旅行者1號拍攝的木星照片——木星最經(jīng)典的影像之一

讓我們開始認(rèn)真地了解一下這顆行星。

木星是太陽系由內(nèi)向外的第五個行星，也是太陽系最大、最重的行星。它的質(zhì)量約2×10^27kg，約為太陽的千分之一，是地球的三百倍以上，是太陽系其余行星質(zhì)量之和的2.5倍。它的半徑大約為70000km，體積為地球的1300倍。木星的自轉(zhuǎn)很快，一晝夜僅有9.925h，因而星體更加扁平，偏心率比地球大，約為0.05（相比之下地球?yàn)?.003）。它的公轉(zhuǎn)軌道是一個偏心率不大的橢圓，半長軸為地球軌道半徑的5.2倍，周期為11.86個地球年。

以上是一堆枯燥無味的物理參數(shù)，但筆者認(rèn)為這些數(shù)字并不是讓人看著頭痛的，正是憑借這些數(shù)字，我們才能夠刻畫出一個天體在宇宙中的樣子。

木星靠著反射太陽光而被地球上的裸猿們看到，雖然它的距離很遙遠(yuǎn)，但憑借它巨大的面積和較高的表面反照率，它依舊能夠成為夜空中除了月亮和金星之外最亮的天體。它的視星等通常都在-2等以上，所以人們很容易就會注意到這個格外明亮的在背景星空中不斷運(yùn)行的天體。因此世界各地的古代天文文化中木星都占有重要的地位。

木星的英文名字Jupiter出自羅馬神話的眾神之主朱庇特；在日耳曼人的神話中，木星的形象是雷神Thor（喜歡漫威的人們應(yīng)該對此不會陌生），這也是英語中Thursday一詞的來源。在中國和受漢文化影響的東亞國家中，“木星”一詞根據(jù)五行學(xué)說而得名；同時，木星又被稱為“歲星”，因?yàn)槟拘谴蠹s每12年會沿著黃道運(yùn)行一周，古代中國人以此為依據(jù)將黃道劃分為12個區(qū)域并各自賦予名字（古希臘黃道十二宮的劃分也與木星的運(yùn)行有關(guān)），由此也發(fā)展出歲星紀(jì)年法這個比較少見的紀(jì)年方式。一個著名的例子是，西周初年的青銅器利簋上銘文上記載有“甲子朝歲鼎”一詞，學(xué)者推測它的意思是甲子日木星上中天，并由此計(jì)算出了武王滅商的年代，這件青銅器現(xiàn)藏中國國家博物館。

在望遠(yuǎn)鏡被發(fā)明出來前，人們無法看清木星更多的細(xì)節(jié)，木星只有制定歷法上的意義。直到伽利略用自己的望遠(yuǎn)鏡指向木星并辨認(rèn)出木星的四個大衛(wèi)星，木星的細(xì)節(jié)特征才開始逐漸被發(fā)現(xiàn)，它開始成為一個吸引科學(xué)家興趣的有趣天體。后來的觀測發(fā)現(xiàn)了木星赤道南北的暗色云層，又發(fā)現(xiàn)了木星著名的“大紅斑”。今天我們用一臺小的望遠(yuǎn)鏡就能夠看到木星的四顆伽利略衛(wèi)星和表面的暗色云帶。17世紀(jì)的天文學(xué)家還曾通過對木星在不同位置時木衛(wèi)凌食的觀測估計(jì)過光速的大小。隨著地基光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的發(fā)展，木星越來越多的細(xì)節(jié)被人們看到，木星的物理參數(shù)、化學(xué)組成等都逐漸被科學(xué)家們揭示出來。

20世紀(jì)下半葉，多波段的天文觀測和宇航探測都開始蓬勃發(fā)展，人類對木星的研究進(jìn)入前所未有的新階段。地面上的射電觀測發(fā)現(xiàn)了木星很多前所未知的物理現(xiàn)象，空間探測讓人類能夠近距離地研究木星。從上世紀(jì)70年代開始，人類對木星進(jìn)行了多次飛掠和軌道探測。飛掠探測以兩艘先驅(qū)者號和兩艘旅行者號最為知名，很多探測太陽系其它目標(biāo)的探測器也會借飛掠木星進(jìn)行加速。迄今為止已有兩個探測器進(jìn)入過環(huán)繞木星的軌道，分別是伽利略號和近年的朱諾號，這兩艘探測器都對人類認(rèn)識木星做出了卓越的貢獻(xiàn)。

朱諾號木星探測器

如果未來地球真的需要在流浪途中借用木星進(jìn)行加速，地球人與木星的緣分還遠(yuǎn)未結(jié)束。

木星被成為一個“氣體巨行星”，它的結(jié)構(gòu)和地球、火星等有硬質(zhì)巖石表面的行星截然不同。木星的成分以氫、氦為主，兼有少量其它重元素，和恒星及星際物質(zhì)的成分是接近的。但其實(shí)木星并非一個完全由氣體構(gòu)成的星球，在內(nèi)部巨大的壓強(qiáng)下，物質(zhì)不會一直以氣態(tài)的形式存在。木星沒有嚴(yán)格的“地面”，在木星大氣中逐漸往深處走，在深度小于1000km時，物質(zhì)基本上以氣態(tài)存在；繼續(xù)向下，溫度和壓強(qiáng)都增大，物質(zhì)變得越來越稠密，此時的氫沒有明確的氣液之分，是一種成為“超臨界流體”的狀態(tài)。木星內(nèi)部的大部分區(qū)域由金屬氫組成，這是氫元素在高溫高壓下形成的具有金屬的導(dǎo)電特性的流體。木星的最內(nèi)層據(jù)推測是由巖石和冰構(gòu)成的核心區(qū)，但其具體的組成人們?nèi)耘f不甚清楚。這個核心的存在是現(xiàn)有行星形成理論預(yù)測的結(jié)果，但由于引力測量沒有達(dá)到足夠的精度，我們甚至無法準(zhǔn)確得知這樣的核心是否已在木星的演化過程中消失。

木星表面（原圖是一張動圖）

木星具有太陽系規(guī)模最大的行星大氣，它的深淺相間的云帶是它最引人注目的表面特征之一。這些云帶的寬度和顏色都能夠觀察到年際的變化，但是它們足夠穩(wěn)定，使之能夠作為相對固定的表面特征加以研究。棕色被認(rèn)為是由木星大氣深層來到表層的物質(zhì)在太陽紫外線的作用下形成的，這些物質(zhì)可能包括磷、硫和烷烴等。不同環(huán)帶之間的相互作用造成了風(fēng)暴和湍流，這些作用形成了我們看到的木星表面的形態(tài)。

大紅斑特寫

著名的大紅斑就是木星表面巨大的反氣旋系統(tǒng)，根據(jù)觀測記錄，大紅斑最早的記錄可以追溯到17世紀(jì)，于是這個風(fēng)暴已經(jīng)至少存在了300年之久。大紅斑的尺度很大，地球可以被整個放進(jìn)它的邊界中，在地球上用12cm以上口徑的望遠(yuǎn)鏡就可以辨認(rèn)出這個結(jié)構(gòu)。進(jìn)來的觀測發(fā)現(xiàn)大紅斑的尺度有所減小，顏色也逐漸變深，原因尚且沒有定論。

一個有趣的物理事實(shí)是，如果木星的質(zhì)量比當(dāng)前的數(shù)值大一點(diǎn)，它將會在自身引力的作用下坍縮，體積將會比現(xiàn)在更小。事實(shí)上，木星的體積接近于行星能夠達(dá)到的體積的上限。體積最小的紅矮星只比木星大大約30%，但是質(zhì)量則是木星的80倍左右。但木星形成時的確經(jīng)歷過與恒星形成類似的坍縮過程，這個過程中釋放的引力能會在很長的時間內(nèi)以熱量的形式緩慢釋放，所以木星輻射出的熱量仍高于它接收的太陽輻射能。

木星有數(shù)十顆繞之運(yùn)轉(zhuǎn)的衛(wèi)星，其中的大部分都小而不規(guī)則。但是四顆伽利略衛(wèi)星則大而明亮，在地球上我們用小望遠(yuǎn)鏡就能輕松看到木星盤面上四個明亮的光點(diǎn)。這四顆衛(wèi)星各具特色，均是太陽系中的靚麗風(fēng)景。

木星的4顆伽利略衛(wèi)星

木衛(wèi)一 (Io) 是四顆大衛(wèi)星中最靠近木星的，它是太陽系第四大的衛(wèi)星。它外表被硫磺覆蓋，表面分布著大量的火山，事實(shí)上，木衛(wèi)一是太陽系中地質(zhì)活動最活躍的天體。它由于距離木星很近，木星引力造成的潮汐力會在星體內(nèi)部造成摩擦，進(jìn)而產(chǎn)生大量地?zé)幔纱嗽炀土巳绱素S富的地質(zhì)活動。

木衛(wèi)二 (Europa) 是一顆被冰層覆蓋的衛(wèi)星。由于木星對它也會有潮汐力的作用，人們推測木衛(wèi)二的冰層之下也可能存在液態(tài)水的海洋，這樣的可能性讓人們對地外生命產(chǎn)生了很多聯(lián)想。

木衛(wèi)三 (Ganymede) 是整個太陽系最大的衛(wèi)星，它的大小比身為行星的水星還略大一些。它也是太陽系中唯一一個擁有磁層的行星，這可能與它的液態(tài)鐵核心的對流有關(guān)。

木衛(wèi)四 (Callisto) 距離最遠(yuǎn)，是四顆衛(wèi)星中第二大的，也是太陽系第三大的衛(wèi)星。它幾乎由等量的巖石和水冰組成，這使它成為四顆衛(wèi)星中密度最小的一個。由于遠(yuǎn)離木星及其強(qiáng)輻射，它被認(rèn)為是人類進(jìn)一步探索木星時理想的基地選址。

木星附近小天體的分布

木星巨大的質(zhì)量和引力對于塑造太陽系的形態(tài)具有重要的意義，它深刻影響著太陽系的演化。

木星引力制約著眾多太陽系小天體的軌道。有理論認(rèn)為，火木之間的小行星帶的存在就與木星有關(guān)，木星的引力讓這個區(qū)域內(nèi)小天體無法聚集在一起成為行星，于是就作為小行星帶存留于今天的太陽系之中。木星軌道上的兩個拉格朗日點(diǎn)附近各有一個小行星群，分別成為“希臘群”和“特洛伊群”，這些小行星可以在木星和太陽的引力下維持穩(wěn)定的軌道。

1994年，震驚世界的彗木相撞事件在太陽系上演，蘇梅克-列維9號彗星落入木星的引力勢阱并被潮汐力撕裂為21塊，它們依次與木星相撞，在木星上留下了巨大的深色疤痕。有學(xué)者認(rèn)為，這樣的事件表明木星是內(nèi)太陽系的保護(hù)傘，它的強(qiáng)大引力改變了很多彗星的軌道，使它們免于與內(nèi)太陽系的行星相撞。

遭遇撞擊后的木星

另一個有趣的事實(shí)是，木星的質(zhì)量足夠大，致使它和太陽的質(zhì)心落在太陽表面之外——這意味著太陽和木星可以說是一個“雙星系統(tǒng)”，它是太陽系唯一一個具有這樣性質(zhì)的天體。

文案：張亦松

排版：席曉婷

審核：趙鑫淼