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地球兄弟:探索太阳系八大行星

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发表于 2016-5-22 00:55:25 | 显示全部楼层 |阅读模式
在太阳的儿女中,地位最显赫、最引人关注的莫过于包括我们地球在内的几大行星。它们就是地球兄弟们。它们在太阳周围由近及远逐次排开,按照相同的方向,在各自的轨道上忠实地绕着太阳旋转,坚贞不渝,活泼有序,呈现出宇宙间最生动的一幅画卷。太阳系的八大行星,虽由同母所生,但品貌不一、形态各异。除了我们的地球以外,其他大行星是什么模样?它们各自有什么主要特征?对于它们,还有哪些不解之谜有待探索,科学家们正在致力于哪些研究?

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地球兄弟水星之谜

水星是何人何时发现的,现己无从考证。至少在公元前3000年,居住在现今伊拉克南部的苏美尔人就已经知道了这颗星,他们时而叫它“阿波罗”(晨星),时而唤它“赫米斯”(昏星)。由于水星在天空中移动很快,古代西方人就把罗马神话中管理贸易、商业和小偷的天神“墨丘利”之名赋予了它。在希腊神话中,这个天神就是穿梭于天庭中的众神的信使“赫米斯”。他头戴插有双翅的帽子,脚登飞行靴,手握魔杖,行走如飞,神出鬼没。我国古代称它为水星,也是比喻它的移动像易逝的流水。

那么水星上真有水吗?这是每个儿童都会提出的问题。其实,天文学家在探索宇宙时,有没有水也是他们非常关心的事。水,意味着生命的保障,意味着孕育生命的可能,也有助于探索人类生命的起源,关系到人类的千秋万代。水星上残存的大气压不足地球大气的一千万亿分之一,高温、微弱的引力和强大的太阳风使气体很快地向太空逃逸。因此,科学家一直都认为水星上不会有任何形式的水。

水星档案
水星是八大行星中离太阳最近的行星,距太阳最远时为7000万千米,最近时只有4600万千米,平均约5800万千米。水星在较扁的椭圆轨道上以每秒48公里的速度绕太阳公转,是大行星中的长跑冠军。水星绕太阳公转一周需88个地球日,而自转一周为58.7个地球日。


1991年,美国科学家在对水星进行雷达回波实验时的发现改变了这一传统的观念。他们发现,从水星北极反射回来的信号特别强,这表明水星北极表面物质与其他地方不同,有很高的反射率,而存在水或者水冰是最简单的解释。在这么恶劣的水星环境下,怎么可能存在水或水冰呢?水星的自转轴几乎垂直于它的公转轨道面,水星两极一些深陷的陨石坑可能永远照不进太阳光,里面的温度可能低达零下160多摄氏度,因此科学家猜测,太空陨石坠落时带来的水冰或者内部挥发出来的水汽能够一直保留在水星两极一些深陷的陨石坑内,因而不会挥发到大空中。当然水星有没有水冰,还有待于实地考察。
在科学家面前,还有一大堆水星之谜:水星的内部结构如何?它的核心是否与我们的地核一样,是半液体状的还是固体状的?它有什么样的地质史?有没有经历过火山活动?水星的磁场结构怎么样,它从哪里来?水星的两极物质如果不是水冰,那么又是什么?……所有这些水星之谜,都有持我们去揭开。

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太阳从西边出来

金星比地球距太阳近,约为10820万千米,它绕日公转一周需224.70天。有趣的是,它的自转周期竟长达243.02天,比它的公转周期还长;也就是说,金星上的一天比一年还长。而且它的自转方向与公转方向相反,是顺时针的,自东向西转。也就是说,若在金星上看太阳,则日从西边出、东边落。



迷雾笼罩的太白金星

在小说《西游记》里有一位须发飘飘、慈眉善目的星官,他频繁来往于天界与花果山之间,调解天上众神与孙悟空的矛盾,这就是太白金星。作者是根据什么来创造这位天神形象的呢?原来,很早以前,我们的祖先就注意到天上有颗异常明亮的星,有时在黎明前的东方天空最后一个隐没,有时在黄昏后的西方第一个闪现,总是徘徊在太阳的东西两侧。于是,富于想象力的作家就把它人格化为一位可亲的天神长者,在玉皇大帝身边不辞辛劳地调解各种矛盾。关于金星,人们曾有过许多猜想。有人认为金星的表面是一片汪洋,有人却认为是石油海,天体植物学者则说金星表面适合生物生存等等,真是众说不一。

因为它的真面目常常被厚厚的云层遮盖着,用光学方法无法穿透这块“蒙头纱”。从20世纪60年代末期开始,苏联和美国先后向金星发射了近20个宇宙飞船,其中有些飞船携带探测器进入了金星大气,并且在金星表面着陆。根据这些探测器发回的资料,人们才能够窥探一下内里的情形。原来,金星表面2/3是丘陵地,高度达2500米以上,上面有特别多的火山口;另外的部分是高原、深谷纵横交错。在山区发现一些火山,其中有的高达11000米,比珠穆朗玛峰还高一头。

平坦低地约占表面的30%,看起来非常像月海。金星的天总是橙黄的,从未出现过蓝色。因为它的大气密度太高,使得紫色、蓝色和淡蓝色光线都散射掉了。甚至连山岩,石头也是橙黄色的。这些橙黄色的岩石是由什么组成的?与地球上的岩石有什么区别?这一类问题,现在还没有得到解答。金星有含硫的矿石。它没有冬夏,没有雨雪,这种情况很可能是硫的循环造成的。金星厚达25公里的云层可能就是硫酸雨滴组成的。含硫的气体是行星二氧化碳大气的重要成分,而表面岩层中又含有大量的硫。这究竟是物质循环的环节,还是偶然的巧合?目前还无法下结论。总而言之,对金星的探测已取得相当多的成果。人们对这颗行星的认识正在逐步加深。总有一天,人们会将它的神秘面纱一层层揭开。

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认识火星

火星的直径为6790千米,约为地球直径的一半,质量约为地球的1/10。火星自转一周约为24小时37分,比我们地球自转周期稍长。火星绕太阳运动的周期约为687个地球日,差不多是地球上的2年。火星上也有4季变化,每个季节也比地球上的火星上的水哪里去了火星是我们地球轨道外侧的近邻,它那红艳艳的光辉在星空中独具魅力,自古以来就令人迷惑不解,浮想联翩。在地球上通过天文望远镜观测火星时,你会发现它的两极区是白色的,赤道两侧是暗色的斑块。除此之外,再也不能更细致地分辨它的表面了。那么,如何揭示火星表面的奥秘呢?只有飞近它和在它上面着陆,别无选择。

从1964年到1967年,美国对火星发射了“水手号”和“海盗号”两个系列共8个探测器。1971年11月,“水手”9号对火星全部表面进行了高分辨率的照相,发现了火星上有宽阔而弯曲的河床。这些干涸的河床,最长的约1500公里,宽达60公里或更多。主要的大河床分布在赤道地区,大河床和它的支流系统结合,形成脉络分明的水道系统,还可以观测到呈泪滴状的岛、沙洲和辫形花纹,支流几乎全部朝着下坡方向流去。

科学家们分析,只有像水那样的少粘滞性流体才能造成这种河床,这是天然河床,绝不是“火星人”的运河。那么,火星上的河水流到哪里去了呢?这便成了当代“火星河之谜”。今天的火星表面温度很低,大部分水作为地下冰存在于极冠之中。极稀薄的大气,使得冰在温度足够高时只能直接升华为水蒸气,自由流动的河水是无法存在的。火星河床说明,过去的火星肯定与今日的火星大不相同。有一种假说认为,在火星历史的早期,频繁的火山活动喷出了大量气体,这些浓厚的原始大气曾经使火星表面温暖如春,造成了冰雪融化、河水滔滔的景色。后来火山活动减少,火山气体逐渐分解,火星大气变得稀薄、干燥、寒冷,从此,河水干涸,火星成为一个荒凉的世界。

另一种假说认为,在火星的早期历史中,自转轴的倾斜度比现在更大,因而两极的极冠融化,大量二氧化碳进入大气,大量的水蒸发并凝成雨滴在赤道地区落下,形成河流。还有很多关于火星河流消失的假说,但形成假说并不是最终的目的,科学家们最关心的是:水到底哪里去了?是什么使火星有这么大的变化?

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大红斑的面积

大红斑十分巨大,南北宽度经常达1.4万千米,东西方向上的长度在不同时期有所变化,最长时达4万千米。也就是说,从红斑东端到西端,可以并排下3个地球。一般情况下,长度在2000—3000千米,大红斑在木星上的相对大小,就如同澳大利亚在地球上所占的比例。


木星上的神秘眼睛

木星在太阳系行星家族中体积最大,亮度仅次于金星。我国古代曾用这颗星定岁纪年,因此称它为“岁星”。西方天文学家把罗马神话众神之王“朱庇特”的美称授予木星。其实,木星是一个不断旋转的巨型气体球,它上面有—块红颜色区域,从地球上看上去就成了一个“红斑”,好像木星长着一只“眼睛”。几百年来天文学家一直在研究着木星上这只神秘的“眼睛”。很早以前,木星大红斑鲜明的颜色已引起人们关注。
意大利天文学家卡西尼在1665年首先觉察到,木星上有斑痕,并以此红斑为标志,测出了木星自转的周期。自那时以来3个多世纪过去了,人们一直看到这块红斑,虽然颜色时而浓时而淡,大小有增有减,但从未消失过,成为木星上醒目的半永久性标志,同时也是科学家观测、研究、讨论的课题。大红斑之“红”也有特色。它的颜色常常是红而略带褐色,变化也是有的。20世纪20年代到30年代,大红斑呈鲜红色,从未这么好看过。1951年前后,也曾出现淡淡的玫瑰红颜色。大部分时间,颜色比较暗淡。关于大红斑的颜色,人们有不同见解。有人提出那是因为它含有红磷之类的物质;有人认为,可能是有些物质到达木星的云端以后受太阳紫外线照射,发生了光化学反应,因此这些化学物质转变成了一种带红棕色的物质。

总之,这仍然为目前人类的未解之谜。人们在地球上隔着6亿千米对着大红斑看了300多年,却不知怎么解释这种红斑。到20世纪70年代,先有多个宇宙卫星相继升空,对红斑进行详细察看。它们发现,它是一团激烈上升的气流,即大气旋。它不停地沿逆时针方向旋转,像一团巨大的高气压风暴,每12天旋转一周。这巨大风暴气流“翻江倒海”,“翻天覆地”,从人类认识它以来狂暴地刮了3个多世纪,可以说是一场“世纪风暴”,真让人咋舌。那么,它是靠什么物质而长盛不衰、长期肆虐呢?目前还没有定论。


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土星档案

土星轨道在木星之外,它距太阳142940万千米,公转周期是10759.5天,相当于29.5个地球年。土星也是天上较亮的行星,它的视星等为0.67等。迄今,已有多个探测器光临过土星,使我们对这颗5美丽的行星有了更多的了解。在土星的18个卫星中,有9颗是在地球上观测到的,其他则是由行星探测器发现的。

奇妙的土星环之谜

土星——这个被美丽的光环装饰起来的星体,像稀世的艺术品那样吸引着多少天文学家的注意。300多年来天文学家在望远镜中怀着深情追逐、注视它,探索着它的底蕴,而至今此种热情仍经久不衰。

16l0年,意大利著名的天文学家伽利略,用自制的望远镜对准土星,发现了土星旁边的两个小亮点。伽利略不知道这奇怪的附属物为什么老是追随着土星。因此,称它们为土星的“随从”。其实这是土星的光环,当时正以侧面对着人们哩。1656年底,土星光环以正面对着地球,它像孔雀似的向地球上的人们开屏了。德国天文学家惠更斯,第一次清楚地看到了这一奇丽的现象。土星光环究竟是由什么物质构成的呢?在18世纪以前,人们还以为光环是个扁平状的固体盘哩!1675年,法国科学家卡西尼发现,光环中间有缝隙。他和其他一些学者认为,组成光环的物质不是一整块的,而是大量的微小卫星。

1895年,美国天文学家基勒尔等人,用观测土星环光谱线移动的方法,证实了光环确实是由许多独立的小碎块组成的。小碎块在阳光的照耀下,闪着银白色的光芒。我们从地球上看它,就成了白色的环圈。
1972年,人们又用雷达对准这些碎块进行了探测,发现这些碎块中大多是冰块,也可能夹杂一些石块。从望远镜里看到,土星的光环不是均匀地联成一片的,而是分为内环、中环和外坏三个层次。
1969年,科学家又连续发现:在土星的内环里,还有一个内内环;在外环的外面,还有一个外外环。这两个环很暗弱,大概是由一些些更稀疏、更细小的碎块物质构成的。外环的外直径达27.6万千米,相当于土星本身直径的2.3倍,可是它只有30千米厚,对宽度而言,真是比纸还薄!土星光环不仅给我们美的享受,也留下了很多谜团。目前还不知道组成光环的这些物质,是来自土星诞生时的遗物呢,还是来自土星卫星与小天体相撞后的碎片?土星环为什么有那么奇异的结构呢?这些都是有待科学家们研究探讨的难题。

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天王星之谜

200多年以前,人们以为太阳身边只有6颗行星,土星便是离太阳最远的一颗行星了。18世纪中叶,天文望远镜已经发明了100多年,人们仍然以为土星的轨道就是太阳系的边界。说起来也很有意思,打破这种老观念的不是专业的天文学家,而是一位音乐家,他就是威廉·赫歇耳。公元1738年,威廉·赫歇耳出生在汉诺威,父亲是军乐团的乐师,他从小就受到父亲的熏陶,立志做一名音乐家,但同时他对天文观测也有很浓的兴趣。15岁时,他随父参军。1757年,德法战争爆发,年仅18岁的威廉·赫歇耳因体弱不能随军打仗而迁居英国,在乔治巴斯市任音乐教师。在此期间,他一直没有放弃对天文学的爱好与研究。他自己动手磨制望远镜,经过反复磨练,使他最后成为制造望远镜的一代宗师,一生磨制的反射望远镜面就达400多块。


1781年,他利用自制的望远镜在搜索彗星的过程中发现了一颗新的行星——天王星。这一发现使得太阳系的半径一下子增加了一倍,在当时引起世界的轰动。从此以后,对天王星的观测一直没有间断。1977年3月10日,一个十分罕见的机会,天王星在一颗恒星前面越过。天文学家发现,天王星还没有遮掩这颗星的时候,恒星的光已经暗了下来。是什么东西遮住了恒星的光芒呢?天文学家经过复杂的分析,肯定了天王星周围存在着一些环,正是这些环遮住了星光。
后来弄清楚了,这些环是9个大小不同的环。它们一环套着一环,彼此不相连接,有的环只有10千米宽,最宽的也不到100千米,都是很细小的微粒组成的。后来“旅行者”2号在成功地拍摄了天王星光环的同时,还详细考察了已知的5颗卫星,并同时发现了10颗新的卫星,送回许多令人叹为观止的精彩照片。

“旅行者”2号还捕捉到天王星发出的射电波,确认了天王星的自转周期。天王星发出射电波是由于磁力线附近的电子运动而产生的,这表明天王星有磁场存在。天王星的秘密破解了许多,但新的疑团又会不断增加。要想清楚认识天王星,还要靠科学家长期不懈的努力。

天王星卫星

天王星的直径约51118千米,是地球直径的14.5倍。天王星的公转周期是30685.00天,自转周期为0.71833天(16.8小时)。现已知天王星有17颗卫星,其中较大的5颗——天卫一至天卫五——是用望远镜发现的,它们是规则卫星。其他12个卫星较小,位于天卫五的内侧,是“旅行者”2号于1986年1月发现的。

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海王星的“黑眼睛”之谜

从19世纪中叶起,太阳系的第8颗行星——海王星,就一直处于人类的观测之中,但仍对它无法进行深入了解。到了1989年,美国宇航局的“旅行者”2号飞临这颗朦朦胧胧又默默无闻的行星,向地球发同了海王星的照片。那些令人震惊的画面永远改变了科学家对海王星的认识。现在,近20年过去了,海王星依然让天文学家激动,也让他们困惑。

1989年8月,“旅行者”从海王星旁边飞过。在这之前的几个月,“旅行者”的照相机就可以拍摄到海王星的详细情况。这些情况从地球上是无法看到的。海王星上有一巨大鹅卵形风暴,直径大约1.28万公里,看上去犹如蓝色海王星向外注视着的一只大眼睛,科学家们称之为“大黑斑”。海王星的这只“黑眼睛”东西长约1.28万公里,南北宽8000公里,也就是说,大黑斑相当于一个地球的规模。地球上的大气旋——龙卷风,最大时有几十公里长,时间最长有几个月,其破坏性的威力早已让人们闻风色变。

海王星上这地球般大小的巨大涡旋,又该是何等的惊心动魄啊!海王星上不仅有“黑云压城”,还有白云朵朵。大黑斑的边界地方,有一小块白云结构,这块白云从海王星的一个环的轨道伸展到另一个轨道。白云呈现螺旋状的结构,显示它也是一个千变万化的风暴区。除了南半球的大黑斑和白斑外,海王星还有几个稍小的黑斑和亮斑。

这些大气中的旋涡都昭示着海王星上湍急紊乱、剧烈翻滚的云层活动。我们的地球由于得到太阳热能,使水汽蒸发、空气对流,才有了展示风云雨雪的大舞台。海王星这样一颗远离太阳的行星,为什么会有如此活跃的大气活动?要知道,海王星距离太阳是地球距离太阳的30倍远哪!那儿的阳光强度仅相当于一盏0.8米外的百瓦电灯。所以海王星的表面温度极低,在-230℃左右。在这样的低温状态下,分子运动应当相当迟缓,哪有这样大的气流能量?如果能量不是来自于太阳,又来自何方?难道是来自于海王星内部?这正是天文学家竭力想解开的一个谜团。

海王星档案

海王星离太阳比较远,星光比较暗弱,视星等只有7.84等,因而在夜空直接用肉眼观察是看不到的,但可用望远镜观测。海王星距离太阳450430万千米,其公转周期是60190天,即164.8个地球年;自转周期是0.67125天。海王星直径为49492千米,几乎是地球赤道直径的4倍。
发表于 2016-5-23 20:22:51 | 显示全部楼层
海王星,天王星不错。。。
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