400年前發(fā)明天文望遠(yuǎn)鏡以來，天文學(xué)家門就被這顆名為木星的氣態(tài)巨行星所吸引。木星是那么的讓人賞心悅目、讓人著迷，它不僅有著不停旋轉(zhuǎn)的云團(tuán)，有著眾多的衛(wèi)星還有著名大紅斑。

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但是或許木星最讓人影響深刻的是它巨大的體積。無論是質(zhì)量、體積還是表面積，木星都是太陽系最大的，并且遠(yuǎn)超其他行星。人類認(rèn)識到它的存在已經(jīng)有幾千年，它再人類的很多文明中都扮演了重要角色。但木星為什么會有如此之大？我們對此有所了解嗎？

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尺寸、重量及軌道：

木星的質(zhì)量、體積、表面積及赤道長度分別為1.8981x1027千克，1.43128x1015立方千米，6.1419x1010平方公里及439264公里。換個(gè)角度進(jìn)行對比可以更為值觀的感受木星之大，木星直徑是地球的11倍，質(zhì)量是太陽系其他所有行星的質(zhì)量和的2.5倍。

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但是，作為一顆氣態(tài)巨行星，它有著相對較小的密度（1.326g/cm3），這只是地球密度的四分之一。這意味著雖然木星的體積是地球的1321倍，但質(zhì)量只有318倍。低密度是科學(xué)家確定木星主要是由氣體構(gòu)成的證據(jù)之一，但是對于其核心的構(gòu)成，仍然存在巨大的爭論。（詳見下文）

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木星軌道距離太陽的平均距離為778,299,000公里（5.2天文單位），近日點(diǎn)距離太陽740,550,000 公里(4.95 天文單位)，遠(yuǎn)日點(diǎn)816,040,000公里 (5.455 天文單位)。因此木星環(huán)繞太陽一周需要11.8618地球年，這意味著一個(gè)木星年相當(dāng)于地球上的4332.59天。

但是，木星的自轉(zhuǎn)速度是太陽系行星中最快的，自轉(zhuǎn)一周的時(shí)間不超過10小時(shí)（準(zhǔn)確的說是9小時(shí)55分30秒），因此一個(gè)木星年足足有10475.8木星天。木星的軌道周期為土星周期2/5，這意味著太陽系中的最大兩顆行星形成了5：2的軌道共振。

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結(jié)構(gòu)和組成

木星主要是由氣態(tài)和液態(tài)物質(zhì)構(gòu)成。這是太陽系中最大的氣態(tài)行星，有一個(gè)外部的氣態(tài)的大氣層和一個(gè)由更密集物質(zhì)組成的內(nèi)部核心區(qū)構(gòu)成。其上部大氣層按照體積計(jì)算，由88%~92%的氫氣分子和8%~12%氦氣分子組成。按照質(zhì)量計(jì)算有75%的氫氣和24%的氦氣，其余還有1%的質(zhì)量由其他元素組成。

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這個(gè)剖面圖描述了木星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，一個(gè)被液態(tài)金屬氫深深包裹在內(nèi)的巖石核心。供圖：凱爾松/維基共享

木星外部大氣中含有微量的甲烷、水蒸氣、氨、硅基化合物以及微量的苯和其他碳?xì)浠衔?。還有碳、乙烷、硫化氫、氖、氧、磷化氫和硫。在大氣的最外層也觀察到了凍結(jié)氨的晶體。

木星內(nèi)部的物質(zhì)密度更大，按質(zhì)量計(jì)算，大約有71%的氫、24%的氦和5%的其他元素。根據(jù)推測，木星的核心是一個(gè)密集的元素混合層——周圍是液態(tài)金屬氫和一些氦，外層主要是分子氫。地核也被猜測為巖石，但這仍然是未證實(shí)的。

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1997年，引力測量結(jié)果證明了木星核的存在，其質(zhì)量是地球質(zhì)量的12 - 45倍，相當(dāng)于木星總質(zhì)量的4%-14%。地核的存在也得到了行星形成模型的支持，這些模型表明在木星形成初期，存在一個(gè)由巖石或冰構(gòu)成的地核從原太陽系星云中收集所需的氫和氦。

然而，由于高溫液態(tài)金屬氫與熔融地核產(chǎn)生的對流，可能地核已經(jīng)收縮。因此地核現(xiàn)在可已經(jīng)不存在，但在上述分析均需要進(jìn)一步的分析。2011年8月發(fā)射的“朱諾號”任務(wù)(見下文)有望對這些問題提供一些見解，從而在核心問題上取得進(jìn)展。

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隨著深入木星的核心，溫度和壓力都是穩(wěn)步升高的。木星“表面”的壓力和溫度分別問10巴和340開爾文（67攝氏度，152華氏度）。木星“相變區(qū)”（氫由氣態(tài)變?yōu)榻饘賾B(tài)）溫度通常被認(rèn)為有10000開爾文（9700攝氏度，17500華氏度），壓力為200000兆帕。木星“核心”溫度估計(jì)會達(dá)到36000開爾文（35700攝氏度，64300華氏度），壓力會接近3~4.5x106兆帕。

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作者: universetoday

FY: 大衛(wèi)高怕飛

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