美國 NASA的“朱諾號”飛船，在長達5年的旅行後，於2016年7月4日晚11時53分，成功地進入環繞木星軌道。開始它長達20個月的觀測任務。木星不像地球有固態的表面，是一個氣態行星，如此一個人類到了上面站也站不住的“氣體”星球，表面溫度極低，大氣中也沒有“氧”，顯然不可能存在智慧生命，但科學家們卻十分感興趣探究它，三番五次派來使者，究竟是為什麼呢？
太陽系中的巨無霸
木星是太陽系中最大的行星，體積大到可以容納1300個地球，的確堪稱太陽系中的巨無霸。雖然“霸王”的體積是地球的一千三百多倍，但質量卻只有地球的三百倍，因為它不如地球那麼堅固緻密，屬於氣態巨星。不過，它的質量仍然超過了其他行星質量總和的2.5倍。
儘管在望遠鏡發明之前，人類應該並不確切瞭解木星之大小，但古人的直覺驚人，在許多文化中都不約而同地將木星捧為眾行星之王，西方以古羅馬神話中的眾神之王“朱庇特”（Jupiter），來命名它，也就是相當於古希臘神話中統領宇宙的天神宙斯。
中國古代將木星稱為“歲星”，因為它繞太陽運行一週的時間為12年，與中國古代紀年曆法中的地支相同，也正好是民間使用的生肖的輪迴週期。中國古人還認為地球上農業的豐收興旺或饑荒災害等，均與木星運轉週期（12年）有關係，他們將歲星看成是主管農業的星官，地位極為崇高，所在之處將五穀豐登，因此建造專門的廟宇來供奉歲星。所以，
在中國古人的眼中，木星就像一個掛在天上的大鐘，它有規律的運行，記錄和主宰著天干地支，生命輪轉，象徵著農業興衰，五穀豐收。
從伽利略開始，400年來，人類從未間斷過對木星的探索，特別是如今進入了航天時代，已經有多個航天器飛掠過了木星附近，帶給了科學家有關木星的第一手寶貴資料。但這顆巨星仍然謎團多多，它有許多特別之處吸引著天文學家們。
就觀測效應而言，木星表面看起來有紅、褐、白等五彩繽紛的條紋，類似木紋，難怪我們的祖先稱此星為“木”。有時又使人感覺木星表面的紋路類似大理石。最奇怪的是，“紋路”中還夾著一塊令人印象深刻的大紅斑。據說那是一個圓形漩渦，因為其成分中含有紅磷而使其看起來呈現紅色。
木星的第一特點當然是“大”。尺寸大到只比太陽小一個數量級，比起地球來，則要大一個數量級，見圖19-1中的左圖。木星大到你可以說不是它在繞著太陽轉，而是它和太陽一起繞著它們兩者的“質心（質量中心）”轉動。如果簡單地考慮兩體運動模型，在地球的情形，因為太陽比地球大太多，它們的質心基本上與太陽中心重合，因此，地球是“真正”繞著太陽轉（圖20-1的中圖）。而木星和太陽的質量中心，已經偏離到了太陽表面上，所以結果是木星和太陽都繞著質心轉，木星轉大圈，太陽轉小圈，如圖20-1的右圖所示。
圖20-1：木星之大（示意圖不按比例）
木星除了公轉之外，也有自轉。木星的自轉速度也破紀錄，是太陽系所有行星中最快的，對其軸完成一次旋轉的時間少於10小時。
不妨作一個有趣的設想：假設你掉到了木星上，接下來會發生些什麼呢？毫無疑問，你即使不死也會被折騰得夠嗆，或者說叫做“生不如死”。首先，木星的大氣中沒有“氧”（這也是木星的未解奧秘之一），不過，我們可以假設你攜帶了足夠的氧氣。其次，你將經受巨大的、時速上百公里的超級風暴和致命的輻射（後面將介紹），不過我們也可以假設你的宇宙服先進得足夠，能使你抵擋輻射倖免遇難。然後，如果我們考慮木星的巨大質量和體積的話，它表面的重力加速度和地面上是不一樣的，由計算的結果可知是地面加速度g的2.5倍。那麼，這將使你在掉落的過程中非常難受，除了難受之外，因為你以極高的速度穿過木星的大氣，你可能會像地球上常見到的“流星”一樣，被燃燒而最後消失。
假如你歷經了以上的磨難還僥倖活了下來並且到達了木星的所謂“表面”，你也沒法站立，因為木星的表面只不過是一個從氣態過渡到液態的氫和氦的混合“海洋”！你在這海洋中一邊漂浮一邊下沉，沉下去，再沉下去……，你將看到些什麼？感受如何？沉到何時為止？那就得由木星這類氣態巨行星的內部結構和成分來決定了。遺憾的是科學家們對這些問題的答案仍然知之甚少，只能大概作一個粗線條的簡單描述。
氣態巨行星引人關注
如果將木星像切西瓜一樣剖開，內部應該是逐層過渡的結構，壓力不斷增加，溫度不斷升高，像圖20-2所示。因為壓力升高，氣態氫（氦）將變成液態，液態氫再變成金屬氫。在木星表面的大氣頂層，溫度只有零下幾百度，但到了液態氫那一層，溫度可達8000攝氏度，高於太陽表面的溫度，高溫高壓的液態氫看起來像滾燙的岩漿，洶湧澎湃。
圖20-2：木星的內部結構
木星的組成及其內部結構，是發射朱諾號這類木星探測器的科學家們想要探測的秘密之一。木星表面由液態氫及氦組成，內部成分只能靠猜測。像木星這種液態巨星，一般被假設有
一個巖質的核心，與地球核心類似：高壓高溫。但地球的核心是由熔融的鐵和鎳構成，木星核心的成分應該主要是金屬氫，溫度和壓力都比地心高得多。核心的溫度幾萬度，壓力達幾億個標準大氣壓，外圍和核心含有大量的金屬氫（圖20-2）。金屬氫是氫氣被充分壓縮後的產物，將表現出金屬的特性，但在地球上（實驗室裡），難以得到這麼高的壓力，因此金屬氫一直未被實際觀察到，這是實驗物理學的遺憾。此外，木星的強大磁場可能就由金屬氫中的電流產生。科學家們希望能在對木星探索的過程中，得到一些相關的信息。
氣態行星引人關注，與近來20年左右天文觀測中發現的太陽系外繞其它恆星轉的行星（系外行星）有關。在已發現的幾百顆系外行星中，絕大多數都是距離恆星較近的高溫氣態巨行星，與木星頗為類似。因此，對木星的研究將加深我們對系外行星的認識，瞭解木星的形成過程將為了解其它行星的形成提供重要的線索。
比如說，氧是宇宙中僅次於氫和氦的第三大元素，但是比起太陽而言，木星上的元素成分中，重元素（氮、碳等）含量比太陽上高得多，唯獨氧元素比較稀缺，氧到哪兒去了？是否與氫原子結合成了水？那麼，木星上水佔有多少比例？有人認為木星中的氧元素含量，或水的含量，不僅能夠解釋木星大氣的諸多特殊現象，並且很可能隱藏著木星以及原太陽星雲的秘密。探索這些未解之謎有助於瞭解太陽系以及各個行星（包括地球）的形成和演化過程。
磁場和極光
作為太陽系中的老大，木星擁有非常強大的磁場。木星的磁層結構是一個人眼看不見的“巨無霸”勢力範圍。木星的表面磁場是地球磁場的50-100倍，整個磁矩是地球磁矩的18,000倍（圖20-3b）。強大的磁場與太陽風的作用相抗衡使得木星周圍形成強大的輻射帶，木星輻射帶的強度是地球輻射帶的數千倍，見圖20-3a。
圖20-3：木星的巨大磁場（圖片來源：NASA）
先鋒10號航天探測器在1973年直接測量到木星的磁場。木星的磁層中強大的電流在極區形成美麗的極光，看起來和地球上的極光類似，但地球極光是難得出現的天象，只當太陽活動異常的時候才偶露崢嶸，木星的極光雖然也會變化，但卻是“永駐”在極區的。雖然木星極光絢麗斑駁，卻不宜近處觀賞，因為木星的磁層有捕獲粒子並使粒子加速的作用，在周圍空間形成的強大輻射帶，會危害探測器電子設備及人類健康。木星強大磁場的來源、輻射帶的特點，以及神秘的極光現象，都有待揭秘。
太陽系的八大行星中，土星的光環最令人著迷。實際上木星以及天王星海王星都有光環，稱之為“行星環”，是氣態星球的特徵。不過，木星的光環昏暗如薄霧，很不起眼，在地球上很難觀測到木星環。1979年，藉助於旅行者探測器，天文學家才首次發現了木星環（圖20-3c）。木星薄環的成分是些什麼？它為什麼不能像土星環一樣保持對稱的形狀？這些未解之謎，令科學家們困惑了若干年。
木星的衛星
伽利略（Galileo，1564～1642年）對天文學的貢獻無人能比，他是改進製作望遠鏡並用它指向天空的第一人。1609年，荷蘭光學專家Lipperhey將兩個凹凸鏡片放在一起製成瞭望遠鏡，伽利略知道後立刻動手改良，造出了一具放大20倍的望遠鏡。伽利略當時身為數學家，原來想用望遠鏡來觀測天象以求證數學之美，沒想到小小的鏡頭為他展開的是一片全新的物理視野，他看到了月亮表面的陰影，表明月面凹凸不平；他看到了銀河由許多星星組成，表明地球以外的宇宙之大；他發現金星滿盈現象，與托勒密地心說不符合……。這些使伽利略激動不已的新發現，不被當時權威的宗教統治者所接受，而且實際上為被視為異端的哥白尼日心說間接提供了證據。
科學家在新發現面前總是欲罷不能，伽利略在好奇心驅動下繼續觀察。1610 年 1 月 7 日這一次，他將望遠鏡對準了木星，發現木星總是被3顆星伴隨著。伽利略開始以為這是與木星不相干的另外3顆恆星：“我在今晚觀察木星，我看見木星旁邊有三顆恆星，它們非常小，肉眼根本看不見…… ”過後幾天，伽利略在木星旁邊又發現另1顆，總共4個光點，像4顆兵乓球一樣陪伴在木星身邊。接連好些天的觀察事實讓伽利略認識到，那4顆星不是恆星，它們除了一直隨著木星運動之外，還圍繞著木星轉動，所以，和月亮繞地球轉一樣，它們應該是木星的衛星！
因此，這個結論間接說明了地球不是宇宙的中心，因為除了地球之外，起碼還有那4顆星，是繞著另外一箇中心：木星旋轉的！
聰明的伽利略利用他的新發現來籠絡當時佛羅倫斯最大的貴族-麥迪席家族，他將新發現的這4顆木星衛星命名為“麥迪席星群”，因為正好麥迪席家族有4個兒子。麥迪席家也因此安排伽利略成為比薩大學的教授，且不用教書和盡公職，只專心做研究，這使得當時的伽利略聲名大噪譽滿歐洲，人們似乎忘記了（或者說是視而不見）這些新發現對哥白尼日心說的支持。每個貴族，包括法國王室在內，都想叫伽利略找到什麼新的星星好以他們的家族姓氏來命名。
不過，後來的天文界雖然承認伽利略發現了木星的這4個最大的衛星，卻不接受他提議的貴族命名，而是將它們稱為“伽利略衛星”，四個衛星的名字分別為：Io 伊奧、Europa 歐羅巴、Ganymede 加尼美德、Callisto 卡利斯托，取的都是希臘神話中宙斯朱庇特情人的名字。後來又不停地發現了木星的多個衛星。據當前的資料，木星衛星數目是太陽系行星中最多的，地球只有一個月亮，而目前發現的木星衛星已有67個。有趣的是，據說人們繼續用宙斯情人（或傾慕者）的名字，或這些人的女兒（女兒的女兒）名字來命名它們。不過筆者認為，對如此眾多伴侶的星王，還是以數字排隊比較科學：木衛（+#）。比如說，4顆伽利略衛星可以被簡單地稱為木衛一、木衛二、木衛三、木衛四。
木星衛星中只有8個屬於軌道近圓形的規則衛星（軌道近圓形，形體較規則），包括4顆最大的伽利略衛星，以及其餘4顆體積更小，但更接近木星的衛星，這4顆小規則衛星（木衛十六、木衛十五、木衛十四、木衛五 ），被認為是薄薄的木星環塵埃的主要來源，見圖20-4左邊木星環的結構剖視圖。
圖20-4：木星的8個規則衛星
四顆伽利略衛星的直徑均超過3000公里，其大小都可與月球相比較，最大的木衛三比水星還大。不過，木星的其餘63個衛星就都是嬌小玲瓏的“矮個子”了，直徑都低於250公里，有的小到不到1公里。伽利略衛星中的木衛一是個很特別的衛星，離木星最近，巨大潮汐力的作用導致其內部地質活動非常活躍，有好幾個正在頻頻爆發的活火山；木衛二（三、四）近年來也備受關注，因為這幾顆衛星的冰層下面是海洋，很有可能有生命存在。
因木星擁有如此眾多的衛星“伴侶”，使它看起來頗像一個小太陽系。木星及其衛星系統的形成和演化過程仍然是一個謎。事實上，根據早期航天探測器的測量結果，木星核心的溫度很高，木星具有很強的輻射，輻射的總能量是從太陽得到的能量的數倍到數十倍。因此，有些學者認為木星是一個未曾“發育成形”的恆星，只是因為當初質量太小的緣故，不足以維持聚變反應而“修煉”成恆星。不妨想象一下，假設木星當初在進化的過程中，俘獲了足夠多的質量（需要現有質量的幾十倍），成為了一顆貨真價實的恆星的話，我們地球的天空上便將擁有兩個太陽！
木星磁場看來是來自於內部“發電機”，但它是如何工作的？仍然一直是個謎。綜觀地球的演化歷史，地磁場南北極曾經數次翻轉，翻轉週期很長，約30萬年左右才翻轉一次，太陽的磁極則在11年便發生翻轉。那麼，木星的磁場是不是也翻轉呢？週期是多少？這些問題的答案只有當對木星極區的情況進行更為細緻的探索研究後方能解答。
與地球類似，木星的磁層也與太陽風有關，但地球磁場更被動，它的形狀和結構更多地依賴於太陽風。木星的磁場則更具主動性，除太陽風外，也取決於木星和它的幾個伽利略衛星磁場之間的互相影響。比如說，木衛一上不間斷的火山活動為木星注入大量的等離子流，見圖20-5a。
圖20-5：木衛一的等離子流及大紅斑的熱流（圖片來源：NASA）
因為木星與地球磁層形成機制之不同，造成它們的極光現象也有所不同。地球極光是由於太陽風中的高能粒子擾動地球磁場所產生的，而木星極光還可以產生於自身的強大磁場以及來自木衛一噴出的大量帶電粒子流。木星極區周圍的帶電粒子儲備太豐富了，引發極光的源頭很多，光電效應接連不斷地發生，因而造成木星極區“極光常駐”的現象。此外，木星的大紅斑本身就很有可能是一個巨大的熱源，因為科學家們發現，木星南半球大紅斑附近的溫度要比其它地區高很多，見圖20-5b。
總而言之，木星的極區和大紅斑，可能隱藏著它內部的許多秘密。因此，人類派出了最新的木星探測器“朱諾號”，準備親臨現場一探究竟。“朱諾”是何方神仙？有哪些特點？
且聽下回分解。
（摘自《揭秘太空：人類的航天夢》，作者：張天蓉）
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