木星是距太阳第5位远的大行星,它的椭圆轨道半长径约为5.2天文单位。木星轨道的偏心率是0.048,也就是说它的近日点和远日点之差为0.5天文单位。在这个轨道上绕太阳公转1周的时间是11.86年。由于轨道面和黄道面的交角只有1.3.它们几乎是在同一个平面上,因此古人把木星称为黄道里的行星。
木星虽然是一个特别巨大的球体,但是它旋转起来却是飞快的,大约9个多小时它就自转1周,在九大行星中获得了第一名。由于自转快,扁缩也就严重,使它的球体扁率达到0.0648.就是借助于望远镜,由肉眼都可以分辨出木星视圆面呈椭圆状。
木星的内部结构模型与过去推测的情况是一致的,它表明木星没有固体的表面,它是一个流体行星。在木星的中心有一个主要由铁和硅组成的固体核,那里的温度高达30000K,这个核心称为木星核。在木星核的外面是主要由氢构成的一个厚层,称为木星幔。木星幔又可以分为两层,第一层从核外延伸到46000千米外,这一层中估计压力为30万个大气压,温度为11000K。在这一层中氢处于液态金属氢状态,氢的分子都被离解为独立的原子。第二层在第一层外延伸至70000千米处,据认为那里是由液态的分子氢构成。在木星幔的外面是木星的大气层,它再向上延伸1000千米直到云顶。木星的大气和地球大气很不相同,是以氢为主,约占82%,氮占17%,其余还有少量的甲烷、氨等气体分子。木星的模型说明木星的主要成分是氢和氮,其比例类似太阳的大气。
根据探测发现木星具有比地球磁场大得多的磁场。木星的磁场也是偶极场,但是有趣的是木星磁场的方向与地球磁场正好相反。也就是说如此我们带着一个指南针到木星去旅行,指南针所指示的南方恰是木星北极的方向。木星磁场的磁层范围大而且结构复杂,在木星外1400000千米到700万千米的广大空间都是木星的磁层。木星的4个最早被发现的大卫星——伽利略卫星都在这个巨大的磁层之内,因此它们受到磁层的屏蔽使之免遭太阳风的袭击。
由于太阳风和地球磁场的共同作用,在地球的高纬度地带常常可以看到五彩缤纷的极光。科学家们早就推测在木星上也可以看到极光,因为虽然太阳风吹到木星附近时强度已大大地减弱了,但是木星的磁场很强,它仍然能够捕获足够多的太阳风粒子,这些粒子与木星大气撞击就可能产生极光。可是科学家们经过20多年的搜索仍然没有发现木星极光的踪影。当美国”旅行者1号“在1979年3月飞临木星时,探测器在木星的背着太阳的一面,发现了极光。木星的这次极光长达30000千米。探测器的这一重大发现直接证明了木星确实具有极光,这是在太阳系中除地球以外第二个具有极光的天体。
使用望远镜观察木星的时候,能发现木星上有沿着与赤道方向平行的带子,这些带子横穿过木星的圆轮。木星的条带很有规律,明暗相间,一般为黄绿和红褐的颜色,它们成为木星的独特标志。当仔细地观察时,便会发现这些条纹带并不是一种永久的结构,它们总是在不断地移动着。原来木星的条纹带是木星大气构成的,这些条纹带足有上千千米厚。
木星除了有条纹之外,更为令人不解的是木星赤道之南的大红斑。这个大红斑自1665年被法国天文学家卡西尼发现以来至今已存在300多年了,它长约20000多千米、宽11000千米呈卵形,可以容纳两个地球。粗看起来大红斑也好像总是不变的,但是经过连续地观测记录可以发现大红,斑的颜色总在不断地变化着。有时颜色浓艳,有时又显得暗淡,甚至有时只能隐隐约约地看出它的轮廓来。细致地观测发现大红斑不但颜色在变化,而且它的大小和形状也在不断地变化。最初发现这个大红斑时它长约30000千米,300年来它曾逐渐地延伸为40000千米,后来又慢慢地缩小下来,至今已经缩短到只有21000多千米了。在大红斑改变大小和开头的同时,它在木星上沿着经度方向漂移着。大红斑在颜色、大小、形状和位置上的不断变化,说明它肯定不是一种固态的物体。科学家们经过分析研究,认为大红斑是木星上的一个巨大的风暴!
伽利略使用他自制的望远镜观测木星时,就发现了木星的卫星。1610年1月7日晚上伽利略把望远镜对准了木星,他看到有4颗小星排列在木星的赤道平面内,它们是木星的卫星。木星有卫星,它们都沿着各自的轨道绕着木星旋转。伽利略的这一发现,给哥白尼学说以有力的支持。在给木星卫星命名时,以希腊神话中人物命名的传统又占了上风。4颗卫星被称为:伊俄、欧罗巴、加尼默德和卡力斯托,她们都是天神宙斯爱过的美女。直到1892年人们一直认为木星只有这4颗卫星,还是一位优秀的天文观测者巴纳德用大望远镜才发现了木星的第5颗卫星。那是1892年9月9日的晚上发现的,这个木卫五比以前发现的4颗卫星都小得多。人们给这个卫星起名为阿玛尔菲亚,这是一只母山羊的名字。瑞亚把她的小儿子宙斯藏在克里特岛的山洞中,由两位仙女照管着。这两个仙女每天都用母山羊阿玛尔菲亚的奶喂着宙斯,如今它又到了宙斯的身旁。
1904年发现了木卫6,1905年到1951年用照相的方法接连发现了6颗直径更小的卫星;到1974年发现了木卫13.这些卫星除了木卫5在木卫1的轨道以内,其它的卫星都在木卫4的外面。木星卫星的形状、大小都很不一样,最大的卫星斗径达2000多千米,而小的卫星直径仅有10几千米,甚至只有几千米。
木星有众多的卫星,它们像一个小家族。这些卫星都围绕着它们的主宰——天神宙斯——那颗巨大的木星旋转着。在这些卫星中只有4颗伽利略卫星比较大,其余都是直径几十千米的大石头。木卫1、木卫2的大小和月亮不相上下,甚至木卫1比月亮还稍稍大些;而木卫3、木卫4则更大,不但月亮比不上,就连水星的个儿也比它们小。
”大胖子“ 在九大行星中,木星是离太阳第5远的行星。如果按体积和质量的大小来排列,那么,木星应该坐第一把交椅。它是行星中的”巨人“。1300个地球捏合在一起才有它一个那么大。它的质量相当于地球质量的300多倍,是太阳系其它行星总质量的两倍半。木星体积庞大,反射太阳光的能力很强。虽然它离太阳和地球都比火星远得多,但是我们看起来它比火星亮。除了金星以外,木星就是天上最亮的星星了。西方人用罗马神话中众神之父——”尤皮特“的名字来称呼它。
木星周围有一层1000多千米厚的大气。大气成分主要是氢气和氦气,氢占82%,氦占17%;其它还有氨、甲烷、水蒸气、乙炔、乙烷、磷化氢等等,加在一起只占1%。在翻腾着的木星大气里,经常会发生闪电的现象。
科学家们根据空间探测器拍摄的照片和发回的资料,大致地描绘出了木星的结构模型:中心部分是一个半径1万多千米的固体核心,由铁和硅组成,温度高达3万度;核的外围是液态金属氢,厚约36000千米,温度11000℃,压力300万个大气压;再往外,就是一片普通的液态分子氢的”海洋“了,厚度24000千米左右,温度还是很高——5500℃。这样的”热海“当然没有人敢下去游泳,整个”海“面由于对流而波涛汹涌,滚滚沸腾。木星就是这样一个体积庞大的液态氢球。
这个液态氢球在快速旋转着。它用9时50分左右自转1圈,是九大行星中自转最快的。很难设想,像木星这样的庞然大物,能够像芭蕾舞演员那样轻盈地急速地旋转;然而这却是事实。正是因为木星自转得很快,所以它的赤道部分向外”甩出“,形成一个扁球体,赤道半径要比极半径长5000千米。
我们用望远镜观察木星,可以看到一些和赤道平行的、明暗相间的云带。这些云带是木星快速自转产生的大气环流,其中比较明亮的白色或黄色的云带叫做条斑,比较晦暗的红棕色的云带叫做带纹。从南到北,这样的云带共有17条,非常绚丽壮观,被看做木星的象征。
除了彩色云带以外,木星表面还有五颜六色的斑点或斑块。在木星赤道以南,有一块出名已久的大红斑,特别引入注目。它的颜色发红,形状像鸡蛋,长20000多千米,宽约11003多千米,可以容纳得下两个地球。它是1665年,意大利天文学家卡西尼发现的,到现在已经300多年了,形状始终是老样子,颜色和大小却常有变化:有时呈鲜红色,有时呈玫瑰色。宽度比较稳定,长度伸缩较大,最长可达4万千米。
神秘的大红斑是什么呢?有人以为它是冷的氨气的凝结物,飘浮在木星表面的大气之中,还有人认为它是浮在液氢海洋上的大冰山。现在,旅行者1号”的考察结果告诉我们:这是一股耸立高空、突出云顶8千米的强大旋风。它像一个巨大的旋涡,按逆时针方向不停地旋转。旋涡或气流中含有红磷化合物,红斑的颜色可能就是这样得来的。那么,是什么力量驱使着这股强大的旋风维持几百年不散?这个问题直到现在还没有找到答案。
看到这里,你能不能想象得出木星的表面是多么的漂亮?那里白、黄、棕、红彩云密布,17条云带斑斓绚丽,真好像是个祥云缭绕的仙境啊!
木星和太阳的平均距离是地球和太阳的平均距离的5倍多,它的表面单位面积所接受的太阳能,只有地球的1/27.按理论计算,木星云层表面的温度应该是零下170℃,但是实际测定却是零下140℃至150℃。而且,在木星上,深夜也不比正午冷多少,这又说明了什么呢?
过去人们一直认为,别的行星都和地球一样,主要是靠太阳辐射的光和热获得能量。到60年代末,科学家们发现,木星是个例外。木星本身释放出来的能量,比它从太阳那儿得到的能量还多一倍半,也就是说,“支出”大于“收入”。这说明木星内部还有自己的热源。
难道木星是1颗小型的“太阳”,它内部也在进行着热核反应吗?
不,它不具备产生热核反应的条件。木星中心温度太低,只有3万度,这个温度比热核反应所需要的温度还差得远。而且,木星的质量还不到太阳质量的1/1000.只有它的质量再增加100倍,才有可能进入“宇宙原子锅炉”的行列。
那么,木星内部的热源究竟是什么呢?一种解释认为:木星是在缓慢地收缩,气体分子在收缩的过程中运动加快,能量就以热的形式散发出来。另一种解释是:木星的中心有原始的热源,大约在45亿年以前,木星刚开始形成的时候,就积累了大量的原始热能,储存在木星的核心里,通过对流的方式慢慢地向外输送。
“旅行者1号”探测器还发现木星的两极地区有巨大的极光,长达30000多千米。这是地球上从来没有见过的最大的极光,也是人类第一次在地球以外的天体上发现的极光。
“旅行者1号”还有一个重大的发现,就是木星也有光环。在这以前,人们已经知道土星有光环,天王星有光环,现在,木星就成为太阳系中第三个带环的行星。这是1979年天文学界的一件大事。
木星光环的厚度不到30千米,宽度至少6000到8000千米以上,环的外缘距离木星中心约有128000千米。这个环是由大量的黑色碎石块组成的,石块的直径从几十米到几百米;它们都飞快地绕着木星旋转,大约7个小财转1圈。因为这些碎石块是黑色的,几乎不反射太阳光,所以长期以来没有被人们发现。