木星

木星简介

木星（Jupiter）是太阳系中距离太阳第五近的行星，也是太阳系中体积最大的行星。

古人早已认识这颗行星，罗马人以主神朱庇特命名这颗行星。古代中国则称木星为岁星，取其绕行天球一周约为12年，与地支相同之故。到西汉时期，《史记‧天官书》作者司马迁从实际观测发现岁星呈青色，与“五行”学说联系在一起，正式把它命名为“木星”。

从地球看木星，视星等最高可达-2.94等，已经可以在地面照出物体阴影。木星是继月球和金星之后，是夜空平均亮度第三的天体（火星在其轨道的特定点上时能短暂超过木星的亮度）。

木星是颗巨行星，质量是太阳的千分之一，但却是太阳系其他行星质量总和的2.5倍。木星的主要成分是氢，但只占十分之一分子数量的氦，却占了总质量的四分之一；它可能有岩石核心和重元素，但没有可以明确界定的固体表面。由于快速地自转，木星的外观呈现扁球体。大气层依纬度成不同的区域带，在彼此的交界处有湍流和风暴作用着。最显著的例子就是大红斑，这是17世纪第一次被望远镜见到后就未曾停歇过的巨大风暴。环绕着木星的还有微弱的行星环和强大的磁层，包括4颗1610年发现的伽利略卫星，截至2023年2月，木星已知有92颗卫星。木卫三是其中最大的一颗，其直径大于行星中的水星。

早期飞掠木星的探测器有先驱者号和旅行者号各2艘，后来环绕木星探测的伽利略号、朱诺号以及借用木星引力加速飞往冥王星的新视野号。未来仍将有不少探测木星系统的太空任务。

地理特征

木星是一个巨大的液态氢星体。随着深度的增加，在距离表面至少5000千米深处，液态氢在高压和高温环境下形成。据推测，木星的中心是一个含硅酸盐和铁等物质组成的核区，物质组成与密度呈连续过渡。木星是气态行星（又称类木行星），即以非固体物质为主要组成的行星，它是太阳系中体积最大的行星，赤道直径为142984千米。木星的密度为1.326g/cm³，在气体行星中排行第二，但远低于太阳系中四个类地行星。

木星的质量是太阳系其他行星质量总和的2.5倍，由于它的质量是如此巨大，因此太阳系的质心落在太阳的表面之外，距离太阳中心1.068太阳半径。虽然木星的直径是地球的11倍，体积是地球的1321倍，非常巨大，但是它的密度很低，所以木星的质量只是地球的318倍。木星的半径是太阳半径的十分之一，质量只为太阳质量的千分之一，所以两者的密度是相似的。“木星质量”（MJ或MJup）通常被作为描述其它天体（特别是系外行星和棕矮星）的质量单位。因此，例如系外行星HD 209458 b的质量是0.69MJup，而仙女座κb的质量是12.8MJup

理论模型显示如果木星的质量比现今更大，而不是318个地球质量，它将会继续收缩。质量上的些许改变，不会让木星的半径有明显的变化，大约要在500地球质量（1.6MJup）才会有明显的改变。尽管随着质量的增加，内部会因为压力的增加而缩小体积。结果是，木星被认为是一颗几乎达到了行星结构和演化史所能决定的最大半径。随着质量的增加，收缩的过程会继续下去，直到达到可察觉的恒星形成质量，大约是50MJup的高质量棕矮星。

然而，需要75倍的木星质量才能使氢稳定的融合成为一颗恒星。最小的红矮星，半径大约只是木星的30%。尽管如此，木星仍然散发出更多的能量。它接受来自太阳的能量，而内部产生的能量也几乎和接受自太阳的总能量相等。这些额外的热量是由开尔文-亥姆霍兹机制通过收缩产生的。这个过程造成木星每年缩小约2厘米。当木星形成的时候，它要比当前观测到的要略大一点。

云层

木星有着太阳系内最大的行星大气层，跨越的高度超过5000千米。由于木星没有固体的表面，它的大气层基础通常被认为是大气压力等于1MPa（10bar），或十倍于地球表面压力之处。木星的大气层被分为四个层次：对流层、平流层、增温层和散逸层。不同于地球的大气层，木星没有中气层，没有固体的表面，大气最底层的对流层，平稳地转换进入行星的流体内部。这是温度和压力在氢和氦的临界点之上造成的结果，意味着气体和液体的相位之间没有明确的界限存在。

木星的大气组成按分子数量来看，81%是氢，18%是氦，按质量则分别是75%和24%。只有约1%左右的其他气体，其中包括甲烷、水蒸气、氨气等。这与太阳系的前身——原始太阳星云的组成相近，但木星中较重元素的比例却比原始太阳星云多数倍。同为气体行星的土星也是类似的组成，但天王星及海王星中的氢和氦就少得多。由于木星有较强的内部能源，致使其赤道与两极温差不大，不超过3℃，因此木星上南北风很小，主要是东西风，最大风速达130～150米/秒。木星大气中充满了稠密活跃的云系。各种颜色的云层像波浪一样在激烈翻腾着。在木星大气中还观测到有闪电和雷暴。由于木星的快速自转，因此能在它的大气中观测到与赤道平行的、明暗交替的带纹其中的亮带是向上运动的区域，暗纹则是较低和较暗的云。

木星表面有红、褐、白等五彩缤纷的条纹图案，可以推测木星大气中的风向是平行于赤道方向，因区域的不同而交互吹着西风及东风，是木星大气的一项明显特征。大气中含有极微的甲烷、乙炔之类的有机成分，而且有打雷现象生成有机物的概率相当大。

结构

木星有一个石质的内核，由铁和硅组成。向外是由岩石与氢的混合颗粒物组成，无明确的边界，在向外被一层含有少量氦，主要是氢元素的液态金属氢包覆着。内核上则是大部分的行星物质集结地，以液态氢的形式存在。这些木星上最普通的形式基础可能只在40亿帕压强下才存在，木星内部就是这种环境（土星也是）液态金属氢由离子化的质子与电子组成。在木星内部的温度压强下氢气是液态的，而非气态，这使它成为了木星磁场的电子指挥者与根源，木星的磁场强度大约10高斯，比地球大10倍。同样在这一层也可能含有一些氦和微量的冰。木星还是天空中已知的最强的射电源之一。

木星内部的温度和压力，由于开尔文-亥姆霍兹机制稳定地朝向核心增加。在压力为10帕的“表面”，温度大约是340K（67℃；152℉）。在氢相变的区域——温度达到临界点——氢成为金属，相变温度是10000K（9700℃；17500℉），压力为200GPa。在核心边界的温度估计为36000K（35700℃；64300℉），同时内部的压力大约是3000～4500GPa。

木星大气层的垂直温度变化与地球大气层相似，对流层的温度随着高度升高而降低，抵达对流层顶部其温度也达到最低值，对流层顶是对流层和平流层的交界处。在木星，对流层顶大约在可见的云层之上50公里，该处的气压是0.1巴，温度110K；在平流层，当转折至增温层时温度已上升至约200K，高度大约是320公里，压力为1微巴；在增温层，温度继续上升，大约在1,000公里处温度高达1000K，该处的压力大约为1纳巴。

由于大气层的底层界限无法确定，一般将压力为10巴之处，视为对流层的最低处，约位于压力为1巴之下约90公里处，温度大约是340K。在科学文献中，将大气压力为1巴之处作为高度为0的木星“表面”。如同地球一样，大气层的最高处，外逸层的顶端，也没有明确的界限，密度梯度逐渐降低，直到平稳地转入星际物质之中，这大约是在“表面”上5000公里的高度。

木星的热成层位于压力低于1微巴之处，能展现气辉现象、极区的极光和X射线的辐射。在它的内部还有数层电子和离子数量增高的电离层。热成层是在地球之外最早被发现有三氢正离子的地方，这种离子在强烈的中红外线辐射下生成，并且是热成层致冷的主要机制。