人文歷史

發(fā)現(xiàn)&命名

木星，因為在夜晚以肉眼很容易就看見它，當太陽的位置很低時，偶爾也能在白天看見，因此自古以來就為人所知。在巴比倫，這個天體代表他們的神馬爾杜克（Marduk）。他們用木星軌道大約12年繞行黃道一周來定義它們生肖的星宮。羅馬人依據(jù)神話將它命名為木星（拉丁語：Iuppiter, Iūpiter，也稱為Jova），是羅馬神話中主要的神，它的名字來自原始印歐語系的呼格合成*Dyēu-p?ter（主格：*Dyēus-p?tēr，意思是“O天神之父”或“O日神之父”）。相對而言，木星對應(yīng)于希臘神話是宙斯（Ζε??），也被稱為Dias（Δ?α?），其中的行星名稱仍然保留在現(xiàn)代的希臘語中。在英語，周四（Thursday）是源自“雷神日”（Thor's day），是出在日耳曼神話。相較于羅馬神話就是朱庇特。羅馬星期四的Jovis也重新命名為Thursday。

在中、日、韓語系中，基于中國的五行，這顆行星被稱為木星。李商隱在《馬嵬》中那句“如何四紀為天子，不及盧家有莫愁”中的“紀“即為木星的公轉(zhuǎn)周期。中國的道教將它擬人化成為福星。在吠陀占星學(xué)中，木星被稱為祭主仙人（Brihaspati），是啟發(fā)靈性的宗教導(dǎo)師，通常稱為上師（Guru），字面的意思是"重人"。在突厥神話，木星稱為“Erendiz/Erentüz”。

研究

生命可能

在1953年，米勒-尤里實驗證明了閃電和存在于原始地球大氣中的化合物組合可以形成有機物（包括氨基酸），可以作為生命的基石。這模擬的大氣成分為水、甲烷、氨和氫分子；所有的這些物質(zhì)都在現(xiàn)今的木星大氣層中被發(fā)現(xiàn)。木星的大氣層有強大的垂直空氣流動，運載這些化合物進入較低的地區(qū)。但在木星的內(nèi)部有更高的溫度，會分解這些化學(xué)物，會妨礙類似地球生命的形成。

天文數(shù)據(jù)

運動&軌道

公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)

木星與太陽的共同質(zhì)心實際上是位于距離太陽中心的1.07倍太陽半徑之外——或者說是位于太陽表面之外的7%太陽半徑的位置。木星至太陽的平均距離是7億7800萬千米（大約是地球至太陽距離的5.2倍，或5.2天文單位），公轉(zhuǎn)太陽一周要11.8地球年。這是土星公轉(zhuǎn)周期的五分之二，也就是說太陽系最大的兩顆行星之間形成5：2的共振軌道周期。木星的橢圓軌道相對于地球軌道傾斜1.31°，因為離心率0.048，因此近日點和遠日點的距離相差7,500萬千米。木星的轉(zhuǎn)軸傾角相較于地球和火星非常小，只有3.13°，因此沒有明顯的季節(jié)變化。木星的自轉(zhuǎn)是太陽系所有行星中最快的，對其軸完成一次旋轉(zhuǎn)的時間少于10小時；這造成的赤道隆起，在地球以業(yè)余的小望遠鏡就可以很容易看出來。這顆行星是顆扁球體，意思是它的赤道直徑比兩極之間的直徑長。木星的赤道直徑比通過兩極的直徑長9275千米。 因為木星沒有固體表面，上層大氣有著較差自轉(zhuǎn)。木星極區(qū)大氣層的自轉(zhuǎn)周期比赤道的長約5分鐘，有三個系統(tǒng)作為參考框架，特別是在描繪大氣運動的特征。系統(tǒng)I適用于緯度10°N至10°S的范圍，是最短的9小時50分30.0秒。系統(tǒng)II適用于從南至北所有的緯度，它的周期是9小時55分40.6秒。系統(tǒng)III最早是電波天文學(xué)定義的，對應(yīng)于行星磁層的自轉(zhuǎn)，它的周期就是采用的木星自轉(zhuǎn)周期。

衛(wèi)星&光環(huán)

衛(wèi)星

木衛(wèi)一、木衛(wèi)二、木衛(wèi)三、木衛(wèi)四在1610年被伽利略用望遠鏡發(fā)現(xiàn)，稱為伽利略衛(wèi)星。1892年巴納德發(fā)現(xiàn)了木衛(wèi)五，其他衛(wèi)星都是1904年以后用照相方法陸續(xù)發(fā)現(xiàn)的。旅行者號飛船于1979年發(fā)現(xiàn)了木衛(wèi)十四，1980年又先后發(fā)現(xiàn)木衛(wèi)十五和木衛(wèi)十六。除四個伽利略衛(wèi)星外，其余的衛(wèi)星半徑多是幾千米到20千米的大石頭。木衛(wèi)三半徑為2631千米，是衛(wèi)星中最大的一顆，直徑大于水星。木衛(wèi)二可能存在液態(tài)的海洋。木星的四個伽利略衛(wèi)星和木衛(wèi)五的軌道幾乎在木星的赤道面上。

木星運動正逐漸地變緩。同樣相同的引潮力也改變了衛(wèi)星的軌道，使它們慢慢地逐漸遠離木星。木衛(wèi)一、木衛(wèi)二、木衛(wèi)三由引潮力影響而使軌道共振固定為1：2：4，并共同變化。木衛(wèi)四也是這其中一個部分，在未來的數(shù)億年里，木衛(wèi)四也將被鎖定，以木衛(wèi)三的兩倍公轉(zhuǎn)周期，以木衛(wèi)一的八倍來運行。

木星有眾多衛(wèi)星，2018年已發(fā)現(xiàn)79顆，木星的衛(wèi)星由宙斯一生中所接觸過的人來命名（大多是他的情人）。它們大致分為三群：第一，順行的規(guī)則衛(wèi)星，最靠近木星，木衛(wèi)十六、木衛(wèi)十四、木衛(wèi)五、木衛(wèi)十五和四顆伽利略衛(wèi)星共8顆，軌道偏心率都小于0.01。第二，順行的不規(guī)則衛(wèi)星，離木星稍遠的一群，包括木衛(wèi)十三、木衛(wèi)六、木衛(wèi)十及木衛(wèi)七等，偏心離為0.11～0.21。第三，逆行的不規(guī)則衛(wèi)星，離木星最遠的一群，包括木衛(wèi)十二、木衛(wèi)十一、木衛(wèi)八及木衛(wèi)九等，偏心率0.17～0.38。

木星的衛(wèi)星群

規(guī)則衛(wèi)星

內(nèi)側(cè)群

內(nèi)側(cè)的4顆小衛(wèi)星，直徑小于200千米，軌道半徑小于200000千米，軌道傾角小于0.5度。

伽利略衛(wèi)星

由伽利略和西門·馬里烏斯同時期發(fā)現(xiàn)的4顆衛(wèi)星，軌道在400000千米至2000000千米，有一些是太陽系中較大的衛(wèi)星。

不規(guī)則衛(wèi)星

撒米斯圖群

這是單獨一顆衛(wèi)星的群組，軌道介于伽利略衛(wèi)星和希馬利亞群半途的中間位置。

希馬利亞群

一個緊密的族群，軌道距離在11000000千米至12000000千米。

卡普群

另一個單一衛(wèi)星的群，在亞南克群的內(nèi)緣，以順行方向繞著木運轉(zhuǎn)。

亞南克群

逆行衛(wèi)星群，邊界相當模糊，平均距離木星21276000千米，平均軌道傾角為149度。

加爾尼群

相當明顯的逆行衛(wèi)星群，平均距離木星23404000千米，平均軌道傾角165度。

帕西法爾群

分散、特征含糊的逆行衛(wèi)星群，涵蓋所有最外層的衛(wèi)星。

行星環(huán)

木星有一個同土星般的環(huán)，不過又小又微弱。早在1974年先鋒11號探測器訪問木星時，就曾在離木星約13萬千米處觀測到高能帶電粒子的吸收特征。兩年后有人提出這一現(xiàn)象可用木星存在塵埃環(huán)來說明?？上М敃r無人作進一步的定量研究以推測這一假設(shè)環(huán)的物理性質(zhì)。木星環(huán)的發(fā)現(xiàn)純屬意料之外，只是由于兩個旅行者1號的科學(xué)家一再堅持應(yīng)該去看一下是否有光環(huán)存在。其他人都認為發(fā)現(xiàn)光環(huán)的可能性為零，但事實上木星環(huán)是存在的。1979年3月，旅行者1號探測器穿越木星赤道平面時，這時它所攜帶的窄角照相機在離木星120萬千米的地方拍到了亮度十分暗弱的木星環(huán)的照片。同年7月，后到達的旅行者2號探測器又獲得了有關(guān)木星環(huán)的更多的信息，證實了這個結(jié)論。

木星光環(huán)的形狀像個薄圓盤，其厚度約為30千米，寬度約為9400千米，離木星128300千米。光環(huán)分為內(nèi)環(huán)和外環(huán)，外環(huán)較亮，內(nèi)環(huán)較暗幾乎與木星大氣層相接。光環(huán)的光譜型為G型，光環(huán)也環(huán)繞著木星公轉(zhuǎn)，7小時轉(zhuǎn)一圈。根據(jù)對空間飛船所拍得照片的研究，現(xiàn)已知道木星環(huán)系主要由亮環(huán)、暗環(huán)和暈三部分組成。亮環(huán)在暗環(huán)的外邊暈為一層極薄的塵云，將亮環(huán)和暗環(huán)整個包圍起來的厚度不超過30千米亮環(huán)離木星中心約13萬千米，寬600千米。暗環(huán)在亮環(huán)的內(nèi)側(cè)，寬可達5萬千米，其內(nèi)邊緣幾乎同木星大氣層相接。亮環(huán)的不透明度很低，其環(huán)粒只能截收通過陽光的萬分之一左右?？拷镰h(huán)的外緣有一寬約700千米的亮帶它比環(huán)的其余部分約亮10%，暗環(huán)的亮度只及亮度環(huán)的幾分之一。暈的延伸范圍可達環(huán)面上下各1萬千米它在暗環(huán)兩旁延伸到最遠點，外邊界則比亮環(huán)略遠。據(jù)推算，環(huán)粒的大小約為2微米，真可算是微粒。這種微米量級的微粒因輻射壓力、微隕星撞擊等原因壽命大大短于太陽系壽命。為了證實木星環(huán)是一種相對穩(wěn)定結(jié)構(gòu)這一說法人們提出了維持這種小塵埃粒子數(shù)量的動態(tài)穩(wěn)定的幾種可能的環(huán)粒補充源。

如果光環(huán)要保持形狀，它們需被不停地補充。兩顆處在光環(huán)中公轉(zhuǎn)的小衛(wèi)星：木衛(wèi)十六和木衛(wèi)十七，是光環(huán)物質(zhì)來源的最佳候選。木星的兩極有極光，這似乎是從木衛(wèi)一上火山噴發(fā)出的物質(zhì)沿著木星的引力線進入木星大氣而形成的。木星有光環(huán)，光環(huán)系統(tǒng)是太陽系巨行星的一個共同特征，主要由黑色碎石塊和雪團等物質(zhì)組成。木星的光環(huán)很難觀測到它沒有土星那么顯著壯觀，但也可以分成四圈。木星環(huán)約有9400千米寬，但厚度不到30千米，光環(huán)繞木星旋轉(zhuǎn)一周需要大約7小時。伽利略號飛行器對木星大氣的探測發(fā)現(xiàn)木星光環(huán)和最外層大氣層之間另存在了一個強輻射帶，大致相當于電離層輻射帶的十倍強。

觀測

地面觀測

1610年，伽利略·伽利雷（Galileo di Vincenzo Bonaulti de Galilei）和西門·馬里烏斯（Simon Marius）各自獨立的發(fā)現(xiàn)木星的4顆大衛(wèi)星（伽利略衛(wèi)星），這是首次發(fā)現(xiàn)不屬于地球的衛(wèi)星，也是當時首次發(fā)現(xiàn)顯然不以地球為中心運動的天體。這是對尼古拉·哥白尼（Miko?aj Kopernik）日心說最主要的支撐，伽利略直言不諱的支持哥白尼學(xué)說，使他被置于教會的威脅下。1660年代，喬凡尼·多美尼科·卡西尼（Giovanni Domenico Cassini）使用一架新的望遠鏡發(fā)現(xiàn)木星的斑點和彩色的區(qū)帶，并且觀察到這顆行星出現(xiàn)扁平形；就是在兩極扁平。他也估計出這顆行星的自轉(zhuǎn)周期。在1690年，卡西尼發(fā)現(xiàn)大氣經(jīng)歷較差自轉(zhuǎn)。大紅斑是在木星南半球的一個顯著鵝蛋形特征，可能早在1664年就被羅伯特·胡克（Robert Hooke）和卡西尼在1665年觀測過；雖然這仍有爭議。已知最早的繪圖來自藥劑師海因利?！な吠哓悾⊿amuel Heinrich Schwabe），他在1831年顯示大紅斑詳細的資訊。據(jù)說，大紅斑在1878年變得很顯眼前，在1665年至1708年曾經(jīng)有多次從視線中消失的場合。它在1883年和20世紀初，再度被記錄到衰退。喬瓦尼·阿爾方多·波雷里（Giovanni Alfonso Borelli）和卡西尼兩人都細心地做出木星衛(wèi)星的運動表，可以預(yù)測這些衛(wèi)星經(jīng)過木星前方或背后的時間。在1670年代，人們觀測到當木星與地球在相對于太陽的兩側(cè)時，衛(wèi)星運動事件的發(fā)生會比預(yù)測的慢達17分鐘。丹麥天文學(xué)家奧勒·羅默（Ole R?mer）推論視線看到的不是即時發(fā)生的事情（卡西尼在此之前曾經(jīng)拒絕這樣的結(jié)論），而這個時間上的差異可以用來估計光速。1892年，愛德華·愛默生·巴納德（Edward Emerson Barnard）在加利福尼亞州使用利克天文臺 36-英寸（910-毫米）的折射望遠鏡觀察到木星的第5顆衛(wèi)星。發(fā)現(xiàn)了這顆相對較小的衛(wèi)星，證明了他敏銳的視力，使他很快的成名。這顆衛(wèi)星后來被命名為木衛(wèi)五（Amalthea）。這是最后一顆以人眼視覺發(fā)現(xiàn)的行星衛(wèi)星，之后的衛(wèi)星均從照片發(fā)現(xiàn)。

1932年，魯珀特·沃爾特根據(jù)木星的吸收光譜確定木星大氣中含有甲烷和氨。1938年，觀察到3個長壽的白色鵝蛋形反氣旋特征。幾十年來，它們是獨立存在木星大氣層的特征，有時會互相靠近，但永遠不會合并。最后，兩個在1998年合并，并在2000年吸收了第三個，被稱為長圓形BA。在1955年，巴納德柏克和肯尼斯·佛蘭克林偵測到來自木星的22.2MHz的無線電信號爆發(fā)。這些爆發(fā)與木星的自轉(zhuǎn)周期匹配，也能夠用這些資訊來改進自轉(zhuǎn)速率。發(fā)現(xiàn)來自木星的無線電爆發(fā)有兩種形式：長達數(shù)秒的長爆發(fā)（L爆發(fā)）和持續(xù)時間短于百分之一秒的短爆發(fā)（S爆發(fā)）。

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)來自木星的無線電訊號有三種傳輸?shù)男问剑旱谝?、隨著木星旋轉(zhuǎn)的十米無線電爆發(fā)（波長10米的無線電波），并且受到木衛(wèi)一與木星磁場交互作用的影響。第二、厘米無線電輻射（波長為厘米的無線電波）于1959年首度由弗蘭克·德雷克（Fank Drake）和Hein Hvatum觀測到。這個信號起源于木星赤道附近的圓環(huán)帶狀，是由木星磁場中被加速電子引起的回旋輻射。第三、輻射熱是由大氣中的熱產(chǎn)生的。

先驅(qū)者號探測

美國宇航局于1972年3月發(fā)射了先驅(qū)者10號探測器，這是第一個探測木星的使者，它穿越危險的小行星帶和木星周圍的強輻射區(qū)，經(jīng)過一年零九個月，行程10億千米，于1973年10月率先飛臨木星，探測到木星規(guī)模宏大的磁層研究了木星大氣傳回了三百多幅木星圖像。1973年4月美國又發(fā)射了先驅(qū)者11號探測器，1974年12月5日到達木星，距離木星表面最少只有4.6萬千米，比先驅(qū)者10號更近。送回了有關(guān)木星磁場、輻射帶、中立、溫度、大氣結(jié)構(gòu)等情況，并觀測到了木星南極地帶。

旅行者號探測

1977年8月20日和9月5日，美國先后發(fā)射了旅行者2號和旅行者1號探測器這兩個姊妹探測器沿著兩條不同的軌道飛行。擔(dān)負探測太陽系外圍行星的任務(wù)發(fā)射一百天后，旅行者1號超過旅行者2號，并先期到達木星探測。1979年3月5日，旅行者1號在距木星27.5萬千米處與木星會合，拍攝了木星及其衛(wèi)星的幾千張照片并傳回地球。通過這些照片可以發(fā)現(xiàn)木星周圍也有一個光環(huán)，還探測到木星的衛(wèi)星上有火山爆發(fā)活動。旅行者2號于1979年7月9日到達木星附近，從木星及其衛(wèi)星中間穿過，在距木星72萬千米處拍攝了幾千張照片。

伽利略號探測

伽利略號探測器于1989年升空，1995年12月抵達環(huán)木星軌道。它旅行了28億英里，它的終結(jié)日期比原來預(yù)計的晚了六年。伽利略號繞木星飛行了34圈，獲得了有關(guān)木星大氣層的第一手探測資料，在1995年將一個探測器放到了木星上。它發(fā)現(xiàn)木星的衛(wèi)星木衛(wèi)二、木衛(wèi)三、木衛(wèi)四的表面下有咸水海洋，還發(fā)現(xiàn)木星衛(wèi)星上有劇烈的火山爆發(fā)。

伽利略號的首要任務(wù)是要對木星系統(tǒng)進行為期兩年的研究，而事實上，伽利略號從1995年進入木星的軌道直到2003年墜毀，它一共在木星工作了8年之久。它環(huán)繞木星公轉(zhuǎn)，約兩個月公轉(zhuǎn)一周。在木星的不同位置上，得到其磁層的數(shù)據(jù)。此外它的軌道也是預(yù)留作近距觀測衛(wèi)星的， 在1997年12月7日，它開始執(zhí)行其額外任務(wù)，多次近距在木衛(wèi)一和木衛(wèi)二上越過，最近的一次是于2001年12月15日，距衛(wèi)星表面僅180千米。

因為為了節(jié)約燃料，所以伽利略號并未滅菌處理，為了避免其與可能存在生命的木衛(wèi)二接觸，伽利略號探測器在2003年年9月21日墜毀于木星，以此結(jié)束其近14年的太空探索生涯。這將是美國宇航局自1999年以來首次控制探測器在地球之外的天體上墜毀。 伽利略號對研究木星的衛(wèi)星作出了很大的貢獻。在伽利略號到達木星之前，人們一共只發(fā)現(xiàn)了16顆木星的衛(wèi)星。伽利略號到達后又發(fā)現(xiàn)了多個衛(wèi)星，使這個數(shù)字已經(jīng)上升到了63個。

朱諾號探測

朱諾號是NASA新疆界計劃前往木星探測的太空船。于2011年8月5日從卡納維拉爾角空軍基地發(fā)射升空，預(yù)定于2016年7月抵達。探測器將放置在繞極軌道，研究木星的組成、重力場、磁場和磁層和磁極。朱諾號也要搜索和尋找這顆行星是如何形成的線索，包括是否有巖石的核心、存在大氣層深處的水量、質(zhì)量的分布、風(fēng)速可以達到618千米每小時(384英里每小時)的深度。

朱諾號探測器

朱諾號探測器2011年8月5日發(fā)射，2013年10月9日利用地球引力彈弓加速飛往木星，在2016年7月5日到達木星軌道，展開對木星的深入探測。此后，朱諾號每年大約繞木星運轉(zhuǎn)32圈， 探測木星內(nèi)部的結(jié)構(gòu)情況；測定木星大氣成分；研究木星大氣對流情況以及探討木星磁場起源和磁層。通過它的探測，科學(xué)家希望了解木星這顆巨行星的形成、演化和本體內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及木星衛(wèi)星等。

撞擊事件

1993年3月24日，美國天文學(xué)家尤金·蘇梅克（Eugene Merle Shoemaker）和卡羅琳·蘇梅克（Carolyn Shoemaker）以及天文愛好者戴維·列維（David H. Levy），利用美國加州帕洛瑪天文臺的46厘米天文望遠鏡發(fā)現(xiàn)了一顆彗星，遂以他們的姓氏命名為蘇梅克-列維9號彗星。這顆彗星被發(fā)現(xiàn)一年零兩個多月后，于1994年7月16日至22日，斷裂成21個碎塊，其中最大的一塊寬約4千米，以每秒60千米的速度連珠炮一般向木星撞去。

2009年7月21日，澳大利亞一位業(yè)余天文愛好者安東尼·衛(wèi)斯理，在凌晨1點利用自家后院的14.5英寸反射式望遠鏡發(fā)現(xiàn)木星被彗星或者小行星撞擊，在木星表面留下地球般大小的撞擊痕跡。美國航空航天局噴氣推進實驗室在20日晚上9點證實了衛(wèi)斯理的發(fā)現(xiàn)，并于21日證實木星在過去相當短一段時間內(nèi)再次遭遇其他星體撞擊，使木星南極附近落下黑色疤斑撞擊處上空的木星大氣層出現(xiàn)一個地球大小的空洞。2010年6月3日，澳洲的業(yè)余天文學(xué)家天文愛好者觀測到一顆彗星的撞擊，造成小于以前觀測到的事件。另一位菲律賓的業(yè)余天文學(xué)家也錄影捕捉到這次事件。

地理特征

木星是一個巨大的液態(tài)氫星體。隨著深度的增加，在距離表面至少5000千米深處，液態(tài)氫在高壓和高溫環(huán)境下形成。據(jù)推測，木星的中心是一個含硅酸鹽和鐵等物質(zhì)組成的核區(qū)，物質(zhì)組成與密度呈連續(xù)過渡。木星是氣態(tài)行星（又稱類木行星），即以非固體物質(zhì)為主要組成的行星，它是太陽系中體積最大的行星，赤道直徑為142984千米。木星的密度為1.326g/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。

質(zhì)量大小

木星的質(zhì)量是太陽系其他行星質(zhì)量總和的2.5倍，由于它的質(zhì)量是如此巨大，因此太陽系的質(zhì)心落在太陽的表面之外，距離太陽中心1.068太陽半徑。雖然木星的直徑是地球的11倍，非常巨大，但是它的密度很低，所以木星的體積是地球的1321倍，但質(zhì)量只是地球的318倍。木星的半徑是太陽半徑的十分之一，質(zhì)量只為太陽質(zhì)量的千分之一，所以兩者的密度是相似的?！澳拘琴|(zhì)量”（MJ或MJup）通常被作為描述其它天體（特別是系外行星和棕矮星）的質(zhì)量單位。因此，例如系外行星HD 209458 b的質(zhì)量是0.69MJup，而仙女座κb的質(zhì)量是12.8MJup。

理論模型顯示如果木星的質(zhì)量比現(xiàn)今更大，而不是318個地球質(zhì)量，它將會繼續(xù)收縮。質(zhì)量上的些許改變，不會讓木星的半徑有明顯的變化，大約要在500地球質(zhì)量（1.6MJup）才會有明顯的改變。盡管隨著質(zhì)量的增加，內(nèi)部會因為壓力的增加而縮小體積。結(jié)果是，木星被認為是一顆幾乎達到了行星結(jié)構(gòu)和演化史所能決定的最大半徑。隨著質(zhì)量的增加，收縮的過程會繼續(xù)下去，直到達到可察覺的恒星形成質(zhì)量，大約是50MJup的高質(zhì)量棕矮星。

然而，需要75倍的木星質(zhì)量才能使氫穩(wěn)定的融合成為一顆恒星。最小的紅矮星，半徑大約只是木星的30%。盡管如此，木星仍然散發(fā)出更多的能量。它接受來自太陽的能量，而內(nèi)部產(chǎn)生的能量也幾乎和接受自太陽的總能量相等。這些額外的熱量是由開爾文-亥姆霍茲機制通過收縮產(chǎn)生的。這個過程造成木星每年縮小約2厘米。當木星形成的時候，它要比當前觀測到的要略大一點。

大氣層

木星的高層大氣是由體積或氣體分子百分率約88%～92%的氫和約7%～11%的氦所組成，剩余1%是其他氣體。由于氦原子的質(zhì)量是氫原子的四倍，探討木星的質(zhì)量組成時比例會有所改變：大氣層中氫和氦分別占了總質(zhì)量的75%及24%，余的1%為其他氣體物質(zhì)，包括微量的甲烷、水蒸氣、氨以及硅的化合物。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(zhì)。大氣最外層有冷凍的氨的晶體。木星上也透過紅外線及紫外線測量發(fā)現(xiàn)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，木星大氣中的惰性氣體是太陽的二至三倍，高層大氣中的氖只占了總質(zhì)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，但仍有太陽中氦的比例的80%。這個差距可能是由于元素降水至行星內(nèi)部所造成。

由光譜學(xué)分析而言，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，由于沒有太空船實際深入大氣層的分析，除了木星之外的行星仍沒有重元素數(shù)量的精確數(shù)據(jù)。

云層

木星有著太陽系內(nèi)最大的行星大氣層，跨越的高度超過5000千米。由于木星沒有固體的表面，它的大氣層基礎(chǔ)通常被認為是大氣壓力等于1MPa（10bar），或十倍于地球表面壓力之處。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(wěn)地轉(zhuǎn)換進入行星的流體內(nèi)部。這是溫度和壓力在氫和氦的臨界點之上造成的結(jié)果，意味著氣體和液體的相位之間沒有明確的界限存在。

木星的大氣組成按分子數(shù)量來看，81%是氫，18%是氦，按質(zhì)量則分別是75%和24%。只有約1%左右的其他氣體，其中包括甲烷、水蒸氣、氨氣等。這與太陽系的前身——原始太陽星云的組成相近，但木星中較重元素的比例卻比原始太陽星云多數(shù)倍。同為氣體行星的土星也是類似的組成，但天王星及海王星中的氫和氦就少得多。由于木星有較強的內(nèi)部能源，致使其赤道與兩極溫差不大，不超過3℃，因此木星上南北風(fēng)很小，主要是東西風(fēng)，最大風(fēng)速達130～150米/秒。木星大氣中充滿了稠密活躍的云系。各種顏色的云層像波浪一樣在激烈翻騰著。在木星大氣中還觀測到有閃電和雷暴。由于木星的快速自轉(zhuǎn)，因此能在它的大氣中觀測到與赤道平行的、明暗交替的帶紋其中的亮帶是向上運動的區(qū)域，暗紋則是較低和較暗的云。

木星表面有紅、褐、白等五彩繽紛的條紋圖案，可以推測木星大氣中的風(fēng)向是平行于赤道方向，因區(qū)域的不同而交互吹著西風(fēng)及東風(fēng)，是木星大氣的一項明顯特征。大氣中含有極微的甲烷、乙炔之類的有機成分，而且有打雷現(xiàn)象生成有機物的概率相當大。

大紅斑與渦旋

木星的大紅斑位于南緯23°處，長2萬千米，寬1.1萬千米。探測器發(fā)現(xiàn)，大紅斑是一團激烈上升的氣流，呈深褐色。這個彩色的氣旋以逆時針方向轉(zhuǎn)動。在大紅斑中心部分有個小顆粒，是大紅斑的核，其大小約幾百千米。這個核在周圍的反時針漩渦運動中維持不動。大紅斑的壽命很長，可維持幾百年或更久。早在1665年，意大利天文學(xué)家卡西尼就發(fā)現(xiàn)了它。大紅斑艷麗的紅色令人印象深刻，顏色似乎來自紅磷。大紅斑的自轉(zhuǎn)是逆時針方向，周期大約是六天。大紅斑的長度是24000至40000千米，寬度是12000至14000千米。它的直徑大到可以容得下2至3顆地球。這個風(fēng)暴的最大高度比周圍的云層高出約8千米。風(fēng)暴通常都發(fā)生在巨行星大氣層的湍流內(nèi)，木星也有白色和棕色的鵝蛋形風(fēng)暴，但較小的那些風(fēng)暴通常都不會被命名。白色的鵝蛋傾向于包含大氣層上層，相對較低溫的云。棕色鵝蛋形是較溫暖和位于普通云層。這種風(fēng)暴持續(xù)的時間可以只有幾個小時，也可以長達數(shù)個世紀。

表層地理

磁場

木星的磁場強度是地球的14倍，范圍從赤道的4.2高斯（0.42mT）到極區(qū)的10至14高斯（1.0～1.4mT），是太陽系最強的磁場（除了太陽黑子）。環(huán)繞著行星的是松弱的行星環(huán)系統(tǒng)和強大的磁層（木星磁場十分強大，其背對太陽一面的磁場甚至延伸至土星軌道）。這個場被認為是由渦流產(chǎn)生的——旋流運動的導(dǎo)電材料——核心的液態(tài)金屬氫。在埃歐衛(wèi)星的火山釋放出大量的二氧化硫，形成沿著衛(wèi)星軌道的氣體環(huán)。這些氣體在磁層內(nèi)被電離，生成硫和氧的離子。它們與源自木星大氣層的氫離子，在木星的赤道平面形成等離子片。這些片狀的等離子與行星一起轉(zhuǎn)動，造成進入磁場平面的變形偶極磁場。在等離子片內(nèi)的電流產(chǎn)生強大的無線電訊號，造成范圍在0.6至30MHz的爆發(fā)。

木星磁層的范圍大而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在距離木星140萬～700萬千米之間的巨大空間都是木星的磁層；而地球的磁層只在距地心5萬～7萬千米的范圍內(nèi)。木星的五個大衛(wèi)星（木衛(wèi)一至木衛(wèi)五） [1]  都被木星的磁層所覆蓋，使之免遭太陽風(fēng)的襲擊。地球周圍有條稱為范艾倫帶的輻射帶，木星周圍也有這樣的輻射帶。旅行者1號還發(fā)現(xiàn)木星背向太陽的一面有3萬千米長的北極光。1981年初，當旅行者2號早已離開木星飛奔土星的途中，曾再次受到木星磁場的影響。由此看來，木星磁尾至少拖長到了6000萬千米以外。

木星的磁氣圈分布范圍比地球磁氣圈的范圍大上100多倍，是太陽系中最大的磁氣圈。由于太陽風(fēng)和磁氣圈的作用木星也和地球一樣在極區(qū)有極光產(chǎn)生，強度約為地球的100倍。

內(nèi)熱

木星正在向其宇宙空間釋放巨大能量。它所放出的能量是它所獲得太陽能量的兩倍。這說明木星釋放能量的一半來自于它的內(nèi)部。木星內(nèi)部存在熱源。有人認為它的熱能可能是木星形成時，由引力勢能轉(zhuǎn)變而來，被液態(tài)氫大規(guī)模對流到表面上。太陽之所以不斷放射出大量的光和熱，是因為太陽內(nèi)部時刻進行著核聚變反應(yīng)，在核聚變過程中釋放出大量的能量。木星是一個巨大的液態(tài)氫星球，本身已具備了無法比擬的天然核燃料，加之木星的中心溫度已達到了28萬K，具備了進行熱核反應(yīng)所需的高溫條件。至于熱核反應(yīng)所需的高壓條件，就木星的收縮速度和對太陽放出的能量及攜能粒子的吸積特性來看，木星在經(jīng)過幾十億年的演化之后，中心壓可達到最初核反應(yīng)時所需的壓力水平。木星和太陽的成分十分相似，但是卻沒有像太陽那樣燃燒起來，是因為它的質(zhì)量太小。木星要成為像太陽那樣的恒星，需要將質(zhì)量增加80倍才行，根據(jù)天文學(xué)家的計算，只有質(zhì)量大于太陽質(zhì)量的7%，才能進行氘聚變反應(yīng)，發(fā)出光和熱。

內(nèi)部結(jié)構(gòu)

木星有一個石質(zhì)的內(nèi)核，由鐵和硅組成。向外是由巖石與氫的混合顆粒物組成，無明確的邊界，在向外被一層含有少量氦，主要是氫元素的液態(tài)金屬氫包覆著。內(nèi)核上則是大部分的行星物質(zhì)集結(jié)地，以液態(tài)氫的形式存在。這些木星上最普通的形式基礎(chǔ)可能只在40億帕壓強下才存在，木星內(nèi)部就是這種環(huán)境（土星也是）液態(tài)金屬氫由離子化的質(zhì)子與電子組成。在木星內(nèi)部的溫度壓強下氫氣是液態(tài)的，而非氣態(tài)，這使它成為了木星磁場的電子指揮者與根源，木星的磁場強度大約10高斯，比地球大10倍。同樣在這一層也可能含有一些氦和微量的冰。木星還是天空中已知的最強的射電源之一。

木星內(nèi)部的溫度和壓力，由于開爾文-亥姆霍茲機制穩(wěn)定地朝向核心增加。在壓力為10帕的“表面”，溫度大約是340K（67℃；152℉）。在氫相變的區(qū)域——溫度達到臨界點——氫成為金屬，相變溫度是10000K（9700℃；17500℉），壓力為200GPa。在核心邊界的溫度估計為36000K（35700℃；64300℉），同時內(nèi)部的壓力大約是3000～4500GPa。

文化

世界紀錄

木星是太陽系中最大的行星、一天時長最短的行星、被最多航天器到訪過的外行星、擁有最多特洛伊小行星的行星、太陽系中擁有最活躍火山的天體以及太陽系中密度最大的衛(wèi)星，木星擁有衛(wèi)星上最多的隕石坑、最強的磁場、太陽系中最強大的極光、太陽系中最大的反氣旋風(fēng)暴。（吉尼斯世界紀錄）