木星是怎樣被發現的

時間 2021-10-15 00:08:52

1樓:廣西師範大學出版社

如果以離太陽由近至遠的順序排列,木星排第五。木星是太陽系的八大行星中體積和質量最大,它有著極其巨大的質量,是其他七大行星總和的2.5倍還多,是地球的318倍,而體積則是地球的1,321倍。

同時,木星還是太陽系中自轉最快的行星,所以木星並不是正球形的,而是兩極稍扁,赤道略鼓。木星是天空中的亮度僅次於太陽、月亮和金星(不過有時會比火星稍暗,有時要比金星亮),木星為第四亮的星星。木星主要由氫和氦組成,中心溫度估計高達30,500℃。

在木星表面有乙個大紅斑,從東到西有40,000千公尺,從北到南有13,000千公尺,面積大約453,250,000平方千公尺。這個紅斑仍有不少的猜測,很多人認為它是乙個永不停息的旋風,它的範圍可以吞沒3個地球,但最終未得到證實。

木星的發現

早在史前,木星就為人所知了。根據伽利略2023年對木星四顆衛星:木衛一,木衛二,木衛三和木衛四(現常被稱作伽利略衛星)的觀察。

第乙個發現就,這些衛星是不以地球為中心轉,也是贊同哥白尼的日心說的有關行星運動的主要依據。許多年來人們一直認為木衛三是2023年由伽利略通過他自製的望遠鏡發現的,於是連同其他三衛都被稱為伽利略衛星。其實木衛三是中國戰國時代的天文學家甘德發現的,比伽利略早了將近2023年。

他著有《歲星經》和《天文星佔》兩書,可惜均已失傳。在唐朝天文學家瞿曇悉達編著的《開元占經》第二十三卷中有這樣的記載「甘氏曰:單閼之歲,攝提格在卯,歲星在子,與須女、虛、危晨出夕入,其狀甚大有光,若有小赤星附於其側,是謂同盟」。

木星釋放的力量

對於要星的多年考察,人們發現木星正在向其宇宙空間釋放巨大能量。它所放出的能量是它所獲得太陽能量的兩倍,這說明木星釋放能量的一半來自於它的內部。木星本身就存在著熱源,在加上它不斷的吸積著太陽所釋放的高能粒子,因此他所具有的能量就越來越大。

眾所周知,太陽不斷放射出的光和熱是因為太陽內部時刻進行著核聚變反應,在核聚變的過程中就會釋放出大量的能能量。而木星是乙個巨大的液態氫星球,本身已具備了無法比擬的天然核燃料,加之木星的中心溫度已達到了28萬k,具備了進行熱核反應所需的高溫條件。至於熱核反應所需的高壓條件,就木星的收縮速度和對太陽放出的能量及攜能粒子的吸積特性來看,木星在經過幾十億年的演化之後,中心壓可達到最初核反應時所需的壓力水平。

一旦木星上爆發了大規模的熱核反應,以千奇百怪的漩渦形式運動的木星大氣層將充當釋放核熱能的「發射器」。所以,有科學家猜測,幾十億年後,木星就會從一顆行星一顆名副其實的恆星。

木星光環

木星也有乙個與土星相似的環,不過又小又微弱,如上圖。其實木星光環的發現純屬意外,它的發現是由於兩個旅行者1號的科學家一再堅持航行10億千公尺後,應該去看一下是否有光環存在。其他人都認為發現光環的可能性為零,但結果證明它們是存在的,如果當時不是當這兩個科學家的堅持,想必我們就不會知道木星上原來也的光環,不過木星光環中的粒子可能並不是穩定的在,大概是由於大氣層和磁場的作用,因此,要想操持光環,它們需要被不停地補充。

處在光環中公轉的兩顆小衛星木衛十六和木衛十七應該是光環資源的最佳候選。

在木星漁和最外層的大氣層之間還有乙個強輻射帶,這是伽利略號飛行器對木星大氣的探測是時驚人的發現。這個輻射帶大致相當於電離層輻射帶的十倍強,而且還發現,這一輻射帶裡含有不知來自何處的高能量的氦離子。在2023年7月,蘇梅克~利維9號彗星碰撞木星,有著驚人的現象。

這種現象用業餘的望遠鏡都能看地很清楚,而且在一年後,依然可以用勃望遠鏡觀察到。

我們知道,木星的亮度僅次於金星,四個伽利略的衛星用雙筒望遠鏡就容易觀察到,而且木星表面的帶子和大紅斑可由小型天文望遠鏡觀測。邁克?哈衛的行星尋找圖表顯示了火星以及其他行星在天空中的位置。

越來越多的細節,越來越好的圖表將被如燦爛星河這樣的天文程式來發現和完成。過去有人猜測,在木星附近有乙個塵埃層或環,但一直未能證實。2023年3月,「旅行者1號」考察木星時,拍攝到木星環的**,不久,「旅行者2號」又獲得了木星環的更多情況,終於證實木星也有光環。

木星光環的形狀像個薄圓盤,其厚度約為30公里,寬度約為6500公里,離木星12.8萬公里。光環分為內環和外環,外環較亮,內環較暗,幾乎與木星大氣層相接。

光環的光譜型為g型,光環也環繞著木星公轉,7小時轉一圈。木星光環是由許多黑色碎石塊構成的,石塊直徑在數十公尺到數百公尺之間。由於黑石塊不反射太陽光,所以一直我們都沒發現。

木星的大氣層厚而濃密,它的主要成分為氫,大約佔80%以上,其次是氦,約佔18%,其餘還有甲烷、氨、碳、氧和水汽等,總含量不足1%。由於木星的內部能源較較,因此赤道與兩極的溫差並不大,不超過3℃,因此木星上南北風很小,主要是東西風,最大風速達130~150公尺/秒。木星大氣中充滿了稠密活躍的雲系。

各種顏色的雲層像波浪一樣在激烈翻騰著。在木星大氣中還觀測到有閃電和雷暴。由於木星自轉很快,因此能在它的大氣中觀測到與赤道平行的、明暗交替的帶紋,其中的亮帶是向上運動的區域,暗紋則是較低和較暗的雲。

木星離太陽的平均距離為7.78憶公里,所以它表面的溫度比地球的溫度小很多。從木星接受太陽輻射計算,其表面有效溫度值為-168℃,而地球觀測值為-139℃,「先驅者11號」宇宙飛船的探測值為-148℃,仍比計算值高,這也說明木星有內部熱源。

「先驅者號」探測器對木星考察的結果表明,木星沒有固體表面,它是乙個流體行星。主要是氫和氦。木星的內部分為木星核和木星幔兩層,木星核位於木星中心,主要由鐵和矽構成,是固體核,溫度達3萬k。

木星幔位於木星核外,以氫為主要元素組成的厚層,其厚度約為7萬公里。木幔外就是木星大氣,再向外延伸1000公里,就到雲頂。木星的光環是存在的,只不過比較小比較微弱。

木星大紅斑

木星的表面特徵變化很大,但它也前持久和半持久的特徵,其中最顯著最持久,也最為人們所熟悉的就是木星表面的大紅斑了。木星的大紅斑位於南緯23°處,東西長4萬公里,南北寬1.3萬公里。

它位於赤道南側、長達2萬多公里、寬約1.1萬公里的乙個紅色卵形區域。探測器發現,大紅斑是一團激烈上公升的氣流,呈深褐色。

這個彩色的氣旋以逆時針方向轉動。在大紅斑中心部分有個小顆粒,是大紅斑的核,其大小約幾百公里。這個核在周圍的反時針漩渦運動中維持不動。

大紅斑的壽命很長,可維持幾百年或更長久。

從17世紀中期,人們就開始對它進行時斷時續的觀測。從2023年以後,人們就對它進行了連續的記錄,並發現它在1879~2023年,1893~2023年,1903~2023年,1911~2023年,1919~2023年,1926~2023年,特別是在1936~2023年,1961~2023年,以及1973~2023年這些年代中,變得顯眼和色彩艷麗。在其他時間,顯得暗淡,只略微帶紅,有時只有紅斑的輪廓。

那為什麼這個斑是紅色呢?它又是什麼結構?如何能持續這麼長的時間?

對於這些問題,僅憑地面上的觀測是無法解答的。

根據科學家雷蒙?哈依德的理論,大紅斑是木星上某種像山的有永久我特徵所造成的大氣擾動。但是「先驅者」發現木星表面是流體,完全排除木星外層具有固態結構表面的可能性,因此上面的理論自然就不成立了。

「旅行者1號」發回的**使人們更清晰地看到,大紅斑宛如乙個以逆時針方向旋轉的巨大漩渦,其浩瀚寬闊足以容納好幾個地球。從**上還可以分辨出一些環狀結構。仔細研究後,科學家們認為,在木星表面有著厚厚的雲層,大紅斑就是乙個聳立於高空、嵌在雲層中的強大旋風或者是由一團激烈上公升的氣流所形成的。

其實,在木星與大紅斑相信的特徵還是有的。大紅斑的偏南處,有3個白色卵形結構,它們首次出現於2023年。

在2023年,地面觀測發現木星的北半球上出現乙個小紅斑,18個月以後「先驅者10號」到達木星時,發現其形狀和大小幾乎同大紅斑相似。再過一年,「先驅者11號」經過木星時,這個紅斑竟蹤跡皆無,由此我們發現,那個紅斑只存在了兩年。木星上的斑狀結構一般持續幾個月或幾年,它們的共同特點是在北半球作順時針方向旋轉,在南半球作逆時針旋轉。

氣流從中心緩慢地湧出,然後在邊緣沉降,遂形成橢圓形狀。它們就像地球上的風暴一般,但規模要大得多,時間持續的也很長。

木星雲色彩斑斕說明了木星的大氣中有著十分活躍的化學反應。在探測器拍攝的**上,可以看到木星大氣明暗交錯的雲帶圖形。從南極區到北極區依稀可辨17個雲區或雲帶。

它們的顏色、亮度均不相同,也許是氨晶體所組成;褐色雲帶的雲層要深些,溫度稍高,因而大氣向下流動;藍色部分則顯然是頂端雲層中的寬洞,通過這些空隙,方可看到晴朗的天空。藍雲的溫度最高,紅雲的溫度最低。由此判斷,大紅斑是乙個很冷的結構。

如按平衡狀態而言,所有的雲彩都應該是白色的,只有化學平衡被破壞後,才會出現不同的顏色。那麼,在木星上,到底是什麼破壞化學是什麼平衡呢?科學家們推測,可能是荷電粒子、高能光子、閃電,或是沿垂直方向穿過不同溫度區域的快速物質運動。

在大紅斑中,有一種橙紅色使人一直很困惑。有人認為這種顏色的大紅斑是公升氣流形成的雲中放電的現象。對此,美國馬里蘭大學的一位名叫波南貝羅麥的博士做了乙個有趣的實驗。

他在乙隻長頸瓶中放上木星大氣中存在的一些氣體,如甲烷、氨、氫等,對這些氣體施加電火花作用,結果發現原先無色的氣體變成雲狀物,一種淡紅色的物質沉澱在瓶壁上。這個實驗為人們解開大紅班顏色之謎提供了一些有益的啟示。很多天文學家認為磷化物就可以說明大紅斑的顏色。

自從卡西尼發現大紅斑以來,到今天已有300多年了,對於大紅斑持續了這麼長的時間的原因,有些人認為是由於木星又密又厚的大氣,但這只是一種猜測。

因為木星上的大紅斑與其他卵形結構的長壽,主要包括兩個問題:這些斑狀結構必須是穩定的,不然它們只能存在幾天;還有另乙個能源問題,乙個穩定渦流如果沒有能源維持,很快就會下沉。木星大紅斑每小時時速可達400千公尺,而地球上的龍捲風最高時速連它的3/4都達不到,而且持續時間與木星大紅斑大小都比地球龍捲風長和大。

至於為什麼,至今依然沒能解答。

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