木星環（Rings of Jupiter），是指由塵埃等組成的圍繞在木星周圍的環系統。木星環是太陽系中繼土星環和天王星環后，第三個被發現的行星環系統。
1979年，“旅行者1號”探測器首次發現了木星環。20世紀90年代，“伽利略號木星探測器”軌道飛行器對木星環進行了更加詳細的探測。在2007年2月28日，“新地平線號探測器”探測器飛躍木星，拍攝到了木星環高分辨率的圖像，從而揭示了木星環系統中豐富的精細結構。
雖然木星環的年齡還無從得知，但有可能自木星形成以來就存在。整個木星環主要由非球形塵埃顆粒組成，塵埃的橫切面積最大為15μm左右，光深為4.7×10?6。整個木星環系統的總質量（包括產生塵埃顆粒的“母體”在內）目前還不太清楚，但大概在1011至1016kg之間。木星環暗淡、狹窄且輕薄，環內結構主要由光環、主環和薄紗環組成。最內部是由粒子組成的厚厚的光環；然后是一個橫截面為圓環狀的主環，且主環相對明亮、輕薄；外面是一對橫截面為矩形、呈淡紅色的微弱的薄紗環，分別是阿馬爾塞薄紗環和底比斯薄紗環。每個環都有清晰而銳利的外邊緣，但內邊緣的界限相對模糊。在2006年9月，“新地平線號”探測器在執行任務時，發現木衛六（Himalia：希瑪利亞）的軌道附近有一個未知的行星環或環弧。
發現
早在17世紀初，意大利科學家伽利略·伽利萊就通過望遠鏡發現了木星周圍有4顆衛星。后來的科學家們也不斷拍攝了眾多木星的照片，并仔細觀察和研究，但均未發現木星環。1972年的“先驅者10號”和1973年的“先驅者11號”分別從離木星131,400km和46,400km處飛越，也均未發現木星存在行星環。
直到1979年3月4日，“旅行者1號探測器”在距離木星約1,200,000km的地方，跨越木星的赤道面時，無意中發現了木星的赤道部分有一條陰影。后經研究證實，陰影是由木星的環投下而形成。四個月后，為了尋找和證實木星環的存在，“旅行者2號探測器”飛越木星，在距離木星約1,500,000km處拍到了木星環的照片。至此，木星成為太陽系里繼土星和天王星之后，第三個被發現帶環的行星。
20世紀90年代，“伽利略號木星探測器”軌道飛行器對木星的環系統進行了詳細的探測和研究，最后發現木星環主要由四部分組成，分別是一個厚的光環、一個亮而薄的主環和兩個寬而暗的薄紗環。木星環的光環和主環由木衛十五（Adrastea：阿德剌斯忒亞）、木衛十六（Metis：墨提斯）及其他不能觀測到的主體，因高速撞擊而噴出的塵埃組成。兩個薄紗環的名稱來自于形成它們的物質的衛星，即木衛五（Amalthea：阿馬爾塞）和木衛十四（Thebe：底比斯）。目前，木星環已經成功被哈勃空間望遠鏡從地球端觀測到。
性質與結構
木星環系統中，每個環的內邊緣界限相對模糊，但外邊緣比較清晰。光環周圍沒有衛星，主環和兩個外環都有一個或多個相關的衛星。木星環具有窄、薄、暗的特征。據估計，木星環大致只能阻擋住通過它的日光的十萬分之一。木星環主要是由大量的黑色塊狀物質組成，塊狀物的大小在數十米到數百米之間。從環帶顆粒對日光散射的初步分析可看出，顆粒是暗色巖石碎片，平均直徑近于8μm。此外，木星環作為一個整體，環繞木星旋轉一周的時間約為七小時，
光環
外觀結構
光環是木星環系統中最內部、最厚的一層，其形狀類似一個缺乏清楚內部結構的厚環面。它的外部邊界與主環的內部邊界相連。光環的形狀與觀察角度只有少量關聯性。從環的外邊界開始，光環朝木星方向快速增厚。光環的垂直范圍尚不清楚，但在環面上方10,000km處能探測到其物質的存在。光環位于半徑100,000km處的內部邊界十分清晰，但在92,000km及更深處發現了部分物質。
亮度變化
在正面散射光線中，光環顯得最亮。雖然其表面亮度遠低于主環，但由于其厚度比主環大得多，其垂直于環平面的光子積分通量（即單位面積上的光子數）與主環差不多。光環的垂直范圍超過20,000km，其亮度主要還是集中在環平面上，并遵循z?0.6到z?1.5的冪律。
光譜性質
光環的光學頻譜性質與主環不一樣，在0.5μm-2.5μm范圍內的通量分布比主環更均勻。
光環的起源
因為光環與主環的光深相近，所以，光環內的塵埃可能起源于主環。在木星磁層的電磁力作用下，塵埃粒子的軌道傾角和離心率會發生變化。光環的外邊界與一個強烈的3:2亨德里克·洛倫茲諧振位置相吻合。隨著坡印廷-羅伯遜拖曳效應，塵埃粒子緩慢地向木星移動。當它們經過木星時，其軌道傾角發生變化。光環的內邊界與最強的2:1洛倫茲諧振位置相距不遠。在這個共振中，塵埃粒子被迫墜入木星大氣層，從而形成了一個清晰的內邊界，也就是光環的形成。
主環
外觀結構
主環狹窄，相對較薄，是木星環系統中最亮的一層。它的外部邊界與木星最小的內衛星——木衛十五的軌道重合。在背面散射光線中，主環看起來像刀片一樣薄，在垂直方向上延伸不超過30km。在側面散射角度下，環的厚度為80km-160km，朝著木星的方向上有所增加。“墨提斯裂口”（Metis notch）將主環分成兩個部分：一個狹窄的外部和一個暗淡的內部。外部從128,000km到129,000km，其中有三個被裂口隔開的狹窄小環；內部從122,500km到128,000km，無任何可見的結構。“伽利略號木星探測器”軌道飛行器還發現一個約600km厚的暗淡物質云圍繞在主環內部，在500km-1000km范圍內有云班。
亮度變化
在正面散射光線中，主環的亮度在128,600km處開始急劇下降，直到在129,300km處達到背景水平。而后朝著木星的方向，亮度又繼續增加，在約126,000km的環中心達到最大亮度，但在位于128,000km處的木衛十六軌道附近有一個明顯的缺口。主環的內部邊緣亮度由124,000km處開始變暗，直到在120,000km處與光環融合。
光譜性質
主環的光譜范圍為0.5μm-2.5μm，顯示形成主環的粒子為紅色。
主環的起源
在受到木星磁層的坡印廷-羅伯遜拖曳和電磁相互作用，主環上的塵埃不斷被移走。而環內塵埃粒子的壽命從100年到1000年不等。因此，塵埃必須在大小為1cm-0.5km的大型天體之間，以及相同的大型天體與來自木星系統外的高速粒子之間的碰撞中不斷得到補充。而這些母體的分布被限制在主環的外部，包括木衛十五和木衛十六。由碰撞產生的塵埃保持了大約與母體相同的軌道參數，并緩慢地向木星以螺旋狀移動，形成主環。
薄紗環
阿馬爾塞薄紗環
外觀結構
阿馬爾塞薄紗環的結構非常微弱、暗淡，橫截面為矩形，環內塵埃總質量總約為107千克109 kg。它從木衛五軌道182,000km處伸延至129,000km。由于存在更加明亮的主環和光環，它的內部邊界尚不清楚。阿馬爾塞薄紗環在木衛五軌道附近的厚度約為2,300km，且往木星方向逐漸變薄。
環內物質
在2002年至2003年間，“伽利略號木星探測器”探測器經過阿馬爾塞薄紗環，初次偵測到環內有0.2μm-5μm大小的塵埃顆粒。阿馬爾塞薄紗環內的粒子分布遵循與主環塵埃相同的冪次法則，為q=2?±?0.5。此外，“伽利略號木星探測器”探測器的恒星掃描器在木衛五附近發現了一個小于1km的離散的天體，推測可能是該衛星撞擊產生的碎片。
亮度變化
阿馬爾塞薄紗環在頂部和底部處最亮，越接近木星越亮，其外部邊界相對陡峭。在正面散射光線下，阿馬爾塞薄紗環看起來比主環暗淡約30倍。在背面散射光線中，阿馬爾塞薄紗環在木衛五軌道內部有一個亮度峰值，被限制在該環的頂部或底部邊緣。
底比斯薄紗環
外觀結構
底比斯薄紗環是木星環系統中最暗淡的一層，環內塵埃總質量總約為107千克109 kg。環的外部邊界不是特別陡，延伸超過15,000km。底比斯薄紗環有一個矩形橫截面，從木衛十四的軌道226,000km處延伸至129,000km。因為有亮度更強的主環和光環存在，其內部邊界尚不能明確界定。在木衛十四外，勉強可見一個連續的環，伸延至260,000km，被稱為“底比斯延伸”（Thebe Extension）。
環內物質
在2002年至2003年間，“伽利略號木星探測器”探測器經過底比斯薄紗光環，初次偵測到環內有0.2μm-5μm大小的塵埃顆粒。
亮度變化
在木衛十四軌道附近，環厚為8,400km。在環的頂部和底部邊緣附近最亮。朝著木星方向，厚度逐漸變薄，亮度逐漸增加。
薄紗環的起源
薄紗環中的塵埃分別來源于木衛五和木衛十四。來自木星系統外的拋射體，在高速撞擊后會從其表面釋放出塵埃顆粒。這些塵埃顆粒一開始與拋射體的軌道相同，隨后在坡印廷-羅伯遜拖曳的作用下，以螺旋狀向內移動。薄紗環的形成原因與主環和光環有所不同，主要由木衛五和木衛十四的物質提供。因為木星衛星有一個非零的軌道傾角，因此，薄紗環的厚度由木星衛星的垂直移動決定。
希瑪利亞環
2006年9月，美國航空航天局的“新地平線號探測器”探測器在飛往冥王星執行任務時，途中接近了木星以獲得其引力輔助。因此，“新地平線號”探測器拍攝到了木星的衛星——希瑪利亞（木衛六）周圍有一個微弱的、未知的行星環或環弧。該環被稱作希瑪利亞環（Himalia 圓環），它與木衛六的軌道平行，且稍微靠近其內部。如果該環的反照率與木衛六相同，那么它的總物質量至少為0.04km3。考慮到木衛六軌道的進動，如果這個環（弧）是來自木衛六的碎片，那么它一定是在最近才形成的。但也有可能該環是來自于一顆與木衛六相撞的未知小衛星的碎片。由此可以表明木星可能會繼續通過碰撞獲得或失去小衛星。
觀測與探測
木星環的存在是在1975年由“先驅者11號”探測器對木星行星輻射帶（放射線 belt）的觀測所推斷出來的。1979年，“旅行者1號探測器”拍攝了木星環系統的一張過度感光圖片。同年，“旅行者2號探測器”拍攝到了更多更全面的照片，這讓科學家們大體上了解了木星環的結構。在1995年至2003年間，“伽利略號木星探測器”軌道飛行器拍攝的高質量圖像極大地拓展了對木星環的現有知識。凱克望遠鏡在1997年和2002年，以及哈勃空間望遠鏡在1999年分別從地面和太空對木星環進行了觀測，發現木星環在背向散射光線下的結構可見且豐富。在2000年時，卡西尼號”在飛往土星的途中，對木星環系統進行了全面的觀測。2007年2-3月，美國航空航天局（NASA）的“新地平線號探測器”探測器拍攝到了木星環的高分辨率圖像，顯示主環中有豐富的精細結構。2022年，科學家們通過動力學模擬表明，對木星光環系統的觀測較少是由于伽利略衛星產生的不穩定共振所致。
參考資料 >
木星環.天文學名詞.2024-03-26
“新地平線”號探測器.中國大百科全書.2024-03-01