伽利略衛星

伽利略衛星

伽利略衛星(Galilean satellites)是木星的四個大型衛星,由伽利略於1610年1月7日首度發現,所以將他們稱為伽利略衛星。

依其編號次序被命名為“艾奧”(Io)、“歐羅巴”(Europa)、“加尼美得”(Ganymede)和“卡里斯托”(Callisto)。它們是不以地球為中心運轉的第一個發現,也是贊同哥白尼的日心說的有關行星運動的主要依據。這四個衛星可以低功率望遠鏡來觀測,如果沒有光害,且環境極好,甚至可用肉眼勉強看到木衛四

基本介紹

  • 中文名:伽利略衛星
  • 外文名:Galilean satellites
  • 分類:衛星
  • 發現者:伽利略
  • 發現時間:1610年1月7日
命名由來,木衛條目,伽利略衛星簡介,木衛一,木衛二,木衛三,木衛四,

命名由來

1610年伽利略觀測這四個衛星多日,發現雖然木星在空中移動,衛星仍環繞木星公轉,從而得到支持哥白尼日心說的論據,即並非所有天體均環繞地球旋轉。木星的伽利略衛星在1610年發現後不久便由西門·馬里烏斯命名為“艾奧”(Io)、“歐羅巴”(Europa)、“蓋尼米德”(Ganymede)和“卡里斯托”(Callisto)。20世紀之前,這些名稱並不受歡迎,取而代之的為“木衛一”、“木衛二”,或“木星的第一顆衛星”等諸如此類的稱號。[1]這些名稱要到20世紀才被廣泛使用。

木衛條目

主條目:木衛一(Io)
主條目:木衛二(Europa)
主條目:木衛三(Ganymede)
主條目:木衛四(Callisto)
木星的四顆衛星,即木衛一、木衛二、木衛三、木衛四,是義大利天文學家伽利略在1610年發現的,因而得名。它們的軌道呈圓形,其軌道平面幾乎都和木星的赤道面重合,自轉周期和繞木星轉動的周期相同,是太陽系內四個較大的衛星。這些衛星的發現對於日心體系的確立起了歷史性的作用。十七世紀七十年代,丹麥天文學家羅默正是通過伽利略衛星被木星掩食的現象第一次測出了光的傳播速度。十七世紀以來,對伽利略衛星的研究取得了許多成果。
新華網巴黎3月12日電(記者黃涵)總部位於巴黎的歐洲航天局12日說,歐洲伽利略衛星導航系統的4顆衛星當天成功完成首次地面定位,標誌著該系統建設取得重要進展。
歐航局的公報說,當天上午,歐航局位於荷蘭諾德韋克的技術中心成功通過伽利略系統進行了地面經緯度和海拔高度定位,精度達10米至15米。這也是歐洲首次使用自己的衛星導航系統進行定位。歐航局伽利略項目經理哈維爾·貝內迪克托說,這一成功是伽利略導航系統全面測試的一項基本步驟。
伽利略系統首批兩顆衛星在2011年10月發射,太空已有4顆衛星,可以組網進行地面三維定位。
按規劃,歐洲伽利略衛星導航系統將由兩個地面控制中心和30顆衛星組成,其中27顆為工作衛星,3顆為備用衛星。4顆衛星組成的微型網路正處於測試階段,預計將在2014年底初步投入運營。作為這一項目的主要牽頭機構,歐航局計畫在再發射4顆衛星。

伽利略衛星簡介

木衛一

木衛一“艾奧”是木星四顆伽利略衛星中最靠內側的一顆,公轉軌道距離木星422,000公里,其直徑約3630公里,除了地球之外,木衛一是太陽系中唯一一顆被證實存在頻繁火山活動的星球。由於木衛一的引力較弱,大型爆發事件產生的碎屑噴發物會上升到很高的位置上。
木衛一首先由伽利略1610年發現,並命名為Io。它有稀薄的大氣,由二氧化硫與其他氣體組成。與外層太陽系的衛星不同,木衛一與木衛二的組成與類地行星類似,主要由熾熱的矽酸鹽岩石構成。其表面也與太陽系中其他星體截然不同,這使得科學家在第一次接觸旅行者號發回的數據時非常驚奇。他們原以為在類地星體上應布滿了受撞擊後留下的大大小小的環形山,然後以單位面積內留下的“彈坑”來估計星球外殼的年齡。但實際上木衛一的表面環形山極少,簡直屈指可數。這樣看來,其表面非常年輕。
木衛一有著令人驚異的多種地形:有向下有數千米深的火山口,有熾熱的硫湖,有很明顯不過的非火山的連綿山脈,流淌著數百千米長的粘稠的液體,還有一些火山噴口。硫和其化合物的多種顏色使得木衛一表面的顏色賦予多樣化。
木衛一表面的最熱點溫度可達700開,雖然它的平均溫度只有大約130開。這些熱點是木衛一損失其熱量的主要原因。不像其他伽利略發現的衛星,木衛一幾乎沒有水。這可能由於在太陽系進化過程的初期,木星太熱,把木衛一較易揮發的物質都蒸發掉了。
木衛一有令人驚異的多種地形:有向下有數千米深的火山口,有熾熱的硫湖(下右圖),有很明顯不過的非火山的連綿山脈,流淌著數百千米長的粘稠的液體,還有一些火山噴口。硫和其化合物的多種顏色使得木衛一表面的顏色多樣化。
對旅行者號的圖片分析使得科學家確信木衛一表面的熔岩流大多由熾熱的硫的化合物組成。然而,接下去的基於地表的研究表明對那裡溫度過高,不會有液態硫。一個當前的說法是,木衛一的熔岩流是由熾熱的矽酸鹽岩石組成的。最近的哈勃望遠鏡的觀察表明那些物質中可能富含鈉,或者說那裡不同的地方物質有著不同的組成成份。
它所有活動所需要的能量可能來自與它與木衛二,木衛三及木星之間的互動引潮力。這三顆衛星的共動關係固定,木衛一的公轉周期是木衛二的兩倍,後者是木衛三的兩倍。雖然木衛一就像地球的衛星月球一般,只用固定的一面朝向其主星,由於木衛二與木衛三的作用使它有一點點不穩定。它使木衛一扭動、彎曲,大約有100米長,並在復原扭曲的循環中產生能量。木衛一同樣切割木星的磁場線,生成電流。對於引潮力而言由此產生的能量不多,但電流的功率仍有1兆瓦特。它也剝去了一些木衛一的物質,並在木星周圍產生強烈的凸起狀輻射。在凸出面中脫離的粒子部分地造成了木星的巨大磁層。
來自伽利略號的最近數據顯示木衛一可能有自己的磁場,就像木衛三一樣。木衛一有稀薄的大氣,由二氧化硫與其他氣體組成。岩石質的木衛一(Io)是太陽系中最與眾不同的一個衛星。對木星系的探測中最令人驚奇的發現就是木衛一上的活火山,木衛一是除了地球太陽系中唯一一個存在活火山的天體。旅行者號在探測木衛一時,竟發現在木衛一表面有九個火山在同時噴發。噴發物上升的高度達到300公里,噴出物質的速度達到每秒一公里。劇烈的火山活動使木衛一表面覆蓋著一層厚厚的硫磺,所以木衛一看起來呈現橘黃色。
木衛一如此活躍的原因可能是因為它位於木星與木星的另兩顆大衛星——木衛二和木衛三的共同引力潮汐作用下,這種類似拔河競賽似的引力作用常常使木衛一的形狀發生大至100米左右的改變。木衛一的表面溫度約為零下143℃,在火山噴發時的溫度可達17℃,因此木衛一表面會有大小不一的熔岩湖。這與地球形成初期的情形十分相似。
木衛一木衛一

木衛二

木衛二(Europa)是木星的第六顆已知衛星,並是木星的第四大衛星,在伽利略發現的衛星中為離木星第二近。木衛二比地球的衛星月球稍微小一點。
公轉軌道: 距離木星 670,900 千米,衛星直徑: 3138 千米,質量: 4.80e22 千克。伽利略號還發現了一些木衛二擁有微弱磁場的證據(相當於木衛三的四分之一)。木衛二由伽利略於1610年發現。
木衛二與木衛一的組成與類地行星相似:主要由矽酸鹽岩石組成。但是與木衛一不同,木衛二有一個薄薄的冰外殼。最近從伽利略號發回的數據表明木衛二有內部分層結構,並可能有一個小型金屬核心。但是木衛二的表面不像一個內層太陽系的東西,它極度的光滑:只能看到極少的數百米高的地形。凸出的記號看來只是反照率特性或是一些不大的起伏。
木衛二上的環形山很少;只發現三個直徑大於5千米的環形山。這表面它有一個年輕又活躍的表面。然而,旅行者號做了一小部分的表面高清晰度地圖。木衛二的表面精確年齡是一個懸而未決問題。
木衛二的表面照片與地球海洋上的凍的照片相似。這可能是因為木衛二表面的冰以下有一層液態的水,或許有50千米深,由引潮力帶來的熱量保持液態。如果是這樣的話,這將是除地球之外,太陽系中唯一一個有大量的液態水存在的地方。
木衛二最醒目的外觀是遍布全球的一串串十字條紋。較大的一個向外擴散到淡色物質地帶,長近20千米。最近的有關它們的起源理論是:它們由一連串火山噴出物或噴泉產生。最近的哈博望遠鏡觀察揭示出木衛二有一個含氧的稀薄大氣(1e-11巴)。太陽系中63個衛星里只知道有4顆衛星(木衛一,木衛三,土衛六和海衛一)擁有大氣層。不像地球的大氣中的氧,木衛二的並不是生物形成的。它最可能是由於太陽光中的電荷粒子撞擊木衛二的冰質表面而產生水蒸氣,然而分成氫氣和氧氣。氫氣脫離,留下了氧氣。
來自伽利略號兩次接近木衛二發回的圖片看來驗證了早期的理論:木衛二的表面相當年輕,只看到很少的環形山,一些活動很顯然正在發生。有些區域看來很像春天到來時,兩極的海洋處冰塊融化的情景。木衛二表面和內部的確切性質還不很清楚,但有一個表面“海洋”的確切證據。
木衛二(Europa)是太陽系中另一顆與眾不同的衛星。木衛二是太陽系中最明亮的一顆衛星,幾百年來它以它的獨特性使一批又一批的科學家對它著迷。它之所以顯得如此明亮是由於它表面有一層厚厚的冰殼,這層冰殼上布滿了隕石撞擊坑和縱橫交錯的條紋。木衛二的內部很可能是非常活躍的,在冰殼下面很可能隱藏了一個太陽系中最大的液態水海洋,這個海洋中極有可能存在著生命。
木衛二木衛二
具體而言,木衛二直徑約3100千米,略小於月球,是木星4顆伽利略衛星中最小的一個,距離木星約67萬公里,被木星潮汐鎖定,如月球一樣永遠是一個面對著木星,同時由於木衛一、木衛二、木衛三也呈1:2:4的潮汐鎖定關係(即繞木星公轉周期為1:2:4),潮汐加熱現象使得木衛二內部較熱,令液態水的存在成為可能,因為它也成為太陽系中適合生命存在的一個熱門候選

木衛三

Ganymede 為最大的木星已知衛星,也是第七顆發現的木星衛星,在伽利略發現的衛星中離木星第三近。公轉軌道: 距離木星 1,070,000 千米,衛星直徑: 5262 千米,質量: 1.48e23 千克。它的直徑大於水星,質量約為水星的一半,也是太陽系中最大的衛星。
木衛三被伽利略於1610年發現。但其實早在2000多年前,我國戰國時楚國著名天文學家甘德就發現了,可因為當時科學還不被廣泛普及,所以這個結論被認為為謬論。直到1610年伽利略發現才證實了這一說法。
木衛三(Ganymede)是環繞木星運行的一顆衛星。是太陽系最大的衛星,直徑約5276千米。木衛三僅需要一個多星期即可繞木星旋轉一圈,離木星有1070000千米。
在伽利略號接觸木衛三之前,普遍認為它與木衛四是一塊石質物質外包一個大的水或冰水混合物作為地幔,並有一個冰外殼(這與土衛六和海衛一相似)。來自伽利略號的初步數據提議木衛四有一個獨一無二的組成成份,而木衛三則有三個層結構:一個小型的鐵或鐵硫化物核心,外面是矽酸鹽岩石地幔,最外部是冰質外殼。事實上,木衛三除了一個冰外殼外,與木衛一極相似。
木衛三的表面很粗糙,混有兩種地形:非常古老,隕坑遍布的黑暗區,和相對年輕的有著大片凹槽和山脊的較明亮地區。它們的起源很顯然不過是因為自然構造的,但詳情不很清楚。在這方面,木衛三可能與地球,及金星或火星類似。哈勃望遠鏡發現了木衛三有稀薄的含氧大氣的證據,與木衛二上發現的極相似。(這絕對不是有生命的證據)。類似的凹槽與山脊的地形在土衛二,天衛五和天衛一也可見。黑暗區則與木衛四的表面相似。
兩種地形上都有延伸的環形山,環形山的密集程度反映它已有了30-35億的年齡,與月球並不多。環形山有時為凹槽所切斷,說明凹槽也很古老。相當年輕的環形山通過發出的光線也可被看到。但是它不像月球,隕坑都較平,缺少環狀的山相圍,中央窪地則通常與月球和水星上的相同。這可能是由於木衛三的冰外殼較脆弱,使地質流動而缺少起伏的緣故。古老的環形山被逐漸抹去,常被稱作“覆畫”。
伽利略號飛行器第一次飛經木衛三時發現它有自己的磁場,內含於木星巨磁場中。這可能與地球的生成原因類似:星體內部物質運動的結果。研究人員發現,在太陽系中最大的衛星木衛三“加尼米德”(Ganymede)表面的崎嶇冰層下,可能藏有液態的鹹水海洋。地下水源的存在,是星球上是否擁有生命跡象的重要指針。這項最新的結果使得“加尼米德”也成為第3顆擁有地下水源的木星衛星。另外2個類似的衛星,分別是木衛二“歐羅巴”(Europa)以及木衛四“卡利斯托”(Callisto)。研究人員是在分析美國太空總署(NASA)的伽利略號宇宙飛船(Galileo)所傳回的資料時,發現了可能的地底海洋。
木衛三木衛三
伽利略號宇宙飛船在1995年12月升空後,便開始繞著木星飛行收集資料。今年5月20日,伽利略號終於飛到最接近“加尼米德”的位置,兩者僅僅相距809公里。科學家最近的發現,就是根據這次所傳回來的資料。研究小組表示,一種用來測試磁場的儀器,在“加尼米德”的內部,偵測到一些細微的變化,暗示可能是一種具傳導性的液體,例如鹹水。加州大學洛杉磯分校(UCLA)的太空物理學家基弗森(Margaret Kivelson)說:“在與數量龐大的資料奮戰了幾個月之後,我們相信,在『加尼米德』的表面冰層下,應該藏有一層液態的水。”基弗森說,這個約有幾英里厚的液態水層,應該是落在距離衛星地表160公里左右的地底下,水溫可能為攝氏零下55.56度,不過,由於衛星內部的高壓,這個液態水層並未結冰。伽利略號的相關研究人員也表示,根據宇宙飛船最近傳回來的高度顯影照片,“加尼米德”的表面活動看起來與地球相差無幾。受到衛星內部放射性元素的熱度影響,“加尼米德”地表的堅硬冰層,事實上,是浮在一層更具活動性的冰上。不過,在人類尋找外星生物的計畫上,木星的“歐羅巴”衛星,還是目前科學界最主要的目標。因為,不像“卡利斯托”或是“加尼米德”,科學家在“歐羅巴”上所偵測到的地底海洋層並不很深,離地表只有幾英里的距離,它的水溫則足以讓其保持液狀形態。

木衛四

木衛四(Callisto):它由伽利略和Marius於1610年發現。不像木衛三,木衛四的內部結構近乎沒有;它一律由或多或少的40%的冰與60%的岩石或鐵組成。這與土衛六和海衛一可能相似。公轉軌道: 距木星1,883,000 千米,衛星直徑: 4800 千米,質量: 1.08e23 千克。木衛四的表面都是環形山,表面十分古老,就像月球和火星上的高原。木衛四有太陽系中所觀察到的星體中最古老的表面環形山最多的地表;在漫長的40億年中,除偶然的撞擊之外只有很小的變動。
較大的一些環形山周圍圍繞著一串同心環 ,就像裂痕一般,不過經過歲月的滄桑,凍的緩慢運動,已使它平滑了不少。其中最大的一個被稱作Valhalla,直徑4000千米,並是多環盆地,猛烈撞擊後產生的典型例子。另一些例子為木衛四的“仙宮”(Asgard),月球表面陰暗部的Orientale和水星上的Caloris盆地。
與木衛三相似,木衛四的古老的環形山已經崩潰。它們缺少月球和水星上所有的高大的環狀的連山,放射狀射線和中央窪地。來自伽利略號的清晰圖片顯示,至少在某些地區,小型環形山已消失。這說明一些運動正在進行中,不管其他的是否在衰落過程中。
另一個奇特的地形現象是Gipul Catena,一系列撞擊出的環形山在一條直線上排列。這可能由於一個物體在接近木星時受引力而斷裂(與蘇梅克列維9號彗星極相似),然後撞向了木衛四引起。伽利略號沒有發現它的磁場的證據。與木衛三不同的是,它有複雜的地形,但木衛四上的地殼運動證據頗少。它的大多數性質與木衛三相同,所以它應有一個與木衛三類似的地理歷史。這兩顆衛星的不同地理歷史是行星科學的重要難題。
木衛四是迄今為止科學家認為最有可能存在生命的星球,它表面有平均厚度達300多米的冰層,下面極有可能存在人類未知的生命體。
木衛四木衛四

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