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在宇宙中很多行星不会是孤孤单单的独自运行在轨道上,它们都会有卫星的陪伴。就像围绕了我们几十亿年的月球一样,木星也有卫星,而且要比地月系统复杂的多。
地月系
卫星的发现
在161月7日,伽利略像往常一样拿起望远镜开始观测木星,观察时他发现木星周围有几个很明亮的发光体,他下意识的认为是其他星系的恒星。他对这些星体产生了浓厚的兴趣,他持续观察了一段时间发现,事情并没有他认为的那样简单。这些星体在有规律的围绕木星运动,先是从右至左,再从左至右的回到原来的地方。它们周而复始的做着这种运动,伽利略马上就意识到它们是木星的卫星,只是在不同的轨道上转动。
伽利略正在用望远镜观测
伽利略这一次共发现了4颗卫星,它们都算是比较明亮的,所以比较容易被发现,它们的星等在5.5~6.7之间。当他们离木星的距离比较远,也就是离木星的光辉比较远时,人们其实用肉眼就可以观察到,视力好的人在大距时至少可以看到最远的两颗,再配上简单的望远镜,很容易就能够看到另外两颗了。
伽利略把他发现的这些星体叫做默底西斯星群,但是这个名字没有被流传下来。人们根据它们距离木星的距离排序,按照由近到远依次给他们起了名叫伊奥、欧罗巴、加尼默德和卡里斯托。后来由于这些名字难以记忆,人们又以罗马数字Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ给它们赋予了另一个名字。这些卫星的个头都不小,它们的直径分别是3642千米、3138千米、5262千米和4800千米。它们的密度分别是3.52、3.01、2.8、1.2。同月亮绕地球转动一样,它们都是将同一个半球一直对着木星旋转。长此以往这样的运动是它们的形状逐渐改变,会使得它们变的有些扁。
被伽利略发现的四颗卫星
木卫Ⅰ
木卫Ⅰ距离木星中心的距离是42.1万公里,也就是5.9个木星赤道半径。它的体积比月球稍微大一些。木卫Ⅰ的研究在天文学的发展上曾经起过很多大作用,罗默曾经研究木卫Ⅰ的被食而发现光的速度,这是1676年他在巴黎天文台的一件伟大发现。在很长的时间里,人们都利用木卫Ⅰ的被食来测算经度,事实上这种现象是地球上同一半球同时可以见到的光的信号,在这信号下所测定的地方时,便容易而且确切地加以比较,于是由地上两点的地方时之差,便可推算出这两点的经度之差。现在已经都在使用无线电信号测量,这样会更精确。在木卫发现以前,人们对经度的测定是很不精确的,所以这件事也把地理学提高了一个台阶。
木卫Ⅰ
木卫Ⅱ
木卫Ⅱ距离木星的距离是67.1万公里。它的表面被厚厚的冰层覆盖,在冰层下是海洋。在这片海洋中有可能会有生命的存在。
木卫Ⅱ
木卫Ⅲ
木卫Ⅲ是一颗很亮的星,所以它是最容易被观察到的星,用很普通的望远镜就可以清晰看到他的轮廓,它处在离木星中心107万公里的位置。它不仅比月亮还大,甚至比水星还大。当它投影在木星边缘部分的时候它是明亮的,等移动到了中心区的时候就会变成黑色的。木卫Ⅲ也许有大气,它的表面上有永恒的、反衬度强、很有特征性的斑痕。
木卫Ⅲ
木卫Ⅳ
木卫Ⅳ到木星中心的距离是188.2万公里,木卫Ⅳ和木卫Ⅲ差不多一般大,但亮度却小了很多很多,星等是6.7,这个亮度已经达到了肉眼能看到的极限了。在望远镜里,它总是一个黑点。
木卫Ⅳ
卫星们的运动
木卫Ⅰ、木卫Ⅱ、木卫Ⅲ的轨道平面和木星的赤道平面很接近,而且与木星轨道平面所成的角度也很小。
它们在每一次公转周期里,都会有一段轨迹绕到木星的后面,进入木星的影锥。当它们有时被遮挡在木星的后面叫做掩,有时落在木星的影子里叫做食。在冲日前,食先于掩;在冲日后,掩先于食。只有木卫Ⅳ有时才能在木星本体和木星的影子的上面或者下面经过。木卫会从木星前面经过,前三个木卫在每个周期里都是这样,木卫Ⅳ有时会凌木星的表面而过,那时它们会投影在木星的圆轮上。
木卫Ⅰ
木卫Ⅰ、木卫Ⅱ、木卫Ⅲ的各自运动也有密切的关系。它们都遵循开普勒第三定律,一个叫拉普拉斯的科学家提出了它们半径之间存在一种特殊的关系:木卫Ⅰ相对木星的经度减去木卫Ⅱ相对木星的经度的三倍,加上木卫Ⅲ相对木星的经度的两倍正好是180°。拉普拉斯认为在它们形成之初,并不是现在的位置。他仔细的研究了这些卫星相互的作用力,终于研究出了是什么原因导致的这个神奇的结果。
拉普拉斯总结出这个定律有以下几个结果:
前三个卫星绝对不会同时被食 ,也不会同时过木星的圆轮。
如果木卫Ⅰ和木卫Ⅱ同时被食或者被掩,或者同时过木星的圆轮,那么木卫Ⅲ必在它的东或西的大距处。(图A)
A
如果木卫Ⅱ和木卫Ⅲ同时被食或者被掩,木卫Ⅰ必凌木星表面经过,如果木卫Ⅱ和木卫Ⅲ同时投影在木星圆轮上面,木卫Ⅰ必被食或被掩。(图B)
B
如果木卫Ⅰ和木卫Ⅲ同时被食或者被掩,木卫Ⅱ可能会有三种情况:
凌木星表面经过
在另外两个木卫前面60°
在另外两个木星后面60°
如果木卫Ⅰ和木卫Ⅲ同时经过木星的圆轮,木卫Ⅱ可能被食或者被掩,或者与另外两个木卫成60°夹角。(图C)
C
更多的卫星
到1892年以前,天文学家们一致认为木星就只有伽利略所发现的四颗卫星而已。但是,一位名叫巴纳德的天文学家打破了这个局面,他一直在用里克天文台的大望远镜观察着卫星附近的情况,终于让他在9月9日发现了木星的第五颗卫星。这是一颗星等13,距离木星为2.5半径的卫星,它以11小时57分的周期环绕木星运动。它要比前四颗卫星小很多 ,直径大概只有190千米,木卫Ⅴ被命名为阿玛尔特。这一发现给了天文界很大的鼓舞,他们认为木星可能还会有没发现的卫星存在,1904年查尔斯发现了木卫Ⅵ,它的直径只有170千米,公转周期为251天。
一些比较大的木星卫星
时至今日,在这100多年里我们又发现了73颗木卫。它们大小不一,形态各异,有的甚至都是逆行的。现在我们已经发现了79颗木卫,但依然无法肯定已经发现了木星的全部卫星,复杂的太阳系还有太多太多值得我们去探索的。
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