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        很“糾結(jié)”的海衛(wèi)一

        2012-12-29 16:07:44張唯誠
        科學(xué)24小時 2012年6期
        關(guān)鍵詞:海王星雙星大氣

        □張唯誠

        很“糾結(jié)”的海衛(wèi)一

        □張唯誠

        當(dāng)海衛(wèi)一從恒星面前經(jīng)過時,儀器測量了恒星光線穿越海衛(wèi)一大氣的微弱變化,這種變化反映了海衛(wèi)一的大氣密度,如同地球上夕陽西下大氣層會使陽光變暗而顯示地球的大氣密度一樣。

        自從1846年海王星被發(fā)現(xiàn)后,迄今天文學(xué)家已發(fā)現(xiàn)13顆海王星的衛(wèi)星。但在“旅行者2號”衛(wèi)星探訪海王星之前,人們認(rèn)為海王星只有兩顆衛(wèi)星:海衛(wèi)一和海衛(wèi)二。其中海衛(wèi)一是海王星系統(tǒng)最受人關(guān)注的天體,因為科學(xué)家們一直懷疑它內(nèi)部可能有一個液態(tài)的水層,如同一個地下海洋,原始的生命就有可能存在于那里。

        實際上,海衛(wèi)一還是一個很“糾結(jié)”的天體。它有很多理不清的問題和奇怪的現(xiàn)象,等待著人們?nèi)テ平夂吞骄俊?/p>

        “身世”新說

        海衛(wèi)一最“糾結(jié)”的問題是它的身世。海衛(wèi)一似乎并不屬于海王星,或者說是從其他地方來的,原因就在于海衛(wèi)一是顆逆行衛(wèi)星,也就是說它繞著海王星公轉(zhuǎn)的方向旋轉(zhuǎn),與海王星的自轉(zhuǎn)方向是相反的。

        這種情況在太陽系中并非絕無僅有,例如土衛(wèi)九就是一顆逆行衛(wèi)星,原本也并非屬于土星。“卡西尼號”探測表明,土衛(wèi)九是由水冰、巖石和含碳化合物組成的,這表明它可能原本處在太陽系邊緣,后來才被土星捕獲成了土星家族的一員。那么,海衛(wèi)一是否也如此呢?

        科學(xué)家在嘗試解釋海衛(wèi)一的奇特軌道時認(rèn)為,海衛(wèi)一曾撞上了海王星的其他衛(wèi)星,這次碰撞改變了海衛(wèi)一的軌道,但這種觀點存在很大的缺陷,它要求那次碰撞既要大到足以改變海衛(wèi)一的軌道,又不能太大以至于把海衛(wèi)一撞碎,而這種恰到好處的碰撞在宇宙中并不多見。

        2006年5月,有科學(xué)家在《自然》雜志中發(fā)表文章提出了新的看法,說海衛(wèi)一很有可能是一個雙星系統(tǒng)的一員,它是被海王星從那個雙星系統(tǒng)中“俘獲”而來的??茖W(xué)家解釋說,這個雙星系統(tǒng)原來是圍繞太陽公轉(zhuǎn)的,雙星中的兩顆星質(zhì)量相差不大,無所謂誰圍繞誰旋轉(zhuǎn),看上去它們像是相互繞著對方旋轉(zhuǎn),而實際上則是圍繞公共的質(zhì)心旋轉(zhuǎn)的,且這個公共質(zhì)心又圍繞太陽旋轉(zhuǎn)。

        然而,當(dāng)這個雙星系統(tǒng)與海王星近距離相遇時,海王星的引力便破壞了它們的體系,其中一個星體被海王星“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)一繞海王星的公轉(zhuǎn)方向就變得和海王星自轉(zhuǎn)方向相反了。

        影響海衛(wèi)二

        由于海王星離柯依伯帶很近,科學(xué)家也就推測這對雙星很有可能來自柯依伯帶。倫敦大學(xué)瑪麗女王學(xué)院科學(xué)家克雷格·阿格諾和加利福尼亞大學(xué)的道格拉斯·漢密爾頓認(rèn)為,當(dāng)年海衛(wèi)一的“伙伴”被海王星的引力彈了出去,而海衛(wèi)一則降低了速度并被海王星“俘獲”了過來,至于那“伙伴”是誰,科學(xué)家認(rèn)為它很有可能就是冥王星。

        柯伊伯帶是冥王星軌道附近呈帶狀分布著的大量冰狀彗星,它的外邊緣大約延伸到距太陽50個天文單位的地方。探測表明,那里除冥王星外確實有大量類似冥王星的“類冥天體”,而天文學(xué)家們近年來也確實在太陽系中發(fā)現(xiàn)了不少雙星系統(tǒng),他們認(rèn)為柯伊伯帶中百分之十一的天體是雙星系統(tǒng),地球附近的小行星也有百分之十六屬于雙星系統(tǒng),所以雙星系統(tǒng)與海王星相遇的幾率看來不會太小。

        另外就是海衛(wèi)一的個頭,它的直徑約為2700千米,比冥王星大很多,除了不繞太陽公轉(zhuǎn),它幾乎具備行星的所有特征,比如具有磁場、有行星型的地形和內(nèi)部結(jié)構(gòu),甚至還有稀薄的大氣,所以將它的原有身份定位于圍繞太陽旋轉(zhuǎn)的柯伊伯帶天體似乎更合理些。

        “糾結(jié)”的過程并沒有完結(jié),科學(xué)家推測“海衛(wèi)一事件”還可能影響到它的“兄弟”海衛(wèi)二。海衛(wèi)二的軌道十分怪異,離海王星最遠(yuǎn)的時候距離為900萬千米,最近卻只有1.4萬千米,這樣的運(yùn)行很有坐過山車的感覺。通常情況下,這種軌道特性表明這個天體也來自其他地方,然而海衛(wèi)二的物質(zhì)組成又否定了它的外來身份,因為海衛(wèi)二的組成表明它和海王星形成于同一個行星盤中。

        科學(xué)家認(rèn)為,海衛(wèi)二的怪異軌道有可能是海衛(wèi)一造成的,當(dāng)海衛(wèi)一和它所在的雙星系統(tǒng)貿(mào)然闖入海王星系統(tǒng)時,它們的引力把海衛(wèi)二彈出了正常的軌道,因而海衛(wèi)二的運(yùn)行狀態(tài)也就形成今天這個樣子了。

        氣候正在變暖

        1997年,科學(xué)家們對海衛(wèi)一進(jìn)行了一次巧妙的觀測。當(dāng)時海衛(wèi)一正從一顆恒星面前經(jīng)過,他們使用哈勃太空望遠(yuǎn)鏡和一些地面觀測設(shè)備研究了海衛(wèi)一的大氣,相信海衛(wèi)一上冰層的溫度和它的大氣壓力之間存在著密切聯(lián)系,冰層的升溫會把一些氣體釋放到大氣層中去,其結(jié)果就是導(dǎo)致氣壓升高,因此假若測出了海衛(wèi)一上的大氣密度,就可以據(jù)此推測它上面的溫度了。

        當(dāng)海衛(wèi)一從恒星前面經(jīng)過時,儀器測量了恒星光線穿越海衛(wèi)一大氣的微弱變化,這種變化反映了海衛(wèi)一的大氣密度,如同地球上夕陽西下大氣層會使陽光變暗而顯示地球的大氣密度一樣。

        測量結(jié)果表明,海衛(wèi)一的大氣密度較1989年有了很大幅度的提高。根據(jù)測算,人們發(fā)現(xiàn)海衛(wèi)一的表面溫度已從1989年“旅行者2號”造訪時的零下236攝氏度上升到零下234攝氏度,這表明海衛(wèi)一正在經(jīng)歷著一場持久的全球變暖,并且這種變暖的趨勢一直持續(xù)著。領(lǐng)導(dǎo)這項研究的美國馬薩諸塞州科技學(xué)院的天文學(xué)家詹姆斯·埃里奧特說:“海衛(wèi)一上的氣壓增加,這意味著它變得暖和些了?!?/p>

        那么,這種氣候變暖是怎么回事呢?

        一種觀點認(rèn)為,海衛(wèi)一正在迎接一個極端的夏天的到來。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)的過程中會有一個明顯的季節(jié)變化過程,溫度升高正是它進(jìn)入夏季的表現(xiàn),不過這個季節(jié)的轉(zhuǎn)換過程很長,大約有好幾百年。

        還有一種觀點認(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程。

        以往人們只知道地球在遭遇全球變暖,現(xiàn)在看來,全球變暖并不只是地球的命運(yùn)。埃里奧特說,雖然海衛(wèi)一的溫度升幅不大,但對氣候的影響卻不能小覷。對天文學(xué)家來說,海衛(wèi)一上的氣候變暖也許讓海衛(wèi)一顯得更加富有吸引力,因為了解海衛(wèi)一氣候變暖的過程無疑對我們認(rèn)識地球上的氣候變暖會有所幫助。

        著陸海衛(wèi)一

        1989年,“旅行者2號”衛(wèi)星在接近海衛(wèi)一時還發(fā)現(xiàn)了幾座冰火山,有的還在活動,它們噴出的物質(zhì)不是火熱的巖漿,而是冰凍的甲烷、氮或者其他冰類物質(zhì),這些噴出物中有的甚至被噴到了32千米的高空。

        “冰火山”,其實就是一種混合了各種物質(zhì)的噴泉??茖W(xué)家推測,海衛(wèi)一上的冰火山可能形成于內(nèi)部不斷升高的液氮壓力,也可能產(chǎn)生于季節(jié)性的太陽照射。海衛(wèi)一上地形復(fù)雜,多斷層、山脊和各種冰結(jié)構(gòu),撞擊坑也少,這說明它表面活動很劇烈,有過長時間的地質(zhì)活動期,所有這些都為冰火山的產(chǎn)生創(chuàng)造了條件。

        海衛(wèi)一的南半球平滑而缺少變化,而北半球則分布著一種奇怪的地表。從“旅行者2號”拍攝的照片上看,這種地形有密密麻麻的皺紋,很像一塊哈密瓜皮,所以被人稱為“哈密瓜皮地形”,至今這種地形僅在海衛(wèi)一上被發(fā)現(xiàn),它形成的機(jī)理尚不清楚。海衛(wèi)一南北半球的地形差異很大,這在其他星球上并不多見。

        科學(xué)家們一直在思考如何探測海衛(wèi)一。2003年有科學(xué)家提出了一個比較完備的探測海王星和海衛(wèi)一的太空計劃,他們設(shè)想建造一艘大型海王星探測飛船,其上載有三枚探測器,兩枚用于探測海王星大氣,另一枚則著陸海衛(wèi)一研究海衛(wèi)一的表面,具體的著陸地點選在南北兩極地區(qū),因為在那里有可能找到大量的冰。假若這艘飛船能夠按計劃成行,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,實施這樣一次太空任務(wù)需要花很多錢,估計耗資達(dá)30億至40億美元。

        由于海衛(wèi)一是逆行衛(wèi)星,加上海王星巨大潮汐力的影響,海衛(wèi)一的公轉(zhuǎn)半徑會逐漸變小,最終將隕落到海王星上,或者變成一道海王星的光環(huán),這是海衛(wèi)一的最后結(jié)局。

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