探索木星有什麼意義?

General 更新 2024-11-14

神祕的木星閱讀答案

美國 NASA的“朱諾號”飛船，在長達5年的旅行後，於2016年7月4日晚11時53分，成功地進入環繞木星軌道。開始它長達20個月的觀測任務。木星不像地球有固態的表面，是一個氣態行星，如此一個人類到了上面站也站不住的“氣體”星球，表面溫度極低，大氣中也沒有“氧”，顯然不可能存在智慧生命，但科學家們卻十分感興趣探究它，三番五次派來使者，究竟是為什麼呢？

太陽系中的巨無霸

木星是太陽系中最大的行星，體積大到可以容納1300個地球，的確堪稱太陽系中的巨無霸。雖然“霸王”的體積是地球的一千三百多倍，但質量卻只有地球的三百倍，因為它不如地球那麼堅固緻密，屬於氣態巨星。不過，它的質量仍然超過了其他行星質量總和的2.5倍【1】。

儘管在望遠鏡發明之前，人類應該並不確切瞭解木星之大小，但古人的直覺驚人，在許多文化中都不約而同地將木星捧為眾行星之王，西方以古羅馬神話中的眾神之王“朱庇特”（Jupiter），來命名它，也就是相當於古希臘神話中統領宇宙的天神宙斯。

中國古代將木星稱為“歲星”，因為它繞太陽運行一週的時間為12年，與中國古代紀年曆法中的地支相同，也正好是民間使用的生肖的輪迴週期。中國古人還認為地球上農業的豐收興旺或饑荒災害等，均與木星運轉週期（12年）有關係，他們將歲星看成是主管農業的星官，地位極為崇高，所在之處將五穀豐登，因此建造專門的廟宇來供奉歲星。所以，在中國古人的眼中，木星就像一個掛在天上的大鐘，它有規律的運行，記錄和主宰著天干地支，生命輪轉，象徵著農業興衰，五穀豐收。

從伽利略開始，400年來，人類從未間斷過對木星的探索，特別是如今進入了航天時代，已經有多個航天器飛掠過了木星附近，帶給了科學家有關木星的第一手寶貴資料。但這顆巨星仍然謎團多多，它有許多特別之處吸引著天文學家們。

就觀測效應而言，木星表面看起來有紅、褐、白等五彩繽紛的條紋，類似木紋，難怪我們的祖先稱此星為“木”。有時又使人感覺木星表面的紋路類似大理石。最奇怪的是，“紋路”中還夾著一塊令人印象深刻的大紅斑，見圖1。據說那是一個圓形漩渦，因為其成分中含有紅磷而使其看起來呈現紅色。

木星的第一特點當然是“大”。尺寸大到只比太陽小一個數量級，比起地球來，則要大一個數量級，見圖2中的左圖。木星大到你可以說不是它在繞著太陽轉，而是它和太陽一起繞著它們兩者的“質心（質量中心）”轉動。如果簡單地考慮兩體運動模型，在地球的情形，因為太陽比地球大太多，它們的質心基本上與太陽中心重合，因此，地球是“真正”繞著太陽轉（圖2的中圖）。而木星和太陽的質量中心，已經偏離到了太陽表面上，所以結果是木星和太陽都繞著質心轉，木星轉大圈，太陽轉小圈，如圖2的右圖所

木星的特點 5分

木星有著突出的特點，它質量大、體積大。它的質量是地球的1316倍，是太陽系中其他8顆行星加在一起的二倍半。

土星：有一個美麗的光環，它離太陽約140000萬公里，29年繞太陽一週，自轉週期為10小時。土星的體積和質量分別為地球的754倍和95倍，平均密度僅為0.7，是一個可以浮在水中的行星。土星有26顆衛星，其中有2顆衛星在同一條軌道上運行。土星的光環是由大大小小的碎冰塊組成的，一直延伸到離土星32萬公里的地方，環的數目有數千條，就象一張巨大的密紋唱片。

太陽系九大行星之一木星

在太陽系中最惹人注目的行星是木星，木星是九兄弟中最魁梧的巨人。它很明亮，亮度僅次於金星。中國古代用它來定歲紀年，因此它又叫“歲星”。西方天文學家稱木星為“朱庇特”，即羅馬神話中的眾神之王。

木星有著突出的特點，它質量大、體積大。它的質量是地球的1316倍，是太陽系中其他8顆行星加在一起的二倍半。

木星的橢圓軌道半長徑是5.2天文單位，它繞太陽一週大約需要12年，但它的自轉速度卻是太陽系中最快的，自轉週期為9小時50分30秒。木星上還有很強的磁場，表面的磁場強度大約是地球的10倍。有趣的是木星磁場的方向與地球磁場的方向正好相反，地球上的指南針到了木星上所指的方向是北方。

木星的內部結構也與其他行星不同，它沒有固體外殼，在濃密的大氣之下是液態氫組成的海洋。木星的內部是由鐵和硅組成的固體核，溫度高達30000度。但木星大氣的平均溫度約為－140度。

木星上一個著名的特徵是位於赤道南側的大紅斑，大紅斑的內部存在著環流結構，它原來是木星大氣雲層中的一個大漩渦，漂浮著五顏六色的雲，雲層的劇烈運動達到了難以用語言來形容的程度。

到目前為止發現了木星的衛星共39顆，其中木衛一離木星很近，平均距離約42萬千米。木衛二是一顆比月球小，但密度和月球差不多，表面非常光滑被大量冰覆蓋著的球體。木衛三是木星衛星中最大的，體積比水星還大。木衛四的表面佈滿了密密麻麻的隕石坑。木星家族的祕密還有很多，等待我們去探索......

怎麼去追男孩子呀?

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……

木星上有什麼？

已知木星大氣中氦的含量是氫的10％。對木星的光譜研究得知，氨和甲烷的含量比例同太陽大氣中相似。“旅行者” 1號在木星大氣中發現了碳、氧和少量的鐵，還發現了大量的硫在木星大氣中逸散。在木星的背陽面，發現了三萬公里長的極光，這表明木星大氣受到很多高能粒子的轟擊。木星的雲帶被木星的自轉拉長，在木星的厚大氣中升降著,行星際探測器的紅外線觀測表明,暗的帶紋是較低、較熱的雲區，亮帶則是較高、較冷的雲區。當然,不論帶或帶紋都是冷的。帶的溫度是130K,帶紋溫度是136K。木星雲為什麼如此絢麗多采？這涉及大氣的化學成分。從光譜分析證認出木星大氣中含有五種物質：氫、氦、氨、甲烷和水，還推斷出有氫的硫化物存在，這些都是無色的。雲帶出現顏色，必定有其他著色物質，如硫化銨、硫化氫銨以及各種有機化合物和複雜的無機聚合物。“旅行者”1號還在木星雲層上面發現了閃電,這表明那裡可能有相當複雜的碳氫化合物的分子。木星具有比地球更大更強的磁場，但是場的方向正好與地磁場相反。這就是說，地球上指北的羅盤搬到木星上將指向南方。木星早期演化理論和太陽系起源理論十分相似。木星和它的衛星系統很像一個小太陽系，它的中心天體(木星)和太陽系中心天體（太陽）一樣，有豐富的氫元素，而且自身也發出熱輻射。它的四個大衛星（木衛一至木衛四）同太陽系中的行星一樣，密度也隨著離中心天體的距離而減少。有科學家指出，木星系統是45億年前由一團與太陽成分相同的、熾熱的原始對流氣體星雲形成的，這塊星雲較扁，處於轉動狀態，並開始向中心坍縮。同時星雲盤逐漸消散，木星的幾個內衛星開始形成。它們現在的密度差別反映出離中心不同距離處星雲盤的溫度。木星系的演化和太陽系起源雖然十分相似，但仍有重大差別。例如，太陽自轉緩慢，極大部分太陽系角動量集中在行星上，但在木星系統中情形正好相反。長期以來，人們用可見光、紅外線和射電波仔細地研究這個星球,近年來,美國“先驅者”10號和11號，尤其是伽利略木星探測器對木星的探索，大大加深了人們對它的認識。

為什麼木星的衛星那麼多？？

木星的衛星

木星的衛星目前已知共有63顆，它們連同木星一起構成了一個天體系統，稱為木星系。木星的衛星是按照發現的先後順序編號的。

木星是人類迄今為止發現的天然衛星最多的行星，目前已經發現了63顆衛星，儼然一個小型的太陽系：木星系。最早發現木星擁有衛星的是伽利略，1610年1月，他發現了木星的最亮4顆衛星，並被後人命名為伽利略衛星。它們環繞在離木星40～190萬千米的軌道帶上，由內而外依次為木衛一、木衛二、木衛三、木衛四。

在以後的幾個世紀中，人們又接連發現了12顆較大的衛星，使木星衛星的總數達到了16顆。直到1990年代中期美國伽利略號探測器飛臨木星系的時候，又發現了許多以前未被發現的許多天然衛星，使得人類所知的木星系衛星總數達到63個，這個數字隨著人類探索太空能力的增骸很有可能增加。

木星的星體特性

木星是一個氣體行星。氣態行星沒有實體表面，它們的氣態物質密度只是由深度的變大而不斷加大（我們從它們表面相當於1個大氣壓處開始算它們的半徑和直徑）。我們所看到的通常是大氣中雲層的頂端，壓強比1個大氣壓略高。木星由90%的氫和10%的氦（原子數之比， 75/25%的質量比）及微量的甲烷、水、氨水和“石頭”組成。木星的大氣層很濃厚，厚度達3000千米，在大氣層之下有一層厚達2.7萬公里的液態氫層，再下面是金屬氫，這與形成整個太陽系的原始的太陽系星雲的組成十分相似。土星有一個類似的組成，也是一層濃密的大氣層，大氣層下有一層厚達2.6萬㎞的液態氫層，再下面也是金屬氫。但天王星與海王星的組成中，氫和氦的量就少一些了。木星可能有一個石質的內核，相當於10-15個地球的質量。內核上則是大部分的行星物質集結地，以液態氫的形式存在。這些木星上最普通的形式基礎可能只在40億帕壓強下才存在，木星內部就是這種環境（土星也是）液態金屬氫由離子化的質子與電子組成（類似於太陽的內部，不過溫度低多了）在木星內部的溫度壓強下氫氣是液態的，而非氣態，這使它成為了木星磁場的電子指揮者與根源，木星的磁場強度大約10高斯，比地球大10倍。同樣在這一層也可能含有一些氦和微量的冰木星還是天空中已知的最強的射電源之一。最外層主要由普通的氫氣與氦氣分子組成，它們在內部是液體，而在較外部則氣體化了，我們所能看到的就是這深邃的一層的較高處。水、二氧化碳、甲烷及其他一些簡單氣體分子在此處也有一點兒。雲層的三個明顯分層中被認為存在著氨冰，氨水硫化物和冰水混合物。然而來自伽利略號的證明的初步結果表明雲層中這些物質極其稀少（一個儀器看來已檢測了最外層，另一個同時可能已檢測了第二外層）。但這次證明的地表位置十分不同尋常－－基於地球的望遠鏡觀察及更多的來自伽利略號軌道飛船的觀察提示這次證明所選的區域很可能是木星表面最溫暖又是雲層最少的地區。來自伽利略號的大氣層數據同樣證明那裡的水比預計的少得多，那時預計木星大氣所包含的氧是太陽的兩倍（算上充足的氫來生成水），但實際集中的比太陽要少。另外一個驚人的消息是大氣外層的高溫和它的密度。木星向外輻射能量，比起從太陽處收到的來說要多。木星內部很熱：內核處可能高達20000℃。該熱量的產量是由開爾文-赫爾姆霍茲原理生成的（行星的慢速重力壓縮）。（木星並不是像太陽那樣由核反應產生能量，它太小因而內部溫度不夠引起核反應的條件。）這些內部產生的熱量可能很大地引發了木星液體層的對流，並引起了我們所見到的雲頂的複雜移動過程。土星與海王星在這方面與木星類似，奇怪的是，天王星則不。木星的內核正在被侵蝕，但沒人知道到底有多快木星是自身成就的犧牲者。一些複雜的新計算表明，這顆太陽系中最大的行星——質量比其他幾顆行星質量總和的兩倍還要大——已經摧毀了其核心的一部分。然而具有諷刺意味的是，罪魁禍首恰好是把木星打造成一顆氣態巨行星的氫和氦——隨著行星的形成，其內核的引力對這些元素產生了吸引。這一發現意味著大多數巨大的太陽系外行星可能根本就沒有內核。天文學家之所以把木星稱為氣態巨行星，緣於其大部分由氫和氦構成，後者在地球上都是氣體。然而在木星上，由行星引力產生的巨大壓力將大部分氫壓縮為一種能夠導電的金屬流體。氫和氦包圍著一個由鐵、岩石和冰構成的中心核。而這一內核——質量相當於地球質量的10倍——僅僅是質量為地球318倍的行星的一小部分。如今，美國加利福尼亞大學伯克利分校的行星科學家Hugh Wilson和Burkhard Militzer完成了一些量子力學計算，旨在搞清當位於行星中......

木星上有那些有利資源？

木星大氣中存在著大規模的環流和小規模的運動。木星雲帶和紅斑的長期存在表明，木星大氣中的運動與我們所熟悉的地球大氣運動截然不同。一個值得注意的事實是，在兩極和赤道之間熱通量是均勻分佈的。從太陽輸入的熱量主要集中在低緯度地區，因此內熱釋放必定起著很重要的補充作用。從木星接受的太陽輻射計算，它表面的有效溫度的理論值應為105K，但地面觀測值是134K,行星際探測器測得的值為125K,都比理論值高。對木星進行紅外觀測也表明，木星輻射的熱能為它從太陽那裡接收到的熱能的兩倍。這些都說明木星內部存在熱源。它的熱能可能是木星形成時由引力勢能轉變而來的，由液氫的大規模對流傳遞到表面上。

木星雲為什麼如此絢麗多采？這涉及大氣的化學成分。從光譜分析證認出木星大氣中含有五種物質：氫、氦、氨、甲烷和水，還推斷出有氫的硫化物存在，這些都是無色的。雲帶出現顏色，必定有其他著色物質，如硫化銨、硫化氫銨以及各種有機化合物和複雜的無機聚合物。“旅行者”1號還在木星雲層上面發現了閃電,這表明那裡可能有相當複雜的碳氫化合物的分子。

木星具有比地球更大更強的磁場，但是場的方向正好與地磁場相反。這就是說，地球上指北的羅盤搬到木星上將指向南方。

木星早期演化理論和太陽系起源理論十分相似。木星和它的衛星系統很像一個小太陽系，它的中心天體(木星)和太陽系中心天體（太陽）一樣，有豐富的氫元素，而且自身也發出熱輻射。它的四個大唬星（木衛一至木衛四）同太陽系中的行星一樣，密度也隨著離中心天體的距離而減少。

有科學家指出，木星系統是45億年前由一團與太陽成分相同的、熾熱的原始對流氣體星雲形成的，這塊星雲較扁，處於轉動狀態，並開始向中心坍縮。同時星雲盤逐漸消散，木星的幾個內衛星開始形成。它們現在的密度差別反映出離中心不同距離處星雲盤的溫度。木星系的演化和太陽系起源雖然十分相似，但仍有重大差別。例如，太陽自轉緩慢，極大部分太陽系角動量集中在行星上，但在木星系統中情形正好相反。

長期以來，人們用可見光、紅外線和射電波仔細地研究這個星球,近年來,美國“先驅者”10號和11號，尤其是伽利略木星探測器對木星的探索，大大加深了人們對它的認識。