小的那些风暴通常都不会被命名。白色的鹅蛋倾向于包含大气层上层，相对较低温的云。棕色鹅蛋形是较温暖和位于普通云层。这种风暴持续的时间可以只有几个小时，也可以长达数个世纪。

外围组成

行星系统

随着行星际空间探测器的发射，不断揭示出太阳系天体中许多前所未知的事实，木星环的发现就是其中的一个早在1974年“先锋11号”探测器访问木星时，就曾在离木星约13万公里处观测到高能带电粒子的吸收特征。两年后有人提出这一现象可用木星存在尘埃环来说明。可惜当时无人作进一步的定量研究以推测这一假设环的物理性质1977年8月20日和9月5日美国先后发射了“旅行者1号”和“旅行者2号”空间探测器经过一年半的长途跋涉“旅行者1号”穿过木星赤道面，这时它所携带的窄角照相机在离木星120万公里的地方拍到了亮度十分暗弱的木星环的照片同年7月后其到达的“旅行者2号”又获得了有关木星环的更多的信息。

根据对空间飞船所拍得照片的研究，现已知道木星环系主要由亮环、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。亮环的不透明度很低，其环粒只能截收通过阳光的万分之一左右。靠近亮环的外缘有一宽约700公里的亮带它比环的其余部分约亮10%，暗环的亮度只及亮度环的几分之一。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。据推算，环粒的大小约为2微米，真可算是微粒。这种微米量级的微粒因辐射压力、微陨星撞击等原因寿命大大短于太阳系寿命。为了证实木星环是一种相对稳定结构这一说法人们提出了维持这种小尘埃粒子数量的动态稳定的几种可能的环粒补充源。

木星

木星环比土星暗（反照率为0.05）它们由许多粒状的岩石质材料组成。过去有人猜测，在木星附近有一个尘埃层或环，但一直未能证实。1979年3月，“旅行者1号”考察木星时，拍摄到木星环的照片，不久，“旅行者2号”又获得了木星环的更多情况，终于证实木星也有光环。木星光环的形状像个薄圆盘，其厚度约为30公里，宽度约为9400公里，离木星12.8万公里。光环分为内环和外环，外环较亮，内环较暗几乎与木星大气层相接。光环的光谱型为G型，光环也环绕着木星公转，7小时转一圈。木星光环是由许多黑色碎石块构成的，石块直径在数十米到数百米之间。由于黑石块不反射太阳光，因而长期以来一直未被我们发现。

木星的两极有极光，这似乎是从木卫一上火山喷发出的物质沿着木星的引力线进入木星大气而形成的。木星有光环，光环系统是太阳系巨行星的一个共同特征，主要由黑色碎石块和雪团等物质组成。木星的光环很难观测到它没有土星那么显著壮观，但也可以分成四圈。木星环约有9400公里宽，但厚度不到30公里，光环绕木星旋转一周需要大约7小时。

木星有一个同土星般的环，不过又小又微弱。它们的发现纯属意料之外，只是由于两个旅行者1号的科学家一再坚持航行10亿千米后，应该去看一下是否有光环存在。其他人都认为发现光环的可能性为零，但事实上它们是存在的。这两个科学家想出的真是一条妙计啊。它们后来被地面上的望远镜拍了照。

木星光环中的粒子可能并不是稳定地存在（由大气层和磁场的作用）。这样一来，如果光环要保持形状，它们需被不停地补充。两颗处在光环中公转的小卫星：木卫十六和木卫十七，显而易见是光环资源的最佳候选。

伽利略号飞行器对木星大气的探测发现在木星光环和最外层大气层之间另存在了一个强辐射带，大致相当于电离层辐射带的十倍强。惊人的是，新发现的带中含有来自不知何方的高能量α粒子。

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和土星一样也拥有光环。4个月后，旅行者2号探测器飞临木星证实了这个结论。

木星光环和土星光环有很大不同。木星光环是弥散透明的，由亮环、暗环和晕三部分组成。亮环在暗环的外边晕为一层极薄的尘云，将亮环和暗环整个包围起来。木星环是由大量的尘埃和黑色的碎石组成，不反光，肉眼无法看到以周期为7小时左右的速度围绕木星旋转。暗淡单薄的木星环套在庞大的木星身躯上，发现它确实是极不容易的。

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木星是人类迄今为止发现的天然卫星最多的行星，已发现79颗卫星。木星运动正逐渐地变缓。同样相同的引潮力也改变了卫星的轨道，使它们慢慢地逐渐远离木星。木卫一，木卫二，木卫三由引潮力影响而使公转共动关系固定为1：2：4，并共同变化。木卫四也是这其中一个部分，在未来的数亿年里，木卫四也将被锁定，以木卫三的两倍公转周期，以木卫一的八倍来运行。木星的卫星由宙斯一生中所接触过的人来命名（大多是他的情人）。

木星图像

木星的四个伽利略卫星和木卫五的轨道几乎在木星的赤道面上。

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行星环

木星有一个同土星般的环，不过又小又微弱。早在1974年先锋11号探测器访问木星时，就曾在离木星约13万千米处观测到高能带电粒子的吸收特征。两年后有人提出这一现象可用木星存在尘埃环来说明。可惜当时无人作进一步的定量研究以推测这一假设环的物理性质。木星环的发现纯属意料之外，只是由于两个旅行者1号的科学家一再坚持应该去看一下是否有光环存在。其他人都认为发现光环的可能性为零，但事实上木星环是存在的。1979年3月，旅行者1号探测器穿越木星赤道平面时，这时它所携带的窄角照相机在离木星120万千米的地方拍到了亮度十分暗弱的木星环的照片。同年7月，后到达的旅行者2号探测器又获得了有关木星环的更多的信息，证实了这个结论。木星环

表面磁场

木星的磁场强度是地球的14倍，范围从赤道的4.2高斯（0.42mT）到极区的10至14高斯（1.0-1.4mT），是太阳系最强的磁场（除了太阳黑子）。这个场被认为是由涡流产生的－旋流运动的导电材料－核心的液态金属氢。在埃欧卫星的火山释放出大量的二氧化硫，形成沿着卫星轨道的气体环。这些气体在磁层内被电离，生成硫和氧的离子。它们与源自木星大气层的氢离子，在木星的赤道平面形成等离子片。这些片状的等离子与行星一起转动，造成进入磁场平面的变形偶极磁场。在等离子片内的电流产生强大的无线电讯号，造成范围在0.6至30MHz的爆发。

木星磁层的范围大而且结构复杂，在距离木星140-700万公里之间的巨大空间都是木星的磁层；而地球的磁层只在距地心5~7万公里的范围内。木星的四个大卫星都被木星的磁层所屏蔽，使之免遭太阳风的袭击。地球周围有条称为范艾伦带的辐射带，木星周围也有这样的辐射带。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。1981年初，当“旅行者2号”早已离开木星磁层飞奔土星的途中，曾再次受到木星磁场的影响。由此看来，木星磁尾至少拖长到了6000万公里以外。

木星的磁气圈分布范围比地球磁气圈的范围大上100多倍，是太阳系中最大的磁气圈。由于太阳风和磁气圈的作用木星也和地球一样在极区有极光产生，强度约为地球的100倍。

星体运动

因为木星不是固体，他的上层大气有着较差自转。木星极区大气层的自转周期比赤道的长约5分钟，有三个系统做为参考框架，特别是在描绘大气运动的特征。系统I适用于纬度10°N至10°S的范围，是最短的9h50m30.0s。系统II适用于从南至北所有的纬度，它的周期是9h55m40.6s。系统III最早是电波天文学定义的，对应于行星磁层的自转，它的周期是木星的官方周期。

探测历史

地面观测

木星[太阳系八大行星之一]

先驱者号

先驱者10号

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短是只有4.6万千米，比“先驱者”10号更近。送回了有关木星磁场、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。

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旅行者号

旅行者1号

伽利略号

伽利略号木星探测器

“伽利略”号探测器在2003年年9月21日坠毁于木星，以此结束其近14年的太空探索生涯。这将是美国宇航局自1999年以来首次控制探测器在地球之外的天体上坠毁。

朱诺号

朱诺号探测器

朱诺号于2018年2月7日上午在第11次近距离飞越这颗气态巨行星时，采用了彩色增强的延时图像序列拍摄。

2018年2月，美国航空航天局（NASA）公布了由朱诺号拍摄到的一组木星南极的图像，醒目的蓝色漩涡以华丽的图案扭曲变幻，创造了令人惊叹的奇观。

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4分钟了解史上最大最快的深空探测器，木星探测器“朱诺号”

詹姆斯韦伯望远镜

2022年7月，美国国家航空航天局（NASA）发布了詹姆斯韦伯望远镜拍到的几张离地球更近的星球照片。詹姆斯韦伯望远镜的近红外相机(NIRCam)的微米滤镜拍到了图片，清楚显示了木星这一气态巨行星的不同波段，还能看到旁边的卫星Europa，以及木星上的大红斑。^[6]

相关研究

对木星的考察表明：木星正在向其宇宙空间释放巨大能量。它所放出的能量是它所获得太阳能量的两倍这说明木星释放能量的一半来自于它的内部。木星内部存在热源。

众所周知，太阳之所以不断放射出大量的光和热，是因为太阳内部时刻进行着核聚变反应，在核聚变过程中释放出大量的能量。木星是一个巨大的液态氢星球，本身已具备了无法比拟的天然核燃料，加之木星的中心温度已达到了28万K，具备了进行热核反应所需的高温条件。至于热核反应所需的高压条件，就木星的收缩速度和对太阳放出的能量及携能粒子的吸积特性来看，木星在经过几十亿年的演化之后，中心压可达到最初核反应时所需的压力水平。

木星图像

2020年2月17日，木星探测器“朱诺号”拍摄到木星北部地区的高清图