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第31章 发现地外的宇宙空间(5)

第三,它的很多特征同太阳相近。比如说,它的大气层厚达1000千米,主要成分是氢和氦,占其总质量的80%~90%,与太阳相似;它的平均密度是每立方米1.33克,也与太阳近似;它的表层是分子状态的液态氢,厚约2.3万千米,它是一个巨大的液体行星。这一点,也与其他行星大不相同。

第四,最重要的一点是,木星自己也能发光。这是恒星和行星的最大区别之一。它的大气上层温度仅—129℃,但有的区域表面温度却很高。它一面吸收太阳的光和热,一面也自己发热发光,它的辐射量是接受太阳辐射量的2.5倍,是一个外冷内热的奇怪星球。

研究表明,木星正在向其周围的宇宙空间释放巨大的能量。现已查明,木星的核心温度目前已高达280000K,一般说来,只要星核温度达到5000K,就可以使星核气化。而木星是一个巨大的液态氢星球,所以它本身已具备了无法比拟的天然核燃料。加之木星的核心温度目前已达到280000K,这就为进行热核反应所需的高温创造了良好的开端。

因此,有的天文学家推测,在太阳将要灭亡的时候,木星很可能发展成为一颗真正意义的“恒星”,发出巨大的光和热,以取代太阳。

这个假说是否正确,则有待于几十亿年后的人类验证了。

土星光环之谜

在太阳的八大行星中,虽然天王星和木星也都具有光环,但它们都不如土星光环明亮壮观。1610年,伽利略首先通过自制天文望远镜发现了土星的光环。

那么,那些美丽动人的光环到底是什么呢?原来,土星光环是由无数条细微的光环汇合而成的。

土星光环结构复杂,千姿百态,大部分的光环是光滑匀称的,但也有的环是锯齿形状,有的环如辐射状等。光环的宽总共有好几万千米,厚却只有10千米左右。

这些细环都由大小不等的碎块颗粒(冰岩、冰块和冰珠等)组成,大小相差悬殊,大的可达几十米,小的不过几厘米或者更微小。它的外表包着一层冰壳,由于对太阳光的反射,所以从地球上看去,就成了一圈莹莹的光圈了。

这么多的细碎的冰块,从哪里来的呢?

一些科学家认为,一颗主要由冰雪组成的彗星途经土星时,被土星巨大的引力俘获,破碎成大大小小的冰块,这些冰块,就成了围绕土星运转的光环。

另一些科学家则认为,土星的卫星大都是冰雪组成的,一颗小行星或者彗星与它们中间的一个相撞,卫星碎成冰块,但它们仍然熙熙攘攘地沿着原来的轨道散乱地运行,很自然地形成了光环。如果正好是一颗冰彗星,撞上了一颗冰卫星,那将会非常有趣。但事实真是这样的吗?

土星的卫星大家族

土星的卫星共有23个,是太阳系中当之无愧的卫星大家族。

在众多的围绕土星的卫星中,最外面的一颗是“土卫九”。“土卫九”到土星的平均距离是1300万千米,相当于月球到地球距离的35倍。它绕土星运行一周需费时550天。“土卫九”不仅最远,它还沿着“错误方向”行进,是逆行的。在众多卫星兄弟们整齐统一的前进方向中特别“别扭”。

太阳系绝大多数卫星围绕中心行星运行的方向,都与这些行星的自转方向相同,行星也以这个方向绕太阳运行,然而“土卫九”却是少数几颗反其道而行的卫星之一,看上去,它围绕土星向后面退行。

距土星最近的是“土卫十五”,它与土星距离约13.7万千米,只有月球到地球距离的1/3,仅为卫星到土星中心的2.3个土星半径;公转周期也短,只有0.601天,换句话说,绕巨大的土星转一圈儿,半天多一点儿就足够了。

有趣的是,23颗形形色色的卫星,并不是每星都有资格拥有专用轨道的。“土卫四”和“土卫十二”共用一条轨道,“土卫十”和“土卫十一”也都同处一条轨道,而“土卫三”、“土卫十六”、“土卫十七”则三星共行在一条轨道上。

土星卫星和光环也很有“缘”,“土卫十三”和“土卫十四”就分居F光环的里侧和外侧,把光环夹在中间,它们像牧羊人保护羊群一样,由此得到一个动听的名字“牧羊人卫星”。

从运行轨道看,“土卫九”是逆行卫星,“土卫八”是顺行卫星。二者看来关系不大,于是一些科学家的看法是,大约在1亿年前,“土卫八”被彗星撞击,导致水分消散了,但在以后的100万年里,暗物质重新聚集到前半球上……

至于“土卫八”的真面目是什么,也要留待天文学家们继续探索。我们也期待下个世纪有更多的宇宙飞船探测计划,能解开庞大的土星世界的谜团。

“木卫二”生命之谜

木星的第二颗卫星“木卫二”是木星的第四大卫星,直径3138千米,比地球的卫星即月球稍微小一点儿。它是伽利略在1610年发现的。“木卫二”是太阳系中人们知道的最平坦的天体。

1996年,“伽利略”飞船首次靠近木卫二“欧罗巴”(相距16万千米)时,发现在它的表面上,有些区域看来很像春天到来时冰块融化的情景,可能有一个真正的、与地球上类似的汪洋大海。

1979年3月和7月,两艘“旅行者”飞船在离木星几百万千米处匆匆掠过,它们只是找到了“木卫二”特别明亮的原因——上面覆盖着一层冰,冰面上则有许许多多的黑色条纹。

当时估计这些条纹是冰块间的裂缝。1996年12月19日,“伽利略”飞船第二次接近“木卫二”,由于两者的最近距离只有692千米,因而这次让人们见到了“木卫二”上的细节:表面上的确有大块的浮冰在四处漂移。

接着在1997年、2000年,“伽利略”飞船又三次近探“欧罗巴”,最近时飞船离“木卫二”表面的距离仅198千米,这比“国际空间站”离地面距离的一半还近!“伽利略”飞船发回的众多资料证据确凿,现在几乎没有人对于“我们太阳系中存在着另一个海洋”有什么异议了。

最近,“哈勃”望远镜观察揭示,“木卫二”还有一个含氧的稀薄大气层。

地球上的氧是生物“制造”的,“木卫二”氧气的来源是什么呢?有关专家推测,太阳光中的电荷粒子撞击“木卫二”的冰质表面,产生水蒸气,从而可能分解成氢气和氧气。

天文物理学家布雷德·达尔顿认为,“木卫二”表面有一些浅红色暗斑,那是冻死的细菌残余所致。在“木卫二”这样的条件下,有3种细菌可以使它的红外光谱出现异常,这些细菌都具有类似玫瑰和咖啡的颜色。

美国科学家的最新研究成果认为,“木卫二”上所具有的各种元素,应该可以满足生命存在的最低要求,这是人类关于“木卫二”上是否存在生命的争论的最新进展。

“木卫二”的大气层足以支持生物体生存吗?

为了揭开这一谜团,美国国家航空航天局计划于2015年发射一个绕“木星”飞行的轨道探测器,然后慢慢将控测器推到“木卫二”引力范围,进入“木卫二”轨道,在“木卫二”着陆后,在它的冰层上打一个洞,进而探测“木卫二”的海洋。到那时,“木卫二”有无生命的谜团也许将被真正揭开。

“土卫六”:水和生命之谜

1655年3月25日,荷兰天文学家惠更斯用自制的3.7米长的折射望远镜观测土星时,无意中发现土星身边有一颗卫星。它就是举世瞩目的“土卫六”,也是人类发现的第一颗土星卫星。

以前人们认为“土卫六”是太阳系最大的卫星,很长一段时间以来一直有“卫星之王”之称。但最近美国在1977年发射的星际太空船“旅行者2号”测量的数据表明,它的实际直径是5150千米,但仍然比水星大,比冥王星更大。

“土卫六”是太阳系中唯一有浓厚大气存在的卫星,一层薄薄的雾笼罩在它200千米的上空。“土卫六”的表面大气压力比地球的要大50%,大气的主要成分是氮,约占98%,甲烷占1%,其余为碳氢化合物等。大气层厚度约为2700千米。

“土卫六”表面温度很低,在—190℃~—210℃之间,有美丽的液氮海洋,这些条件与地球早期生命起源的情况相似。

科学家认为“土卫六”的表面,可能存在有机物堆积。这些都是人类了解生命起源和各种化学反应的理想之所。

“土卫六”是由近一半的冰和一半的岩石物质组成的。它可能被分成许多层,直径约3400千米,有一个岩石核心,被许多由冰晶体组成的地层环绕着,它的内部可能还是热的。

科学家们多年前曾推测,太阳紫外线辐射与甲烷相互作用,可能会使大量液态和固态碳氢化合物落到“土卫六”表面,形成液态有机物湖泊或海洋。

科学家们还认为,“土卫六”的海洋是由70%乙烷、25%甲烷和5%溶解氮组成的,它的深度达1000米。

为什么太阳系中所有的卫星都没有大气,而“土卫六”得天独厚,却有一个如此稠密的大气层呢?

“土卫六”有许多有机化合物和可能潜在的液体环境。尽管它对于生命来说极其寒冷,但是否有生命存在的可能呢?

天王星的与众不同之处

1781年3月13日晚,英国天文学家威廉·赫歇耳发现天王星的消息轰动了世界。随着人们对天王星了解的深入,天王星神秘的面纱也被一一揭开。

经测定,天王星赤道的半径约为2.59万千米,体积是地球的65倍。它的公转半径约29亿千米,公转一周需84年。天王星离太阳约28.8亿千米,而土星离太阳仅14亿千米。

天王星有一个与众不同之处,就是它的运行姿态十分奇特。

一般的行星,都是侧着身子绕日运动,它们的自转轴和公转轨道平面,全都近似垂直,有一点儿小的倾斜,地球的倾斜角为23.5°,火星为24°,木星为3°,土星为27°,这正是引起季节变化的原因。

可是,天王星的自转情况则与众不同,天王星自转轴的倾斜度达到98°,它的自转轴与公转轨道平面近乎平行——仅有2°的夹角。实际上,天王星是躺在它的轨道面内旋转的,就跟保龄球滚在球道上的情形差不多。

这一事实意味着,天王星的季节也非常奇特。在天王星的一年中(相当于地球上的84年),太阳轮流照射天王星的南极和北极。当太阳照射北极,北半球处于夏季,在北极地区,太阳看起来就像悬挂在头顶的上方,而且总不下落。而当冬季来临时,这颗行星一半地方进入漫漫的寒冷冬夜中,一直持续几十年。只有随着太阳渐渐照射到赤道上,天王星的世界,才有白天到黑夜的交替。

即使在夏季,天王星地表的温度也很低,达到—211℃。这样怪异的气候类型,无疑是因为这颗行星的大气层得到奇特的、不均匀加热的结果。

此外,天王星也有光环。现已发现天王星共有11道星环。这使天王星成为继土星以后的第二个带环行星,打破了土星长期独领风骚的局面。但是,天王星的光环是不能与土星美丽的光环相提并论。

对天王星的了解还远没有结束,人们期待着通过对天王星的研究,能有助于我们更好地了解太阳系的秘密。

海王星的秘密

1845年,英国剑桥大学的学生亚当斯推算出了海王星的轨道。1846年,法国天文学家勒维耶把亚当斯推算出的海王星的轨道和自己推算的研究结果寄给了柏林天文台的加勒,引起了加勒的重视。加勒当晚就进行了观测,在勒维耶预报的位置附近,果然找到了这颗新行星——海王星,发现它的位置同勒维耶指出的位置相差不到1°。海王星是凭借纸笔计算发现的,可以说是“笔尖底下”发现的星星。

海王星和天王星,在大小、质量、密度方面都差不多,很可能是化学组成和内部结构基本相同。海王星的赤道半径2.46万千米,体积是地球的57倍,上面有一个鹅卵形的“大黑斑”,直径约1.28万千米。据说,这是太阳系最大的风暴在此横行,气体云以每小时2800千米的速度在移动。

海王星也有大气,主要成分是氢、甲烷、氨等气体。海王星也有光环。木星、土星、天王星和海王星同属“类木行星”天体。“旅行者2号”于1989年飞近海王星时,发现海王星共有5个光环,其中有一个是尘埃壳。海王星的光环中外面2个较亮、较窄,里面2个较暗。处于两个窄环外面的尘埃壳既宽又厚,尘埃圆面宽达1万千米。

“海卫二”奇怪的轨道和亮度

人们在1949年发现“海卫二”的时候,就注意到了它那奇怪的轨道。它的轨道是扁长的,最近距海王星140万千米,最远则达到970万千米。

美国国家航空航天局的天文学家通过对“海卫二”表面的反射光进行详尽的光度测定后发现,1987年7月,它的反射光的强度在8昼夜内就变化了4次。“海卫二”的轨道为什么这么奇特?而它的反射光又为什么这么扑朔迷离呢?科学家们对此提出了种种不同的看法。

对于它那种扑朔迷离的反射光,一种解释认为是来自于它那种极不规则的形状。人们观测到的亮度取决于它的哪一面朝向地球。

到目前为止,科学家们还没有弄明白像这样大的卫星(直径约600多千米)为什么会有这样不规则的形状。一般认为,任何直径在400千米以上的天体,其引力都会使它呈相当规则的圆形。

还有一种解释认为,“海卫二”的表面有不同的反照率。

关于“海卫二”扁长的轨道,也有不同的解释。一种观点认为,“海卫二”曾经是一颗从未被海王星引力所触及的小行星,因此形成了扁长的轨道。

还有人认为,“海卫二”是由一些远离海王星的细小天体组成的,后来才同海卫二一道,被某个巨大的天体从原始轨道挤撞到现在的轨道上。

多谜的冥王星

发现海王星后,差不多过了一百年,用发现海王星同样的方法,又一次取得了轰动世界的成就——发现冥王星。

冥王星很小,它的直径只有2330千米,比月球还要小。它的质量只有地球的1/500。拿它同水星比,它只有水星的一半;拿它同小行星“谷神星”比,也只是“谷神星”的2倍多一点。它正好介于最大的小行星和最小的大行星之间,因此,2006年8月,国际天文学联合会将其排除在太阳系行星之外,使得太阳系的行星从九颗转为八颗。

1978年,美国海军天文台发现了一颗冥王星的卫星,命名为“卡龙”,“卡龙”的直径是1200千米,相当于冥王星的一半;“卡龙”距冥王星只有1.913万千米,是月球同地球距离的1/20。

有趣的是,“卡龙”的公转周期与冥王星的自转周期完全一样,都是6.38天,那就是说,“卡龙”永远固定在冥王星赤道上空的某一点上。这样的同步卫星,在太阳系中是绝无仅有的。

因此,冥王星和“卡龙”是主星和卫星,还是一对“双行星”?人们不得而知。

其次,冥王星的轨道在所有行星中最奇特,这不仅在于它的长,更在于它的扁。冥王星的偏心率大到0.256,而其他行星的偏心率平均为0.06。这样扁的轨道致使它有一段时间会跑到海王星的轨道之内,从而失去太阳系中最远行星的地位。

另外,在八大行星中,离太阳近的是一类,如水星、金星、地球、火星,它们体积较小,密度却很大;离太阳远的又是一类,如木星、土星、天王星、海王星,体积较大,密度却都很小。奇怪的是,冥王星离太阳最远,但体积小,密度也不大,不能归入其中任何一类。

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