太陽系探索之旅 【天文】太陽系之最：木星，它比你想象的還要壯觀！

大家好,我是斯文 在距離我們數億公里的地方 有一個充滿了未知的神祕天梯 它的影響力橫跨了整個太陽系 今天我想給大家介紹一下 這顆神祕的星球 木星 大家現在看到的這個畫面 就是太陽系中 所有行星的實際位置情況 最中間的這個就是太陽 然後從內向外一次是水星 金星 地球 火星 和木星 這些行星全部都在圍繞着太陽旋轉 那麼大家從這個模型中也可以看出 木星距離地球是相當遙遠的 而且距離是不固定的 因爲兩個行星都在繞着太陽旋轉 它們的軌道也不是正圓形 所以木星到地球的距離 可以分成對位時的距離 和衝日時的距離 所謂對位時指的就是太陽 地球和木星都在同一條直線 並且地球在木星和太陽之間 這種情況就叫做對位 這個時候 木星和地球之間的距離是最近的 約爲5.9億公里 那麼衝日時大家應該也可以想到 這是太陽 地球 木星都在同一條直線 並且這次是太陽 在木星和地球之間 這種情況就是衝日 這個情況下 地球和木星的距離是最遠的 約爲9.2億公里 即使是最近的距離 想要從地球到木星 即便是光速也需要半小時左右 如果是乘坐和諧號 以最高時速390公里 向木星跑的話 晝夜不停 大約需要184年才能到木星 以人類目前的壽命極限來看 即便是車到了 人也下不來了 木星也是太陽系八大行星中 體積最大 自轉速度最快的行星 它的質量是其他七大行星 質量總和的2.5倍 它的直徑是地球的11倍 如果木星是個空心的話 它能裝下1300多個地球 而且它只需要9.9個小時 就可以完成一次自轉 比地球的一天還要短很多 但是它的公轉週期很長 木星到太陽的平均距離 約爲7.81公里 繞太陽一圈 大概需要12個地球年 也就是4300多個地球日 此外木星的引力 也要比地球大很多 大約是地球引力的2.5倍 如果你在地球上種100斤的話 那麼在木星上就會有250斤 也正是因爲木星強大的引力 很多科學家認爲 它可能把很多潛在的威脅 地球的小行星和彗星 引向了自己 起到了地球守護者的作用 木星這個名字 大家聽上去 是不是還挺安靜挺溫柔的 但是千萬不要被它的名字給騙了 它可不是一個升級盎然的星球 相反它實際上是一顆 非常恐怖的星球 也叫做死亡之星 我們之前聊過的火星 月球 包括地球 這些都是岩石行星 而木星它是氣態行星 也叫類木行星 主要是由氫和氦組成的 它並沒有像地球那樣的固體表面 所以我們到了木星 根本沒地方可站 那麼既然沒地方給我們站 我們就只能下落了 由於木星的重力加速度 是地球的2.5倍 所以你會感覺到 有一股很強的力 在拽着你往下走 而且下落的過程中 我們會被木星上強勁的大風 吹的不知道東南西北 因爲木星上的風速 最低也有320公里每小時 這個速度比飛機起飛時的速度 還要快很多 而大紅斑附近的風速 可以達到430到680公里每小時 這個風速是相當驚人的數值了 而且這還是個持續的風速 並不是那種短暫的陣風 那麼既然木星表面這麼惡劣 是不是越往裏就越好了呢 非常抱歉 越往裏環境越惡劣 木星的大氣層有數千公里厚 大氣表面溫度非常低 只有零下150攝氏度左右 但是越往中心 壓力和溫度就會越高 我們之前說過 金星最高溫度也才480攝氏度 但是木星內部的溫度 可以達到數萬攝氏度 所有掉入木星的物體 都會瞬間灰飛煙滅 最終氣化 而木星核心處的最高溫度 據推測可能有5萬攝氏度 但也只是推測 因爲目前人類還沒有任何手段 能夠到達木星深處 氫氣在這裏也被壓縮成了液體 這也讓木星擁有了太陽系最大的海洋 但並不是水的海洋 而是液氫的海洋 光線在這裏也無法通行 沒有白天也沒有黑夜 在這種極端的環境下 我們認知中的生物 根本就無法生存 完全就是一顆死亡之星 不過雖然木星本身無法孕育生命 但一些科學家 對木衛二表現出了興趣 因爲木星二的冰殼下 很可能有海洋 有海洋的話 就可能爲生命提供生存的環境 截止到2023年5月 已經得到確認的木星衛星 一共有95顆 其中最大的4顆衛星 叫做伽利略衛星 是伽利略在1610年觀測到的 也是人類在地球以外 發現的第一批衛星 它們分別是木衛一 伊奧 木衛二 歐羅巴 木衛三 蓋尼米德 和木衛四 卡利斯托 這4顆衛星各有各的特點 所以科學家對這4顆衛星 格外的關注 伊奧其實很大 比月球還要大一些 質量也多20% 是太陽系第4大衛星 也是太陽系火山最活躍的天體 它的表面有超過400個已知火山 而且火山活動都極爲劇烈 因爲它的引力比較小 而且幾乎沒有大氣層 所以它上面的這些火山 噴出的岩漿 可以噴到數百公里以上的高度 形成的岩漿柱非常壯觀 既然木衛一火山這麼活躍 爲什麼木衛一的大氣層這麼稀薄 火山噴出的東西都去哪了 其實這事要怪木星 木衛一的大氣 就是被木星磁場剝離的 木星的磁場是太陽系中最強的 甚至在木星的背面 由於太陽風的影響 木星磁場最遠處 都快延伸到土星軌道了 比地球磁場不知道強出多少倍 而木衛一的軌道 正好就在木星磁場最強的地方 所以火山噴出的東西 都被木星磁場吹到外太空了 越來越薄 幾乎可以忽略不計 它的表面是黃色 紅色 黑色和白色的混合 這主要是由於火山活動 釋放的硫和硫化物造成的 因爲沒有大氣層 所以木衛一的表面溫度是很低的 只有零下140攝氏度左右 噴出的硫化物會迅速凝固 就形成了這種像蔥花雞蛋餅一樣的地貌 歐羅巴是木星的第四大衛星 比月球稍微小一點 它的環境與木衛一截然相反 木衛一的表面我們剛纔說了都是火山 它的表面是個冰殼 平均溫度只有零下163攝氏度 兩極的溫度更低 只有零下223攝氏度 所以它表面的水是永久凍結的 這也讓它擁有了太陽系最光滑的表面 而且冰殼下面還會時不時的向外噴水 科學家幾乎可以肯定 在它的冰殼下藏着一個鹹水海洋 含水量大概是地球海洋的兩倍 並且它有大氣層 大氣層的主要成分還是氧氣 所以它目前可能是人類尋找 低外生命的最佳地點之一 蓋尼米德它不僅是木星最大的衛星 同時也是整個太陽系最大的衛星 甚至比水星和冥王星都要大 如果它不是繞着木星 而是繞着太陽轉的話 它都可以被化成一顆行星了 並且它有自己的磁場 衛星帶磁場這個事兒 在整個太陽系都是獨一無二的 而且有確鑿證據表明 木衛三也有一個地下鹹水海洋 含水量超過地球表面所有的水 是整個太陽系水資源最多的星球 但是木衛三的大氣層太稀薄了 雖然也是氧氣組成的 但是完全不夠給地球生物提供呼吸的 卡利斯托是木星的第二大衛星 也是太陽系第三大衛星 它是太陽系中撞擊坑最多的天體 雖然木衛四也有水 但是科學家認爲 木衛四有生命的概率遠小於木衛二 因爲它的環境更惡劣一些 不過如果NASA的阿爾特米斯計劃 能夠順利完成 人類真的能夠登上火星 那麼下一個目標星球很可能就是木衛四 因爲它的地表有冰 並且非常平穩 比火星更適合探測器運行 而且它沒有任何地質活動 非常的穩定 有利於人類建造基地 引力比月球還小 能節省大量的火箭燃料成本 而且有木星的磁場保護 這四顆衛星的名字 都來源於希臘和羅馬神話 而且都跟宙斯有關 他們都是宙斯的情人 不過實際上是宙斯誘姦了他們 他們其實都是受害者 在伽利略的時代 人們普遍接受的宇宙觀念是地心說 地心說認爲 地球是所有天體運行的唯一中心 所有天體都繞着地球轉 當時的學者之所以這樣認爲 就是因爲地球有一個衛星 月亮 他們覺得如果地球是一顆行星的話 爲什麼所有行星中 只有地球是唯一擁有衛星的天體 所以很長一段時間裏 有沒有衛星 就成爲了地球作爲宇宙中心 最爲獨特的一個特徵 地心說的支持者 就用這個觀點 反覆去批判日心說 當時支持日心說的人都有誰 一個哥白尼一個開普勒 哥白尼是通過觀測提出了日心說 開普勒更厲害一點 是硬算出來的 他利用當時的觀測數據 算出了行星是按照一個橢圓形軌道 繞着太陽運行的 但是由於缺少證據 這兩個人的觀點 在當時是不被認可的 無論你開普勒是怎麼算的 你先來解釋一下 地球有衛星這個事 所以這兩個人也很鬱悶 一直被打壓 直到伽利略發現 木星也有衛星 而且有四顆 那麼問題來了 有一顆衛星的地球 和有四顆衛星的木星 到底誰是宇宙的中心呢 伽利略把觀測結果 寫在了《星際信史》這本書上 並發表了 開普勒讀完之後 給伽利略寫了一封信 信中也能看出 開普勒非常高興 這麼多年的爭論終於結束了 他說他希望自己 也能立馬擁有一家望遠鏡 雖然日心說最終戰勝了地心說 但與此同時 伽利略對日心說的支持 也觸怒了很多人 在1963年的時候 被羅馬宗教法庭判了終身軟禁 提到木星 我們的第一反應 可能就是它上面有一個大眼睛 也就是大紅斑 它其實是木星上的 一個巨大的反氣旋風暴 紅褐色 橢圓形的 但是現在已經沒有那麼妥了 人們在上世紀觀測它的時候 它東西方向的直徑有4萬公里 但是在2004年的時候 它東西方向的直徑 只有之前的一半了 按照這個速度 繼續縮減下去的話 它將在2040年 也就是7年後 將會徹底變成一個圓形 不再是橢圓形了 我們不知道它大小的改變 是不是正常現象 對地球有什麼影響 它至少已經持續存在400年了 不過按照這個速度 繼續縮減下去的話 不知道大紅斑還會存在多久 這樣看過去 大家可能體會不到它有多大是吧 實際上它非常大 大到可以放下2到3個地球 而且它周圍的風速 也是木星上最高的 可以達到430到680公里每小時 木星其他地方的風速 大多都是300多公里每小時 那麼爲什麼它這兒的風速這麼高呢 其實大家仔細看的話 就可以發現 它是夾在木星大氣中 兩個相反方向流動的雲層之間的 這在一定程度上 其實是加速了它的旋轉的 儘管人類已經研究大紅斑幾個世紀了 但它仍然有一些未解之謎 比如它的顏色爲什麼是紅褐色 還有就是持續時間 爲什麼能持續如此之久 這跟太陽系上其他行星的風暴 都不太一樣 大多數風暴像地球上的颱風 一般是持續幾天或者幾周也就沒了 但是大紅斑這一刮就是幾百年 它的能量來源是什麼呢 還有我們剛剛提到的 它這些年一直在縮小 這個縮小的原因也不清楚 有什麼影響也不知道 不過今年歐洲航天局 已經發射了一個探測器去一探究竟了 希望在不久的將來 能夠解答這些未解之謎 說到木星環可能很多人都沒聽過 木星有環嗎 儘管沒有土星環那麼明顯 但是木星確實有一個 由塵埃和小石塊組成的環 是旅行者一號在1979年首次發現的 太陽系一共有4顆行星有環 都是氣態行星 木星 土星 天王星和海王星 木星環是裏面最不明顯的 在地球上根本看不見 土星環是最亮的 我們在地球上用望遠鏡就能看到 但是木星環用望遠鏡也是看不到的 首先是因爲木星環 跟土星環的組成不太一樣 土星環的主要成分是冰塊 而木星環的主要成分是一些微小的塵埃 這些塵埃本來反射的陽光就很少 而且密度還遠低於土星環的密度 所以環的亮度非常低 還有就是木星本身是非常亮的 它自身的亮度會掩蓋環的亮度 所以只能通過太空探測器 才能探測到木星環 這是詹姆斯韋伯太空望遠鏡 在2022年7月27日拍到的木星圖像 這張圖像的效果非常好 我們可以看到 比木星暗淡100萬倍的木星環 還有它的兩個衛星 以及木星兩極周圍的極光 極光其實就是一種等離子體現象 再說白一點的話 就是一種大規模放電的過程 行星要想產生極光 必須滿足三個條件 一是磁場 二是帶電粒子 三是大氣 極光產生的原理 就是因爲帶電粒子 與行星的磁場相互作用 然後與大氣碰撞產生了極光 木星和地球雖然都滿足這三個條件 但是這兩個星球的極光 也是有很大區別的 地球的極光主要是由太陽風引起的 太陽風中的帶電粒子 跟地球磁場相互作用 進入大氣層之後 跟大氣中的氧氣氮氣分子發生碰撞 最終產生極光 但是木星的極光除了太陽風之外 還有一個非常獨特 和強大的帶電粒子來源 就是它的衛星木衛一 我們剛剛說過 木衛一上面都是火山 它能噴出大量的硫和氧 然後這些物質 在木星周圍 就會形成一個等離子體環 這種等離子體 就會和木星的磁場相互作用 產生強大的電流 進而產生極光 而且木衛一可以持續的 給它提供帶電粒子 所以木星的極光幾乎是不間斷的 但是地球的極光 通常都是很短暫的 地球極光的顏色 最常見的就是綠色 就是帶電粒子 跟氧氣碰撞產生的 如果是緯度更高一些的話 氧氣可以產生紅色的極光 如果是氮氣的話 就會產生粉色 紫色和藍色的極光 木星的大氣主要是由氫組成的 所以木星的極光 大多呈現藍色或者紫色 而且木星極光 主要是在紫外線下發光 所以我們必須要用特殊的 紫外線望遠鏡 才能看到木星的極光 總體來說 雖然磁場 是一個行星產生極光的關鍵因素 但是如果沒有足夠的大氣 和帶電粒子 那麼它也不會有明顯的極光 比如水星 水星也有磁場 但是水星的大氣太稀薄了 所以它不會產生 像地球和木星那樣明顯的極光 人類爲了探索木星 其實已經發射過 很多個太空探測器了 我這裏給大家介紹幾個比較重要的 首先人類史上 第一個成功到訪木星的 是先鋒10號 是NASA在1972年3月2日發射的 第二個是先鋒11號 是NASA在1973年4月6日發射的 與先鋒10號不同的是 它的任務不僅是探測木星 還要去研究土星和土星環 兩個探測器上 都有一塊 載有人類訊息的鍍金鋁板 這塊鋁板可能很多人都看過 鋁板上畫了一名男性 和一名女性的圖像 還有太陽和地球 在銀河系裏的位置 爲的就是 如果探測器 被外星的高智慧生物捕獲了 這塊鋁板 會向他們解釋探測器的來源 然後就是旅行者1號和2號 這兩個探測器 都是NASA在1977年發射 1979年的時候 到達了木星 並且傳回了大量的照片和數據 大大增進了我們對木星的瞭解 然後是伽利略號 這是NASA在1989年發射 1995年到達木星 這是第一個 專門圍繞木星運行的探測器 之前那些探測器的主要任務 其實都不是探測木星 只是路過木星 但是這個探測器 是專門深入研究木星的 然後是諸諾號 NASA在2011年發射 2016年到達木星軌道 這個探測器 也是爲了更加深入研究 木星大氣磁場和內部結構的 那麼以上這些 就是人類發射過的 與木星相關的主要探測器 時間都比較久遠了對吧 接下來我給大家介紹一個2023年 就在今年4月份 由歐洲航天局發射的 木星冰衛型探測器Juice 它將在2031年抵達木星 也就是8年後 但是它的設計壽命是4年 走8年的路 幹4年的活 大半輩子都在去工作的路上 Juice這次的任務 就是衝着木星的衛星去的 研究木月二 木月三和木月四 就是剛纔咱們說過的 那三個有水的衛星 看一下這三顆衛星 到底有沒有孕育生命的能力 這三顆衛星的 含水量實在是太大了 地球上的水夠多了吧 地表70%的面積都是水 但是跟這三個星球上的水量一比 地球就像沙漠 一點都不誇張 通常計算一個星球 含水量的單位是ZH 這是個體積單位 1ZH等於10億立方千米 地球上水的總體積是1.335ZH 這個水量在太陽系中只能排第五 排邊前四的分別是 木月三 土月六 木月四和木月二 這麼一看的話 地球的含水量 連木月三和土月六的零頭都不到 但是在地球上 哪裏有水 哪裏就有生命 那麼含水量這麼高的 木星衛星上 會有生命嗎 木星是太陽系最大的氣態行星 它很可能是在太陽系行程之初 第一個形成的行星 所以探索木星和它的衛星的起源和演化 也是ZH這次的目標之一 可以幫我們更好地理解太陽系的行程過程 ZH將在2034年進入木月三軌道 這也是它最後的焦點 就是木月三 它實在是太特別了 首先它是太陽系最大的衛星 剛剛說過了 比冥王星和水星都要大 而且是唯一擁有磁場的衛星 太陽系另外兩個有磁場的岩石星球 一個是水星 一個是地球 這兩個都是行星 而且其中一個還孕育着生命 雖然木月三軌上不一定會有生命了 但是也可以增進我們對這顆特殊衛星的瞭解 除了ZH NASA也計劃在明年 也就是2024年 發射歐羅八號飛船 它將跟ZH同時抵達木星 不過它最終的焦點是木月二 中國也在計劃前往木星的任務 中國的目標是木衛四 計劃在木衛四上着陸 這些任務如果都能順利完成的話 一定會讓我們更加了解太陽系的過去 可能也會爲我們揭示太陽系的未來 解開更多的未解之謎 木星系統的存在也時刻提醒着我們 無論地球有多麼特殊 我們都只是宇宙中無數天體的一部分