木星绕太阳转一圈需要多长时间?怎样计算

Question

木星绕太阳转一圈需要多长时间?怎样计算

Answer 1

木星古称岁星,是离太阳第五颗行星,而且是最大的一颗,比所有其他的行星的合质量大2倍（地球的318倍）.
　　公转轨道: 距太阳 778,330,000 千米 (5.20 天文单位)
　　行星直径: 142,984 千米 (赤道)
　　质量: 1.900e27 千克
　　木星(a.k.a. Jove; 希腊人称之为 宙斯)是上帝之王,奥林匹斯山的统治者和罗马国的保护人,它是Cronus（土星）的儿子.
　　木星是天空中第四亮的物体（次于太阳,月球和金星；有时候火星更亮一些）,早在史前木星就已被人类所知晓.根据伽利略1610年对木星四颗卫星：木卫一,木卫二,木卫三和木卫四（现常被称作伽利略卫星）的观察,它们是不以地球为中心运转的第一个发现,也是赞同哥白尼的日心说的有关行星运动的主要依据.
　　木星在1973年被先锋10号首次拜访,后来又陆续被先锋11号,旅行者1号,旅行者2号和Ulysses号考查.目前,伽利略号飞行器正在环绕木星运行,并将在以后的两年中不断发回它的有关数据.
　　气态行星没有实体表面,它们的气态物质密度只是由深度的变大而不断加大（我们从它们表面相当于1个大气压处开始算它们的半径和直径）.我们所看到的通常是大气中云层的顶端,压强比1个大气压略高.
　　木星由90％的氢和10％的氦（原子数之比, 75/25％的质量比）及微量的甲烷、水、氨水和“石头”组成.这与形成整个太阳系的原始的太阳系星云的组成十分相似.土星有一个类似的组成,但天王星与海王星的组成中,氢和氦的量就少一些了.
　　我们得到的有关木星内部结构的资料（及其他气态行星）来源很不直接,并有了很长时间的停滞.（来自伽利略号的木星大气数据只探测到了云层下150千米处.）
　　木星可能有一个石质的内核,相当于10－15个地球的质量.
　　内核上则是大部分的行星物质集结地,以液态金属氢的形式存在.这些木星上最普通的形式基础可能只在40亿巴压强下才存在,木星内部就是这种环境（土星也是）.液态金属氢由离子化的质子与电子组成（类似于太阳的内部,不过温度低多了）.在木星内部的温度压强下,氢气是液态的,而非气态,这使它成为了木星磁场的电子指挥者与根源.同样在这一层也可能含有一些氦和微量的冰.
　　最外层主要由普通的氢气与氦气分子组成,它们在内部是液体,而在较外部则气体化了,我们所能看到的就是这深邃的一层的较高处.水、二氧化碳、甲烷及其他一些简单气体分子在此处也有一点儿.
　　云层的三个明显分层中被认为存在着氨冰,铵水硫化物和冰水混合物.然而,来自伽利略号的证明的初步结果表明云层中这些物质极其稀少（一个仪器看来已检测了最外层,另一个同时可能已检测了第二外层）.但这次证明的地表位置十分不同寻常－－基于地球的望远镜观察及更多的来自伽利略号轨道飞船的最近观察提示这次证明所选的区域很可能是那时候木星表面最温暖又是云层最少的地区.
　　来自伽利略号的大气层数据同样证明那里的水比预计的少得多,原先预计木星大气所包含的氧是目前太阳的两倍（算上充足的氢来生成水）,但目前实际集中的比太阳要少.另外一个惊人的消息是大气外层的高温和它的密度.
　　木星和其他气态行星表面有高速飓风,并被限制在狭小的纬度范围内,在连近纬度的风吹的方向又与其相反.这些带中轻微的化学成分与温度变化造成了多彩的地表带,支配着行星的外貌.光亮的表面带被称作区（zones）,暗的叫作带（belts）.这些木星上的带子很早就被人们知道了,但带子边界地带的漩涡则由旅行者号飞船第一次发现.伽利略号飞船发回的数据表明表面风速比预料的快得多（大于400英里每小时）,并延伸到根所能观察到的一样深的地方,大约向内延伸有数千千米.木星的大气层也被发现相当紊乱,这表明由于它内部的热量使得飓风在大部分急速运动,不像地球只从太阳处获取热量.
　　木星表面云层的多彩可能是由大气中化学成分的微妙差异及其作用造成的,可能其中混入了硫的混合物,造就了五彩缤纷的视觉效果,但是其详情仍无法知晓.
　　色彩的变化与云层的高度有关：最低处为蓝色,跟着是棕色与白色,最高处为红色.我们通过高处云层的洞才能看到低处的云层.
　　木星表面的大红斑早在300年前就被地球上的观察所知晓（这个发现常归功于卡西尼,或是17世纪的Robert Hooke）.大红斑是个长25,000千米,跨度12,000千米的椭圆,总以容纳两个地球.其他较小一些的斑点也已被看到了数十年了.红外线的观察加上对它自转趋势的推导显示大红斑是一个高压区,那里的云层顶端比周围地区特别高,也特别冷.类似的情况在土星和海王星上也有.目前还不清楚为什么这类结构能持续那么长的一段时间.
　　木星向外辐射能量,比起从太阳处收到的来说要多.木星内部很热：内核处可能高达20,000开.该热量的产量是由开尔文-赫尔姆霍兹原理生成的（行星的慢速重力压缩）.（木星并不是像太阳那样由核反应产生能量,它太小因而内部温度不够引起核反应的条件.）这些内部产生的热量可能很大地引发了木星液体层的对流,并引起了我们所见到的云顶的复杂移动过程.土星与海王星在这方面与木星类似,奇怪的是,天王星则不.
　　木星与气态行星所能达到的最大直径一致.如果组成又有所增加,它将因重力而被压缩,使得全球半径只稍微增加一点儿.一颗恒星变大只能是因为内部的热源（核能）关系,但木星要变成恒星的话,质量起码要再变大80倍.
　　木星有一个巨型磁场,比地球的大得多,磁层向外延伸超过6.5e7千米（超过了土星的轨道!）.（小记：木星的磁层并非球状,它只是朝太阳的方向延伸.）这样一来木星的卫星便始终处在木星的磁层中,由此产生的一些情况在木卫一上有了部分解释.不幸的是,对于未来太空行走者及全身心投入旅行者号和伽利略号设计的专家来说,木星的磁场在附近的环境捕获的高能量粒子将是一个大障碍.这类辐射类似于,不过大大强烈于,地球的电离层带的情况.它将马上对未受保护的人类产生致命的影响.
　　伽利略号号飞行器对木星大气的探测发现在木星光环和最外层大气层之间另存在了一个强辐射带,大致相当于电离层辐射带的十倍强.惊人的是,新发现的带中含有来自不知何方的高能量氦离子.
　　木星有一个同土星般的光环,不过又小又微弱.（右图）它们的发现纯属意料之外,只是由于两个旅行者1号的科学家一再坚持航行10亿千米后,应该去看一下是否有光环存在.其他人都认为发现光环的可能性为零,但事实上它们是存在的.这两个科学家想出的真是一条妙计啊.它们后来被地面上的望远镜拍了照.
　　木星的光环较土星为暗（反照率为0.05）.它们由许多粒状的岩石质材料组成.
　　木星光环中的粒子可能并不是稳定地存在（由大气层和磁场的作用）.这样一来,如果光环要保持形状,它们需被不停地补充.两颗处在光环中公转的小卫星：木卫十六和木卫十七,显而易见是光环资源的最佳候选人.
　　1994年7月,苏梅克－利维9号彗星碰撞木星,具有惊人的现象.甚至用业余望远镜都能清楚地观察到表面的现象.碰撞残留的碎片在近一年后还可由哈博望远镜观察到.
　　在夜空中,木星是空中最亮的一颗星星（仅次于金星,但金星在夜空中往往不可见）.四个伽利略的卫星用双筒望远镜可很容易的观察到；木星表面的带子和大红斑可由小型天文望远镜观测.迈克·哈卫的行星寻找图表显示了火星以及其它行星在天空中的位置.越来越多的细节,越来越好的图表将被如灿烂星河这样的天文程序来发现和完成.
九星之王——木星
　　木星是九大行星中最大的一颗,可称得上是“九星之王”了.按距离太阳由近及远的次序排第五颗.在天文学上,把木星这类巨大的行星称为“巨行星”.木星还是天空中最亮的星星之一,其亮度仅次于金星,比最亮的恒星天狼星还亮.
　　在我国古代,木星曾被人们用来定岁纪年,由此而被称做“岁星”.西方天文学家称木星为“朱庇特”,朱庇特是罗马神话中的众神之王,相当于希腊神话中无所不能的宙斯.
　　木星是一个扁球体,它的赤道直径约为142800公里,是地球的11.2倍；体积则是地球的1316倍；而它的质量是太阳系所有行星、卫星、小行星和流星体质量总和的一倍半,也就是地球质量的318倍. 如果把地球和木星放在一起,就如同芝麻与西瓜之比一样悬殊.但木星的密度很低,平均密度仅为1.33克／立方厘米.
　　木星大气的成分和太阳差不多,中心温度达30000摄氏度,上层大气的温度却在零下140摄氏度左右.木星上还有很强的磁场,表面的磁场强度大约是地球磁场的10倍.木星的内部结构也与众不同,它没有固体外壳,在浓密的大气之下是液态氢组成的海洋.木星的内部是由铁和硅组成的固体核,称为木星核,温度高达30000摄氏度.
　　木星自转速度非常快, 赤道部分的自转周期为9小时50分30秒,是太阳系中自转最快的行星.它的自转轴几乎与轨道面相垂直.由于自转很快,星体的扁率相当大,借助望远镜,就能看出木星呈扁圆状.木星在一个椭圆轨道上以每秒13公里的速度围绕着太阳公转, 轨道的半长径约为5.2天文单位.它绕太阳公转一周约需11.86年, 所以木星的一年大约相当于地球的12年.
　　木星是太阳系中卫星数目较多的一颗行星.迄今为止我们已经发现木星有16颗卫星,它们与木星组成了一个家族：木星系.
　　在太阳系中最惹人注目的行星是木星.它素以 （体积和质量）巨大而成为九星之王.它是天空中亮度仅次于金星的一颗亮星,通常比火星、天狼星还亮.我国古代称它为“岁星”.西方用古代神话中的大神之名称呼它,意思是主宰天上诸神的“宙斯”.
　　液态行星
　　木星的内部结构与众行星不同,它没有固体外壳,在浓密的大气之下是液态氢组成的海洋.
　　用天文望远镜观察木星,突出的特性是它那扁球形的外貌.其赤道半径与极半径相差近5000公里.木星的赤道半径为71400公里,为地球的11.2
　　30倍.体积为地球的1316倍.质量为1.9×10克,为地球质量的317.90倍,比太阳系所有的行星、卫星、小行星等大小天体加在一起还重1.5倍.木星
　　3的平均密度是1.33克／厘米 ,比水稍大.这说明,木星的大部分物质处于
　　2气体状态.木星两极的表面重力加速度为23.22米／秒 ,赤道上为27.07
　　2米／秒 .在木星表面上,物体要有 61公里／秒的速度才能脱离木星.所以木星能束缚住大量气体而不让它们跑掉.
　　木星和其他行星一样,也围绕太阳在椭圆轨道运动,轨道半长径约为5.2天文距离单位（即与太阳平均距离约为7.78亿公里）,绕太阳公转一圈为11.86年,木星虽然在太阳系中体积最大,但却是太阳系中自转最快的行星,赤道部分自转一周为9小时50分30秒.由于自转速度快,使得它的形状很扁,大气条纹沿赤道伸展.
　　木星有稠密的大气,主要成分为氢和氦,还有甲烷、氨、碳、氧及少量的铁和硫.通过天文望远镜,我们看到木星有一些明暗交替的带纹平行于木星的赤道.这些带纹是木星快速自转而产生的大气环流.它们有上千公里厚,因而使我们看不见木星的表面.带纹中有时出现寿命长短不一的亮斑或暗斑.在木星赤道以南,有一个大红斑,它于1665年被法国天文学家卡西尼发现,至今已存在300多年了.大红斑呈蛋形,宽14000公里,长30000公里.其宽度似乎不变,长度却由发现之初的30000公里逐渐延伸为40000公里,现又缩到二万多公里.大红斑不但大小有变化,而且颜色也有变化,它有时浓艳,有时暗淡.大红斑是一个含有红磷化合物的大气漩涡,朝逆时针方向旋转,温度似乎比周围的木星大气低些.
　　对木星的辐射探测使我们得知,虽然木星不发光,但它发射的总辐射却是所受太阳辐射的2.5倍.这说明木星除了反射太阳的光和热之外,还具有内能源,其核心处于高温高压状态,但还不足以产生热核反应.科学家认为,木星过剩的能量是木星形成之初,从原始星云中聚集的热能.
　　为了探测太阳系外围空间的物理情况,迄今为止,共发射了4艘宇宙飞船,即“先驱者” 10号、 11号,“旅行者” 1号和2号.它们都肩负着美国宇航局的重大科学考察项目.“先驱者10号”于1972年3月2日上午,一路上考察了行星际物质；1973年12月3日与木星会合,在离木星13万公里处飞掠而过,探测到木星规模宏大的磁层,研究了木星大气,送回300多幅木星云层和木星卫星的彩色电视图像.“先驱者11号”飞船于1973年4月6日发射,1974年12月5日到达木星.它离木星表面最近时只有4.6万公里,比“先驱者10号”近两倍.送回有关木星磁场、辐射带、重力、温度、大气结构以及4个大卫星的情况,并按地面指令调整航向,飞越在地面因视角不合适而难于观测的木星南极地带.“先驱者11号”在完成任务后,向着土星飞去.1977年8月20日和9月5日,美国又相继发射了“旅行者1号”和“旅行者2号”飞船.这两艘飞船在仪器设备方面比“先驱者”10号和11号先进.“旅行者1号”于1979年3月飞临木星,在3天之内探测了木星和4个伽利略卫星,以及木卫五,拍摄了数以千计的彩色照片,并进行了一系列科学考察.“旅行者2号”于1979年7月飞临木星,对木星进行了考察.两艘飞船在离开木星后,还要继续探测土星、天王星和海王星,然后飞出太阳系,到茫茫的宇宙中去寻找知音.
　　宇宙飞船发回的考察结果表明,木星有较强的磁场,表面磁场强度达3～14高斯,比地球表面磁场强得多（地球表面磁场强度只有0.3～0.8高斯）.木星磁场和地球的一样,是偶极的,磁轴和自转轴之间有 10°8′的倾角.木星的正磁极指的不是北极,而是南极,这与地球的情况正好相反.由于木星磁场与太阳风的相互作用,形成了木星磁层.木星磁层的范围大而且结构复杂,在距离木星140万～700万公里之间的巨大空间都是木星的磁层；而地球的磁层只在距地心7～8公里的范围内.木星的四个大卫星都被木星的磁层所屏蔽,使之免遭太阳风的袭击.地球周围有条称为范艾伦带的辐射带,木星周围也有这样的辐射带.“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,曾再次受到木星磁场的影响.由此看来,木星磁尾至少拖长到6000万公里,已达到土星的轨道上.
　　过去有人猜测,在木星附近有一个尘埃层或环,但一直未能证实.1979年3月,“旅行者1号”考察木星时,拍摄到木星环的照片,不久,“旅行者2号”又获得了木星环的更多情况,终于证实木星也有光环.木星光环的形状像个薄圆盘,其厚度约为30公里,宽度约为6500公里,离木星12.8万公里.光环分为内环和外环,外环较亮,内环较暗,几乎与木星大气层相接.光环的光谱型为G型,光环也环绕着木星公转,7小时转一圈.木星光环是由许多黑色碎石块构成的,石块直径在数十米到数百米之间.由于黑石块不反射太阳光,因而长期以来一直未被我们发现.
　　木星有一层厚而浓密的大气层,大气的主要成分是氢,占80％以上,其次是氦,约占18％,其余还有甲烷、氨、碳、氧和水汽等,总含量不足1％.由于木星有较强的内部能源,致使其赤道与两极温差不大,不超过3℃,因此木星上南北风很小,主要是东西风,最大风速达 130～150米／秒.木星大气中充满了稠密活跃的云系.各种颜色的云层像波浪一样在激烈翻腾着.在木星大气中还观测到有闪电和雷暴.由于木星的快速自转,因此能在它的大气中观测到与赤道平行的、明暗交替的带纹,其中的亮带是向上运动的区域,暗纹则是较低和较暗的云.
　　木星的大红斑位于南纬23°处,东西长4万公里,南北宽1.3万公里.探测器发现,大红斑是一团激烈上升的气流,呈深褐色.这个彩色的气旋以逆时针方向转动.在大红斑中心部分有个小颗粒,是大红斑的核,其大小约几百公里.这个核在周围的反时针漩涡运动中维持不动.大红斑的寿命很长,可维持几百年或更长久.
　　由于木星离太阳平均距离为7.78亿公里,因此木星的表面温度比地球表面温度低得多.从木星接受太阳辐射计算,其表面有效温度值为-168℃,而地球观测值为-139℃,“先驱者11号”宇宙飞船的探测值为-150℃,均比理论值高,这也说明木星有内部热源.
　　“先驱者　　　　 号”探测器对木星考察的结果表明,木星没有固体表面,11是一个流体行星.主要是氢和氦.木星的内部分为木星核和木星幔两层,木星核位于木星中心,主要由铁和硅构成,是固体核,温度达3万K.木星幔位于木星核外,以氢为主要元素组成的厚层,其厚度约为7万公里.木幔外就是木星大气,再向外延伸1000公里,就到云