履塵小品: 太陽系017 ~ 木星, 太陽的挑戰者

太陽系017 ~ 木星, 太陽的挑戰者

11-5-2019

上帝的畫筆隨意地在木星不同緯度上塗塗抹抹, 繪出深淺調和, 亮度相稱, 色彩鮮艷的圖案。靜中却彷彿如煙飄浮, 淡時又若朦朧的霧氣, 粗鄺之中含有細膩的線條…看到这幅傑作, 大師也都望塵莫及!

飛出小行星環帶, 第五顆迎面而來的行星便是木星。我極欣賞荷蘭印象派畫家梵高 (Van Gogh) 的作品。不但色彩鮮艷, 線條迷人, 而且抽象之中又可以感受到畫中生动的景物。但是, 今天看到木星表面多彩的條紋, 一層層、一縷縷、一團團, 靜中有動的氣流旋渦, 終年閃爍的微蓝色極光, 以及臉上那塊令人遐思不已的大红斑, 不得不讓我張口結舌。上帝呀! 梵高他的作品又算得了什麽呢?

據說, 35億年前当太陽形成之後, 剩下大部分的星雲材料便漸漸地聚集形成了木星 (Jupiter), 因此她是太陽系中第一顆出現, 也是最大顆的星球。她的重量是所有太陽系中其它7 顆行星總合乘以二! 半徑7萬公里, 是地球的11倍, 體積是地球的1000倍。

然而我们的太陽他不是吃素的, 他不許木星奪取他的光彩, 不讓木星發熱發光, 所以木星雖大, 但只是虛胖, 質量不夠, 密度太低, 縱然具備有和太陽一樣的氫和氦的燃料, 却無法產生核聚變反應 (Fusion Reaction)。木星还要增加70倍的重量, 才夠格成為第二顆太陽。仰望星空, 宇宙星系之中, 双陽的, 甚至多陽的, 还真不少, 可惜木星沒這福份!

倘若木星成為第二颗太陽, 根本不要等到她發光發熱, 僅僅在她强大的引力影响之下, 地球不是停止自轉, 就是被抛出軌道, 成為伴隨其它行星的衛星了!

自轉公轉

她離太陽 5.2 AU, 約77800公里, 早晨第一道陽光要43分鐘才能到達木星。這位舞娘, 自轉速度飛快, 自轉一週(1天)只要10個小时! 自轉轉速每秒12.6公里, 也是太陽系中第一名。繞日公轉一週却要12 個地球年(4333天)。木星倾斜角度只有3度, 相对於太陽幾乎是垂直的, 因此木星上沒有四季。

氣態星

木的表面是氣態, 沒有陸地可以降落! 这很早就被人發現, 不同緯度转动的角速度不同, 又稱為差速旋轉 (Differential Rotation), 這詭異現象只有氣体才有可能如此。她轉得飛快, 因此外形比較橢圓, 赤道比兩極快, 因此宽出 4600公里, 像一個橄欖球。

木星上環境險惡不適宜生存, 但木衛二有水, 生存的條件似乎要好很多。為此NASA計劃在2025年發射歐羅巴航天器 (Clipper), 來專門探测这顆木衛二。

大氣層

木星大約90%是氫, 10%是氦。她沒有固態地殼,到底大氣層要從那算起, 搞得大家頭昏腦漲, 因此定出一無地的地平線。木星地表無法登陸, 探测器只能高空飛越, 若飛得太低或太深入, 就可能就会被它燒燬。

木星結構

木星本身結構目前还不是很清楚, 大致上分為三部分:(1) 表層是氣態氫氣; (2) 中層是高压液態氫和氦; (3) 核心可能是密度極高的固態, 含有鐵鎳矽碳等元素, 核心占木星總質量 4~14%, 是地球12~14倍。木星引力是地球的 2.5倍, 是名符其實的吸塵器。

彗木相撞

当彗星遠從奥爾特雲飛來, 飛掠过木星時軌道会被她改变, 不是被撕裂撞上木星或土星, 就是散落在小行帶之中。近年來最驚人的一幕, 便是彗木相撞。

1992年7月7日, 蘇梅克夫婦以及他們朋友大衛‧列維, 發現了蘇梅克-列維9號彗星 (Shoemaker-Levy 9) 。當她太靠近木星, 超過了引力的洛希極限, 就被木星撕開為許多碎片。1994年7月17日, 22塊碎片浩浩蕩蕩再度返回木星, 如同一列近200萬公里長的太空列車, 以每秒60公里的速度撲向木星。碎片對木星的撞擊一直延續到7月22日。木星表面的液態氫海, 被激起數百公里高的巨浪, 留下如地球大小般的疤痕。

往後在2009年、2010年及2016年, 都觀測到規模較小的彗木撞擊。在此, 人類不得不感謝木星, 她不知為地球挡了多少次致命性的轟炸。

木星的雲層

木星外表覆蓋著如帶狀多彩的毛毯, 及許多大大小小的斑點。其實它们是由不同色彩氣体結合而成的雲, 層層堆疊, 被氣流掀起延展在半空中。木星厚厚的雲可分為三層: (1) 上層雲多是氨冰组成; (2) 中層雲多是氨和氫硫化物結晶, 金光閃閃有如下著鑽石雨; ⑶ 下層可能含有水冰和水氣。

外表鮮艷色彩可能先是由地的深處冒出含硫和磷的氣体, 上升時陽光照射加溫, 颜色由深变淺, 加上速轉造成急流 (Jet Stream)、暴風、環流。

木星磁場

木星地心引力使得埋在深處的氫原子被高壓壓縮, 最後变成液態氫, 有人稱它是氫海! 在这環境之下电子被擠压, 脱離了原子的約束, 电子在这液体中自由奔跑, 有如金屬, 故又稱這物質為金屬氫。

当木星快速自轉, 这带電荷的流体產生渦流電 (Eddy Current), 發电机效應讓木星產生磁場。因此木星成了太陽系中磁場最强的行星。赤道磁強4.2高斯, 極区可高達14高斯, 老天! 這是地球的16~54倍。

这磁層包括的範圍極廣, 它向四周延展, 形狀如宇宙中一隻圓頭長尾的大蝌蚪。頭部朝向大陽涵蓋1300萬公里, 尾巴長達10億公里, 觸及土星軌道。木星轉動時磁場吸收四周所有帶電粒子, 磁場遭遇太陽風時, 便会產生弓震波 (Bow Shock) , 激發出強大的伽瑪射線, 因此在木星兩極随时都可見到耀眼的極光。人類的探測器太靠近時,電子設備都会被其摧毁, 故只能在稍遠的地方, 研究這顆怒氣衝衝的星球。

大紅斑

前面提过, 火星的臉頰上有一道深深的疤痕, 而木星嘴角却有顆大紅斑。这紅斑早在1665年就被義大利天文学家卡西尼 (G. Cassini) 發現, 也就是說这玩意已存在超过三個世紀多了, 目前面積似乎只縮小了一些。

1979年, 航海家一号飛近觀察時才證實这龐然怪物原來是一種反氣旋暴風 (Anticyclonic Storm), 这種暴風是由高低氣壓造成, 在地球上經常見到。但在木星上这暴風直徑大到 3萬公里, 高度1.5公里, 而且暴風一旦發生, 好像永不止息! 說來說去都怪木星沒有固態岩石地表, 沒有摩擦力, 不但停不下來, 而且一個引發另一個, 造成木星上永無安寧之日。

木星眾衛星

木星雖沒有成為第二太陽, 但却擁有4顆大月亮, 79顆小月亮 (其中62颗已被確認, 17顆待查證), 此外还有200多顆形狀不規則的小隕石。她也可以自稱是霸佔一方的諸侯了!

1610年, 伽利略在証實《日心說》時發現了木星的四顆月亮, 故它们被稱為「伽利略衛星」(Galileo Moons)。由近到遠依序是: ⑴ 木衛一埃欧 (Io)上有許多活火山, 一個奇觀是到處火山熔岩噴出, 高達數十萬公里的空之中; ⑵ 木衛二歐羅巴 (Europa) 地表氷層下可能有水; (3) 木衛三 (Ganymede), 最大, 比水星还大, 和⑷ 木衛四卡利斯托 (Callisto) 只有老火山。

1906 年, 德國人Max Wolf, 在海德堡天文台發現木星存在兩組特洛伊小行星群 (Trojan Asteroids), 與木星共用軌道, 一起繞著太陽運行。從固定在木星上的座標系統來看, 他們位置是落在拉格朗日點 (Lagrangian point) 中穩定的兩個點, 分別位於木星軌道前方（L4）和後方（L5）60度的位置上。

行星環

太陽系中四顆外圍氣態巨星 (Outer Gaseous Planets), 包括木星都有行星環 (Planetary Ring)。这行星環多由塵埃、碎石、冰塊、衛星岩塊 (Moonlets) 等组成。当太空中隕石、彗星等闖入太陽系, 撞上圍繞行星周圍的衛星, 或当它们太靠近行星时被行星引力撕碎成片, 或者圍繞該行星的衛星上的火山噴出的雜物等, 被該行星和四周衛星的引力吸住, 便散布並和衛星一起圍繞在該行星四周, 如碟盤般運轉。