最后更新：2025年11月3日

木星：位于我们太阳系中心的一颗失败恒星

木星，朱诺号探测器所观测的气态巨行星 — 朱诺探测器（2019年）拍摄的木星视图，展示了其云带、反气旋区域以及大红斑。图像底部显示了地球，用于比较木星与地球的直径。图片来源：NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS

质量最大的行星

木星的质量为 \(1.898 \times 10^{27}\) 千克，是地球的318倍以上，凭借其引力和轨道影响力主导着太阳系。其成分大约为70%的氢和20%的氦，与太阳相似，因此被称为“失败的恒星”。然而，其核心的压力和温度虽然巨大，却不足以引发热核聚变。

木星的平均组成
成分	质量比例	主要地点	备注
氢气（H₂）	≈ 71 – 74%	外信封与金属层	木星的主要气体；在压力超过3兆巴时变为金属态
氦（He）	≈ 23 – 25%	大气层与内部圈层	由于向地核沉降，上层大气中的含量减少。
重元素（O、C、N、Si、Fe、Mg、S等）	≈ 3 – 6%	岩石与冰核	代表10到20个地球质量；形成于气体吸积之前

来源：美国国家航空航天局（NASA）——朱诺号任务（2024年），欧洲空间局（ESA）——木星冰月探测器（JUICE）任务。

为什么木星没有成为一颗恒星

一个天体要启动氢核聚变，其质量必须达到木星质量的约75倍。否则，内部压力不足以使质子克服静电斥力——这是实现反应 \(\mathrm{H + H \rightarrow He}\) 的必要条件。因此，木星仍是一颗气态巨行星，其岩质或冰质核心质量约为地球的10至20倍，外层包裹着巨大的金属氢包层。在木星内部，这一相态出现在可见表面下方约1.5万至2万公里深处。金属氢通过发电机效应，在产生内部磁场中发挥着关键作用。其分子态与金属态之间的部分转变，也促进了引力能与热能的释放，为木星的红外辐射提供能量。

注：金属氢是尤金·维格纳（1902-1991）与希拉德·贝尔·亨廷顿（1903-1989）于1935年预言的一种奇异物质状态。当压力超过300万大气压（约3兆巴）时，氢原子失去价电子，形成浸没在"自由电子气"中的H⁺离子晶格。这种特性使氢具备金属属性：高导电性及与液态金属相当的光学反射率。

内部结构与发射能量

木星释放的能量约为其从太阳接收能量的1.7倍。这些能量来源于行星的缓慢引力收缩，这一现象被称为开尔文-亥姆霍兹机制。通过极其缓慢的收缩，木星将其部分引力能转化为内部热量，并以红外线形式辐射出去。

一种充满动感与暴力的氛围

木星的大气层由平行于赤道的云层带构成。这些云带交替呈现亮区和暗区，分别称为"区"和"带"。那里常年刮着超过500公里/小时的强风。著名的"大红斑"是一个直径达1.2万公里（地球直径约12,756公里）的巨型反气旋，根据乔瓦尼·卡西尼（1625-1712）的观测记录，它已活跃了300多年。

木星的卫星：一个小型系统

木星系统目前拥有超过95颗天然卫星，其中最大的四颗——木卫一、木卫二、木卫三和木卫四——由伽利略·伽利莱（1564-1642）于1610年发现。这些伽利略卫星构成了一个类似微型行星系统的动态组合。对它们的观测使伽利略得以证明并非所有天体都绕地球运行，从而支持了哥白尼（1473-1543）日心说的正确性。

木星的主要卫星
月球名称	半径（公里）	木星的平均距离（公里）	主要特点	神话人物
Io	1,821	421,800	太阳系中火山活动最活跃的卫星，表面年轻且富含硫磺	被宙斯（朱庇特）所爱的宁芙，为躲避赫拉而化为小母牛。
欧罗巴	1,561	671,100	光滑的冰面，冰层下的内部海洋，微生物生命的候选地	被化身白牛的宙斯劫持的腓尼基公主
木卫三	2,634	1,070,400	太阳系中最大的卫星，拥有磁场和内部海洋	被宙斯掳走的年轻特洛伊王子，成为诸神的斟酒侍者。
卡利斯托	2,410	1,882,700	古老且布满陨石坑的月球，分化程度较低的地核，可能存在深层海洋	被宙斯诱惑的阿尔忒弥斯仙女，化为熊后变为星座
阿玛尔忒亚	83	181,400	不规则的红色月亮，非常接近木星，强烈的热光照	哺育幼年宙斯的山羊，象征丰饶
喜马拉雅	85	11,480,000	木卫系（Himalia群）的不规则卫星，顺行倾斜轨道	与宙斯生下三个儿子的宁芙
艾拉拉	43	11,740,000	不规则卫星，可能是一个被捕获的碎片	被宙斯爱慕的宁芙，巨人提堤俄斯之母
帕西法厄	30	23,500,000	逆行的帕西法厄群卫星，可能是一个被捕获的天体	米诺斯的妻子、弥诺陶洛斯的母亲，太阳神赫利俄斯的女儿
锡诺普	19	23,860,000	逆行小卫星，形状不规则，帕西法尔群	宙斯想要引诱的公主，但她用计谋保持了贞洁。
丽西娅	18	11,720,000	不规则卫星，轻微倾斜轨道	被宙斯所爱的宁芙，在某些版本中是狄俄尼索斯的母亲

在这些巨大卫星之外，还有许多不规则卫星在更远处运行，它们通常是被引力捕获的。这些卫星的复杂分布揭示了45亿年前发生的吸积和行星迁移过程。

木星，太阳系的守护者

一个巨大的引力护盾

木星巨大的质量——相当于地球的318倍——使其在太阳系的引力稳定性中扮演着根本性的角色。其庞大的引力场如同一道天然屏障，通过偏转或捕获大量具有潜在危险的彗星和小行星，为内行星（尤其是地球）提供保护。这种被称为引力散射的现象，改变了来自小行星带和奥尔特云的小天体的运动轨迹。

内系统的动态稳定器

轨道模拟显示，如果没有木星，撞击地球的星际抛射物通量将根据模型不同增加10至100倍（Horner和Jones，2010年）。这颗行星还起到动态稳定器的作用：通过吸收部分引力共振，它限制了火星和主小行星带的轨道扰动。

有时危险的建筑师

然而，其影响并非只有保护作用。它的一些林德布拉德共振和平均运动共振可能破坏小行星的稳定，将其抛向内太阳系。因此，木星既是太阳系的守护者，也是塑造者，不断调整行星轨道和小天体的分布。

注：木星的保护作用仍存在争议。尽管这颗巨行星降低了灾难性撞击的频率，但它也可能将部分天体引向内行星。其对撞击概率的总体影响强烈依赖于动力学时期和长周期彗星的分布。

与一颗真正的恒星相比

要理解木星与太阳这类恒星的根本区别，比较它们的基本物理参数会很有帮助。

木星与太阳的比较
特征	木星	Sun	如何
质量	\(1.898 \times 10^{27}\) 千克	\(1.989 \times 10^{30}\) 千克	需要75个木星才能达到一颗红矮星的最小质量。
半径	71,492公里	696,340公里	太阳几乎是其十倍大。
核心温度	约20,000 K	约15,000,000 K	核聚变需要超过4×10⁶K的温度。
能源来源	引力收缩	氢聚变	太阳将氢转化为氦，而木星则不然。