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无声雨

 
 
 

日志

 
 

【引用】【太阳系新观点】木星(下)  

2012-02-04 10:56:20|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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磁场和磁圈

所有行星中,木星有最大和最强烈的磁场。行星迅速旋转,有电传导的内部被认为引起了强大的场。像地球磁场一样,它有南北两个极,像一个巨大磁棒。极的方向与地球相反,所以在木星上,罗盘仪应指向南。木星的磁场相对于它的自旋轴大约也倾斜10°。

木星磁场空间支配的区域叫它磁圈。它是一个巨大的泪珠状区域。离太阳最近的那一侧范围大约1.9百万英里(3百万公里)。在它的对侧,磁圈可使太阳风离开,太阳风是太阳的电荷粒子流。它会引起巨大冲击波。木星的对侧上,太阳风把磁圈尾推出土星的轨道之外,大约400百万英里(650百万公里)远。

木星的磁场捕获绕行星的电荷粒子。粒子绕木星环形移动的区域,大致呈炸面圈的形状。电子几乎以光辐射能的速度,当它们螺旋穿过区域时。这些强烈辐射区域与地球的范艾仑辐射带类似,但更强烈(地球,"磁场和磁圈")。

 

Photo AURA/STScI/NASA/JPL (NASA photo # PIA01257, STScI-PRC96-32)

哈勃空间望远镜拍的木星极上的极光。下面两幅图是假彩色,用紫外光拍摄。极光的亮度和结构随着行星的旋转而改变。上面两幅图,弧线加到磁量管,或带电离子电流的路径踪迹上,连接着木星和它的月亮木卫一。左上影像由可见光拍摄,而右上一幅是紫外光拍摄。

 

木星强烈地发射无线电波,较长波长的间隙性爆发和较短波长的稳定流都有。两种类型都由行星磁圈内电荷粒子移动引起。爆发有时是,空中无线电"噪声"的最强烈的来源。它们是1950s第一次被检测到,它们提供了木星有磁场的第一条线索。稳定发射,是后来被发现的,通过辐射带内俘获带电粒子辐射。

这种无线电波流,随着行星的旋转,其强度和方向有所变化。变化有特征性周期,周期是木星磁场的旋转率。磁场旋转率也是行星内部的旋转率,它产生场。

卡西尼飞船绘制的木星辐射带图,通过它们的射电发射强度测量,频率在13,800兆赫(每秒13.8百万周)。彩色编码表示发射的强度,黄色和红色是最大强烈的。木星照片由望远镜拍摄,加在上面,显示辐射带相对于行星的大小和方向。

NASA/JPL

 

无线电波的爆发来自围绕木星3个独立的区域。木卫一的位子,当它绕木星轨道运行经过这些带时,产生强烈的影响。磁场线把木星和木卫一衔接起来。它们在行星和月亮之间封装成一个叫磁流管的炸面圈形的空间区域。这种磁流管与木卫一一道移动。另外,木卫一上的火山爆发释放电荷粒子云,沿着它的轨道伴随着木卫一。当云经过木星磁场的时候,产生大约5百万安培的电流。

科学家相信,射电爆可能通过沿着木卫一和木星连接的磁流管内的磁场线的自旋电子射出。极光类似于地球的北极光和南极光,有时出现在木星两极的附近。地球上,极光由辐射带内的电荷粒子与大气上层分子碰撞引起。

 

环系统

木星的薄环系统只有通过宇宙飞船才发现,经1979年的维金一号。环由绕行星轨道运行的微小尘埃粒子构成。主环大约4,000英里(6,400公里)宽,19英里(30公里)厚。从行星中心到外缘大约80,000英里(129,000公里)。跨立主环的是叫晕的云雾状粒子内环,和两个外环。外环叫薄纱环,因为其内粒子分布非常稀薄。当小行星的碎片,彗星,和别的天体与木星的四个小的内月亮相碰撞时,产生残骸,所有的环都是这样的形式。

NASA/JPL

伽利略木星探测器拍摄的影像显示,自然光里木星边缘附近薄薄的主环。与较近的臂,接近木星时消失,在那儿它进入木星的阴影。

 

月亮

绕木星轨道运行的月亮已知超过60个,尚未发现的可能更多。四个最大的月亮与地球的月亮差不多大小,或更大一点。从木星向外,随着距离的增加,它们是木卫一,木卫二,木卫三,和木卫四。它们是1610年伽利略用望远镜发现的第一个天体。它们现在叫伽利略卫星,以他的荣誉。木卫五(Amalthea)是下一个被发现的木星月亮。1892年,爱德华 埃莫森 巴纳德通过望远镜第一个发现了它。所有其他的木星月亮,通过对地基望远镜和旅行者空间探测器所捕获的影像,进行检查才发现的。

行星许多较小的月亮直径不到5英里(8公里),在2000年或以后被发现,用大功率望远镜和高敏感度电子成像设备。

NASA/JPL/California Institute of Technology

木卫一火山喷发的热,发光的熔岩,通过伽利略木星探测器捕获的影像。由几幅影像拼凑而成,包括可见光拍的增强色影像。左边亮白,黄,和橘黄色是叠加上影像上的假彩色,在红外波段拍摄,表明温度,白色最热,橘黄最冷。

 

木星八个内月亮——四个小月亮木卫十六(Metis),Adrastea,木卫五(Amalthea),和木卫十四(Thebe)加上四个伽利略卫星——在一个相当圆形的路径里绕行星轨道运行。它们的轨道平面也与木星绕太阳的平面几乎一样。因为这两个原因,月亮叫规则的。其余木星月亮是不规则的。即,它们有非常伸长或倾斜的轨道,或两者兼而有之。规则月亮绕木星轨道运动与木星旋转的方向也相同,而不规则月亮方向相反。科学家相信,木星8个规则月亮可能与木星大约46亿年前一道形成。当木星从太阳周围的气体和尘埃盘形成的时候,它的月亮从这样一个行星周围盘中形成(行星)。不规则月亮可能是小行星,彗星,或碎片经过木星,靠得足够近,重力捕获了它们落入木星轨道。

两个内部伽利略卫星,木卫一和木卫二,比外面的两个,木卫三和木卫四,要致密得多。木卫一和木卫二可能有与地球月亮构成大致类似的岩体。木卫三和木卫四差不多半岩石半水冰或有低密度的其它物质。3个月亮的表面,木卫二,木卫三,和木卫四,是冰。

木卫一。科学家认为,木卫一有一个铁和硫化铁的熔融核,经一个叫地幔的熔融岩的中间层包绕。月亮明亮彩色的表面有火山,熔岩,和以各种形式的硫沉积物覆盖。硫给了木卫一明亮的浅黄色,与较小的红色,橙色,和黑色区域一道。表面上的白色认为主要是固态二氧化硫。

木卫一连续不断的内外挤压,通过强烈的木星和较弱其它伽利略卫星的重力牵引,因为它们的轨道关系。这种效应,叫潮曲(tidal flexing),木卫一内产生内摩擦并生热。作为结果,导致火山活动频仍。伽利略木星探测器搜集的数据提示,任何一个时间里,木卫一上大约有300座火山可能在活动。熔岩连续不断地流淌,每隔几千年,表面就完全被替换。如上讨论,火山喷发释放电荷粒子云,以复杂的方式,与木星磁场相互作用。

NASA/JPL/Caltech

木星伽利略月亮——从左到右,木卫一,木卫二,木卫三,木卫四——呈现在伽利略木星探测器拍摄的剪辑影像里。影像比例显示月亮相互之间大小关系。

 

木卫二。木卫二尤其令人着迷,因为它是一个太阳系内除地球以外极其少见的地方之一,可能有支持生命所需的液态水。像木卫一一样,它可能有一个富含铁的核,由岩石地幔包裹。木卫二明亮的冰表面,无论如何,是太阳系内任何已知固体上所发现的最光滑的表面。表面高度上有很少的火山。地壳上山河交错,蚀刻出不寻常和错综复杂的图样。木卫二上几乎没有什么大的陨坑,表明它的表面新近形成。(一般地,固态表面有更多的陨坑,它就越老)这种表面重修可能仍在发生。内部流出水,地壳上冻结的结果是可能的。

科学家相信,木卫二可能有液态水的完整海洋,大约60英里(100公里)深,上部几英里冰冻。经潮汐加热的内部水相信是温暖的,潮汐热由木星和其它伽利略卫星重力拖曳引起。伽利略探测器拍摄的影像,似乎表明了最近的过去,液动出现在木卫二表面上。

NASA/JPL/California Institute of Technology

木星冰壳小的被精心组成的图案区,出现在增强色的影像里,混合在由伽利略号飞船获得的影像和数据里。木卫二上这种复杂结构的观测,表明最近的过去,它的地壳有裂缝,巨大的冰块在新的位置上被冻结之前略有旋转。冰块的大小的几何形状提示,通过层下的半融冰或液态水,能够使它们移动,存在于破裂时。

 

冰块似乎断裂,冻结之前相互移动。另外,月亮受木星磁场的干扰,图案里,似乎由导电物质诸如咸水引起。

木卫三。木卫三和木卫四都是冰冷世界,大小与水星差不多。木卫三事实上比水星要大一点儿。它可能有一个富含铁的核,岩石下地幔,水冰的上地幔和地壳。月亮可能有一个冰壳下液态水的深海。

伽利略飞船拍摄的木卫三表面特写,显示了大约55英里(90公里)长的不同地形区。轻坑带洞穿中心,是最年轻的地带。它被分成最老的地区,右边,沟槽密布,略变形的地带是中年,左边。

NASA/JPL/California Institute of Technology

NASA/JPL/Caltech

 

表面有两种醒目的不同地形,暗和亮。暗区是沉坑,所以可能非常老。亮区较年轻,含有明亮的,裸露水冰的辐射状条纹的坑。狭长的沟流也标记了较亮的地形。当木卫三地质学活动,可能在它的早期历史中,这种地形在一个点上形成。内在活动可能引起地壳断裂形成沟槽。

木卫三是太阳系内,产生它自己永久而强烈的磁场的唯一的月亮。它的磁场与水星的强度相当,创建它自己的磁圈和极光。

木卫四。不像三个其它伽利略月亮,木卫四似乎只有部分分离成层。这一提示,它从来没有像木卫一,木卫二,和木卫三那样的很多潮汐加热的经验。潮汐加热部分熔化了那些月亮的内部,形成独立层。木卫四内部似乎主要由岩石和水冰良好混合替换组成。

NASA/JPL/Space Science Institute

木卫四古老表面的沉坑和麻点区,出现伽利略号飞船拍摄的影像里(右下),放大(左上)显示细节。下面影像显示区域大约45英里(72公里)的直径。

 

木卫四的表面非常暗,有非常大的陨坑。过去几十亿年,很小的地质学活动,在其表面和内部似乎有所发生。像木卫二一样,木卫四有点儿干扰木星磁场,提示月亮含有诸如盐水那样的导电物质。这个月亮的地壳下也有少量液态盐水,那是可能的。

Artist's conception of Galileo orbiter courtesy of NASA/JPL/California Institute of Technology

 

宇宙飞船探测

第一次发送到木星的三个探测器——命名为先驱号,旅行号,和伽利略号——在20世纪晚期,戏剧性的增加了科学家关于巨行星的知识。两个先驱号探测器在1970s早期飞经木星,测量行星的基本环境,评估它的辐射强度是否应促成航天器的进一步探测。它们是在美国国家航空空间局发射的。先驱10号是第一艘超过小行星带到太阳系外部旅行的航天器。1973年飞了大约80,000英里(130,000公里)内到达木星的云顶,它第一个传递了行星的密集影像。也发现了行星磁圈的巨大尾巴。紧接着先驱11号,1974年大约27,000英里(43,000公里)内经过云顶。

NASN的旅行者1和2号在1979年飞列木星。仪器设备比先驱号更稳健和先进,取得了更有价值的数据。探测器上的密集影像也揭示了一些新的月亮,木卫一上火山活动,以及围绕木星的薄环。

1989年NASA向木星发射了伽利略号宇宙飞船,延伸研究行星,及其月亮,和它的磁场。当它1995年抵达行星的时候,释放了一个探测器,成为第一个与外行星接触的人工天体。探测器降落大约穿越了100英里(165公里)的大气层,在大约一个小时内被毁于行星极端条件之前,分程传递了化学组成,温度,和压力测量。科学家期望伽利略号探测器检出主云床下的水云,但它没有做到。不幸的是,探测器在穿越一个几乎无云的大气区域时,似乎落空。

伽利略号木星探测器,几年之内,传送了令人叹为观止的影像和大量的数据,直到它的推进物差不多用完。在2003年,它被有意识地送去与木星的大气碰撞,并毁坏。

NASA/Ames Research Center

伽利略号空气探测器(示于发射前)成了第一个与外行星接触的人造天体。1995年伽利略号木星飞行器释放747磅(339公斤)的探测器航向木星。借助于降落伞,使用它的六个科学仪器测量诸如温度,压力,密度,云结构,化学组成的特性。

 

1994年,出现了研究木星的不同的机遇,当苏梅克-利维9的慧核碎片坠入行星大气的时候。科学家从地球——地基和地球轨道望远镜,以及通过伽利略号飞船捕获的影像,观测了爆炸效应。撞击和行星云内形成的暂时黑疤,提供了关于木星大气的成分和结构以及彗星硬度的线索。

木星额外的数据和影像,由NASA的卡西尼飞船,在它2000-01年去土星途中飞经行星时所捕获的。在现象中研究,穿过卡西尼号的是从木星磁圈一侧逃逸出来的大量的电荷粒子。

 

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