木星的特征
到目前为止，美国宇航局已向木星发射了5个探测器。其中4个已经迢迢千万里，越过火星轨道和小行星带，然后与木星擦身而过，利用接近木星的机会，为我们发回了大量宝贵的资料。这4个探测器是“先驱者10号”、
“先驱者11号”及“旅行者1号”和“旅行者2号”；第5个探测器——“伽利略号”也已经发射，正在日夜兼程，奔向木星。
现在，先介绍一下两艘“先驱者”。“先驱者10号”发射于1972年3月2日，次年12月3日与木星会合，沿着木星赤道作了探测。“先驱者11号”于 1973年4月6日发射，次年12月5日到达木星附近，在4.2万公里处从木星的北极上空掠过。这两艘探测器共发回了300多张彩色照片，并按计划做了一 系列的测量和试验。
“先驱者”发现木星的磁场十分强大，强度达3～14高斯，约是地球的10倍。木星的磁极指向与地球相反，如果将地球上的指南针搬到木星上，它就变成“指北针”了。木星的磁场与太阳风相互作用，形成了木星的磁层。
木星的磁层要比地球的磁层大100倍，而且十分“松软”，它的大小随太阳风的强弱频繁地变化着。木星的磁层转动也非常迅速，巨大的离心力将磁层中的带电粒子约束在木星磁赤道附近薄薄的一片区域上，这一薄片称为电流片。
“先驱者”还细致地考察了木星大气，探知木星的大气主要由氢和氦组成，它们分别占82％和17％，其他较重的元素约占1％，主要存在于木星云中。木星大 气中有许多条纹，它们是木星大气环流被高速自转拉长形成的，其中亮带是高压区，而暗纹则是低压区。“先驱者”对大红斑的观测证实了它实际上是一个大气旋， 在沿逆时针方向转动。同时，“先驱者”还观测到木星上的若干小红斑，它们的尺度只相当于一个地球的大小，寿命比大红斑短得多，一般只能维持1～2年。
根据“先驱者”对木星引力场的探测，科学家建立了新的木星结构模型：在厚达1000公里的大气下面，是一片蒸腾着的液态分子氢的海洋，液氢海洋的深度为25000公里。它的下面是一层能够像金属一样导电的金属氢，再下面可能是一个不太大的固体核。
继“先驱者”之后，美国于1977年8月20日和9月5日，又分别发射了两艘“旅行者”探测器，它们的设备更加精良，有许多激动人心的发现。
在“旅行者”到达木星之前，人们只知道土星和天王星有光环（海王星环的发现是1989年），而从“旅行者”发回的木星照片上，人们惊奇地发现原来木星也 有光环，只是比起土星光环来，要逊色得多。木星环的宽度约6500公里，厚度不足30公里，其外边缘到木星中心约 129000公里，木星环主要由一些细小的尘粒组成。这些尘粒可能来自木星的卫星——木卫一。
“旅行者”在木星的极区发现一条长3万公里的极 光，并探测到了强大的极光辐射。这是人类首次在地球外发现了极光，极光的存在意味着木星也像地球一样，正遭受到许多高能粒子的轰击。“旅行者”还发回了许 多木星大气和大红斑的清晰照片，照片显示出木星大气具有非常复杂的结构，但是对于大红斑的成因，仍没有给出合理的解释。
这四个探测器在考察木星的同时，还对木星的卫星进行了一系列的“侦察”，也获得了许多前所未有的重要情报。
最后，我们介绍一下“伽利略号”木星探测器。它是到目前为止人类发射的最复杂、设备最先进的行星探测器。于 1989年10月由航天飞机“亚特兰蒂斯”号送上天空，目前正在漫长的旅途中奔波着，并将沿路拜访金星和两颗小行星，预计1995年12月抵达木星，它的 任务主要是深入木星大气内部对大气进行详细考察。同时，还将测量木星本体的磁层和四颗“伽利略卫星”，并拍摄高清晰度的木星及木卫照片。
木星的卫星
如果你用一架小望远镜观测木星，不但可以看到木星上面的条条云带，还可以看到木星被四颗小星簇拥着，它们在木星两侧一字排开，并且不断地变换着位置，它 们就是木星的四颗最大的卫星。由于它们是伽利略在 1610年首先发现的，因此又称为“伽利略卫星”。木星的周围还有众多较小的卫星，现在发现的木星卫星的总数已达18个，其中16个的数据较为准确，它们 除了有自己的大名外，一般都用“木卫”后面再加上一个编号来称呼它们，比如四颗“伽利略卫星”就分别称为“木卫一”、“木卫二”、“木卫三”
和“木卫四”。
木星的卫星按照到木星的距离可以被分成3群。首先是最靠近木星的一群，由4颗“伽利略卫星”以及木卫五、木卫十四、木卫十五、木卫十六组成。它们在木星 的赤道面上沿着近似圆形的轨道绕木星运动着，都是规则卫星。除这一群外，剩下的木卫都是不规则卫星。离木星稍远的一群由木卫六、木卫七、木卫十和木卫十三 组成。这一群的特点是卫星轨道面与木星赤道面的交角较大，为24°～29°，卫星顺行，轨道偏心率也较大，在 0.13～0.21之间。最后是离木星最远的一群，由木卫八、木卫九、木卫十一和木卫十二组成。它们的轨道都很扁，而且都是逆行卫星，因此有人认为它们是 被木星俘获的小行星。
空间探测器在考察木星的过程中，也对木星的一些卫星进行了观测，并得到了许多重要的发现。这里仅介绍几例。
在木卫一上，人类第一次见到了地球以外的火山喷发。它上面的火山活动异常激烈，爆发时喷出熔岩和气体的速度超过400米/秒，喷射高度达 450公里。此外，木卫一也和火星一样有极冠，不过它的极冠不是白色而是红色的。
木卫二是一个明亮的球体，表面被冰覆盖着，所以它的反照率很高。木卫二上还有很多黑色的条纹，这可能是冰层的裂缝，并且它上面的环形山不多。
木卫三是太阳系最大的卫星，直径超过了水星。它的密度较低，反照率也不高，所以表面可能由脏冰和岩石构成。木卫三的表面上还发现有一些山脊和峡谷及稀疏的环形山。
木卫四表面有一些由同心环围绕着的大盆地，地势较平坦，局部被冰层覆盖。木卫四的环形山明显多于其他几颗卫星，这说明它的地质年龄较长。
土星的特征
土星按太阳系离太阳由近及远的次序在九大行星中排行第六。在 1781年天王星发现前，它还被认为是太阳系中最外侧的行星。在我国古代认为土星每28年运行一周天，正好每年“坐镇”28宿之一，所以称土星为“镇星”
或“填星”。在西方，人们用罗马神农萨都恩来命名土星。
土星在很多方面都类似于木星，它与木星同属于巨行星。土星的赤道半径约为6万公里，体积是地球的745倍，质量是地球的95.18倍，它的体积和质量在 九大行星中仅次于木星，排行第二。土星没有固体的表面，组成土星的主要物质是氢和氦。土星的密度是大行星中最小的，每立方厘米的平均质量只有0.7克，比 水还轻，如果把九大行星都放在一个大水盆里，只有土星会浮在水面上。
土星距太阳的平均距离为9.6天文单位，在轨道上的公转速度是9.64公 里/秒，绕太阳一周要29.5年。土星还是一颗高速自转的行星，由于它具有液态的表面，所以它的自转角速度随纬度不同而变化，赤道附近自转最快，周期只有 10小时14分，随着纬度的增高，自转速度逐渐减慢，到了纬度60°处，转一周要用10小时40分。高速的自转使土星变得很扁，它的扁率比木星还要大。
由于土星距太阳很远，所以它表面的温度应该很低。理论计算的结果为-197℃，而实际测量值为-168℃，这说明土星与木星一样，也存在自己的内部热源。
“先驱者”11号探测土星时，在距它128万公里处发现了土星的磁场，并且绘制了磁场图。土星的磁场比地球要强得多。
土星最引人入胜的是它那美丽的光环。在地面上即使用一架小天文望远镜也不难领略到土星光环迷人的风采。由于土星光环的平面与土星轨道面不重合，而且光环 平面在绕日运动中方向保持不变，所以从地球上看，光环的视面并不固定，有时看起来像一个正圆环，有时看起来像一个宽边草帽，有时干脆根本看不见。由于土星 光环很薄，厚度只有约50米，所以当视线正好与光环平面重合时，光环便会从我们眼里“消失”。光环大约每隔15年 “消失”一次。由于光环的面积不断变化，引起了土星的视亮度的变化，最亮时与最暗时可相差3倍。
由于土星离我们较远，所以目前我们对土星的了解还很不够。美国宇航局和欧洲空间局正酝酿向土星发射一个新的探测器——“卡西尼”号，如该计划执行顺利，预计于2002年到达土星，对土星进行为期4年的详细观测。
土星的彩色“腰带”
1610年，伽利略用他的望远镜观测土星时，发现在土星的球状本体旁边有一个附属物。由于望远镜成像质量太差，他没能确定出这个附属物的真实形状。到了 1659年，荷兰物理学家惠更斯经过仔细地观测才认识到这个附属物原来是离开土星本体的光环。以后，随着望远镜的改进。人们观察到了土星光环越来越多的细 节，并发现它是由几个较小的光环组成的，而不同的光环之间还留有空隙。但在当时，人们一直认为土星环是由几个扁平的固体物质盘组成的。直到1856年，经 典电动力学的奠基人麦克斯韦才从理论上证明了土星环“应该由许多独立的粒子组成，它们以不同的速度在围绕土星旋转 ”。
土星环有着极其复杂的 结构，共由A、B、C、D、E、F、G7个环组成，它们都位于土星的赤道面上。最靠近土星的D环离土星表面还不到 7000公里，只相当于土星半径的1/9。D环向外依次为C环、B环、A环、F环、E环和G环。G环的外边缘离土星表面约5～8万公里。在土星的7个环 中，A、B、C3个环较亮，称为主环，其余的4个环较暗。主环中以B环最为引人注目，它宽达22000公里，而且内部的物质最稠密，亮度也最大。在A环和 B环之间是著名的卡西尼环缝，它宽约4800公里。A环内还有宽度仅 320公里的恩克缝。在A环外侧和C、 B环之间还分别有宽度为 3520公里和 4200公里的先驱者缝和法兰西缝。
以上只是土星环的一些大致结构，它实际上还要复杂得多。“旅行者1号”和“旅行者2号”在探访土星时，就发现土星环实际上是由成百上千条细环组成的，就像唱片上的纹路一样密集。卡西尼缝和恩克缝内也并不是空洞无物的，它们的内部也有一些细的环带。
土星光环是由无数大小不等的颗粒构成的。这些颗粒的直径从几微米到几米，它们有的是一些微不足道的灰尘，有的是大块的岩石和冰块。它们在太阳光的照射下形成各种各样的颜色，由于光环不同部分物质的密度不均匀，所以光环的颜色也就有深有浅。
关于光环的成因，多数科学家认为土星光环是一颗卫星被土星巨大的潮汐力瓦解后形成的。但也有人认为土星环是由太阳系形成时剩余的原始物质形成的。
土星的卫星
在探测器到达土星之前，人们只发现了 10颗土星卫星。根据“先驱者11号”、“旅行者1号”和“旅行者2号”发回的资料分析，有案可稽的就有几十个新的土卫候选天体。现在已经被确认的土星卫星达23个之多，其卫星数量超过了木星，居太阳系诸行星之首。
土卫系统中有很多有趣的现象，比如有时一些卫星占用同一条轨道绕土星运动，而且在轨道上的角距很稳定，一般接近 60°，这样它们和土星就构成了稳定的天空正三角形。在土卫3前、后60°附近就各有一颗小卫星——土卫13和土卫14，这三颗卫星和土星组成了两个大正 三角形。另外，有一些土卫实际上是位于土星光环之中的，它们对光环的作用是形成光环复杂结构的重要原因。
在土星的众多卫星中，最为引人注目的是土卫6、土卫8和土卫9。
土卫6又名提坦，直径4828公里，是土星最大的卫星。过去一直认为它也是太阳系中最大的卫星，但精确测量得知它比木卫3小了112公里。土卫6最独特 的地方是它浓密的大气，厚度可达地球大气的10倍，而且要稠密得多。和地球一样，土卫6大气主要也是由氮组成的，但含量高于地球，约为98％，另外还有少 量的甲烷、乙烷、乙烯等气体。以前，科学家曾经对于在土卫6上发现生命寄予厚望。遗憾的是，接近探测并没有发现任何生命的痕迹，但是在土卫6云层的顶端发 现了一种可以孕育生命的有机分子。
土卫8的表面状况非常引人注目，它的一个半球非常明亮，另一个半球却很暗，亮暗半球的边界是模糊不清的。土 卫8 还像月球一样，表面有大量的陨石坑——环形山。科学家对于土卫8表面亮度问题有两种解释：一种认为土卫8曾与一块大陨星相撞，撞击造成了土卫8上强烈的火 山喷发，喷出的物质覆盖住原来的冰外壳，形成黑暗面。另一种解释认为黑色物质是土卫8轨道外侧的土卫9发出的，它们降落在土卫8位于公转轨道前方的半球 上，这与观测是相符的。
土卫9是离土星最远的卫星。它与土星的其他卫星有很多不同。土星的其他卫星基本上是由冰组成的，而土卫9则是由岩石组 成的。土卫9还是土星唯一的一颗非同步卫星和逆行卫星。据此，科学家认为土卫9不是同土星的其他卫星一起由土星周围的星云物质形成的，而是一颗被土星俘获 的小行星。
“旅行者2号”对天王星的发现
1986年，对美国的航天事业来说，是灾难性的一年，包括“挑战者号”
航天飞机在内的许多航天器的发射均告失败，给人类太空事业的未来蒙上了一层久久不能消散的阴云，然而，“旅行者2号”对天王星的探测获得的巨大成功，却与前面的失败形成了鲜明的对比。人类对自然界的探索正是在失败的悲痛与成功的喜悦中勇敢地往前走。
20世纪70年代末，美国宇航局利用一次几百年一遇的罕见的行星排列机会“二箭四雕”，发射了“旅行者1号”、“旅行者2号”两颗外行星探测器。“旅行者1号”在飞过木星和土星后，完成了自己的绝大部分使命。
而“旅行者2号”，则利用土星的引力，改变航向并加速飞往天王星，然后再飞往海王星。为此，设在南加州的帕萨迪纳美国宇航局喷气推进实验室的科学家，克服了许多困难。可以说，科学家们通过遥控技术，重新“组装”
了一台探测器，调整了包括摄像机、动力系统和控制计算机，还有通信装置在内的大部分机载设备，并启动了设在美国、西班牙、澳大利亚的射电望远镜收发信 号，这本身就是一个奇迹。1986年1月，“旅行者2号”飞到了天王星，在会合的24小时内探测器收集的资料，是自天王星发现以来人类获得的有关天王星的 资料的好几倍。在此之前，我们仅知道，它是太阳系的第7颗行星，距太阳29亿公里，直径48000公里，主要由气体组成，自转轴倾倒于公转轨道面上，并且 有6颗卫星。1977年发现了围绕天王星的几个光环。
而现在，我们发现了天王星的10颗新卫星，新的环带和其他许许多多令我们惊奇的东西。首 先，旅行者对天王星的近距离观测，显示天王星与地面观测相同，是淡蓝色的，这与木星和其他许许多多令我们惊奇的观测相同，是淡蓝色的，这与木星和土星是非 常不同的，只是在其南极区略红一些，这是由于天王星大气的光化学烟雾效应造成的。另外，发现在天王星大气中各处的温度大致相同，为零下208℃，而在纬度 30°的地方有一个神秘的冷圈，这使科学家们大为迷惑，他们原以为天王星的赤道应比极区冷 8℃。因为，决定其气象过程的温度梯度应与“直立”行星相反。有关天王星大气的照片，经过电子处理，科学家们找到了4块云，并考察了它的流动速度，云的跟 踪表明，天王星上的风全都沿着行星旋转方向流动，风速为161公里/小时，这明显违反大气中的一个基本定律——热风方程。
当行星的极区比赤道 冷时，与行星旋转方向相通的正向风随高度的增加而加快。在天王星上，极区应比赤道热，风应当是反向即风的流速应比行星的旋转速度低，而这种情况并未发生， 天王星上各处温度又几乎相同，所以，科学家们不得不重新构造天王星的大气模型。天王星的磁场观测显示，磁轴的取向与其自转有很大的夹角，大约为60℃左 右，这与太阳系中人类已经探测过的行星是不同的。科学家们猜想，可能是天王星的卫星和磁层的相互作用导致了天王星磁轴“奇怪”的取向。磁场非常重要，因为 要想了解掩藏在天王星云雾之下的天王星非气体部分的情况，磁场是唯一可以利用的信息。
科学家们测定了天王星的自转周期，大约为17.3小时。
另外，对天王星卫星的探测也取得了许多重要的数据。最初收到的信号清楚地显示出了许多火山口。从天卫四往内，卫星离天王星越近，地质活动就越强烈；天卫 三上有一条长长的沟槽；天卫一上则有很多仿佛刚结霜的浅色带状区域；而在天卫五上有奇特的明亮特征，形状与火山相似。只有在天卫二上没有地质活动的迹象， 它一直保持着漆黑和呆滞的样子。后来，在发回的卫星拼图中，科学家们得以更仔细地研究天王星的卫星。天卫五好像流行歌曲的精华集，而不是专集，它集中了几 乎太阳系中所有的地质特征！长长峡谷仿佛火星表面的大峡谷，一排排沟槽与木卫三表面相似，下陷的岩石又像水星压力断层，但最突出的3种特征以前从未见过， 在卫星的边缘上有一系列的暗线，看起来仿佛是从侧面观看一堆薄饼，在其右侧有一个山形结构，它被狭长曲折的同心裂缝包围。更往右边，接近卫星的日照一侧的 边缘，有一系列互相平行的沟槽，在一端一起垂直地拐弯，仿佛长方形赛马场。沿赛马场的一侧，有一个深深的狭谷，显露出高达数公里的一排悬崖峭壁。实际 上，“旅行者2号”对天卫五提出的问题比其揭示的问题要多得多。有关天王星环的探测也获得了重大的收获。

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