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第2章 神秘的行星(1)

八大行星分类

行星的分类方法有很多种。在太阳系中,如果按轨道的位置来分,可以分为内行星和外行星两大类。运行轨道在地球轨道之内的行星有水星和金星,它们叫做“内行星”;运行轨道在地球轨道之外的行星,有火星、木星、土星、天王星、海王星,它们就叫做“外行星”。

如果按照物理性质来分,又可以分为类地行星和类木行星两大类。物理性质与地球类似的行星被称为“类地行星”,这类行星有地球、水星、金星、火星,它们体积小、密度大、自转较慢,卫星较少或没有卫星;物理性质与木星类似的行星叫“类木行星”,这类行星有木星、土星、天王星和海王星,它们体积大、密度小、自转相当快、卫星多。

水星

水星的英文名字Mercury来自罗马神话中的墨丘利(赫耳墨斯),他是罗马神话中的信使。原因是水星围绕太阳的公转周期是88天,是太阳系中公转最快的行星。在公元前5世纪左右,当时普遍认为水星是两个不同的行星,原因是它时常交替地出现在太阳两侧不同的位置。于是人们给这“两颗”行星取了不同的名字:当出现在傍晚时,它被叫做墨丘利;但是当出现在早晨时,为了纪念太阳神阿波罗,它被称为阿波罗。直到后来才由毕达哥拉斯指出人们的错误,它们实际上是同一颗行星。

在中国,水星称为辰星,它是八大行星中最小的行星,也是太阳系最内侧和最小的行星,但仍比月球大1/3。水星是太阳系中运动最快的行星。在太阳系所有的行星中,水星有最大的轨道离心率和最小的转轴倾角,每87.969地球日绕行太阳一周。水星每绕轴自转3圈时也绕着太阳公转2周。水星绕日公转轨道近日点的进动每世纪多出43弧秒的现象,在20世纪才通过爱因斯坦的广义相对论得到解释。从地球看水星的亮度有很大的变化,视星等为-2.3~5.7等,但是它与太阳的分离角度最大只有28.3°,因此很不容易看见。除非有日食,否则在阳光的照耀下通常是看不见水星的。在北半球,只能在凌晨的曙光或黄昏的暮光中看见水星;当大距出现在赤道以南的纬度时,在南半球的中纬度可以在完全黑暗的天空中看见水星。

水星表面和月球一样,到处凹凸起伏;大小不一的环形山星罗棋布,悬崖耸立,峡谷幽深,随处可见绵延的山脉及一望无际的平原和盆地。但通过仔细检查“水手10号”所拍的照片,科学家们还是发现了水星和月球地貌的差别。

首先,比较环形山密集分布的地区,中间有众多平坦的山间平原,这在月球上是难以见到的,月球表面上密布的环形山是叠加的,彼此之间根本不存在平地。科学家认为,这是由于水星和月球表面引力系数不同造成的。同地球引力相比,月球表面引力是0.16牛/千克,水星上表面引力为0.38牛/千克(把地球的表面引力系数取作1.00牛/千克。如果一个人在地球上重量是50千克,到月球上就只重8千克,到水星上会重19千克)。环形山都是由无数陨星撞击形成的,受碰撞时溅出的火星物散落面积因引力大小而不同,水星上抛射物散落面积小,二次撞击后所形成的环形山紧靠着初次撞击所形成的环形山附近;而在月球表面上,二次环形山就可以远距离分散在六倍大的面积上。由此,水星上未受任何撞击的古老平原不容易被环形山全部占据,而是间或存在于环形山之间。

其次,水星表面处处都有扇形峭壁,称为“舌状悬崖”,高1~2千米,长几百千米,这些悬崖被认为是巨大的褶皱,但这在月球表面是无论如何也看不到的:水星上最高的峭壁达3千米,绵延数百千米,例如水星北极附近的维多利亚悬崖。

“水手10号”还发现水星有一个磁场,虽然地球磁场比它强上100倍,但水星上的确存在类似于地球的双极磁场,且比金星和火星的磁场强大很多。这一点纠正了1974年以前的错误观念,人们一直以为水星由于自转缓慢,所以不会产生磁场。

水星周围有磁场,这就意味着水星必定有一个铁质的内核,只有这样,水星才会有永恒的磁场。科学家精密计算出铁质内核的直径为3600千米,竟和月球大小极其相似。因为水星密度很大,它的体积只有地球的5%,所以水星这个铁质内核该是异常巨大而坚硬的。

水星探秘

在肉眼能看到的五大行星中,水星是最难以捉摸的。因为它离太阳最近,躲藏在强烈的阳光里,难以一睹它的容貌。就连鼎鼎大名的天文学家哥白尼,也因没有看到过水星而遗憾终身。但是在机会碰巧的情况下,水星会从太阳面前经过。这时,人们可以看见在明亮的太阳圆盘背景上出现了一个小圆点,那就是水星,这种现象叫做“水星凌日”。上两次看到的“水星凌日”发生在2003年5月7日和2006年11月8日中午前后。

水星凌日时,水星在太阳明亮的背影上呈现一个黑点,仔细观察会看到水星的边缘异常清楚,这说明在水星上是没有大气的。

由于水星离太阳比地球近得多,只有日地距离的一半不到,所以在水星上看太阳就比地球上看到的大得多,当然也更耀眼。

更为奇特的是,因为水星上没有大气,所以可以看到星星和太阳同时在天空中闪耀。

在太阳系的九大行星中,水星获得了几个“最”的纪录:

(1)水星和太阳的平均距离为5790万千米,约为日地距离的0.387倍,是距离太阳最近的行星,到目前为止还没有发现有比水星更接近太阳的行星。

(2)水星离太阳最近,所以受到太阳的引力也最大,因此它在轨道上跑得比任何行星都快,轨道速度为每秒48千米,比地球的轨道速度快18千米。这样快的速度,只用15分钟就能环绕地球一周。

(3)水星年是太阳系中最短的。它绕太阳公转1周只有88天,还不到地球上的3个月。在希腊神话中水星被比作脚穿飞鞋、手持魔杖的使者。

(4)水星距离太阳非常近,又没有大气来调节,在太阳的烘烤下,向阳面的温度最高时可达430益,而背阴面的温度则低到-160益,真是一个处于火与冰之间的世界!昼夜温差近600益,夺得行星表面温差最大的冠军当之无愧。

(5)在太阳系的行星中,水星“年”时间最短,但水星“日”却比别的行星长,在水星上的一天(水星自转一周)将近是地球上的两个月(为58.65个地球日)。在水星的一年里,只能看到两次日出和两次日落,那里的“一天半”

就是“一年”。

为了揭开水星之谜,美国宇航局在1973年11月3日发射了“水手10号”

行星探测器,前往探测金星(1974年2月5日)和水星(1974年3月29日)。

“水手10号”在日心椭圆轨道上和水星有两次较远距离的相遇,拍摄了第一批水星表面大量坑穴的照片。从此水星表面的真面目被逐渐地揭开了。

1974年3月,“水手10号”行星探测器从相距20万千米处拍下了水星的近距离照片,粗略看去很容易和月球照片相混淆,但仔细去看,水星表面的坑穴比月球上的环形山更多更密,经分析证实这些大多是40亿年前被陨星撞击形成的。

“水手10号”先后拍摄了水星表面两千多张照片,清楚地看到水星表面有大量的坑穴和复杂的地形。在水星上有一个直径1300千米的巨大的同心圆构造,这很可能是一个直径有100千米的陨星冲撞而形成的,它很像月球背面“东方”盆地的情形。这个同心圆构造位于水星赤道地带,特别热,所以用热量单位“卡路里”来命名,叫做卡路里盆地。另外有的坑穴还有像月球上某些环形山具有的辐射状条纹。这也许是因为小的天体撞击水星时,产生了许多小碎片,向四方飞散而造成的,有的长达400千米。水星表面共有100多个具有放射状条纹的坑穴。

水内行星是否存在

众所周知,在太阳系中,从离太阳最近的水星,到目前离太阳最远的海王星(冥王星有时比海王星离太阳近),总共有9大行星。

但是,近些年来,人们怀疑继冥王星被发现之后(后被排除在大行星之外),还有第十个行星存在,为什么呢?

天文学家们发现,有一个物体在扰乱天王星和海王星的轨道。与其说天王星和海王星有一条环绕太阳运行的平稳轨道,倒不如说它们有自己的摄动轨道。

许多年来,一些天文学家认为这种摄动来源于它们的远邻冥王星的重力吸引。

这种重力吸引主要取决于冥王星的质量和冥王星与它们之间的距离。物体质量越大,其重力对其他物体吸引力也越大,然而,当物体之间距离增加,吸引力则相应减弱。科学家们知道冥王星与海王星、天王星之间的距离,但没人知道冥王星的质量是多少,如果冥王星的质量约等于或超过地球的质量,那么科学家就可以推算出,冥王星的吸引力将发挥在邻近的两颗大行星的摄动量上。

然而,1978年6月22日,美国海军天文台的克里斯蒂在一张冥王星的底片上发现它的边缘有一个小小的突起,再查看以往的底片,同样有这种现象,并且位置有规律地变化着,克里斯蒂认为这是冥王星的卫星,取名“卡龙”。这颗取名“卡龙”的冥卫星以6.39天围绕冥王星转一周,它的轨道置于冥王星17000千米。由此算出冥王星的直径为2200千米,是太阳系中最小的行星。

这一发现导致出一个必须正视的结论:冥王星不像天文学家推想的那样重,其质量加上它的卫星“卡龙”的质量或许仅有地球质量的1/400。它的引力不足以扰乱天王星、海王星的轨道。

那么是什么物体在扰乱天王星和海王星的轨道呢?答案是可能还有一颗第十大行星存在。据推测它存在的形态有以下三种可能性。

第一种可能:这颗行星的大小、质量大约与海王星或天王星相同,在离海王星约8亿千米处围绕太阳运行,距离较远,然而这样一颗距离远的行星却能够引起海王星和天王星的摄动。假如第十大行星还要远些,就得同木星一样大,或许当今能够观测出来。

第二种可能:是一种暗淡的约有太阳大小的星体在活动,这个星体在距离冥王星的轨道约80亿千米的地方,换言之,是地球到太阳距离的800倍以上,天文学家认为,许多星体在远处都有“暗淡的伙伴”。

第三种可能:是有一种约是太阳质量10倍的物体,由于自身的奥秘,潜在160亿千米的黑暗之中,环绕太阳系旋转,它很黑,看不见。“黑洞”就是一种密度极大,导致它的吸引力不允许界内的任何物体逃出的天体。在这样大的距离上,黑洞引力之强足以使海王星和天王星摄动。

美国海军天文台的天文学家利用大型电子计算机开展对太阳系“第十大行星”的寻觅工作。他们首先估算了“第十大行星”的可能质量和距太阳的大致距离,然后把有关天文资料输入电子计算机进行计算,确定一系列便于进行观测的空间区域,最后用天文望远镜对计算出的区域进行搜寻。

新西兰布莱克泊奇天文台也在积极地进行寻找工作。天文学家认为,这颗未知行星有地球3~5倍大,绕太阳一周大约需要1000年,它与太阳的距离约是冥王星与太阳距离的5倍。

然而英国谢菲尔德大学的戴维·休斯提出了不存在第十行星的理由:首先,凝聚成行星的原始星云,没有扩散到比冥王星轨道更远的地方;其次,即使星云扩散到冥王星外更远的地方,太阳系也没有足够的时间在离太阳如此遥远的距离处把原始星云凝聚成行星。

太阳系最亮的行星

除了太阳和月亮,用肉眼看上去,天空中最亮的天体是金星。金星最亮的时候,比着名的亮星天狼星还亮14倍。白天它不会被阳光完全淹没,夜晚还能把人和物体照出影子。

金星在不同的国家和地区有着不同的名字。我国古代把金星称为“太白金星”。现在,我们把太阳升起之前就出现在东方的金星,称为“启明星”,表示距天明不远;把傍晚时候,低垂在西边地平线上的金星,称为“长庚星”,预示着漫漫长夜即将到来。古罗马人把金星想象成爱与美的女神的化身,名字叫做“维纳斯”。

金星的自转很特别,自转方向与大多数行星相反,是自东向西转,人们称之为“逆向自转”。因此,从金星上看太阳是打西边升起来,从东边落下去。

金星自转得非常慢,它自转一周相当于地球上的243天。金星绕太阳公转的轨道是一个较圆的椭圆形,其公转速度约为每秒35千米,公转周期约为224.7天(按照地球的天数算),比它自转一周的时间还短一些。

当金星运行到太阳和地球之间时,我们可以看到在太阳表面有一个小黑点慢慢穿过,这种天象叫做“金星凌日”。我们用肉眼也许能看到金星凌日,但效果肯定不好。如果我们用天文望远镜在天气条件好的情况下观看,就可以看到由金星大气折射成的光圈。如果当天日面上黑子较多,还可能出现金星掩太阳黑子的现象,蔚为壮观、奇妙。

对金星的探索

“维纳斯”是爱和美的女神的名字。金星是人们最喜爱而又美丽的行星,因此西方人把金星叫做“维纳斯”。金星给人类留下了许许多多美丽的传说,促使人类去探索去证实。进入20世纪60年代后,人们把探测的目标瞄准了金星。

1961年2月4日,苏联在拜科努尔火箭发射场升空了第一颗重618.3千克的金星无人探测器“巨人号”,很可惜失败了。2月12日苏联又发射了探测器“金星1号”。它重643.5千克,备有2块太阳能电池板和直径2米的折叠式抛物面天线。5月19日至20日从距离金星10万千米的地方通过,由于无线电通信系统出现故障,又未能对金星进行考察。

1962年7月22日,美国将重200千克的“水手1号”金星探测器,从卡纳维拉尔角用“阿特打斯-阿吉纳”B火箭发射,因火箭的电子计算机程序出现故障,造成了火箭的控制系统失灵,使发射失败。一个月后,美国又发射的“水手2号”顺利地进入金星轨道,于1962年12月14日从距离金星34752千米的地方通过,此时“水手2号”距地球约760万千米,由于无线电通信正常,“水手2号”上的红外探测器等科学仪器把金星表面的温度(427益)和所得的其他数据准确地传送回地面,创造了航天史上的又一奇迹。“水手”号探测器,是美国行星和行星际探测器系列。从1962年7月至1973年11月共发射10个,其中3个飞向金星,2个成功;6个飞向火星,4个成功;另一个是对金星和水星进行双星观测,成为第一个双星观测器。

发射人造金星卫星

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