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第11章 宇宙的常识(2)

金星绕太阳公转一周相当于地球上的225天,自转一周为243天。由于它的自转方向与公转方向相反,是逆向自转,所以在金星上看到的太阳是西升东落的。金星的逆向自转,使得金星上的一昼夜比它自转一周的时间要短得多。据计算,金星上的一昼夜为117天,白昼和黑夜各为59天左右。金星上的“一年”大约只有“两天”。

金星的体积、质量都和地球相近。它也有大气层,靠反射太阳光发亮。从前,人们一直认为金星是地球的“孪生姐妹”,可能有生命存在。自1961年以来,苏联先后向金星发射了14个行星探测器,证明金星的大气中有一层又热又浓又厚的硫酸雨滴和硫酸雾云层。大气的主要成分是二氧化碳,占97%,氩和氖的含量也比地球上多得多;金星表面有90个大气压,相当于地球上海洋900米深处所受的压力。金星大气层形成了全球性的“大温室”效应,地面温度在480摄氏度以上。显然,在这样的环境中,生命是难以存在的。

火星

从古时候起,火星就是天文学家非常感兴趣的天体。与金星不同,火星通常没有云层遮掩,加上它在轨道上运行离地球比较近,因此,它是使用望远镜进行观测的一个近乎理想的目标。火星的体积约为地球的一半。它的大气主要由二氧化碳组成,并且很稀薄,产生的压强约为地球大气在地表产生压强的1%。这个行星表面的温度在它的一天之中变化范围很大,从黎明之前的约190K到午后的约240K。这个行星的中心很可能是一个小的铁或硫化铁核。如果火星有磁场,它也很弱,以至还没有仪器能把它检测出来。

火星像地球一样,它的自转轴是倾斜的。因而这个行星在轨道上绕太阳运行期间,先是一个半球,随后是另一个半球得到较多的阳光,从而导致气候的季节变化。因为低温和低压,液态水不能在火星表面存在。水只能作为冰保存在两极,或许也能封闭在地表之下,或者作为蒸汽处于大气之中。不过,有迹象表明,以前的温度可能比较温暖,大气压强也较高。从“海盗”号航天器发回的一些图像显示了像是干涸的河床和峡谷的表面特征。它们可能是降水和径流造成的,但也可能是由逸出地面的地下水造成的。

有几个世纪之久,天文学家认为火星上可能存在生命。由于望远镜效能增强,这个争论加剧了。1877年意大利天文学家乔凡尼·斯基亚帕雷利描述说这个行星上有一系列相互联系的水道。美国天文学有珀西瓦尔·洛韦尔解释说斯基亚帕雷利所用的词Canal1意思是运河,他还推测,它们是一个先进但却行将结束的火星文明建造的。然而,大多数天文学家看得出没有什么运河,因而怀疑其真实性。这场争论直到1969年美国火星探测器发回图片才最终解决。图片显示出许多环形山,但没有任何类似于水道或运河的东西。

有些科学家猜想,在火星上有可能存在某种类型的微生物,因为这个行星上有水存在,并且过去的温度可能是温暖的。美国的“海盗”号探测器系列由两个轨道飞行器和两个着陆舱组成,部分地用于搜寻火星上过去和现在生命存在的证据。两个着陆舱1976年在这个行星上降落,进行了许多试验,包括详细的火星大气和土壤的化学分析。但任何有机物的痕迹也没有发现。随后的美国探测器“火星观察者”1992年发射,它装备了研究火星表面成分、火山活动和大气的仪器。

火星有两个小卫星,火卫一和火卫二。它们可能是被俘获的小行星。两个卫星都很小,以至没有足够的内部重力以形成球体外形,而是有些像两个马铃薯,火卫一长约27千米,火卫二长约15千米。两个卫星都有与其轨道周期相等的自转周期,因而它们总是以同一面朝向火星。火卫二有些子缓的环形山,它们差不多都掩埋在其他天体反复撞击产生的浮土中。火卫一也覆有浮土,但它要崎岖很多,并受过很重的撞击。火卫一上最大的环形山斯蒂尼环形山直径约10千米。

火卫一离火星非常近。而且它的轨道正在逐渐收缩,使得它随着每一圈轨道的运行而更接近这颗行星。天文学家估计,火卫一可能会在1亿年后的某个时候坠落到火星表面上。火卫二处在较远的轨道上,并且逐渐远离这颗行星。

木星

木星是太阳八大行星(原为九大行星,后因冥王星被评为矮行星,故改称八大行星,)中最大的一个,它那圆圆的大肚子里能装下1300多个地球,质量是地球的318倍。太阳系里所有的行星、卫星、小行星等大大小小天体加在一起,还没有木星的分量重。天文学上把木星这类巨大的行星称为“巨行星”,西方把它称为天神“宙斯”。

木星虽然个头大,但距地球较远,所以看上去还不及金星明亮。木星绕太阳公转一周约需12年时间,因此,几乎每年地球都有一次机会位于太阳和木星之间。在这些日子里,太阳落山时,木星正好升起,人们整夜都可见到它。木星轨道外的其他行星也有这一特征。

木星大约12年在星空中运行一周,每年经过一个星座。我国古代将木星在星空中的运行路线分为“十二次”,木星每行经“一次”,就是一年,所以木星在我国又有“岁星”之称,用以纪年。据说,这种岁星纪年是十二地支的前身。

木星自转一周为9小时50分,是八大行星中自转最快的。它呈明显的扁球状,赤道直径与两极直径之比为100:93。从望远镜里观察,木星赤道附近有一条条明暗相间的条纹,呈黄绿色和红褐色,那就是木星的大气中的云带。木星大气主要由氢和氦组成,有1000多公里厚。它们把木星紧紧地裹住,使我们无法直接看到它的表面。在木星赤道的南侧,有一个引人注目的大红斑,它自1665年被发现以来,还从未消失过。

木星上最为壮丽的奇景,大概要数众多的卫星了。地球只有一颗天然卫星——月球,而木星的卫星有16颗。它们有的比月亮大,有的比月亮小。其中最大的4颗是1610年伽利略用手制望远镜发现的,因此被命名为伽利略卫星。这个卫星系统有不少类似于太阳系行星系统的特征,因此,它们与木星的组合,很像一个小小的太阳系“复制品”。

自1973年以来,美国发射的“先驱者10号”、“旅行者1号”等宇宙飞船,曾相继飞近木星,拍摄了几千张木星的彩色照片。观测资料表明,木星是一个流体行星,它的表面是一个高温高压的液态氢海洋。木星有很强的磁场和辐射带,它的磁极方向正好与地球相反,地球的S极在北极附近,而木星的S极在南极附近。

土星

土星是八大行星中仅次于木星的另一颗巨行星。它的体积是地球的745倍,质量是地球的95倍。在1781年发现天王星以前,人们一直把它的运行轨道当作太阳系的边界。

土星自转速度仅次于木星,自转一周为10小时14分钟。它的赤道直径与两极直径之比为100:90,是太阳系中最扁的一颗行星。土星个头虽大,密度却很小,只有水的70%。如果宇宙空间有一个浩瀚无际的大海,那么它就可以漂浮在海面上,而其他行星则将沉入海底。

土星有一个美丽的光环,宛如一条亮灿灿的“项链”镶嵌在它的脖子上。这个光环很薄,厚度只有15—20公里,而宽度却有20万公里。光环主要由无数平均直径不到1米的小石块和小冰块组成。关于它的成因,一般认为光环离土星很近,在这样近的距离上,土星的引潮力大到不允许在这里形成较大的固体块——卫星。

作为太阳系中的第二号巨行星,土星有不少地方与木星相似:土星也是一个没有大陆的汪洋世界,其中流动着液态氢,浓密的大气层的主要成分是氢和氦,还有部分氨、甲烷和有色彩的分子。土星和木星一样,是卫士众多的行星,它一共有21—23颗大小不等的卫星围绕着它旋转。其中最大的一颗卫星——土卫六,是整个太阳系中第二颗大卫星,直径5150公里,比月球的直径还大1674公里。最小的是土卫九,直径只有300公里。距离土星最近的土卫十五,平均距离137万多公里。

海王星

海王星是继天王星之后发现的第二颗新行星。但与天王星不同,海王星的发现是神机妙算的结果,这使海王星成为一颗轰动一时的“名星”。在赫歇耳发现天王星的18世纪,天文学家利用牛顿的万有引力定律,已经能够准确地预告水星、金星、火星、木星及土星在天空中的位置了。可是,用同样的方法来计算天王星的位置,却老是跟观测结果不太符合。这颗古怪的行星总是偏离它应该走的路线,这究竟是什么原因呢?1840年,天文学家贝塞尔大胆地提出一种假设,他认为在天王星运行轨道之外,可能有一颗未知的行星在影响着天王星的运动。贝塞尔的假设很快得到响应。英国和法国的两位年轻天文学家亚当斯和勒威耶,经过几年的艰苦努力,通过一系列复杂而浩繁的计算,终于在1845—1846年各自独立地计算出了这颗假设的行星的运行路线和位置。紧接着,德国天文学家伽勒果然在理论预告的位置上发现了这颗未知的行星,它被命名为海王星。

其实,作为太阳系九大行星之一,海王星本身并没有什么特别的地方。它比地球大近4倍,直径约为5万公里。与太阳的平均距离为45亿公里,大约相当于地球与太阳距离的30倍。

海王星绕太阳公转一周约为165年,自转一周为15小时48分。海王星上也有四季变化,不过因为公转一周时间很长,因而四季变化十分缓慢。由于海王星离太阳很远,接收到的太阳光和热很少,因而它的表面又暗又冷,温度在零下200摄氏度以下。

从望远镜里观察,这颗遥远的星球也和木星一样呈扁球状。表面上分布着一条条平行于赤道的明暗相间的带状斑纹,颜色呈淡绿色。海王星大气层中的主要成分是氢。

海王星有两颗卫星,离海王星较近的是海卫一,体积比月球还大,上面可能存在大气。海卫二的体积要小得多,直径约400公里,距海王星556万公里。有趣的是,这两颗卫星一个顺行,一个逆行,以完全相反的方向绕着海王星旋转。

冥王星

海王星被发现以后不久,从1850年开始,一些天文学家就分析推算在海王星以外可能还有一颗未知的新行星。1905年,美国天文学家洛威尔完成了对未知新行星运行轨道的预测推算,并且着手用照相方法进行搜寻,但一直没有什么结果。1916年洛威尔去世,他所创建的洛威尔天文台继承了他的遗愿,继续不懈地搜寻着。直到1930年2月18日,年轻的汤波终于在检查一批巡天星象照片时,发现了这颗新行星。按照天文学界的传统,给这颗新行星起了一个罗马神话中神灵的名字——冥王星,意思是“地狱”里的“阎罗王”。

冥王星的体积比水星还小,绕太阳公转一周要248年。在九大行星中,冥王星是离太阳最远的,约有59亿公里,比地球离太阳远40倍,跑得最快的光线也要花五个半小时才能跑完这段路程。从冥王星上看太阳,太阳只是一个耀眼的光点,它从太阳上所接受到的光和热,只有地球从太阳得到的几万分之一。因此,冥王星上是一个十分阴冷黑暗的世界。估计它的向阳一面的温度在零下220摄氏度左右,背阴一面的温度在零下250摄氏度以下。在这样低的温度下,绝大多数物质都已变成固态和液态,只有氢、氦、氖还可能是气态。

冥王星绕太阳公转的轨道的偏心率比其他行星大,以致当它运行到远日点附近时,距离太阳为日地距离的49倍,而在近日点附近时,还不到日地距离的30倍。在近日点附近,它的轨道在海王星轨道内,距离太阳比海王星还近。由于两个行星的轨道面不相合,即使在两轨道面的交叉点附近,它们之间的距离仍然很大,因此不会发生两星相撞的现象。

冥王星的卫星——冥卫一是1978年才发现的。冥卫——绕冥王星的公转周期与冥王星的自转周期相同,都是6天9小时,它是迄今为止人们所知道的唯一的天然同步卫星。因此,在冥王星上我们可以看到行星世界独一无二的奇景——天空中有一个位置永不变动的“月亮”。

那么,冥王星是不是太阳系边界的尽头了呢?是否在冥王星以外,还存在太阳系的第十颗大行星呢?天文学家正在进行更深入的研究探测。

2006年8月24日国际天文学家联合会将冥王星定义为“矮行星”。彗星、月球和陨石

哈雷彗星

1682午11月22日晚上,整个伦敦城乱成一团,到处可以听到人们惊慌失措的叫喊声和祈求上帝保佑的祷告声。这是怎么回事?原来,这一天夜空中突然出现了一个形状奇特的巨形“怪物”——特大彗星,它像一把寒光逼人的利剑,划过深邃的夜空,使满天星斗为之失色。然而,它更像一把倒挂的大扫帚高挂天际,令人惶恐不安。

这一天,年轻的英国天文学家哈雷也凝望着天空,他并不像人们那样恐惧不安,而是用望远镜仔细地观察着这颗不寻常的星星。他发现这颗彗星与历史上出现的两颗彗星有相似之处。他从历史资料中知到,大约在76年前,即1607年时出现过一颗大彗星,再向前推76年,即在1531年,也出现过一颗大彗星。哈雷通过计算证实,这颗彗星的轨道与前两次出现的大彗星的轨道十分相似。于是哈雷大胆地推测,1682年、1607年和1531年三次出现的大彗星,其实是一颗约以76年为周期绕日运行的彗星。他并且预言,这颗彗星在76年后还会再次出现。1759年初,这颗大彗星果然在理论预计的位置上再次出现。可惜的是,哈雷已于1742年去世,未能亲眼看到自己的预言变为现实。

对这颗大彗星的计算和预言成功,是天文学史上一个惊人的成就。为了纪念哈雷的伟大功绩,人们把这颗彗星命名为“哈雷彗星”。

像大多数彗星一样,哈雷彗星主要由冰和其他冰物质、岩石物质组成。在距离太阳较远时,由于温度较低,物质处于固结状态,体积也较小,这一固结状态的物质称为彗核。当彗核向太阳附近运行时,温度逐渐升高,冰物质挥发,形成比彗核大得多的“彗发”,它看上去为亮斑,大小和亮度逐渐增大。当它继续接近太阳时,由于太阳辐射和太阳风的作用,彗星开始出现长长的尾巴,而且方向总是背向太阳。

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