伽利略衛星（Galilean Moons）

伽利略衛星（Galilean Moons）
國立臺灣師範大學附屬高級中學物理科陳忠城老師/國立臺灣師範大學物理系蔡志申教授責任編輯

伽利略衛星，木星的四個大型衛星（圖片來源：維基百科）

伽利略在 1564 年出生，對現代科技的發展貢獻良多，伽利略主張科學研究必須透過觀察和實驗相輔相成，利用自製望遠鏡觀察天體。

1609 年，伽利略改良了剛發明的望遠鏡，透過自製望遠鏡觀察月球，發現月球不是完美的球體，表面到處是坑洞，由明亮、崎嶇、充滿坑洞的高地及暗沉、坑洞較少的低地構成。

他稱低地為maria（拉丁文的「海」），因為它們具有平滑、黑暗的外貌，他特別畫了一幅月亮的水彩畫。

1969 年阿波羅十一號太空船登上月球，拍回來的照片就如伽利略所說，是凹凸不平的地形。

1610 年，伽利略觀察木星，一開始看到木星旁有兩顆小星星，過幾天突然變成四顆。起先他以為是恆星，但是發現它們在木星周圍反覆出現，推測是木星的衛星。

接連好幾周，他詳細畫圖記錄木星旁最大的四顆衛星（後來以他命名為「伽利略衛星」）運動情況。木星邊緣渦旋狀的大紅斑是一個和颱風很像的風暴系統，它延續的時間已經超過 300 年，而大小將近有地球的三倍。

1610 年 1 月，伽利略用自製的望遠鏡發現木星的衛星，他仔細的計算木星衛星的運轉週期，他常將 $$4$$ 顆小衛星弄混淆。

克卜勒與伽利略同時觀測木星衛星，但克卜勒中途放棄計算木星衛星的運轉週期，而伽利略則堅持到底。伽利略是一位優秀的科學家，他持之以恆地觀測目標星球，忠實紀錄各種現象，包括時間、位置、亮度。他知道這些資料無比珍貴，是建構天體模型不可或缺的證據。

1611 年 3 月中旬某晚，伽利略發現木星的 $$4$$ 顆衛星都不見了，或許是它們的位置在木星正後方或正前方。伽利略以這一刻為起始點，等衛星一一出現時，仔細追蹤，紀錄並計算它們的速度。經過無數次修改，伽利略於 1612 年春，計算出木星衛星的運轉週期。

伽利略衛星是木星四個最大的衛星，分別是木衛一（艾奧，Io）、木衛二（歐羅巴，Europa）、木衛三（Ganymede）、木衛四（Callisto），之所以稱為伽利略衛星，是因為當年伽利略在觀察木星時所發現。木衛一是太陽系中火山活動最激烈之處。木衛二則是太陽系中最有可能發現地球外生物之處（至少機會比火星大得多）。四顆衛星塊頭都不小，其中木衛三甚至比水星還大。這些衛星環繞木星形成小團體，儼然是包含於太陽系中的另一個行星系統。

1610 年，加利略以他所做的望遠鏡觀察木星的第四顆衛星，這些觀察的結果發現這衛星以木星為中點，來回的作東、西間的簡諧運動。加利略所觀察的記錄留傳下來，被美國麻省理工的 A.P.French 教授所利用，而算出衛星 Callisto 的週期函數。

其實，衛星 Callisto 繞木星作等速率圓周運動，而不是簡諧運動，加利略所看到的只是這等速率圓周運動在運動平面上某一直線的投影。

伽利略同時觀察到土星旁邊有「兩個耳朵」，後人證明了那就是目前大家都知道的土星環。伽利略把發現都寫在他的「The Starry Message」（中譯：星際信使）書中，據說這本書在 1615 年就已經傳到中國。

另外，伽利略觀察到金星的相位變化，是金星繞著太陽公轉的自然結果，但托勒密的理論系統並不會使金星出現相位變化。這項發現間接推翻「宇宙以地球為中心」的學說，並非所有星體都繞著地球轉。

參考資料：
1.維基百科–伽利略衛星  http://en.wikipedia.org/wiki/Galilean_moons