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何謂類地行星與類木行星？ 發問者：夢之迷境 ( 初學者 2 級)
發問時間：2005-04-19 23:01:50
解決時間：2005-04-21 13:25:57
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何謂類地行星與類木行星？
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回答者：泛白黨主席 ( 實習生 4 級 )
?> 回答時間：2005-04-20 19:36:23
[ 檢舉 ] 類地行星與類木行星的比較
我們太陽系中的九大行星基本上可按性質分為兩大類：與地球類似的類地行星（terrestrial planets），及與木星類似的類木行星（Jovian planets）。
類地行星包含比較靠近太陽的四顆行星：水星、金星、地球和火星。這四顆行星的體積與質量都比較小，但平均密度比較大，且都有固體表面，因此科學家推論這四顆行星的基本組成物質大都是岩石與金屬。此外，這四顆行星的衛星數量都很少，而且沒有光環。
類木行星則包含離太陽較遠的四顆巨行星：木星、土星、天王星和海王星。這四顆行星的體積與質量都比較大，但平均密度很小，如土星的密度只有0.7g/cm3，甚至比水還小，如果宇宙中有個夠大的游泳池可以將九大行星整個放進去，則除了土星之外，其他八顆行星都會沈入水底呢！由此推知，類木行星的主要組成成分多半是氫、氦、甲烷、氨等氣體與冰。此外，這四顆行星的衛星數量都很多，而行星周圍有都有光環圍繞，其中以土星的光環最壯觀，在地球上以小型望遠鏡即可看見，其他三顆行星的光環都是利用間接方式或太空船從旁飛掠時才得以見到。
至於冥王星，因其體積與質量很小、衛星數很少、沒有光環，這些特徵看來與類地行星類似，但因密度不大、組成成分可能主要是冰，這又與類木行星相似，因此，目前為將冥王星歸入上述兩類，甚至連「行星」的地位也不保囉！
下表則是類地行星與類木行星的基本比較：
包含行星體積質量平均密度組成成分衛星數光環
類地行星水金地火較小較小較大岩石、金屬較少無
類木行星木土天海較大較大較小氣體、冰較多有
月球 ( Moon )
1969年7月20日美國阿波羅(Apollo)十一號的太空人阿姆斯特朗(Neil Armstrong),踏出歷史性的一步,成為第一個登陸月球的人類,到目前為止月球仍是人類唯一有踏足的星球。阿姆斯特朗當時興奮的說：「對於一個人來說,這只是一小步;對人類來說,卻是一大步。」此後,阿波羅十二號、十四號、十五號、十六號和十七號相繼登月,共有十二名太空人到過月球。最近「阿波羅十三號」的電影就是描述其登月任務失敗的經過。
月球是地球的衛星,也是最接近地球的星體,距離約是地球半徑的六十倍。第二接近地球的是金星,但距離已是地球半徑的6500倍。因此,月球是夜空最亮的星體,難怪許多古文化都有祭拜月亮的傳統。中秋節是中國傳統的三大節日之一,而嫦娥奔月、吳剛砍樹、廣寒月宮等等的傳說,更已是家傳戶曉。
古希臘的天文學家,從亞里士多德時代,已了解到明亮的月球只是反射太陽的光,而月相的變化是因為在地球觀測的角度不同,故看到明暗部份不同的比例。至於日月蝕的現象,則是跟太陽、月球和地球的相對位置有關。日蝕是在月球位於太陽和地球中間,並擋住太陽照射到地球的光。而月蝕則是地球位於太陽和月球之間,擋住太陽照射到月球的光。
第一個看到月球的真面目是伽利略,他於1609年用望遠鏡觀測月球,發現月面上有高山和平原,並有很多坑洞。他把這從來沒有人看過的景象,畫成第一幅月面圖。此後隨著望遠鏡的改進,天文學家對月球有更詳細的了解。但在1901年著名的科幻小說家威爾斯(H.G.Wells)所出版的《月球的初民》(First Men in the Moon)中,描述月球人(Selenite)是非常聰明,有細長的四肢,居住在月球的洞穴中,呼吸稀薄的空氣和吃菌類的食物。當時,天文學家對月球的認識仍然有限,這種月球生物的存在還似乎是可能的。
自從1957年10月4日蘇聯發射第一顆人造衛星,人類便進入太空時代,對太陽系各星體又有進一步的了解。關於月球方面,第一艘到達月球的太空船,是在1959年登陸月球的蘇聯「月球二號」(Luna II),也是到達別的星體的第一個人造物體,第一艘安全降落並傳回月球表面的照片,則是1966年蘇聯的「月球九號」(Luna )。美國方面從1964年到1969年間,發射多艘無人太空船到月球,進行詳細的探測,作為阿波羅任務的準備工作。對於月球最詳盡的探測,是來自阿波羅計劃中的六次登月任務,太空人不只在月球做多項實驗,也帶回大量的月球岩石進行研究。其實,在七十年代蘇聯也在三次成功的無人月球任務(月球十六號、廿號和廿四號)中,帶回月球的岩石。
另一個有趣的現象,是月球的自轉和繞地球的公轉都是27.3天,這代表月球在運動時,都以同一面對著地球,有人便懷疑有外星人在月球背面居住,並監視著地球而我們完全不知道。在1959年蘇聯的「月球三號」,繞到月球的背面,攝到照片。除了平原比較少以外,月球的背面跟正面大致相同,對於外星人基地的疑慮便一掃而空。1994年美國太空船Clementine繞月球飛行了幾個月,傳回一百多萬張月面詳細的照片,使我們有了整個月球,包括正面和背面的地圖。
水星(Mercury)
水星是最接近太陽的行星,距離約只有地球與太陽的1/3。另外,它也是除冥王星外最小的行星,半徑約只有地球的1/3,約是月球的1.4倍,比木星最大的衛星還要小。由於水星常在太陽的附近,夜空中出現的時間很短,而且是在地平線不高的上空,星光受到大氣層的干擾,變得既弱又不穩定。因此,要捕捉水星的蹤影並不容易。水星的英文名字Mercury,是羅馬神話中行走如飛,為眾神傳遞訊息的使者。他神出鬼沒,難以捉摸,用來命名水星是適當不過的。
由於觀測水星十分困難,所以直到1889年,才由義大利的天文學家夏帕里利(Schiaparelli),描劃出第一張比較可靠的水星地圖。從行星表面特徵的變化,他推斷水星的自轉周期是88天,跟它的公轉一樣。這代表水星的一面永遠對著太陽,另一面則永遠背對太陽。向太陽的一面受到曝曬,溫度會非高。早期的紅外光觀測,的確測出向陽面的溫度達400℃。
經過半個世紀,水星自轉之謎才在1965年被解開。美國的天文學家培登吉爾(PeHengill)和戴斯(Dyce),利用位於波多黎各(Puerto Rico)的亞雷西堡(Arecibo)天文台,全世界最大的電波望遠鏡,測出水星的自轉周期其實是約59天,正好是水星公轉周期的2/3。這樣水星自轉一周,它在軌道上公轉2/3周,即240°,所以太陽在天空只移動了120°。要太陽移動 360°,完成一個太陽日,水星要自轉三次,即公轉二次。因此,在水星上生活,一天對於兩年,即176地球天。由於水星自轉軸是垂直於公轉平面,故沒有四季之分。
雖然水星不是同一面永遠向著太陽,但白天的時間達88地球天,而且水星又接近地球,故高溫度可達400℃。另水星沒有什麼大氣層,沒辦法留住熱量,在88地球天的黑夜裡,溫度卻可以降到–200℃。故溫差達600℃,是全太陽系溫差最大的地方。
繼夏帕里利,法國的天文學家安東尼亞第(Antoniadi)利用82cm的折光望遠鏡觀測水星,並繪成更詳細的水星圖。但水星的真面目卻要等到1974年才為人所知,美國於1973年11月3日發射「水手十號」(Mariner 10)太空船,對水星進行近飛探測。它在1974年3月29日、9月21日及1975年3月16日三次與水星相遇,共拍下五千多張相片,佔全水星45%的面積。最接近水星時,距離只有三百多公里,故照片都很清晰,發現水星表面與月球表面極為相似。
一百年前天文學家還以為有另一個行星,比水星更接近太陽。水星的軌道跟牛頓力學所計算出來的數據不符,在1860年當時的巴黎天文台台長,也是海王星(Neptune)的發現者之一,有名的天文學家利維爾(Le Verrier),在發現海王星的啟示下,他認為有一顆更接近太陽的行星,在影響水星的運動。果然有一位業餘天文學家Lescarbault,發現一顆新的星體通過太陽前面,他寫信告知利維爾。利維爾立刻拜訪他,並贊同他的發現,把新的行星命名為「火神星」(Vulcan)。這一發現曾經引起尋找火神星的熱潮,但幾十年過去,火神星並沒有再被看到。人們認為Les carbault看到的可能只是太陽黑子而已。至於水星軌道的問題,要等到1915年愛恩斯坦(Einstein)提出新的重力理論「廣義相對論」,才證明水星並不是因為另一個新的行星的影響,使其軌道與牛頓力學不符,而是牛頓的萬有引力理論不正確,必需加入廣義相對論效應,才能與觀測數據吻合。
金星(Venus)
金星是最接近地球的行星,所以在夜空中是除了月球外最明亮耀眼的星體,因此,也是許多古文化膜拜的對象。在中國它代表玉皇大帝派來向凡間託夢的信使「太白金星」。美洲印地安馬雅人對金星特別有興趣,製訂了準確的金星曆。Venus則是羅馬傳說中象徵美麗的愛的女神。
第一個用望遠鏡看金星的也是伽利略,他看到一個朦朧不清,淡黃色的圓盤,但卻有如月亮盈虧圓缺的變化,是行星繞太陽運行的哥白尼學說的一大證據。在1761年俄國天文學家羅蒙諾索夫(Lomonosov)發現金星的大氣層,是首次發現地球外有大氣層,這個發現是跟「金星凌日」的現象有關,即金星跑到太陽的前面。金星凌日以兩次為一組,相隔8年,但每一組卻相隔一百多年。十七世紀英國著名的天文學家哈雷,提出在金星凌日時,在地球上兩個不同地方同時測定金星穿過日面所用的時間,便可以準確算出日地距離。哈雷提出這個方法後,金星凌日共出現四次,分別是1761、1769、1874和1882年,下一次是在2004年。可惜,哈雷活了86歲,在1742年去世,竟沒有遇上金星凌日。而羅蒙諾索夫就是在1761年觀測金星凌日時,發現「黑滴」的現象,從而推論出金星上有大氣層。在十九世紀的金星凌日,天文學家搜集大量的數據,成功的測量出太陽與地球的距離。
談到金星凌日,卻帶出一位法國天文學家極其倒楣的事蹟。為了觀測1761年的金星凌日,法國天文學家勒讓提(Legentil)便提前一年坐船到觀測條件較好的印度去,但剛好遇上英法交戰,英軍又不讓他上岸,結果錯過了觀測時間。勒讓提並沒有因此灰心,他決定留在印度,等待八年後的金星凌日。可是到了1769年6月3日,當金星要走進日面時,突然天氣改變,風雨交加,待陣雨過後,金星已走出日面。勒讓提實在受不了這種打擊,而且他這一輩子不可能看到金星凌日,他因此病倒。在當地善心人士的照顧,他終於痊癒了,便收拾行李返故鄉。經歷兩次的船難,兩年後才回到法國巴黎。由於在患病期間,與親人失去聯絡,人們誤以為他已客死異鄉。所以已經繼承他的財產,他變得不名一文。勒讓提受到那麼大的挫折,卻還能重新出發,再活了二十多年才去世。
天文學家漸漸了解到金星是被厚厚的雲所覆蓋,所以沒法觀測到金星的表面。從雲層人們便自然的聯想到水,有水便應該有生物。在1918年瑞典的化學家Arrhenius就認為金星表面是一個大沼澤,溫度在50℃左右,如地球史前的熱帶叢林。由於金星的大小和質量都和地球差不多,又極可能有生物,人們便稱金星為地球的姐妹行星。
在1922年美國的天文學家聖約翰(St.John)和尼可遜(Nicholson)用光譜儀來分析金星大氣,卻找不到水的蹤跡,大沼澤突然被大沙漠所取代,他們更認為金星的雲其實是沙漠上空的風沙。經過更詳細的分析,天文學家在1932年發現金星的大氣大部份是二氧化碳,人們對金星的看法又改變了。為了解釋大量二氧化碳的成因,有人認為金星有大量的油性碳水化合物,水受到太陽紫外光的照射分解成氫和氧,氧跟碳水化合物作用產生二氧化碳,金星便變成有石油海洋的行星,雲也是石油微滴所組成。另一種看法是認為金星表面都是水所淹蓋,所以二氧化碳無法跟土壤結合組成如石灰的物質,故都留在大氣層中。當然,水中也溶解大量的二氧化碳,即有汽水海洋。
金星之謎到了50年代才慢慢被解開,利用電波望遠鏡和太空船的探測,天文學家開始看到金星的真面目。在1953年早期的電波望遠鏡觀測金星發現金星地面的溫度達300℃,金星上的沼澤、石油海洋或汽水海洋也都消失無蹤。1962年美國太空船「水手二號」(Mariner 2)成功到達金星,完成首次行星之旅。蘇聯的「金星先鋒」(Pioneer-Venus)首先較詳細的用雷達偵測金星表面。
從這些太空任務和更優良的電波望遠鏡的觀測,得知金星表面溫度其實高達500℃,大氣壓力則是地球的九十倍,即等於水下一公哩的壓力。雲是硫酸凝聚而成,範圍從高空約50公里到70公里。金星也會下硫酸雨,但不會到達地面,高溫把硫酸分解成水和二氧化硫,二氧化硫被循環再用。在空中40公里以下,空氣清晰,但天空永遠是密雲。在此,熱浪迫人,氣壓極高,又佈滿毒氣,看來不太像美麗的愛神,反而比較像陰森的地獄。
金星的表面溫度為何高達500℃?原因是所謂「溫室效應」。金星大氣層97%以上是二氧化碳,它讓太陽光通過,使金星表面變熱,卻不讓熱量散發,即所謂「溫室氣體」。其實, 在地球上人類的文明越進步,工業越發展,因燃燒石油和煤炭所釋出的二氧化碳就不斷增加。若我們不希望出現失控的溫室效應,使地球變成第二個金星的話,必需採取適當的措施,控制二氧化碳以及其他溫室氣體的產量。
另外,金星比地球接近太陽,也會使它的溫度提高。更有趣的是,金星自轉的方面跟地球相反,是自東向西。換言之,在金星太陽是從西方升起,東方落下。而且,它的自轉速度極慢,周期是243天,比它的公轉225天還要長,故金星的一天等於117地球天,在一個金星年中,太陽只會升落兩次左右。
金星地面的全貌最近才為人所知。1990年美國太空船「麥哲倫」(Magellan)到達金星的軌道上,經過一年的時間,用雷達偵測金星90%以上的表面,解細度達一百公尺,讓人們有了詳細的金星地圖。其中發現很多表面的結構都與火山活動有關,雖然沒有直接證據,但很多天文學家認為金星上仍有活火山存在。
火星(Mars)
雖然金星從美麗的愛神變成陰森的地獄,使人非常失望。但代表戰爭的紅色行星：火星,卻給人們無限的想像空間。1659年荷蘭著名科學家惠更斯(Huygens),從火星表面的特徵推論說其自轉約為24小時,跟地球非常接近。1666年義大利天文科學Cassini更發現火星上的南北極冠,表示有水的存在。1777年英國著名的天文學家赫歇耳,發現火星的自轉軸跟公轉平面並不垂直,傾斜約25o,跟地球的23.5o,也是差不多。赫歇耳便推論說,火星上也有四季,從他觀察到極冠隨一金星年中的大小改變,更支持火星上有季節的想法。另外,紅色的行星上有較暗的部份,而且其形狀也會改變,人們便聯想到海洋,或是植物森林。火星簡直被形容成另一個地球,所以更進一步的被想像有高等生物存在,也不足為奇了。
義大利著名的天文學家夏帕里利,在1877年利用約17年才一次,火星最接近地球的機會,觀察及描繪火星的表面。他發現火星表面有很多暗直線交錯形成網路,他稱這些線為canali,即義大利文「溝渠」的意思,但後來被翻譯成英文卻變成canal,即「運河」,突然間含有不是天然而是有高等智慧的生物所製造的意味。因此,在歐洲和美國都掀起一股火星熱。
其中一位被火星運河所深深吸引的是美國人羅威爾(Lowell),他生於1855年,年青時對天文學有所接觸,曾在哈佛大學唸書,後來到韓國擔任外交工作,慢慢成為一名富商。當1892年夏帕里利因為眼力不支,宣佈放棄觀察火星時,羅威爾便立志繼承他的工作,並要建立一所專屬觀察火星的一流天文台。於是在1894年他於美國亞利桑那州設立他的天文台,利用優良的24英吋反射望遠鏡,開始觀察火星。經過多年的努力,他發現比夏帕里利多近5倍的運河,它們互相交錯,看起來像要從南北極冠運水到火星的其他地方。由於這些線條可以在地球上看得到,羅威爾認為它們不只是水道,而且兩旁應有農田。直線交匯的地方也應該是一個大綠洲,更可能已發展成火星上的大城市。
在本世紀初,除了一部份的天文學家外,大部份的人都相信羅威爾的想法,很可惜後來證明這些火星運河都是虛構的。由於在望遠鏡中,火星的影像並不是那麼清楚,加上空氣的擾動和長時間觀摩的疲倦,可能是產生幻像的原因。但無論如何,羅威爾所倡導的火星人的形象,已經深入人心。在1898年,英國小說家威爾斯(Wells),便以火星人侵略地球為主題,寫下他的代表作《星際戰爭》(The War of the Worlds),其中描述的火星人手足如蜘蛛細長,但有巨大的腦袋,科技比人類先進,有殺傷力極大的武器,最後卻敵不過地球上的細菌而失敗。從1912年美國作家鮑羅斯(Burroughs),寫了關於地球人卡特(Carter)在火星上的冒險的11本科幻小說,並描繪火星人有綠色的表膚,從此綠色的火星人便誕生了。就算在1938年的萬聖節,美國有一個廣播節目,即以新聞的方式,根據《星際戰爭》的情節,報導火星人正在侵略美國東岸,並已摧毀多個城市,也有很多人不知道是惡作劇,竟恐慌的逃亡。
火星運河和火星人之謎,要等到太空時代的來臨,才得到完滿的解決。1965年7月美國太空船「水手四號」(Mariner 4)飛近火星,送回22張火星黑白的照片,其中並沒有運河,也沒有森林,而暗的地方只是比較不反光的地面。另外,卻發現如月球表面的坑洞,並測出火星表面的空氣極稀薄,氣壓只有地球的百分之一。火星的真面目則是由另一艘太空船「水手九號」所拍攝到,它在1971年11月到達火星,是第一艘成功環繞另一個行星的太空船。其實它的運氣並不是很好,當它到達火星時,剛好遇上火星的大風暴。地球上的大颱風,風速約為每秒60多公尺,但火星上的風速卻達180多公尺。這場大風暴捲起的塵埃籠罩整個星球,水手四號只隱約拍到在赤道附近的四個坑洞,其他地方都是模糊不清。
過了數個月的時候,風暴終於平息,火星開始露出它的真面目。原來四個坑洞是四個大火山,最大的是奧林匹克火山(Olympus Mons),高達26,000公尺(地球上的聖母鋒只有9,000公尺)。水手九號又發現在赤道附近有一個龐大的峽谷系統「水手谷」(Valles Marineris),長約4000公里,闊約600公里,深約6,000公尺,一個小分支就有美國大峽谷那麼大。水手谷是火星地殼活動所產生,跟水侵蝕並沒有關係的。但火星現在已經沒有任何地殼與火山的活動。另外,水手九號卻發現乾枯的河床,甚至有洪水爆發過的痕跡,證明火星早期有大量的水,現在只剩下在空氣中極微量的水份。從水手九號對火星表面溫度的探測和極冠在不同季節變化的數據,天文學家推斷火星的南北極冠其實不是水,而是二氧化碳所凝固而成。
雖然火星上沒有建造運河系統的高等生物,但是否有任何生物的存在,卻需要太空船直接登陸火星來進行探測。蘇聯的太空船「火星三號」(Mars 3)在1971年12月登陸火星,可惜著陸不久便失去聯絡。美國的太空船「維京一號」(Viking 1)和「維京二號」(Viking 2),分別在1975年7月和9月成功登陸火星,不僅拍回火星表面的照片,而且收集土壤進行生物的分析,卻都沒有證實有任何生物的存在。
火星有兩個衛星：火衛一(Phobos)和火衛二(Deimos),它們跟地球的衛星月球完全不一樣。它們比月球要小很多,而且有不規則的形狀。火衛一的形狀如馬鈴薯,最長只有21公里,公轉周期約7小時,比火星自轉還要快,所以在火星上會看到火衛一每天會在西方升起兩次。火衛二更小,直徑只有大約12公里,但它的周期約有30小時,故每兩天半會從東方升起。因此,它們會在火星的天空,以相反的方向行走。天文學家認為,這兩個衛星應該是火星補捉到的兩個小行星,由於小行星帶就在火星的軌道外,這個可能性是非常高的。
木星(Jupiter)
木星是行星中最大的，直徑是地球的11倍，質量比其他所有的行星和衛星加起來還要大，木星的英文名字Jupiter，是羅馬傳說中的眾神之王，對木星來說是十分貼切的。天文學家更估計，如果木星的質量再大5~10倍，便足以變成另一個恒星，與太陽形成雙星系統，當然行星軌道的穩定性和溫度的變化都會產生很大的問題，地球或其他的行星上能否有生物系統發展，也成為極大的疑問。
從望遠鏡看木星，最引人注目的莫過於它的彩色斑紋，究竟這些斑紋是甚麼呢？其實，木星和其他類木行星都沒有固體的外殼，它有濃密的大氣層，成份主要是氫和氦，大氣層之下是液態氫，所以需要如潛水艇的太空船來偵測木星內部。木星的雲層主要是氨、氨化物和水份所構成，它們在不同的高度會有不同的顏色。另外，木星自轉的周期只有約10小時，是太陽系內自轉速度最快的星體。由於它的自轉速度極快，故大氣層形成明顯的平行氣流帶，類似地球上的季候風，並成為不同的高低氣壓區，再加上不同的緯度上，溫度有所差異，所以會看到不同深度的雲層，也因此呈現不同的顏色。
由於木星的大氣層中有水份，這使人聯想到生物的存在，這些生物浮游在大氣層中，最大的可能像鯨魚一樣，用大口吞食大氣中的微生物來過活，也可能像噴射機一樣，向後排氣來往前推進。這些有如氣囊的生物，可能像海豚一樣聰明，但由於沒有發展四肢，所以工業文明比較難以獲致。
究竟木星上有沒有鯨魚般的生物？這個問題只有詳細偵測木星大氣層的太空船才可以解答。到現在為止，唯一偵測過木星大氣層的太空船只有美國的伽利略號(Galileo)，它是在1989年10月從太空梭亞特蘭大(Atlantis)發射，經過漫長的航程，與金星接近一次，地球二次，並利用這兩個行星的重力，才於1995年12月到達木星。伽利略號把一個偵測器投入木星的大氣層，使我們對木星的大氣層有了直接的認識。
木星另一個非常明顯的特徵是它的大紅斑，早在1664年英國科學家胡克(Hooke)就已注意到大紅斑的存在，同時期的荷蘭科學家惠更斯和義大利的Cassini都有看到。大紅斑其實是木星大氣層中的一個氣流漩渦，就如地球上的颱風，在三百多年中它的大小和顏色深淺都曾有所變化，但終於持續不散，現時約有兩個地球那樣大。這麼大的一個颱風，實在是難以想像的。那它的能量又是從那裏來的呢?在地球上的颱風，能量來自太陽光，木星比地球遠離太陽，那麼巨大又持久的氣流，不可能完全是吸收太陽光而產生。由於木星的體積龐大，所以其內部在形成時所聚集大量的熱能，發散的速度要比較小的行星來得慢，天文學家更量到木星現在所放出的熱能，是其所吸收的太陽光的兩倍，因此維持大紅斑所的能量，大部份是來自木星的內部。
1979年旅行者一號到達木星，首次發現木星的環。木星環是由不大反光的微粒塵埃所組成，故比著名的土星環要不明顯多了。現在我們知道所有的類木行星，都有環的結構。旅行者號也發現木星的磁場比天文學家預期的要強很多，是地球磁場的20~30倍，它的磁層非常龐大，範圍包含最接近木星的七個衛星，比太陽還要大。在地球如果可以看到木星的磁層，其大小比滿月還要大。
所有類木行星，包括木星、土星、天王星和海王星，都有一些共同的特性。它們體積大，質量高，主要成份是氫和氦，沒有固體的地殼。由於它們自轉速度大，大氣層都形成氣流帶，及強烈的氣候現象，如木星持續最少三百多年的大紅斑颱風。此外，它們都有強大的磁場和類似土星環的環狀結構。最後，它們都有為數不少的衛星，到目前為止，天文學家發現木星有16個衛星，土星18個，天王星15個和海王星8個，比地球的1個和火星的2個要多很多。
1994年7月發生彗星”蘇梅克-利維9號”(Shoemaker-Levy 9)撞木星的壯觀天文現象。這顆彗星是蘇梅克夫婦和利維在1993年3月所發現時，呈現特殊的長條形狀，經過較大的望遠鏡觀察，才知道它的彗核已分成21塊排成一線。據估計蘇梅克-利維9號本來是一個普通的彗星，週期為11年，後來被木星所捕獲，在1992年它最接近木星時，被巨大的重力拉碎。天文學家更預言它會在1994年7月撞擊木星，全世界的天文台都密切注意，希望看到彗星撞行星的壯觀景象。果然蘇梅克-利維9號在7月17日至22日的6天裏，以時速廿萬公里的速度撞擊木星，可惜是發生在木星背向地球的一面。由於木星自轉迅速，15分鐘後撞擊的痕跡便呈現在天文學家的面前。雖然每一塊碎片只有約一公里大，但有些痕跡卻有地球那麼大，釋放的總能量更是驚人，相等於數兆噸的TNT炸藥，全世界核武的總能也不到這個數目的十分之一。
上面提到木星有16個衛星，其中最有名的是四顆「伽利略衛星」，伽利略在1610年用望遠鏡觀察木星，發現有四個光點，並正確的推論說是四顆環繞木星的衛星，對以地球為宇宙中心的托勒玖宇宙模型是一大打擊。天文學家為紀念伽利略此一重大發現，便把這四顆衛星命名為伽利略衛星。它們各有特色，在旅行者一、二號相繼近距離通過木星，我們對於伽利略衛星才開始有比較清楚的了解，同時也帶給我們很多的驚奇。
伽利略衛星中最接近木星是木衛一(Io)，它可說是太陽系中最獨特的星體。它不但顏色特別鮮紅，比火星還紅，應是太陽系中最紅的天體，而且在1979年旅行者一號首次傳回木衛一的近照時，發現它還有黃、橙、褐、黑各種顏色，有如一個披薩餅，卻缺乏預期中如月球表面的坑洞。這些謎團的答案竟然是值一個驚人的發現所得到，旅行者一號發現木衛一有8個活火山，這是首次在地球外觀察到火山活動。其中最大的是Pele，即夏威夷火山女神，其範圍達1400公里。噴出的岩漿可達數百公里，比地球上的火山要壯觀多了。在木衛一現已發現有兩百多個大於20公里的火山，每年噴出的火山岩達一百億公噸，足以把隕石所造成的坑洞都淹蓋掉，所以才沒有坑洞的痕跡。另外，岩漿中的硫磺和硫化物，更給木衛一表面各種不同的顏色。
木星與太陽的距離是地球與太陽的5倍，接收的陽光比地球要少很多，如月球大小的木衛星一本來應該是比月球還要沉寂才對，怎麼會有如此激烈的火山活動。答案是木星強大的重力，木衛一與木星的距離跟月球和地球的距離相約，但木星的質量卻是地球300倍，巨大的潮汐力擠壓木衛一，其內部因摩擦生熱而熔化，熱能則通過火山的活動而釋放出來，使木衛一成為太陽系中最活躍的一顆星體。
另一顆伽利略衛星木衛二(Europa)，與木衛一真有天壤之別，如果木衛一是火，木衛二是被冰所覆蓋，反光度非常高。旅行者二號和伽利略號都有飛近木衛二，發現木衛二的表面十分光滑，表示其頗為年輕。另外，冰面上佈滿許多縱橫交錯的條紋，很可能是冰層的裂縫。這些都代表冰層下有水不斷往上湧出，凝結成新的冰面，據估計本衛二的冰層有約一百公里厚，而冰層下更有兩百公里深的海洋。海洋很自然會使人聯想到生物的存在，究竟木衛二上的海洋中有沒有生物，可能要等到太空船能穿過木衛二的冰層進行探測才可以回答。
伽利略衛星木衛三(Ganymede)是太陽系中最大的衛星，半徑有兩千六百多公里，比水星還要大。木衛三的表面主要也是水，並有明顯的明暗兩部份。比較黑暗的表面有很多隕石坑洞，代表其年代較為久遠，而比較明亮的部份，則坑洞較少，表示比較年輕。另外，明亮的區域有很多平行的凹槽地形，天文學家推斷木衛三可能曾發生過類似地球的板塊活動。
最後一個伽利略衛星：木衛四(Callisto)，也有它的獨特之處，它表面坑洞的密度是全太陽系最高的。雖然木衛四的大小和成份都跟木衛三差不多，但它內部活動很早就停止，古老的表面沒有被更新，一直保留到現在。木衛四表面另一個明顯的特徵，是一個巨大的隕石撞擊所留下的盤地，範圍有三千多公里，同心環的結構，看起來好像是哈密瓜的表面。
土星(Saturn)
土星是僅次於木星第二大的行星，但它卻是最美麗的。用望遠鏡觀察，會看到淡黃的星體，被發出柔和白光的光環所圍繞，形成與眾不同的景象。最早看到土星環的人是伽利略，他在1610年用望遠鏡觀察土星時，發現土星兩旁有如”耳朵”的半月形的光影，他懷疑是兩顆衛星，但它們卻停留不動，沒有繞土星公轉。更奇怪的是，這兩顆衛星在1612年竟然消失無蹤，並在三年後又重新出現。
經過半個世紀這個謎才被荷蘭著名科學家惠更斯(Huygens)所解開，他在1659年利用自己設計的望遠鏡，發現原來伽利略看到的”耳朵”，其實是環繞著土星的光環的一部份。由於土星環非常薄，只有10到100公尺而寬卻有約4500公里，所以當它的邊緣正對地球時，會變成一條線而難以看到，這就是光環在1612年消失的原因。到1675年，當時任巴黎天文台台長的義大利天文學家卡西尼(Cassini)，更發現土星環中有一圈空隙，後來天文學家便以他的名字命名為卡西尼環縫。
到了1859年，著名的物理學家Maxwell首先提出土星環並不是一整塊的，而是由碎石頭所組成。他是用理論的推導，指出環的內側和外側，根據開普勒第三定律，速度會有很大的差異，如果環是一整塊的話，早就已經四分五裂。他的推論現在已經得到天文學家的證實，利用電波的反射，發現組成土星環的石頭有不同的大小，大部份是少於一、兩公分，但也有大到一公里左右的。我們可以想像太空人如果穿著太空衣，便可以浮游在土星環中，由於太空人和他附近的石頭移動的速度都是一樣的，所以沒有被撞擊的危險，而且藉著推動較大的石頭，便可以往前後左右移動，將來在土星環中游泳可能會成為旅遊土星的觀光重點之一。
當旅行者一、二號到達土星，傳回來土星的近照，竟然發現它是由數以千計的小環所組成，連卡西尼環縫也有上百的小環在其中。小環通常會因組成的粒子互相碰撞而散開，那為何土星環那麼多的小環卻可以保持其形狀？答案也是在旅行者的照片中。原來環的內外有「牧羊人衛星」(shepherd satellite)，約為幾十公里的大小，會把散開的東西引導回到原有的軌道，因此小環才能保持原有的結構。
土星是類木行星之一，所以也具有類木行星的特點。當然，土星環是所有行星環中最明顯和最漂亮的。另外，由於類木行星都是以氫為主，所以密度比類地行星要低，其中土星的密度是最低的，只有水密度的百分之七十，若把土星放在海洋中，它是唯一會浮在水面的行星，只是在宇宙中恐怕難以找到那麼浩瀚的海洋而已。旅行者一、二號也發現土星有如木星強大的磁場和大氣層的氣流帶。雖然土星的磁場只有木星的1/36，但範圍超過土星六(Titan)的軌道，也造成旅行者號所發現，在土星環上有如車輪輻條的結構。土星的氣流帶沒有木星那麼明顯，也沒有大紅斑，但氣流的風速卻可達每秒五百公尺，差不多是木星的五倍。土星所接收的陽光比木星少，但為何大氣層的風速又會那麼快，到現在仍是一個謎。
類木行星衛星的數目多，而土星有18個是最多的。其中我們談一下土衛一(Mimas)和土衛六。土衛一是英國著名的天文學家赫歇耳(Herschel)於1789年所發現，他也是天王星(Uranus)的發現者,土衛一十分接近土星環，1865年美國天文學家Kirkwood證明，卡西尼環縫原來是土星環的粒子受到土衛一的影響而產生。旅行者號傳回只有直徑不到400公里的土衛一的照片時，卻發現一個直徑約130公里的大隕石坑，整整是土衛一的三分之一大，天文學家並命名這個坑洞為赫歇耳。如果造成赫歇耳坑洞的隕石再大一點點，恐怕土衛一就會經不起撞擊而解體。
1655年荷蘭天文學家惠更斯，在觀測土星時無意中發現土星的第一個衛星土衛六(Titan)。Titan是羅馬神話中的女巨神，也是Saturn的妻子，這個名字真是十分適當，因為長期以來，天文學家都認為土衛六是太陽系衛星中最大的，是比水星還要大的衛星之王。當旅行者二號傳回土衛六的近距離照片，才發現土衛六直徑只有5150公里，而不是一直認為的5800公里，衛星之王的桂冠也因此拱手讓給了木衛三。
雖然如此，天文學家對土衛六的興趣卻絲毫不減，原因是土衛六是唯一有大氣層的衛星。在1908年天文學家Sola就發現土衛六有「臨邊減光」的現象，認為它有大氣層，直到1944年美國天文學家Kuiper，從土衛六的光譜中，更發現在它的大氣中含有甲烷。當旅行者一號到達土星，並近距離通過土衛六，出乎天文學家的預料，發現土衛六的大氣中，如地球一樣有80%以上是氮，而且表面大氣壓力是地球的1.5倍，溫度則只有約零下190度。在這些條件下，甲烷、乙烷以及其他的類似的碳水化合物，都可以處於液體的狀態，所以土衛六上可能有甲烷湖泊或甚至海洋的存在。另外，碳水化合物與氮更可以形成複雜的有機化合物，這種如焦油般的褐橙色物質，也可能大量覆蓋在土衛六的表面。當然，這些有機化合物能否在土衛六如此寒冷的環境中發展成生物，到現在仍然是一個謎。
總之，土衛六雖然在大小和成份都跟土衛三、土衛四相近，但由於它處於太陽系更為寒冷的區域，故可以保有濃密的大氣層。那到底土衛六的表面是冰、是石頭、是甲烷海洋或是佈滿有機物質，在2004年就可以有初步的答案。美國太空船卡西尼號(Cassini)將於2004年到達土星，並會把命名為惠更斯(Huygens)的登陸船投下土衛六，到時候這個女巨神的神秘面紗就會慢慢被掀起，我們一起拭目以待吧。
天王星(Uranus)
自古以來人們只知道有金、木、水、火、土等五大行星，一直到了1781年，英國著名的天文學家赫歇爾(Herschel)，發現第一顆現代行星天王星後，對太陽系的組成才有了重大的改觀。赫歇爾生於德國，年輕時移民到英國，後來成為一位音樂教師。但他對光學和天文都非常有興趣，從1773年開始，他先後製造多架水準很高的望遠鏡，並在晚上空餘的時間，與他的妹妹有系統的觀察星空。在1781年3月13日晚上，赫歇爾如常的做觀察時，卻在雙子座發現一顆淡綠的星星，看起來比一般的星要大一點。經過天文學家們的觀察和計算，得知它的軌道如一般行星的圓，而且軌道都在土星以外，從此第一顆現代行星就誕生了。
赫歇爾本來命名這顆新的行星為喬治星(Georgium Sidus)，由於當時英國的國王是喬治三世(George )，但歐洲其他國家，尤其是法國的天文學家，大都表示反對，並堅持稱它為赫歇爾星(Herschel)，這場爭議結果由德國天文學家Bode所解決，他提出應該根據傳統，以古傳說中天神的名字來命名，由於在傳說中Jupiter(木星)是Mars(火星)的父親，而Saturn(土星)又是Jupiter的父親，則新的行星應以Saturn的父親，第一位統治全宇宙的天神Uranus來命名，結果他的意見都被大家所接受。
天王星的發現轟動了整個歐洲，赫歇爾也聲名大噪，喬治三世聘他為宮廷天文學家，從此他有了充裕的 經費，可以建造更大更好的望遠鏡，專心從事天文的研究工作，後來更獲得一系列驚人的觀測結果，為天文學做出不少重要的貢獻。1821年他被選為英國皇家天文學會的第一任會長。在他的影響下，他的妹妹和兒子也都成為傑出的天文學家，他的兒子後來也成為皇家天文學會的會長。
在1787年赫歇爾發現天王星的兩顆衛星：天衛三(Titania)和天衛四(Oberon)，而另外兩顆衛星天衛一(Ariel)和天衛二(Umbriel)，則是在1851年被英國天文學家Lassell所發現。這四顆衛星的軌道卻十分奇怪，它們的平面幾乎是垂直於天王星繞太陽運行的平面，由於衛星大都在行星的赤道平面上運行，這代表天王星的自轉軸也幾乎是在公轉的平面上，成為獨一無二，以躺著的姿勢來環繞太陽的行星。這也使得在天王星上的晝夜交替和四季變化十分奇特。天王星公轉週期為84年，太陽會輪流照射在它的南極、赤道、北極和赤道。太陽照到那一極，那一極就是夏季，而且會繞著極軸運行，不會下落。背著太陽的那一極，則是過著長達42年漫長的黑夜。以人的壽命來算，在天王星的南北極，一生可能只有看到一次日出或日落的機會。
1977年天文學家對於天王星得到意外的發現，3月10日天王星在天秤座一顆編號為SAO158687的暗恒星前經過，即所謂掩星(occultation)的現象，各地的天文學家都希望把握這個難得的機會進行觀測。但在掩星前40分鐘開始，卻發現星光有五次亮度的降低，掩星後也有同樣的現象出現。經過詳細的分析，認為是天王星的環擋住星光使其亮度降低，而且確定總共有9個環。這是繼土星的環後，首次發現其他的行星環。當然，後來旅行者號發現木星和海王星都有環，即環的結構是所有類木行星都有的特點。
經過8年多的航行，旅行者2號終於在1986年初到達天王星，人們首次可以看到它的近照。這顆沒有特徵淡藍綠的星球，影像經過電腦處理後，才隱約出現環繞其自轉軸的斑紋，並確定它真的是「倒下來」旋轉。旅行者2號也測量到天王星，只有如地球一般強的磁場，而且其磁軸卻沒有通過行星的中心。至於環的結構，旅行者2號不但看到1977年所發現的9個環，更找到另外11個新環，使天王星環的數目增為20個。另外，它也發現天王星10個新的衛星，其收獲可說是十分的豐碩。
參考資料
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001
回答者：ＶｅＮｕｓ ( 初學者 5 級 )
回答時間：2005-04-19 23:13:59
[ 檢舉 ]
類地行星與類木行星的比較
我們太陽系中的九大行星基本上可按性質分為兩大類：與地球類似的類地行星（terrestrial planets），及與木星類似的類木行星（Jovian planets）。
類地行星包含比較靠近太陽的四顆行星：水星、金星、地球和火星。這四顆行星的體積與質量都比較小，但平均密度比較大，且都有固體表面，因此科學家推論這四顆行星的基本組成物質大都是岩石與金屬。此外，這四顆行星的衛星數量都很少，而且沒有光環。
類木行星則包含離太陽較遠的四顆巨行星：木星、土星、天王星和海王星。這四顆行星的體積與質量都比較大，但平均密度很小，如土星的密度只有0.7g/cm3，甚至比水還小，如果宇宙中有個夠大的游泳池可以將九大行星整個放進去，則除了土星之外，其他八顆行星都會沈入水底呢！由此推知，類木行星的主要組成成分多半是氫、氦、甲烷、氨等氣體與冰。此外，這四顆行星的衛星數量都很多，而行星周圍有都有光環圍繞，其中以土星的光環最壯觀，在地球上以小型望遠鏡即可看見，其他三顆行星的光環都是利用間接方式或太空船從旁飛掠時才得以見到。
至於冥王星，因其體積與質量很小、衛星數很少、沒有光環，這些特徵看來與類地行星類似，但因密度不大、組成成分可能主要是冰，這又與類木行星相似，因此，目前為將冥王星歸入上述兩類，甚至連「行星」的地位也不保囉！
參考資料：
http://www.tam.gov.tw/faq/040308-1.htm
002
回答者：Bill ( 實習生 2 級 )
回答時間：2005-04-19 23:58:38
[ 檢舉 ]
類 地 行 星 與 類 木 行 星
太 陽 系 的 行 星 大 致 可 分 為 兩 大 類 ：
類
成 員 包 括 有 水 星 、 金 星 、 地 球 、 火 星 。
是 小 而 密 的 岩 石 世 界 ， 具 有 較 稀 少 的 大 氣 。
內 部 結 構 ： 中 心 有 金 屬 核 心 ， 外 為 石 質 的 地 殼 所 包 圍 ， 表 面 有 相 當 多 的 坑 洞 ， 平 均 密 度 約 為 3-5 g/cm3 。
類
成 員 包 括 有 木 星 、 土 星 、 天 王 星 、 海 王 星 。
是 體 積 大 、 質 量 大 、 但 是 密 度 小 的 氣 體 世 界 ， 具 有 濃 密 的 大 氣 。 平 均 密 度 約 ≦ 1.75 g/cm3， 土 星 的 密 度 約 為 0.7 g/cm3， 木 星 質 量 約 為 地 球 的 318 倍 。
結 構 ： 由 內 而 外 ， 中 心 有 岩 石 核 心 、 液 態 金 屬 氫 、 液 態 分 子 氫 、 充 滿 氣 體 的 大 氣 層 ，表 面 有 漩 渦 狀 的 雲 層 。 另 有 行 星 環 及 為 數 眾 多 的 衛 星 環 繞 著太 陽 系 的 九 大 行 星 ， 以 太 陽 為 中 心 依 序 為 ：水星(Mercury)、金星(Venus)、地 球(Earth) 、 火星(Mars)、木星(Jupiter)、土星(Saturn)、天王星(Uranus)、海王星(Neptune) 、冥王星(Pluto)。 圖 中 各 行 星 的 大 小 代 表 其 真 實 的 相 對 大 小 。 九 大 行 星 的 順 序 常 易 混 淆 ， 下 列 的 記 憶 法 或 許 有 幫 助
木 行 星 地 行 星
參考資料：
http://content.edu.tw/senior/earth/tp_ml/stu/103_7/photo.htm 1
001 意見者：殘辛 ( 初學者 5 級 )
發表時間：2005-06-22 14:29:00
[ 檢舉 ] 總而言之就是
體積小ˋ質量小ˋ密度大ˋ有固體表面.....
類木行星就相反啦^^ 002 意見者：冷後花聯盟－紅豆冰龍馬店店長ˇ... ( 初學者 5 級 )
發表時間：2006-02-10 12:15:29
[ 檢舉 ] 真是謝謝你的發表...
真幫了我一個大忙~ 1 發表意見發表意見字數已達上限，要改成發表評論嗎？ 發表 取消 資料儲存中
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