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空少问答

小课堂

第129期

10

月

14

日

周

一

问：“木卫一”是最大、最靠近木星的卫星吗？轨道是怎么样的？

上周六，空少为大家留了1个问题，来看看空少的解答以及从留言中选出的最佳答案吧！

想要查看原问题背景介绍的朋友们可以点击《》~下面就让我们来看看空少的解答吧！

空少正解

上期我们讲到，最近，美国航空航天局（NASA）的朱诺号探测器（Juno）进行了一次木星飞掠的任务，并发回了关于木星的大气表面上的、清晰的、圆形的阴影的图像，仿佛一个黑色的洞一般，而这是木星的卫星“木卫一”的影子。

朱诺号探测器（Juno）拍摄到的、有阴影的木星图像

（来源：NASA，https://cms.qz.com/wp-content/uploads/2019/09/20190917_io-shadow-jupiter-pj22.jpg?quality=75&strip=all&w=940&h=396&crop=1）

木卫一(Jupiter I)的名字是Io，常翻译为“伊奥”、“伊俄”、“艾奥”，正确的读法近似是“艾欧”（/a.o/）。木卫一是由著名学者伽利略发现的木星的卫星（也称为“伽利略卫星”）之一，如下图的照片所示，是一颗看上去表面色彩鲜艳的星球。“木卫一”这颗木星的卫星得到了“一号”的命名，并且也确实被说成是很大、（距离木星）很近。那么，“木卫一”是最大、最靠近木星的卫星吗？它的轨道是怎么样的？

木卫一的图像

（来源：https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/7b/Io_highest_resolution_true_color.jpg/600px-Io_highest_resolution_true_color.jpg）

其实，木星已经确认的卫星差不多有大约80颗，而且尚不确定还有没有因为太暗而没有发现的。我们前文提到的“伽利略卫星”，是人类发现的第一批木星卫星，在1610年发现的时候依次命名为“艾奥”(Io)、“欧罗巴”(Europa)、“加尼美得”(Ganymede)和“卡里斯托”(Callisto)。

这4颗伽利略卫星的轨道呈圆形，其轨道平面几乎都和木星的赤道面重合，自转周期和绕木星转动的周期相同，在整个太阳系中体积也是比较大的。这些卫星的发现对于日心体系的确立起了历史性的作用。

当然，伽利略卫星这几个名字并不直观，所以不如“木卫一”（Jupiter I）这样的名字受欢迎。这里，木卫一、木卫二、木卫三、木卫四的编号就来自它们4个距离木星的远近，木卫一是它们4个当中距离木星最近的，而木卫四就是它们4个当中距离木星最远的。其实木卫一只是其中第3大的星球。与此同时，木卫三其实才是木星最大的卫星，它甚至是太阳系中最大的卫星，直径比水星还要大。

月球（左上）、木卫一（左下）和地球（右）的体积对比

（来源：https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/cc/Io%2C_Earth_%26_Moon_size_comparison.jpg）

那么，木卫一的轨道就是距离木星最近的吗？显然也不是。至少有4颗卫星——木卫十六、十五、五、十四，它们的轨道比木卫一还要更“靠里”，半长轴在木卫一轨道半长轴的约一半甚至更小。

木卫一的轨道的平均半径约为421,700公里，形状相当得圆，距离木星的近点约 420,000公里而远点约为423,400公里，偏心率为0.0041（正圆形为0，越接近0就越圆，越接近1就越扁）。另外轨道对太阳黄道面的倾角约为2.21°，而对木星赤道面的倾角约为0.05°。

木卫一的轨道还有一点有趣的事情是，它与如下图的动图所示的木卫二和木卫三（外边两圈轨道）形成共振，围绕木星，木卫二每转1圈、木卫一转2圈，木卫三每转1圈、木卫一转4圈。这种共振被认为给木卫一提供了能量。

木卫一（IO）、二（EUROPA）、三（GANYMEDE）的轨道共振

（来源：https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/83/Galilean_moon_Laplace_resonance_animation.gif）

留言区·精选

@echo

答:木卫一IO是最靠近木星的卫星，但不是木星最大的卫星。木星最大的卫星是木卫三Ganymede。
IO的外围是另外两个大卫星Europa和Ganymede，它们三个的公转周期正好是1:2:4。就是说，当最外圈的Ganymede绕木星转了一圈时，Europa正好转了2圈，而IO正好转了4圈，所以我们说它们的共振比率是4:2:1。
这里我们介绍一个概念：轨道共振。当天体之间的公转频率是简单的整数比时，两个天体之间的引力会明显地周期性影响对方的轨道。
IO周期性经过Europa和Ganymede，每当两个天体的位置接近，它们的引力就会互相影响，这个作用对IO来说，就相当与每运行到一个固定的点，就被外圈的卫星拽一下，这使它的轨道变得有些椭圆，同时也把它困在那个轨道里，防止它像地球的月亮一样越来越远离它的主星。

@春华秋实

伽利略卫星一二三四按从内到外排列的，木一在最内，但大小顺序是三四二一，它们的绕木星运行轨道都近圆形。