美丽妖艳八大行星与第十大行星

水星是最靠近太阳的行星，它与太阳的角距从不超过28°。早在公元前3000年的苏美尔时代，人们便发现了水星，中国古代称水星为辰星。古时候西方人以为水星是两颗行星，他们在暮色中见到它时，称它为墨丘利，在晨曦中见到它时，称它为阿波罗。后来人们知道了墨丘利和阿波罗就是同一颗星，就称水星为墨丘利。 仅有水手10号探测器于1973年和1974年三次造访水星。它仅仅勘测了水星表面的45％（并且很不幸运，由于水星太靠近太阳，以致于哈博望远镜无法对它进行安全的摄像）。 水星的轨道偏离正圆程度很大，近日点距太阳仅四千六百万千米，远日点却有7千万千米。在1962年前，人们一直认为水星自转一周与公转一周的时间是相同的，从而使面对太阳的那一面恒定不变。这与月球总是以相同的半面朝向地球很相似。但在1965年，通过多普勒雷达的观察发现这种理论是错误的。现在我们已得知水星在公转二周的同时自转三周，水星是太阳系中目前唯一已知的公转周期与自转周期共动比率不是1:1的天体。 由于上述情况及水星轨道极度偏离正圆，将使得水星上的观察者看到非常奇特的景像，处于某些经度的观察者会看到当太阳升起后，随着它朝向天顶缓慢移动，将逐渐明显地增大尺寸。太阳将在天顶停顿下来，经过短暂的倒退过程，再次停顿，然后继续它通往地平线的旅程，同时明显地缩小。在此期间，星星们将以三倍快的速度划过苍空。在水星表面另一些地点的观察者将看到不同的但一样是异乎寻常的天体运动。 地球每自转一周就是一昼夜，而水星自转三周才是一昼夜。水星上一昼夜的时间，相当于地球上的176天。与此同时，水星也正好公转了两周。因此人们说水星上的一天等于两年。由于水星在近日点时总以同一经度朝着太阳，在远日点时以相差90°的经度朝着太阳，所以水星随着经度不同而出现季节变化。 地球每自转一周就是一昼夜，而水星自转三周才是一昼夜。水星上一昼夜的时间，相当于地球上的176天。与此同时，水星也正好公转了两周。因此人们说水星上的一天等于两年。由于水星在近日点时总以同一经度朝着太阳，在远日点时以相差90°的经度朝着太阳，所以水星随着经度不同而出现季节变化。

 

望远镜下的金星 金星的地表

金星，中国古代称之为太白或太白金星。它有时是晨星，黎明前出现在东方天空，被称为“启明”；有时是昏星，黄昏后出现在西方天空，被称为“长庚”。金星是全天中除太阳和月亮外最亮的星，犹如一颗耀眼的钻石，于是古希腊人称它为阿佛洛狄忒（Aphrodite)---爱与美的女神，而罗马人则称它为维纳斯(Venus)---美神。天文上金星符号，即美神梳装打扮时用的宝镜。 金星的自转很特别，自转方向与其它行星相反，是自西向东。因此，在金星上看，太阳是西升东落。它自转一周要243天，但金星上的一昼夜特别长， 相当于地球上的117天， 这就是说金星上的“一年”只有“两天”，一年中只能看到两次“日出”。金星绕太阳公转的轨道是一个很接近正圆的椭圆形，其公转速度约为每秒35公里，公转周期约为224.70天。　　金星的公转轨道很接近于正圆，且与黄道面接近重合。其公转周期约为224.7日，但其自转周期却为243日，也就是说，金星的“一天”比“一年”还长。金星是太阳系内唯一逆向自转的大行星。另外它和水星一样，是太阳系中仅有的两个没有天然卫星的大行星。 金星大气中，二氧化碳最多，占97％以上。同时还有一层厚达20到30公里的由浓流酸组成的浓云。金星表面温度高达465至485度，大气压约为地球的90倍。 星表面的温度最高达447℃，是因为金星上强烈的温室效应，温室效应是指透射阳光的密闭空间由于与外界缺乏热交换而形成的保温效应。金星上的温室效应强得令人瞠目结舌，原因在于金星的大气密度是地球大气的100倍，且大气97％以上是“保温气体”---二氧化碳；同时，金星大气中还有一层厚达20～30千米的由浓硫酸组成的浓云。二氧化碳和浓云只许太阳光通过，却不让热量透过云层散发到宇宙空间。被封闭起来的太阳辐射使金星表面变得越来越热。温室效应使金星表面温度高达465至485℃，且基本上没有地区、季节、昼夜的差别。它还造成金星上的气压很高，约为地球的90倍。浓厚的金星云层使金星上的白昼朦胧不清，这里没有我们熟悉的蓝天、白云，天空是橙黄色的。 云层顶端有强风，大约每小时350千米，但表面风速却很慢，每小时几千米不到。十分有趣的是，金星上空会像地球上空一样，出现闪电和雷暴。 金星的内部构造可能与地球非常相似：一个直径3000千米的铁质内核，熔化的石头为地幔填充大部分的星球。从Magellan飞行器最近返回的重力数据表明金星的外壳比早先假定的硬得多，厚得多。就像地球，在地幔中的对流使得对表面产生了压力，但它由相对较小的许多区域减轻负荷，使得它不会像在地球，地壳在板块分界处被破坏。 金星没有磁场区，也许是由于较慢的自转速度引起的。

 

火星按离太阳由近及远的顺序为第四颗行星。肉眼看去是一颗引人注目的火红色的亮星。它缓慢的穿行于众恒星之中，从地球上看火星时而顺行，时而逆行。火星最暗视星等约为＋1．5等，最亮时比最亮的恒星天狼星还亮，达-2.9等，这是由于地球和火星分别在各自的轨道上运行，它们之间的距离总在不断变化。火星荧荧如火，亮度常变，位置不定，令人迷惑，所以，中国古代称火星为“荧惑”。而在西方古罗马的神话中，把它想象为身披盔甲浑身是血的战神“马尔斯”（Mars），即希腊神话中的战神阿瑞斯(Ares)。阿瑞斯身世高贵，其父是神王宙斯，其母是天后赫拉。天文学中火星的符号是马尔斯的长枪和盾牌的组合。 火星上的平均温度为-23℃，由于火星大气稀薄而干燥，所以它的昼夜温差很大，远远大于地球上的昼夜温差。因火星表面温度低、压力小，大气中的二氧化碳和水大致都呈饱和状态，只要气温稍一降低，二氧化碳和水蒸气就会凝结。火星大气中的水份极少，科学家估计，倘若把火星上的水冰全部融化成水，也只能在火星表面形成一个10米深的大海。与我们地球表面的波涛茫茫的海洋相比，火星上的水量就显得微不足道了。 火星大气层很薄，表面平均气压是只有7.5毫巴（约为地球的0.75%）。成分为95%的二氧化碳，3%的氮气，1.6%氢气，很少的氧气、水汽、一氧化碳、氖、氪和氙等，亦充满著很多尘埃。地表温度白天可达28℃，夜晚可低至-132℃，平均-57℃。虽然二氧化碳量是地球之数倍，但因缺乏水汽，所以温室效应只有10℃[2]，比地球的33℃低。 由于火星的自转轴有明显倾斜，亦有明显的四季变化，不过一季约为地球的两倍长。另一不同于地球的是，火星的轨道离心率比地球大，就是火星近日点、远日点的差别较大，当位于近日点时，南半球处夏季，比北半球远日点夏季所造成的升温更强，而北半球的冬天亦比南半球的冬天冷。 火 星 的 尘 暴

火星上另一个奇异特征便是每年都要刮起一次让人难以想象的特大风暴，风速之大是无法形容的。地球上的大台风，风速是每秒60多米，而火星上的风速竟高达每秒180多米。大风暴有时可以席卷整个星球。火星表面的尘暴，是火星大气中独有的现象，整个火星一年中有1／4的时间都笼罩在漫天飞舞的狂沙之中。由于火星土壤含铁量甚高，导致火星尘暴染上了桔红的色彩，空气中充斥着红色尘埃，从地球上看去，犹如一片桔红色的云。
　1971年，当美国的“水手9号”火星探测器刚刚走了一半的路程时，整个火星正被一场大尘暴所包围。火星表面70～80千米的高空被尘埃笼罩，白茫茫的一片，根本无法观测；除了赤道附近隐约见到4个坑洞外，其它地方模糊一片，什么也看不清。这场特大尘暴竟连续不断地刮了半年时间才渐渐平息下来。这在地球上是从未有过的。原来大风沙时看到的4个坑洞，竟是4个高达25千米以上的大火山。最大的火山被命名为奥林匹斯火山，高26千米，直径600千米，大约形成于近10亿年内。位于赤道下方的是一个庞大的峡谷，也就是火星上最壮观的特征之一 ---“水手谷”大峡谷。著名的水手谷长4000千米，宽约300千米，最深处达7千米。火星上南北半球地质结构很不一样，大火山、大峡谷等都在北半球。
                                              火 星 的 表 面

在干燥的火星表面上遍地都是红色的土壤和岩石。由于风沙的作用，火星表面到处是沙丘，还有类似河床的地形。这种河床地形在南半球及赤道附近分布，表明距今大约30亿年前的火星上曾像现在的地球上一样有河流，有“水”流动。 火星表面满目荒凉，一片赤红。大气中微尘的散射使天空呈现橙红色。

 

木星是太阳系中最惹人注目的一颗行星，它是行星九兄弟中的老大---个儿最大。它的亮度仅次于金星。中国古代把它叫做“岁星”，用它来纪年，因为已经知道它的公转周期近于12年。西方则称木星为“朱庇特(Jupiter)”，即罗马神话中的主神。相当于希腊神话中的王者---天神宙斯。 木星是天空中第四亮的物体（次于太阳，月球和金星；有时候火星更亮一些），早在史前木星就已被人类所知晓。根据伽利略1610年对木星四颗卫星：木卫一，木卫二，木卫三和木卫四（现常被称作伽利略卫星）的观察，它们是不以地球为中心运转的第一个发现，也是赞同哥白尼的日心说的有关行星运动的主要依据。 　　 木星在1973年被先驱者10号首次拜访，后来又陆续被先驱者11号，旅行者1号，旅行者2号和Ulysses号考察。目前，伽利略号飞行器正在环绕木星运行，并将在以后的两年中不断发回它的有关数据。 　　 气态行星没有实体表面，它们的气态物质密度只是由深度的变大而不断加大（我们从它们表面相当于1个大气压处开始算它们的半径和直径）。我们所看到的通常是大气中云层的顶端，压强比1个大气压略高。 　　 木星由90％的氢和10％的氦（原子数之比, 75/25％的质量比）及微量的甲烷、水、氨水和“石头”组成。这与形成整个太阳系的原始的太阳系星云的组成十分相似。土星有一个类似的组成，但天王星与海王星的组成中，氢和氦的量就少一些了。 　　 我们得到的有关木星内部结构的资料（及其他气态行星）来源很不直接，并有了很长时间的停滞。（来自伽利略号的木星大气数据只探测到了云层下150千米处。） 　　 木星可能有一个石质的内核，相当于10－15个地球的质量。 　　 内核上则是大部分的行星物质集结地，以液态金属氢的形式存在。这些木星上最普通的形式基础可能只在40亿巴压强下才存在，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（类似于太阳的内部，不过温度低多了）。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。同样在这一层也可能含有一些氦和微量的冰。 　　 最外层主要由普通的氢气与氦气分子组成，它们在内部是液体，而在较外部则气体化了，我们所能看到的就是这深邃的一层的较高处。水、二氧化碳、甲烷及其他一些简单气体分子在此处也有一点儿。

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木星4个多月云带变化

　　云层的三个明显分层中被认为存在着氨冰，铵水硫化物和冰水混合物。然而，来自伽利略号的证明的初步结果表明云层中这些物质极其稀少（一个仪器看来已检测了最外层，另一个同时可能已检测了第二外层）。但这次证明的地表位置十分不同寻常－－基于地球的望远镜观察及更多的来自伽利略号轨道飞船的最近观察提示这次证明所选的区域很可能是那时候木星表面最温暖又是云层最少的地区。 　　 来自伽利略号的大气层数据同样证明那里的水比预计的少得多，原先预计木星大气所包含的氧是目前太阳的两倍（算上充足的氢来生成水），但目前实际集中的比太阳要少。另外一个惊人的消息是大气外层的高温和它的密度。 　　 木星和其他气态行星表面有高速飓风，并被限制在狭小的纬度范围内，在连近纬度的风吹的方向又与其相反。这些带中轻微的化学成分与温度变化造成了多彩的地表带，支配着行星的外貌。光亮的表面带被称作区（zones），暗的叫作带（belts）。这些木星上的带子很早就被人们知道了，但带子边界地带的漩涡则由旅行者号飞船第一次发现。伽利略号飞船发回的数据表明表面风速比预料的快得多（大于400英里每小时），并延伸到根所能观察到的一样深的地方，大约向内延伸有数千千米。木星的大气层也被发现相当紊乱，这表明由于它内部的热量使得飓风在大部分急速运动，不像地球只从太阳处获取热量。 　　 木星表面云层的多彩可能是由大气中化学成分的微妙差异及其作用造成的，可能其中混入了硫的混合物，造就了五彩缤纷的视觉效果，但是其详情仍无法知晓。 　　 色彩的变化与云层的高度有关：最低处为蓝色，跟着是棕色与白色，最高处为红色。我们通过高处云层的洞才能看到低处的云层。 　　 木星表面的大红斑早在300年前就被地球上的观察所知晓（这个发现常归功于卡西尼，或是17世纪的Robert Hooke）。大红斑是个长25,000千米,跨度12,000千米的椭圆，总以容纳两个地球。其他较小一些的斑点也已被看到了数十年了。红外线的观察加上对它自转趋势的推导显示大红斑是一个高压区，那里的云层顶端比周围地区特别高，也特别冷。类似的情况在土星和海王星上也有。目前还不清楚为什么这类结构能持续那么长的一段时间。 　　木星向外辐射能量，比起从太阳处收到的来说要多。木星内部很热：内核处可能高达20,000开。该热量的产量是由开尔文-赫尔姆霍兹原理生成的（行星的慢速重力压缩）。（木星并不是像太阳那样由核反应产生能量，它太小因而内部温度不够引起核反应的条件。）这些内部产生的热量可能很大地引发了木星液体层的对流，并引起了我们所见到的云顶的复杂移动过程。土星与海王星在这方面与木星类似，奇怪的是，天王星则不。 　　木星与气态行星所能达到的最大直径一致。如果组成又有所增加，它将因重力而被压缩，使得全球半径只稍微增加一点儿。一颗恒星变大只能是因为内部的热源（核能）关系，但木星要变成恒星的话，质量起码要再变大80倍。 　　木星有一个巨型磁场，比地球的大得多，磁层向外延伸超过6.5e7千米（超过了土星的轨道！）。（小记：木星的磁层并非球状，它只是朝太阳的方向延伸。）这样一来木星的卫星便始终处在木星的磁层中，由此产生的一些情况在木卫一上有了部分解释。不幸的是，对于未来太空行走者及全身心投入旅行者号和伽利略号设计的专家来说，木星的磁场在附近的环境捕获的高能量粒子将是一个大障碍。这类辐射类似于，不过大大强烈于，地球的电离层带的情况。它将马上对未受保护的人类产生致命的影响。 　　伽利略号号飞行器对木星大气的探测发现在木星光环和最外层大气层之间另存在了一个强辐射带，大致相当于电离层辐射带的十倍强。惊人的是，新发现的带中含有来自不知何方的高能量氦离子。

　

木星光环

木星有一个同土星般的光环，不过又小又微弱。（右图）它们的发现纯属意料之外，只是由于两个旅行者1号的科学家一再坚持航行10亿千米后，应该去看一下是否有光环存在。其他人都认为发现光环的可能性为零，但事实上它们是存在的。这两个科学家想出的真是一条妙计啊。它们后来被地面上的望远镜拍了照。 　　木星的光环较土星为暗（反照率为0.05）。它们由许多粒状的岩石质材料组成。 　　木星光环中的粒子可能并不是稳定地存在（由大气层和磁场的作用）。这样一来，如果光环要保持形状，它们需被不停地补充。两颗处在光环中公转的小卫星：木卫十六和木卫十七，显而易见是光环资源的最佳候选人。 　　1994年7月，苏梅克－利维9号彗星碰撞木星，具有惊人的现象。甚至用业余望远镜都能清楚地观察到表面的现象。碰撞残留的碎片在近一年后还可由哈博望远镜观察到。 　　在夜空中，木星是空中最亮的一颗星星（仅次于金星，但金星在夜空中往往不可见）。四个伽利略的卫星用双筒望远镜可很容易的观察到；木星表面的带子和大红斑可由小型天文望远镜观测。迈克·哈卫的行星寻找图表显示了火星以及其它行星在天空中的位置。越来越多的细节，越来越好的图表将被如灿烂星河这样的天文程序来发现和完成。 液态行星 　　木星的内部结构与众行星不同，它没有固体外壳，在浓密的大气之下是液态氢组成的海洋。 　　用天文望远镜观察木星，突出的特性是它那扁球形的外貌。其赤道半径与极半径相差近5000公里。木星的赤道半径为71400公里，为地球的11.2 　　30倍。体积为地球的1316倍。质量为1.9×10克，为地球质量的317.90倍，比太阳系所有的行星、卫星、小行星等大小天体加在一起还重1.5倍。木星 　　3的平均密度是1.33克／厘米 ，比水稍大。这说明，木星的大部分物质处于 　　2气体状态。木星两极的表面重力加速度为23.22米／秒 ，赤道上为27.07 　　2米／秒 。在木星表面上，物体要有 61公里／秒的速度才能脱离木星。所以木星能束缚住大量气体而不让它们跑掉。 　　木星和其他行星一样，也围绕太阳在椭圆轨道运动，轨道半长径约为5.2天文距离单位（即与太阳平均距离约为7.78亿公里），绕太阳公转一圈为11.86年，木星虽然在太阳系中体积最大，但却是太阳系中自转最快的行星，赤道部分自转一周为9小时50分30秒。由于自转速度快，使得它的形状很扁，大气条纹沿赤道伸展。 　　木星有稠密的大气，主要成分为氢和氦，还有甲烷、氨、碳、氧及少量的铁和硫。通过天文望远镜，我们看到木星有一些明暗交替的带纹平行于木星的赤道。这些带纹是木星快速自转而产生的大气环流。它们有上千公里厚，因而使我们看不见木星的表面。带纹中有时出现寿命长短不一的亮斑或暗斑。在木星赤道以南，有一个大红斑，它于1665年被法国天文学家卡西尼发现，至今已存在300多年了。大红斑呈蛋形，宽14000公里，长30000公里。其宽度似乎不变，长度却由发现之初的30000公里逐渐延伸为40000公里，现又缩到二万多公里。大红斑不但大小有变化，而且颜色也有变化，它有时浓艳，有时暗淡。大红斑是一个含有红磷化合物的大气漩涡，朝逆时针方向旋转，温度似乎比周围的木星大气低些。 　　对木星的辐射探测使我们得知，虽然木星不发光，但它发射的总辐射却是所受太阳辐射的2.5倍。这说明木星除了反射太阳的光和热之外，还具有内能源，其核心处于高温高压状态，但还不足以产生热核反应。科学家认为，木星过剩的能量是木星形成之初，从原始星云中聚集的热能。 　　为了探测太阳系外围空间的物理情况，迄今为止，共发射了4艘宇宙飞船，即“先驱者” 10号、 11号，“旅行者” 1号和2号。它们都肩负着美国宇航局的重大科学考察项目。“先驱者10号”于1972年3月2日上午，一路上考察了行星际物质；1973年12月3日与木星会合，在离木星13万公里处飞掠而过，探测到木星规模宏大的磁层，研究了木星大气，送回300多幅木星云层和木星卫星的彩色电视图像。“先驱者11号”飞船于1973年4月6日发射，1974年12月5日到达木星。它离木星表面最近时只有4.6万公里，比“先驱者10号”近两倍。送回有关木星磁场、辐射带、重力、温度、大气结构以及4个大卫星的情况，并按地面指令调整航向，飞越在地面因视角不合适而难于观测的木星南极地带。“先驱者11号”在完成任务后，向着土星飞去。1977年8月20日和9月5日，美国又相继发射了“旅行者1号”和“旅行者2号”飞船。这两艘飞船在仪器设备方面比“先驱者”10号和11号先进。“旅行者1号”于1979年3月飞临木星，在3天之内探测了木星和4个伽利略卫星，以及木卫五，拍摄了数以千计的彩色照片，并进行了一系列科学考察。“旅行者2号”于1979年7月飞临木星，对木星进行了考察。两艘飞船在离开木星后，还要继续探测土星、天王星和海王星，然后飞出太阳系，到茫茫的宇宙中去寻找知音。 　　宇宙飞船发回的考察结果表明，木星有较强的磁场，表面磁场强度达3～14高斯，比地球表面磁场强得多（地球表面磁场强度只有0.3～0.8高斯）。木星磁场和地球的一样，是偶极的，磁轴和自转轴之间有 10°8′的倾角。木星的正磁极指的不是北极，而是南极，这与地球的情况正好相反。由于木星磁场与太阳风的相互作用，形成了木星磁层。木星磁层的范围大而且结构复杂，在距离木星140万～700万公里之间的巨大空间都是木星的磁层；而地球的磁层只在距地心7～8公里的范围内。木星的四个大卫星都被木星的磁层所屏蔽，使之免遭太阳风的袭击。地球周围有条称为范艾伦带的辐射带，木星周围也有这样的辐射带。“旅行者1号”还发现木星背向太阳的一面有3万公里长的北极光。1981年初，当“旅行者2号”早已离开木星磁层飞奔土星的途中，曾再次受到木星磁场的影响。由此看来，木星磁尾至少拖长到6000万公里，已达到土星的轨道上。 　　过去有人猜测，在木星附近有一个尘埃层或环，但一直未能证实。1979年3月，“旅行者1号”考察木星时，拍摄到木星环的照片，不久，“旅行者2号”又获得了木星环的更多情况，终于证实木星也有光环。木星光环的形状像个薄圆盘，其厚度约为30公里，宽度约为6500公里，离木星12.8万公里。光环分为内环和外环，外环较亮，内环较暗，几乎与木星大气层相接。光环的光谱型为G型，光环也环绕着木星公转，7小时转一圈。木星光环是由许多黑色碎石块构成的，石块直径在数十米到数百米之间。由于黑石块不反射太阳光，因而长期以来一直未被我们发现。 　　木星有一层厚而浓密的大气层，大气的主要成分是氢，占80％以上，其次是氦，约占18％，其余还有甲烷、氨、碳、氧和水汽等，总含量不足1％。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。 　　木星的大红斑位于南纬23°处，东西长4万公里，南北宽1.3万公里。探测器发现，大红斑是一团激烈上升的气流，呈深褐色。这个彩色的气旋以逆时针方向转动。在大红斑中心部分有个小颗粒，是大红斑的核，其大小约几百公里。这个核在周围的反时针漩涡运动中维持不动。大红斑的寿命很长，可维持几百年或更长久。 　　由于木星离太阳平均距离为7.78亿公里，因此木星的表面温度比地球表面温度低得多。从木星接受太阳辐射计算，其表面有效温度值为-168℃，而地球观测值为-139℃，“先驱者11号”宇宙飞船的探测值为-150℃，均比理论值高，这也说明木星有内部热源。 　　“先驱者号”探测器对木星考察的结果表明，木星没有固体表面，11是一个流体行星。主要是氢和氦。木星的内部分为木星核和木星幔两层，木星核位于木星中心，主要由铁和硅构成，是固体核，温度达3万K。木星幔位于木星核外，以氢为主要元素组成的厚层，其厚度约为7万公里。木幔外就是木星大气，再向外延伸1000公里，就到云顶。 大红斑

　　木星表面的大多数特征变化倏忽，但也有些标记具有持久和半持久的特征，其中最显著最持久，也是人们最熟悉的特征要算大红斑了。 　　大红斑是位于赤道南侧、长达2万多公里、宽约1.1万公里的一个红色卵形区域。从17世纪中叶，人们就开始对它进行时断时续的观测，1879年以后，开始对它进行连连续的记录，并发现它在1879～1882年，1893～1894年，1903～1907年，1911～1914年，1919～1920年，1926～1927年，特别是在1936～1937年，1961～1968年，以及1973～1974年这些年代中，变得显眼和色彩艳丽。在其他时间，显得暗淡，只略微带红，有时只有红斑的轮廓。 　　大红斑是个什么结构？为什么是红色的？如何能持续这么长的时间？要了解这些问题，仅凭地面观测实在是无能为力的。 　　1957年，第一颗人造卫星的发射，为人类进一步了解繁花似锦的宇宙竖起了一架天梯，开创了空间天文学的研究领域，使“九天揽月”的梦幻变成了事实。 　　1973年12月3日，美国宇航局发射的第一个木星探测器“先驱者10号”到达木星，一年之后，它的姊妹飞船“先驱者11号”于1974年12月2日飞掠这个巨行星。这两个探测器取得了探测外太阳系天体的非同一般的成就。它们传送回来的彩色图像，第一次向我们展示了木星云层系统的复杂性，揭示了大红斑中的气体运动，在木星的全球性云系的细微结构方面，给人一种引人入胜的新概念。 　　在“先驱者”之后，美国宇航局又在1977年8月20日和9月5日先后发射了“旅行号2号”和“旅行者1号”。由于两个探测器飞经的轨道不同， 　　“旅行者1号”于1979年3月5日先到达木星，“旅行者2号”于同年7月9日相继到达。它们拍摄了成千幅奇妙而美丽的图片，积累了大量的木星大气结构和动力学的资料。 　　按照科学家雷蒙·哈依德的理论，大红斑是位于其下面的某种像山一类的永久特征所造成的大气扰动。但是“先驱者”发现木星表面是流体，完全排除了木星外层具有固态结构表面的可能性，上述理论也就是自然被扬弃了。 　　“旅行者1号”发回的照片使人清晰地看到，大红斑宛如一个以逆时针方向旋转的巨大漩涡，其浩翰宽阔足以容纳好几个地球。从照片上还可以分辨出一些环状结构。仔细研究后，科学家们认为，在木星的表面覆盖着厚厚的云层，大红斑是耸立于高空、嵌在云层中的强大旋风，或是一团激烈上升的气流所形成的。 　　在木星上，类似大红斑的特征还有一些。譬如，在大红斑的偏南处，有3个白色卵形结构，它们首次出现于1938年。另外，1972年，地面观测发现木星的北半球上出现一个小红斑，18个月以后“先驱者10号”到达木星时，发现其形状和大小几乎同大红斑相似。再过一年，“先驱者　11号”经过木星时，这个红斑竟踪迹皆无，看来这个红斑只存在了两年左右。 　　木星上的斑状结构一般持续几个月或几年，它们的共同特点是在北半球作顺时针方向旋转，在南半球作逆时针旋转。气流从中心缓慢地涌出，然后在边缘沉降，遂形成椭圆形状。它们相当于地球上的风暴，不过规模要大得多，持续时间也长得多。 　　木星云的绚丽多彩，证明木星大气有着十分活跃的化学反应。在探测器拍摄的照片上，可以看到木星大气明暗交错的云带图形。从南极区到北极区依稀可辨17个云区或云带。它们的颜色、亮度均不相同，也许是氨晶体所组成；褐色云带的云层要深些，温度稍高，因而大气向下流动；蓝色部分则显然是顶端云层中的宽洞，通过这些空隙，方可看到晴朗的天空。蓝云的温度最高，红云的温度最低。据判断，大红斑是一个很冷的结构。令人不解的是，如果按平衡状态而言，所有的云彩都应该是白色的，只有当化学平衡被破坏后，才会出现不同的颜色。那么，是什么破坏了化学平衡呢？科学家们推测，可能是荷电粒子、高能光子、闪电，或是沿垂直方向穿过不同温度区域的快速物质运动。 　　另外，木星云的颜色还涉及到木星大气中的化学成分。从光谱分析证认出木星大气中含有5种物质：氢、氦、氨、甲烷和水，此外还推测有氢的硫化物存在。这些都是无色的。云带出现颜色，必定有其他着色物质，如硫化铵、硫化氢铵以及各种有机化合物和复杂的无机聚合物。“旅行者1号”曾在木星云层上面发现过闪电，这表明，那里可能存在着相当复杂的碳氢化合物分子。此外，在木星的背阳面，还发现了30000公里长的极光，证明木星大气受到很多高能粒子的袭击。 　　科学家认为，染色是一个微妙的过程，它包含偏离平衡状态的信息和化学成分的示踪。据推测，云的颜色与高度的相关性，可以反映形成化学反应的过程。例如，较高的区域接收到更多的日光照射和更多的荷电粒子流。某些区域会有更多的闪电，另一些区域则是垂直方向运动特别强烈的地带，等等。 　　大红斑的橙红色一直使人困惑不解。有人认为是大红斑中上升气流形成的云中放电现象。为此，美国马里兰大学的一位名叫波南贝罗麦的博士做了一个有趣的实验。他在一只长颈瓶中放上木星大气中存在的一些气体，如甲烷、氨、氢等，对这些气体施加电火花作用，结果发现原先无色的气体变成云状物，一种淡红色的物质沉淀在瓶壁上。这个实验为人们解开大红斑颜色之谜似乎提供了某种有益的启示。相当一部分天文学家认为，磷化物可以说明大红斑的颜色。 　　自从卡西尼发现大红斑以来，到今天已有300多年了，它为什么能持续如此长的时间呢？有人认为木星的大气又密又厚是大红斑长寿的主要原因，但这只是一种猜测。 　　大红斑和木星上其他卵形结构的长寿，主要包含两个问题：一个是这些斑状结构必须是稳定的，不然它们只能存在几天；另一个就是能源问题，一个稳定涡流如果没有能源维持，很快就会下沉。 　　关于能源，天文学家提出了一系列模型。“旋风”模型推论说，像大红斑这种卵形结构是巨形对流槽，它们从下面的凝聚气体中提取能量。“切变不稳定性”模型认为，它们从处于其中的区域性股流内抽取能量。还有一种模型，假设它们从较小的、由浮力驱动的涡流中获取能量。再有，就是设想大型卵形结构通过吸收小型涡流来得到能量。此外，还有孤立波理论，等等，但争议都很大。要想形成正确的理论模型，看来还要对“旅行者”的资料作进一步的分析、研究，并最好能对木星大气再作一次深入的实地考察。 　　伽利略是世界第一架天文望远镜的发明者和 4颗木星卫星的发现者。1989年，美国宇航局发射了以他的名字命名的一个木星探测器，预定在1995年12月飞抵木星。据说，它是迄今发射的最复杂、最先进的行星探测器。 　
　科学家赋予“枷利略”探测器三项使命：（1）探测木星大气层，包括化学组成、同位素比例、木星大气层垂直结构的轮廓图；木星大气层温度、压力轮廓图；木星云层的位置和结构；大气辐射能的平衡；木星闪电的出现频率及其特征等资料。（2）木星的卫星情况，提供木星系形成与演化的研究资料。 （3）了解木星磁层结构的特征。 　　为了完成这些科学考察任务，“伽利略”探测器由木星轨道器和木星大气层探测器两部分组成。后者是为深入木星大气层考察而设置的，它将在到达木星之前5小时与轨道器分开，然后在木星的巨大引力作用下，出入木星赤道附近的大气层进行探测，考察一些表征大气性质的要素，如大气层的温度、压力、大气结构等。它还将通过大气中氨冰云、氢硫铵云和水冰云，进入大气深处探测。限于观测条件，它只能工作一个小时，取得资料后发给绕木星运行的轨道器，然后由轨道器转发回地球。 　　在子探测器考察木星大气的同时，轨道器对木星本体磁层和4颗枷利略卫星进行测量。 　　“伽利略”探测器不负众望，圆满完成各项考察任务，为揭示木星大大小小的谜提供第一手资料，为提高和深化人们对木星大红斑、大气、木星本体，乃至整个木星系的认识，作出历史性贡献。 候补的“太阳” 　　木星难道仅仅是行星吗？为什么不能把它看作是颗未来的恒星，看作是正在向恒星方向发展的天体呢？读者也许会惊讶：这样提问题是否太荒唐了？本世纪80年代初，前苏联科学家苏切科夫提出木星也许是颗正在发展中的恒星这种新见解之后，确实遭到了不少非议。但是，苏切科夫的意见也并非“空中楼阁”，毫无依据。他的主要观点是：木星内部在进行热核反应，它有自己的热核能源，应该归到“能自己发热、发光”的恒星类天体里去。 　　事情真是那样子吗？ 　　木星离太阳比地球远得多，它接受到的太阳辐射也少得多，表面温度理所当然要低得多。根据计算得出的结果，木星表面温度应该是零下168摄氏度。可是，地面观测得出来的温度是零下 139摄氏度，与计算值相差近30摄氏度，这无论如何不可能是由误差造成的。让探测器在木星附近进行测量，准确程度理应更高些。“先驱者11号”于1974年12月飞掠木星时，测得的木星表面温度为零下148摄氏度，仍比理论值高出不少，说明木星有自己的内部热源。 　　对木星进行红外线测量也反映出类似情况。如果木星内部没有热源，它吸收到的热量和支出的应该达到平衡，地球和水星等类的行星的情况正是这样。木星却不然，它是支大于入，约大1.5～2.0倍，这超支的能量从哪里来呢？很明显，只能由它自己内部的热源予以补贴。 　　木星是一颗以氢为主要成分的天体，这与我们的地球有很大的差异，而与太阳相似。木星与太阳这两个天体的大气，都包含约90％的氢和约10％的氦，以及很少量的其他气体。关于木星的内部结构，现在建立的模型认为它的表面并非固体状，整个行星处于流体状态。木星的中心部分大概是个固体核，主要由铁和硅组成，那里的温度至少可以有30000度。核的外面是两层氢，先是一层处于液态金属氢状态的氢，接着是一层处于液态分子氢状态的氢；这两层合称为木星幔。再往上，氢以气体状态成为大气的主要成分。 　　具有如此结构的天体，其中心能否发生热核反应而产生出所需的能量来呢？许多人认为是可疑的，甚至不可能的。况且木星的质量并没有达到太阳质量的0.07。 　　比起太阳来，木星确实有点“小巫见大巫”。称“霸”其他行星的木星，体积只有太阳的千分之一，质量只及太阳的1／1047，即约0.001个太阳质量，而中心温度也只有太阳的五百分之一。有人认为，这并不妨碍木星内部存在热源，因为它是在木星形成过程中产生并积累起来的。 　　前苏联学者苏切科夫等的意见是颇为新颖的，他认为木星内部正进行着热核反应，核心的温度高得惊人，至少有28万度，而且还将变得越来越热，释放更多的能量。释放的速度也将进一步加快。换句话说，木星在逐渐变热，最终会变成一颗名副其实的恒星。 　　我国学者刘金沂对行星亮度的研究，从一个侧面提供了证据。他发现在过去很长的一段历史时期里，水星、金星、火星和土星的亮度都有减小的趋势，唯独木星的亮度在增大。如果前述四行星的亮度减小与所谓的太阳正在收缩、亮度在减弱有关，那么，木星亮度增大的原因一定是在木星本身。刘金沂得出的结论是：在最近2000年中，木星的亮度每千年增大约0.003等。这无异对苏切科夫等的观点作了注释。 　　此外，太阳不仅每时每刻向外辐射出巨大的能量，同时也以太阳风等形式持续不断地向外抛射各种物质微粒。它们在行星际空间前进时，木星自然会俘获其中相当一部分。这样的话，一方面木星的质量日积月累不断增加，逐渐接近和达到成为一个恒星所必需的最低条件；另一方面，在截获来自太阳的各种粒子时，木星当然也就获得了它们所携带的能量。换言之，太阳以自己的日渐衰弱来促使木星日渐壮大，最后达到两者几乎并驾齐驱的程度，使木星成为恒星。 　　这样的过程据说大致需要30亿年的时间。那时，现在的太阳系将成为以太阳和木星为两主体的双星系统；也有可能木星在其“成长”的过程中，把一些小天体俘获过来，建立以自己为中心天体的另一个“太阳系”，与仍以现在太阳为中心天体的太阳系，平起平坐。不管是哪种形式的变化，目前太阳系的全部天体，包括大小行星乃至彗星等，都将有较大辐度的变动。 　　这种大变迁会带来什么后果呢？特别是地球和地球上的人类该怎么办呢？一种观点认为，事物发生变化那是必然的，至于是否像前面提到的那样，木星变成恒星那样的天体，这只是一家之见，何况还有30亿年的漫长岁月呢！ 　　像木星内部结构之类的问题，本来就是一个假说不少、争论颇多的领域，苏切科夫等人的观点只不过使得争论更加热烈而已。在目前的观测水平和理论水平不完善的情况下，像“木星是否正在向恒星方向演变”之类的重大自然科学之谜，不仅现在无法解答，即使是在可以预见到的将来，恐怕也未必能理出个头绪。它无疑将会在很长的一段历史时期里，一直成为科学家们孜孜不倦地探讨的课题。

土星古称镇星，直径119300公里（为地球的9.5倍），是太阳系第二大行星。它与邻居木星十分相像，表面也是液态氢和氦的海洋，上方同样覆盖着厚厚的云层。土星上狂风肆虐，沿东西方向的风速可超过每小时1600公里。土星上空的云层就是这些狂风造成的，云层中含有大量的结晶氨。 在1781年发现天王星之前，人们曾认为土星是离太阳最远的行星。在望远镜中可以看到土星被一条美丽的光环围绕。土星还有较多的卫星，到1978年为止，已发现并证实的有10个，以后又陆续有人提出新的发现。 土星在很多方面像木星，如它与木星同属于巨行星，它的体积是地球的745倍，质量是地球的95.18倍。在太阳系九大行星中，土星的大小和质量仅次于木星，占第二位。它像木星一样被色彩斑斓的云带所缭绕，并被较多的卫星所拱卫。它由于快速自转而呈扁球形。赤道半径约为60，000公里。土星的平均密度只有0.70克/厘米立方米，是八大行星中密度最小的。如果把它放在水中，它会浮在水面上。土星的大半径和低密度使其表面的重力加速度和地球表面相近。土星在冲日时的亮度可与天空中最亮的恒星相比。由于光环的平面与土星轨道面不重合，而且光环平面在绕日运动中方向保持不变，所以从地球上看，光环的视面积便不固定，从而使土星的视亮度也发生变化。当土星光环有最大视面积时，土星显得亮一些；当视线正好与光环平面重合时，光环便呈现为一条直线，土星就显得暗些。二者之间的亮度大约相差3倍。 土星绕太阳公转的轨道半径约为14亿公里，它的轨道是椭圆的。它同太阳的距离在近日点时和在远日点时相差约1 .5亿公里。土星绕太阳公转的平均速度约为每秒9.64公里，公转一周约29.5年。土星也有四季，只是每一季的时间要长达7年多，因为离太阳遥远，即使是夏季也十极其寒冷。土星自转很快，但不同纬度自转的速度却不一样，这种差别比木星还大。赤道上自转周期是10小时14分，纬度60度处则变成10小时40分。这就是说在土星赤道上，一个昼夜只有10小时零14分。 土星大气以氢、氦为主，并含有甲烷和其他气体，大气中飘浮着由稠密的氨晶体组成的云。从望远镜中看去，这些云像木星的云一样形成相互平行的条纹，但不如木星云带那样鲜艳，只是比木星云带规则得多。土星云带以金黄色为主，其余是橘黄色、淡黄色等。土星的表面同木星一样，也是流体的。它赤道附近的气流与自转方向相同，速度可达每秒500米，比木星上的风力要大得多。

土星极地附近呈绿色，是整个表面最暗的区域。根据红外观测得知，云顶温度为-170℃，比木星低50℃。土星表面的温度约为-140℃。土星表面有时会出现白斑，最著名的白斑是1933年8月发现的，这块白斑出现在赤道区，呈蛋形，长度达到土星直径的1/5.以后这个白斑不断地扩大，几乎蔓延到整个赤道带。 由于这颗行星表面温度较低而逃逸速度又大（35.6公里/秒），使土星保留着几十亿年前它形成时所拥有的全部氢和氦。因此，科学家认为，研究土星目前的成分就等于研究太阳系形成初期的原始成分，这对于了解太阳内部活动及其演化有很大帮助。一般认为土星的化学组成像木星，不过氢的含量较少。土星上的甲烷含量比木星多，而氨的含量则比木星少。 1973年 4月美国发射的行星际探测器“先驱者”11号发现土星有一个由电离氢构成的广延电离层，其高层温度约为977℃。观测结果表明，土星极区有极光。 目前认为，土星形成时，起先是土物质和冰物质吸积，继之是气体积聚。因此，土星有一个直径20，000公里的岩石核心。这个核占土星质量的10%到20％，核外包围着5，000公里厚的冰壳，再外面是8，000公里厚的金属氢层，金属氢之外是一个广延的分子氢层。 1969年，一架飞机在地球大气高层对土星的热辐射作了红外观测，发现土星和木星一样，它辐射出的能量是它从太阳接收到的能量的两倍。这表明土星和木星一样有内在能源。后来“先驱者”11号的红外探测证实了这一点，测得土星发出的能量是从太阳吸收到的2.5倍。

奇 妙 的 土 星 环

　　

土星最让人着迷的便是美丽的土星环。 　　伽利略在1610年用自制望远镜观察土星时，发现土星有两个“耳朵”。他误认为土星可能是由一大二小三个天体组成，怀疑这两耳朵是两颗卫星。但他一直不敢将观察结果发表，其原因是“卫星”并没有绕土星公转，似乎永远停留不动。而更令他惊奇的是那两颗“卫星” 两年后竟然失踪，三年后又重新出现。

卡西尼环缝

卡西尼环缝

半个世纪后，荷兰天文学家惠更斯（Christiaan Huygens) 用更大更好的望远镜进行观测，才揭开了这个谜。原来那两颗“卫星”是与土星不相连接、环绕在土星赤道面上的光环。这光环由无数形状、大小不等，直径在7.6厘米～9米之间的冰块组成，以很快的速度围绕土星运转，在太阳光的照耀下呈现出各种颜色。光环的直径达27万千米，厚度为10千米左右，自东向西自转。1675年，意大利天文学家卡西尼（Giovanni Domenico Cassini）发现光环中有一圈空隙，这就是著名的卡西尼环缝。 土星环的结构在17～19世纪被陆续发现。到20世纪80年代初，至少3个探测器对土星“走马观花”，发现环的结构极为复杂。 　　人们根据地面观测和空间探测，把土星环划分为7层。距土星最近的是D环，亮度最暗；其次是C环，透明度最高；B环最亮；最后是A环。在A 环和B环之间就是著名的卡西尼环缝，缝宽约5000千米。在A环之外有E、F、G三个环，最外层的是E环，十分稀薄和宽广。

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土星环

“旅行者1号和2号”探测器把土星环的近距离照片送回后，科学家们非常吃惊：原来每一层又可细分成上千条大大小小的小环，即使被认为空无一物的卡西尼缝也存在几条小环。在照片中可见到F环有5条小环相互缠绕在一起。土星环的整体形状类似一张巨大的密纹唱片，从土星的云顶一直延伸到32万千米远的地方。 光环的颜色远看是红棕色，其实每层都稍有不同，C环是蓝色，B环内层为橙色，外层为绿色，A环为紫色，卡西尼缝是蓝色的。

强 磁 场 与 大 闪 电

　　“先驱者”和“旅行者”发回的资料表明土星具有磁场，其强度为木星磁场的几十分之一，但比地球磁场大得多。土星磁场宛如大鲸，头部圆钝，尾巴粗壮。它的奇特之处在于磁场磁轴与自转轴几乎重合，夹角为0.7°，而在地球上为12°。土星磁场的磁尾张角非常之大，是土星轨道处太阳风非常微弱的缘故。土星辐射带范围比地球的大10倍，但比木星的既小且弱。土星还具有较强电磁辐射，探测器在不久的将来在万千米外便可收到土星发出的无线电波。 　　土星上存在一种惊人的巨型雷暴闪电，跨度达六万多千米，覆盖土星周长的六分之一以上。如此大的闪电若发生在地球上，可绕地球赤道一圈半。闪电频带宽，暴发周期为几秒。