第六章 走進太陽係(3 / 3)

但科學家對土星的探索並沒有終止,不久後,又發射了“卡西尼”號太空探測器,這艘探測器在費時6年多、飛過35億千米後,在2004年7月1日順利進入環繞土星轉動的軌道,從此開始對土星長達四年的科學考察。此探測器不僅考察了土星周圍的幾顆衛星,還拍攝了土星的光環、磁層和粒子,並觀測到土星的極光現象,傳回了大量珍貴的照片。

經過多年探索,科學家們對土星的認識逐漸清晰起來。土星是太陽係中第二大行星,繞太陽公轉一周約29年。土星被一條美麗的光環圍著,周圍有數量眾多的衛星,目前已知的有60多顆。土星雖然質量很大,但是密度非常小,如果把土星放在水中,它甚至會浮在水麵上。由於土星光環的平麵與土星軌道麵不重合,所以從地球上看,能看到土星光環的麵積是有變化的,它的亮度也是有變化的,當我們看到土星光環的麵積比較大時,它會明顯地更亮一些。

地球上的極光現象是由於帶電粒子沿著地球磁場進入大氣層後形成的,土星上的極光現象是由“太陽風”形成的,即帶電粒子與土星大氣層的分子發生反應。通過傳回的圖像,科學家觀測到土星兩極發生的極光有所不同,北極光光線更明亮些,但是明亮部分的麵積相比南極要小。

土星的衛星數量非常多,備受科學家重視的衛星是土衛六。土衛六是人們發現的第一顆土星衛星,長期以來一直被認為是太陽係衛星中體積最大的,被稱為“衛星之王”,但不久後科學家發現有比土衛六更大的衛星,那就是木衛三,不過人們仍對土衛六有著濃厚的興趣。土衛六是唯一擁有大氣的衛星,大氣成分主要是氮,約占98%,甲烷約占1%,還有其他混合氣體等。土衛六的溫度很低,在-200益左右,低溫讓氮氣轉化為了液態。科學家還在土衛六中發現了氫氯酸分子,對此有科學家說:“早期的地球上可能也曾發生過類似的過程。但在土衛六上發生的是生命前化學過程,因為那裏的溫度遠低於水的冰點,大概是不會有生命的。”

自從發現土星以來,人們一直都在不斷地進行探索,但關於土星的未解之謎卻似乎越來越多,其實這並不奇怪,就像是學習一樣,知識越淵博,越覺著自己知道的太少了。因此這恰恰表明,人們對於土星的了解更深了。

人的天職是勇於探索。———哥白尼

· 躺著的天王星 ·

天王星因為暗淡所以難以被發現,被發現後,又因其繞太陽轉動很慢,因而被當作恒星。

在天王星被當作行星之前,已經有不少人觀測到它,如1690年約翰·佛蘭斯蒂德至少觀測到了六次,然而他在星表中將它列為金牛座34。

1774年,赫歇耳成功安裝了一架口徑15厘米、焦距2.1米,能夠放大40多倍的望遠鏡,通過這架望遠鏡,赫歇耳第一次看到了獵戶座大星雲。1781年3月13日,赫歇耳跟平常一樣開始觀察天體,當他觀測到雙子座時,發現了一個以往不曾見過的淡綠色的天體。

赫歇耳很吃驚,因為在星圖上找不到這顆星。於是他開始用倍率更大的望遠鏡觀測,發現這並不是一顆恒星。為了確認這個發現,赫歇耳連續幾晚認真觀測,後來他發現這個天體在慢慢地移動著。赫歇耳起初認為這是一顆彗星,但彗星在近日點時,彗尾會變得很長,而且邊界很模糊,而這顆“彗星”卻沒有這樣的特征,相反邊界特別清晰,它的運行軌道看上去像是圓形,距離太陽比土星要遠一倍。赫歇耳認為這不是一顆彗星,而是一顆行星。

天王星的發現轟動了世界,赫歇耳也因此一舉成名,被英國皇家學會授予“柯普萊”勳章。

天王星有個很顯著的特征,那就是它的運行姿態很特別,別的行星大都是側著身子圍繞太陽運轉,會有一定的傾斜度,如地球的傾斜度為23.5毅、火星的傾斜度是24毅。行星的自轉軸和公轉平麵都有交角,天王星的傾斜度幾乎達到了98毅,可以說天王星幾乎是倒在軌道平麵上,就像是躺著那樣。於是有人稱呼天王星為“一個顛倒的行星世界”。

傾斜度如此大,導致天王星的四季變化和晝夜交替都跟其他行星有所不同。天王星的公轉周期約為84年,在公轉過程中,太陽會輪流照耀天王星的北極、赤道、南極,當太陽照耀北極時,天王星的北半球便處在夏季;當照耀南極時,天王星的南半球便處在夏季。天王星的夏季和地球上的不同,夏季時,在天王星上很難看到太陽會落下,因此處在夏季的半球沒有夜,而天王星的另一半則處在無盡的黑暗、寒冷中,一直延續幾十年。之所以會這樣,是因為天王星幾乎是“躺著的”,導致其受熱不均。科學家推算,天王星上的每一晝、每一夜都要持續約42年才能換一次。對地球來說,這是不可想象的。

從外麵看起來,天王星就像個淡綠色的巨球,這是因為天王星的大氣主要成分是氫、氦,以及大量的甲烷。甲烷吸收紅光後,會變成淡綠色。天王星是有光環的,看起來窄小而黑暗,其組成部分是岩石塊和小固體。天王星目前已知的有13層光環,但是都非常暗淡,很難被發現。

由於天王星光線很弱,所以使用一般望遠鏡很難有好的觀測結果。1986年,美國的“旅行者”2號探測器探訪天王星時,發現了10顆新的衛星,而在這之前,人們隻知道天王星有5顆衛星,這樣一來,天王星的衛星就增加到了15顆。“旅行者”2號的“天王星之旅”,收獲很多,其中一項是對天王星衛星的密度進行了測定。結果顯示,衛星的密度比天王星要稍微大一些,這個結果否定了科學家對天王星傾斜之謎的解釋,即其傾斜度是由於天體和天王星碰撞而成的,其中的碎片就形成了衛星。按照這個說法,衛星的密度應該比現在的要大很多。

天王星上還隱藏著眾多的秘密,等著我們去挖掘

· 遙遠的海王星 ·

1612年12月,伽利略首次觀測並描繪出了海王星。

但是伽利略把海王星誤認為是恒星,他在書中將海王星描繪成一個不起眼、黑暗的天體,從那以後,他多次觀測海王星,記錄下海王星相對於其他星體的運動軌跡。而海王星是不斷運動的,結果有一天,當他用望遠鏡去觀測海王星時,卻發現找不到海王星的影子了,從此丟失了海王星這個目標。

海王星在1846年9月23日被發現,是唯一利用數學預測而非有計劃的觀測發現的行星。英國科學家亞當斯和法國科學家勒威耶利用天王星軌道的攝動推測出海王星的存在,雖然二人知道海王星可能存在的位置,但苦於沒有相應的設備去觀測。後來勒威耶說服了柏林天文學家伽勒去搜尋行星,並在1846年9月23日晚上發現了這顆藍色的星球。海王星的位置與亞當斯的預測的位置差10毅,但和勒威耶預測的位置相差不到1毅。海王星的發現引起了軒然大波,尤其是英法兩國為了誰發現海王星而爭論不休,最後在輿論的壓力下,隻好宣布海王星是亞當斯和勒威耶共同發現的。

海王星發現之後,由於沒有名字,國際上對於它的稱呼很多,因而顯得很亂,於是天文學家開始為海王星取名字。當時備選的名字有很多,亞當斯認為應該叫喬治,勒威耶認為應該叫海王星。最終,天文學家決定以“海王星”為名,海王星的英文名是une,海神的意思,翻譯成中文就是海王星。

雖然海王星在1846年就被發現了,但是直到1989年,人們才第一次看清了海王星。1989年8月25日,美國“旅行者”2號探測器從距離海王星 4800多千米的地方飛過,海王星的神秘麵紗由此揭開。“旅行者”2號總共拍攝了6000多張海王星照片,從照片中,科學家首次發現其有5條光環,3條較為幽暗、模糊,其餘2條很明亮、清晰。科學家還發現了海王星的6顆新衛星,這樣,海王星的衛星總數增加到8顆。目前已知海王星有14顆天然衛星。

科學家們在海王星的南極地區發現了一個巨大的風暴區,直徑約有1.28萬千米,看起來有地球那般大,就像是在海王星上放了一塊巨大的黑布,科學家稱之為大黑斑。這種風暴究竟是怎樣形成的,科學家們並沒有給出確切的答案,他們也隻是猜測。如有人認為是由太陽風引起的,也有人認為是由於海王星內部的高壓和高溫形成的。因為大黑斑的存在,海王星上有太陽係中最猛烈的風,時速高達1600千米。同時“旅行者”2號還發現海王星是存在磁場的,並且也有極光現象。

科學家還發現海王星的大氣層很不穩定,有著大麵積的氣旋,大氣主要成分是氫氣,其次是氦氣和甲烷。由於大氣中有甲烷,所以海王星看起來呈現藍色,但科學家認為這隻是使海王星呈現藍色的部分原因。因為天王星大氣成分中甲烷的占有量和海王星相差無幾,但是天王星並沒有像海王星這樣藍,因此科學家認為海王星之所以這麼藍,應該還有別的原因。

在地球上觀測海王星會發現它是有光環的,是一條相當模糊的圓弧,“旅行者”2號拍攝到了海王星的光環,光環有各種各樣的結構,如螺旋狀結構等,但是照片也隻能顯示光環的外部特征,人們仍然無法知道光環的內部結構。

海衛一是海王星最大的衛星,它有一個逆行的軌道。海衛一的溫度為-240益左右,是目前已知太陽係中最冷的天體。海衛一的地形也很複雜,有火山、有坑窪地,有平原、有環形山等,其中有種“哈密瓜皮地形”最為奇特。這是由於地形看起來很像是哈密瓜的瓜皮,因而得名。這種地形目前隻在海衛一上發現過,科學家猜測這種地形形成的原因可能是由於火山等掩蓋造成的;有的科學家猜測可能是由於撞擊造成的,但是在“哈密瓜皮地形”中又發現了很多窪地,這些窪地的形狀都非常規則,不可能是由於撞擊造成的,很有可能是因為固氮升華後又凝固造成的。

海衛一上也有一層大氣,主要成分是氮,其次是甲烷。另外,科學家還發現海衛一上有磁場,而其他衛星上都沒有發現磁場的存在,基於以上種種現象,有科學家認為海衛一是行星,而不是衛星。但是這樣一來,就得找出相應的理由去解釋,但科學家還沒有找出這樣的理由。因此,海衛一究竟是行星還是衛星,仍然有待證明。

海王星是遠日行星之一,是太陽係八大行星中離太陽最遠的,因而海王星的亮度很低,隻有通過天文望遠鏡才能看到。海王星的赤道半徑約為24 750千米,大約是地球赤道半徑的4倍,質量和體積都遠遠大於地球。

海王星上還存在著許多奧秘無法解開,要是人類能夠近距離地觀察甚至登上海王星,這些奧秘也許就能解開。

· 被開除的冥王星 ·

冥王星的發現純屬巧合。一個後來被發現錯誤的計算“斷言”:基於天王星和海王星的運行研究,在海王星後麵還會有一顆行星。1930年,美國亞利桑那州的洛威爾天文台的克萊德·威爾·湯博,因不知道這個計算是錯誤的,他根據這個計算對太陽係進行了一次仔細的觀察,於1930年2月18日,發現了冥王星。

冥王星的發現,吸引了人們的注意,很快它就被當作太陽係的第九大行星。因為這些年來,人們一直在不斷地尋找太陽係裏的其他大行星,所以冥王星的出現,滿足了人們的幻想,在教科書中人們把冥王星視為第九大行星,然而人們很快便發現了冥王星與其他大行星的差異之處。

其實,當初之所以把冥王星列為大行星,是因為錯估了冥王星的質量,當時以為它比地球質量還大,但是經過多年的觀測,人們發現冥王星的直徑隻有約2300千米,比月球直徑還要小,質量隻有月球的三分之一。其實,自從發現冥王星以來,人們對它的質疑就沒有中斷過。

1999年,國際天文學聯合大會召開,對冥王星是否屬於行星進行投票,這次投票差點使“冥王星”失去了行星的“寶座”。當時之所以會有這樣的結果,是因為冥王星和其他行星差異太大:首先,冥王星的體積很小,質量很小;其次,其運行軌道過於橢圓;最後,冥王星的軌道傾角很大,達到了17毅,而其他行星一般也就在1毅~2毅之間,即使軌道傾角最大的水星也不過是7毅。因此,很多天文學家覺得不能把冥王星稱作行星。

2006年8月24日,國際天文學聯合大會召開,這次大會有個主要任務就是通過行星的新定義。大會上的爭論非常熱鬧,提案也幾易其稿,最終通過了行星的新定義。按照這個定義,要滿足三個條件才能被稱作行星:首先是必須圍繞著恒星做運動;其次是質量要大,自身的吸引力要和自轉速度平衡,本身近於球狀;最後,其運行時不受軌道外圍的物體影響。一般來說,行星的質量必須在50億億噸以上。按照這樣的劃分標準,太陽係中的行星就隻有金星、木星、水星、火星、土星、天王星、海王星,以及我們所處的地球,總共八顆,而冥王星由於質量不足,被開除出行星之列,劃入了“矮行星”。和冥王星一樣被開除的行星還有穀神星和齊娜,冥王星、穀神星和齊娜之類的星體,天文學家稱為“矮行星”。

要成為一顆矮行星,需滿足五個條件:第一,要是個天體;第二,要圍繞著太陽運轉;第三,本身要接近於球狀;第四,不能夠像行星那樣清除軌道周圍的物質;第五,不是衛星。按照這五個條件,目前太陽係中符合的隻有穀神星、齊娜、冥王星、鳥神星和妊神星。

在太陽係中圍繞太陽運轉,但是不符合行星和矮行星條件的天體,被稱作太陽係小天體,其中包括星雲、彗星和其他小天體。

目前為止,還沒有探測器探訪過冥王星,因為冥王星距離地球太遠,甚至使用哈勃望遠鏡也隻能看到冥王星的大致容貌。通過哈勃望遠鏡觀測,人們可以看到冥王星的兩極也有冰冠,這裏有12個黑白反差很大的區域,按照科學家的推斷,其中白的部分是甲烷形成的冰區,暗的地方則是氮氣形成的冰區。同時還觀測到海王星也有大氣層,不過很薄,其成分主要是甲烷、氮。天文學家還根據冥王星的表麵現狀推算,冥王星的溫度是非常低的,達到-200益,在-40益的地方,嗬出的氣體很快就會凝結成霜,在-200益的地方,恐怕真的會出現“潑水成冰”的現象。由此可知,冥王星是個嚴寒徹骨的星體。

冥王星目前已知有5顆衛星,冥衛一是在1978年偶然被發現的,當時它在向著太陽係內運行時,在軌道的邊緣被發現。冥衛一和冥王星的關係很特別,之所以說特別,是因為它們的自轉是同步的,保持著同一麵相對。對於冥衛一的起源,有人認為是像月球那樣由撞擊形成的。冥衛一出現以後,其他衛星也相繼被發現,最晚被發現的是冥衛五,這顆衛星是在2012年被發現的,在2013年的國際天文學聯合大會上被命名為冥河。

由於冥王星質量小、位置遠,所以冥王星雖然被發現了很多年,但人們對它的了解仍然是有限的。20世紀七八十年代,人們掀起了前所未有的探測熱潮,當時冥王星還被認為是行星,但是沒有探測器去探訪過冥王星,而其他八大行星都被星際探測器探測過,因而可以說冥王星是秘密最多的“行星”。

美國在2005年已經發射了“新地平線”號探測器,估計在2015年7月可以到達冥王星,相信到那時會給我們帶來更多關於冥王星的信息。