土星的表麵溫度為-140℃,支頂溫度為-180℃,比木星低50℃。土星有一個直徑為2萬公裏的岩石核心,核心外麵就是土星大氣。
7.與恒星相似的天王星
天王星
在睛朗的夜晚要想觀看天王星,並不是很難。它的星等是5.7等。它的公轉周期相當長,每84年繞太陽一周,平均每天隻移動46",不容易與恒星區分,曆史上曾多次被誤認為是恒星而被載入星圖。
天王星
天王星在太陽係中的位置排行第七,距太陽約29億千米。它的體積很大,是地球的65倍,僅次於木星和土星,在太陽係位居第三;它的直徑為5萬多千米,是地球的4倍,質量約為地球的14.5倍。
在古老的希臘神話中,天王星被看作是第一位統治整個宇宙的天神烏拉諾斯(Uranus)。他與地母該亞結合,生下了後來的天神。是他費盡心機將混沌的宇宙規劃得和諧有序。他地位顯赫,譯成中文便是天王星。
偶然發現的行星
英國天文學家威廉·赫歇耳(FrederickWilliamHerschel),1781年3月13日夜晚在院子裏與他的妹妹卡洛琳·赫歇耳(CarolineLucretiaherschel)用自製的反射式望遠鏡觀察星空時,偶然間在雙子座發現了一顆與眾不同的淡綠色的星星,心中不免驚顫,這是一顆什麼星呢?他讓妹妹卡洛琳將觀察內容記錄了下來,連續幾天的跟蹤觀測使他認定,所發現的一定是太陽係的天體,可能是彗星。於是他把一篇題為《一顆彗星的報告》的論文遞交給英國皇家學會。
兩年以後,法國科學家拉普拉斯(PierreSimonLaplace)證認並公布了威廉·赫歇耳發現了太陽係的新行星。天文學家們計算出這顆星的軌道,位置是在土星的外側,從此,太陽係內的七顆行星天王星就這樣被發現了。新行星的發現轟動了整個歐洲,英國皇家學會授予威廉·赫歇耳以柯普萊勳章。至此,他的生活發生了重大的改變,由業餘愛好天文的樂師變成了專業天文學家。他的一生為天文學的發展做出了傑出的貢獻,其功績名垂史冊。
基本數據
質量:8.6861025千克
赤道半徑:25559千米
平均密度:1.29克/厘米3
表麵平均溫度:59K
表麵重力加速度(赤道):7.77厘米/秒2
自轉周期:17.9小時
赤道麵和軌道麵交角:97.86°
軌道半長徑:19.1914天文單位
公轉周期:84.01年
軌道偏心率:0.0461
軌道傾角:0.774°
美麗的光環
土星有美麗而奇特的光環早已是眾所周知的事了,光環似乎成了土星的“專利”。直到本世紀70年代才打破了這種壟斷現象。
1977年3月10日,天王星從天秤座中一顆編號為SAO158687號的暗恒星前麵經過,出現了罕見的掩星天象。中國、美國、澳大利亞、印度和南非的天文台都抓住這次難得的機會進行了觀測。發現掩星前和掩星後各出現5次亮度變化。經過天文學家們的分析,確認天王星也有光環,是9條細環,寬度約10萬千米。
1986年1月24日,“旅行者2號”探測器以每小時72000千米的速度飛掠天王星時,又發現了天王星的11個環,糾正了9個環的認識。天王星共有20個環,不同的環有不同的顏色,給這顆遙遠的行星增添了新的光彩。
天王星是由威廉·赫歇耳通過望遠鏡係統地搜尋,在1781年3月13日發現的,它是現代發現的第一顆行星。事實上,它曾經被觀測到許多次,隻不過當時被誤認為是另一顆恒星(早在1690年JohnFlamsteed便已觀測到它的存在,但當時卻把它編為34Tauri)。赫歇耳把它命名為“theGeorgiumSidus(天竺葵)”(喬治亞行星)來紀念他的資助者,那個對美國人而言臭名昭著的英國國王:喬治三世;其他人卻稱天王星為“赫歇耳”。由於其他行星的名字都取自希臘神話,因此為保持一致,由波德首先提出把它稱為“烏拉諾斯(Uranus)”(天王星),但直到1850年才開始廣泛使用。
隻有一艘行星際探測器曾到過天王星,那是在1986年1月24日由旅行者2號完成的。
大多數的行星總是圍繞著幾乎與黃道麵垂直的軸線自轉,可天王星的軸線卻幾乎平行於黃道麵。在旅行者2號探測的那段時間裏,天王星的南極幾乎是接受太陽直射的。這一奇特的事實表明天王星兩極地區所得到來自太陽的能量比其赤道地區所得到的要高。然而天王星的赤道地區仍比兩極地區熱。這其中的原因還不為人知。
而且它不是以大於90度的轉軸角進行正向轉動,就是以傾角小於90度進行逆向轉動。問題是你要在某個地方畫一條分界線,因為比如對金星是否是真的逆向轉動(不是傾角接近180度的正向轉動)就有一些爭議。
天王星基本上是由岩石和各種各樣的冰組成的,它僅含有15%的氫和一些氦(與大都由氫組成的木星和土星相比是較少的)。天王星和海王星在許多方麵與木星和土星在去掉巨大液態金屬氫外殼後的內核很相象。雖然天王星的內核不像木星和土星那樣是由岩石組成的,但它們的物質分布卻幾乎是相同的。
天王星的大氣層含有大約83%的氫,15%的氦和2%的甲烷。
天王星是一顆遠日行星,按照距離太陽由近及遠的次序是第七顆。在西方,天王星被稱為“烏剌諾斯”,他是第一位統治整個宇宙的天神。他與地母該亞結合,生下了後來的天神,是他費盡心機將混沌的宇宙規劃得和諧有序。在中文中,人們就將這個星名譯做“天王星”。
天王星是一個藍綠色的圓球,它的表麵具有發白的藍綠色光彩和與赤道不平行的條紋,這大概是由於自轉速度很快而導致的大氣流動。天王星的赤道半徑約為25900公裏,體積是地球的65倍。質量約為地球的14.63倍。天王星的密度較小,平均密度每立方厘米1.24克。天王星大氣的主要成分是氫、氦和甲烷。
天王星的公轉軌道是一個橢圓,軌道半徑長為29億公裏,它以平均每秒6.81公裏的速度繞太陽公轉,公轉一周要84年,自轉周期則短得多,僅為15.5小時。在太陽係中,所有的行星基本上都遵循自轉軸與公轉軌道麵接近垂直的運動,隻有天王星例外,它的自轉軸幾乎與公轉軌道麵平行,赤道麵與公轉軌道麵的交角達97度55分,也就是說它差不多是“躺”著繞太陽運動的。於是有些人把天王星稱做“一個顛倒的行星世界”。
天王星上的晝夜交替和四季變化也十分奇特和複雜,太陽輪流照射著北極、赤道、南極、赤道。因此,天王星上大部分地區的每一晝和每一夜,都要持續42年才能變換一次。太陽照到哪一極,哪一極就是夏季,太陽總不下落,沒有黑夜;而背對著太陽的那一極,正處在漫長黑夜所籠罩的寒冷冬季之中。隻有在天王星赤道附近的南北緯8度之間,才有因為自轉周期而引起的晝夜變化。
天王星和土星一樣,也有美麗的光環,而且也是一個複雜的環係。它的光環由20條細環組成,每條環顏色各異,色彩斑斕,美麗異常。二十世紀70年代的這一發現,打破了土星是太陽係唯一具有光環的行星這一傳統認識。天王星有15顆衛星,幾乎都在接近天王星的赤道麵上,繞天王星轉動。
顛倒的行星世界
天王星是在土星外麵繞太陽公轉的,84.01個地球年公轉1周。天王星自轉方式非常奇特,就像一個耍賴的小孩,躺在地上打滾似的。天王星橫躺在軌道上一邊打著滾,一邊繞太陽轉圈。天王星如此運動的結果是天王星上的春秋兩季,有著快速的晝和夜的交替,約每隔16.8小時太陽就升起一次。而冬夏兩季和春秋兩季則截然不同,當天王星的南半球對著太陽時,南半球處於夏季,這時期的太陽總是在南半球上空轉圈子,永不下落。整個夏季南半球始終是白晝。這時背向太陽的北半球則處於冬季,整個冬季要度過長達21個地球年的漫長黑夜,難怪有人把天王星稱作為“一個顛倒的行星世界”。
1986年旅行者2號探測器造訪了這顆行星,發現了10顆新衛星,使它的衛星數目增加了2倍,共計15顆,新發現的衛星都很靠近天王星,但都比較小,直徑多在20100千米之間。最大的一顆直徑為160千米,此衛星被稱為1985UI。隻有這顆衛星是旅行者2號在飛往天王星的旅途中發現的。
天王星的麵目才稍稍揭開,還會不斷有新的疑謎產生。要想更深地了解謎一樣的天王星,還要靠天文學家們的長期不懈的努力。
海王星也具有輻射帶,還有類似於在地球南北極出現的極光。隔16小時3分至16小時5分發生一次,說明海王星也有磁場。海王星磁場與其自轉軸之間的傾角約為50°,其磁層中主要是由氫離子,氦離子和氨離子構成。
8.淡藍色的海王星
海王星
在古羅馬神話中海王星(古希臘神話:波塞冬(Poseidon))代表海神。
在天王星被發現後,人們注意到它的軌道與根據牛頓理論所推知的並不一致。因此科學家們預測存在著另一顆遙遠的行星從而影響了天王星的軌道。Galle和d'Arrest在1846年9月23日首次觀察到海王星,它出現的地點非常靠近於亞當斯和勒威耶根據所觀察到的木星、土星和天王星的位置經過計算獨立預測出的地點。一場關於誰先發現海王星和誰享有對此命名的權利的國際性爭論產生於英國與法國之間(然而,亞當斯和勒威耶個人之間並未有明顯的爭論);現在將海王星的發現共同歸功於他們兩人。後來的觀察顯示亞當斯和勒威耶計算出的軌道與海王星真實的軌道偏差相當大。如果對海王星的搜尋早幾年或晚幾年進行的話,人們將無法在他們預測的位置或其附近找到它。
僅有一艘宇宙飛船旅行者2號於1989年8月25日造訪過海王星。幾乎我們所知的全部關於海王星的信息來自這次短暫的會麵。
從旅行者2號探測器發回的照片上,科學家發現天王星大氣中氦的含量約為10%15%,其餘為氫,還有少量其他氣體。大氣中有風暴雲,南極上空有棕色霧靄,南極高層大氣受太陽照射的溫度為1800℃,而處在黑夜中的北極高層大氣溫度更高,達2400℃,這與地球上的溫度變化正好相反。天王星有扭曲的磁場,有輻射強度與地球相當的輻射帶;新發現了10顆直徑約數十千米大小的小衛星,使天王星衛星總數增至15顆;天王星至少有20條光環,而在地麵上隻能看見9條,這些光環很暗,主要由冰和石塊組成。
旅行者2號還發現,天王星的表麵被汪洋大海所覆蓋,其深度達8000千米,溫度高達幾千攝氏度。由於其海洋上麵包圍著厚達幾千千米的大氣層,所以超高溫的海水未能沸騰。在天王星的雲層中,還發現有向外噴射的氣流,大氣層中有猛烈的風暴,風速達1600千米/小時。在它的天空中有奇異的“電輝光”,這可能和氫的存在有關。在天王星的衛星中發現,天衛一是天王星中最亮的一顆衛星,上麵有一條巨大的峽穀;天衛二則是天王星中最暗的一顆衛星,上麵有兩塊白斑;天衛三上有白色的覆蓋物,可能是冰,其地貌以斷層和裂穀為特征;天衛四上有一片星羅棋布的隕石坑和一座高6400米的高峰;天衛五上有一座24千米高的山峰一個16千米深的峽穀。旅行者2號揭示了天王星的兩個迷:一是它的體積是地球的64倍,但質量僅為地球的11.6倍,這是因為天王星的構成與地球不同,後者以鐵石為主,故密度比前者大得多;二是天王星的磁場強度很弱,隻有地球磁場強度的1/10,而且它們磁場方向不是朝著星體旋轉的軸線,其磁軸偏離它的自轉軸55°,這種扭曲的無規則的磁場可能是由它巨大的海洋和岩芯緩慢攪動所引起的。科學家據探測結果認為,天王星是由數百萬個彗星相結合形成的,這些彗星本是巨大的冰塊,但在形成行星過程中受到高壓和衝擊作用產生高溫,使冰球變成了水球。
1989年8月25日,旅行者2號探測器飛越海王星,這是人類首次用空間探測器探測海王星。它在距海王星4827千米的最近點與海王星相會,從而使人類第一次看清了遠在距離地球45億千米之外的海王星麵貌。它發現了海王星的6顆新衛星,使其衛星總數增至8顆;首次發現海王星有5條光環,其中3條暗淡、2條明亮。從旅行者2號拍攝的6000多幅海王星照片中發現,海王星南極周圍有兩條寬約4345千米的巨大黑色風雲帶和一塊麵積有如地球那麼大的風暴區,它們形成了像木星大紅斑那樣的大黑斑。這塊大黑斑沿中心軸向逆時針方向旋轉,每轉360°需10天。海王星也有磁場和輻射帶,大部分地區有像地球南北極那樣的極光。海王星的大氣層動蕩不定,大氣中含有由冰凍甲烷構成的白雲和大麵積氣旋,跟隨在氣旋後麵的是時速為640千米的颶風。海王星上空有一層因陽光照射大氣層中的甲烷而形成的煙霧。
旅行者2號還飛向海衛一進行了考察,發現海衛一確是太陽係中惟一一顆沿行星自轉方向逆行的大衛星,也是太陽係中最冷的天體。它比原來想像的更亮、更冷和更小,表麵溫度為-240℃,部分地區被水冰和雪覆蓋,時常下雪。上麵有3座冰火山,曾噴出過冰凍的甲烷或氮冰微粒,噴射高度有時達32千米。海衛一上可能存在液氮海洋和冰湖,到處都有斷層、高山、峽穀和冰川,這表明海衛一上可能發生過類似的地震。海衛一上有一層由氮氣組成的稀薄大氣層,它的極冠被凍結的氮形成一個耀眼的白色世界。
由於冥王星的軌道極其怪異,因此有時它會穿過海王星軌道,自1979年以來海王星成為實際上距太陽最遠的行星,在1999年冥王星才會再次成為最遙遠的行星。
海王星的組成成份與天王星的很相似:各種各樣的“冰”和含有15%的氫和少量氦的岩石。海王星相似於天王星但不同於土星和木星,它或許有明顯的內部地質分層,但在組成成份上有著或多或少的一致性。但海王星很有可能擁有一個岩石質的小型地核(質量與地球相仿)。它的大氣多半由氫氣和氦氣組成。還有少量的甲烷。
海王星的藍色是大氣中甲烷吸收了日光中的紅光造成的。
海王星是遠日行星之一,按照同太陽的平均距離由近及遠排列,為第八顆行星。它的亮度僅為7.85等,隻有在天文望遠鏡裏才能看到它。由於它那熒熒的淡藍色光,西方人用羅馬神話中的海神-“尼普頓”的名字來稱呼它。在中文裏,把它譯為海王星。
海王星的赤道半徑為24750公裏,是地球赤道半徑的3.88倍,海王星呈扁球形,它的體積是地球體積的57倍,質量是地球質量的17.22倍,平均密度為每立方厘米1.66克。海王星在太陽係中,僅比木星和土星小,是太陽係的第三大行星。
現在認為,海王星內部有一個質量和地球差不多的核,核是由岩石構成的,溫度約為2000到3000攝氏度,核外麵是質量較大的冰包層,再外麵是濃密的大氣層,大氣中主要含有氫,還有甲烷和氨等氣體。海王星是一個狂風呼嘯、亂雲飛渡的世界,在大氣中有許多湍急紊亂的氣旋在翻滾。
海王星的自轉周期為22小時左右,它的赤道麵和軌道麵的交角是28度48分,海王星繞太陽公轉的軌道很接近正圓形,軌道麵和黃道麵的夾角很小,隻有1度8分,它以平均每秒5.43公裏的速度公轉,大約要164.8年才能繞太陽一周,從1846年發現到現在,它還沒走完一個全程呢。
在海王星的四季中,冬季、夏季溫差很小,不像地球這麼顯著。由於海王星離太陽太遠(約為4.5億公裏,是地球與太陽距離的30倍),在它表麵每單位麵積受到的日光輻射隻有地球上的1/900,日光強度僅僅相當於一個不到一米遠的百瓦燈泡所發光線的強度,因此它表麵溫度很低,通常在零下200攝氏度以下。
海王星是太陽係的第八顆行星,是通過它對天王星軌道的攝動作用而於1846年9月23日被發現的,計算者為法國天文學家勒威耶,德國天文學家J.G.伽勒是按計算位置觀測到該行星的第一個人.這一發現被看成是行星運動理論精確性的一個範例。
海王星由於距離遙遠,光度暗淡,即使用大型望遠鏡也難看清其表麵細節,因而不能依靠觀測表麵標誌的移動來定出自轉周期.1928年通過觀測譜線的多普勒位移測出自轉周期為15.8+-1小時,現在采用的自轉周期(見下表)是M.貝爾通等從分析約300次紅外觀測中定出的,海王星的快速自轉使它的扁率達1/50(即赤道半徑比極半徑約長500公裏)。1968年4月7日,通過對海王星掩恒星事件的觀測,得出它的赤道直徑為50950公裏,與目前的最新數據相差很小。海王星用望遠鏡看略呈綠色,1932年證實海王星光譜紅外區的強吸收線為甲烷引起.它的大氣中含有豐富的氫和氦,大氣溫度大約為-205攝氏度,這個值高於從太陽輻射算得的期望值,說明要麼海王星大氣下層存在溫室效應,要麼它有內在的熱源.1846年,W.拉塞爾發現逆行的海衛一,據計算它正接近海王星,將來也許會碎裂成為海王星的環,1949年發現海衛二。
海王星雲層的平均溫度為零下193攝氏度至零下153攝氏度,大氣壓約為1-3帕。是太陽係九大行星之一,按同太陽的平均距離由近及遠排列為第八顆,繞太陽運轉的軌道半徑為45億千米,公轉一周要165年。海王星的亮度為7.85等,隻有在望遠鏡裏才能看到。它的直徑為49,400千米,是地球的3.88倍。它的赤道半徑比極半徑約長641公裏。海王星的體積約為地球體積的57倍,質量為地球質量的17.22倍,平均密度為1.66克/立方厘米。表麵重力加速度比地球的略大,在兩極為1,180厘米/平方秒,在赤道上約為1,100厘米/平方秒。表麵上物體的逃逸速度為23.6公裏/秒。海王星有6顆衛星,5條光環。海王星於1846年9月23日由伽勒發現。由於海王星是一顆淡藍色的行星,人們根據傳統的行星命名法,稱其為涅普頓。涅普頓是羅馬神話中統治大海的海神,掌握著1/3的宇宙,頗有神通。
海王星繞太陽運轉的軌道半長徑為45億千米,公轉一周需要165年。從1846年發現到今天,海王星還沒有走完一個全程。海王星的直徑是49400千米,和天王星類似,質量比天王星略大一些。海王星和天王星的主要大氣成分都是氫和氦,內部結構也極為相近,所以說海王星與天王星是一對孿生兄弟。
海王星距離太陽太遠了,那兒的陽光強度僅相與於一盞0.8米外的百瓦電燈,所以海王星的表麵溫度極低,大氣下的冰層估計有8000千米厚,比地球半徑還大。
天王星有美麗的光環,海王星有沒有光環呢?這是人們很感興趣的一個問題。1846年10月初,英國天文學家拉塞爾(WilliamLassel)曾報導他看見了海王星環,但到底有沒有呢?天文學家眾說不一。1984年,美國和法國天文學家在兩個天文台同時觀測7月22日的掩星後,達成了共識:海王星有一條不連續的環帶,其長度不過100千米,寬度隻有1015千米。
9.冥王星的基本知識
冥王星
羅馬神話中,冥王星(希臘人稱冥界的首領為Hades哈迪斯)是冥界的首領。這顆行星得到這個名字(而不采納其他的建議)是由於他離太陽太遠以致於一直沉默在無盡的黑暗之中,湊巧的是冥王星(pluto)開頭的兩字母是發現者PercivalLowell是縮寫。
冥王星是在1930年由於一個幸運的巧合而被發現的。一個後來被發現錯誤的計算“斷言”:基於天王星與海王星的運行研究,在海王星後還有一顆行星。美國亞利桑那州的Lowell天文台的ClydeW.Tombaugh由於不知道這個計算錯誤,對太陽係進行了一次非常仔細的觀察,然而正因為這樣,發現了冥王星。
發現了冥王星後,人們很快發現冥王星太小及與其它行星運行軌道有差異。對未知行星(PlanetX)的研究還在繼續,但沒發現任何東西。如果采用了旅行者2號飛船計算出的海王星的質量,那麼另一個質量差異就消失了,也就不會有第十顆行星了。
冥王星是唯一一顆還沒有太空飛行器訪問過的行星。甚至連哈勃太空望遠鏡也隻能觀察到它表麵上的大致容貌。
很幸運,冥王星有一顆衛星,冥衛一。也是靠著好運氣,它才能被發現。這是在1978年,它在向著太陽係內運行時,剛好運行到軌道的邊緣時被發現的。所以可能通過冥衛一觀察許多冥王星的運行,反之亦然。通過精密計算什麼物體什麼部分在什麼時候被覆蓋,以及觀察光亮曲線,天文學家能夠繪出兩個半球光亮區域與黑暗區域的大致地圖。
冥王星的半徑還不很清楚,JPL(JetPropulsionLaboratory,噴氣推進實驗室)的數值1137千米被認為有±8的誤差,幾乎近1%。
盡管冥王星和冥衛一的總質量知道得很清楚(這可以通過對冥衛一運行軌道的周期及半徑精確測量和開普勒第三定律而確定),但是冥王星和冥衛一分別的質量卻很難確定。這是因為要分別求出質量,必須測得更為精確的有關冥王星與冥衛一係統運行時的質心才能確定測量出,但是它們太小而且離我們實在太遠,甚至哈勃太空望遠鏡對此也無能為力。這兩顆星質量比可能在0.084到0.157之間。更多的觀察正在進行,但是要得到真正精密的數據,隻有送一艘太空飛行器去那裏。
冥王星是太陽係中第二個反差極大的天體(次於土衛八)。探索這些差異的起因是計劃中的冥王星特快計劃中首要目標之一。
冥王星的軌道十分地反常,有時候比海王星離太陽更近(從1979年1月開始持續到1999年2月)。
冥王星與海王星的共同運動比為3:2,即冥王星的公轉周期剛好是海王星的1.5倍。它的軌道交角也遠離於其他行星。因此盡管冥王星的軌道好像要穿越海王星的軌道,實際上並沒有。所以他們永遠也不會碰撞(這裏有十分細致的解釋)。
就像天王星那樣,冥王星的赤道麵與軌道麵幾乎成直角。
冥王星的表麵溫度知道很不很清楚,但大概在35到45K(-238到-228℃)之間。
冥王星的成份還不知道,但它的密度(大約2克/立方厘米)表示:冥王星可能像海衛一一樣是由70%岩石和30%冰水混合而成的。地表上光亮的部分可能覆蓋著一些固體氮以及少量的固體甲烷和一氧化碳,冥王星表麵的黑暗部分的組成還不知道但可能是一些基本的有機物質或是由宇宙射線引發的光化學反應。
有關冥王星的大氣層的情況知道得還很少,但可能主要由氮和少量的一氧化碳及甲烷組成。大氣極其稀薄,地麵壓強隻有少量微帕。冥王星的大氣層可能隻有在冥王星靠近近日點時才是氣體;在其餘的冥王星的年份中,大氣層的氣體凝結成固體。靠近近日點時一部分的大氣可能散逸到宇宙中去,甚至可能被吸引到冥衛一上去。冥王星特快任務的計劃人想在大氣滑凝固時到達冥王星。
冥王星和海衛一的不尋常的運行軌道以及相似的體積使人們感到在它們倆之間存在著某種曆史性的關係。有人曾認為冥王星過去是海王星的一顆衛星,但是現在認為並不是這樣。一個更為普遍的學說認為海衛一原本與冥王星一樣,自由地運行在環繞太陽的獨立軌道上,後來被海王星吸引過去了。海衛一,冥王星和冥衛一可能是一大類相似物體中還存在的成員,其他一些都被排斥進了Oort奧爾特雲(Kuiper柯伊伯帶外的物質)。冥衛一可能是像地球與月球一樣,是冥王星與另外一個天體碰撞的產物。
冥王星可以被非專業望遠鏡觀察到,但是這是不容易的。MikeHarvey的行星天象圖可以顯示最近冥王星在天空中的方位(以及其他行星),但是還得靠更為細致的天象圖以及幾個月的仔細觀察才能真正地找到冥王星。由行星程序如“燦爛星河”可以繪製準確的天象圖。
2006年8月24日,該行星經布拉格會議討論,從九大行星行列中排除,正式降格為矮行星。
關於冥王星的行星資格的爭論
冥王星剛被發現之時,它的體積被認為有地球的數倍之大。很快,冥王星也作為太陽係第九大行星被寫入教科書。但是隨著時間的推移和天文觀測儀器的不斷升級,人們越來越發現當時的估計是一個重大“失誤”,因為它的體積要遠遠小於當初的估計。此外,冥王星(pluto)的行星身份也一直以來成了天文學家們爭論的焦點,這也是因為一直以來對行星沒有一個具體清楚的定義。尤其,自1992年首次發現“柯伊伯帶”(KuiperBelt)以來,更多關於天文發現加劇了人們其行星資格的爭論。
新發現重新引發爭論
進入21世紀,天文望遠鏡技術的改進,使人們能夠進一步對海王星外天體(trans-Neptunianobjects)有更深了解。2002年,被命名為50000Quaoar(誇歐爾)的小行星被發現,這個新發現的小行星的直徑(1280公裏)要長於冥王星的直徑的一半。2004年,被命名為90377Sedna(塞德娜)的小行星的最大直徑也達到了1800公裏,而冥王星的直徑也隻不過2320公裏。
2005年7月9日,又一顆新發現的的海王星外天體被宣布正式命名為厄裏斯(Eris)。根據厄裏斯的亮度和反照率推斷,它要比冥王星略大。這是1846年發現海王星之後太陽係中所發現的最大天體。盡管當初並沒有官方的共識,它的發現者和眾多媒體起初都將之稱為“第十大行星”。也有天文學家認為厄裏斯的發現為重新考慮冥王星的行星地位提供了有力佐證。
就連冥王星的顯著特征-它的衛星和大氣,也並不是獨一無二的,海王星外天體帶中的一些小行星也有自己的衛星。而且厄裏斯的天體光譜分析也顯示它和冥王星有著相似的地表,此外厄裏斯也有一個較大的衛星戴絲諾米婭(Dysnomia)。
國際天文學聯合會(IAU)的決議-開除冥王星行星“星籍”
根據國際天文學聯合會2006年8月24日通過的決議,被稱為行星(planet)的天體要符合三個主要條件。
1.該天體須位於圍繞太陽的軌道之上
2.該天體須有足夠大的質量來克服固體應力以達到流體靜力平衡(hydrostaticequilibrium)的形狀(近於球形)
3.該天體須已經清空了其軌道附近的區域
而冥王星則不符合上述第三條行星標準。
國際天文學聯合會進一步決議通過冥王星應該歸入矮行星(dwarfplanet)之列,而且可以作為尚未命名的一類海王星外天體的原形。在此決議之前,人們也提出了不同的行星方案,其中一些甚至提到除了冥王星外也取消地球水星的行星資格,而另外一些則提議將一些小行星也納入行星之列。
2006年1月“新地平線”號發射,預計2015年到達冥王星進行觀測,九大行星中離太陽最遠、質量最小的要算冥王星了。它在遠離太陽59億千米的寒冷陰暗的太空中蹣跚前行,這情形和羅馬神話中住在陰森森的地下宮殿裏的冥王普魯托非常相似。因此,人們稱其為普魯托(Pluto),在天文學中是普魯托英文名字前兩個字母,又是對冥王星發現有推動之功的美國天文學家洛韋爾(PercivalLowell)姓名的縮寫。
冥王星是最晚發現的一顆行星,和天王星、海王星的發現相比,冥王星的發現可算得上“好事多磨”。冥王星的亮度很弱,隻有15等,即使在大望遠鏡拍攝的照片上,它和普通的恒星也沒有什麼差別,要想在幾十萬顆星星中找到它,真好比是大海撈針。
在尋找冥王星的工作中,天文愛好者出身的美國天文學家洛韋爾詳細計算了這顆未知行星的位置,用望遠鏡仔細尋找,付出了十幾年的心血。直到1916年11月16日,他突然去世。
1925年,洛韋爾的兄弟捐獻了一架口徑32.5厘米的大視場照相望遠鏡,性能非常好,為繼續搜尋新行星提供了優越的條件。
1929年,洛韋爾天文台台長邀請湯博(ClydeWilliamTombaugh)加入未知行星的搜索行列。他們一個一個天區地搜索,拍攝了大量底片,並對每張底片進行細心地檢查,工作艱苦、乏味。1930年1月21日,湯博終於在雙子星座的底片中發現了這顆新行星。
質量:0.0024地球質量
半徑:1350千米
周期:90465日
軌道半長徑:39.87天文單位
軌道偏心率:0.256
軌道傾角:17.1°
冥地距離:5900000000km
奇特的軌道
冥王星在發現之初曾被認為是一顆位於海王星軌道外的行星,但後來的事實證明並非完全如此。譬如,在1979年1月21日1999年3月14日這段時間,冥王星就比海王星更靠近太陽。這是由於冥王星軌道的偏心率、軌道麵對黃道麵的傾角都比其它行星大。冥王星在近日點附近時比海王星離太陽還近,這時海王星成了離太陽最遠的行星。每隔一段時間,冥王星和海王星會彼此接近,在黃道投影圖上兩顆行星的軌道交叉。但不必擔心它們會碰撞,因為它們的軌道平麵並不重合,即使在交叉點附近,它們之間的距離仍然是很大的。它們會像運行於立體交叉公路上的車輛一樣,各自飛馳而過。
衛星的發現
1978年7月,美國海軍天文台的克裏斯蒂在研究冥王星的照片時,偶然發現冥王星小小的圓麵略有拉長。他把1970年以來所有的冥王星照片都找出來,結果發現這一現象是有規律地出現的,於是他斷定冥王星有一顆衛星。由於冥王星離我們實在太遠了,以致在大望遠鏡裏也不能把冥王星和它的衛星分開。這好比氣象站的風速計,一根橫杆連著兩個圓球,在疾風中旋轉。從遠處看去,兩個圓球融成一體,隻能察覺出它時圓時扁的變化。冥王星的衛星被命名為查龍(Charon)。在希臘神話中查龍是普魯托的一個役卒,專在冥海上渡亡靈。查龍的公轉周期與冥王星的自轉周期一樣,都是6.39日。
冥王星直徑有多大
由於冥王星太暗太小,發現後很長時間不能確定它的大小。最早估計它的直徑是6600千米,1949年改為10000千米。1950年,柯伊伯用新建的5米望遠鏡將其修正為6000千米,1965年又用冥王星掩暗星的方法定出直徑的上限為5500千米。1977年發現冥王星表麵是冰凍的甲烷,按其反照率測算,冥王星的直徑縮小到2700米。1980年用夏威夷莫納克亞山上的3.6米紅外望遠鏡測出的冥王星直徑在26004000千米之間,查龍直徑為2000千米。近年一些天文學家觀測指出,冥王星的直徑約為2400千米,比月球(3475千米)還小,而查龍直徑為1180千米,它與冥王星直徑之比是2:1,是九大行星中行星與衛星直徑之比最大的。所以,有人說冥王星和它的衛星更像一個雙行星係統。
未知數最多的行星
冥王星發現至今隻有60多年,再加上又小又遠,是目前大行星中麵目最為模糊的一顆。20世紀70年代和80年代是太陽係航天探測的黃金時代,九大行星中已有8顆被行星際探測器近探過,隻有冥王星是航天器未涉足的死角。在各種天文書刊中給出的行星參數表上,冥王星這一欄留下的空白最多,即使被列出數據,有不少也被打上問號,表示不準確。
除了一大串未知數外,人們對冥王星的身份也有懷疑。冥王星的直徑、質量是行星中最小的,密度為每立方厘米1.82.1克,反照率為50%60%,這同外行星的幾顆大衛星很相似。冥衛星究竟是行星還是衛星?或是一顆大的小行星?然而,不管它是什麼,作為太陽係遙遠邊界上的一個天體,它的神秘感對天文學家有很大的吸引力。相信不久的將來,隨著探測技術的發展,冥王星將成為行星天文學的熱門課題。
有冥外行星嗎?
哥白尼提出日心說時,土星是太陽係的邊界,後來隨著天王星、海王星和冥王星的發現,太陽係邊界一次次外延。然而從理論上說,太陽係的範圍應比現在的九大行星的範圍大幹百倍,甚至上萬倍。太陽係中是否還存在冥外行星?對此,天文學家做了十分浩繁和艱苦的工作。湯博在發現冥王星後的14年裏,一直在用發現冥王星的方法尋找冥外行星。他用閃視比較儀仔細檢查了362對底片(這些底片所覆蓋的麵積大約為全天的70%),從每張底片中尋找可能存在的新行星。他發現了大量新天體,卻沒有冥外行星。科學家認為冥外行星如果存在,勢必會使飛近它的探測器受到攝動,其影響足可以在探測器的運行軌道中反映出來。然而旅行者號探測器在飛越過海王星和冥王星軌道之後,運行正常,沒有提供一點點證明未知天體存在的蛛絲馬跡。到底有沒有冥外行星,目前還是一個待解之謎。