木星（

木星（Jupiter）

8-1 前言

「木星」是從太陽數來第五顆行星，也是太陽系最大的行星。它的軌道半徑為 77,833萬公里（5.20AU）。赤道處直徑為142,984公里，是「地球」的11.2倍。質量 為1.900×10²⁷公斤，超過太陽系其它所有行星總合的2倍，是「地球」質量的318倍

，重力場則為「地球」的2.34倍。

8-2 木星觀測史

「木星」自史前時代就已為人所知，是全天第四亮的星體，僅次於「太陽」、「 月球」和「金星」之後，「火星」則在某些時候會比它亮。

1610年，伽利略首先發現「木星」的四大衛星，「木衛一」（Io）、「木衛二」（

Europa）、「木衛三」（Ganymede）與「木衛四」（Callisto），也就是著名的「伽利略 衛星」（Galilean Satellites）。

8-3 木星探測史

1973年，「先鋒十號」（Pioneer 10）探測船首次造訪「木星」，其後「先鋒十一 號」（Pioneer 11）、「航海家一號」（Voyager 1）、「航海家二號」（Voyager 2）與「尤 利西斯號」（Ulysses）也陸續到過「木星」。

2000年12月28日，「伽利略號」（Galileo）太空船從「木衛三」（Ganymede）經 過，這也是它自從1995年來繞行「木星」的29次。

2000年12月30日，「卡西尼號」（Cassini）太空船前往「土星」的途中，曾飛越

「木星」，也加入觀測「木星」的行列。

8-4 木星的公轉與自轉

「木星」的公轉週期為11年又321天，約為11.86年，將近12年，所以在中國稱 為「歲星」。

「木星」的自轉週期相當短，大約為10小時，「赤道」處自轉較快，而兩極處 稍慢。

8-5 木星的構造

「木星」內部的結構，由外而內分別為；

外木星函：「外木星函」由「液態氫」與「液態氦」組成，朝外融合成「氣態」的

「大氣層」。

內木星函：「內木星函」為「金屬氫」，厚約30,000公里。

木 星 核：「石質」的「木星核」，直徑約為28,000公里，相當於10～15個「地球」

質量，其「核心」溫度約為30,000℃。

「木星核」之上，佔「木星」主要體積的大部分，是像「液態金屬」一樣的「

金屬氫」。這種狀態的「氫」是由游離的「質子」和「電子」混雜而成，很像「太 陽」內部的「電漿」但溫度低得多。這一層中可能還含有一些「氦」及微量的「冰

」。「木星」內部「液態」的「金屬氫」，是電的良導體，也造成「木星」的「磁場」

。

8-6 木星的大氣

「木星」的最外層則是由普通的分子「氫氣」（H₂）及「氦氣」（He₂）組成，

也就是「木星」的大氣層，我們肉眼所看到的「木星」表面就是這厚厚一層大氣的 最頂部。「木星」大氣中還有微量的「水」（H₂O）、「二氧化碳」（CO₂）、「甲烷」（ CH₄）等簡單分子。

據信「木星」大氣中有三層不同的雲，分別是由「氨冰」、「氨的氫硫化物」及

「冰晶加水滴」組成。

《木星的風帶》 （Bands）

「木星」最顯著的特徵為明暗交替的「帶狀條紋」與「斑點」。

風帶（Bands）

「木星」及其它「氣體行星」都有平行於緯線方向的寬廣高速「風帶」，每個 相鄰「風帶」的風向都相反。各「風帶」的化學組成及溫度略有差異，使得「木星

」表面呈現出帶狀色彩的外觀，「風帶」依顏色的深淺可區分為「帶」與「區」兩 種。

「木星」雲的鮮豔色彩可能是由於大氣中微量元素的化學反應造成，很可能與

「硫」有關，因為「硫化物」的顏色變化多端。「木星」雲層的顏色還與高度有關

，有時我們可以從高層雲的裂隙中看到較低的雲層，其高度與顏色之關係分別為。

《木星的大紅斑》 （Great Red Spot）

「大紅斑」（Great Red Spot、GRS）早在300多年前就被發現了，一般認為是17 世紀的卡西尼（Giovanni Domenico Cassini，1625-1712）或虎克（Robert Hooke，

1635-1703）所發現。

「大紅斑」大小約為12,000×25,000公里，為2個「地球」大，另一個較小但相 似的斑點也已發現有數十年之久了。

木星大紅斑（Great Red Spot）

由紅外線觀測結果及其旋轉方向可知，「大紅斑」是一個高氣壓區，它的雲頂 比其周圍高得多也冷得多。

8-7 木星的溫度

「木星」自己發散至太空的輻射量要比它從「太陽」吸收來的還要多。

「木星」內部是高溫的，核心可達約20,000K。這些能量的產生是起源於「木 星」形成初期的「收縮」，不像「太陽」是以「核融合反應」產生能量。

8-8 木星的磁場

「木星」具有比「地球」強大得多的「磁場」，它的「磁層」向太陽的相反方 向可延伸達6億5千萬公里，甚至超過「土星」的軌道，而面向「太陽」方向也有數 百萬公里厚。

木星的磁場

8-9 彗星撞木星

1994年7月間，「舒梅克－李維九號彗星」（Comet Shoemaker-Levy 9）墜入「木 星」，形成壯觀的歷史鏡頭。

舒梅克-李維九號彗星（Comet Shoemaker-Levy 9）撞木星

此「彗星」在「木星」表面所造成的影響，連業餘望遠鏡都清晰可見，「哈伯 太空望遠鏡」甚至在近一年之後還觀測得到撞擊的殘跡。

8-10 木星的衛星

「木星」是太陽系中已知擁有最多衛星的行星，其中包括了四個大型的「伽利 略衛星」。

「伽利略衛星」可用低倍率的望遠鏡來觀測，如果觀測時沒有光害，且環境極 好，甚至可以肉眼勉強看到「木衛四」。

「木星」的「伽利略衛星」依序為「木衛一」（Io）、「木衛二」（Europa）、「木 衛三」（Ganymede）與「木衛四」（Callisto）。

伽利略衛星（Galilean Satellites）

《木衛一》（伊奧、Io）

「木衛一」比「月球」略大一點，相對於外太陽系大多數的衛星而言，「木衛 一」和「木衛二」在組成上更接近「類地行星」，主要是「矽酸鹽類」熔岩。「伽利 略號」的最新資料顯示它有一個至少900公里半徑的「鐵核」，也可能混有「硫化鐵

」。

木衛一（伊奧、Io）

「木衛一」的表面非常獨特，與太陽系其它星體都完全不同。當年「航海家號

」傳回此現象時，著實令科學家大感意外，他們原以為其上會佈滿撞擊坑，這樣就 可以由坑洞數量研判其表面的年代。但實際的情形是幾乎沒有坑洞，也就是說「木 衛一」的表面非常年輕，反而是有數百個火山口，其中還有活火山。

火山噴出物中可能含「硫」或「二氧化硫」，而且噴發的變化很快，在前後2艘

「航海家號」，「伽利略號」，NASA在夏威夷的「紅外線天文台」及「哈伯太空望遠 鏡」的影像中，「木衛一」的面貌都不相同，顯示它的表面真的是非常活躍。

「木衛一」表面的平均溫度約為130K，但有些特別熱的「熱點」可高達1,500K

，這些「熱點」是「木衛一」發散熱量的主要機制。

「木衛一」表面劇烈活動的能量來源，很可能是它與「木衛二」，「木衛三」及

「木星」之間的「潮汐力」交互激盪所致，據估計造成其外形的變形及晃動量可以 高達100公尺之多。

「木衛一」有稀薄大氣，主要成分是「二氧化硫」，也可能還含有其它氣體。

與其它「伽利略衛星」不同的是，「木衛一」沒什麼「水」或根本不含「水」。這可 能是因為「木衛一」距離「木星」較近，在早期的「木星」熱得足以蒸發掉其中的

「水」所致。

「木衛一」穿過「木星」的強大磁場，因而產生了「感應電流」，雖然比起「

潮汐力」的能量來得小，但也有超過一百萬兆瓦的功率。

「伽利略號」的資料得知，「木衛一」和「木衛三」一樣可能擁有自己的「磁 場」。

《木衛二》（歐羅巴、Europa）

「木衛二」比「月球」略小一點，雖然它和「木衛一」一樣主要由「矽酸鹽類

」岩石質組成，但它表面還有一薄層的「水冰」。「伽利略號」最新的資料顯示它的 內部可能有分層，也許有一個小的「金屬核」。

木衛二（歐羅巴、Europa）

「木衛二」有著非常平坦的表面，撞擊坑極少，目前只找到三個超過5公里大 小的坑洞，這似乎指出它有一個年輕且活動的表面。當年「航海家號」只拍下了一 小片表面的高解析度影像，因此到底真像如何目前仍待解。「伽利略號」的重要任 務之一就是要確認此事。

「木衛二」的表面很像是「地球」上的「海冰」，因此可能在它的「表冰」之 下有「液態水」，也許可深達50公里。「液態水」的存在可能是由「潮汐力」所產生 的熱來維持。若果如此，「木衛二」就是「地球」之外，太陽系中唯一含有大量「

液態水」的地方。在其表面上最顯著的就是全球都布滿了一連串的暗紋，最新的解 釋是由一連串的火山或噴泉所造成。

「哈伯太空望遠鏡」最新的影像顯示，「木衛二」有極稀薄的大氣，由「氧氣

」組成。在太陽系的所有衛星中目前只知道有六顆擁有大氣，除了四顆「伽利略衛 星」之外還有「土衛六」與「海衛一」。

不同於「地球」，「木衛二」的「氧氣」並非生物性的，而非常可能是因太陽輻 射將冰分解為氫和氧，較輕的氫逸散而剩下氧所致。

「伽利略號」的資料顯示「木衛二」有微弱的「磁場」。

《木衛三》（甘尼美德、Ganymede）

「木衛三」是太陽系中最大的衛星，比「水星」還大但質量約僅及其一半，當 然它比「冥王星」大得多。

木衛三（甘尼美德、Ganymede）

在「伽利略號」造訪之前，一般認為「木衛三」、「木衛四」、「土衛六」與「海 衛一」一樣，有一個岩石質的核，外覆水或冰的厚函及冰殼。

但「伽利略號」傳回的初步資料顯示「木衛三」有一個的「鐵」質或「硫化鐵

」的小核，其外是「矽酸鹽類」熔岩，最外殼是「冰」，就好像是「木衛二」外面 包著一層冰一樣。

「木衛三」的表面混雜著兩種地區，一為「暗區」另一為「亮區」。

暗區：很老的，多坑洞的區域。像是「木衛四」的表面。

亮區：稍年輕，有溝脊羅列的區域，類似的溝脊構造也可在「木衛二」，「天衛五」

與「天衛一」上發現。

這樣的地貌顯然是起因於「板塊構造運動」，但細節未知，在這方面「木衛三

」應更像是「地球」而非「金星」或「火星」，不過並沒有證據顯示「木衛三」現 在還有「板塊構造運動」。

兩種地區都有大型的坑洞，由坑洞的密度可推得表面的年代有30～35億之老，

和「月球」表面年代相近。而由其與溝脊相互截切的現象可知溝脊系統也是同一時 代的產物。不過和「月球」不同的是它的坑洞平坦多了，不像「月球」表面或「水 星」表面的坑洞具有環脊及中心凹陷，這可能是因為「木衛三」的冰殼較為軟弱，

在地質時代中因滑動而逐漸夷平，留下來的不過是原來坑洞的殘影。

《木衛四》（卡利斯托、Callisto）

「木衛四」只比「水星」小一點但質量僅及其三分之一。

木衛四（卡利斯托、Callisto）

「木衛四」不同於「木衛三」，似乎沒什麼內部結構。「伽利略號」最新的資料 顯示其內部組成是漸變的，愈往核心岩石的比例愈高。整體而言「冰」佔40％，而

「岩石」和「鐵質」佔60％，「土衛六」及「海衛一」大概也是差不多一樣的組成

。

「木衛四」的表面布滿了坑洞，其年代非常老，如同「月球」和「火星」的高 地一樣。事實上「木衛四」擁有太陽系目前己知最老、坑洞最密的表面，40億年來 除了偶爾的撞擊事件外幾乎沒有任何改變。一些最大的坑洞四周圍有同心圓狀的山 脊，顯示曾發生過的巨大撞擊事件，這種巨大坑洞也可以在「月球」的「東方海」

（Mare Orientale）及「水星」的「卡路里盆地」發現。

但在「木衛四」上，地形已因長時期冰的緩慢滑動而逐漸夷平。「木衛四」如 同「木衛三」一樣，其古老的坑洞也是面目模糊的。「伽利略號」最新的影像顯示 在某些地區，小型的坑洞多已遭消滅。而呈一直線排列的坑洞群則可能是被「木星

」的「潮汐力」所解體的星體連串撞擊而成。

「木衛四」與「木衛三」雖然大小相近，但「木衛四」單純的表面和「木衛三

」截然不同，表示它的地質史要比「木衛三」簡單得多。也許它正是其它「伽利略 衛星」早期的模樣。

「木衛四」有一層極為稀薄的「二氧化碳」大氣，但並沒有測出它具有「磁場

」。