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        海王星這“一年”

        2011-05-14 09:07:56張唯誠(chéng)
        知識(shí)窗 2011年9期
        關(guān)鍵詞:天王星海王星拉塞爾

        張唯誠(chéng)

        1781年3月,威廉·赫歇耳發(fā)現(xiàn)了天王星。天王星被發(fā)現(xiàn)后,人們又發(fā)現(xiàn)它的運(yùn)行與根據(jù)牛頓理論推導(dǎo)的情形并不一致,這暗示在天王星軌道附近可能還有一顆行星影響著它的運(yùn)行。1846年,35歲的法國(guó)數(shù)學(xué)家勒維耶計(jì)算出了那顆假想行星所在的位置和質(zhì)量,他把計(jì)算結(jié)果告訴了他的朋友——柏林天文臺(tái)的天文學(xué)家約翰·格弗里恩·伽勒。伽勒接到計(jì)算結(jié)果后即把天文望遠(yuǎn)鏡指向了勒維耶指定的方位,果然在那里發(fā)現(xiàn)了一顆行星,這就是海王星。

        從海王星被發(fā)現(xiàn)到現(xiàn)在,歲月過(guò)去了165年,這恰恰是海王星繞太陽(yáng)運(yùn)行一周的時(shí)間。2011年7月12日,這顆用筆尖發(fā)現(xiàn)的藍(lán)色行星又回到了165年前所在的位置,也就是說(shuō),海王星自被發(fā)現(xiàn)起剛好運(yùn)行了它自己的“一年”。在海王星的這“一年”里,人類對(duì)海王星有了怎樣的認(rèn)識(shí)呢?

        有一塊大黑斑

        海王星是氣態(tài)行星,內(nèi)部有一個(gè)石質(zhì)內(nèi)核,外面是一層高密度的大氣,大氣的主要成分是氫、氦和甲烷。1989年,“旅行者2號(hào)”飛越海王星時(shí)發(fā)現(xiàn)了海王星上的大氣很不安定,它上面有一塊大黑斑,其直徑與地球相當(dāng)。研究表明,這塊斑點(diǎn)和木星上的大紅斑性質(zhì)相同,是一塊高氣壓氣旋,移動(dòng)速度達(dá)每秒300米。1994年,哈勃太空望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)海王星的大黑斑消失了;幾個(gè)月后,北半球又出現(xiàn)了新的大黑斑。在如此短暫的時(shí)間里大黑斑失而復(fù)得,可見(jiàn)海王星的上層大氣是動(dòng)蕩不安的。

        可能有過(guò)大幅位移

        美國(guó)亞利桑那大學(xué)的天文學(xué)家通過(guò)計(jì)算機(jī)模型演算后認(rèn)為,海王星和天王星在太陽(yáng)系中所處的位置曾經(jīng)發(fā)生過(guò)互換。這些科學(xué)家說(shuō),通過(guò)計(jì)算當(dāng)時(shí)太陽(yáng)系星云的密度,他們得出海王星形成時(shí)與太陽(yáng)的距離比現(xiàn)在近一半,而天王星則大致處在海王星的位置上,只是由于后來(lái)天王星和海王星的質(zhì)量發(fā)生了變化才導(dǎo)致它們交換了運(yùn)行軌道??茖W(xué)家說(shuō),在太陽(yáng)系剛剛形成的6.5億萬(wàn)年里,海王星與太陽(yáng)的距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于天王星;但是后來(lái),它們完全顛倒了過(guò)來(lái)。當(dāng)然,那件事發(fā)生在大約40億年前,那時(shí)太陽(yáng)系剛剛形成不久,所以上述觀點(diǎn)很難獲得證明。

        光環(huán)很奇特

        1846年10月10日,即海王星被發(fā)現(xiàn)后的第17天,英國(guó)天文學(xué)家威廉·拉塞爾使用自己磨制的望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了海王星的一顆衛(wèi)星——海衛(wèi)一。拉塞爾還聲稱發(fā)現(xiàn)了海王星的環(huán),但是人們到現(xiàn)在都不認(rèn)為拉塞爾發(fā)現(xiàn)了海王星的環(huán),認(rèn)為那是他的錯(cuò)覺(jué),因?yàn)槔麪柕耐h(yuǎn)鏡不可能發(fā)現(xiàn)海王星的環(huán)。

        但海王星確實(shí)有光環(huán),只是很暗淡,這些環(huán)在航天時(shí)代才被觀測(cè)到,后來(lái)多以海王星及其衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)者的名字命名,如勒維耶環(huán)、伽勒環(huán)、拉塞爾環(huán)等。海王星最外層的環(huán)叫亞當(dāng)斯環(huán),它似乎是由密度很高的塊狀物構(gòu)成的,那些塊狀物形成了三段明顯的“弧”,人們分別為它們命名為“自由”“平等”和“博愛(ài)”?!盎 钡拇嬖诹钊速M(fèi)解,因?yàn)榘蠢碚f(shuō)它們應(yīng)該逐漸變成分布均勻的環(huán)才對(duì)。1998年,天文學(xué)家們用哈勃太空望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)那些“弧”時(shí),發(fā)現(xiàn)它們與理論的預(yù)測(cè)有了一些位移,這種奇怪的運(yùn)動(dòng)和“弧”的成因都還是一個(gè)謎。

        衛(wèi)星很“糾結(jié)”

        海王星最重要的衛(wèi)星是海衛(wèi)一和海衛(wèi)二。海衛(wèi)一是一顆逆行衛(wèi)星,即它繞海王星的公轉(zhuǎn)方向和海王星自轉(zhuǎn)方向是相反的。而海衛(wèi)二的軌道也很怪異,它離海王星最遠(yuǎn)的時(shí)候,其距離為900萬(wàn)千米,最近時(shí)又只有1.4萬(wàn)千米,這樣的運(yùn)行很有坐過(guò)山車的感覺(jué)??茖W(xué)家解釋說(shuō),海衛(wèi)一很可能是一個(gè)雙星系統(tǒng)中的一員,來(lái)自于海王星軌道之外的柯依伯帶。當(dāng)雙星系統(tǒng)與海王星近距離相遇時(shí),海王星的引力便破壞了它們的體系,其中的一個(gè)星體被海王星“俘獲”了,這就是海衛(wèi)一。由于雙星系統(tǒng)的殘余影響和海王星引力的共同作用,海衛(wèi)一便成了逆行衛(wèi)星。

        科學(xué)家推測(cè),當(dāng)海衛(wèi)一和它所在的雙星系統(tǒng)貿(mào)然闖入到海王星系統(tǒng)中時(shí),它們的引力又把海衛(wèi)二彈出了正常軌道,于是海衛(wèi)二的運(yùn)行狀態(tài)被改變了,才形成今天這種怪異的樣子。所以,海衛(wèi)一和海衛(wèi)二看來(lái)是兩顆很“糾結(jié)”的衛(wèi)星。

        海衛(wèi)一正在經(jīng)歷“全球變暖”

        科學(xué)家在1997年發(fā)現(xiàn),海衛(wèi)一的表面溫度已從1989年“旅行者2號(hào)”造訪時(shí)的零下236攝氏度上升到了零下234攝氏度,這表明海衛(wèi)一正在經(jīng)歷著一場(chǎng)曠日持久的全球變暖。為什么它會(huì)變得暖和些了呢?一種觀點(diǎn)認(rèn)為,海衛(wèi)一正在迎接一個(gè)極端的夏天的到來(lái),由于海衛(wèi)一的軌道和海王星的軌道之間存在著傾角,它在繞海王星公轉(zhuǎn)的過(guò)程中會(huì)有一個(gè)明顯的季節(jié)變化過(guò)程,溫度升高正是它進(jìn)入夏季的表現(xiàn),不過(guò)這個(gè)季節(jié)的轉(zhuǎn)換過(guò)程很長(zhǎng),大約有好幾百年。還有一種觀點(diǎn)認(rèn)為,海衛(wèi)一表面的冰的構(gòu)成發(fā)生了變化,從而使它從太陽(yáng)那里吸收了更多的熱量,海衛(wèi)一正在經(jīng)歷一次氣溫上升的過(guò)程。

        以往人們只知道地球在遭遇全球變暖,而現(xiàn)在看來(lái),全球變暖并不只是地球的命運(yùn)。

        計(jì)劃重訪海王星

        科學(xué)家還認(rèn)為,海衛(wèi)一的內(nèi)部可能有一個(gè)液態(tài)的水層,就如同一個(gè)地下的海洋,原始的生命有可能存在于這樣一個(gè)地下的海洋里。2003年,有科學(xué)家提出了一個(gè)比較完備的探測(cè)海王星和海衛(wèi)一的太空計(jì)劃。他們?cè)O(shè)想建造一艘大型海王星探測(cè)飛船,其上載有三枚探測(cè)器,兩枚用于探測(cè)海王星大氣,另一枚著陸海衛(wèi)一后用于研究海衛(wèi)一的表面,其具體的著陸地點(diǎn)選在南北兩極地區(qū),因?yàn)樵谀抢镉锌赡苷业酱罅康乃?。假若這艘飛船能夠按計(jì)劃成行,它將于啟程十幾年后抵達(dá)海王星并釋放海衛(wèi)一著陸器。當(dāng)然,實(shí)施這樣一次太空任務(wù)需要花很多錢,估計(jì)耗資達(dá)30~40億美元。

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