木星是太陽系八大行星中體積最大、自轉最快的行星,從內向外的第五顆行星。木星是四個氣體行星(又稱類木行星)中的一個,即不以固體物質為主要組成的行星。它是一個巨大的液態氫星體,密度為1.326 g/cm3,在氣體行星中排行第二,但遠低于太陽系中四個類地行星。據推測,木星的中心是一個由硅酸鹽和鐵等物質組成的核區,物質組成與密度呈連續過渡。

木星的大氣層被分為四個層次:對流層、平流層、增溫層和散逸層。不同于地球的大氣層,木星沒有中氣層,沒有固體的表面,大氣最底層的對流層,平穩地轉換進入行星的流體內部。這是溫度和壓力在氫和氦的臨界點之上造成的結果,意味著氣體和液體的相位之間沒有明確的界限存在。

木星的高層大氣是由體積或氣體分子約88%到92%的氫和約8%到12%的氦所組成。另外木星也含有微量的碳、乙烷、硫化氫、氖、氧、磷化氫、硫等物質,大氣最外層有冷凍的氨的晶體。透過紅外線及紫外線測量,木星上也發現了微量苯和烴的存在。木星大氣層中氫和氦的比例非常接近原始太陽星云的理論組成。然而,氧、氮、硫和惰性氣體的豐度大約是太陽的三倍,高層大氣中的氖只占了總質量的百萬分之二十,約為太陽比例的十分之一,氦也幾乎耗盡,但仍有太陽中氦比例的80%。這個差距可能是由于元素降水至行星內部所造成的。

在光譜學的分析下,土星被認為和木星的組成最為相似,但另外的氣體行星,天王星與海王星相較之下所含氫和氦的比例較低,由于太空船沒有深入大氣層分析,除了木星之外的行星至今仍沒有重元素數量的精確數據。

木星大氣層的垂直溫度變化與地球大氣層相似,對流層的溫度隨著高度降低,抵達對流層頂部其溫度也達到最低值,對流層頂是對流層和平流層的交界處。在木星,對流層頂大約在可見的云層之上50公里,該處的氣壓是0.1巴,溫度110K;在平流層,當轉折至增溫層時溫度已上升至約200K,高度大約是320公里,壓力為1微巴;在增溫層,溫度繼續上升,大約在1,000公里處溫度高達1000K,該處的壓力大約為1納巴。

由于大氣層的底層界限無法確定,一般將壓力為10巴之處,視為對流層的最低處,約位于壓力為1巴之下約90公里處,溫度大約是340K。在科學文獻中,將大氣壓力為1巴之處作為高度為0的木星“表面”。如同地球一樣,大氣層的最高處,外逸層的頂端,也沒有明確的界限,密度梯度逐漸降低,直到平穩地轉入星際物質之中,這大約是在“表面”上5000公里的高度。

木星的熱成層位于壓力低于1微巴之處,能展現氣輝現象、極區的極光和X射線的輻射。在它的內部還有數層電子和離子數量增高的電離層。熱成層是在地球之外最早被發現有三氫正離子的地方,這種離子在強烈的中紅外線輻射下生成,并且是熱成層致冷的主要機制。

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圖文簡介

木星是太陽系八大行星中體積最大、自轉最快的行星。