探索海王星
天王星发现后,科学家发现它的实际位置与根据牛顿万有引力定律计算出来的海王星的内部结构位置总是不相符。有人怀疑牛顿万有引力定律已不适用于这么遥远的距离,但另一些人认为,可能在天王星之外还有一颗行星,是它的引力使天王星的轨道发生异常。于是,许多天文学家计算这颗未知行星应该在什么位置上。1845年,英国人J.C.亚当斯算出了它的轨道和质量,但是没有引起天文界的重视。法国青年天文学家勒威耶花了一年多的时间,也在1845年夏天计算了这颗未知行星的轨道和位置,并于6月1日和8月31日两次写出报告,于9月18日将报告寄给柏林天文台的伽勒。伽勒收到报告后相当重视,立即组织观测,结果在计算位置相差不到一度的地方找到了这颗行星,这就是现在的海王星。海王星是环绕太阳运行的第八颗行星,也是太阳系中第四大天体(直径上)。海王星在直径上小于天王星,但质量比它大。海王星的组成成分与天王星的很相似:各种各样的“冰”和15%的氢和少量氦的岩石。海王星相似于天王星但不同于土星和木星,它或许有明显的内部地质分层,但在组成成分上有着或多或少的一致性。但海王星很有可能拥有一个岩石质的小型地核(质量与地球相仿)。它的大气多半由氢气和氦气组成,还有少量的甲烷。遥远的海王星,从地球上看去,常常隐身于宝瓶座星系不被人们发现,人们在发现天王星运动方式有点怪异之后,通过计算和推算才发现了它的存在。海王星的蓝色是大气中甲烷吸收了日光中的红光造成的。
经150多年的探测,人类了解到海王星22小时自转一圈,绕太阳公转一圈需要164.8年。它的体积是地球的64倍,质量是地球的17.2倍。有大气和两颗卫星。但由于海王星距太阳45亿千米,人们对它的了解很少,时至1968年,还在争论它是否有光环。
航天时代开始后,人们希望航天器的就近探测能揭开它的更多地秘密。
1989年6月,已在茫茫太空飞行了72亿千米的“旅行者”2号,调整方向,飞向海王星。8月25日。“旅行者”2号经过长途跋涉,到达它的最后一个探测目标海王星。由于人们对“旅行者”2号的海王星探测盼望已久,加之“旅行者”2号飞过海王星最近点4827千米时,正是美国晚上9点的黄金时间,且为了让更多的人领略“旅行者”2号飞过海王星的壮举,目睹海王星的神秘世界,美国宇航局决定向美国公众转播实况。由于距离遥远,“旅行者”2号发回的电波信号,经过4小时零6分钟到达地球后已非常微弱,只得将分布在四大洲的38座巨型天线连成一个超级天线阵来捕捉信号,然后经计算机处理,转换成图像显示在荧光屏上。
当时,共有270万人观看了7小时的实况转播,7个国家的130名科学家也赶往美国观看这一盛况。整个实况转播历时7个小时,来自7个国家的130位科学家也同时在宇航局的荧光屏上收看了这一盛况。这是“旅行者”号计划实施12年来第一次向普通百姓实况转播探测成果。
“旅行者”2号没有辜负人们的厚望,通过它发回的6000多张照片,人们弄清了海王星的许多问题。这是人类有史以来从最远距离(与地球相距大约45亿千米)接收来自另一颗遥远行星的照片。
“旅行者”2号新发现的海王星的6颗卫星,使它的卫星增加到8颗;海王星有5条光环,两明三暗,是由卫星碎片构成的;大气中有面积达地球那么大的气旋,形成大黑斑,气旋后面是时速为640千米的风暴,还有像地球城市上空一样的烟雾,那是太阳光汽化甲烷形成的;海王星的磁极与海王星两极方向成50°角,磁场被辐射带包围着,有像地球极光一样的光辉。
“旅行者”2号对海卫一的探测成果,使科学家们对海卫一的兴趣,比对海王星本身的兴趣更大。海卫一是太阳系中逆行星自转方向运行的一颗大卫星,可能原来是一颗彗星,与海王星一颗卫星相撞后进入绕海王星运行的轨道;海卫一有稀薄的大气,是太阳系中最冷的天体,表面温度为-240.12℃;有还在活动的冰火山,喷出的氮冰微粒高达32千米,这是内部液氮压力升高引起的;表面上到处有断层、山脊、低悬崖和各种冰结构,这可能是因地震形成的;表面还可能有液氮海洋和冰湖。
海王星也有光环。在地球上只能观察到暗淡模糊的圆弧,而非完整的光环。但“旅行者”2号的图像显示这些弧完全是由亮块组成的光环。其中的一个光环看上去似乎有奇特的螺旋形结构。
当然,海王星和它的卫星还有许多秘密等待着人们去继续揭示。
探索冥王星
冥王星是离太阳最远的一颗行星,也是探测器还没有探测过的唯一一颗十分神秘的行星。甚至连哈勃太空望远镜也只能观察到它表面上的大致容貌。
对人们来说,冥王星还相当陌生。它的许多秘密都等待着航天器去揭开。
很幸运,冥王星有一颗卫星,冥卫一。也是靠着好运气,它才能被人们发现。
天王星发现后,人们发现它的运行轨道偏斜,这就是说,在它外面还有一个大行星在拉扯它。后来果然发现了海王星。但是,海王星的引力不可能使天王星的运行轨道发生那么大的偏斜,况且海王星本身的运行轨道也不正常呢。是不是在海王星外边像“藏猫猫”一样还有一个大行星呢?经过几十年的寻找,1930年2月18日,人们终于又找到了一颗大行星,它就是现在的冥王星。但是,对冥王星是不是原来要找的那颗未知的行星,还有许多争论。因为冥王星的运行轨道也有偏斜,而且质量太小,不可能对天王星和海王星的运行轨道产生那样大的干扰。有些人认为,在冥王星之外,还有一颗行星——太阳系的第十颗行星。虽然也有人算出了这颗未知行星的位置和轨道,但至今没有发现任何踪迹。这就是留给我们的那条长长的“尾巴”。
2005年7月9日,又一颗新发现的海王星外天体被宣布正式命名为厄里斯(Eris)。根据厄里斯的亮度和反照率推断,它要比冥王星略大。这是1846年发现海王星之后太阳系中所发现的最大天体。尽管当初并没有官方的共识,它的发现者和众多媒体起初都将之称为“第十大行星”。也有天文学家认为厄里斯的发现为重新考虑冥王星的行星地位提供了有力佐证。
经过30年的进一步观测,人们发现冥王星的直径只有2300千米,比月球还要小,等到冥王星的大小被确认,“冥王星是大行星”早已被写入教科书了。冥王星的确是一个异类。它个头太小,轨道太扁,有时竟跑到海王星轨道的内侧,而且轨道平面相对于地球轨道平面有很大的倾斜,而不像其他行星轨道基本上与地球轨道位于同一平面上。这些特征使其行星地位相当不稳定。2006年,国际天文学联合会在一次会议上通过了新的行星定义,将冥王星“开除”出行星行列,而将其列入“矮行星”。这一决定当时在天文学界引发了轩然大波。
2009年3月9日,美国伊利诺伊州决定恢复冥王星的行星资格,当然,这只是代表他们州的意见而已。
冥王星发现已经将近80年了,但人们对它的了解还非常肤浅。
冥王星是目前太阳系中最远的行星,其轨道最扁,以致最近20年间冥王星离太阳比海王星还近。冥王星的质量远比其他行星小,甚至在卫星世界中它也只能排在第七、第八位。冥王星的表面温度很低,因而它上面绝大多数物质只能是固态或液态,即其冰幔特别厚,只有氢、氦、氖可能保持气态,如果上面有大气的话也只能由这三种元素组成。
冥王星的亮度比原来估计的要暗得多,以至于看不清它的圆面边界,不能准确地测定它的体积。它的直径大约2700千米,质量是地球的1/400,不仅比水星小,而且只是月球的1/7。它懒洋洋地侧向自转,自转一周需要153小时,比兄弟行星慢得多。它绕太阳公转一圈需要248年,自发现至今还没有走完1/4圈呢!
已知冥王星有一颗卫星,它绕冥王星公转一圈的时间与冥王星自转一圈的时间正好相等,是一颗天然的同步卫星,这在太阳系中也是独一无二的。
对冥王星的外貌和构造,目前我们仍然不十分了解。对冥王星的身世来历,更是众说纷纭,有着各种各样的有趣的假说。
有说它原来是海王星的一颗卫星。
1936年,有个叫里特顿的人提出,冥王星原来是海王星的一颗卫星,与海卫一靠近,相互的引力作用使海卫一变成绕海王星逆转的卫星,而它则被加速逃脱海王星的引力而成为一颗行星。直到20世纪80年代,美国海军天文台的范弗兰德和哈林顿通过计算模拟,还认为冥王星原来是海王星的卫星,后来一个大天体经过那里时把它弹出了海王星轨道而成为一颗行星。
有的认为冥王星太小,只可能是一颗小行星。中国天文学家戴文赛则认为,冥王星是由海王星轨道内一种叫做“大星子”的天体形成的。一个大星子与一个较大的星子相撞,使轨道变扁变斜;接着又被另一个星子撞倒,使它侧向自转;被碰碎的物质集聚起来成为它的卫星,可能不止一个。
有人说它是一颗大行星的碎片。
这就是苏联科学家科瓦尔和先卡维奇非常新奇的假说。这个新奇的假说听起来像童话故事一样有趣。约在7500万年以前,在现在木星和火星之间的小行星带区域中,有一颗叫做“法艾东”的行星,类似于地球,是地球年龄的一倍半,上面有高级智慧生物,他们的文明发展程度比现在的地球人高得多,早已掌握了热核能。由于一次威力无比巨大的核爆炸,使“法艾东”受到剧烈震动,结果被裂成许多小碎块,形成了现在的小行星带。其中特大的一块,由于爆炸的冲力,使它的公转速度大大增加,而疾速冲出原来的公转轨道,当冲到土星旁边时,将土星的一颗卫星碰得粉碎,形成现在的土星环,接着又把土卫九碰得朝后转动。然后继续前进,又与天王星擦碰,从天王星上扯下一大块物质,这些物质后来又落到天王星上,由此产生的猛烈冲击,使天王星翻倒。接着,那块特大物质又冲过海王星轨道,这时它的动能才消耗殆尽,进入绕太阳运行的新轨道,成为外侧的一颗行星。
人们将“法艾东”行星的毁灭叫做“法艾东灾变”。我们地球也受“法艾东灾变”的影响,气候发生了激烈变化。恐龙就是在这次气候变化中灭绝的。这就是行星灾变来历说。
这些假设和猜测对不对?如何揭开冥王星之谜?最好的办法是让宇宙飞船把人送上冥王星,如果它确是“法艾东”行星的一部分,则在它上面一定有高级文明的遗迹,那么,就可以像在地球上考古那样进行考查,揭开这个万古之谜。但是,冥王星离我们太遥远,最近时也有40亿千米,飞船来回需要二三十年的时间,我们现在的技术还办不到。那么,发送探测器到上面去考察行不行?这当然可以。可是冥王星上有没有固体表面还没有把握,即使探测器可以着陆,那里的环境条件能允许探测器工作多长时间呢?至少那里的温度是极低的,向阳面为223℃,背阳面为-253℃。那么,剩下的办法就是发送探测器去就近进行探测了。
在这之前,人们还想到一个好办法,就是用火箭或航天飞机将望远镜送到绕地球运行的轨道上,那里没有大气遮挡,可以更清楚地进行观测。1990年4月,由航天飞机送入轨道的“哈勃”号太空望远镜,就可以担负起观测冥王星的任务。
冥王星目前正处在离太阳较近的位置上,通过地面和太空的各种观测,以及先进的计算机和高超的计算机处理技术,冥王星上的许多秘密将会逐渐被揭示。当然,是不是有“法艾东”灾变说中的高级文明的遗迹,仍然需要等待人们前去考古。
知识点冥王星是一颗矮行星
冥王星曾经被认为是太阳系的第九大行星,但后来被降格为矮行星。根据国际天文学联合会2006年8月通过的决议,被称为行星的天体要符合三个主要条件:
(1)该天体须位于围绕太阳的轨道之上。
(2)该天体须有足够大的质量来克服固体引力以达到流体静力平衡的形状(近于球形)。
(3)该天体须有足够的引力清空其轨道附近区域的天体。而冥王星则不符合上述第三条行星标准。国际天文学联合会进一步决议通过冥王星应该归入矮行星(介于行星和小行星之间)之列。