书城童书你不了解的太阳系之谜
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第18章 木星篇(2)

“地球上之所以能够有生命存在,全赖木星处在合适的位置,并且在合适的时间发挥了恰到好处的作用。这一事实表明,要想在宇宙的其他地方找到生命并不容易,因为像木星这样的‘生命施主爷可能在其他星系里非常罕见。”这种观点发表在《珍贵的地球》一书中,作者是华盛顿大学的古生物学家彼得·沃德和天文学家唐纳德·布朗宁。

他们认为,在宇宙中可能到处都能发现微生物的踪迹,但是更复杂的生物,特别是有智慧的生物却可能非常罕见。布朗宁说:“大概所有的行星系统都存在生命,也许在我们身处的太阳系中,甚至就有多达六七颗星球存在或者曾经存在生命。当然我指的是微生物而非动植物。”即便是在地球这样一个看上去对生命极为友好的地方,也花了长达近40多亿年的时间,才出现了能够用肉眼看到的动物。

要使一颗行星能够成为复杂生物的栖息地,沃德和布朗宁列出了许多条件:

同恒星保持合适的距离;要有适当的质量;必须为板块地质构造;有卫星;自转轴具有适当的倾斜度;大气物质的化学组成必须适当;该行星所处的恒星系统必须位于整个星系中最适宜生命存在的位置。其中,存在像木星那样的“生命施主”是最为重要的条件之一。

当然,并不是所有的天文学家都同意这样的观点。美国夏威夷大学的多比亚斯·欧文就认为下这样的结论为时过早,特别是在对星系的探索飞跃发展的今天。“从太阳系推断到外层空间应该慎之又慎。”他说,“仅凭个别例子就妄下论断是十分危险的,我们应该学会保持谦逊的态度。这就是为什么寻找并研究太阳系外的星系会如此的重要。”

寻找新的世界——太阳系以外的行星系统,正是天文学家们现在正在进行的工作。直到1994年,我们对太阳系以外是否存在行星还一无所知,可是随着观测技术的发展,例如哈勃太空望远镜的问世,如今科学家们已经发现了超过70颗太阳系外的行星,而且肯定还会有更多这样的行星将被发现。在这场寻找行星的革命当中,每个人都想知道,究竟能不能够找到像地球一样有生命存在的行星?由于太阳系以外的空间是如此广大,为了让这种寻找更加卓有成效,许多人建议集中观测那些其中存在像木星那样的大行星的恒星系统。

然而直到最近,寻找地外生命的前景仍不令人乐观。科学家们仅仅发现了一些“坏木星”——体积庞大,转速高得可怕。不过,迄今为止所找到的太阳系外的行星或许并不能代表外层空间的真实面目,因为目前所运用的方法只能找到那些轨道为非正圆的大行星和轨道长度较短的行星。

有人预言,要想知道木星在宇宙中究竟是普普通通还是独一无二,只是一个时间问题。事实上,就在2002年8月,在大熊星座北斗七星的下方已经发现了第一颗“好木星”的存在。

揭秘木星之谜

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原始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40亿帕的压强下才存在,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。

云层的3个明显分层中被认为存在着氨冰——氨水硫化物和冰水混合物。

然而,来自“伽利略号”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,在接近纬度的风吹的方向又与其相反。这些中、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),暗的叫做带(belts)。这些木星上的带子很早就被人们知道了,但带子边界地带的旋涡则由“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),并延伸到跟所能观察到的一样深的地方,向内延伸有数千千米。

木星的大气层也相当紊乱,这表明由于它内部的热量使得飓风急速运动,不像地球只从太阳处获取热量。

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。

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毅8忆的倾角。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140万~700万千米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5万~7万千米的范围内。木星的4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3万千米长的北极光。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6000万千米,已达到土星的轨道上。木星的两极有极光,这似乎是从木卫一上火山喷发出的物质沿着木星的引力线进入木星大气而形成的。木星有光环。光环系统是太阳系巨行星的一个共同特征,主要由小石块和雪团等物质组成。木星的光环很难观测到,它没有土星那么显着壮观,但也可以分成4圈。木星环约有6500千米宽,但厚度不到10千米。

揭秘彗星撞木星

苏梅克-列维9号彗星是一颗周期彗星,公转周期是11年。1993年3月27日,天文学家发现这颗彗星分裂成了21块碎块,就好像飘荡在太空中的一串珠链。当时的天文学家认为,当这串“珠链”从木星身边穿过时,会被木星引力所捕获,并在1994年7月17日至22日之间会撞向木星。

1994年7月22日,苏梅克-列维9号彗星的碎块,先后冲向木星,变成了木星上的尘埃,从此消失了。这次碰撞产生的能量,相当于20亿颗广岛原子弹爆炸的威力!爆炸产生的火球,直径达10千米,温度达7000益以上,比太阳表面的温度还要高。爆炸产生的抛射物,以每秒10多千米的速度冲上3000多千米的高空,形成了一个直径达10000多千米的暗黑色尘埃云团,几乎和地球同样大小。这个尘埃云团,一直存在了几个月之久。天文学家们发现,尽管相隔如此遥远的距离,从地球望远镜所拍摄的照片上,却仍能明显地看到苏梅克-列维9号彗星在木星上撞击出来的暗斑。

木星是未来的太阳之说

木星是八大行星中最大的一颗,可称得上是“八星之王”了。按距离太阳由近及远的次序排第5颗。在天文学上,把木星这类巨大的行星称为“巨行星”。木星还是天空中最亮的星星之一,亮度仅次于金星,比最亮的恒星天狼星还亮。

在我国古代,木星曾被人们用来定岁纪年,由此而被称做“岁星”。西方天文学家称木星为“朱庇特”,朱庇特是罗马神话中的众神之王,相当于希腊神话中无所不能的宙斯。

木星是一个扁球体,它的赤道直径约为142800千米,是地球的11.2倍;体积则是地球的1316倍;而它的质量是太阳系所有行星、卫星、小行星和流星体质量总和的一倍半,也就是地球质量的318倍。如果把地球和木星放在一起,就如同芝麻与西瓜之比一样悬殊。但木星的密度很低,平均密度仅为1.33克/立方厘米。

木星大气的成分和太阳差不多,中心温度达30000益,上层大气的温度却在-140益左右。木星上还有很强的磁场,表面的磁场强度大约是地球磁场的10倍。木星的内部结构也与众不同,它没有固体外壳,在浓密的大气之下是液态氢组成的海洋。木星的内部是由铁和硅组成的固体核,称为木星核,温度高达30000益。

木星自转速度非常快,是太阳系中自转最快的行星。它的自转轴几乎与轨道面相垂直。由于自转很快,星体的扁率相当大,借助望远镜,就能看出木星呈扁圆状。木星在一个椭圆轨道上以每秒13千米的速度围绕着太阳公转,轨道的半长径约为5.2天文单位。它绕太阳公转一周约需11.86年,所以木星的一年大约相当于地球的12年。

木星表面有红、褐、白等五彩缤纷的条纹图案,可以推测木星大气中的风向是平行于赤道方向,因区域的不同而交互吹着西风及东风,是木星大气的一项明显特征。大气中含有极微的甲烷、乙烷之类的有机成分,而且有打雷现象,生成有机物的概率相当大。

木星表面最大的特征,首推南半球的大红斑。这个巨大的圆形旋涡超过地球直径的3倍。大红斑的艳丽红色令人印象深刻,颜色似乎来自红磷。

木星是太阳系中卫星数目较多的一颗行星。迄今为止我们已经发现木星有16颗卫星,它们与木星组成了一个家族——木星系。