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木星环

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组成木星环的四个主要成员
组成木星环的四个主要成员
木星环,是指围绕在木星周围的行星环系统。它是太阳系第三个被发现的行星环系统,第一个和第二个分别是土星环及天王星环。木星环首次被观测到是在1979年,由航海家一号发现及在1990年代受到伽利略号进行详细调查。木星环在25年来亦可以由哈勃太空望远镜及地球观察。在地上需要现存最大的望远镜才能够进行木星环的观察。

隐约的木星环系统主要由尘埃组成。木星环分成四个部分:厚厚的粒子环面内晕层称为“光环”;一个相对光亮的而且特别薄的“主环”;以及两个外部既厚又隐约的“薄纱环”(或称“蛛网环”),其名称由形成她们的物质的卫星而来:木卫五(阿马尔塞)和木卫十四(底比斯)。

木星环的主环及光环由卫星木卫十六(墨提斯)、木卫十五(阿德剌斯忒亚)及其他不能观测的主体因为高速撞击而喷出的尘埃组成。在2007年二月至三月由新视野号取得的高分辨率图像显示主环有丰富的精细结构[7]。

在可见光及近红外线光线下,除了光环呈现灰色或蓝色外,木星环会呈现红色。在环内的尘埃大小不定,但是所有环除了光环以外的尘埃横切面面积最大为半径约15微米的非球体粒子。光环主要由亚微米级尘埃组成。环状系统的主要质量(包括不可见的主体)约为1016公斤,和木卫十五质量相当。环状系统的年龄不详,但是可能在木星形成时已经存在。

目录

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主环编辑本段回目录

图像拼接木星环
图像拼接木星环
范围

狭窄且薄的主环是木星环系统最光的部分。她的外部边界位于半径1.806RJ(~129,000km;RJ=木星赤道半径或是71,398km)并与木星最细小的内部卫星木卫十五轨道吻合。她的内部边界不受任何卫星定位并位于~122,500km(1.72RJ)。

受到正面散射时的特征

由以上的数据得知主环阔度为~6,500km。主环的外貌依观察角度而改变。受正面散射(scattering)的光线(即光线散射的角度相对太阳光的为小)照射的主环的光度在128,600km急速下降(刚好在木卫十五轨道的内部)并在129,300km达到背景等级(backgroundlevel)(刚好在木卫十五轨道的外部)。所以位于129,000km的木卫十五可以清楚指示出主环位置。除了位于128,000km的木卫十六轨道附近的部分显著的缺口外,光度越接近木星便越会增加,并在环的中心点128,000km达至最高光度。主环的内部边界与此相反,由124,000至120,000km慢慢地变得暗淡,与光环融合。所有木星环在受到正面散射的光线照射下都会变得特别光亮。

上方图像显示由新视野号拍摄受到背向散射光线照射的主环,可以见到主环的外部精细结构。下方图像显示受到正面散射光线照射的主环,可以见到主环除了墨提斯裂口外便没有任何结构。(CourtesyNASA/约翰霍普金斯大学应用物理实验室JohnsHopkinsUniversityAppliedPhysicsLaboratory/美国西南研究院SouthwestResearchInstitute)

木星环主环
主环
木卫十五与木卫十六轨道间的三个小环

情况在背向散射光线(即光线以相对于太阳光的180°作出散射)照射的情况下变得不同。位于129,100km,即略为在木卫十五轨道外的主环外部边界变得十分陡峭。卫星的轨道被主环的一个裂口所标示,所以有一个薄薄的小环刚好在轨道外。另外一个小环位于木卫十五轨道内,接着又有一个成因不明的裂口位于~128,500km。第三个小环在被发现在木卫十六的轨道外的中央裂口内部。主环的光度在木卫十六轨道外部急速下降,形成“墨提斯裂口”(Metisnotch)。

主环的光谱特征

木星环由伽利略号拍摄的主环正向散射图
由伽利略号拍摄的主环正向散射图
哈勃太空望远镜凯克天文台、伽利略号和卡西尼-惠更斯号取得的主环的光学频谱,显示出组成主环的粒子是红色的,所以她们的反照率在较长的波长较高。现存的光谱横跨0.5–2.5μm的范围。现阶段无任何光谱特征可以指出那些粒子是那一种个别的化合物。主环的光谱特征与木卫十五及木卫五的十分类似。

尝试解释主环光谱特征的假说

主环的性质可以由她包含显着数量的0.1–10μm粒子大小的尘埃假说得到解释。以上假说解释了为何主环的正面散射比背向散射较强.但是需要有较大的物体才能解释主环光亮外部的强背向散射及精细构造.

光环编辑本段回目录

范围

木星环由伽利略号拍摄的光环伪色
由伽利略号拍摄的光环伪色
光环是木星环中最内部及最厚的。她的外部边界与主环内部边界在半径122,500km(1.72RJ)重叠。由此半径开始光环向木星快速增厚。光环的实际纵向伸延不明但其物质可以在距环面高度高至10,000km侦测到。光环的内部边界十分清晰并位于半径100,000km(1.4RJ)处,但部分物质被发现在92,000km的更深入地区。所以光环的阔度约为30,000km。

外观

她的形状类似一个缺乏清楚内部结构的厚环面。与主环相对,光环的外观与观察角度只有少量关联性。

亮度

在伽利略号广泛拍摄的光环在正向散射光线中显得最亮。虽然光环的表面光度比主环小很多,其与环平面垂直的综合光子通量(Flux)则因为其较大的厚度而可以与主环比较。虽然她有一个号称长于20,000km的垂直伸延,光环的光度在环面最为集中并遵守幂次法则(与z−0.6toz−1.5成正比例),而z是环面垂直的高度。光环由凯克天文台及哈勃太空望远镜在背向散射光线下观察的外表基本相同,但其总光子通量比主环小几倍,并在越接近环面便越集中。

光谱性质

光环的光学频谱性质与主环不同。其在0.5–2.5μm级别的通量分布比主环较平;光环不是红色而可能甚至是蓝色。

薄纱光环编辑本段回目录

范围

木星环由伽利略号拍摄的薄纱光环的正向散射图像
由伽利略号拍摄的薄纱光环的正向散射图像
阿马尔塞薄纱光环是一个有矩形横切面的暗淡结构,由182,000km(2.54RJ)的木卫五轨道伸延至129,000km(1.80RJ)。其内部轨道因为光亮很多的光环及主环的存在而不能明确界定。其接近木卫五轨道的厚度约为2300km,并往木星方向略为减少。阿马尔塞薄纱光环实际上在顶部及底部为最亮,而越接近木星则越亮。其外部边界相对陡峭,特别是在顶部的边界。

附加结构

阿马尔塞薄纱光环的辐射状剖面有一个显著的突出物,并刚好位于木卫五轨道内部。正向散射光线下的阿马尔塞薄纱光环比主环暗淡约30倍。在背向散射下她只能够由凯克天文台的望远镜哈勃太空望远镜上的先进巡天照相机所侦测到。背向散射图像显示环上在刚好在木卫五轨道内的有光度增加,从面推测出那处有一个附加结构。

质量与光深度性质

在地面上能够侦测到阿马尔塞薄纱光环再加上伽利略号的图像容许了粒子大小分布的确定,并发现了其分布遵守主环尘埃相同的幂次法则,为q=2±0.5。其光深度约为10−7(其数量级小于主环),但是其尘埃总质量为却可以与之比较(107–109kg)。

探索编辑本段回目录

木星环木星环的存在是在1975年由先锋11号对于行星辐射带(radiationbelt)的观察所推演出来的。在1979年,旅行者1号拍摄了木星环系统的一张过度感光图片。更广泛的拍摄由旅行者2号在同年进行,容许了对木星环系统结构的一个粗略估计。由伽利略号在1994年至2003年间拍摄取得的极佳质素图像大大的增加了对木星环的现有知识。由凯克天文台在1997年及2002年对木星环进行的地面观测及哈勃太空望远镜在1999年的观测透露了木星环在背向散射光线下的丰富可见结构。由新视野号在2007年二月至三月期间传送的图像令主环精细结构可以被首次观察。在2000年,卡西尼-惠更斯号往土星的旅程中对木星环系统进行了广泛观察。未来对木星系统的任务将可提供对木星环更多的资讯。

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