木星及其矿产资源探索研究（4）
胡经国
（续前）
四、木星磁场
1、磁场强度与磁场产生
木星的磁场强度是地球的14倍；其强度范围从赤道的4.2高斯（0.42mT）到极区的10～14高斯（1.0～1.4mT），是太阳系最强的磁场（除了太阳黑子以外）。这个磁场被认为是由涡流产生的——旋流运动的导电材料——核心的液态金属氢。在木星“埃欧”卫星上的火山释放出大量的二氧化硫，形成沿着该卫星轨道的气体环。这些气体在磁层内被电离，生成硫和氧的离子。它们与源自木星大气层的氢离子，在木星的赤道平面形成“等离子片”。这些片状的等离子与木星一起转动，造成进入磁场平面的“变形偶极磁场”。在“等离子片”内的电流产生强大的无线电讯号，造成范围为0.6～30MHz的爆发。
下图表示：“朱诺号”证实木星磁场随时间变化（图源：网络）
2、磁层范围大而结构复杂
木星磁层的范围大而且结构复杂。在距离木星140～700万公里之间的巨大空间都是木星的磁层；而地球磁层则只在距地心5～7万公里的范围内。木星的４个大卫星都被木星的磁层所屏蔽，使之免遭太阳风的袭击。地球周围有一条称为“范艾伦带”的辐射带；木星周围也有这样的辐射带。美国的“旅行者1号”还发现木星背向太阳的一面有3万公里长的“北极光”。1981年初，当“旅行者2号”早已离开木星磁层飞奔土星的途中，曾经再次受到木星磁场的影响。由此看来，“木星磁尾”至少拖长到了6000万公里以外。
3、 磁气圈与极光
木星“磁气圈”分布范围比地球“磁气圈”的范围大上100多倍，是太阳系中最大的“磁气圈”。由于太阳风和磁气圈的作用，因而木星也和地球一样在极区有极光产生，其强度约为地球的100倍。
下图表示：木星北极极光（图源：网络）
五、木星运动
木星是行星中唯一与太阳的质心位于太阳本体之外的，但是也只在太阳半径之外7%。木星至太阳的平均距离是7亿7800万千米（大约是地球至太阳距离的5.2倍，或5.2天文单位）。
木星公转太阳一周要11.8地球年。这是土星公转周期的2/5；这也就是说太阳系最大的两颗行星之间形成5∶2的共振轨道周期。木星的椭圆轨道相对于地球轨道倾斜1.31°。由于离心率为0.048，因而近日点和远日点的距离相差7500万千米。木星的轨道倾角相较于地球和火星非常小，只有3.13°，因此没有明显的季节变化。
木星自转是太阳系所有行星中最快的；对其轴完成一次旋转的时间少于10小时。由此造成的木星赤道隆起，在地球上用业余的小望远镜就可以很容易看出来。这颗行星是颗扁球体，意思是它的赤道直径比两极之间的直径长。木星的赤道直径比通过两极的直径长9275千米（5763mi）。
由于木星不是固体，它的上层大气具有“较差自转”。木星极区大气层的自转周期比赤道的长约5分钟。有以下3个系统做为参考框架，特别是在描绘大气运动特征时。“系统I”适用于纬度10°N至10°S的范围，是最短的9小时50分30.0秒。“系统II”适用于从南至北所有的纬度，它的周期是9小时55分40.6秒。“系统III”最早是电波天文学定义的，对应于行星磁层的自转，它的周期是木星的官方周期。
六、木星探测历史
１、地面观测
一般小型双筒望远镜可以看到木星及其身旁的4大卫星。由于它的光度十分明亮，因而即使是在大都市中也可以在夜空中找到它的位置。在小型天文望远镜中，可以看到木星较清晰的结构，如大红斑以及4大卫星。而且，卫星与木星的相对位置会随时间而改变，就像一个“小太阳系”一样，十分有趣。
2、“先驱者号”探测
美国宇航局于1972年3月发射了“先驱者号”。
“先驱者10号”探测器，是第一个探测木星的探测器。它穿越危险的小行星带和木星周围的强辐射区，经过1年9个月，行程10亿千米，于1973年10月飞临木星，探测到木星规模宏大的磁层，研究了木星大气传回的300多幅木星图像。
1973年4月，美国又发射了“先驱者11号”探测器。1974年12月5日到达木星。它离木星表面距离最短是只有4.6万千米，比“先驱者10号”更近；送回了有关木星磁场、辐射带、中立、温度、大气结构等信息，并且观测到了木星南极地带。
3、“旅行者号”探测
1977年8月20日和9月5日，美国先后发射了“旅行者1号”和“旅行者2号”。
旅行者2号和1号探测器这两个姊妹探测器沿着两条不同的轨道飞行；担负探测太阳系外围行星的任务。在发射100天以后，“旅行者1号”超过“旅行者2号”，并且先期到达木星考察。1979年3月5日，“旅行者1号”在距木星27.5万公里处与木星会合，拍摄了木星及其卫星的几千张照片并且传回地球。通过这些照片可以发现，木星周围也有一个光环；还探测到木星的卫星上有火山爆发活动。“旅行者2号”于1979年7月9日到达木星附近，从木星及其卫星中间穿过，在距木星72万公里处拍摄了几千张照片。
4、“伽利略号”探测
“伽利略号”探测器于1989年升空，1995年12月抵达环木星轨道。它旅行了28亿英里，它的终结日期比原来预计的晚了6年。“伽利略号”绕木星飞行了34圈，获得了有关木星大气层的第一手探测资料。在1995年，“伽利略号”将一个探测器放到了木星上。它发现，在木星的卫星欧罗巴（Europa）、Ganymede、Callisto的地下有咸水，还发现木星卫星上有剧烈的火山爆发。
“伽利略号”探测器在2003年年9月21日坠毁于木星，以此结束其近14年的太空探索生涯。这将是美国宇航局自1999年以来首次控制探测器在地球之外的天体上坠毁。
5、“朱诺号”探测
美国宇航局于2008年11月宣布，已将木星定为下一个探索天空的远大目标，NASA将在2011年8月发射一个新的木星探测器“朱诺号”，展开对木星的深入探测。该探测器首先绕地球运行至2013年，利用地球引力将“朱诺号”弹射到外太阳系；预计在2016年中期到达木星轨道。此后，“朱诺号”每年大约绕木星运转32圈，探测木星内部的结构情况；测定木星大气成分；研究木星大气对流情况以及探讨木星磁场起源和磁层。通过它的探测，科学家希望了解木星这颗巨行星的形成、演化和本体内部结构以及木星卫星等。其全部任务计划于2017年10月结束。
“朱诺号”探测器于2018年2月7日上午在第11次近距离飞越这颗气态巨行星时，采用了彩色增强的延时图像序列拍摄。
2018年2月，美国航空航天局（NASA）公布了由“朱诺号”卫星拍摄到的一组木星南极的图像；醒目的蓝色漩涡以华丽的图案扭曲变幻，创造了令人惊叹的奇观。
（未完待续）
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