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日志

 
 

【引用】【太阳系新观点】木星(上)  

2012-02-04 10:56:37|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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木星

从太阳的第5个行星,也是太阳系里最大的行星是木星。在它内部可容得下1300多个地球。行星是夜空中最明亮的天体之一,即便小望远镜也能显示它多彩的条纹。这些条纹是强烈的东西风推压下围绕行星的云带。木星是一个复杂天气模式下的世界。木星最突出的特点是一个叫大红点的橘红色的卵圆。卵圆是一个风暴系统,至少持续了300年,比地球和火星加起来还要大。

木星比地球不知要大多少,在组成上也有根本的不同。木星没有固态表面。由相同的元素组成,常规地有相同的特性,如太阳和其它恒星。像土星一样,它几乎整个都由氢和氦以液态和气态的形式组成。尽管木星巨大,但为了产生核反应和成为恒星,应再重约80倍。

虽然如此,位居中心的木星统治着一打月亮,象一个微型太阳系。4个月亮非常大,被认为应有它们自己的行星,假如它们不是绕一个行星轨道运行的话。它们是显著的不同的世界。Io(木卫一)是太阳系里是最猛烈的活动体。频繁爆发更新它的表面,盖住任何已形成的陨坑。Europa(木卫二)的表面也相当年轻,但它的表面光滑,没有炽热的熔岩,而是水冰,可能从表面下流上来后冻结。木卫二可能潜伏着暖海,盐水在它的冰壳下。Callisto(木卫四)有一个古老的陨坑——瘢痕累累的表面,大约40亿年前地质学活动似乎大大地平静了下来。Ganymede(木卫三),太阳系里最大的月亮,比水星要大,有行星样磁场。

 

基本行星数据

木星,一个外行星,从太阳比地球和其它内行星要遥远的得多。它的轨道位于主小行星带和土星轨道之间。它的内行星邻居,火星,轨道位于小行星带和地球之间。像别的外行星——土星,海王星,和天王星一样——木星比地球和其它多岩内行星要大得多,密度更低。

NASA/JPL/University of Arizona

彩色条纹——有颜色的云环绕巨行星木星,表现在由卡西尼飞船拍摄的合成影像上。左下小黑盘是木星的月亮木卫二投射的阴影。巨大风暴叫大红点,右下可见。原生像以两种颜色拍摄,模拟木星的自然色进行处理。

 

大小,质量,和密度。木星以古罗马神的统治者命名,等同于古希腊神宙斯。古罗马不知道行星有多大,但名字反过来正吻合。木星比太阳系内所有其它行星合在一起还要大和重的得多。它的赤经大约88,864英里(142,984公里)大约是地球的320倍。木星的大质量对太阳系内的其它成员产生强大的重力效应。它形成间隙,例如,主带内小行星的分布和彗星轨道的改变。行星的密度很低,大约只有水的1.3倍。作为比较,地球的密度是水的5.5倍之多。

 

轨道和自旋。木星,像所有的其它行星一样,略呈椭圆,或卵圆形轨道绕太阳旅行。它环行一圈大约11.86个地球年,那是木星一年的长度。与太阳的平均距离约483百万英里(778百万公里),比地球与太阳的距离要大5倍多。

木星关于它的轴自转非常快,比其它7个行星都快。完成一个旋转大约9小时55分钟,那是木星一天的长度。大气自旋的速率稍有不同,赤道附近的云比高纬度的云转一圈要快几分钟。行星旋转的力量引起赤道处略膨隆,两极略扁平。木星的快速自旋加剧的这一变化,所以,与其它大多数行星比较起来,木星更加不是一个完美的球形。木星的自旋轴几乎根本不倾斜。因为这一原因,它没有像地球,火星,和其它有倾斜轴的行星那样的季节。

 

大气

木星有大量的大气,或环境气体层。质量大约有86%氢的14%的氦构成。太阳有类似的组成,大约有71%的氢和28%的氦。行星科学家相信,4个外行星所有的都接收大约像太阳那样氢和氦的相同的特性,当从气体和尘埃盘形成太阳系的时候(行星)。据认为,木星和土星的氦,更多集中在内部。

 

NASA/JPL

云缎带绕经木星的巨大大红点区,一个古老的,漩涡风暴系统,影像由旅行者一号空间探测器捕获。大红点下方是另一个大的漩涡风暴,用白色的卵圆形表示。

 

木星的大气也含有许多别的气体痕迹,包括甲烷,氨,水蒸气,硫化氢,和氘化氢。大气的下部,有云形成,一般地,行星随高度增加而变冷。较高的层内,气体和粒子吸收太阳辐射。这使得中上层大气较热,温度随纬度增加。

木星大气内云表现为明暗相间的条纹,大体与赤道平行。较暗的条纹叫带,而较亮的条纹叫区。云也分成不同的深度层。颜色从白色到褐黄色,棕色,鲑肉色,和蓝灰色不等。科学家认为,云颜色的改变,因为它们含有不同化学。

最高的云呈白色,由氨冷冻结晶而成。顶部温度大约负240°F(负150°C)。主床面的云呈黄褐色,在大气下部,那儿的温度大约负100°F(负70°C)。黄褐色云内有些地方的漏洞提示下面暗棕色的云。黄褐色和棕色云多半可能由氢硫化铵组成,它们的颜色归因于别的硫化物。科学家也认为,较低床面的云由水冰和水滴形成。蓝灰色和略紫色区只在赤道附近被发现。它们被认为是云相对少或没有云的区域。

 

绘图显示了木星整个可见的"表面",包括它的云条纹,大红点,和许多较小的卵圆形风暴。绘图是一个圆柱投影,像地球的绘图,显示行星在矩形上展出的平面。它是卡西尼飞船以两种颜色拍摄的,从36幅图像中电脑产生。木星极区表现的不是很清楚,因为飞船相机的角度的关系,以及它们被厚烟雾覆盖的原因。

NASA/JPL/Space Science Institute

 

木星有紊流大气,而它的云系统大约经几小时或几天形成和变化。无论如何,风海流的潜势图已稳定了几十年。强风东或西在几个交替带内吹经大气。它们途径如上所示的卵圆形的涡流风暴系统时被中断。

大气层内最大持久点是著名的大红点。地球上从1664年就已观察它。点是一个行星南半球的巨卵圆形风暴系统,强风关于一个高气压中心做反时针方向旋转。换句话说,它像地球上的反气旋。覆盖的区域比地球本身还要大,然而,直径大约12,400*7,500英里(20,000*12,000公里)。点内物质大约每过7天做一次循环。这就意味着围绕风暴外部的风,可能达到超级飓风的风力,每小时大约250英里(400公里)。当木星旋转,风暴系统就云而言在经度上移动,但它仍集中在大约22°S的纬度上。

大红点比行星最高的白云投影要高,也可能降到主云层的下面。风暴引起中心物质的上涌,这方面没有清楚的证据,尽管预料有垂直运动。为什么点是带红色的问题科学家不确定。他们认为,颜色可能由复杂的有机分子,红磷,或硫化合物引起。任何这些物质可能由闪电产生。它们也可能由物质上升流到高纬度引起,在那儿与太阳的紫外线发生化学反应。

 

像2006年,木星有两个的大红点。大红点在右侧赤道下,而绰号叫红点,jr.(晚辈)的更年轻的红色风暴,在中心的下方,出现在2006年哈勃太空望远镜拍摄的影像上。小红点与地球一般大小。假彩色像用可见光和近红外波长拍摄。

NASA/ESA

图表显示了木星大气不同层面的温度和压力,由伽利略探测器确定。云图表明了预期云层的近似位置;探测器没有检出它们,正常降到无云点、温度和压力的部分探测器直接可以测量,而其它是探测器通过搜集的其它数据推演出来的。

 

大约1940s开始,大红点的正南就观察到了三个较小的,白色的,卵圆形的风暴。三个卵圆在1998-2000年合在了一起,形成了单个风暴系统将近大红点的一半大小。科学家相信,大红点的形成可能也是类似合在一起的。事实上,在2006年合并的风暴转成相同的鲑鱼——红如大点,其中原因仍不知道。

 

内部

围绕木星的大气只构成了行星很小的百分比。科学家,无能如何,不能直接观测大气下的行星,取而代之,它们形成理论模式,基于许多已知诸如行星大小,质量,密度,旋转率,热平衡,和大气压和温度那样的特性。

像大气一样,内部主要由氢和氦组成。行星内部,压力和温度随着深度增加,所以,氢和氦变得越来越稠密。大约降到中心的1/4处,压力已可能把氢挤成液态金属的形式。在这种状态,电子从原子核内剥离出来,所以,液态氢像金属一样能导电。

在木星中心可能是非常稠密的核。不同的模型的核,有大约1/3地球那么大到比地球大一点儿。温度可能达到将近45,000°F(25,000°C)。核内压力可能是地球海平面的压力的50 百万到100百万倍。

木星有几种内部热源。行星散发的热量比从太阳接收的两倍还要多,其中原因不是分清楚。这些热的一部分可能在46亿年前行星形成期间获得的。随着行星的持续冷却,它逐渐发热。科学家认为,另一个过程也可能产生一部分热。这一过程涉及氦析出形成小滴,向行星中心沉积。氦小滴摩擦挤压金属氢,把能量的一部分转化为热。

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