木星旁边的四颗亮点：怎样观察伽利略卫星

发现怎样改变了人们的理解

1610年1月，Galileo Galilei 用望远镜观察木星，注意到附近几个亮点不按普通恒星的方式固定，而是在木星两侧反复变化，随后确认四颗伴星。他在同年《星际信使》（Sidereus Nuncius）中公布观测。Simon Marius也在相近时期观察过它们，今天使用的神话名称与 Marius、Kepler的命名建议有关。

这说明并非所有天体都绕地球运行，为当时天体体系讨论提供了重要证据。四颗卫星按从木星近到远称木卫一至木卫四，国际名分别为 Io、Europa、Ganymede和Callisto。木星还有许多其他卫星，但多数太暗、太小，不适合普通观测设备。

四颗卫星各有自己的节奏

• 木卫一 Io： 公转约1.77天，约5.0等，以强烈火山活动著称。
• 木卫二 Europa： 约3.55天，约5.3等，其冰壳下有全球海洋的重要证据。
• 木卫三 Ganymede： 约7.15天，约4.6等，直径约5268千米，是太阳系最大的卫星，直径大于水星。
• 木卫四 Callisto： 约16.69天，约5.7等，在四颗中最外侧。

这些视星等是近似参考，随地木距离和照明条件变化，不是每晚固定值。木卫一、二、三处于接近1∶2∶4的拉普拉斯轨道共振，约在木卫三转一周时，木卫二转两周、木卫一转四周。共振约束它们的相位，不能简单说三颗从来不会同处木星一侧；关键是特定的轨道角组合被约束。

木卫一运行快，一小时内位置就可能明显变化。木卫四不在这组三体共振里，轨道较远，某些时期其投影可从木星圆面上方或下方掠过，不发生掩食。

双筒镜与望远镜分别能做什么

卫星自身足够亮，但木星的耀眼光芒让裸眼很难分开它们。7至10倍双筒镜在适宜条件下可显示几个细点，稳定支撑尤其重要。可用三脚架或安全稳固的平台，避免手抖把相近点混成一团。

常见情况是看到两至四颗；少一颗不代表它消失了，可能正在木星前方、后方、影子里，或与另一颗太靠近而无法分离。它们大体排成线，是因为卫星轨道接近木星赤道面，我们常从接近侧向的方向看这个系统。

较大望远镜和稳定空气可显示卫星微小圆面，亮度和色调也有区别，但普通双筒镜中应先把它们当作点状目标辨认。木星冲附近的数月，夜间窗口通常较长；观测上海夜空时，仍需选择木星足够高且不被楼遮住的时段。

木星自身约十小时转一周，云带不同纬度又有差速。常用自转系统I描述赤道区域，系统II描述其他可见云带，包括大红斑所在纬度。Apphemeride 提供中央经线数据；若要精确预报大红斑过中天，还需相应时期的大红斑经度，不能只凭中央经线一个数就认为完整预测已具备。

掩、食、凌与影子经过怎样区分

掩是卫星进入木星圆面后方；食是卫星进入木星影子，即使仍投影在木星旁边也会变暗；凌是卫星从木星前方经过，常因背景明亮而较难辨认；影凌则是卫星影子在木星云面上移动，表现为小黑点。

约每六年，在太阳与地球视线接近木星赤道面的一段时期，还可能观察卫星之间的相互掩食。并不是每次所有卫星都同时发生这种现象，具体事件取决于轨道位置与可见性。

木卫一的食也在科学史上很重要。1676年，Ole Rømer 根据木卫一相关时刻随地木距离变化而出现的偏差，认识到光传播需要时间。地木距离在一年中改变，使光行时间差达到十几分钟量级；这不是卫星突然违背了自己的轨道规律。