木星是太阳系中排名第五、体积和质量均为最大的一颗行星。它不仅拥有其他所有行星总质量的两倍半,还约为太阳质量的千分之一。它的直径约为地球的11倍,是太阳直径的十分之一。作为类气态巨行星,木星主要由氢和氦组成,其大气占76%氢和24%氦(按质量计算),大气中还掺杂着微量的碳、氧、硫、氖和多种化合物,如氨、水蒸气、磷化物和碳氢化合物。木星的名字源自古罗马的主神朱庇特,象征着至高无上的力量。在地球夜空中,木星仅次于月球和金星,是第三亮的天然天体。
人类对它的观察历史可追溯至史前时代。 从形成角度来看,木星是太阳系中最古老的行星之一,约在太阳诞生后一百万年内形成,远早于地球。其诞生位置被认为是在太阳系内的雪线或更远处,那里温度低到能让水等挥发物凝结成固态物质。初期它先形成了坚实的核心,随后积累了大量氢气和氦气形成庞大的气态包层。随着质量的增加,木星最终在三至四百万年的时间里形成并对早期太阳星云产生了显著的引力影响。根据"大鞭假说",木星在形成早期经历了显著的轨道迁移,从约3.5天文单位处向太阳内部缓慢移动,再由于与土星的轨道共振,最终调整至现今约5.2天文单位的轨道,这一过程严重影响了内侧行星的形成环境,尤其是地球的诞生。
木星的轨道几乎呈圆形,偏心率仅为0.0489,平均距离太阳5.2个天文单位,绕太阳公转一周约11.86年。它的自转速度则高达太阳系最快,约为十小时一个自转周期,这导致木星呈现为明显的扁球体形状,赤道半径比极半径多出近6.5%。这种快速旋转也促进了大气层风暴和带状结构的形成。木星的轴倾角仅约3.13度,因此其季节变化极小。 从内部结构来看,木星包含一个被金属态氢包围的扩散核心,该核心混合了较重元素,估计质量相当于地球的7至25倍。越接近中心,压力和温度越高,内核温度估计达2万开尔文,压力超过4000吉帕。
木星内部的金属氢层因其导电性而产生了极强的磁场,这是太阳系中最强大的行星磁场。磁场倾斜约10度,其磁层远远超出行星本身,甚至延伸至土星轨道附近。木星磁场的动态与其卫星尤其是火山活跃的伊奥密切相关,火山释放的硫化物与磁场相互作用,产生强烈的电离带和射电波。 大气层是木星最具特色的组成部分。其最外层覆盖着由氨晶体形成的云层,被明暗参差的带状云纹所分隔。气流速度极快,带状云的边界处风暴频发,著名的"大红斑"即为持续了数百年的巨型反气旋风暴,直径超过地球,正缓慢缩小但依然活跃。
云层还散布有雷电云、龙卷风等多种复杂天气现象。近年来,侦测发现氨水混合球状物质"蘑菇球"伴随着"浅层闪电",在云层较上方释放能量。 木星拥有大量卫星,截至2025年已知的天然卫星数目达到97个,其中以伽利略卫星 - - 伊奥、欧罗巴、甘尼米德和卡利斯托 - - 最为著名,这些卫星体积巨大,甘尼米德甚至比水星还大。三颗卫星之间存在轨道共振关系,通过潮汐力相互影响,导致诸如伊奥极端的火山活动和欧罗巴可能存在地表下液态海洋。这些卫星的研究对于探索太阳系给生命提供的可能环境具有重大意义。 木星的环系统相比土星较为隐微,主要由尘埃组成而非冰晶,涵盖主环、幽灵环和光环等三个主要环带。
环材料的来源大多为木星引力捕获的小卫星碎片,且环的颜色偏红,具体成分尚未完全揭示。环的年龄未知,或与木星形成同步。 多次探测任务对木星进行了不同层面的揭示。1973年起,先锋号和旅行者号等飞越探测器提供了首批近距离影像和数据,确认了行星的辐射带和带状云系。1995年伽利略号实现木星首次轨道飞行,深入观测了大气及卫星特性。2016年发射的朱诺号进入极地轨道,利用先进仪器获得了高清的极地云层图像、磁场和重力场数据,极大地丰富了对其内部结构和大气动力学的认识。
未来欧洲航天局的木卫三探索者(JUICE)与美国的欧罗巴飞掠者也将进一步揭示木星及其冰卫星的秘密。 由于木星在太阳系中的巨大质量和引力影响,它在小行星带形成间隙和彗星动力学中发挥着重要作用,是太阳系演化史不可或缺的"守护者"之一。然而关于它对内侧行星的保护作用,目前科学界仍存在争议,因其复杂的引力作用既可阻挡也可能引导彗星进入内太阳系。 木星的文化意涵也极为丰富,自古巴比伦、希腊、罗马到中国、日本等文明都将木星与天神、时间和命运联系在一起,形成了多样化的神话和占星体系。它作为人类观测天空的重要目标,持续激发着科学与文化的融合探索。 综上所述,木星不仅是太阳系体量最大的行星,更是我们理解行星形成、大气动力学和卫星环境的重要实验室。
它的巨大影响力,无论是在太阳系的物理结构、天文探测,还是在文化传承中,都展现出无可替代的核心角色。随着空间技术的发展,未来对木星的探索将揭示更多深藏的秘密,帮助人类更好地理解宇宙乃至生命的起源。 。
