Jupiter - Mokusei (English spelling) Jupiter

It is the largest planet in the solar system. It is the fifth of the eight planets from the Sun and orbits past Mars.

In Europe, Jupiter was given the name of Jupiter, the chief god of Roman mythology, and in China it was called the Year Star.

Its mean distance from the Sun is 5.2026 astronomical units (778.3 million km), its orbital period is 11.862 years, its orbital eccentricity is 0.0485, and its inclination to the ecliptic plane is 1.304 degrees.

Jupiter's equatorial radius is 71,398 km, 11.2 times that of Earth, and its volume is 1,316 times that of Earth, making it the largest planet. However, its mass is only 317.832 times that of Earth, and its average density is only 1.33. Even so, Jupiter's mass is 2.5 times that of all the other planets combined, and is less than one thousandth of the mass of the Sun. Jupiter's equatorial gravity is 2.37 times that of Earth, and its escape velocity is about 60 kilometers per second.

Jupiter is the largest planet in the solar system and is a representative of the so-called Jovian planets. Its synodic period is 398.9 days, and it comes into opposition almost every year, but the timing of this happens later by about one month each year, and it takes 12 years for it to complete one orbit around the celestial sphere and return to its original position.

Jupiter is a huge star, so even though it is far away, its maximum brightness at opposition reaches magnitude -2.8. Its apparent diameter is about 47 arc seconds, and with a 40x magnification telescope it appears to be roughly the size of the full moon seen with the naked eye. Jupiter has an elliptical shape that is squashed from north to south, which can be easily seen even with a small telescope, and its polar radius is 4,640 kilometers shorter than its equatorial radius (oblateness 0.065). There are also many dark stripes on its surface, the two most striking being the north and south stripes of the equator, known respectively as the north equatorial stripe and the south equatorial stripe. These stripes have complex patterns of light and dark, unevenness, and are constantly changing. Jupiter's rotation speed can be determined by observing the movement of these conspicuous spots, which is measured to be approximately 9 hours 50 minutes in the equatorial belt and over 9 hours 55 minutes at higher latitudes than the equatorial belt, but this varies depending on the location and time, and the existence of local air currents has been observed in great detail. Furthermore, a period of 9 hours 55 minutes 29.37 seconds has been determined from observations of radio waves emitted by Jupiter, which is thought to be the internal rotation speed, not the surface cloud layer. In addition, the famous elliptical reddish spot known as the Great Red Spot has been known since around the 17th century, and is located in the temperate regions of the southern hemisphere, and its shade and shape are constantly changing. In addition to these surface phenomena, ground-based observations have detected the presence of methane and ammonia in the atmosphere for a long time.

It was planetary probes that shed much light on Jupiter's true nature. The first probes to explore Jupiter were the American spacecraft Pioneer 10 and 11, which approached the planet in late 1973 and late 1974, respectively. Further detailed observations were then made by Voyager 1 in 1980 and Voyager 2 in 1981.

Jupiter is a huge celestial body, so it has absorbed almost all of the components of the primordial solar nebula intact, and its chemical composition is thought to be similar to that of the Sun. Pioneer's actual measurements also showed that it is 82% hydrogen, 17% helium, and 1% other. Using these values, it is possible to calculate the internal structure, and it is believed that most of Jupiter is liquid hydrogen, with the inner part being metallic liquid hydrogen. It has also been found that Jupiter radiates more than twice the amount of heat it receives from the Sun, which means that a considerable amount of heat is being transported from its high-temperature interior.

Surface temperature measurements by Voyager revealed that the bright areas are slightly cooler than the dark stripes, and it is believed that the bright bands are upward currents and the dark stripes are downward currents, so they are looking at deeper areas. The clouds are thought to be mainly ammonia ice, but the reddish color of the stripes has not been determined, and is said to be either ammonium hydrosulfide or a polymeric organic compound. It has also been confirmed that the Great Red Spot is a huge cloud vortex more than twice the diameter of the Earth, but there are still many unknowns about its origin.

Jupiter's strong magnetosphere has been inferred from observations of radio waves emitted by the planet, but the details have been revealed for the first time by space probes. The magnetic field is approximately 4 gauss on the planet's surface, which is roughly 10,000 times that of the Earth. The size of the magnetosphere is also 110 times the radius of Jupiter at its maximum, but it changes drastically due to interactions with the solar wind, and it is characterized by being flat along the equatorial plane. Within the magnetosphere are powerful radiation belts, the size and particle energy of which are several tens of times that of the Earth. The origin of this large-scale magnetic field is explained by the presence of a huge fluid core of metallic liquid hydrogen inside Jupiter and the dynamo action caused by its rapid rotation.

Jupiter has 16 confirmed moons, including the four largest moons Io, Europa, Ganymede, and Callisto, discovered by Galileo in 1610, and several others that have been observed by Voyager but remain unconfirmed. The four largest moons discovered by Galileo are by far larger, and most of them revolve in nearly circular orbits around Jupiter's equatorial plane, while the others are much smaller, have significantly larger orbital inclinations and eccentricities, and four of them orbit in a retrograde motion. The densities of the four largest moons decrease the farther they are from Jupiter: Io 3.5, Europa 3.0, Ganymede 1.9, and Callisto 1.8. Io and Europa are similar in size to Earth's moon and are mostly rocky, while Ganymede and Callisto are thought to be almost half ice, and both have thick icy mantles. Ganymede is the largest moon in the solar system, with a diameter of 5,280 km, and is larger than the large planet Mercury, but has less than half its mass. Most of the other moons are also low in density and are thought to be mostly ice.

Voyager 1 discovered many active volcanoes on Io's surface, which is explained as being caused by Io's repeated deformation due to Jupiter's powerful tidal force. The existence of sodium and sulfur clouds along Io's orbit had been known for some time, but the existence of active volcanoes solved the mystery of their origin. It was also explained that the interaction between these and Jupiter's magnetic field causes radio waves from Jupiter to fluctuate in tandem with Io's motion. Craters and other topography have been found on the surfaces of Europa, Ganymede, Callisto, and other planets covered in ice, each of which is thought to tell of its past history.

Voyager 1 also discovered a thin ring system about 57,000 km above Jupiter's surface.

[Sadao Murayama]

Source: Shogakukan Encyclopedia Nipponica About Encyclopedia Nipponica Information | Legend

太陽系で最大の惑星。8惑星のうち、太陽から第5番目の距離にあり、火星の外側を公転している。

　木星はヨーロッパではローマ神話の主神ユピテル（英語名ジュピター）の名が与えられており、また中国では歳星(さいせい)とよんだ。

　太陽からの平均距離は5.2026天文単位（7億7830万キロメートル）、公転周期11.862年、軌道の離心率は0.0485、黄道面に対する傾斜角は1.304度である。

　木星の赤道半径は7万1398キロメートルで地球の11.2倍、体積は地球の1316倍もあり、全惑星中もっとも大きい。しかし質量は地球の317.832倍しかなく、平均密度は1.33にすぎない。それでも木星の質量は他の惑星の質量の合計の2.5倍もあることになる。また太陽に比べれば1000分の1足らずとなる。なお木星の赤道重力は地球の2.37倍もあって、脱出速度も毎秒約60キロメートルにもなる。

　木星はこのように太陽系のなかで最大の惑星であり、いわゆる木星型惑星の代表である。会合周期は398.9日で、ほとんど毎年衝(しょう)となって接近するが、その時期は毎年1か月ほどずつ遅れていき、12年で天球上を1周してほぼ元に戻る。

　木星は巨大な星なので遠方にあるにもかかわらず衝のころの極大光度はマイナス2.8等に達する。また視直径も47秒ほどで、40倍の倍率の望遠鏡で、ほぼ肉眼で見た満月の大きさに見える。木星は小望遠鏡で見てもすぐにわかるほど南北につぶれた楕円(だえん)形をしており、極半径は赤道半径より4640キロメートルも短い（扁(へん)率0.065）。また表面には何本もの暗い縞(しま)模様が見られ、とくに赤道の南北両側にある2本はもっとも著しく、それぞれ北赤道縞(しま)および南赤道縞とよばれている。これらの縞模様には複雑な濃淡凹凸などの模様が見られ、また絶えず変化していく。これらの目だった斑点(はんてん)の動きを観察すれば木星の自転速度が求められ、赤道帯ではほぼ9時間50分、また赤道縞より高緯度では9時間55分余りと測られているが、場所により、時により変動し、局部的な気流の存在がかなり詳しく観測されている。なお木星が発している電波の観測から9時間55分29.37秒という周期が求められていて、これは表面の雲層でなく、内部の自転速度と考えられている。また有名な大赤斑とよばれる楕円形の赤みを帯びた斑点が17世紀ころから知られており、南半球の温帯地方にあって絶えず濃淡や形状を変えている。これら表面現象のほかに、地上観測によって、かなり古くから大気中にメタンやアンモニアの存在が検出されていた。

　木星の正体を格段に明らかにしてくれたのは惑星探査機である。木星を最初に探査したのは1973年末と1974年末に木星に接近したアメリカのパイオニア10号と11号であり、その後1980年のボイジャー1号、1981年のボイジャー2号によってさらに詳しく観測された。

　木星は巨大な天体なので原始太陽系星雲の成分をほとんどそのまま取り込んでおり、化学組成は太陽なみと考えられる。パイオニアの実測でも水素82％、ヘリウム17％、その他1％となっている。このような数値を用いて内部構造を計算することができ、木星の大部分は液体水素で、中のほうは金属状液体水素となっていると考えられる。また木星は太陽から受ける熱量の2倍余りの熱を放射していることもわかり、高温の内部からかなりの熱が運ばれてきていることになる。

　ボイジャーによる表面の温度測定では、明るい部分が暗い縞の部分よりすこし低温であることがわかり、明るい帯は上昇流、暗い縞は下降流で、より深いところを見ているのだと考えられる。雲はおもにアンモニアの氷とみられるが、縞の部分の赤っぽい色については水硫化アンモニウムとも高分子の有機化合物ともいわれ確定していない。また大赤斑は地球の直径の2倍以上もある巨大な雲の渦であることも確かめられたが、その成因などについてはなお不明な点も多い。

　木星が発する電波の観測からも木星に強い磁気圏があることが推定されてきたが、探査機によって初めてその詳細が明らかになった。磁場の強さは木星表面でおよそ4ガウスもあり、地球のほぼ1万倍に相当する。また磁気圏の大きさは最大木星半径の110倍にも及んだが、太陽風との相互作用で激しく変化し、また赤道面に沿って平たく延びているなどの特徴がある。磁気圏の中には強大な放射線帯があり、その規模も粒子のエネルギーも地球の数十倍に達する。この大規模な磁場の成因は木星内部の巨大な金属状液体水素の流体核の存在と急速な自転によるダイナモ作用によって説明されている。

　木星には1610年にガリレイが発見したイオ、ユーロパ、ガニメデ、カリストの4大衛星をはじめ現在確認されたものだけでも16個の衛星が知られており、ボイジャーによって観測されたが未確認のものがほかに数個ある。ガリレイが発見した4大衛星は格段に大きく、ほとんど木星の赤道面を円に近い軌道で公転しているが、ほかははるかに小型で軌道傾斜も離心率もかなり大きく、4個は公転が逆行である。4大衛星の密度はイオ3.5、ユーロパ3.0、ガニメデ1.9、カリスト1.8と木星から遠いものほど小さくなっており、イオやユーロパは地球の月に似た大きさでほとんど岩石質の組成なのに対して、ガニメデやカリストはほぼ半分は氷とみられ、いずれも厚い氷のマントルをもっていると考えられる。なかでもガニメデは直径5280キロメートルもあって、太陽系中最大の衛星で、大惑星の水星よりも大きいが、質量はその半分にも及ばない。他の小衛星もほとんどみな密度が小さく、大部分が氷であるとみられている。

　ボイジャー1号によってイオの表面に多くの活火山があることがみいだされたが、その原因は木星の強大な起潮力によってイオが変形を繰り返すためと説明されている。以前からイオの軌道に沿ってナトリウムやイオウの雲の存在が知られていたが、この起源も活火山の存在によって解決した。またこれらと木星磁場との相互作用によって木星からの電波がイオの運動に連動して変動することも説明された。表面を氷に覆われたユーロパ、ガニメデ、カリストなどの表面にもクレーターをはじめいろいろな地形がみいだされ、それぞれ過去の歴史を物語っていると思われる。

　なお、ボイジャー1号は木星の表面から5万7000キロメートルのところに細い環(わ)があることを発見した。

［村山定男］

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