天文小知识：木星可能有一个岩石内核？

400年前发明天文望远镜以来，天文学家门就被这颗名为木星的气态巨行星所吸引。木星是那么的让人赏心悦目、让人着迷，它不仅有着不停旋转的云团，有着众多的卫星还有著名大红斑。

但是或许木星最让人影响深刻的是它巨大的体积。无论是质量、体积还是表面积，木星都是太阳系最大的，并且远超其他行星。人类认识到它的存在已经有几千年，它再人类的很多文明中都扮演了重要角色。但木星为什么会有如此之大？我们对此有所了解吗？

尺寸、重量及轨道：

木星的质量、体积、表面积及赤道长度分别为1.8981x1027千克，1.43128x1015立方千米，6.1419x1010平方公里及439264公里。换个角度进行对比可以更为值观的感受木星之大，木星直径是地球的11倍，质量是太阳系其他所有行星的质量和的2.5倍。

但是，作为一颗气态巨行星，它有着相对较小的密度（1.326g/cm3），这只是地球密度的四分之一。这意味着虽然木星的体积是地球的1321倍，但质量只有318倍。低密度是科学家确定木星主要是由气体构成的证据之一，但是对于其核心的构成，仍然存在巨大的争论。（详见下文）

木星轨道距离太阳的平均距离为778,299,000公里（5.2天文单位），近日点距离太阳740,550,000 公里(4.95 天文单位)，远日点816,040,000公里 (5.455 天文单位)。因此木星环绕太阳一周需要11.8618地球年，这意味着一个木星年相当于地球上的4332.59天。

但是，木星的自转速度是太阳系行星中最快的，自转一周的时间不超过10小时（准确的说是9小时55分30秒），因此一个木星年足足有10475.8木星天。木星的轨道周期为土星周期2/5，这意味着太阳系中的最大两颗行星形成了5：2的轨道共振。

结构和组成

木星主要是由气态和液态物质构成。这是太阳系中最大的气态行星，有一个外部的气态的大气层和一个由更密集物质组成的内部核心区构成。其上部大气层按照体积计算，由88%~92%的氢气分子和8%~12%氦气分子组成。按照质量计算有75%的氢气和24%的氦气，其余还有1%的质量由其他元素组成。

这个剖面图描述了木星的内部结构，一个被液态金属氢深深包裹在内的岩石核心。供图：凯尔松/维基共享

木星外部大气中含有微量的甲烷、水蒸气、氨、硅基化合物以及微量的苯和其他碳氢化合物。还有碳、乙烷、硫化氢、氖、氧、磷化氢和硫。在大气的最外层也观察到了冻结氨的晶体。

木星内部的物质密度更大，按质量计算，大约有71%的氢、24%的氦和5%的其他元素。根据推测，木星的核心是一个密集的元素混合层——周围是液态金属氢和一些氦，外层主要是分子氢。地核也被猜测为岩石，但这仍然是未证实的。

1997年，引力测量结果证明了木星核的存在，其质量是地球质量的12 - 45倍，相当于木星总质量的4%-14%。地核的存在也得到了行星形成模型的支持，这些模型表明在木星形成初期，存在一个由岩石或冰构成的地核从原太阳系星云中收集所需的氢和氦。

然而，由于高温液态金属氢与熔融地核产生的对流，可能地核已经收缩。因此地核现在可已经不存在，但在上述分析均需要进一步的分析。2011年8月发射的“朱诺号”任务(见下文)有望对这些问题提供一些见解，从而在核心问题上取得进展。

随着深入木星的核心，温度和压力都是稳步升高的。木星“表面”的压力和温度分别问10巴和340开尔文（67摄氏度，152华氏度）。木星“相变区”（氢由气态变为金属态）温度通常被认为有10000开尔文（9700摄氏度，17500华氏度），压力为200000兆帕。木星“核心”温度估计会达到36000开尔文（35700摄氏度，64300华氏度），压力会接近3~4.5x106兆帕。

作者: universetoday

FY: 大卫高怕飞

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