罕見有水與氧氣的類地星 神奇的朱庇特木星星系 Jupiter
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木星的英文名是Jupiter,也是是罗马神话里统领神域和凡间的众神之王朱庇特。木星與太陽系中其它太陽系的星球不同,它有強大的磁場,圍繞它旋轉的衛星多達79顆,是太陽系內擁有最大衛星系統的行星。
可以看作是太陽系中的太陽系,而且其中有些還是類地星球,就由於是一個縮小版的太陽系模型。
木星是從太陽數來第五顆行星,也是太陽系最大的行星,它圍繞太陽公轉一週需要12年,由於不像地球有傾斜角度,所以也沒有四季變化,這導致它的大氣變化極少,它的質量超過太陽系其它所有行星總合的兩倍,是地球質量的318倍,是一顆最另類的行星。
可是不光是這個行星很特別,就連它的衛星也有別於其他衛星,甚至很可能是最適合人類的地方。
命名與神話
木星自史前時代就為人所知,是全天第四亮的星體,古代的天文學家就已經知道這顆行星,羅馬人以他們的神稱這顆行星為朱庇特Jupiter。
木星因為在夜晚以肉眼很容易就看見它,當太陽的位置很低時,偶爾也能在白天看見,因此自古以來就為人所知。在巴比倫,這個天體代表他們的神馬爾杜克(Marduk)。他們用木星軌道大約12年繞行黃道一週來定義它們的星宮。
羅馬人依據神話將它命名為朱庇特,是羅馬神話中主要的神。相對而言,木星對應於希臘神話是 宙斯,也被稱為Dias,其中的行星名稱仍然保留在現代的希臘語中。
木星的天文符號, 是以風格化表示的閃電符號。在中、日、韓語系中,基於中國的五行,這顆行星被稱為木星。
在英語,週四(Thursday)是源自"雷神日"(Thor's day),是日耳曼神話。而羅馬神話就是朱庇特。羅馬星期四的Jovis也重新命名為Thursday。
神秘的風暴
科學家通過掃描認為,像木星一樣的氣體行星並沒有固態的表面。所謂的半徑和大小是以一大氣壓處為其表面來計的;而我們肉眼所看到的表面則是其大氣層的雲頂,比一大氣壓處的位置略高。
木星的組成中,氫佔了大約75%的質量,而氦則佔了約25%,還有微量的甲烷、水、氨及「岩石」,這與太陽系的前身-原始太陽星雲 (Solar Nebula) 的組成相近。同為氣體行星的土星也是類似的組成,但天王星及海王星中的氫和氦就少得多。
可是現在對木星及其它氣體行星內部的瞭解非常之間接,這種情形可能還得延續很長一段時間。伽利略號的大氣探測器也不過從雲頂下探了大約150公里深而已。
所以木星可能有一個岩石質的核,質量大約有地球的10至15倍之多。在這個核之上、佔木星主要體積的部分是像液態金屬一樣的氫,這種狀態的氫是由游離的質子和電子混雜而成,很像太陽內部的電漿但溫度低得多。在此溫度下,木星內部的氫是液態而非氣態,它是電的良導體,也造成木星的磁場。這一層中可能還含有一些氦及微量的「冰」。
所以木星其實就是一顆沒有變成太陽的行星,很接近最初的太陽狀態。我們看到的木星,表面一層一層的都是暴風帶,奇怪的是相鄰的飆風帶是相反的,所以交界處會產生許多漩渦。
在木星表面可以看到一個超大的紅色漩渦,被命名大紅班 Great Red Spot, 早在300多年前就被發現了,一般認為是17世紀的卡西尼 (Cassini) 發現的。大紅斑大小約為12,000×25,000公里,足足可以吞下2個地球!另一個較小但相似的斑點也已發現有數十年之久了。由紅外線觀測結果及其旋轉方向可知大紅斑是一個高氣壓區,它的雲頂比其周圍高得多也冷得多。類似的結構在土星及海王星都有發現,至於為什麼它們可以持續存在這麼久的時間則讓人不解。不過有證據表明,大紅班正在持續減弱中,終有一天會消失殆盡。
差一步成為太陽
木星自己發散至太空的輻射量要比它從太陽吸收來的還要多,木星內部是超高溫的。這些自產能量是起源於木星形成初期的收縮,不像太陽是以核融合反應產生能量,這是因為木星不夠大,其核心溫度尚不足以引發核融合反應。木星內部的熱可能會在液態層深處引發對流作用,進而造成我們在雲頂所看到的暴風層。土星及海王星在這方面與木星頗為相像,但奇怪的是天王星卻非如此。
木星的大小差不多已到了行星的極限,如果再多加質量,它將會因重力收縮而使得體積大小僅些微增加。恆星之所以可以更為巨大,是因為其核心核融合反應產生的高熱膨脹所致。木星只要再有80倍的質量就能引發核融合反應而成為一顆恆星。也就是說,木星是我們的太陽系中最接近可以成為太陽的行星。
如果我們的宇宙中出現了兩個太陽的話是多恐怖的是,或許神話中天上有多個太陽的事差點成真了呢。
木星環
我們都知道土星有一圈漂亮的光環圍繞,原來木星像土星一樣也有環,但黯淡得多。這個發現完全是在意料之外,若不是有兩位科學家堅持,就不會有這個重大發現。當時其他的科學家都認為能找到任何東西的機會根本就是零,結果卻真的發現了木星環,真是當頭棒賀!從此科學家才陸續以地面及伽利略號的紅外線影像勾勒出木星環的樣貌。
1994年7月,舒梅克-李維9號彗星 (Comet Shoemaker-Levy 9) 墜入木星燒毀,這樣做是為了不破壞宇宙生態,形成壯觀的歷史鏡頭。在木星表面所造成的影響連業餘望遠鏡都清晰可見。哈伯太空望遠鏡甚至在近一年之後還觀測得到撞擊的殘跡。
夜空中的木星常常是最亮的星體,金星雖然比它亮卻很少出現在黑夜。此外,4個伽利略衛星用雙筒望遠鏡即可輕易看到,而要看到一些風帶及大紅斑也只需小型天文望遠鏡。
神奇的衛星
木星有79顆衛星,是太陽系中已知擁有最多衛星的行星,其中有48顆已命名,包括那4顆大型伽利略衛星。
伽利略衛星是木星最大的4顆衛星,早在1610年就已由伽利略與 Marius 發現。
由於伽利略衛星產生的引潮力,使得木星的自轉逐漸減緩;同時這些衛星也受引潮力的影響而漸漸地遠離木星。
木衛一 (Io) 比月球略大一點。相對於外太陽系大多數的衛星而言,木衛一和木衛二Europa在組成上更接近類地行星,主要是矽酸鹽類熔岩。伽利略號的最新資料顯示它有一個至少900公里半徑的鐵核,也可能混有硫化鐵。
木衛一的表面非常獨特,與太陽系其它星體都完全不同。當年航海家號傳回此現象時,著實令科學家大感意外,因為他們原以為其上會佈滿撞擊坑,這樣就可以由坑洞數量研判其表面的年代。實際的情形是幾乎沒有坑洞,也就是說木衛一的表面非常年輕,反而是有數百個火山口,其中還有活火山!航海家號及伽利略號都拍到噴發達300公里高的火山煙雲,這是航海家任務的重大發現,它首度在地球之外找到了仍在高度活動中的類地星體。火山噴出物中可能含硫或二氧化硫,而且噴發的變化很快。就像人類描述的地獄一般,甚至會下岩漿雨。
木衛一穿過木星的強大磁場,因而產生了感應電流,雖說比起前述引潮力的能量來得小,但也有超過1百萬兆瓦的功率!由伽利略號的資料得知,木衛一和木衛三一樣可能擁有自己的磁場。
木衛一有稀薄大氣,主要成分是二氧化硫,也可能還含有其它氣體。與其它伽利略衛星不同的是,木衛一沒什麼水或根本不含水,這可能是因為木衛一距木星較近,在太陽系演化早期的木星熱得足以蒸發掉其中的水所致。這感覺很像水星與太陽的關係,當然水星沒有那麼多火山存在。
木衛二 (歐羅巴Europa) 比月球略小一點。雖然它和木衛一一樣主要由矽酸鹽類岩石質組成,但它表面還有一薄層的水冰。
木衛二的表面很像是地球上的海冰,因此可能在它的表冰之下有液態水,也許可深達50公里!伽利略號傳回的影像強烈支持這種想法。液態水的存在可能是由引潮力所產生的熱來維持。如果如此,木衛二就是地球之外,太陽系中唯一含有大量液態水的地方!在其表面上最顯著的就是全球都布滿了一連串的暗紋,最新的解釋是由一連串的火山或噴泉所造成。那麼以後這裡會不會變成,人類太空之旅的補給站呢?
更令人興奮的是木衛二有極稀薄的大氣,由氧氣組成。在太陽系的所有衛星中目前只知道有6顆擁有大氣。木衛二大氣中的氧,讓人產生聯想,會不會上面有生命?他會不會就類似太陽系的地球?
不過科學家認為木衛二的氧氣並非生物性的,而非常可能是因太陽輻射將冰分解為氫和氧,較輕的氫逸散而剩下氧所致。不管怎樣,只要有氧系就有生存的可能。並且木衛二有微弱的磁場。
可是木衛二並不是唯一,木衛三 (加尼美得Ganymede) 是太陽系中最大的衛星,比水星還大但質量約僅及其一半,當然它比冥王星大得多。木衛三有一個鐵質或硫化鐵的小核,其外是矽酸鹽類熔岩,最外殼是冰,就好像是木衛二外面包著一層冰一樣。
木衛三的表面混雜著兩種地區,一種是很老、多坑洞的暗區,很像是月球那種的表面;另一種是稍年輕的、有溝脊羅列的亮區,類似的溝脊構造也可以在土衛二上發現。這樣的地貌顯然是起因於構造運動,在這方面木衛三應更像是地球,不過並沒有證據顯示木衛三現在還有構造運動。兩種地區都有大型的坑洞,由坑洞的密度可推得表面的年代有30億至35億之老,和月球表面年代相近;而由其與溝脊相互截切的現象可知溝脊系統也是同一時代的產物。不過和月球不同的是它的坑洞平坦多了,不像月面或水星表面的坑洞具有環脊及中心凹陷,這可能是因為木衛三的冰殼較為軟弱,在地質時代中因滑動而逐漸夷平,留下來的不過是原來坑洞的殘影。
木衛三有極稀薄的大氣,和木衛二一樣是由氧氣組成,其來源也同樣是非生物性的。伽利略號第一次飛越木衛三就發現它在木星的龐大磁場之中還保有自己的磁場,這個磁場可能與地球一樣是緣於內部金屬的流動。
這樣看木衛二與木衛三最像地球,對人類來說可用價值最高。如果真有一天我們可以去外太空旅行,那麼木衛二與木衛三是不是就是宇宙中的補給站,只要增加大氣的含氧量可能連面罩都不用戴了,相信未來燃料電池會普及,而只要有水就可以分解出氧氣與氫氣,這樣就可以產生電能。有空我會專門做一期講燃料電池的影片,它很可能最終取代其他能源,甚至現在的電動汽車。
木衛四 (卡利斯托Callisto) 只比水星小一點但質量僅及其1/3。不同於木衛三,木衛四似乎沒什麼內部結構,其內部組成是漸變的,愈往核心岩石的比例愈高,整體而言冰佔40%而岩石和鐵質佔60%。
木衛四的表面布滿了坑洞,其年代非常老,如同月球和火星的高地一樣。事實上木衛四擁有太陽系目前己知最老、坑洞最密的表面,40億年來除了偶爾的撞擊事件外幾乎沒有任何改變。一些最大的坑洞四周圍有同心圓狀的山脊,顯示曾發生過的巨大撞擊事件,但在木衛四上,地形已因長時期冰的緩慢滑動而逐漸夷平。如同木衛三一樣,木衛四的古老坑洞也是面目模糊的。小型的坑洞多已遭消滅,表示更近代曾發生過一些地質變動,就像是它們原地倒塌了似的。而呈一直線排列的坑洞群,則可能是被木星引潮力解體的星體連串撞擊而成。
木衛四有一層極為稀薄的二氧化碳大氣。但並沒有測出它具有磁場。這樣看來,在這四顆衛星中木衛四年紀最大,這樣可以讓科學家推測出這些衛星的演變過程。

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