书城童书宇宙奥秘我来破
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第17章 太阳系之谜(7)

继弗拉马利昂后还有一些人建议使用这个名字,但出于各种原因这个名字一直没有成为正式的名字。直到1939年的书里还将其标记为“不常用的名字”。当时一般将海卫一称为“海王星的卫星”。

直到海卫二被发现后,特里同才于1949年被定为海卫一的正式名称。海卫一被发现100多年后天文学家才开始发现其细节。他们发现海卫一的公转方向与海王星的自转方向相反,而且其倾角非常大。

在所有太阳系的大卫星中海卫一的轨道很特别,它有一个逆行轨道(轨道公转方向与行星的自传方向相反)。虽然木星和土星的一些外部小卫星以及天王星最外部的3颗卫星也有逆行轨道,但是这些卫星中最大的土卫九的直径只有海卫一的8%,其质量只有海卫一的0.03%。逆行的卫星不可能与其行星同时在太阳星云中产生,它们是被行星捕获的。海卫一可能是被海王星捕获的柯伊伯带天体。这个理论可以解释一系列海王星卫星系统不寻常的地方。比如为什么海王星最外部的海卫二的偏心率特别高,以及为什么相比于其他类木行星来说海王星的卫星特别少(在海卫一被捕获的过程中有许多小卫星可能被甩出了海王星系统),以及为什么海卫一内部明显分层(其轨道一开始的偏心率非常大,所造成的潮汐作用产生的热量使得其内部在很长时间内为液态)。海卫一的大小和组成类似于冥王星,冥王星的偏心率使它的轨道与海王星交叉提供了很强的线索,说明海卫一本来可能是一颗类似冥王星的天体。

由于海卫一的轨道本来就离海王星非常近了,加上它的逆行轨道,它继续受潮汐作用的影响。估计在14亿年~36亿年内它会达到洛希极限。之后它可能与海王星大气层相撞,或者分裂造成一个环。

第一个试图测量海卫一直径的是杰拉德·柯伊伯,他1954年的测量数据为3800千米。此后不同测量获得的数据从2500千米~6000千米不等。但是一直到20世纪末“旅行者”飞越海王星时,人类对海卫一才更加细致地有所了解。在最早的“旅行者”照片上,海卫一呈粉红黄色。1989年8月25日“旅行者”抵达海王星时,掌握了正确地估算海卫一直径的数据。

1990年天文学家利用掩星继续观察海卫一,他们发现海卫一的大气比“旅行者”飞越时加厚了。

美国宇航局计划在2016~2018年之间发射一颗飞往海王星和海卫一的探测器,它将于2035年到达海王星。它可能携带两个可以在海卫一上着陆的探测器来研究海卫一的大气层和研究其喷泉的地质化学。

科学家还发现,海卫一确是太阳系中唯一一颗沿行星自转方向逆行的大卫星,也是太阳系中最冷的天体。它比原来想象的更亮、更冷和更小,表面温度为-240摄氏度,部分地区被水冰和雪覆盖,时常下雪。上面有3座冰火山,曾喷出过冰冻的甲烷或氮冰微粒,喷射高度有时达32千米。海卫一上可能存在液氮海洋和冰湖,到处都有断层、高山、峡谷和冰川,这表明海卫一上可能发生过类似的地震。海卫一上有一层由氮气组成的稀薄大气层,它的极冠中被冻结的氮形成—个耀眼的白色世界。

像土卫六一样,海卫一的大气由氮和甲烷组成。氮气也是地球大气层的主要成分。在地球上甲烷主要是通过生物活动产生的。但像土卫六一样,海卫一非常冷,因此其表面的甲烷不太可能是生命的迹象。此外海卫一的大气非常稀薄,因此不可能支持任何今天已知的生命。

从另一方面来看,海卫一的地质活动和可能的内部热量有可能使得它内部有一个液态的水层,氨等抗冻剂的存在有增加液态水的可能性。在这样的一个地下海洋中有可能有原始的生命存在。

“最郁闷的行星”——冥王星之谜

自19世纪天文学家陆续发现天王星、海王星和冥王星以来,冥王星是太阳系九大行星之一的说法一直被人们当成常识来记忆。然而,2006年国际天文学联合会大会却投票决定将冥王星降级,列入“矮行星”行列。

冥王星发现于1930年,是九大行星中离太阳平均距离最远、质量最小的行星。科学家掌握的资料很有限,只知道它的质量约为月球的1/3,半径为1400千米,表面平均温度不超过-221摄氏度,其构成物质的平均密度约为2克/立方厘米。

无论是70多年前被定义为行星,还是如今因为行星含义发生变化而被贬为“矮行星”,冥王星从未也无法为自己辩护,只能默默接受这一切,堪称最郁闷的行星。

在远离太阳59亿千米的寒冷阴暗的太空中蹒跚前行,这情形和罗马神话中住在阴森森的地下宫殿里的冥王普鲁托非常相似。因此,人们称其为普鲁托。而在天文学中是普鲁托英文名字前两个字母,又是对冥王星发现有推动之功的美国天文学家洛韦尔姓名的缩写。

1978年人们发现冥王星有一个卫星(卡戎)。这个卫星的表面看上去似乎与冥王星不同,它的表面覆盖着的冰似乎比固态的甲烷还多。由于它的轨道被冥王星的引力所固定,所以它们两个始终以同一半球相对。

冥王星的直径比月球还小,而卡戎的直径为1180千米,它与冥王星直径之比是2∶1,是九大行星中行星与卫星之比最大的。冥王星的质量是地球质量的0.24%,它不仅比水星质量小,甚至比月球质量还小。它的密度为1.8~2.1克/立方厘米,反照率为50%~60%。

由于还没有宇宙飞船访问过冥王星,因此它至今还是一颗神秘的星球。因为冥王星与太阳的距离是如此遥远,致使它表面的温度几乎接近-240摄氏度。在冥王星上,太阳看上去只是一颗明亮的星。

冥王星在发现之初曾被认为是一颗位于海王星轨道外的行星,但后来的事实证明并非完全如此。在1979年1月21日~1999年3月14日这段时间,冥王星就比海王星更靠近太阳。这是由于冥王星轨道的偏心率、轨道面对黄道面的倾角都比其他行星大。

冥王星在近日点附近时比海王星离太阳还近,这时海王星成了离太阳最远的行星。每隔一段时间,冥王星和海王星会彼此接近,在黄道投影图上两颗行星的轨道会交叉。但不必担心它们会碰撞,因为它们的轨道平面并不重合,即使在交叉点附近,它们之间的距离仍然是很大的。它们会像运行于立体交叉公路上的车辆一样,各自飞驰而过。

哥白尼提出日心说时,土星是太阳系的边界,后来随着天王星、海王星和冥王星的发现,太阳系边界一次次外延。然而从理论上说,太阳系的范围应比八大行星的范围大千百倍,甚至上万倍。太阳系中是否还存在冥外行星?对此,天文学家做了十分浩繁和艰苦的工作。

到底有没有冥外行星?冥王星还有什么更多的秘密?目前还是待解之谜。

最具居住条件的行星——“581c”

地球是宇宙中人类唯一能栖居的星球吗?这个困惑推动着天文学家不断望向宇宙深处。

2007年4月,欧洲天文学家首次在太阳系之外发现了一颗可能适合人类居住的行星。这颗行星温度同地球相似,大小也跟地球差不多,可能还有液态水。天文学家将此次发现称为“搜寻宇宙生命的一个重要里程碑”。科学家关于宜居星球的基本定义是:大小跟地球差不多,有类似地球的温度,有液态水。就太阳系来看,只有火星还算接近。

从理论上说,“581c”应该有大气层。不过大气层的成分还是个谜。

研究人员估计,“581c”上温度适宜,平均温度为0~40摄氏度。它是迄今发现的一颗最小行星,也是第一颗位于母星可居住地带的行星,因此增加了它表面存在液态水甚至生命的可能性。

这颗新发现的行星被命名为“581c”。它围绕着一颗叫Gliese581的红矮星运转。红矮星是一种低能量、体积较小的恒星。红矮星发射暗弱的红光,比太阳持续存在的时间长。Gliese581的质量是太阳的1/3,亮度只有太阳的l/50。“581c”的质量大约是地球的5倍。发现“581c”的科学家还不肯定,它是像地球一样的岩石行星,还是表面存在液态水的“大冰球”。

到目前为止,天文学家发现的所有220颗太阳系外行星要么太热,要么太冷,要么体积太大、大气层太厚,都不具备与地球类似的宜居环境。而新发现的“581e”看起来似乎正合适。

Gliese581红矮星还有另外两个行星,“581b”体积是地球的15倍,因温度太高而不适宜生命生存;“581d”体积是地球的8倍,因温度太低而不适宜生命生存。

除了温度适宜,“581c”上可能还充满液态水,但这仅仅是一种假设,科学家要拍摄到“581c”光谱图片需要再等20~30年。通过行星的光谱,科学家将能够发现行星上是否有水以及地外生命。

“581c”的发现第一次将太阳系之外的星球纳入了宜居星球考察范畴。“581c”是由11名欧洲科学家组成的观测组利用欧洲南部天文台安置在智利的拉希腊高山天文台的光谱天文望远镜观测到的。为了找到这颗疑似宜居星球,科学家们一一排查了100多颗恒星及其周围的行星系统。

一些天文学家认为,此次发现肯定会引发对暗弱恒星周围的行星的关注。地球附近大约80%的恒星都是红矮星。就在几年前,天文学家还认为红矮星周围的行星系统不可能是生命的栖居地。而在这次研究中,90%的时间也都用在观测与太阳类似的星系上,没想到在一个暗弱的红矮星身边找到了突破口,或许将来还会发现成百个宜居星球,但“58lc”在宇宙史上将占据第一的位置。

人类移居“581c”有几点需要考虑的:第一,“58lc”环绕恒星公转一圈只要13天,在这里人的年龄增加得更快;第二,“581c”上的重力加速度是地球上的1.6倍,你会感觉自己的体重增加了60%;第三,“581c”

距离它的恒星Gliese581的距离要比地球离太阳的距离近14倍,从“581c”上看,恒星在天空中的大小要比我们在地球上看到的月亮大20倍,而且会受到这颗红矮星的大量辐射;第四,“581c”很可能不会自转,这样它的一半一直是白天,另一半一直是黑夜。Gliese581是距离地球最近的100颗恒星之一。不过以人类目前的运载手段来说,我们用一辈子也无法抵达那里。

太阳系还有大行星吗

太阳系有几颗大行星?我们现已知道太阳系里有八颗大行星。离太阳最近的是水星,由里向外依次是金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星,最外面的第九颗行星冥王星2006年8月被降为矮行星。

对太阳系八大行星的认识,有悠久的历程。古时人们在天空中仅能看到火星、金星、火星、木星、土星这五颗行星。我国古代称金星为太白,木星为岁星,水星为辰星,火星为荧星,土星为填星或镇星。

在国外,古罗马神话中各种神的名字成为星的名字,如称水星为商神麦邱立,火星为战神马尔斯,木星为爱神丘比特,金星为太阳神阿波罗的先驱和使者。

太阳系里的八颗大行星,如同一母所生的八个兄弟,它们不但排列得很规则,而且像赛跑运动员在一个场地上比赛,非常有秩序地沿着各自的跑道,一刻不停地朝同一个方向绕着太阳在转圈子。虽然它们有的跑得快,有的跑得慢,但从来不争抢跑道。

虽然冥王星被降为矮行星,很多人还是把那里看作太阳系的边界,认为太阳系的半径就是40天文单位。

太阳系是否还有大行星呢?对于这个谜的答案,不少科学家一直在不懈地寻找。

1951年,美籍荷兰天文学家柯伊伯提出自己在海王星轨道外,离太阳40~50天文单位处可能找到了另一颗大行星。2005年7月29日,美国天文学家布朗宣布在大约100天文单位处发现了一颗柯伊伯带天体阋神星,直径达冥王星的15倍。大多数天文学家不同意把它称作行星。

那么,在比冥王星更远的太阳系外围,会不会有像火星、地球这样的岩石行星呢?科学家认为这是有可能的,也许在冥王星外围有一些如地球大小的天体,有的甚至比地球还大。这符合一种解释太阳系形成过程的最新的时髦理论,即所谓寡头行星形成理论。

按照寡头行星形成理论,行星是由尘埃粒子逐渐积聚起来形成的,这些尘团增长到小行星那么大,其中有一部分会继续增长,以至大得呈现出明显的引力场,使自己的质量更快速地增长,每一个都达到像一颗大行星那么大。这些天体就是所谓寡头行星,因为它们的引力对周围起着如同寡头一样的支配作用。

20世纪末,科学家逐渐达成共识,在当时的九大行星轨道之间是找不到大行星的,只有在水星轨道以内,或者到冥王星轨道以外才能找到,前者称为“水内行星”,后者称为“冥外行星”。

科学家从20世纪就努力寻找水内行星。虽然有的发现了一些“蛛丝马迹”,但经不少科学家的检验,没有到水内行星的身边去实地观测。1976年美国专门发射了一艘宇宙飞船在那里整整寻找了一年,也没有找到可以证明存在水内行星的痕迹。由此看来,存在水内行星的可能性十分渺茫,甚至可以完全排除了。