阿西莫夫最新科学指南·太阳系

　　　　　　　　[美]I. 阿西莫夫　著　　朱　岚　译

木星

　　木星，从太阳往外数第五颗行星，是行星系统中的巨人。它
的直径有142800公里，是地球的11.2倍，质量则是地球的318.4倍。
实际上，它是所有其它行星质量总和的两倍多。然而和质量是它
的1040倍的太阳比起来，它还是一个侏儒。
　　木星与太阳的平均距离是7.78×108公里，相当于地球到太阳
距离的5.2倍。即使和地球在太阳同一侧时，木星到地球的距离也
从不少于62751万公里（39000万英里）。它得到的阳光只有地球
的1/27，但由于身体庞大，在天空中依然很亮。

　
　　　　　　　　图：木星，众神之王Jupiter

　　在最亮的时候它会达到-2.5星等，比任何一颗恒星都亮得多。
金星和火星在最亮时会超过木星的亮度（金星超得更多）。但从
另一个方面来看，当金星和火星在轨道较远的部分运行时，通常
要暗淡得多。而木星则只有远离地球时才稍微显得有点儿暗，因
为它的轨道太远，所以不管它是否和我们在太阳的同一侧，亮度
几乎没有什么变化。因此，除了太阳和月球外，木星常常是天空
是最亮的天体（尤其是它可以整夜出现在空中，而金星却不能），
所以在西方木星被冠以罗马神话的众神之王的美称朱比特。

木星的卫星

　　当伽利略首次制成望远镜并将它转向天空时，他没有放过木
星。1610年1月7日，他在观测木星时，立刻看到了木星附近的 3
个光点——有2个在同一侧，1个在另一侧，都在同一条直线上。
夜复一夜，每次观看木星时，总看到这3个小天体， 它们的位置
变化就好像是从木星的一侧到另一侧摆动一样。1月13日，他又发
现了第四个。
　　伽利略断定，这4个小天体绕木星运转，如同月球绕地球运转
一样。这些是太阳系中第一批用肉眼无法看见而被望远镜发现的
天体。而且，这也是看得见的证据，说明太阳系中有些天体并不
绕地球运转。
　　开普勒给这 4个天体创造了一个名词——卫星（源自拉丁文，
意思是有钱有势者的随从）。从那之后，凡是环绕行星的物体都
叫这个名字。月球是地球的卫星，卫星1号则是一颗人造的卫星。

　
　组合图：从左至右、从上至下，分别为木卫一、木星、木卫二、木卫三、木卫四。

　　这4颗木星的卫星统称为伽利略卫星。 在伽利略的发现之后
不久， 一位荷兰天文学家马里厄斯给这4个卫星各取了一个名字。
从木星往外数，分别是伊俄（中文名木卫一）、欧罗巴（中文名
木卫二）、甘尼美德（中文名木卫三）和卡利斯托（中文名木卫
四），每个名字都和神话中的朱比特（即希腊神话中的宙斯）有
关。
　　伽利略卫星当中，最近的木卫一距离木星中心 422,000 公里
（262,000英里），差不多是月球到地球中心的距离。然而，木卫
一每1.77天绕木星一周，不像月球绕地球一周用27.32天。木卫一
之所以比月球运行得快得多，是因为木星的质量比地球大，因而
木星的引力对木卫一的吸引也远远超过地球对月球的吸引。（实
际上，木星的质量可以根据木卫一的速率计算出来。）
　　木卫二、木卫三和木卫四分别距离木星671,000、1,070,000和
1,884,000公里（417,000、665,000和1,171,000英里），并且各以3.55
天、7.16天和16.69天绕木星公转一周。木星和它的4颗伽利略卫星
就像是一个小太阳系，而这4颗卫星的发现使哥白尼的行星系统更
为可信。
　　人们可以利用卫星来确定木星的质量之后，发现木星的质量
低得惊人。木星的质量大约是地球的318.4倍，而体积却是地球的
1400倍。如果木星所占的空间是地球的1400倍，为什么没有1400
倍的地球物质，从而有1400倍的地球质量呢？答案是木星每部分
的质量要比地球相同部分的质量小。换句话说，木星的密度比地
球小。
　　事实上，木星的密度只有水星的1.34倍，即只有地球密度的
1/4。很明显，木星一定是由密度比岩石和金属小的物质构成的。
　　这4颗卫星本身则和月球差不多。4颗当中最小的是木卫二，
直径大约是3120公里（1940英里），比月球略小一点。木卫一直
径是3650公里（2270英里），差不多正好和月球一样大。木卫四
和木卫三比月球大，木卫四的直径是4840公里（3010英里），木
卫三是5250公里（3260英里）。
　　木卫三实际上是太阳系中最大的卫星，它的质量是月球的2.5
倍，事实上，木卫三明显地大于水星，木卫四则跟水星差不多。
然而，构成水星的物质密度要比木卫三大，结果木卫三只有水星
质量的3/5。靠里的两颗卫星木卫一和木卫二和月球的密度差不多，
所以必定是由岩石物质组成的。木卫三和木卫四的密度和木星相
似，所以必然是由较轻的物质组成的。
　　考虑到木星远大于地球，对木星有4颗卫星而地球只有1颗卫
星就不会感到惊奇了。事实上，如果木星的卫星没有那么多，或
地球的卫星不是那么少，那才是一件令人奇怪事情。
　　4颗伽利略卫星合在一起是月球质量的6.2倍，但仅是它们所
环绕的木星质量的1/4200。月球质量则是它所环绕的地球的1/81。
　　通常行星所拥有的卫星和自己比起来都非常小——如木星的
卫星。在所有行星中，金星和水星根本没有卫星，尽管金星和地
球大小差不多；火星有两颗，但是非常小；地球的卫星非常大，
地球和月球几乎可以被看成是一对双行星。
　　在伽利略发现木星的4颗卫星之后，将近3个世纪，没有再发
现任何木星的卫星，虽然这段时间内发现了别的行星的15颗卫星。
　　最后，1892年，美国天文学家E.E.巴纳德探测到了一个靠近
木星的光点，非常暗淡，在木星光的闪耀下几乎无法看到。它就
是木星的第五颗卫星，也是用眼睛观察发现的最后一颗卫星。从
那以后，卫星都是通过从地球上或由探测器所拍摄的照片发现的。
　　这第五颗卫星被命名为阿玛尔忒亚（中文名为木卫五。阿玛
尔忒亚是希腊神话中的一个水中仙女，她被想象为曾在宙斯婴幼
时哺过他奶）。这个名称直到20世纪70年代才被正式承认。
　　木卫五距离木星中心只有180,000公里（112,000英里），以
11.95小时的周期运行。 它比任何一颗伽利略卫星都更靠近木星，
在那样近的距离上木星的光亮使得它黯然失色，这也是经过这么
长的时间才发现它的一个原因。 另一个原因是它的直径只有250
公里（155英里），是最小的伽利略卫星的1/13，所以非常暗。
　　虽然如此，后来发现木星还有许多比木卫五还小因此也更暗
的其它卫星。这些卫星大部分距离木星很远，远在任何一颗伽利
略卫星的轨道之外。在20世纪，发现了8颗这样的外层卫星。 第
一颗在1904年，第八颗在1974年。在那时， 这8颗卫星仅按它们
的发现次序以罗马数字来表示，从木星Ⅵ到木星ⅩⅢ。
　　美国天文学家珀赖因于1904年12月发现了木星Ⅵ， 1905年1
月发现了木星Ⅶ。木星Ⅵ的直径大约是97公里（60英里），而木
星Ⅶ的直径大约是32公里（20英里）。
　　木星Ⅷ于1908年被英国天文学家梅洛特发现，而美国天文学
家尼科尔森1914年发现了木星Ⅸ，1938年发现了木星Ⅹ和木星Ⅺ，
并于1951年发现了木星Ⅻ。 这后面4颗的直径大约是24公里（15
英里）。
　　最后，1974年9月10日，美国天文学家科瓦尔发现了木星ⅩⅢ
——平均距离木星1,126万公里（700万英里）左右，大约是木星
到木卫四的6倍，外面的4颗平均距离木星2,253万公里（1,400万英
里），大约是里面4颗距离木星的2倍。
　　伽利略卫星都是在木星的赤道面上以几乎正圆形的轨道绕木
星运行。这是可以预料到的情形，这是由木星对这些卫星的潮汐
效应造成的（我将在下一章中进一步讨论这个问题）。如果某个
卫星的轨道不在赤道面上（即轨道倾斜），或者不是正圆（即偏
心圆），那么木星的潮汐效应会在一定的时间内将卫星拉回赤道
面，并使其轨道变圆。
　　但是，潮汐效应和作用物的质量成正比，却随着距离的增加
而迅速减弱，并和被作用物的大小成反比。因此尽管木星的质量
很大，对很小的外层卫星却只有很弱的潮汐效应。这样，虽然有
4颗卫星和木星的平均距离差不多，另外4颗又几乎都在另一个距
离上，却没有碰撞的迫切危险。因为每一个轨道都有不同的斜角
和不同的偏心率，所以，这些卫星在环绕行星的运行中永远不会
和其它任何一个打交道。
　　在外层卫星中的那4颗靠外的卫星， 它们的轨道倾斜的程度，
科可以说是把它们扭转得颠倒了过来。它们以反常的方式绕木星
公转，也就是顺时针运行（从木星北极的上方看），而不像其它
木星的卫星那样逆时针运行。
　　这些小的外层卫星可能是被俘获的小行星（我将在本章的后
面加以论述），而它们不合常规的轨道可能是由于它们加入木星
卫星系统的时间还不长，潮汐效应还没有来得及修正它们的轨道。
此外，天文学家能够证明，如果一个卫星以反常的轨道接近行星，
就比较容易被这颗行星俘获。
　　最近几年，所有木星的外层卫星都以冷僻的神话人物正式命
名。离木星最远的卫星是木星Ⅷ，现在叫做帕西法厄（中文名木
卫八）。它的轨道偏心率相当大，以致在轨道最远的那一点，离
木星有3300万公里（2060万英里），是月球离地球最远时的80多
倍。这是我们所知环绕行星的卫星当中距离最远的一颗。
　　木星Ⅸ称为西诺普（中文名木卫九）。它的平均距离稍大于
木卫八，因此环绕木星一周的时间更长一些。木卫九环绕木星一
周要758天，差不多相当于两年又一个月。 我们所知道的其他卫
星没有一颗有这样长的公转周期。