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《太阳系》作者：阿西莫夫【完结】 >
太阳系.txt
了，于是探测器展开工作。
水手9号清楚地绘制出火星全图，就如同绘制月球全图一样；
于是，长达一个世纪的运河之谜终于被解开了。那里根本没有运
河！正如蒙德所坚持的那样，那些“被看到”的运河只是眼睛的
错觉而已。所有的东西都是干燥的，黑暗区域只不过是较暗的灰
尘粒子堆，和几年前美国天文学家萨根所说的一样。
火星的一半，主要是南半球，像月球一样布满了环形山。另
一半则似乎有一些因火山活动而填没了的环形山，还分布着一些
大山，它们很明显是火山（虽然可能是长期不活动的）。其中最
大的一座1973年被命名为奥林匹斯火山。这座山比平均地面高出
24000米，中央有一个宽达64公里的巨大火山口， 比地球上任何
一座火山都要大得多。
在火星表面上有一条裂缝，可能是造成运河错觉的原因。它
是一个很大的峡谷，大约长3000公里、宽500公里、深2公里，现
在被命名为水手峡。 它是美国科罗拉多大峡谷的9倍长、14倍宽
和2倍深，可能是在20亿年前由于火山作用而形成的。
在火星上也有一些斑纹蜿蜒曲折地绕过火星的表面，同时还
有分支，非常像干涸了的河床。火星会不会正处于一个冰河时期，
以至于所有的水都冻结成了冰而存于冰冠中和泥土下呢？在较近
的未来，会不会有一个时期情况变好，水以液体的形式出现而河
水再次流动呢？在较近的过去是否发生过这种情况呢？如果是这
样，会不会有非常简单的生物仍岌岌可危地存在于火星泥土之中
呢？
现在需要的是一次在火星上软着陆。1975年8月20日和9月9日，
美国分别发射了海盗1号和海盗2号。海盗1号于1976年6月19日进
入火星轨道并放下一枚着陆器，7月20日成功地降落在火星表面。
几星期后，海盗2号在偏北的位置也放下了一枚着陆器。
在通过火星大气时，着陆器分析了火星大气，发现除了二氧
化碳之外，还有2.7％的氮以及1.6％的氩，也有一丁点儿氧。
在火星表面上，着陆器发现白天的最高温度是-7℃。在火星
上的任何地方，表面温度似乎从来没有可能达到冰的熔点，这就
是说，任何地方也不会有液体的水。正如金星太热生命不能存在
一样，火星太冷了，生命也不能存在。或者说，除了最简单的生
物外，至少对其他生物而言的确是太冷了。在最冷的地方连二氧
化碳都会冻结，而且在冰冠当中似乎至少有一部分是冻结的二氧
化碳。
着陆器发回火星表面的照片，并且分析它的土壤，结果发现，
火星的土壤比地球的土壤富铁贫铝。大约有80％的火星土壤是富
铁的粘土，其中的铁可能以褐铁矿的形式存在。这是一种铁的化
合物，红砖的颜色就是由它造成的。火星的红色使人联想到血，
所以引起早期人类的恐惧，其实两者毫无关系：火星只是一个生
锈的世界。
最重要的是，在着陆器上装备有小型化学实验室，能够测试
土壤，看看会不会产生反应，以了解是否有活的细胞存在。做了
三种不同的实验，却没有一个明确的结果。看来生命只是在想象
中存在，无法得到真正的肯定。使科学家们对生命存在的说法感
到怀疑的是，土壤分析表明，就是有机化合物——这是与生命有
关的化合物类型而言——没有可察觉的量。科学家们根本不打算
相信可能存在无机生命，这个问题必须等到更精密的着陆器降落
在火星上，或者是人类自己到达这个星球后，才会有解答。
扫校者注：1997年7月4日，美国“火星探路者”着陆器抵达火星表面。仍然没有
发现生命迹象，也没有发现水，但有迹象表明火星上可能仍有冰冻的水，并且可
能曾经有过液态水。对火星之水的希望使得这颗红色行星成为21世纪初的宇宙探
索热门目标。在由于事故连续折损了两个探测器之后，NASA仍然在2001年发射
了“火星奥德赛”（根据克拉克著名的科幻小说《2001：太空奥德赛》命名）。
欧洲航天局的“火星特快”将于2003年发射，释放着陆器“贝格尔2号”在火星
上寻找生命的痕迹。
火星的卫星
起初并没有打算让火星探测器对火星的小卫星做详细的研究，
但是当水手９号在绕火星的轨道运行中发现因为尘暴而没有照片
可拍时，人们便将它的摄影机转向卫星。卫星的照片显示，它们
的轮廓并不规则。天体通常被认为是圆球，但只须当它们足够大，
因而有一个强大的引力场，能够把主要的不规则区域拉平时，它
们才会是圆球。事实上，每个卫星的轮廓看起来都有点像是烘干
的马铃薯，甚至连陨石坑都非常像马铃薯上的芽眼。
两个卫星中比较大的火卫一，直径变化是19～27公里（12～
17）英里，而火卫二的直径变化是10～16公里（6 ～10英里），
它们简直就像绕火星飞行的两座山。不论是哪一个卫星，长的直
径总是朝着火星，所以两者都被火星的引力锁定，如同月球被地
球锁定一样。
火卫一上最大的两个陨石坑被命名为霍尔和斯蒂克尼，以纪
念它们的发现者和他的妻子——那位鼓励他多观察一夜的女士。
火星二上最大的两个陨石坑则分别以法国讽刺作家伏尔泰和英国
讽剌作家斯威夫特的名字命名，因为他们两位都在自己的小说里
想象火星有两颗卫星。
木星
木星，从太阳往外数第五颗行星，是行星系统中的巨人。它
的直径有142800公里，是地球的11.2倍，质量则是地球的318.4倍。
实际上，它是所有其它行星质量总和的两倍多。然而和质量是它
的1040倍的太阳比起来，它还是一个侏儒。
木星与太阳的平均距离是7.78×108公里，相当于地球到太阳
距离的5.2倍。即使和地球在太阳同一侧时，木星到地球的距离也
从不少于62751万公里（39000万英里）。它得到的阳光只有地球
的1/27，但由于身体庞大，在天空中依然很亮。
在最亮的时候它会达到-2.5星等，比任何一颗恒星都亮得多。
金星和火星在最亮时会超过木星的亮度（金星超得更多）。但从
另一个方面来看，当金星和火星在轨道较远的部分运行时，通常
要暗淡得多。而木星则只有远离地球时才稍微显得有点儿暗，因
为它的轨道太远，所以不管它是否和我们在太阳的同一侧，亮度
几乎没有什么变化。因此，除了太阳和月球外，木星常常是天空
是最亮的天体（尤其是它可以整夜出现在空中，而金星却不能），
所以在西方木星被冠以罗马神话的众神之王的美称朱比特。
木星的卫星
当伽利略首次制成望远镜并将它转向天空时，他没有放过木
星。1610年1月7日，他在观测木星时，立刻看到了木星附近的 3
个光点——有2个在同一侧，1个在另一侧，都在同一条直线上。
夜复一夜，每次观看木星时，总看到这3个小天体， 它们的位置
变化就好像是从木星的一侧到另一侧摆动一样。1月13日，他又发
现了第四个。
伽利略断定，这4个小天体绕木星运转，如同月球绕地球运转
一样。这些是太阳系中第一批用肉眼无法看见而被望远镜发现的
天体。而且，这也是看得见的证据，说明太阳系中有些天体并不
绕地球运转。
开普勒给这 4个天体创造了一个名词——卫星（源自拉丁文，
意思是有钱有势者的随从）。从那之后，凡是环绕行星的物体都
叫这个名字。月球是地球的卫星，卫星1号则是一颗人造的卫星。
这4颗木星的卫星统称为伽利略卫星。 在伽利略的发现之后
不久， 一位荷兰天文学家马里厄斯给这4个卫星各取了一个名字。
从木星往外数，分别是伊俄（中文名木卫一）、欧罗巴（中文名
木卫二）、甘尼美德（中文名木卫三）和卡利斯托（中文名木卫
四），每个名字都和神话中的朱比特（即希腊神话中的宙斯）有
关。
伽利略卫星当中，最近的木卫一距离木星中心 422,000 公里
（262,000英里），差不多是月球到地球中心的距离。然而，木卫
一每1.77天绕木星一周，不像月球绕地球一周用27.32天。木卫一
之所以比月球运行得快得多，是因为木星的质量比地球大，因而
木星的引力对木卫一的吸引也远远超过地球对月球的吸引。（实
际上，木星的质量可以根据木卫一的速率计算出来。）
木卫二、木卫三和木卫四分别距离木星671,000、1,070,000和
1,884,000公里（417,000、665,000和1,171,000英里），并且各以3.55
天、7.16天和16.69天绕木星公转一周。木星和它的4颗伽利略卫星
就像是一个小太阳系，而这4颗卫星的发现使哥白尼的行星系统更
为可信。
人们可以利用卫星来确定木星的质量之后，发现木星的质量
低得惊人。木星的质量大约是地球的318.4倍，而体积却是地球的
1400倍。如果木星所占的空间是地球的1400倍，为什么没有1400
倍的地球物质，从而有1400倍的地球质量呢？答案是木星每部分
的质量要比地球相同部分的质量小。换句话说，木星的密度比地
球小。
事实上，木星的密度只有水星的1.34倍，即只有地球密度的
1/4。很明显，木星一定是由密度比岩石和金属小的物质构成的。
这4颗卫星本身则和月球差不多。4颗当中最小的是木卫二，
直径大约是3120公里（1940英里），比月球略小一点。木卫一直
径是3650公里（2270英里），差不多正好和月球一样大。木卫四
和木卫三比月球大，木卫四的直径是4840公里（3010英里），木
卫三是5250公里（3260英里）。
木卫三实际上是太阳系中最大的卫星，它的质量是月球的2.5
倍，事实上，木卫三明显地大于水星，木卫四则跟水星差不多。
然而，构成水星的物质密度要比木卫三大，结果木卫三只有水星
质量的3/5。靠里的两颗卫星木卫一和木卫二和月球的密度差不多，
所以必定是由岩石物质组成的。木卫三和木卫四的密度和木星相
似，所以必然是由较轻的物质组成的。
考虑到木星远大于地球，对木星有4颗卫星而地球只有1颗卫
星就不会感到惊奇了。事实上，如果木星的卫星没有那么多，或
地球的卫星不是那么少，那才是一件令人奇怪事情。
4颗伽利略卫星合在一起是月球质量的6.2倍，但仅是它们所
环绕的木星质量的1/4200。月球质量则是它所环绕的地球的1/81。
通常行星所拥有的卫星和自己比起来都非常小——如木星的
卫星。在所有行星中，金星和水星根本没有卫星，尽管金星和地
球大小差不多；火星有两颗，但是非常小；地球的卫星非常大，
地球和月球几乎可以被看成是一对双行星。
在伽利略发现木星的4颗卫星之后，将近3个世纪，没有再发
现任何木星的卫星，虽然这段时间内发现了别的行星的15颗卫星。
最后，1892年，美国天文学家E.E.巴纳德探测到了一个靠近
木星的光点，非常暗淡，在木星光的闪耀下几乎无法看到。它就
是木星的第五颗卫星，也是用眼睛观察发现的最后一颗卫星。从
那以后，卫星都是通过从地球上或由探测器所拍摄的照片发现的。
这第五颗卫星被命名为阿玛尔忒亚（中文名为木卫五。阿玛
尔忒亚是希腊神话中的一个水中仙女，她被想象为曾在宙斯婴幼
时哺过他奶）。这个名称直到20世纪70年代才被正式承认。
木卫五距离木星中心只有180,000公里（112,000英里），以
11.95小时的周期运行。 它比任何一颗伽利略卫星都更靠近木星，
在那样近的距离上木星的光亮使得它黯然失色，这也是经过这么
长的时间才发现它的一个原因。 另一个原因是它的直径只有250
公里（155英里），是最小的伽利略卫星的1/13，所以非常暗。
虽然如此，后来发现木星还有许多比木卫五还小因此也更暗
的其它卫星。这些卫星大部分距离木星很远，远在任何一颗伽利
略卫星的轨道之外。在20世纪，发现了8颗这样的外层卫星。 第
一颗在1904年，第八颗在1974年。在那时， 这8颗卫星仅按它们
的发现次序以罗马数字来表示，从木星Ⅵ到木星ⅩⅢ。
美国天文学家珀赖因于1904年12月发现了木星Ⅵ， 1905年1
月发现了木星Ⅶ。木星Ⅵ的直径大约是97公里（60英里），而木
星Ⅶ的直径大约是32公里（20英里）。
木星Ⅷ于1908年被英国天文学家梅洛特发现，而美国天文学
家尼科尔森1914年发现了木星Ⅸ，1938年发现了木星Ⅹ和木星Ⅺ，
并于1951年发现了木星Ⅻ。 这后面4颗的直径大约是24公里（15
英里）。
最后，1974年9月10日，美国天文学家科瓦尔发现了木星ⅩⅢ
——平均距离木星1,126万公里（700万英里）左右，大约是木星
到木卫四的6倍，外面的4颗平均距离木星2,253万公里（1,400万英
里），大约是里面4颗距离木星的2倍。
伽利略卫星都是在木星的赤道面上以几乎正圆形的轨道绕木
星运行。这是可以预料到的情形，这是由木星对这些卫星的潮汐
效应造成的（我将在下一章中进一步讨论这个问题）。如果某个
卫星的轨道不在赤道面上（即轨道倾斜），或者不是正圆（即偏
心圆），那么木星的潮汐效应会在一定的时间内将卫星拉回赤道
面，并使其轨道变圆。
但是，潮汐效应和作用物的质量成正比，却随着距离的增加
而迅速减弱，并和被作用物的大小成反比。因此尽管木星的质量
很大，对很小的外层卫星却只有很弱的潮汐效应。这样，虽然有
4颗卫星和木星的平均距离差不多，另外4颗又几乎都在另一个距
离上，却没有碰撞的迫切危险。因为每一个轨道都有不同的斜角
和不同的偏心率，所以，这些卫星在环绕行星的运行中永远不会
和其它任何一个打交道。
在外层卫星中的那4颗靠外的卫星， 它们的轨道倾斜的程度，
科可以说是把它们扭转得颠倒了过来。它们以反常的方式绕木星
公转，也就是顺时针运行（从木星北极的上方看），而不像其它
木星的卫星那样逆时针运行。
这些小的外层卫星可能是被俘获的小行星（我将在本章的后
面加以论述），而它们不合常规的轨道可能是由于它们加入木星
卫星系统的时间还不长，潮汐效应还没有来得及修正它们的轨道。
此外，天文学家能够证明，如果一个卫星以反常的轨道接近行星，
就比较容易被这颗行星俘获。
最近几年，所有木星的外层卫星都以冷僻的神话人物正式命
名。离木星最远的卫星是木星Ⅷ，现在叫做帕西法厄（中文名木
卫八）。它的轨道偏心率相当大，以致在轨道最远的那一点，离
木星有3300万公里（2060万英里），是月球离地球最远时的80多
倍。这是我们所知环绕行星的卫星当中距离最远的一颗。
木星Ⅸ称为西诺普（中文名木卫九）。它的平均距离稍大于
木卫八，因此环绕木星一周的时间更长一些。木卫九环绕木星一
周要758天，差不多相当于两年又一个月。 我们所知道的其他卫
星没有一颗有这样长的公转周期。
木星的形状和表面
木星本身的情况又是怎样的呢？1691年，J.D.卡西尼用他的
望远镜研究木星，发现它不是一个光亮的圆而是一个相当确切的
椭圆。从三维的角度来看，这一观察意味着木星不是一个圆球，
而是一个扁球，很像一个橘子。
这实在令人惊讶，因为太阳和月亮（满月时）都是完美的光
圆，因此似乎是完美的圆球。然而，牛顿的理论（当时还是非常
新的）可以圆满地解释这种现象。我们在下一章里将会看到，一
个旋转着的圆球有可能成为扁球。因为旋转会使圆球在赤道区域
隆起而在两极之处扁平。旋转得愈快，就愈不像一个圆球。
因此，从赤道上的一点到赤道对过的另一点的直径（赤道直
径）必然比从北极到南极的直径（极直径）长。木星的赤道直径，
也就是通常在天文书中所给的直径，是142800公里，但是它的极
直径只有134000公里。两者相差8800公里，大约是地球直径全长
的2/3。这个差距除以赤道直径所得的数字叫扁率。 木星的扁率
是0.062，或者以分数来表示为1/16。
水星、金星和我们的月球，由于转动十分缓慢，所以没有可
测量的扁率。太阳以中等的速率旋转，强大的引力吸引使它保持
不太隆起，因此它也没有可测量的扁率。地球转动得快一些，有
0.0033的很小的扁率。火星的转动速度中等，但使赤道保持不隆
起的引力吸引比较小，所以它的扁率是0.052。
虽然木星的引力吸引比地球大得多，它的扁率却几乎是地球
的19倍，因此我们可以估计，木星绕着它的轴旋转得相当快。事
实确是如此。1665年，J.D.卡西尼追踪木星表面上稳定移动着的
标志，发现木星自转周期不到10小时。（现在的数字是9.85小时，
或2/5地球日）。
虽然木星自转周期比地球短得多，但木星的体积远大于地球。
在地球赤道上的一个点，用24小时绕一整圈， 所以它1个小时要
走1670公里（1040英里）。木星赤道上的一个点，要用9.85小时
转一整圈，1个小时要走45000公里（28000英里）。
J.D.卡西尼看到的那些斑点（后来也有一些天文学家观察到）
一直在变化，因此似乎不是固体表面的一部分。这些天文学家所
看到的很像是金星外围那样的云层，而那些斑点可能是各种风暴
系统。另外还有平行于赤道的带色的条纹，这些可能是盛行风造
成的。木星绝大部分是黄色的，而带色的条纹则变化不定，从橙
色到褐色，有时带点白色、蓝色或灰色。
英国科学家胡克1664年首先看到木星表面上最引人注目的标
志；到了1672年，J.D.卡西尼绘制木星图时，标明这个标志是一
个大圆斑。这个斑在以后几年的木星图中也曾出现；但直到1878
年，德国天文学家坦普尔才对它加以戏剧化的描述。当时他觉得
那个斑很红，从那时以来，它一直以大红斑著称。其实它的颜色
不断地随时间而变化，有时颜色非常暗淡，质量差的望远镜就会
看不到。从地球上看，它是一个卵形物，从东至西长48 000公里
（30 000英里）；由南至北宽13 000公里（8 000英里）。
有些天文学家怀疑大红斑是一个巨大的陆龙卷。事实上，木
星体积和质量如此之大，竟使一些人怀疑木星可能比其他的行星
热得多——热到接近炽热的程度。大红斑可能真是这样一个炽热
的区域。然而，虽然木星的内部无疑是非常热的，但它的表面却
并非如此。1926年，美国天文学家门泽尔证明，我们能看到的木
星云层，温度是-135℃。
木星的物质
由于木星的密度低，所以木星必然富有密度比岩石和金属低
的物质。
宇宙间最常见的物质通常是氢和氦。氢原子占全部原子的90%，
氦原子占9%。这并不令人惊讶，因为氢原子是存在的最简单物质，
而氦原子仅次之。在剩余的原子中，大部分是碳、氧、氮、氖和
硫。氢原子和氧原子结合形成水分子；氢原子和氮原子结合形成
氨分子。
这些物质的密度在正常情况下和水相等或者比水低。如果在
强大的压力下，如在木星的内部，它们的密度可能会比水高。如
果木星是由这些物质组成的话；倒是可以解释它的低密度。
1932年，一位德国天文学家维尔特研究从木星反射的光，发
现某些波长被吸收了——正是会被氨和甲烷所吸收的波长。因此
他推断，至少这两种物质存在于木星大气之中。
1952年，木星正从白羊座 σ 星前面通过时，两位美国天文学
家鲍姆和科德仔细地观察了这一事件，发现当这颗星接近木星的
球体时，它的光穿过了木星云层上方薄薄的大气。从光变暗的方
式可以证实，这种大气主要是氢和氦。1963年，美国天文学家斯
平拉德研究发现还有氖。
在地球的状况下，这些物质都是气体。如果木星结构的绝大
部分是由这些物质组成的话，那么将木星叫做气体巨行星似乎非
常合适。
第一批木星探测器是先驱者10号和先驱者11号，分别于1972
年3月2日和1973年4月5日发射。 先驱者10号于1973年12月3日通
过木星，在木星可见表面上方仅136,800公里（85,000英里）。先
驱者11号则在1年之后的1974年12月2日从木星上方仅42,000公里
（26,000英里）的地方通过。它通过了木星北极的上方，于是人
类第一次看见了木星的北极。接着又发射了一对更为先进的探测
器。它们是旅行者1号和旅行者2号，分别于1977年的8月20日和9
月5日发射，于1979年3月和7月通过木星。
这些探测器证实了以前对木星大气的推断。木星大气大部分
是氢和氦，比例大约是10：1（正好是宇宙通常的状况）。 有些
成分在从地球上探测时没有测到，其中包括乙烷和乙炔（两者都
是碳氢化合物、水、一氧化碳、磷化氢以及锗烷。
无疑，木星大气含有相当复杂的组成和化学性质，除非能够
向木星大气中发射一枚探测器，并让探测器在木星大气中长期存
留以发回足够的资料，否则对木星的大气不会有充分的了解。大
红斑（正如大多数天文学家所猜测的）是一股巨大的飓风，比地
球还要大而且几乎永久不衰。
整个木星似乎都是液体。温度随着深度迅速升高，强大的压
力也会促使氢变成炽热的液体。在木星的中心可能有一个固态的
白热的金属核心。（到目前为止，木星深处的状况在地球上仍无
法复制，可能还需要一些时间才能对它作出肯定的推断。）
木星探测器
木星探测器在逼近4颗伽利略卫星的地方拍下了它们的照片，
使人的眼睛第一次看到它们比普通的小圆盘略大一点。
后来得到关于它们的实际大小和质量的更精确的资料，尽管
发现伽利略卫星中最里面的木卫一的真正质量比原来猜想的增加
了1/4， 可是也证明了以前的其他估计只需要一些小的修正。正
如人们从木卫三和木卫四的低密度所能猜想的那样，木卫三和木
卫四是由轻物质（如水）组成的。由于距离太阳遥远（同时因为
是小天体，没有像木星或地球那样巨大的内热能），因而处于低
温之下，使这些物质呈现固体状态而被称为冰。两个卫星上都散
布着许多陨星坑。
木星的潮汐作用能把这些卫星加热，因为潮汐作用有反复弯
曲卫星上物质的倾向，因而使物质摩擦生热。但潮汐作用随着距
离的增加而迅速减小。木卫三和木卫四距离木星太远，潮汐生热
极少，所以依然保持冰冻的状态。
木卫二离太阳比较近，在其历史上的某个早期阶段，由于太
热无法聚集很多的冰；或者，即使聚集了很多冰，在那一段历史
过程中，大部分已被融化、蒸发，散失到空间。（伽利略卫星的
引力场太小，无法在潮汐生热时保留住大气。）可能是因为无法
聚集大量的冰，或者是在聚集之后又失去，才使木卫二和木卫一
明显地比木卫三和木卫四小。
但是木卫二仍然有足够的冰而形成一个全是海洋的世界（如
同以前想象的金星那样）。在木卫二的温度下，这个海洋是一个
冰川的世界。而且，这个冰川非常平滑（木卫二是天文学家们至
今所看到的最平滑的固体世界），然而在它上面有纵横交错的细
而暗的斑纹）使它看起来非常像洛威尔的火星图。
木卫二的表面冰川光滑而没有陨星坑的事实，使人们猜测在
它的下面可能存在着由潮汐生热融化的液体水。陨星的碰撞（如
果够大的话）可能击碎冰的表层，但是随后水将冒出而再冰冻，
重新封住裂口。较小的碰撞可能造成短暂的裂缝；这些裂缝也可
能是由潮汐效应或其他因素造成的。尽管如此，总的说来木卫二
的表面一直保持平滑。
伽利略卫星中最靠近木星的木卫一得到的潮汐生热最多，因
此很明显它是完全干燥的。就在探测器到达之前，人们仍然对它
感到困惑。1974年，美国天文学家布朗报告说，木卫一被一层钠
原子的黄霾所围绕。确实，木卫一运行的整个轨道上似乎弥漫着
一层稀薄的霾，像是环绕木星的一条黄色的彩带。这些黄霾必定
来自木卫一，但没人知道是怎样形成的。
先驱者号探测器证实，木卫一的确有一层稀薄的大气，密度
约为地球的1/20000，后来旅行者号探测器解开了这个谜。旅行者
号拍摄的照片表明，木卫一有活火山。除了地球上的活火山之外，
这些是人们知道存在的仅有的活火山。很明显，岩石熔化的区域
（被木星的潮汐作用所加热）潜伏于木卫一的表面之下，而在不
同的地方以喷射钠和硫的方式穿过外壳，形成大气和轨道上的黄
彩带。木卫一的表面覆盖了一层硫，使它的颜色由黄到褐。木卫
上的环形山不多，因为大部分环形山被火山物质填满了。只有几
个较暗的斑点表示一些新近出现的环形山尚未填充。
在木卫一轨道内侧的是木卫五，从地球上看它只不过是一个
小光点。旅行者号探测器证实，同火星的两颗卫星一样，木卫五
也是一个不规则的天体，但是比较大。它的直径变化在266～140
公里（166～87英里）之间。
还发现了另外3颗卫星， 每一颗都比木卫五更靠近木星，也
都比木卫五小得多。它们是木星ⅩⅣ、木星ⅩⅤ和木星ⅩⅥ，据
估计它们的直径分别是24、80和40公里（15、50和25英里）。在
目前的条件下，由于它们太小和太靠近木星的光芒、从地球上无
法看到这些卫星。
木星ⅩⅥ最靠近木星，距木星中心只有128,700公里（80,000
英里）——也就是在木星云层表面上方仅58,000公里（36,000英里），
它每7.07小时绕木星公转一周。木星ⅩⅣ只稍远一点儿，以7.13小
时的周期绕木星公转。两者的公转都比自转快。所以如果从木星
云层上看的话，将会发现两颗卫星都是西升东落。
在最内层的卫星轨道内，有一些岩屑，像是围绕着木星的一
条零碎的又薄又稀的光环。由于光环太薄太稀，所以用一般的方
法在地球上看不到。
土星
土星是古人所知道最远的一颗行星，它虽然距离我们很远，却
相当地明亮。在最亮的时候，它可以达到－0.75星等， 此时除了天
狼星之外，比任何恒星都要亮。它的亮度也超过了水星，而且无论
如何，它也比水星更容易观察，因为土星比我们距离太阳更远，不
像水星那样只能保持在太阳的周围，以致无法在半夜的星空中出现。
土星与太阳的平均距离是 14.3×108公里， 是木星平均距离的
1.833倍；绕太阳公转一周约需29.458年，与木星公转周期11.862年相
比，土星年大约是木星年的2.5倍。
在许多方面，土星都亚于木星。就拿大小来说，它是太阳系中
的第二大行星，次于木星。赤道直径为120000公里，仅为木星的5/6。
由于土星体积比较小，距离太阳又比较远、因而照射到土星上的太
阳光的强度仅为木星的一半，使土星比木星暗了许多。但是在另一
方面，土星仍然大得足以使它有相当大的亮度。
土星的质量是地球的95.1倍，成为仅次于木星的第二个质量最
大的行星。它的质量只有木星的3/10，而体积却为木星的6/10。
这样大的体积中只有这么少的质量，土星的密度一定非常低。
确实，土星的密度仅是水的0.7倍，是我们知道的太阳系中密度最小
的行星。如果我们设想能够用塑料布把土星包起来，以防止它融化
或散开，然后将它放进一个能够容得下的海洋里，它将会浮在水面
上。因此可以推测，土星较木星含有更多的氢，而其他的含量则较
少。同时，由于土星的重力很弱，因此对组成它的物质也不能像木
星压缩自己的物质那样压缩得那么紧。
虽然土星的体积较小，自转速度却很快，但比起木星还是慢了
些；土星的自转周期是10.67天，所以土星日比木星日长8%。
尽管土星的自转比木星慢，但是土星外层的密度较低，吸住外
层的引力吸引也较小；结果，土星在赤道附近隆起较大，而成为太
阳系最扁的一颗行星。它的扁率为0.102，比木星扁1.6倍、比地球扁
30倍。虽然土星的赤道直径有120,000公里，而极直径却仅有108,000
公里，相差12,000公里，几乎是地球直径的全长！
土星环
从另一个角度来看，土星反而独具丰姿。伽利略第一次透过他
原始的望远镜观察土星时，发现它的形状有点奇怪，好像在其球体
的两侧还有两个小球。他继续观察，发现那两个小球渐渐变得很难
看见，到1612年年底时，终于同时消失不见了。
其他天文学家也报告过土星的这种奇怪现象；但直到1656年，
惠更斯才提出了正确的解释。他宣称，土星外围环绕着一圈又亮又
薄的光环；光环与土星不接触。
土星的自转轴和地球一样，也是倾斜的，土星的轴倾角是26.73°，
地球则是23.45°。由于土星的光环和赤道是在同一平面上，所以它
是对着太阳（也对着我们）倾斜的。当土星运行到其轨道的一端时，
我们可由上往下看见光环近的一面，而远的一面仍被遮住。当土星
在轨道的另一端时，我们就可由下往上看到光环近的一面，而远的
一面依然被遮住。土星从轨道的这一侧转到另一侧需要14年多一点。
在这段时间内，光环也逐渐由最下方移向最上方。行至半路时，光
环恰好移动到中间位置，这时我们观察到光环两面的边缘连接在一
起，状如“一条线”。随后；土星继续运行，沿着另一半轨道绕回
原来的起点，这时光环又逐渐地由最上方向最下方移动；移到正中
间时，我们又看见其边缘连接在一起。因为土星环非常薄，所以当
光环状如“一条线”时就好像消失了一样。1612年年底伽利略看到
的正是这种情景；据说由于懊恼，他没有再观察过土星。
1675年，J.D.卡西尼发现，土星环并不是一个完整的光环。在
光环的周围有一条暗线，把光环分成内外两部分。外面的一部分比
较窄，而且不如里面那一部分亮，看起来像是两个环套在一起。从
那以后，土星环一直被认为是由几个环组成的，这条暗线现在叫做
卡西尼缝。
1826年，德国血统的俄国天文学斯特鲁维把外面的环命名为Ａ
环，把里面的环命名为Ｂ环。1850年，美国天文学家W.C.邦德宣称，
还有一个比Ｂ环更靠近土星的暗淡光环。这个暗淡光环就是Ｃ环，
Ｃ环与Ｂ环之间并没有明显的分界。
在太阳系的任何地方都没有像土星环那样的东西，或者说，用
任何仪器我们也看不到任何地方有像土星环那样的光环。诚然，我
们现在知道，围绕着木星有一个稀薄的物质光环，且任何像木星和
土星这样的气体巨行星都可能有一个由靠近它们的岩屑构成的光环。
然而，如果以木星的光环为标准，这些光环都是可怜而微不足道的，
而土星的环系却是壮丽动人的。从地球上看，从土星环系的一端到
另一端，延伸269,700公里（167,600英里），相当于地球宽度的21倍，
实际上几乎是木星宽度的2倍。
土星环到底是什么呢？J.D.卡西尼认为它们像铁圈一样是平滑的
实心环。可是，1785年拉普拉斯（后来他提出了星云假说）指出，
因为环的各部分到土星中心的距离不同，所以受土星引力场吸引的
程度也会不同。这种引力吸引的差异（即我前面提过的潮汐效应）
会将环拉开。拉普拉斯认为，光环是由一系列的薄环排在一起组成
的，它们排列得如此紧密，以致从地球的距离看去就如同实心的一
样。
可是，1855年，麦克斯韦（后来他预言了电磁辐射宽频带的存
在）提出，即使这种说法也未尽圆满。光环受潮汐效应而不碎裂的
惟一原因，是因为光环是由无数比较小的陨星粒子组成的，这些粒
子在土星周围的分布方式，使得从地球的距离看去给人以实心环的
印象。麦克斯韦的这一假说是正确的，现在已无人提出疑义。
法国天文学家洛希用另一种方法研究潮汐效应，他证明，任何
坚固的天体，在接近另一个比它大得多的天体的时候，都会受到强
大的潮汐力作用而最终被扯成碎片。这个较小的大体会被扯碎的距
离称为洛希极限，通常是大天体赤道半径的2.44倍。
这样，土星的洛希极限就是2.44乘以它的赤道半径60,000公里，
即146,400公里，Ａ环的最外边缘至土星中心的距离是136,500公里
