木星，不僅是一顆巨行星

章江

以羅馬神話中的主神朱庇特（Jupiter）命名的木星，注定不是一顆平庸的行星。

木星是巨大的——“如果你將太陽系中的一切全都放在一起（除了太陽），那么它們都可以被塞進(jìn)木星內(nèi)部?！蹦拘且彩敲利惖摹懊鼽S色的它在夜空中尤為醒目，它還有糾纏瑰麗的氣體云和永不熄滅的極地?zé)熁稹！?/p>

幾千年前，我們的祖先曾經(jīng)凝視過它，命名了它;幾百年前，伽利略還觀測過它，并發(fā)現(xiàn)了它的四顆衛(wèi)星。如今，我們終于可以貼近這顆美麗的龐然大物，一睹芳容。也許在它壯麗的表象背后，還隱藏著太陽系形成和演化的秘密。

遠(yuǎn)離太陽

木星圍繞太陽一周需要12年左右，正好是一個生肖周期，所以在中國古代它被稱為“歲星”。它與太陽的距離要比日地距離遠(yuǎn)5倍，因此在木星附近接收到的太陽能功率大約是地球附近的1/25。作為首個在如此遙遠(yuǎn)的距離仍使用太陽能為動力的人造飛船，“朱諾號”無疑面臨著嚴(yán)峻的考驗。

“朱諾號”的3根太陽能帆板從其六邊形的本體伸出，展開太陽能帆板后的飛船寬度超過20米，總面積達(dá)60平方米，足以為飛船儀器提供420瓦的電力。除了在飛掠地球期間的短短數(shù)分鐘內(nèi)，它的太陽能帆板都一直保持著正對太陽的方向。如此大膽的設(shè)計得益于過去20年間，人類制造太陽能晶片的發(fā)電效率有了超過50%的提升。當(dāng)然，“朱諾號”本身也是一艘能源利用效率很高的飛船，能耗非常低。

龐然大物

雖然木星的質(zhì)量只有太陽的千分之一，但與太陽系的其他行星相比，它仍是一個“巨獸”。無論從體積還是質(zhì)量上來看，它都是太陽系最大的行星——其質(zhì)量相當(dāng)于太陽系其他行星質(zhì)量總和的2.5倍，地球質(zhì)量的318倍;它的直徑大約是14萬千米，是地球極半徑的11倍，換算成體積就是地球體積的1300多倍。

對比木星的體積和質(zhì)量，我們不難發(fā)現(xiàn)，木星的密度要比地球小很多。事實上，木星的密度大概只比水重30%。盡管密度比水大，但木星并不是一顆液體或固體星球，而是一個不折不扣的氣體行星。在它的大氣成分中，90%是氫，其余的主要成分為氦，還有少量其他元素——木星更像是一個“氫氣球”。

既然木星是一個氣體星球，那么人類發(fā)射的探測器自然就無法在它表面登陸了。有人猜想，木星表面充滿氫氣，那么在某個深度是否存在能夠讓探測器浮在上面的氫的“海洋”呢？

抱歉，并不存在這種可能。這是因為木星表面的溫度“太高”，無法讓氫氣變成液體，隨著逐漸深入木星內(nèi)部，氣體才會“慢慢”變?yōu)橐后w。之所以是“慢慢”，是因為液體和氣體渾然一體，形成一片迷霧，并不存在一個清晰的“海面”。

“大紅斑”

作為木星表面的特征性標(biāo)志，“大紅斑”是這個行星上最大的風(fēng)暴氣旋，每6個地球日按逆時針方向旋轉(zhuǎn)一周。它的位置大致位于木星南半球，但在不斷移動。

“大紅斑”的南北寬度大約為1.4萬千米，東西長度在不同時期有所變化，最長時達(dá)4萬千米左右，一般長度在2～3萬千米之間。在這團(tuán)激烈的、沿逆時針方向運動的下沉氣流物質(zhì)中，含有大量的紅磷化物，所以呈深褐色。

早在1667年，意大利科學(xué)家卡西尼的一張手繪圖片就展示了木星這個神奇的天文現(xiàn)象。自那以后，“大紅斑”就沒有消失過，只是在不斷改變著顏色和形狀而已。而在“大紅斑”的中心位置，還有一個小顆粒——“大紅斑”的核心。它的直徑約為幾百千米，在周圍的反時針漩渦運動中維持不動。

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，木星上的所有風(fēng)暴都源于“大紅斑”——這個由氨和甲烷氣體云構(gòu)成的巨大漩渦。而它在邊緣處的最高風(fēng)速高達(dá)430千米/時，比我們乘坐的高鐵還要快得多。曾經(jīng)，“大紅斑”足以塞下兩三個地球，但如今已縮小了一半。

當(dāng)然，“狂暴”的木星大氣也有美麗的一面：呈明顯帶狀結(jié)構(gòu)的大氣深淺色交錯，氣體在淺色區(qū)域上升、在深色區(qū)域下降。不過人類至今仍未了解，究竟這些顏色是由木星大氣里的哪些物質(zhì)反射而成的。

強(qiáng)大磁場

木星擁有太陽系各大行星中最強(qiáng)大的磁場，其強(qiáng)度要比地球磁場強(qiáng)2萬倍以上。在木星附近強(qiáng)大磁場的作用下，主要由電子和各類離子組成的大量帶電粒子被“捆”在一起，形成了劇烈的輻射帶，猶如在太陽風(fēng)的洪流中撐起了一把巨傘。

粒子流同樣不可小覷，它們持續(xù)轟擊著木星的衛(wèi)星和光環(huán)。而木星磁層在朝向太陽的方向綿延100～300萬千米，在背離太陽的方向則延伸超過10億千米。

為了盡可能減小強(qiáng)輻射對探測器造成的破環(huán)，保護(hù)敏感的電子設(shè)備，“朱諾號”首次采用了輻射防護(hù)電子艙的設(shè)計。電子艙由鈦金屬制成，大小和一輛SUV的行李箱相當(dāng)，重量超過200千克。而在“朱諾號”頂部，設(shè)計人員還為它貼心地配備了1厘米厚的防護(hù)層。飛船的指令與數(shù)據(jù)系統(tǒng)（相當(dāng)于探測器的大腦）、電力與數(shù)據(jù)分發(fā)系統(tǒng)（相當(dāng)于探測器的心臟），以及大約20套其他電子設(shè)備都安裝在輻射防護(hù)電子艙中。可即便如此，“朱諾號”的“眼睛”——照相機(jī)也會在環(huán)繞木星7周后失效。

衛(wèi)星眾多

1610年1月7日，偉大的意大利科學(xué)家伽利略，利用一臺今天看來相當(dāng)原始的望遠(yuǎn)鏡觀測到了木衛(wèi)一（Io）、木衛(wèi)二（Europe）、木衛(wèi)三（Ganymede）和木衛(wèi)四（Callisto），這4顆衛(wèi)星被統(tǒng)稱為伽利略衛(wèi)星。其中木衛(wèi)二表面存在水，這不由得使科學(xué)家猜測木衛(wèi)二上是否存在有原始生命形態(tài)。

最新數(shù)據(jù)顯示，不包括那些“臨時”衛(wèi)星，木星共擁有“正式”衛(wèi)星64顆，位居太陽系各大行星之首。而所謂的“臨時”衛(wèi)星，則是指那些由于接近木星而被它強(qiáng)大引力場臨時捕獲的小行星或者彗星。它們往往會圍繞木星運行幾天、幾個月甚至幾年，隨后或是離開，繼續(xù)它們原先的飛行旅程，或是墜入木星大氣層被焚毀。

在木星赤道上空，還有3道細(xì)細(xì)的光環(huán)，它們的亮度遠(yuǎn)不如土星光環(huán)。早在1971年，人類就利用地面望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了木星光環(huán)，這些光環(huán)分為內(nèi)環(huán)和外環(huán)，外環(huán)較亮，內(nèi)環(huán)較暗，而且?guī)缀跖c木星大氣層相接。木星光環(huán)的主要成分是非常細(xì)小的塵埃顆粒，這些細(xì)碎顆粒很可能來自小行星與木星衛(wèi)星之間的碰撞，它們也會環(huán)繞著木星公轉(zhuǎn)。

雖然數(shù)百年來，人們一直在嘗試對這顆星球進(jìn)行詳細(xì)解剖，但關(guān)于這顆氣態(tài)巨行星，我們?nèi)匀挥泻芏嗷镜膯栴}有待解答：它是如何形成的、大氣中含有多少水和氧氣、內(nèi)部結(jié)構(gòu)究竟如何、強(qiáng)大的磁場是如何形成的、極光產(chǎn)生的機(jī)制是什么……

在深厚的云層和猛烈的風(fēng)暴下方，依舊隱藏著許許多多有關(guān)木星的身世，以及整個太陽系形成歷史的未解之謎。也許這一次，“朱諾號”會給我們提供部分答案。

1610年：伽利略進(jìn)行了首次詳細(xì)的木星觀測。

1973年：“先驅(qū)者10號”飛船成為首個穿越小行星帶的人類航天器，并飛掠木星。

1979年：“旅行者1號”和“旅行者2號”飛船發(fā)現(xiàn)了木星暗弱的光環(huán)，以及幾顆新的衛(wèi)星，并發(fā)現(xiàn)在木衛(wèi)一表面存在活火山爆發(fā)。

1994年：世界各地的天文學(xué)家和“伽利略號”探測器，共同觀測了“舒梅克-列維九號”彗星撞擊木星南半球的全過程，這是人類首次全程目睹一次天體碰撞。

1995年：“伽利略號”探測器抵達(dá)木星，首次對木星大氣開展直接探測，并對整個木星系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)考察。

2016年：“朱諾號”探測器成功進(jìn)入木星軌道。