液態行星
木星在太陽係中是最惹人注目的行星。它以(體積和質量)巨大而成為八星之王。它是天空中亮度僅次於金星的一顆亮星,通常比火星、天狼星還亮。我國古代稱它為“歲星”。西方用古代神話中的大神之名稱呼它,意思是主宰天上諸神的“宙斯”。
木星的結構與眾行星不同,它沒有固體外殼,在濃密的大氣之下是液態氫組成的海洋。
用天文望遠鏡觀察木星,突出的特性是它那扁球形的外貌。其赤道半徑與極半徑相差近5000千米。木星的赤道半徑為71400千米,為地球的11.2倍,體積為地球的1316倍,質量為1.9×1030克,為地球質量的317.90倍,比太陽係所有的行星、衛星、小行星等大小天體加在一起還重1.5倍。木星的平均密度是1.33克/厘米3,比水稍大。這說明,木星的大部分物質處於氣體狀態。木星兩極的表麵重力加速度為23.22米/秒2,赤道上為27.07米/秒2。在木星表麵上,物體要有61千米/秒的速度才能脫離木星,所以木星能束縛住大量氣體而不讓它們跑掉。
木星和其他行星一樣,也圍繞太陽在橢圓軌道運行,軌道半徑長約為5.2天文距離單位(即與太陽平均距離約為7.78億千米),繞太陽公轉一圈為11.86年,木星雖然在太陽係中體積最大,但卻是太陽係中自轉最快的行星,赤道部分自轉一周為9小時50分30秒。由於自轉速度快,使得它的形狀很扁,大氣條紋沿赤道伸展。
木星有稠密的大氣,主要成分為氫和氦,還有甲烷、氨、碳、氧及少量的鐵和硫。通過天文望遠鏡,我們看到木星有一些明暗交替的帶紋平行於木星的赤道。這些帶紋是木星快速自轉而產生的大氣環流。它們有上千千米厚,因而使我們看不見木星的表麵。帶紋中有時出現壽命長短不一的亮斑或暗斑。在木星赤道以南,有一個大紅斑,它於1665年被法國天文學家卡西尼發現,至今已存在300多年了。大紅斑呈蛋形,寬14000千米,長30000千米。
其寬度似乎不變,長度卻由發現之初的30000千米逐漸延伸為40000千米,現又縮到二萬多千米。大紅斑不但大小有變化,而且顏色有時也有變化,有時濃豔,有時暗淡。大紅斑是一個含有紅磷化合物的大氣漩渦,朝逆時針方向旋轉,溫度似乎比周圍的木星大氣低些。
對木星的輻射探測得知,雖然木星不發光,但它發射的總輻射卻是所受太陽輻射的2.5倍。這說明木星除了反射太陽的光和熱之外,還具有內能源,其核心處於高溫高壓狀態,但還不足以產生熱核反應。科學家認為,木星過剩的能量是木星形成之初,從原始星雲中聚集的熱能。
為了探測太陽係外圍空間的物理情況,迄今為止,美國共發射了4艘宇宙飛船,即“先驅者”10號、11號,“旅行者”1號和2號。它們都肩負著美國宇航局的重大科學考察項目。“先驅者10號”於1972年3月2日上午,一路上考察了行星際物質;1973年12月3日與木星會合,在離木星13萬千米處飛掠而過,探測到木星規模宏大的磁層,研究了木星大氣,送回300多幅木星雲層和木星衛星的彩色電視圖像。“先驅者11號”飛船於1973年4月6日發射,1974年12月5日到達木星。它離木星表麵最近時隻有4.6萬千米,比“先驅者10號”近兩倍。送回有關木星磁場、輻射帶、重力、溫度、大氣結構以及4個大衛星的情況,並按地麵指令調整航向,飛越在地麵因視角不合適而難於觀測的木星南極地帶。“先驅者11號”在完成任務後,向著土星飛去。1977年8月20日和9月5日,美國又相繼發射了“旅行者1號”
和“旅行者2號”飛船。這兩艘飛船在儀器設備方麵比“先驅者”10號和11號先進。“旅行者1號”於1979年3月飛臨木星,在3天之內探測了木星和4個伽利略衛星,以及木衛五,拍攝了數以千計的彩色照片,並進行了一係列科學考察。“旅行者2號”於1979年7月飛臨木星,對木星進行了一係列考察。
兩艘飛船在離開木星後,還要繼續探測土星、天王星和海王星,然後飛出太陽係,到茫茫的宇宙中去尋找知音。
宇宙飛船發回的考察結果顯示,木星有較強的磁場,表麵磁場強度達3-14高斯,比地球表麵磁場強得多(地球表麵磁場強度隻有0.3-0.8高斯)。