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太陽系探索——航天器飛探木星

（2006年02月10日 18:02:06） 來源︰《太空探索》

□作者: 尹懷勤

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　　在太陽系9大行星中，木星身居中間位置，內外兩側各有4顆行星繞日運行。與類地行星不同，木星擁有17顆天然衛星繞其運轉，形成了一個小型太陽系。它是類木行星中的主要代表。
　　
　　第一大行星
　　
　　木星是太陽系最大的行星。它的赤道直徑為142984千米，是地球赤道直徑的11.2倍，其體積是地球的1316倍，質量是地球的318倍，表面引力是地球引力的2.64倍。
　　巨大的木星到太陽的平均距離為7.783億千米，約為日地距離的5.2倍，繞太陽公轉1周的時間為11.862個地球年，但它自轉卻快得出奇，每9小時50分鐘就自轉1周，約合0.41354個地球日，是9大行星中自轉最快的1個。不難算出，木星1年有1萬多個晝夜。

　　亮度僅次于金星的木星，被一層厚度超過1000千米的濃密大氣所包裹。大氣層中的1個大旋渦形成了木星的大紅斑，從發現至今已300多年未見消減。
　　17世紀大科學家伽利略通過天文觀測，發現了木星的4顆衛星，後人通常將其稱為伽利略衛星。為了研究上的方便，現在人們經常將其稱作木衛一、木衛二、木衛三和木衛四。這4顆衛星在眾多的木星衛星中，不僅體積最大，而且距離木星較近。
　　

　　三批航天器
　　
　　20世紀70年代以來，人類已向木星發射了3批航天器對其進行探測，並獲得了寶貴的數據資料。它們全是美國發射的。
　　第一批是先驅者10號和11號行星探測器。1972年3月2日升空的先驅者10號經過21個月的飛奔，于1973年12月3日在距木星13萬千米處掠過，拍攝了照片並進行了10多項試驗與測量。1973年4月6日升空的先驅者11號于1974年12月5日從木星左側上空4.2萬千米處飛過，探測了地球上無法觀測的木星北極地區，拍攝了300多張彩色照片，進行了多種科學考察。
　　第二批是旅行者1號和2號行星探測器。1號是1977年9月5日發射升空的，于1979年3月5日從距木星27.5萬千米處掠過。2號是1977年8月 20日發射升空的，于1979年7月9日從木星及其衛星中間穿過。它們拍攝了成千上萬張彩色照片，獲得了極其豐富的數據資料。
　　第三批是伽利略號木星探測器。它是1989年10月18日由阿特蘭蒂斯號航天飛機發射的，于1995年7月13日釋放呈圓錐形的重為340千克的多元素子探測器，本身開始繞木星飛行。1995年12月7日探測器進入木星大氣層進行考察，工作75分鐘後墜落木星表面。與前4個航天器僅從木星近處掠過不同，伽利略號主體(軌道器)是環繞木星運行的航天器，故能長時間地對木星及其衛星進行探測。原計劃它的使命為兩年，但目前仍在工作，已發回大量照片和珍貴數據。地面控制中心可以遙控它的飛行軌道高度。
　　

　　近處探測木星
　　
　　航天器對木星的多次探測，極大地豐富了人類對木星的認識。
　　液態行星木星大氣主要由佔82%的氫和佔17%的氦組成。大氣層下面是由液態氫組成的星體表面。氫的球殼分為兩層，外層是液態分子氫，厚約24000千米；內層為液態金屬氫，厚約45000千米，能像金屬一樣導電。在木星內部有1個由鐵和　組成的高壓高溫的固體核心。
　　大紅斑之謎先驅者拍攝的照片表明，大紅斑是一團急驟上升的強大氣流，形象地說是木星上的巨大台風。這股強風的直徑達數萬千米，足以容納3～4個地球。旅行者的探測基本弄清了大紅斑的結構。它是一個逆時針方向旋轉著的大漩渦，是一股聳立于高空、嵌入雲層中的強勁旋風。由于它含有紅磷化合物，故呈現出紅色。

　　木星光環兩個旅行者探測器拍攝的照片表明，在木星赤道平面上空存在著光環。光環從木星表面開始一直擴展到最大直徑為25萬千米處，厚度僅為20千米。初步分析認為，光環由黑色的石塊和塵埃組成。這是繼土星和天王星之後發現的第三個行星光環。
　　電磁區域航天器發現木星磁場區域很大，分布在距木星中心140萬～700萬千米的範圍內，其結構非常復雜，強度約是地球的10～20倍。受太陽風的作用，木星也有遼闊的磁層和長達7億千米以上的磁尾。同時，木星也有輻射帶，且比地球輻射帶要強大得多。
　　

　　木衛上的發現
　　
　　航天器探測木星的同時，還探測了木星衛星，並在伽利略衛星上獲得了驚人發現。
　　木衛一活火山木衛一平均直徑3340千米，距木星42萬千米。旅行者1號在木衛一上發現了正在爆發的活火山，且是6座火山同時爆發。旅行者2號發現其中1座停止了爆發，另5座仍在噴射岩漿物質。伽利略號拍攝的照片則大不相同，說明火山活動已使木衛一發生很大變化。木衛一是至今發現的地外有活火山的天體。
　　木衛二海洋木衛二平均直徑2920千米，距木星67萬千米。多次探測發現，木衛二表面覆蓋著冰層，有縱橫溝壑，如同地球兩極的浮冰。在冰層下面可能存在環形海洋。估計冰厚8～16千米，水深80千米以上。洋底還可能有火山活動，其提供的熱量可使水中不需要陽光和空氣的微生物存活。這就是木衛二生命假說的由來。

　　木衛三有行星特征木衛三平均直徑5270千米，距木星107萬千米，是太陽系中最大的天然衛星。探測表明，它在很多方面像1顆行星。一是外貌類似于行星。由冰層和岩石構成的表面呈現出與地球類似的一些特征。二是自身也擁有磁場。使它有別于其它衛星。三是可能有鹽水海洋。海洋位于木衛三表面以下約200千米處，深度可達幾千米。四是內部可能有金屬核心，與地球情形相似。
　　木衛四大冰球木衛四平均直徑4800千米，距木星188萬千米。探測器提供的照片上的木衛四，像個灰白色的大冰球，上面有一些由同心環圍繞的大盆地。放出奇特的亮光。這些盆地可能是隕石轟擊留下的痕跡。木衛四地勢起伏不大，環形山卻比木衛三的多，說明它的地質比較古老。
　　科學家之所以對這4顆衛星感興趣，是因為它們的體積較大而位置適中，經過開發，可作為將來人類進行宇宙航行時的中途基地。
　　航天器還新發現了木星的4顆衛星，這使木星的衛星數目增至17顆。
　　

　　彗木相撞事件
　　
　　1994年7月17日至22日，在木星強大引力作用下，甦梅克-利維9號彗星的彗核分裂成的21塊碎片，首尾相接長達16萬千米，像一列特快列車相繼撞入木星，發生了著名的彗木相撞事件。
　　這是人類有史以來預見到並觀測到的最嚴重的太陽系天體撞擊事件。美國天文學家馬爾斯登等人，根據軌道計算結果，在1993年5月22日就預報了這次彗木之吻的時間，使對事件的觀測工作提前1年多就開始準備。奇觀發生時，哈勃空間望遠鏡和全世界所有地面大型天文設備都進行了適時觀測。實踐證明，預報同實測相差僅5～10分鐘。對于遠離地球7.7億千米發生的此次天體相撞，證明預報理論已具有相當高的水平，這對人類防止天體撞擊地球有著重要的借鑒意義。同時，通過觀測彗木撞擊效應，又加深了人類對木星的認識。

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文章作者:尹懷勤
責任編輯:skylook

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