太陽系相比于整個宇宙，猶如一粒微塵般毫不起眼；我們所在的藍色地球相比于整個太陽系，也如同一粒微塵。我們人類，在這粒微塵之上，仰望星空，想象著有朝一日，能夠遍訪宇宙中的所有星球，能夠游歷宇宙中的每一個角落。 在之前的系列中，我們已經拜訪過了太陽系的所有類地行星。類地行星都有鮮明的巖石圈邊界，因此可以腳踏實地地去考察，這可是我們地質地球所的專長。然而太陽系八大行星的另外四顆——我們稱之為巨行星——它們并沒有一個類似于地面的東西，來讓我們登陸拜訪。 不過，航空、航天、航海，同樣是地球科學研究的常見載體。四顆巨行星的復數個的巖石衛(wèi)星，也有著值得考察的非凡特性。所以今天，我們就來看看離我們最近，也是太陽系最大的巨行星：木星。 木星： 太陽系的真正強者 木星是太陽系真正的強者。跟木星比起來，太陽系的其它行星都是DD。 壹 圖注：真正的強者：木星 木星的質量，是太陽質量的千分之一，聽起來似乎不大。但是實際上，木星的質量是太陽系其他七大行星的質量的總和的2.5倍還多，大約等于318個地球質量！而從體積上來說，我們所熟知的，木星的標志性景觀現象——木星大紅斑，完全可以容納得下整個地球。 圖注：木星與太陽、木星與地球的對比 木星體積很大，盡管離我們很遠，它在夜空中也非常明亮，是夜空中第三亮的天體，僅次于月亮和金星。它的反光，甚至已經強到足夠形成影子了。 圖注：月亮旁邊那顆亮星就是木星 按理說，按照小說的一致套路，大凡是身形龐大的家伙，行動必然遲緩。然而木星卻是個“敏捷的胖子”。木星的自轉周期大約是9.925小時，是整個太陽系中自轉最快的行星。體積大，轉的快，這就形成了一個顯而易見的后果，這個胖子變得很扁。就算是用入門級的天文望遠鏡，也可以看出，其赤道要比兩極直徑更大，大約相差將近一個地球還多。 圖注：描述木星需要用地球作為單位…… 木星的很多特殊性質，都跟其碩大，龐大，巨大，宏大，偉大……總之非常非常大的體型，以及作為一個“敏捷的胖子”的本性有關。 木星很大，但是自轉又很快，赤道地區(qū)的轉速達到12.6km/s——這比脫離地球的所謂“第二宇宙速度”；11.2km/s，還要快，作為對比，地球赤道地區(qū)的轉速只有460m/s，相差27倍。木星的大紅斑，就是因為超高速的表面風，形成的一種湍流風暴。暴躁而充滿破壞欲，這是木星這個平和的名字下隱藏的特性。 圖注：旅行者1號拍攝的木星， 32天每10個小時拍攝一張圖片的合成 高速自轉的流體，就像線圈里流動的電流，使得木星具有了強大的磁場。這個磁場遠比地球的磁場強，赤道地區(qū)約有0.42mT，兩極地區(qū)則達到1.0-1.4mT。地球兩極的磁場，大約只有0.06mT，弱了20倍。這樣強的磁場，使得木星兩極產生了絢爛的極光。 圖注：哈勃望遠鏡拍攝的木星極光 這么狂暴的環(huán)境，木星恐怕是登陸不成。臣妾做不到啊.jpg 所以，我們先把目光轉向木星的幾顆衛(wèi)星?？纯匆顷懣疾炷切┬l(wèi)星，大概需要什么條件。這絕對不是慫了，而是遵從心的呼喚。 圖注：木星和它最大的四顆衛(wèi)星 貳 木星的衛(wèi)星 貳 假裝是一個標題 假裝是一個沒有靈魂的副標題 木星已確認有79顆天然衛(wèi)星，大小迥異。一般來說，我們最關心其中最大的四顆，也即木星的主衛(wèi)星群，分別是木衛(wèi)一：Io（伊奧）；木衛(wèi)二：Europa（歐羅巴）；木衛(wèi)三：Ganymede（蓋尼米德）；木衛(wèi)四：Callisto（卡利斯托）。 這四顆衛(wèi)星于1610年前后，被伽利略（沒錯就是那個發(fā)明了伽利略望遠鏡的人）用30倍光學望遠鏡觀測到并記錄下來，因此也被稱為木星的“伽利略衛(wèi)星”（Galileo moons），這四顆衛(wèi)星占到木星衛(wèi)星總質量的99.999%。 四顆衛(wèi)星中的前三顆，形成了1：2：4的公轉周期軌道共振，他們可能是由木星的原始吸積盤形成的。 圖注：伽利略衛(wèi)星的軌道共振 1 木衛(wèi)一：Io 圖注：Galileo拍攝的木衛(wèi)一真彩圖像。 如果要說太陽系內什么地方最接近煉獄的話，那么木衛(wèi)一可能就是這樣一個地方。 木衛(wèi)一是全太陽系已知的天體中最干燥的地方，含有最少的水分子。其表面已知有超過400座活火山，是太陽系地質活動最活躍的地方。上圖中的那些黑點和孔洞，就是火山口?；鹕街辛魈食鰜淼膸r漿，涂布在木衛(wèi)一的表面，形成五顏六色的地表?；钴S的地質活動，是由于木星，以及木衛(wèi)二、木衛(wèi)三、木衛(wèi)四的引力潮汐，共同作用于木衛(wèi)一上。木衛(wèi)一內部的物質，像一個面團一般不停被搓圓捏扁，因此爆發(fā)出火山。 圖注：僅僅八年，木衛(wèi)一上地形就發(fā)生了很大的改變。 這樣的地方對一般人而言是地獄，但對于地質學家和地球物理學家來說絕對是不可多得的實驗室。火山，地震，潮汐在這里輪番上演，值得研究的事例必然多不勝數。 科學研究首先要做好防護，正所謂安全第一。 木衛(wèi)一的表面，火山噴發(fā)出有毒有腐蝕性的氣體，首先需要對這些揮發(fā)分和噴出物做好防護。 圖注：新視野號探測器拍攝到的木衛(wèi)一火山，將物質噴發(fā)到距其表面330km高空 此外，儀器和人員裝具的耐高溫性能也一定要好，這里四處巖漿橫流。 圖注：伽利略號拍攝的相關區(qū)域的巖漿流 木衛(wèi)一幾乎沒有大氣，其較小的重力，以及來自木星的強大的重力拖曳，也不足以讓其維持住火山噴出的氣態(tài)物質。那么這些物質去哪里了呢？ 圖注：月球、木衛(wèi)一、地球的尺度對比 原來，這些物質在噴出木衛(wèi)一之后，被木星的強大磁場（之前提到過）所捕獲，形成一圈甜甜圈形狀的等離子體環(huán)，這個等離子體環(huán)是目前空間科學的熱點研究目標，如果感興趣的話，歡迎大家報考地質地球所的空間物理專業(yè)。（因為打廣告而被領導拖走） 圖注：木星的甜甜圈狀等離子體環(huán) 因為這個等離子體環(huán)的存在，木衛(wèi)一表面被加速后的等離子體轟擊。人員在木衛(wèi)一的表面，還必須做好電離輻射的防護。 2 木衛(wèi)二：Europa 圖注：伽利略號探測器拍攝的木衛(wèi)二 木衛(wèi)二的名字，歐羅巴，來自于希臘神話神王宙斯的愛人Europa，宙斯在羅馬神話里就對應著神王Jupiter。順便一提，剛才的木衛(wèi)一Io，以及接下來要提到的Callisto，還有Ganymede（是個男神，男的），也是宙斯這個渣男的愛人。 木衛(wèi)二是四顆伽利略衛(wèi)星中最小的一顆，比地球的月亮稍微小一點點。但與月亮不同，歐羅巴擁有太陽系最光滑的固態(tài)表面。目前認為，她的表面有一層薄薄的冰殼，冰殼下面則是對流的固態(tài)冰，或者液態(tài)的水——也就是海洋。 圖注：木衛(wèi)二的兩種可能的表面結構 那么說到這兒就已經很明顯了，去木衛(wèi)二，我們需要帶上最好的鉆頭，去鉆取冰心樣本。也要帶上地震儀，去看看在這厚厚的冰蓋下，到底有沒有一片液態(tài)的海洋等待我們去遨游。 圖注：坐上潛水艇去探索木衛(wèi)二冰面下的秘密世界 如果幸運的話，我們隨身攜帶的潛水服可能也會派上用場。之前在木衛(wèi)一干渴得不行的喉嚨，也可以在這里得到一些滋潤——不過記得水還是要煮開再喝。 但是，由于木星磁場的影響，木衛(wèi)二表面的輻射還是非常強！稍微暴露在外界就會導致嚴重的疾病，所以還是要做好輻射防護。 3 木衛(wèi)三：Ganymede 前面的歐羅巴已經夠“水”的了，可是還有更水的！ 木衛(wèi)三，蓋尼米德，經過分析發(fā)現，木衛(wèi)三大約由等量的硅基巖石和水組成！ 圖注：木衛(wèi)三的圈層結構，兩層冰夾一層水。 根據科學家的分析，Ganymede也許擁有全太陽系最大的海洋，水深可能達到800km。而由于潮汐和內部熱源的作用，Ganymede的海底也許會比冰水二相點（在地球上是0攝氏度）高40攝氏度——這意味著生命可能也存在于這片海洋中。 此外，木衛(wèi)三是整個太陽系最大的衛(wèi)星，大于月球，甚至比行星水星還要大一點。較大的體積和質量，以及流體的內核，使他像地球一樣，具備了內生的磁場。對于一顆衛(wèi)星來說，這是極為難得的。 圖注：木衛(wèi)三的磁場結構圖， 木星在右邊，軌道方向為垂直紙面向外，磁場與木星磁場結合在了一起。 由于內生的磁場，木衛(wèi)三上也有極光。 而這簡直太棒了，也許這里就是人類的下一個家園呢？比如未來水世界？ 所以需要帶上什么還用得著說么？當然是帶上全套家當啊~比如烤魚用的爐子和煮湯用的鍋……不是，我的意思是地質錘、羅盤、野簿，還有重磁電震的各類儀器！ 4 木衛(wèi)四：Callisto 圖注：伽利略探測器2001年拍攝的木衛(wèi)四 木衛(wèi)四相比起前面的木衛(wèi)三，木衛(wèi)二，似乎就沒有那么有趣了。 根據現在的調查，木衛(wèi)四似乎并沒有完全分異，各種組分在其圈層結構內混合在一起。在木星的磁場環(huán)境中，木衛(wèi)四呈現出很高的電導率，一般代表它含有大量的水。木衛(wèi)四顯得有點離群索居，并沒有跟前三位兄弟一起，跳起軌道共振的舞蹈。它的軌道半徑比較大，距離木星很遠。 但是這些特性，使其成為一顆很安全的天體。 由于圈層分異不顯著，軌道又很外圍，其地質結構非常穩(wěn)定。距離木星很遠，從而躲開了那個甜甜圈形狀的等離子體環(huán)，輻射很低。同時巖石含水量又比較高。如果用電解水的方法來生產燃料，那么完全可以將這里改造為一個探索木星系的驛站。 圖注：在木衛(wèi)四上建立前哨驛站 也就是說，如果將來有機會拜訪，地質學家們可能只需要帶好身份證和信用卡，來這里享受熱水、熱湯、舒適穩(wěn)定的床鋪，以及價格公道的飛船加油服務。 聽起來其實也很不錯。 回到木星 叁 但是等一下，我們最終還是要探索木星的不是么？不能因為一點點困難就被嚇倒?。?2.6km/s的風呼嘯吹過） 圖注：Juno探測器拍攝的木星 木星籠罩在厚厚的云層下，其可能存在固態(tài)的核心，但是可能不是人類輕易能夠到達的地方。其大氣層的狂暴的風暴，也不是現在的科學技術能夠哪怕想象出一種飛行器，來在內部航行的。最堅固的機翼會折斷，最厚實的氣球會被撕碎，火箭會迅速失去平衡。 科學家可能要像蜻蜓點水一樣，在木星的大氣層淺表輕輕一觸，采集一點樣本，然后立刻退出大氣層。 所以各位讀者有沒有什么好的想法呢？（抄評論預警） 肆 按照慣例，總結一下 貳 假裝是一個標題 假裝是一個沒有靈魂的副標題 為了探索木星這樣一個豐富多彩，危險與機遇并存的世界，我們需要： 首先，做好防輻射的工作，以抵抗木星甜甜圈的傷害。 第二，請教一下夏威夷那邊的科學家，在充滿毒霧和巖漿的火山口，如何開展科研。 第三，帶好鎬頭和鉆機，還有潛水服，以便在木衛(wèi)二和木衛(wèi)三撈魚吃。 第四，隨身攜帶小水槽和碳棒，也許可以現場制取火箭燃料。 第五，詳細詢問本文的讀者有沒有什么好辦法可以去木星本體上逛一逛。 最后，帶好自己的毛巾！ 然后跟志同道合的人一起，用好奇心，去戰(zhàn)勝一切不可能！ 美編：張 岳 校對：李玉鈐
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