木星（行星）：特征，成分，轨道，运动，结构 - 阿特 - 2025

木星是太阳系中最大的行星，也是全年夜空中最亮的行星之一，这就是为什么它以罗马众神之王的名字命名的原因。在罗马神话中，木星神是最伟大的神，相当于希腊神话中的宙斯神。

木星是相对于太阳的轨道，是太阳系中的第五颗行星，拥有至少79颗自然卫星。它的直径是地球直径的11倍，仅次于太阳，它是太阳系中最大，最重的物体。

图1.哈勃太空望远镜拍摄的木星图像，其中可以观察到特征带，大红色斑点和木星极光。（来源：NASA，ESA）。

自古以来，人类一直在观察木星，但伽利略·伽利莱（Galileo Galilei）是第一个使用望远镜观察地球并在1610年发现其四颗主要卫星的人。

伽利略观测到了木星的特征频带以及四颗伽利略卫星，它们的名字分别是艾欧，欧罗巴，木卫三和卡利斯托。伽利略的发现完全改变了关于地球和人类在宇宙中的位置的观念，因为这是第一次观察到天体绕着另一个不是我们星球的恒星旋转。

他的观察支持了当时的几种革命思想：第一个是地球不是宇宙的中心，第二个是，同样重要的是，在地球之外还有“其他世界”，伽利略将其称为木星的卫星。

木星的一般特征

图2.与木星相比，地球松散地位于大红色斑点中。（资料来源：NASA / JPL-CALTECH）

尺寸和质量

木星是第五颗行星，考虑到相对于太阳的轨道半径，第四颗行星是火星，但它们之间有一个边界：小行星带。

轨道小于小行星带的行星是岩石，而轨道较大的是气体或冰巨人。木星是其中的第一个，也是体积和质量最大的木星。

木星的质量，相当于300个地球质量，是如此之大，以至于是太阳系中其余行星质量之和的两倍。就其体积而言，相当于1300个地球。

机芯

木星绕其自身轴旋转得如此之快，以至于它在9小时50分钟内完成了一圈完整的旋转。这是地球自转速度的2.4倍，并且太阳系中没有行星超过它。

它的轨道周期，即绕太阳完整旋转所花费的时间为12年。

观察

尽管距太阳比我们的星球距离五倍，但其巨大的尺寸和独特的云层使阳光能够在其表面完美反射，这就是为什么它是夜空中最亮的恒星之一的原因。

当用望远镜观察时，只注意到其最高的云层，其中有一些静止区域，其他则处于运动中，沿其赤道线形成带状图案。

最暗的带称为腰带，较亮的带称为腰带。它们相对稳定，尽管它们逐渐改变形状和颜色，并以相反的方向环绕行星旋转。

白云是上升气流降温的结果，形成铵盐晶体。然后，这些电流在较暗的带中向侧面弯曲以再次下降。

红，黄和棕色

在木星上看到的红，黄和棕色的多样性是木星云中存在的不同分子的结果。在带和带之间，形成巨大的风暴和漩涡，它们可以看作是点或斑点。

这些风暴实际上是永久性的，在其中最突出的是“红色大斑点”，这是由著名物理学家，艾萨克·牛顿的竞争对手罗伯特·胡克于17世纪首次观察到的。

大红色斑点至少有300年的历史，但是观察表明，它的巨大规模（大于地球）在近几十年来一直在下降。

至于木星的气氛，它很浓。它的深度尚不清楚，但估计有数百公里。

组成

其大气的化学成分与恒星的化学成分非常相似：80％的氢，17％的氦和少量的水蒸气，甲烷和氨。

大气压力随着深度的增加而增加，直到氢气在如此高的压力下会液化，形成液态氢海洋，使其表现得像金属。这将是木星气氛的下边界。

木星液态金属氢的海洋比太阳表面更热，大约10,000°C，并且非常明亮。

木星很可能具有由重金属元素组成的非常密集的核，但是要证实这一说法还需要更多数据。

木星物理特征总结

-质量： 1.9×10 ²⁷公斤

-赤道半径： 71 492 km，相当于地球半径的11倍。

- 极地半径：66854公里。

-形状：在两极处扁平化0.065。

-通过轨道的无线电： 7.78×10 ⁸ km，相当于5.2 AU

- 旋转轴的倾斜度：相对于轨道平面3º12。

-温度： -130ºC（多云）

-重力： 24.8 m / s ²

-自身磁场：是的，赤道为428μT。

-大气：氢气和氦气的密集气氛。

-密度： 1336公斤/米³

-卫星：已知的79。

-环：是的，暗淡且由灰尘组成。

木星结构

木星的最外层由云层组成，厚50公里。在这层云层之下，还有一层，主要是氢和氦，厚度为20,000 km。

气相和液相之间的过渡是逐渐的，因为压力随深度的增加而增加。

在该液体层的下方，由于极高的压力，氢和氦原子的电子从其原子核脱离，成为在液态金属氢的海洋中移动的自由电子。

在更深的深度，实心核可能是地球直径的1.5倍，但比我们的星球重30倍。而且由于它是由气体和液体组成的行星，由于其巨大的自转速度，该行星的两极采用扁平形状。

何时以及如何观测木星

木星看起来是明亮的白色，在黄昏时很容易看见。不要与金星混淆，金星也很明亮。

木星的望远镜视图

乍一看，木星在夜空中的光芒要比最亮的星星小天狼星（Sirius）明亮，并且总是接近黄道星座，在30度的环境下，黄道星座可能会因年份而异。

图3.木星和四颗伽利略卫星的夜景，并带有小型望远镜。资料来源：@Asismet_IF。

使用好的固定式双筒望远镜或小型望远镜，木星看起来像白色的圆盘，带状光滑。

可以使用小型望远镜轻松看到四个伽利略卫星：Ganymede，Io，Europa和Callisto。卫星的位置一天到一天都不尽相同，有时只看到三颗，因为其中一些卫星位于行星的后方或前方。

有几种移动应用程序可让您识别和搜索天空中的行星和恒星。其中，“天空地图”（Sky Maps）是第一批脱颖而出的。这样，木星的位置可以随时定位。

图4.木星和其他行星在天空中的位置，从委内瑞拉加拉加斯通过天空地图02/20/20在11:14 PM看到。

翻译运动

木星的轨道是椭圆形的，由于其巨大的质量，其焦点位于太阳中心之外。以13.07 km / s的速度行驶需要11.86年。

现在，人们总是声称行星围绕太阳中心旋转，这对除木星以外的几乎所有人都相当准确。

木星的翻译。资料来源：Todd K.Timberlake的Easy Java Simulation的作者= Francisco Esquembre / CC BY-SA（https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0）

这是因为木星的质量如此之大，以至于太阳木星系统的旋转中心，质心或质心朝着木星移动，位于太阳体之外。

根据计算，太阳木星系统的重心是太阳半径的1.07倍，即太阳外部。

图5.太阳-木星系统的重心在太阳外部，木星的轨道是一个椭圆形，其焦点之一在重心上。（来源：spaceplace.nasa.gov）

近日点是木星轨道与椭圆焦点之间的最短距离，位于太阳木星系统的重心。价值81662万公里。

相反，顶针是焦点与轨道之间的最大距离，在木星的情况下为740.52百万公里。

轨道的偏心距表明它离圆形有多远。木星的轨道具有0.048775的偏心率，其计算方法是将椭圆的中心到焦点的距离除以椭圆的半长轴的长度。

旋转运动

木星绕其自身轴的恒星旋转周期为9小时55分27.3秒。旋转轴相对于轨道旋转轴的倾斜度为3.13º。

由于体积如此之大，木星的旋转周期是太阳系所有行星中最短的。

木星卫星

巨型行星的特征是拥有大量的卫星或卫星。迄今为止，已经计数了79颗木星卫星，但是最大，最广为人知的是伽利略·伽利莱（Galileo Galilei）在1610年发现的四颗卫星，按接近程度依次为：

-IO，是地球的直径

-欧洲，地球直径的1/4

-Ganymede，⅖地球的直径

-Callisto，正好位于地球直径的1/3处

这四颗卫星合在一起占所有Jovian卫星和环的质量的99.99％。

在木星和伽利略卫星之间，相对较新（1979年）发现了四颗小型室内卫星。

朝向伽利略卫星外部的是常规卫星群，总共10颗，加上逆行卫星群，迄今已知其中61颗（61）。

按照轨道半径的顺序，定义了四组卫星：

1. 轨道在128,000至222,000公里之间的内部卫星（4）。
2. 伽利略卫星（4）的轨道在艾奥（Io）到422,000公里之间，在卡利斯托（Callisto）到1,883,000公里之间。它们合在一起占所有Jovian卫星质量的99.99％。
3. 常规卫星（10），在7,284,000 km至18,928,000 km之间。
4. 逆行卫星（61）从17,582,000公里到28,575,000公里。

木星也有戒指。它们处于比伽利略卫星低的轨道，并且在内部卫星的轨道之间。这些环被认为是由于某些内部卫星与流星体的撞击而产生的。

伽利略卫星

图6.木星和四颗伽利略卫星：艾欧，欧罗巴，木卫三和卡利斯托。（来源：维基共享资源）。

伽利略号的四颗卫星组成了一个非常有趣的小组，专家们认为它们满足了最终定居的条件。

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它具有强烈的火山活动，其表面永久性地被内部融化的熔岩所更新。

木卫一的热能主要来自木星巨大引力产生的强烈的潮汐力。

欧洲

它是按距离顺序排列的第二颗伽利略卫星，但是是第六颗木星卫星。它的名字来自希腊神话，其中欧罗巴是宙斯（罗马神话中的木星）的恋人。

它仅比月球小，并具有结冰的固体结壳。它的氧气和其他气体的气氛不是很稠密。它的平滑条纹表面是太阳系中最光滑的恒星，只有几个陨石坑。

欧罗巴的冰壳下面被认为是海洋，其运动受到巨型木星的潮汐力的驱动，在卫星的冰面引起构造活动。这样，在其光滑表面上会出现裂缝和凹槽。

许多专家认为，欧洲有条件过某种生活。

木卫三

它是太阳系中最大的卫星，它的岩石和冰斗带有铁芯。它的大小略大于水星行星的质量，几乎是质量的一半。

有证据表明，其表面下可能存在海水。欧洲航天局（ESA）已考虑到2030年对其进行访问的可能性。

就像太阳系中常见的那样，木卫三的轨道与欧罗巴和艾欧的轨道共鸣：当木卫三完成一圈时，欧罗巴完成两圈，而木卫二则完成四圈。

图7.木星的伽利略卫星的轨道共振。（来源：Wikimedia Commons）

卡利斯托

它是第四颗伽利略卫星，其大小几乎等于水星，但重量却是其三分之一。它与其他卫星没有轨道共振，但与木星同步旋转，始终向地球显示相同的面孔。

该表面有丰富的古代陨石坑，主要由岩石和冰组成。它可能有至少100公里厚的内陆海洋。

没有构造活动的证据，因此其陨石坑可能是由陨石撞击引起的。它的气氛很稀薄，由分子氧和二氧化碳组成，电离层相当强烈。

组成

木星具有浓厚的大气层，主要由87％的氢和随后的13％的氦气组成。比例小于0.1％的其他气体为硫化氢，水蒸气和氨气。

行星的云中含有氨晶体，其微红色的颜色可能来自含有硫或磷的分子。较低的不可见云层包含氢硫化铵。

由于在更深层中存在雷暴，这些层很可能包含由水蒸气组成的云。

内部结构

在木星内部，由于其巨大的引力和浓厚的大气压力，氢和氦呈液态。

在液态表面以下15,000公里的深度处，氢原子被压缩，其原子核彼此如此紧密，以至于电子与原子分离并进入导带，形成液态金属氢。

物理模型表明，在更深处存在由重原子组成的岩石核。最初，他们估计了7个地球质量的原子核，但是最近的模型考虑了质量在14至18个地球质量之间的核。

重要的是要确定是否存在这样的原子核，因为答案取决于行星的小行星形成理论是否正确。

在这个理论中，行星是由固体粒子的核形成的，从而产生了较大的重质固体，这些固体将充当重力凝结的核，在数百万年的过程中将形成行星。

木星的磁层

由于木星的强磁场，该行星具有广阔的磁层，以至于如果看不到它，那么它将在陆地上看到，大小类似于月球。

太阳系中的行星在磁场强度和范围方面都无法超过木星。

来自太阳风的带电粒子被捕获在磁力线中并围绕它们旋转，但沿磁力线漂移或运动。

当磁力线从一个磁极出来并连接到另一个磁极时，带电粒子会获得动能并集中在磁极上，从而使木星的极性大气中的气体电离并激发，从而发出光辐射。

木星任务

自1973年以来，木星曾受到负责太空探索计划的美国航天局NASA的不同任务的访问。

先锋10和11，伽利略和卡西尼号等任务已经研究了木星的卫星。初步数据表明，其中一些具有良好的生活条件，也为人类奠定了基础。

北美航天局NASA和欧洲航天局ESA计划对木星进行新的任务，主要是为了更详细地研究欧罗巴卫星。

先锋

先锋10号是1973年12月在木星上空飞行的第一个太空探测器。同年4月，先锋11号发射升空，1974年12月到达朱维安轨道。

在这些任务中，拍摄了木星和伽利略卫星的第一张特写照片。还测量了行星的磁场和辐射带。

航海家

同样于1973年启动的“旅行者1号”和“旅行者2号”任务再次拜访了太阳系中的行星之王。

这些任务收集的数据提供了有关行星及其卫星的非凡的，迄今未知的信息。例如，首先检测到木星的环形系统，还已知Io卫星具有强烈的火山活动。

伽利略

它于1995年发射升空，历时7年，但探测器的主天线出现了严重问题。尽管如此，它仍能够发送有关木星卫星的宝贵信息。

图9.木星周围的伽利略探测器。资料来源：维基共享资源。jihemD / CC BY-SA（http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/），

考察团在欧洲发现了地下​​海洋，并提供了有关艾奥火山的更多信息。

伽利略号在探空仪落在木星上时结束，以避免碰撞并因此污染欧罗巴冰冷的表面。

卡西尼号

2000年12月，前往土星的卡西尼号/惠更斯号飞行任务获得了与航海家飞行任务相当的数据，但由于技术进步，它们的质量要好得多。

新视野

在前往冥王星的途中，新视野号太空探测器于2007年访问了木星行星。

朱诺

对木星的最新一次飞行任务是朱诺号太空探测器，该探测器于2016年7月5日进入行星轨道。朱诺号的任务是研究木星大气，磁层和极光。

预期该任务将提供确定哪些核心模型与现有Jupiter数据兼容的必要数据，从而与声称不存在此类核心的模型进行比较。

关于木星的有趣事实

-它是四个大行星（木星，土星，天王星和海王星）直径最大的行星。

-在木星占据的体积中，可以容纳1300个地球大小的行星。

-木星的质量很大，比太阳系中其余七个行星的质量之和大两倍半。

-据信，它的实心是在45亿年前形成气体和尘埃的原始圆盘形成太阳系之后仅一百万年。

-木星是太阳系中最短的一天：它的自转周期只有9小时55分钟。

-它是太阳系中放射性最高的行星，除了大气层反射的阳光外，它还贡献自己的辐射，主要是在红外范围内。

-木星拥有太阳系中最大的卫星：木卫三，其半径是月球的1.5倍，是地球半径的0.4倍。

其大气的-80％由氢组成，其次是氦，占17％。其余是其他气体，例如水蒸气，甲烷，氨气和乙烷。

-木星的云层由铵盐晶体组成，形成约50公里厚的薄层。但它的大气总量约为20,000公里，是太阳系中所有行星中最厚的。

-这是在太阳系中拥有最大和最长的已知反气旋涡的行星：大红色斑点。已有300多年的历史，它的大小大于两个地球直径。

-它具有铁，镍和液态金属氢的极致密芯。

-它具有能够产生永久极光的强磁场。

-它是重力加速度最高的太阳行星，估计其大气边缘的重力是地球重力的2.5倍。

-最近的调查表明，根据朱诺（Juno）太空飞行任务的数据分析，赤道区内的水量很大。在2020年2月10日发表在《自然天文学》杂志上的NASA报告中，该数据表明，地球赤道大气的0.25％由水分子组成。

参考文献

1. 天体物理学。从以下网站恢复：astrofisicayfisica.com
2. 种子，M.2011年，《太阳系》。第七版。圣智学习。
3. 空间。我们太阳系最大的星球。从以下位置恢复：space.com
4. 维基百科。木星卫星。摘自：es.wikipedia.org。
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