书城童书宇宙的秘密
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第18章 遥远的三大行星(2)

②天王星有许多巨大环形山——天王星表面有许多类似月球环形山的巨大环形山,它的大卫星上也有明显的断层区和山谷,这说明,天王星曾遭流星强烈袭击。

③天王星有“电辉光”现象——土星也有过,天王星也发现有辉光现象,不过“电辉光”的特征与地球极光大不相同。

④天王星有强烈辐射带——比土星强烈得多。

对天王星的了解还远没有结束,我们期待对天王星的研究,能帮助我们更好地了解太阳系的秘密。

“笔尖底下”发现的海王星

起初,人们是不知道有海王星的,在天王星被发现后,人们的注意力被吸引到天王星上,全世界都在研究、计算这颗新行星轨道的要素,它却使天文学家伤透脑筋。人们注意到天王星并不严格按照它预期的路径移动,那时,牛顿力学正被用来计算行星以及它们卫星的轨道和位置,达到了从未有过的精确度。但天王星实际观测的位置总是同预报的位置不一致,让兴致勃勃研究新行星的人们总是扫兴而归。这就引起了天文学家们的深思。是不是有新的行星不遵从这些规律呢?可能牛顿的经典物理学定律,在远离太阳的地方根本不适用了?

正当有些科学家开始动摇时,有两位名不见经传的天文学家,各自证明了天王星的这种反常行为是因为一颗更远的、尚未发现的行星效应。这两位天文学家是英国人亚当斯和法国人勒维耶。他们两人都论证出,天王星偏离它的预期轨道,可能是另一颗更远的未知行星引力作用的结果。他们通过计算得出了这颗未知行星可能经过的位置。1845年,英国剑桥大学学生亚当斯,比勒维耶早几个月得到正确结果。不幸的是,他仅仅把这个正确结果口头上通知剑桥天文台一位天文学家,并且错过了书面公布其发现的时间。因此发现这颗新行星的功绩反而归于勒维耶。1846年,法国天文学家勒维耶把他的研究结果,寄给了柏林天文台的加勒。引起加勒的重视,加勒当晚就进行了观测,在勒维耶预报的位置附近,果然找到了这颗新行星——海王星。发现它的位置同勒维耶指出的位置相差不到1°,海王星是凭借纸笔计算发现的,经典力学和牛顿力学竟是放之四海而皆准,证明了开普勒定律可以用来预报尚未发现的行星的存在,海王星成为笔尖底下出现的行星。这也说明当时天文计算已达到相当高的精度。

海王星和天王星,在许多方面相似,就像是一对孪生子。他们在大小、质量、密度方面都差不多,很可能是化学组成和内部结构基本相同。

赤道半径

(万公里)直径

(地球二1)体积

(地球二1)质量

(地球二1)密度

(水二1)温度

天王星2.543.76514.541.19-211℃海王星2.463.55717.241.66-230℃海王星也有大气,主要成分是氢、甲烷、氨等气体。

1989年8月,“旅行者2号”来到了海王星,带回给我们的信息是前所未有的,海王星也是非常美丽的。它有4个光环和1个尘埃壳,周围有8个卫星环绕,大气中存在云和风暴。

海王星的大气中,有三个显著的亮斑和二个暗斑,一个大黑斑。大圆卵形的暗斑直径大约1.28万公里,类似木星红斑,看上去尤如黑眼睛,因此相对而言地称为“大黑斑”。它位于赤道以南21°,沿逆时针方向自转,大约每10天旋转一周。大黑斑的形状不断改变。当经七个周期时,大黑斑在经度方向延伸,抛出一串暗斑向北扩展,然后拉长变薄。这个大黑斑实际上是一个气旋,是海王星大气的高压区。

大黑斑的南部是编号为S1的亮斑,这片亮斑是发光的白云,它也在不停地增大收缩,东西移动,不过位置始终在大黑斑南部。

在大黑斑的南部纬度为51°是第二个黑斑,不大,但颜色更黑,中心飘着醒目的白云,白云对流强烈,可以看到新的物质明显地从底部往上冒。

海王星的大气中含有高浓度的甲烷和氢硫化物。

海王星也有光环。木星、土星、天王星和海王星同属“类木行星”天体,前三个都已发现有环,所以人们自然就对海王星是否有环产生关注。

海王星发现后一个月,美国天文爱好者拉塞尔用望远镜观测海王星,报告说发现海王星环。后来,英国剑桥大学天文台台长查理斯,也证实了海王星确有环。但是也有许多天文学家们找不到环,于是开展了争论,海王星有环无环,光环是否失踪成了悬案。

这个案底还是由1977年上天的“旅行者2号”来揭开的,当它1989年飞近海王星时,发现海王星共有5个光环,其中有一个是尘埃壳。现在,所有天文学家都相信海王星是带环行星了。

海王星的4个光环中外面2个较亮、较窄,里面2个较暗。处于两个窄环外面的尘埃壳既宽又厚,尘埃圆面宽达1万公里。

捉摸不定的冥王星

海王星发现后,差不多过了100年,用发现海王星同样的方法,又一次取得了轰动世界的成就——发现冥王星。

最早在1877年,有人就预测海王星外有行星存在,后来至少不下十位天文学家发表过海王星外行星的轨道要素,其中以洛韦尔和皮克林的贡献最大。洛韦尔从1905年开始搜索直到1916年去世均毫无结果。有人甚至说这颗行星只是天文学家的想象。

美国的洛韦尔天文台在洛韦尔去世后,仍然没有放弃对冥王星的寻找。天文台22岁的汤博终于在1930年2月的一个晴朗之夜发现了它。一个微弱但却清晰无误的亮点,出现在汤博的照相底片上。飘忽不定的冥王星露面了,冥王星出现的位置同洛韦尔预测的位置相差不到5°。

这颗新星的发表,同样引起了轰动效应,尤其是在美国,这可是美国第一次获得发现新行星的光荣啊。最终,这颗太阳系边缘的行星被命名为“普鲁东”——地狱之神冥王星,在这片遥远而黑暗的世界由冥王来把守,含义非常贴切。

人们同时也迷惑不解,冥王星的质量远远小于以前预测的质量,这么小的质量根本对天王星、海王星的轨道产生不了大的摄动,然而它确实又在预测的轨道位置附近发现的,怎么来解释呢?

冥王星沿着它漫长的轨道走一圈要248年,冥王星发现至今不到70年,从发现之日起到现在只走了大约1/4的路程,它是如此缓慢地巡视着太阳系的边界。离太阳平均有40天文单位,太阳发出的光要经过5个半小时才能达到冥王星,从冥王星上看太阳,太阳就像一颗明亮的星星。这里的温度低到零下240℃,是太阳系既寒冷又黑暗的角落。

冥王星的轨道在所有行星中最奇特。不仅在于它的长,更在于它的扁。冥王星的偏心率大到0.256,而其他行星的偏心率平均为0.06(水星的偏心率0.21)。这样扁的轨道致使它有一段时间会跑到海王星的轨道之内,从而失去太阳系中最远行星的地位。它同太阳的最远距离是49天文单位,最近20.6天文单位,最远时比最近时大19天文单位,也就是30多亿公里,这相当于天王星到太阳的距离!

冥王星的质量在所有行星中最小。它的质量只是地球的0.002,而水星为0.06,火星为0.11,连月球的质量都差不多是它的5倍。从质量上看,既不像类地行星,又不像类木行星,轻得出奇。

冥王星的大小是所有行星中的最末一位。冥王星又暗又远,发现后很长时间不知道它有多大。用最先进的天文图像处理方法,也测不准这位“小不点”的直径。利用卫星相互交食的方法,测出了几组精确数据。这种交食的机会在冥王星248年的公转周期内,每124年一遇,幸运的是1985年到1989年正是交食时间,刚巧,冥王星又在1989年9月过近日点,于是,地球上的天文学家们有了绝好的观测时机。

冥王星直径2200±140公里,冥卫直径1160±100公里。

可以肯定的是,冥王星成为了太阳系中直径最小,体积最小的行星(水星4880公里,月球3476公里)。

冥王星的亮度变化很奇怪。自发现后的冥王星一直朝着近日点运动,按理说亮度该越来越亮,可是它恰恰相反,平均每10年变暗0.1星等。