木星 Jupiter
哈伯太空望遠鏡, 1995.2. (C) NASA / STScI
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；質量是1.900x1027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。
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) 及木衛四 (Callisto)，也就是著名的伽利略衛星，這是人類首度發現絕對不可能繞著地球運轉的星體，這是當時支持哥白尼的日心說最有力的證據之一。
1973年，先鋒10號 (Pioneer 10)探測船首次造訪木星，其後先鋒11號 (Pioneer 11)、航海家1、2號 (Voyager 1/2) 及尤利西斯號 (Ulysses) 也陸續到過木星。新一代探測船伽利略號 (Galileo) 現正在木星軌道上，已傳回許多極有價值的資料。
像木星一樣的氣體行星並沒有固態的表面，它們的氣體就是很單純的愈深愈密。我們所謂的半徑和大小是以一大氣壓處為其表面來計的；而我們肉眼所看到的表面則是其大氣層的雲頂，比一大氣壓處的位置略高。
木星的組成中，氫佔了大約75%的質量，而氦則佔了約25% (以原子數量來看，氫佔90%而氦佔10%)，還有微量的甲烷、水、氨及「岩石」，這與太陽系的前身－原始太陽星雲 (Solar Nebula) 的組成相近。同為氣體行星的土星也是類似的組成，但天王星及海王星中的氫和氦就少得多。
我們對木星及其它氣體行星內部的瞭解非常之間接，這種情形可能還得延續很長一段時間。伽利略號的大氣探測器也不過從雲頂下探了大約150公里深而已。
木星可能有一個岩石質的核，質量大約有地球的10至15倍之多。在這個核之上、佔木星主要體積的部分是像液態金屬一樣的氫，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。在此溫度下，木星內部的氫是液態而非氣態，它是電的良導體，也造成木星的磁場。這一層中可能還含有一些氦及微量的「冰」。
木星的最外層則是由普通的分子氫氣及氦氣組成，也就是木星的大氣層，我們肉眼所看到的木星表面就是這一厚層大氣的最頂部。木星大氣中還有微量的水、二氧化碳、甲烷等簡單分子。
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。然而，伽利略號大氣探測器取得的初步資料只顯示出少量的雲，這是因為探測器的降落點 (左圖) 並不尋常，地球上的望遠鏡及伽利略號之後的觀測都指出此降落點在當時是特別溫暖與少雲的區域之一，這只能說是運氣不佳。
伽利略號大氣探測器的資料也指出木星大氣中的水比預期的少很多。原本預期木星大氣中含氧的比例會是太陽的2倍，而以與氫化合成水的形式存在，但實際上卻是比太陽的含量還少。另一個驚人的發現則是大氣最高層的高溫與高密度。
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，顏色較淡的稱為「區」(zones) 而較深的則稱為「帶」(belts)。木星的風帶為人所知已有一段時間了，但是在風帶邊界的複雜旋風卻是由航海家探測船首見。伽利略號大氣探測器的資料顯示木星的風速可高達每小時400公尺，遠比預期中的快得多，而且會下竄到探測器能偵測的深度以下，可能下竄達數百公里深。研究也發現木星的大氣相當動盪，表示木星風主要是受其內部的熱驅動，不像地球的天氣變化是由太陽的熱驅動。
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，不過這方面的細節實屬未知。顏色還與高度有關，最低的是藍色，其次是棕色與白色，而紅色在最高處，有時我們可以從高雲的裂隙中看到較低的雲層。
大紅班 (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 (Cassini) 或 Robert Hooke 發現的。大紅斑大小約為12,000×25,000公里，足足可以吞下2個地球！另一個較小但相似的斑點也已發現有數十年之久了。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。類似的結構在土星及海王星都有發現，至於為什麼它們可以持續存在這麼久的時間則未知。
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。這些自產能量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，這是因為木星不夠大，其核心溫度尚不足以引發核融合反應。木星內部的熱可能會在液態層深處引發對流作用，進而造成我們在雲頂所看到的複雜運動。土星及海王星在這方面與木星頗為相像，但奇怪的是天王星卻非如此。
木星的大小差不多已到了行星的極限，如果再多加質量，它將會因重力收縮而使得體積大小僅些微增加。恆星之所以可以更為巨大，是因為其核心核融合反應產生的高熱膨脹所致。木星至少要有80倍的質量才能引發核融合反應而成為一顆恆星。
木星具有比地球強大得多的磁場，它的磁層向太陽相反方向可延伸達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。因此木星的衛星全都位於它的磁層之中，這或許正是造成木衛一表面許多活動的原因。未來的太空旅行者以及航海家與伽利略號的設計者都須注意，木星周遭有許多被其強大磁場捕捉的高能帶電粒子，這種情況就像是地球外的范愛倫輻射帶，不過可強烈得多！人類若沒有防護必難逃一死。伽利略號的大氣探測器在木星環與高層大氣之間新發現一個強幅射帶，比范愛倫輻射帶強10倍左右。令人驚訝的是此帶中有來路不明的高能氦離子。
木星像土星一樣有環，但黯淡得多 。這個/發現完全是在意料之外，若不是有兩位航海家1號計畫的科學家堅持，在太空平安航行了10億公里之後，航海家1號至少該花一點點功夫稍微找一下有沒有環存在，就不會有這個重大發現。所有其它的科學家都認為能找到任何東西的機會根本就是零，結果卻真的發現了，真是當頭棒賀！從此科學家才陸續以地面及伽利略號的紅外線影像勾勒出木星環的樣貌。
1994年7月，舒梅克－李維9號彗星 (Comet Shoemaker-Levy 9) 墜入木星，形成壯觀的歷史鏡頭 。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。
夜空中的木星常常是最亮的星體，金星雖然比它亮卻很少出現在黑夜。此外，4個伽利略衛星用雙筒望遠鏡即可輕易看到，而要看到一些風帶及大紅斑也只需小型天文望遠鏡。有些網站可以顯示木星及其它行星在天空的現在位置；更多的細節及圖表則可以在一些星圖軟體如Starry Night中找到。
木星的衛星
木星有28顆衛星，是太陽系中已知擁有第2多衛星的行星，僅次於土星，其中包括了4個大型伽利略衛星及24顆小衛星。
距中心距 半徑 質量
衛星名稱 (千km) (km) (kg) 發現者 日期
--------------------- -------- ------ ------- --------- ----
木衛十六 Metis 128 20 9.56e16 Synnott 1979
木衛十五 Adrastea 129 10 1.91e16 Jewitt 1979
木衛五 Amalthea 181 98 7.17e18 Barnard 1892
木衛十四 Thebe 222 50 7.77e17 Synnott 1979
木衛一 Io 422 1821 8.93e22 Galileo 1610
木衛二 Europa 671 1565 4.80e22 Galileo 1610
木衛三 Ganymede 1070 2634 1.48e23 Galileo 1610
木衛四 Callisto 1883 2403 1.08e23 Galileo 1610
S/2000 J1 (S/1975 J1) 7435 4 Kowal 1975
木衛十三 Leda 11094 5 5.68e15 Kowal 1974
木衛六 Himalia 11480 85 9.56e18 Perrine 1904
木衛十 Lysithea 11720 12 7.77e16 Nicholson 1938
木衛七 Elara 11737 40 7.77e17 Perrine 1905
S/2000 J11 12700 2.0 2000
S/2000 J10 20400 1.9 2000
S/2000 J3 20700 2.6 2000
S/2000 J5 21000 2.2 2000
木衛十二 Ananke 21200 10 3.82e16 Nicholson 1951
S/2000 J7 21200 3.4 2000
S/2000 J9 21700 2.5 2000
S/2000 J4 21900 1.6 2000
木衛十一 Carme 22600 15 9.56e16 Nicholson 1938
S/2000 J6 22800 1.9 2000
木衛八 Pasiphae 23500 18 1.91e17 Melotte 1908
S/2000 J8 23500 2.7 2000
木衛九 Sinope 23700 14 7.77e16 Nicholson 1914
S/2000 J2 24200 2.6 2000
S/1999 J1 24250 5 1999
上表中較小衛星的數據是推估值。
伽利略衛星
伽利略衛星是木星最大的4顆衛星，早在1610年就已由伽利略與 Marius 發現。
由於伽利略衛星產生的引潮力，使得木星的自轉逐漸減緩；同時這些衛星也受引潮力的影響而漸漸地遠離木星。其中木衛一、木衛二與木衛三的公轉周期已被引潮力給鎖定成1：2：4的共振狀態；木衛四的公轉也很接近共振狀態了，差不多再過個數億年，木衛四的公轉周期也會被鎖住，而以木衛三的2倍、木衛一的8倍周期公轉。
木衛一 (伊奧) 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，因為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。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！航海家號及伽利略號都拍到噴發達300公里高的火山煙雲，這是航海家任務的重大發現，它首度在地球之外找到了仍在高度活動中的類地星體。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引潮力交互激盪所致，據估計造成其外形的變形及晃動量可以高達100公尺之多！
木衛一穿過木星的強大磁場，因而產生了感應電流，雖說比起前述引潮力的能量來得小，但也有超過1百萬兆瓦的功率！由伽利略號的最新資料得知，木衛一和木衛三一樣可能擁有自己的磁場。
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木星較近，在太陽系演化早期的木星熱得足以蒸發掉其中的水所致。
木衛二 (歐羅巴) 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。伽利略號的最新資料顯示它的內部可能有分層，也許有一個小的金屬核。
木衛二有著非常平坦的表面，影像中的一些突出物可能只是反照率差異或是一些低矮的地形起伏而已。撞擊坑極少，目前只找到3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。然而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這件事，目前傳回來的資料傾向支持這些看法。
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！伽利略號傳回的影像強烈支持這種想法。液態水的存在可能是由引潮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。
最新哈伯太空望遠鏡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6顆擁有大氣，除了4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。
伽利略號的最新資料顯示木衛二有微弱的磁場。
木衛三 (加尼美得) 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。在伽利略號造訪之前，一般認為木衛三和木衛四、土衛六及海衛一一樣，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，就好像是木衛一外面包著一層冰一樣。
木衛三的表面混雜著兩種地區，一種是很老、多坑洞的暗區，很像是木衛四的表面；另一種是稍年輕的、有溝脊羅列的亮區，類似的溝脊構造也可以在土衛二、天衛五和天衛一上發現。這樣的地貌顯然是起因於構造運動，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30億至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。
最新哈伯太空望遠鏡的影像顯示木衛三有極稀薄的大氣，和木衛二一樣是由氧氣組成，其來源也同樣是非生物性的。
伽利略號第一次飛越木衛三就發現它在木星的龐大磁場之中還保有自己的磁場，這個磁場可能與地球一樣是緣於內部金屬的流動。
木衛四 (卡利斯托) 只比水星小一點但質量僅及其1/3。不同於木衛三，木衛四似乎沒什麼內部結構，伽利略號的最新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。如同木衛三一樣，木衛四的古老坑洞也是面目模糊的。伽利略號的最新影像顯示至少在某些地區，小型的坑洞多已遭消滅，表示更近代曾發生過一些作用，就像是它們原地倒塌了似的。而呈一直線排列的坑洞群則可能是被木星引潮力解體的星體連串撞擊而成，就像是舒梅克－李維9號彗星撞擊事件一樣。
雖然大小相近，木衛四的單純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。這種差異是行星科學家的重要研究課題，也許與木衛三的公轉軌道及引潮力演變有關。當我們研究其它較複雜的星體時，「單純」的木衛四是個很好的對照樣本，也許它正是其它伽利略衛星的早期模樣呢！
木衛四有一層極為稀薄的二氧化碳大氣。伽利略號並沒有測出它具有磁場。
內衛星
木星的內衛星指的是在伽利略衛星軌道以內的衛星。它們的公轉軌道面都與木星赤道面相當貼近。
木衛十六是 Synnott 於1979年在航海家1號影像中發現的。它和木衛十五的軌道位於共振軌道半徑與所謂的Roche極限範圍之內，它們的大小也許小到不至於被引潮力撕裂，但它們的公轉遲早會在引潮力中報銷。
木衛十五是太陽系中最小的衛星之一，它是 David Jewitt 於1979年在航海家1號影像中發現的。它和木衛十六都位在木星環中，在環中的衛星也有人稱之為「mooms」。
木衛五是在1982年9月9日由 Barnard 使用里克天文台(Lick Observatory) 的36吋 (91公分) 折射式望遠鏡發現的，它是最後一個由直接目視觀測而非分析照片所找到的衛星。它是木星的第五大衛星，與大部分的木星衛星一樣，它的公轉也已達共振狀態，且長軸總是對著木星。它是太陽系中最紅的星體，其紅色似乎源於木衛一的硫。其大小及不規則形狀意味著它是顆相當堅實的星體，它的組成可能更像是小行星而非伽利略衛星。與木衛一一樣，木衛五的輻射量高於自太陽所吸收的，這可能是導因於木星磁場中的電流。
木衛十四是 Synnott 於1979年在航海家1號影像中發現的。它面向木星的一面有3到4個大坑洞。
外衛星
伽利略衛星軌道以外的木星衛星可歸類為2群：木衛十三、木衛六、木衛十及木衛七平均距木星1千1百萬公里，它們的軌道面與木星赤道面呈約28°的明顯交角；而木衛十二、木衛十一、木衛八及木衛九則是位於2千3百萬公里處，它們的公轉都是逆行的，或說它們的軌道面與木星赤道面的交角超過90° (約150°)。這2群衛星可能是分別來自於單一的小行星，後來這2顆小行星被早期的木星所捕捉並撕裂。除了木衛六是木星第六大衛星，和木衛五差不多大以外，其它衛星都很小，其中木衛十三、木衛十二和木衛九是太陽系中最小的衛星之一。
在1999年之前，己知的木星就只有上述16顆，另外 S/1975 J1 自1975年被發現後就再也沒找到過，因而未被確認。經過20多年的沈寂之後，先是在1999年發現了 S/1999 J1；到了2000年，在11月21日至12月5日半個月的時間內，夏威大學天文研究所以研究生 Scott Sheppard 為首的研究小組，利用該大學在冒那基亞峰 (Mauna Kea) 的88吋 (2.2公尺) 望遠鏡透過廣域CCD找到了11顆木星衛星，其中 S/2000 J1 的軌道與 S/1975 J1 相同，可能不是新衛星，但總算是確認它的存在了；其它的10顆 (S/2000 J2～J11) 則是新發現，一舉創下單次發現衛星數量的新紀錄，消息在2001年初發布時震驚全天文學界。
新衛星的直徑可能都在3到8公里之間，比之前發現的木星衛星都小，而且 S/2000 J2～J10 這9顆衛星是逆行的。除了 S/2000 J1 (S/1975 J1) 之外，1999年之後發現的11顆新衛星應可分別歸入前述的2群外衛星之中。在學界進一步確認之後，國際天文學聯合會 (International Astronomical Union, IAU) 就會頒布這些小行星的正式名稱。
木星環
不像土星，木星環是暗的，反照率只有約0.05，它們可能是由小顆岩石組成，似乎不含冰。由於大氣及磁場的拖曳作用，木星環的物質可能不會停留在原處太久，伽利略號確切發現到，木星環是持續由四個內衛星產生的塵埃來補充，這些塵埃都是受木星的強大重力場所引發；而黯淡的Halo環也因木星重力場的交互作用而伸展開來。
距中心距 寬度 總質量
環名 (千km) (km) (kg)
-------- -------- ------ ------
Halo 92.0 30500 ?
Main 122.5 6440 1e13
Gossamer 128.94 100000 ?
表中「距中心距」是計至各環的內緣。
文章來源:
http://earth.fg.tp.ed...rn/enso/
