科技版~超遜偵探~UOD之45~太陽系之木星

木星是太陽系最大的行星，甚至用小型天文都可以看到它的雲彩靚麗而規則的亮帶和暗紋，如果時間恰當，還可看到維持300多年的大紅斑。最近，哈勃太空望遠鏡的銳敏“千里眼”看到，木星的雲正在經歷前所未見的驚人變化。在2007年3月25日到6月5日期間，哈勃太空望遠鏡的大視場-行星攝像機拍攝到木星的雲帶紋出現彩色變化，亮帶變暗為暗紋，暗紋增亮而轉變為亮帶，雲特徵在形狀和大小都發生很快的劇烈變化。

木星不僅其品質為地球的31707倍，其直徑為地球的11.2倍，故有“巨行星”之稱，而且木星的很多性質也跟地球大不一樣。木星有濃厚多雲的大氣，以致至今還不很瞭解大氣下面的表層情況，較公認的是表層是液態分子氫的，內部深處是高壓下呈現金屬性質的液態“金屬相氫”中間層，再下面是岩石及冰的固態星核。木星不是象地球那樣的“剛體”式自轉，而是“表面”赤道區快（自轉週期為9 小時50分30.003秒），向高緯區減慢（自轉週期為9小時55分40.632秒），而內部自轉週期為9小時55分29.710秒的“較差”自轉。

飛船從近距攝像揭示，木星大氣中有錯綜複雜的運動，在1000公里以下尺度上運動似乎極其紊亂，但分析結果表明，紊亂中也相當有秩序。木星大氣中的風、因而雲的亮帶和暗紋主要是平行於赤道的（即東-西向的）。亮帶相應於氣流上升，暗紋相應於氣流下降。當反向流動相互作用時，就出現風暴和湍流旋渦。

木星的紊亂湍流雲在遇到大氣擾動時就總是變化的。但最近哈勃太空望遠鏡拍像揭示，木星赤道區的雲在彩色和大小是都發生很快的劇烈轉變，導致木星全球“面貌”變化。雲的亮帶因含不同彩色物質而呈現多種顏色，尤其顯著的是黃、橙、白。在左面的像上，顯示赤道上空的白雲窄亮帶，位於大氣高層；在右面的像上，此帶已由白轉變為棕色，表明雲已沉降到大氣深層。整個亮帶似乎跟下面合併了。

在赤道上空的同一雲亮帶中，左面像的小旋渦變為右面的較大的類波狀特徵，主導該帶的是一條蛇狀暗紋。這個蛇狀結構實際上是雲蓋的一個小撕裂，讓天文學家看到大氣深處。赤道區下面，左像上的淺棕色上下‘鯊魚翅’到右像上已消失；替代的是淺棕色舌狀雲，下面有白色旋渦流。這些全球大變化在以前也曾見過，但沒有哈勃望遠鏡所攝像這樣清晰。在上世紀80年代，天文學家用地面望遠鏡頭一次“獵取”木星大氣的劇烈轉變。在在上世紀90年代，哈勃望遠鏡升空後，見到另一次大擾動，但是，也沒有分辨精細情況。這次哈勃望遠鏡取得了高品質清晰像，幫助天文學家瞭解這樣全球大轉變是怎樣進行的。

美國科學家2007年1月18日說，一個太空探測器正在趕往木星的路上，將研究木星的大氣層風暴和光環系統以及4顆比較大的木星衛星，此後探測器將在2015年飛向冥王星。這個探測器是美國國家航天局的“新地平線號”，這是人類有史以來建造的飛行速度最快的太空探測器，預計將在飛行13個月之後到達木星。木星是太陽系中最大的行星。

“新地平線號”是在2006年1月19日發射升空的，按照計畫將在今年2月28日到達與木星最接近的距離。在這之前，探測器需要飛行140萬英里之遙。這並不是人類第一次拜訪木星。木星在1973年被先鋒10號首次拜訪，後來又陸續被先鋒11號，旅行者1號，旅行者2號和Ulysses號和伽利略號考察。

木星光環是“新地平線號”的觀測物件之一。木星有一個同土星般的光環，不過又小又微弱。它們的發現純屬意料之外，只是由於兩個旅行者1號的科學家一再堅持航行10億千米後，應該去看一下是否有光環存在。其他人都認為發現光環的可能性為零，但事實上它們是存在的。此外，木星的4顆大衛星也將得到觀測。木星有16顆已知衛星，4顆較大，12顆是小衛星。“新地平線號”在結束對木星的考察後，還要再飛行7年時間，然後到達冥王星。在這裏，“新地平線號”將用5個月時間觀測冥王星和它的三顆衛星。

美國宇航局NASA於2007年3月2日公開了木星衛星“艾奧”(Io,即木衛一)上多處火山同時噴發的照片。其北極附近火山噴發的氣團沖到了290千米的上空，如此清晰的拍攝到該火山噴發的情況還是第一次。據朝日新聞消息，這張照片是NASA的冥王星探測器“新視野”號於2月28日利用木星引力加速成功後，在距離“艾奧”250萬千米處拍攝的。通過照片可以看出，赤道附近的火山、南半球陰影部分的火山和北極附近的火山同時在噴火。

“艾奧”的直徑約為3640千米，比地球的衛星月球大了一圈。是太陽系除地球以外唯一被確認存在活火山的星球，在它的上面有數百個活火山。受木星的強引力影響，衛星自身的形狀是不規則的，這種不規則被認為是其火山活動的動力來源。

木星為什麼會有光環？木星光環是在1979年旅行者1號太空船經過這裏時發現的，但是它們的起源是個迷。在1995到2003年間環繞木星運行的伽利略號探測器收集的資料證明，這些光環是在流星體撞擊靠近木星的小衛星的作用下產生的。舉例來說，比如當一顆小流星體撞上體積很小的木衛十五（Adrastea）時，它會鑽進衛星內部，然後蒸發，並把大量泥土和塵埃拋到木星軌道上。這幅圖片是伽利略號觀測到的由木星遮住太陽引起的日食景象。木星高層大氣中微小的塵埃顆粒，以及組成木星光環的塵埃顆粒因反射太陽光而可見。

木星光環的形狀像個薄圓盤，其厚度約為30公里，寬度約為6500公里，離木星12.8萬公里。光環分為內環和外環，外環較亮，內環較暗，幾乎與木星大氣層相接。光環的光譜型為G型，光環也環繞著木星公轉，7小時轉一圈。木星光環是由許多黑色碎石塊構成的，石塊直徑在數十米到數百米之間。由於黑石塊不反射太陽光，因而長期以來一直未被我們發現。

美國康奈爾大學的天文學家認為，木星的神秘光環是由4顆衛星散發出來的塵埃物質形成的。該校約瑟夫•伯恩斯教授說，伽利略號探測器的最新觀測結果表明，這顆行星極為勻稱的巨大外環是由木星小衛星木衛五和木衛十四散發出來的物質組成的。他說：“這是我們第一次觀察到薄霧裹著塵埃從木衛五和木衛十四飄逸出來，我們現在認為木星光環的主體部分可能來自木衛十五和木衛十六兩顆衛星。我們現已搞清楚木星光環的起源和它們的活動情況。”

“旅行者”號探測器在70年代末飛越木星時獲得了有關光環——由長達6000公里的主體光環、擴散暈和外環組成——存在的證據，但是人們此前一直不知道它究竟發源於何處。伯恩斯說，伽利略號探測器在1996和1997年拍攝的照片實際上表明，外環是由兩個同心環組成的。他認為這些光環是在隕星與木衛五和木衛十四兩顆衛星發生猛烈碰撞後產生的。光環中的粒子是帶電粒子，並受到木星強大電磁力的排斥，所以它們與這顆行星始終保持著一定的距離。

在地球上，氦是用於使氣球飄升的輕氣體，降落的是水滴雨。然而，木星的條件很奇特，氦凝結為液滴，降落氦雨。並且木星大氣貧乏氖，原因是氖溶於氦的雨滴中，也降落到內部了。2010年03月25日在地球上，氦是用於使氣球飄升的輕氣體，降落的是水滴雨。然而，木星的條件很奇特，氦凝結為液滴，降落氦雨。並且木星大氣貧乏氖，原因是氖溶於氦的雨滴中，也降落到內部了。

木星像上的斑紋是其大氣的雲層特徵，東西向各雲帶的高度和運動是不同的，左下的大紅斑是颶風式的持久大氣旋。

我們在木星圖像上看到的彩色斑紋是其大氣的雲層特徵。由於木星的濃厚大氣和雲層遮擋，我們看不清到木星大氣下部情況。實際上，木星大氣下部過渡到它的液態分子氫（H2）外層，木星沒有固態表面。伽利略探測器降落到木星大氣的探測表明，相對于太陽的成分而言，木星大氣貧乏氦和氖。在近期的《物理評論通訊》上發表了美國加州大學科學家的研究結果，威爾遜（H.Wilson）說：“氦起先在高層凝結為象雲的薄霧，當氦的小滴變大時，它們就沉降到木星的較深內部，氖溶解在氦滴內，隨氦滴沉降。因此，我們把木星大氣的氖觀測資料跟氦雨過程聯繫起來。”米利澤爾（B.Milizer）說：“地球上的水滴雨跟木星的氦雨不是完全類比的，木星的氦滴從約10000到30000公里沉降到氫雲頂，由於很大的氣壓和高溫條件下，不能夠說氫和氦是否是氣態、還是液態，就都稱為流體。因此，降落的雨實際是混合著氖的流體氦滴，降向木星內部的金屬氫流體。”在木星內部的高溫、高壓條件下，氫變為象鋼水性質那樣的金屬流體。

研究者的預言幫助精修木星以及其他行星的內部模型，尤其是環繞其他恒星的類木行星。他們用“密度函數理論”預言木星的內部性質，特別是主要成分（氫、氦）在向木星中心增高的溫度和壓力下會發生什麼情況。甚至金剛鑽實驗也僅可以達到地核的壓力。米利澤爾的電腦類比的結論是，甲烷、水和氨的厚冰層包圍著木星的岩石核，使得星核是早先預言的2倍大。威爾遜和米利澤爾的計算得出，在木星的約10000到13000公里深處，溫度達攝氏5000度左右，壓力達100萬到200萬大氣壓，氫變為傳導性金屬。氦不是金屬，不跟金屬氫混合，因此象水中的油那樣形成氦滴。

木星的內部結構，外層貧乏氦和氖，氦滴凝結和沉降，氦和氖在深部又跟金屬氫混合。米利澤爾說：“當氦和氖降落到木星的深處，留下的富氫大氣包層就貧乏氦和氖。計算的的結果跟探測值很符合。”有趣的是，在伽利略探測器木星之前，理論學家史迪文森（D.Stevenson）就預言木星大氣貧乏氖，但沒有給出理由。(續)