太空探索

木星:一場風暴,為什麼能刮幾百年?

木星大得能裝下約一千個地球,卻沒有可站立的地面。它的條紋是高速雲帶,大紅斑則是一場持續了數百年的巨型風暴。

木星:一場風暴,為什麼能刮幾百年?

如果把木星想成一個空心大球,體積足以塞進 1300 多個地球。它的直徑約 139820 公里,質量約為其他七顆行星總和的 2.5 倍,是名副其實的“行星巨人”。木星距太陽約 5.2 個天文單位,繞太陽一週需要約 11.86 年;它沒有可供站立的固體表面,卻有醒目的大紅斑和龐大衛星家族。

一層層深入:氣態巨行星的內部

木星沒有可以“著陸”的表面。從雲頂向下,首先是數千公里厚的分子氫大氣,其中混雜著氦氣和少量甲烷、氨;雲頂溫度僅約零下 145 攝氏度。隨著深度增加、壓力飆升,氫被壓成液態,再繼續向下,液態氫在數百萬個大氣壓下變成能導電的 金屬氫——正是這層快速轉動的金屬氫海洋,為木星產生了太陽系行星中最強的磁場。最深處是一個由岩石和冰組成的彌散核心,朱諾號的測量表明它並非邊界分明的硬球,而是向外漸變。木星和太陽都富含氫、氦,但木星的質量遠不足以點燃恆星核聚變。

木星內部結構剖面示意:由外向內依次為分子氫、液態氫、金屬氫與巖冰核心,圖中還畫出了光環、極光與伽利略衛星的軌道;本機化配圖
木星內部結構剖面示意:由外向內依次為分子氫、液態氫、金屬氫與巖冰核心,圖中還畫出了光環、極光與伽利略衛星的軌道;本機化配圖

大紅斑:颳了三百多年的風暴

木星南半球那顆標誌性的橙紅色橢圓,是一場比整個地球還大的反氣旋風暴。它目前東西長約 1.6 萬公里,邊緣風速超過每小時 400 公里,幾天才轉完一圈。人類對它的觀測史至少可追溯到 17 世紀,意味著這場風暴已經持續颳了 三百多年。近幾十年的觀測顯示大紅斑正在緩慢縮小,邊緣風速反而在加快,它未來會變成什麼樣,仍是未解之謎。

2017 年 7 月朱諾號近距離飛掠時拍下的大紅斑特寫,紅色渦流的細節纖毫畢現
2017 年 7 月朱諾號近距離飛掠時拍下的大紅斑特寫,紅色渦流的細節纖毫畢現

飛船能降落在木星上嗎?

不能像降落在火星那樣“踩到地面”。木星從雲層向下會逐漸變成越來越緻密、越來越熱的流體,沒有清楚的固體分界線。飛船下潛時,壓力會像不斷加深的海水一樣迅速增大,只是猛烈得多,最終會把普通探測器壓壞、燒燬。

伽利略號的大氣探針曾在 1995 年進入木星大氣,傳回約一小時資料後失聯。它不是撞到地面才停止,而是在更深、更熱、更高壓的環境中結束工作。

伽利略衛星群:一個小型太陽系

1610 年,伽利略把望遠鏡對準木星,發現了四顆大衛星,徹底動搖了"一切天體繞地球轉"的舊觀念。木衛一是太陽系火山活動最劇烈的天體,硫磺噴泉不斷重塑它的表面;木衛二冰殼之下藏著液態海洋,是尋找地外生命的熱門目標;木衛三直徑約 5268 公里,比水星還大,是太陽系最大的衛星,還擁有自帶磁場;木衛四則佈滿古老撞擊坑,像一部凝固的太陽系編年史。如今木星已確認的衛星超過 90 顆。

四顆伽利略衛星按真實比例合成(從左至右:木衛一、木衛二、木衛三、木衛四)
四顆伽利略衛星按真實比例合成(從左至右:木衛一、木衛二、木衛三、木衛四)

探測史:從伽利略號到朱諾號

20 世紀 70 年代,先驅者 10、11 號與旅行者 1、2 號先後飛掠木星,拍下第一批近距離照片。1989 年發射的伽利略號於 1995 年 12 月抵達,成為第一顆環繞木星的探測器,還投放了人類迄今唯一一枚進入木星大氣的探針;2003 年它受控墜入木星,以免汙染可能存在生命的木衛二。2011 年發射的朱諾號於 2016 年 7 月 4 日 進入木星極地軌道,測繪引力場與磁場、俯瞰極地氣旋,並近距離考察幾顆大衛星。截至 2026 年,NASA 仍把它列為執行中的任務。接下來,歐洲的 JUICE 探測器預估於 2031 年抵達木星系,NASA 的歐羅巴快船預估於 2030 年進入木星系統。

藝術想像圖:朱諾號探測器在木星雲頂之上運行
藝術想像圖:朱諾號探測器在木星雲頂之上運行

太陽系的清道夫與引力盾牌

木星的巨大引力會強烈改變彗星和小行星的軌道:有些被甩出內太陽系,有些被送往新的軌道,也有些直接撞上木星。1994 年蘇梅克-列維 9 號彗星撞擊木星,留下了一串地球大小的暗斑。把木星簡單叫作 引力盾牌 並不完全準確,因為它既可能減少某些撞擊,也可能把天體推向內側;可以確定的是,沒有木星的“引力排程”,今天的太陽系會很不一樣。它還在小行星帶掃出“柯克伍德空隙”,並讓大量特洛伊小行星聚集在自身軌道前後。

參考資料