正文 第3章 銀河係中的一支:太陽係(1 / 3)

1.銀河係中的獨一無二:太陽係

太陽係

最不可能的事就是我們的太陽係是獨特的,但它確實是相當不平常。所以讓我們再仔細地考察一下。除了行星和小行星大小的天體,還有被稱作“髒雪球”的彗星。彗星真正實在的部分是它的核,由混有碎礫的冰雪構成。當彗星靠近太陽時,冰蒸發形成彗頭,通常還帶有一條長尾巴或幾條尾巴。也會有塵埃粒子-實際上是彗星碎片-闖入地球上層大氣時在海拔65千米高處燃燒形成流星。

大些的天體可能會完整掉落地麵形成撞擊坑,這就是隕星。應該注意隕星並不簡簡單單地等同於大的流星。這兩類天體相當不同。隕星是從小行星帶被逐出的天體,與彗星沒有直接聯係。

行星圍繞太陽運動的軌道與一個圓形差不多,而大多數彗星則在一個非常偏心的軌道上運動。行星公轉周期的範圍從水星的68天到海王星的接近165年。正如我們看到的,行星是在環繞年輕太陽的扁平物質圓盤中形成的,所以它們的軌道傾角都很接近。這也適用於柯伊伯帶天體和彗星的情況。

最著名的彗星當然就是哈雷彗星,它將於2061年再次回歸。現在它過於暗淡無法看到,但無疑在下一次過近日點(距離太陽最近的位置)之前很早就會被找到。偶爾能夠看到的超明亮的彗星周期要長得多,有些顯然能夠亮到產生影子的程度,盡管我們這代人還沒有看到。最後,太陽係中還包含大量的行星際塵埃。

在4個內行星中,地球和金星的個頭相似。盡管在大小和質量上像孿生子,但它們是完全不同的。金星有一個主要由二氧化碳構成的非常濃密的大氣層,在雲朵中飽含硫酸,它的表麵溫度有500℃。地球類型的生命看來完全不可能存在。最裏麵的行星-水星則過小,無法保持住可以觀測到的大氣。在地球軌道之外是火星,已經有很多宇宙飛船被發送到那裏,而且已經有計劃發射載人飛船,盡管這還是相當遙遠的未來的事情。

很明顯,那些巨行星和較小的內行星完全不同。它們在離太陽較遠的距離上形成,故而得以保留較輕的氣體-最明顯的是氫。木星和土星確定具有一個高溫的矽酸鹽的核,並被一層液氫所包圍,在其上是我們看到的大氣。天王星和海王星則不同。它們更適於用冰巨行星而非氣態巨行星來描述。木星質量比其他行星的質量總和還大,所以有一種說法叫做太陽係隻不過是由太陽、木星和各式各樣的混雜的碎片組成。

在行星的衛星中,我們的月亮比較獨特。因為它是唯一由較小的行星所擁有的大衛星。其餘的,木星有4顆大的衛星和很多較小的衛星。土星有一顆大的隨從-土衛六提坦,和許多中等和小型的衛星。天王星有5顆普通大小的衛星,海王星有海衛一(Triton)和一群小衛星。所有衛星中,隻它有提坦有較稠密的大氣。火星有兩個小月亮,火衛一(Phobos)和火衛二(Deimos),是它很久以前捕獲的遊離的小行星。大行星中隻有水星和金星是宇宙中的獨行俠。

2.我們說的“啟明星”-金星

金星

天亮前後,東方地平線上有時會看到一顆特別明亮的“晨星”,人們叫它“啟明星”;而在黃昏時分,西方餘輝中有時會出現一顆非常明亮的“昏星”,人們叫它“長庚星”。這兩顆星其實是一顆,即金星。金星是太陽係的八大行星之一,按離太陽由近及遠的次序是第二顆。它是離地球最近的行星。

金星,在中國民間稱它為“太白”或“太白金星”。古代神話中,“太白金星”是一位天神。古希臘人稱金星為“阿佛洛狄忒”,是代表愛與美的女神。而羅馬人把這位女神稱為“維納斯”,於是金星也被稱為維納斯了。

除太陽和月亮之外,金星是全天最亮的星,亮度最大時為-4.4等,比著名的天狼星(除太陽外全天最亮的恒星)還要亮14倍。金星沒有衛星,因此金星上的夜空沒有“月亮”,最亮的“星星”是地球。由於離太陽比較近,所以在金星上看太陽,太陽的大小比地球上看到的大1.5倍。

有人稱金星是地球的孿生姐妹,確實,從結構上看,金星和地球有不少相似之處。金星的半徑約為6073公裏,隻比地球半徑小300公裏,體積是地球的0.88倍,質量為地球的4/5;平均密度略小於地球。但兩者的環境卻有天壤之別:金星的表麵溫度很高,不存在液態水,加上極高的大氣壓力和嚴重缺氧等殘酷的自然條件,金星不可能有任何生命存在。因此,金星和地球隻是一對“貌合神離”的姐妹。

金星大氣中,二氧化碳最多,占97%以上。同時還有一層厚達20到30公裏的由濃硫酸組成的濃雲。金星表麵溫度高達465至485度,大氣壓約為地球的90倍。

金星的自轉很特別,自轉方向與其它行星相反,是自西向東。因此,在金星上看,太陽是西升東落。它自轉一周要243天,但金星上的一晝夜特別長,相當於地球上的117天,這就是說金星上的“一年”隻有“兩天”,一年中隻能看到兩次“日出”。金星繞太陽公轉的軌道是一個很接近正圓的橢圓形,其公轉速度約為每秒35公裏,公轉周期約為224.70天。金星的公轉軌道很接近於正圓,且與黃道麵接近重合。其公轉周期約為224.7日,但其自轉周期卻為243日,也就是說,金星的“一天”比“一年”還長。金星是太陽係內唯一逆向自轉的大行星。另外它和水星一樣,是太陽係中僅有的兩個沒有天然衛星的大行星。

金星周圍有濃密的大氣和雲層。這些雲層為金星表麵罩上了一層神秘的麵紗。隻有借助於射電望遠鏡才能穿過這層大氣,看到金星表麵的本來麵目。

金星的表麵比較年輕,大約是300至500萬年前才形成的。金星的地勢比較平坦。金星上70%是起伏不大的平原,20%是低窪地,還有10%左右的高地。最高的山峰達10,590米,比珠穆朗瑪峰還高。一條從南向北穿過赤道的長達1200千米的大峽穀,是九大行星中最大的峽穀。

金星上沒有小的環形山,由於金星表麵有稠密的大氣,小隕星在進入金星的大氣層時就被燒光了。金星上的環形山通常都是成群的,大概是由於較大的小行星在到達金星表麵前,在大氣中碎裂所至。

火山及火山活動金星表麵為數很多。至少85%的金星表麵覆蓋著火山岩。除了幾百個大型火山外,在金星表麵還零星分布著100,000多座小型火山。從火山中噴出的熔岩流產生了了長長的溝渠,範圍大至幾百公裏,其中最長的一條超過7000公裏。

金星表麵的溫度最高達447℃,是因為金星上強烈的溫室效應,溫室效應是指透射陽光的密閉空間由於與外界缺乏熱交換而形成的保溫效應。金星上的溫室效應強得令人瞠目結舌,原因在於金星的大氣密度是地球大氣的100倍,且大氣97%以上是“保溫氣體”二氧化碳;同時,金星大氣中還有一層厚達2030千米的由濃硫酸組成的濃雲。二氧化碳和濃雲隻許太陽光通過,卻不讓熱量透過雲層散發到宇宙空間。被封閉起來的太陽輻射使金星表麵變得越來越熱。溫室效應使金星表麵溫度高達465至485℃,且基本上沒有地區、季節、晝夜的差別。它還造成金星上的氣壓很高,約為地球的90倍。濃厚的金星雲層使金星上的白晝朦朧不清,這裏沒有我們熟悉的藍天、白雲,天空是橙黃色的。雲層頂端有強風,大約每小時350千米,但表麵風速卻很慢,每小時幾千米不到。十分有趣的是,金星上空會像地球上空一樣,出現閃電和雷暴。

【金星的傳說】

樂下凡塵的太白金星

金星在我國古代稱為太白,早上出現在東方時又叫啟明、曉星、明星,傍晚出現在西方時也叫長庚、黃昏星。由於它非常明亮,最能引起富於想象力的中國古人的幻想,因此我國有關它的傳說也就特別多。

在我國本土宗教-道教中,太白金星可謂是核心成員之一,論地位僅在三清(太上老君,元始天尊,通天教主)之下。最初道教的太白金星神是位穿著黃色裙子,戴著雞冠,演奏琵琶的女神,明朝以後形象變化為一位童顏鶴發的老神仙,經常奉玉皇大帝之命監察人間善惡,被稱為西方巡使。在我國古典小說中,多次出現太白金星的傳奇故事,可見他的人氣之旺。在膾炙人口的《西遊記》中,太白金星就是個多次和孫悟空打交道的好老頭。

在與金星相關的眾多傳說中,最具有傳奇色彩的應該算是關於唐代大詩人李白的故事了。傳說李白的出生不同尋常,乃是他的母親夢見太白金星落入懷中而生,因此取名李白,字太白。長大後的李白也確有幾分“仙氣”,他漫遊天下,學道學劍,好酒任俠,笑傲王侯。他的詩,想象力“欲上青天攬明月”,氣勢如“黃河之水天上來”,無人能及。李白在當朝就享有“謫仙”的美名,後來更被人們尊為“詩中之仙”。

顛倒眾生的維納斯

在希臘與羅馬神話中,金星是愛與美的化身-維納斯女神。維納斯(Venus)是羅馬人對她的美稱,意思是“絕美的畫”,在希臘神話中她叫阿弗羅狄忒(Aphrodite),意思是為“上升的泡沫”,因為傳說她是在海麵上起的泡沫之中誕生的。維納斯擁有羅馬神話中最完美的身段和容貌,一直被認為是女性體格美的最高象征。她的美貌,使得眾女神羨慕不已,也讓無數天神為之著迷,甚至連她的父親宙斯也曾追求過她。但宙斯的求愛遭到拒絕後,十分氣惱,便把她嫁給了瘸腿的匠神伏爾甘(希臘神話稱為赫菲斯塔司)。不過維納斯後來卻愛上了戰神馬爾斯,並為他生下了幾個兒女,其中包括小愛神丘比特。

維納斯的一生都在追求愛情,然而愛情的熱力卻總是短暫的,她對於愛情並不專一。在她無數的羅曼史中,最為淒美感人的當數她和阿多尼斯(Adonis)之間的故事了。阿多尼斯是一個俊美勇敢的年輕獵人,某日,維納斯邂逅了正在打獵的阿多尼斯,並很快墜入愛河。她擔心狩獵太危險,便勸阿多尼斯不要捕獵凶猛的大型野獸,然而阿多尼斯卻對此不以為然,維納斯一賭氣就離他而去,飛向神邸。不久,不幸的事發生了,阿多尼斯打獵時被一隻凶性大發的野豬撞死。維納斯在半空中聽到愛人的呻吟,趕緊飛回地麵,卻隻見到他渾身浴血的屍體。維納斯傷痛欲絕,她把神酒灑到阿多尼斯的身體上,血和酒相互交融,冒出陣陣氣泡,然後像雨點一樣落在地麵上。不久地上長出一種顏色如血的鮮花,淒美迷人,但是它的生命卻十分短暫,據說風把它吹開後,立即又把它的花瓣吹落。這就是秋牡丹,也叫“風之花”,成為這段動人愛情故事的美麗花祭。

福星?禍星?

金星雖然觀測耀目,但並非總是代表著吉祥。它時而在東方高懸,時而在西方閃耀,讓人捉摸不透,恐懼也就因此而生。對瑪雅人和阿茲特克人來說,它既隱喻死亡,又象征複活。它是阿茲特克人的神魁紮爾科亞特爾,能使滅絕的人借著從死人王國中偷來的骨架複活,並用這位神靈賜予的血再生。古代腓尼基人。猶太人都認為它是惡魔的化身,是一顆惡星,古代墨西哥人也害怕金星,在黎明時總要關閉門窗,擋住它的光芒。他們認為,金星的光芒會帶來疾病。

當然這些傳說都是因為古人不了解天體運動規律而臆想出來的唯心主義觀念,其實金星就是金星,無關人間禍福。總之,福星也好,禍星也罷,金星永遠是夜空中最亮的明星。

【金星上的火山分布】

金星火山

金星上可謂火山密布,是太陽係中擁有火山數量最多的行星。業已發現的大型火山和火山特征有1600多處。此外,還有無數的小火山,沒有人計算過它們的數量,估計總數超過10萬,甚至100萬。

金星火山造型各異。除了較普遍的盾狀火山,這裏還有很多複雜的火山特征,和特殊的火山構造。目前為止,科學家在此尚未發現活火山,但是由於研究數據有限,因此,盡管大部分金星火山早已熄滅,仍不排除小部分依然活躍的可能性。

金星與地球有許多共同處。它們大小、體積接近。金星也是太陽係中離地球最近的行星,也被雲層和厚厚的大氣層所包圍。同地球一樣,金星的地表年齡也非常年輕,約5億年左右。

不過這些基本的類似中,也存在很多不同點。金星的大氣成分多為二氧化碳,因此它的地表具有強烈的溫室效應,其表麵的溫度可高達?壓的90倍。這差不多相當於地球海麵下一公裏處的水壓。

金星地表沒有水,空氣中也沒有水份存在,其雲層的主要成分是硫磺酸,而且較地球雲層的高度高得多。由於大氣高壓,金星上的風速也相應緩慢。這就是說,金星地表既不會受到風的影響也沒有雨水的衝刷。因此,金星的火山特征能夠清晰地保持很長一段時間。

金星沒有板塊構造,沒有線性的火山鏈,沒有明顯的板塊消亡地帶。盡管金星上峽穀縱橫,但沒有那一條看起來類似地球的海溝。

跡象表明,金星火山的噴發形式也較為單一。凝固的熔岩層顯示,大部分金星火山噴發時,隻是流出的熔岩流。沒有劇烈爆發、噴射火山灰的跡象,甚至熔岩也不似地球熔岩那般泥濘粘質。這種現象不難理解。由於大氣高壓,爆炸性的火山噴發,熔岩中需要有巨大量的氣體成分。在地球上,促使熔岩劇烈噴發的主要氣體是水氣,而金星上缺乏水分子。另外,地球上絕大部分粘質熔岩流和火山灰噴發都發生在板塊消亡地帶。因此,缺乏板塊消亡帶,也大大減少了金星火山猛烈爆發的幾率。

金星上的大型盾狀火山:

金星有150多處大型盾狀火山。這些盾狀直徑多在100公裏至600公裏之間,高度約有0.3-5公裏。其中最大的一座,直徑700公裏,高度5.5公裏。比起地球上的盾狀火山,金星火山顯得更加平坦。事實上,最大的金星盾狀火山,其基底直徑已經接近火星上的Olympus火山,但是由於高度不足,體積比起Olympus要小得多。

火星盾狀火山與地球上的盾狀火山有相似之處。它們大都被長長的呈放射狀的熔岩流所覆蓋,坡度平緩。大部分火山中心有噴射孔。因此,科學家猜測這些盾狀是由玄武岩構成的,類似夏威夷的火山。

金星上的盾狀火山分布零散,並不象地球上的火山鏈。這說明金星沒有活躍的板塊構造。

金星上的小型盾狀火山:

金星約有10萬個直徑小於20公裏的小型盾狀火山。這些火山通常成串分布,被稱為盾狀地帶。已被科學家在地圖上標出的盾狀地帶,超過550個,多數直徑在100-200公裏之間。盾狀地帶分布廣泛,主要出現在低窪平原或低地的丘陵處。科學家發現,許多盾狀地帶已經被更新的熔岩平原覆蓋,因此他們推測,盾狀地帶的年齡非常古老,可能形成於火山活動初期。

3.最大的一顆:木星

木星

木星古稱歲星,是離太陽第五顆行星,而且是最大的一顆,比所有其他的行星的合質量大2倍(地球的318倍)。木星繞太陽公轉的周期為4332.589天,約合11.86年。木星(a.k.a.Jove)希臘人稱之為宙斯(眾神之王,奧林匹斯山的統治者和羅馬國的保護人,它是Cronus(土星的兒子)。

木星是天空中第四亮的物體(次於太陽,月球和金星;有時候火星更亮一些),早在史前木星就已被人類所知曉。根據伽利略1610年對木星四顆衛星:木衛一,木衛二,木衛三和木衛四(現常被稱作伽利略衛星)的觀察,它們是不以地球為中心運轉的第一個發現,也是讚同哥白尼的日心說的有關行星運動的主要依據。

氣態行星沒有實體表麵,它們的氣態物質密度隻是由深度的變大而不斷加大(我們從它們表麵相當於1個大氣壓處開始算它們的半徑和直徑)。我們所看到的通常是大氣中雲層的頂端,壓強比1個大氣壓略高。

木星由90%的氫和10%的氦(原子數之比,75/25%的質量比)及微量的甲烷、水、氨水和“石頭”組成。這與形成整個太陽係的原始的太陽係星雲的組成十分相似。土星有一個類似的組成,但天王星與海王星的組成中,氫和氦的量就少一些了。

我們得到的有關木星內部結構的資料(及其他氣態行星)來源很不直接,並有了很長時間的停滯。(來自伽利略號的木星大氣數據隻探測到了雲層下150千米處。)

木星可能有一個石質的內核,相當於10-15個地球的質量。

內核上則是大部分的行星物質集結地,以液態氫的形式存在。這些木星上最普通的形式基礎可能隻在40億巴壓強下才存在,木星內部就是這種環境(土星也是)。液態金屬氫由離子化的質子與電子組成(類似於太陽的內部,不過溫度低多了)。在木星內部的溫度壓強下,氫氣是液態的,而非氣態,這使它成為了木星磁場的電子指揮者與根源。同樣在這一層也可能含有一些氦和微量的冰。

最外層主要由普通的氫氣與氦氣分子組成,它們在內部是液體,而在較外部則氣體化了,我們所能看到的就是這深邃的一層的較高處。水、二氧化碳、甲烷及其他一些簡單氣體分子在此處也有一點兒。

雲層的三個明顯分層中被認為存在著氨冰,銨水硫化物和冰水混合物。然而,來自伽利略號的證明的初步結果表明雲層中這些物質極其稀少(一個儀器看來已檢測了最外層,另一個同時可能已檢測了第二外層)。但這次證明的地表位置十分不同尋常--基於地球的望遠鏡觀察及更多的來自伽利略號軌道飛船的最近觀察提示這次證明所選的區域很可能是那時候木星表麵最溫暖又是雲層最少的地區。

來自伽利略號的大氣層數據同樣證明那裏的水比預計的少得多,原先預計木星大氣所包含的氧是目前太陽的兩倍(算上充足的氫來生成水),但目前實際集中的比太陽要少。另外一個驚人的消息是大氣外層的高溫和它的密度。

木星和其他氣態行星表麵有高速颶風,並被限製在狹小的緯度範圍內,在接近緯度的風吹的方向又與其相反。這些帶中輕微的化學成分與溫度變化造成了多彩的地表帶,支配著行星的外貌。光亮的表麵帶被稱作區(zones),暗的叫作帶(belts)。這些木星上的帶子很早就被人們知道了,但帶子邊界地帶的漩渦則由旅行者號飛船第一次發現。伽利略號飛船發回的數據表明表麵風速比預料的快得多(大於400英裏每小時),並延伸到根所能觀察到的一樣深的地方,大約向內延伸有數千千米。木星的大氣層也被發現相當紊亂,這表明由於它內部的熱量使得颶風在大部分急速運動,不像地球隻從太陽處獲取熱量。

木星表麵雲層的多彩可能是由大氣中化學成分的微妙差異及其作用造成的,可能其中混入了硫的混合物,造就了五彩繽紛的視覺效果,但是其詳情仍無法知曉。

的變化與雲層的高度有關:最低處為藍色,跟著是棕色與白色,最高處為紅色。我們通過高處雲層的洞才能看到低處的雲層。

木星表麵的大紅斑早在300年前就被地球上的觀察所知曉(這個發現常歸功於卡西尼,或是17世紀的RobertHooke)。大紅斑是個長25,000千米,跨度12,000千米的橢圓,總以容納兩個地球。其他較小一些的斑點也已被看到了數十年了。紅外線的觀察加上對它自轉趨勢的推導顯示大紅斑是一個高壓區,那裏的雲層頂端比周圍地區特別高,也特別冷。類似的情況在土星和海王星上也有。目前還不清楚為什麼這類結構能持續那麼長的一段時間。

木星向外輻射能量,比起從太陽處收到的來說要多。木星內部很熱:內核處可能高達20,000開。該熱量的產量是由開爾文-赫爾姆霍茲原理生成的(行星的慢速重力壓縮)。(木星並不是像太陽那樣由核反應產生能量,它太小因而內部溫度不夠引起核反應的條件。)這些內部產生的熱量可能很大地引發了木星液體層的對流,並引起了我們所見到的雲頂的複雜移動過程。土星與海王星在這方麵與木星類似,奇怪的是,天王星則不。

木星與氣態行星所能達到的最大直徑一致。如果組成又有所增加,它將因重力而被壓縮,使得全球半徑隻稍微增加一點兒。一顆恒星變大隻能是因為內部的熱源(核能)關係,但木星要變成恒星的話,質量起碼要再變大80倍。

宇宙飛船發回的考察結果表明,木星有較強的磁場,表麵磁場強度達314高斯,比地球表麵磁場強得多(地球表麵磁場強度隻有0.30.8高斯)。木星磁場和地球的一樣,是偶極的,磁軸和自轉軸之間有10°8′的傾角。木星的正磁極指的不是北極,而是南極,這與地球的情況正好相反。由於木星磁場與太陽風的相互作用,形成了木星磁層。木星磁層的範圍大而且結構複雜,在距離木星140萬700萬公裏之間的巨大空間都是木星的磁層;而地球的磁層隻在距地心78公裏的範圍內。木星的四個大衛星都被木星的磁層所屏蔽,使之免遭太陽風的襲擊。地球周圍有條稱為範艾倫帶的輻射帶,木星周圍也有這樣的輻射帶。“旅行者1號”還發現木星背向太陽的一麵有3萬公裏長的北極光。1981年初,當“旅行者2號”早已離開木星磁層飛奔土星的途中,曾再次受到木星磁場的影響。由此看來,木星磁尾至少拖長到6000萬公裏,已達到土星的軌道上。

木星的光環較土星為暗(反照率為0.05)。它們由許多粒狀的岩石質材料組成。

木星有一個同土星般的光環,不過又小又微弱。(右圖)它們的發現純屬意料之外,隻是由於兩個旅行者1號的科學家一再堅持航行10億千米後,應該去看一下是否有光環存在。其他人都認為發現光環的可能性為零,但事實上它們是存在的。這兩個科學家想出的真是一條妙計啊。它們後來被地麵上的望遠鏡拍了照。

木星光環中的粒子可能並不是穩定地存在(由大氣層和磁場的作用)。這樣一來,如果光環要保持形狀,它們需被不停地補充。兩顆處在光環中公轉的小衛星:木衛十六和木衛十七,顯而易見是光環資源的最佳候選人。

伽利略號號飛行器對木星大氣的探測發現在木星光環和最外層大氣層之間另存在了一個強輻射帶,大致相當於電離層輻射帶的十倍強。驚人的是,新發現的帶中含有來自不知何方的高能量氦離子。

1994年7月,蘇梅克-利維9號彗星碰撞木星,具有驚人的現象。甚至用業餘望遠鏡都能清楚地觀察到表麵的現象。碰撞殘留的碎片在近一年後還可由哈博望遠鏡觀察到。

在夜空中,木星是空中最亮的一顆星星(僅次於金星,但金星在夜空中往往不可見)。四個伽利略的衛星用雙筒望遠鏡可很容易的觀察到;木星表麵的帶子和大紅斑可由小型天文望遠鏡觀測。邁克·哈衛的行星尋找圖表顯示了火星以及其它行星在天空中的位置。越來越多的細節,越來越好的圖表將被如燦爛星河這樣的天文程序來發現和完成。

過去有人猜測,在木星附近有一個塵埃層或環,但一直未能證實。1979年3月,“旅行者1號”考察木星時,拍攝到木星環的照片,不久,“旅行者2號”又獲得了木星環的更多情況,終於證實木星也有光環。木星光環的形狀像個薄圓盤,其厚度約為30公裏,寬度約為6500公裏,離木星12.8萬公裏。光環分為內環和外環,外環較亮,內環較暗,幾乎與木星大氣層相接。光環的光譜型為G型,光環也環繞著木星公轉,7小時轉一圈。木星光環是由許多黑色碎石塊構成的,石塊直徑在數十米到數百米之間。由於黑石塊不反射太陽光,因而長期以來一直未被我們發現。

木星有一層厚而濃密的大氣層,大氣的主要成分是氫,占80%以上,其次是氦,約占18%,其餘還有甲烷、氨、碳、氧和水汽等,總含量不足1%。由於木星有較強的內部能源,致使其赤道與兩極溫差不大,不超過3℃,因此木星上南北風很小,主要是東西風,最大風速達130150米/秒。木星大氣中充滿了稠密活躍的雲係。各種顏色的雲層像波浪一樣在激烈翻騰著。在木星大氣中還觀測到有閃電和雷暴。由於木星的快速自轉,因此能在它的大氣中觀測到與赤道平行的、明暗交替的帶紋,其中的亮帶是向上運動的區域,暗紋則是較低和較暗的雲。

木星的大紅斑位於南緯23°處,東西長4萬公裏,南北寬1.3萬公裏。探測器發現,大紅斑是一團激烈上升的氣流,呈深褐色。這個彩色的氣旋以逆時針方向轉動。在大紅斑中心部分有個小顆粒,是大紅斑的核,其大小約幾百公裏。這個核在周圍的反時針漩渦運動中維持不動。大紅斑的壽命很長,可維持幾百年或更長久。

由於木星離太陽平均距離為7.78億公裏,因此木星的表麵溫度比地球表麵溫度低得多。從木星接受太陽輻射計算,其表麵有效溫度值為-168℃,而地球觀測值為-139℃,“先驅者11號”宇宙飛船的探測值為-150℃,均比理論值高,這也說明木星有內部熱源。

“先驅者號”探測器對木星考察的結果表明,木星沒有固體表麵,11是一個流體行星。主要是氫和氦。木星的內部分為木星核和木星幔兩層,木星核位於木星中心,主要由鐵和矽構成,是固體核,溫度達3萬K。木星幔位於木星核外,以氫為主要元素組成的厚層,其厚度約為7萬公裏。木幔外就是木星大氣,再向外延伸1000公裏,就到雲頂。

木星離太陽比地球遠得多,它接受到的太陽輻射也少得多,表麵溫度理所當然要低得多。根據計算得出的結果,木星表麵溫度應該是零下168攝氏度。可是,地麵觀測得出來的溫度是零下139攝氏度,與計算值相差近30攝氏度,這無論如何不可能是由誤差造成的。讓探測器在木星附近進行測量,準確程度理應更高些。“先驅者11號”於1974年12月飛掠木星時,測得的木星表麵溫度為零下148攝氏度,仍比理論值高出不少,說明木星有自己的內部熱源。

對木星進行紅外線測量也反映出類似情況。如果木星內部沒有熱源,它吸收到的熱量和支出的應該達到平衡,地球和水星等類的行星的情況正是這樣。木星卻不然,它是支大於入,約大1.52.0倍,這超支的能量從哪裏來呢?很明顯,隻能由它自己內部的熱源予以補貼。

木星是一顆以氫為主要成分的天體,這與我們的地球有很大的差異,而與太陽相似。木星與太陽這兩個天體的大氣,都包含約90%的氫和約10%的氦,以及很少量的其他氣體。關於木星的內部結構,現在建立的模型認為它的表麵並非固體狀,整個行星處於流體狀態。木星的中心部分大概是個固體核,主要由鐵和矽組成,那裏的溫度至少可以有30000度。核的外麵是兩層氫,先是一層處於液態金屬氫狀態的氫,接著是一層處於液態分子氫狀態的氫;這兩層合稱為木星幔。再往上,氫以氣體狀態成為大氣的主要成分。

具有如此結構的天體,其中心能否發生熱核反應而產生出所需的能量來呢?許多人認為是可疑的,甚至不可能的。況且木星的質量並沒有達到太陽質量的0.07。

比起太陽來,木星確實有點“小巫見大巫”。稱“霸”其他行星的木星,體積隻有太陽的千分之一,質量隻及太陽的1/1047,即約0.001個太陽質量,而中心溫度也隻有太陽的五百分之一。有人認為,這並不妨礙木星內部存在熱源,因為它是在木星形成過程中產生並積累起來的。

前蘇聯學者蘇切科夫等的意見是頗為新穎的,他認為木星內部正進行著熱核反應,核心的溫度高得驚人,至少有28萬度,而且還將變得越來越熱,釋放更多的能量。釋放的速度也將進一步加快。換句話說,木星在逐漸變熱,最終會變成一顆名副其實的恒星。

我國學者劉金沂對行星亮度的研究,從一個側麵提供了證據。他發現在過去很長的一段曆史時期裏,水星、金星、火星和土星的亮度都有減小的趨勢,唯獨木星的亮度在增大。如果前述四行星的亮度減小與所謂的太陽正在收縮、亮度在減弱有關,那麼,木星亮度增大的原因一定是在木星本身。劉金沂得出的結論是:在最近2000年中,木星的亮度每千年增大約0.003等。這無異對蘇切科夫等的觀點作了注釋。

此外,太陽不僅每時每刻向外輻射出巨大的能量,同時也以太陽風等形式持續不斷地向外拋射各種物質微粒。它們在行星際空間前進時,木星自然會俘獲其中相當一部分。這樣的話,一方麵木星的質量日積月累不斷增加,逐漸接近和達到成為一個恒星所必需的最低條件;另一方麵,在截獲來自太陽的各種粒子時,木星當然也就獲得了它們所攜帶的能量。換言之,太陽以自己的日漸衰弱來促使木星日漸壯大,最後達到兩者幾乎並駕齊驅的程度,使木星成為恒星。

這樣的過程據說大致需要30億年的時間。那時,現在的太陽係將成為以太陽和木星為兩主體的雙星係統;也有可能木星在其“成長”的過程中,把一些小天體俘獲過來,建立以自己為中心天體的另一個“太陽係”,與仍以現在太陽為中心天體的太陽係,平起平坐。不管是哪種形式的變化,目前太陽係的全部天體,包括大小行星乃至彗星等,都將有較大幅度的變動。

這種大變遷會帶來什麼後果呢?特別是地球和地球上的人類該怎麼辦呢?一種觀點認為,事物發生變化那是必然的,至於是否像前麵提到的那樣,木星變成恒星那樣的天體,這隻是一家之見,何況還有30億年的漫長歲月呢!

像木星內部結構之類的問題,本來就是一個假說不少、爭論頗多的領域,蘇切科夫等人的觀點隻不過使得爭論更加熱烈而已。在目前的觀測水平和理論水平不完善的情況下,像“木星是否正在向恒星方向演變”之類的重大自然科學之謎,不僅現在無法解答,即使是在可以預見到的將來,恐怕也未必能理出個頭緒。它無疑將會在很長的一段曆史時期裏,一直成為科學家們孜孜不倦地探討的課題。

4.水星的基本知識

水星

在古羅馬神話中水星是商業、旅行和偷竊之神,即古希臘神話中的赫耳墨斯,為眾神傳信的神,或許由於水星在空中移動得快,才使它得到這個名字。

早在公元前3000年的蘇美爾時代,人們便發現了水星,古希臘人賦於它兩個名字:當它初現於清晨時稱為阿波羅,當它閃爍於夜空時稱為赫耳墨斯。不過,古希臘天文學家們知道這兩個名字實際上指的是同一顆星星,赫拉克賴脫(公元前5世紀之希臘哲學家)甚至認為水星與金星並非環繞地球,而是環繞著太陽在運行。

僅有水手10號探測器於1973年和1974年三次造訪水星。它僅僅勘測了水星表麵的45%(並且很不幸運,由於水星太靠近太陽,以致於哈博望遠鏡無法對它進行安全的攝像)。

水星的軌道偏離正圓程度很大,近日點距太陽僅四千六百萬千米,遠日點卻有7千萬千米,在軌道的近日點它以十分緩慢的速度按歲差圍繞太陽向前運行(歲差:地軸進動引起春分點向西緩慢運行,速度每年0.2",約25800年運行一周,使回歸年比恒星年短的現象。分日歲差和行星歲差兩種,後者是由行星引力產生的黃道麵變動引起的。)在十九世紀,天文學家們對水星的軌道半徑進行了非常仔細的觀察,但無法運用牛頓力學對此作出適當的解釋。存在於實際觀察到的值與預告值之間的細微差異是一個次要(每千年相差七分之一度)但困擾了天文學家們數十年的問題。有人認為在靠近水星的軌道上存在著另一顆行星(有時被稱作Vulcan,“祝融星”),由此來解釋這種差異,結果最終的答案頗有戲劇性:愛因斯坦的廣義相對論。在人們接受認可此理論的早期,水星運行的正確預告是一個十分重要的因素。(水星因太陽的引力場而繞其公轉,而太陽引力場極其巨大,據廣義相對論觀點,質量產生引力場,引力場又可看成質量,所以巨引力場可看作質量,產生小引力場,使其公轉軌道偏離。類似於電磁波的發散,變化的磁場產生電場,變化的電場產生磁場,傳向遠方。--譯注)

在1962年前,人們一直認為水星自轉一周與公轉一周的時間是相同的,從而使麵對太陽的那一麵恒定不變。這與月球總是以相同的半麵朝向地球很相似。但在1965年,通過多普勒雷達的觀察發現這種理論是錯誤的。現在我們已得知水星在公轉二周的同時自轉三周,水星是太陽係中目前唯一已知的公轉周期與自轉周期共動比率不是1:1的天體。

由於上述情況及水星軌道極度偏離正圓,將使得水星上的觀察者看到非常奇特的景像,處於某些經度的觀察者會看到當太陽升起後,隨著它朝向天頂緩慢移動,將逐漸明顯地增大尺寸。太陽將在天頂停頓下來,經過短暫的倒退過程,再次停頓,然後繼續它通往地平線的旅程,同時明顯地縮小。在此期間,星星們將以三倍快的速度劃過蒼空。在水星表麵另一些地點的觀察者將看到不同的但一樣是異乎尋常的天體運動。

水星上的溫差是整個太陽係中最大的,溫度變化的範圍為90開到700開。相比之下,金星的溫度略高些,但更為穩定。

水星在許多方麵與月球相似,它的表麵有許多隕石坑而且十分古老;它也沒有板塊運動。另一方麵,水星的密度比月球大得多,(水星5.43克/立方厘米月球3.34克/立方厘米)。水星是太陽係中僅次於地球,密度第二大的天體。事實上地球的密度高部分源於萬有引力的壓縮;或非如此,水星的密度將大於地球,這表明水星的鐵質核心比地球的相對要大些,很有可能構成了行星的大部分。因此,相對而言,水星僅有一圈薄薄的矽酸鹽地幔和地殼。

巨大的鐵質核心半徑為1800到1900千米,是水星內部的支配者。而矽酸鹽外殼僅有500到600千米厚,至少有一部分核心大概成熔融狀。

事實上水星的大氣很稀薄,由太陽風帶來的被破壞的原子構成。水星溫度如此之高,使得這些原子迅速地散逸至太空中,這樣與地球和金星穩定的大氣相比,水星的大氣頻繁地被補充更換。

水星的表麵表現出巨大的急斜麵,有些達到幾百千米長,三千米高。有些橫處於環形山的外環處,而另一些急斜麵的麵貌表明他們是受壓縮而形成的。據估計,水星表麵收縮了大約0.1%(或在星球半徑上遞減了大約1千米)。