天文常識1001條 第六章

天文常識1001條

第六章 外太陽系：巨型行星的世界

Jupiter 木星篇

328 木星是很巨大的行星。木星是太陽系中最大的行星。舉例來說：如果木星是個金魚缸，它將盛下1200顆地球大小的玻璃球。另一種說法是，把太陽系中的其他行星全塞到木星里，還會有剩餘的空間。

329 木星和土星，天王星，海王星同屬於巨行星行列。除去冥王星外，木星和土星，天王星，海王星這四顆行星與水星，金星，地球，火星有顯著的區別。它們的質量更大，大氣層也厚達幾千公里，區別於水星等的幾十公里厚大氣。

330 木星上一直是多雲的天氣。當我們用望遠鏡觀測木星時會發現木星上有稠密活躍的雲系。各種顏色的雲曾像波浪一樣在激烈翻騰著。由於木星有快速的自轉，因此能在它的大氣中觀測到與赤道平行的，明暗交替的帶紋，其中的亮帶是向上運動的區域，暗帶是向下運動的區域。

331 從化學組成上來講，木星更像太陽。雖然木星也和地球一樣有鐵核，可是它的85%是氫元素，其餘15%主要是氦元素。其它元素只佔1%。這是因為木星有強重力場，它保持了太陽系剛形成時期的大氣組成。而地球的較弱的重力讓它失去了大多數的原初元素。

332 木星上的雲五彩斑斕。和地球上只有白色的雲不一樣，木星上的雲五顏六色。這主要是因為木星大氣中複雜的化合物造成的。

333 木星上的日子過得比太陽系中的任何行星都快。儘管木星是太陽系中塊頭最大的一個，可這並沒有阻止它成為太陽系中自轉得最快的行星。一個木星日只有不到地球上的10個小時。像太陽一樣，木星表面不是固體，在不同的緯度，木星的自轉速度不一樣（較差自轉），一天的長短也就不同。在赤道附近，一天有9小時50分（地球時），在極地附近，一天有9小時56分（地球時）。

334 木星有「大紅斑」。大紅斑於1665年被法國的天文學家卡西尼發現。它位於南緯23°處，東西長4萬公里，南北寬1.3萬公里，可以和整個地球的大小相比。探測器發現大紅斑是一團激烈上升的氣流，呈褐紅色。

335 木星有太陽系中最狂野的天氣。由於溫度太低，木星上會下氨雪。大氣中會結成比整個地球還大的冰雹。在巨大的暴風雨中的閃電的能量足以把一個地球上的城市氣化掉。

336 木星和地球的天氣是由不同的能源驅動的。地球上的天氣主要是由太陽輻射的能量驅動的，太陽照射造成大氣不同地方的溫差從而形成風，太陽能把海水氣化形成雨。而木星天氣動力的來源則在它的內部，木星大氣頂端的溫度為零下150度，在核心處溫度可高達上千度，這是因為木星有內部熱源。

337木星沒有固體表面。和地球不同，木星沒有固體表面。從木星的大氣層頂部下降到幾千公里以下的地方，你會發現一個巨大的海洋。與地球上看得到的海洋不同，這個海洋不是由水組成的，而是由可以導電的液態金屬氫組成的。它是氫在相當於幾百萬個地球大氣壓下形成的液體。在這個太陽系中最奇異的海洋下是由熔融狀的鐵和硅酸鹽組成的木星幔和木星核。

338 木星的內部能源來自於塌縮。太陽系中所有的行星都起源於46億年前的一團炙熱的的氣體和塵埃。木星的表面能有那麼高的溫度，是因為它有內部能源在釋放能量。科學家推測是木星的內部仍然在塌縮，在塌縮過程中，引力能轉化為熱能釋放出來。

339不需要太大的塌縮就會釋放出足夠大的能量。火星巨大質量的核每年幾厘米的下沉就會釋放出足夠多的能量維持木星表面難以置信的高溫。結果是，木星每年輻射向太空的能量相當於它從太陽接受輻射能的2.5倍。

340 木星會變成恆星嗎？木星如果想變成一顆恆星，它的核心溫度必須達到100萬度，這才足以點燃熱核反應（氫聚變成氦的反應），釋放出巨大的能量。而要達到那麼高的核心溫度，木星的質量至少要比現在大100倍，而它沒法從其他地方獲得這麼大的質量，所以它不可能成為一顆恆星。

341 木星有塵埃環圍繞。過去有人猜測，在木星附近有一個塵埃層或環，一直未能得到證實。直到1979年3月，「旅行者1號」考察木星時拍攝到了木星環的照片。木星光環的形狀象個薄圓盤，厚度約為30公里，寬度約為6500公里，離木星12.8萬公里。它也圍繞木星運行，每七小時繞木星轉一周。它主要由許多黑色碎石構成，不反射太陽光，所以長久以來未被發現。

342 木星有強大的磁場。木星有鐵核存在，使得那裡好像有個條形磁鐵埋在木星表層下。木星的磁場強度達3~14高斯（地磁場表面強度只有0.3~0.8高斯）。木星的磁場也束縛了許多太陽風中的帶電粒子，形成了類似地球周圍的范艾倫帶的帶狀物。那些被束縛的粒子如果打到人身上會使人喪命，所以無人飛船仍將是今後探索木星的主力。

343 在1994年7月，木星受到重大撞擊。當時電視台直播了整個撞擊過程：20多塊山一樣大小的彗星碎片以13萬公里每秒的速度撞擊了木星，釋放出的能量相當於幾百萬噸的TNT炸藥爆炸釋放的能量。撞擊激起的激波有整個地球大小，由激波掀起的物質所組成的暗雲在空中持續了長達一年的時間。

344 在1995年末，木星探索進入新的篇章。在1995年12月7日，經過六年的長途旅行，「伽利略」號飛船到達並進入了木星的軌道（它以前的「先驅者」和「旅行者」都只是從木星旁經過）。「伽利略」將發揮至少兩年的珍貴木星資料，並放出第一個人造機器人進入木星大氣層探索。「伽利略」號的照片比「旅行者」有更好的地面解析度，會提供更還得資料給我們。

345 「伽利略」發現木星上的風速比科學家預期的要大。「伽利略」放出的進入木星大氣層的機器人在受到木星上高溫高壓環境影響前發揮了一個小時的資料。結果分析發現，木星上的風速達到了335公里/秒，比科學家預期的200公里/秒要大。

346 「伽利略」還發現木星上的化學成分很少。「伽利略」放出的機器人還發現了木星上沒有科學家預言造成木星五顏六色雲的多種化合物，如乙烷，磷化氫等。它還發現木星上的氦要比預想的少一些。不過，這還不足以否定科學家們以前的推測，因為這個機器人探測器只對木星大氣的頂端進行了一個小時的探測，而不是全面的探測。

347 木星最大的四顆衛星由伽利略於1610年發現。當伽利略觀測木星時，發現了木星兩旁直線排列著四個亮點，連續的觀測發現這四個亮點雖然會互換位置，可是它們一直在木星周圍。伽利略正確的判定它們是木星的衛星，並以他的研究資助方富有麥迪斯家族的人命名這四顆衛星。可是，後人均稱這四顆衛星為伽利略衛星。

348 伽利略衛星亮到我們可以用肉眼看到。這四顆衛星實際上比我們可以用肉眼看到的最暗的星要亮。可是直到望遠鏡發明我們才發現那四顆衛星是因為木星的光輝遮蓋住了它們。

349 伽利略衛星也有希臘名。 在希臘神話中，宙斯是統領眾神的上帝，木星代表著宙斯。所以，人們就形象地把那四顆衛星以宙斯的僕人和情人命名：卡利斯托，甘米迪，歐羅，愛莪。

350 木星有一大群「隨從」。自從伽利略發現木星的衛星以來，一共有60多顆衛星被發現。其中伽利略衛星是最大的四顆。它們圍繞著木星以不同的方向運行，就像是一個迷你太陽系。其中有一些衛星已經被飛船近距離觀測過，結果發現這些衛星之間的差異很大。最小的只有一般岩石大小，最大的比地球還大。

351 木衛四是一個「臟雪球」。木衛四直徑為3000公里，比月球要大。它是水冰佔一半以上的冰衛星，表面很暗，隕擊坑累累。木衛四最讓人印象深刻的地質構造是被隕石撞擊的瓦爾哈拉中央區，那下面可能可以開採出清潔水。

352 木衛三是太陽系中最大的衛星。木衛三直徑5262公里，成為太陽系中最大的衛星，比水星還大。它是由冰雪層包圍著岩石核組成的。木衛三有很多隕擊坑，也有「海」，高地和冰峰，暗地貌區更多。

353 木衛二有撞球般的地形。從木衛三向內繼續航行就到達了木衛二。木衛二有2千公里寬，光譜顯示其表面為較純的水冰，地質上較年輕。它就像個撞球，表面異常平坦，整個衛星的表面海拔相差也超不過幾十米。

354 科學家最終在木衛二上發現了他們想在火星找到的河流。木衛二的表面有縱橫交錯，綿延上百公里的條紋結構。這讓科學家們聯想起了地球上的海洋部分結成冰，然後融化過程中所形成的海洋冰的結構。所以有人相信在木衛二的表面下有海洋存在。

355 木衛二上可能有生命。由於可能存在水，木衛二也是太陽系中生命可能存在的候選天體之一。不久，飛船可能會把木衛二的一片冰帶回地球進行研究。

356 木衛一看上去五彩繽紛。它以活火山和不斷更新的彩色表面成為太陽系最美麗的天體。在旅行者1號飛船看到的8個火山噴發羽中，有7個又被四個月後的旅行者2號看到，像巨大的噴泉，升騰高大300多千米，寬達1000多千米。木衛1頻繁的火山噴發可能原因是木衛一與木星和木衛二的潮汐作用。木衛一表面幾乎沒有隕擊坑，其外殼也不存在冰。

357「伊娥」（木衛一）的這種奇特的外貌是由一個特別的現象引起的。為什麼「伊娥」看上去如此奇怪？在旅行者號傳回的「伊娥」的陰暗地區的深度曝光（為了顯現出星星進而確認旅行者號是朝著正確的方向前進）的圖象中，科學家們找到了答案。在那裡，衛星邊緣升起的是來自活火山的被噴到接近200英里高空的熔岩物質。很快的，又找到了其它超過六座的活火山，全部都在噴發大量的熔岩狀硫磺。每一座火山都有法國大小。由於「伊娥」表面經常被其噴發出來的內部物質重新覆蓋，所以它沒有環形山。伊娥是太陽系中活動最劇烈的地方——一個幾乎要把它自己翻出來的世界。

358「伊娥」的火山作用要歸功於木星。「伊娥」離大質量的木星很近是它有那令人難以置信的火山的原因。正像月球對地球施加潮汐力一樣，木星也對「伊娥」施加這種作用。但木星是十分巨大的以至於它的潮汐影響是極端強的。就如一個網球在一個有力的夾子里會持續變形一樣，在軌道上「伊娥」的表面也被迫的突出和凹進去300英尺左右。它就跟裝在一個很薄的球殼裡的巨大熔化狀硫磺一樣，衝破外殼的洞和裂縫，內部物質全爆發到附近真空中，產生了巨大的羽毛狀火山煙塵。處於不同化學狀態和不同溫度的硫磺構成了「伊娥」表面的種種顏色。

359「伊娥」持續地劇烈活動。70年代末，當旅行者號太空船在「伊娥」背面發現火山時，哈勃空間望遠鏡已經可以讓我們持續地密切關注這個不平凡的世界。在1995年7月，一個新的黃白斑點在「伊娥」上出現了。接近200英里寬，幾乎可以認為是另一個巨大火山的噴發物

360「伊娥」有一個很大的鐵核。在1996年5月，伽利略號空間船發現木星磁場的變化可歸因於「伊娥」那大概1000英里寬的鐵核——幾乎有這個衛星它自己直徑的一半。因此「伊娥」成為第一個被我們所知的有自身磁場的衛星。

361「伊娥」是個「有點喜歡亂扔垃圾的人」。在「伊娥」圍繞著木星運行並同時噴出它的硫磺煙霧時，它靠著在所過之處留下的硫分子雲「弄髒」軌道。隨著時間慢慢過去，這已經形成了一個完整的環繞著木星並描繪出「伊娥」整個軌道的圓環狀雲。

362 木星的潮汐力在它的最大的衛星們之間引起了顯著的結構的不同。在我們逐漸接近木星時它四個最大的衛星的密度會依次增加，內部溫度也會依次逐漸上升。「卡利斯托」（木衛四）和「蓋尼米得」（木衛三）差不多是一個「臟雪球」，與此同時「歐羅巴」（木衛二）在它薄薄的冰質外殼下基本上是海的世界。「伊娥」則幾乎完全是由熔融態的硫和鐵構成，表面根本沒有環形山和一點水和冰。類似地，「卡利斯托」的表面完全是十分古老的，事實上沒有跡象顯示它有內部活動。對比之下，「蓋尼米得」彎曲的山脈則證明一些地質活動正在那裡進行。「歐羅巴」上的交叉的冰樣也許說明了甚至可能一直到現在的重複的溶化和結冰過程，還有它的薄的或半溶狀的冰質外殼在過去已經湮沒了許多環形山的痕迹。最後，「伊娥」，由它那些噴發的火山，正持續地讓它的表面「再鋪」。事實上，「伊娥」有全太陽系「最年輕的面孔」。

363 木星是導致它的大衛星們之間的主要不同的原因。簡單的說，一個衛星越接近木星，它所受的潮汐力越強，潮汐能越大。因此，遠一點的地方（比如說「卡利斯托」和「蓋尼米得」）是冰凍的固體，同時更接近木星的則比較溫暖。這說明了一個衛星是固態、液態或者是熔融態，決定了衛星最初的水是在一個地方保持結冰狀態還是很久以前就蒸發跑進太空了，留下重物質讓衛星又更大的密度。

Saturn 土星

364 土星是戒指中的王者。二十年前，天文學家想知道為什麼在所有行星中僅僅只有木星有環。今天，我們知道四個大行星（木星、土星、天王星、海王星）都有一些類型的環，但沒有一個可以跟土星壯麗的環相比。華麗而燦爛地，土星的光環跨越了超過200000英里（幾乎是地球到月球的距離），甚至還可以在一個小孔徑的業餘愛好者的天文望遠鏡里被看見。

365 土星的環首先是被伽利略看見的，不過那時他也不知道他看見的是什麼。當伽利略通過一架天文望遠鏡第一次看見土星時，他注意到這個行星有些不一般。他宣稱說「這第六個行星是三個」（即是說是一個三星）並且形容說「薩杜恩」（羅馬神話里的一個老人）顯然需要兩個僕人在左右幫他在天堂之間來來去去。伽利略知道他在天文望遠鏡里所看到的不是像木星一樣的球狀物，但對他來說它看上去好像一個行星一邊有一個小行星。在其它場合他也把這個物體描述成一個茶杯的把手或者是一對「耳朵」。

366 克里斯丁·惠更斯解答了第六顆行星的這個謎團。數年以後，另一個天文學家，克里斯丁·惠更斯，意識到伽利略所看到的其實是一個完全圍繞這顆行星的獨立的環。事實上伽利略沒有成功的辨別這個環也許是由於他早期望遠鏡較差的光學成像質量，也有可能是由於之前從沒人看到過在行星周圍有環，所以伽利略的頭腦無法向他解釋他所看到的是什麼。

367 在地球上通過望遠鏡觀察時，土星的環是一個三層的環。從地球上看，土星顯現出有三個環。它們被簡稱為A環（外層）、B環（中間）和C環（內層）。最寬的B環和A環被一個稱為「卡西尼環縫」（來自發現它的天文學家）的縫隙所隔開。它寬得足夠放下月球，並且可以在中口徑的業餘愛好者的望遠鏡里被看見。C環由於它那紗狀的、半透明的外貌，因而也被稱為「紗環」。

368 當我們談及土星環時，會有比我看見的多得多的東西。在1980到1981年間，旅行者號到達土星後，土星環更完整的結構開始展示在我們面前。在地球上看見的三個環變成了成百上千個小環。接近看，土星的環像一個留聲機唱片。另外，旅行者號還發現了地球上從沒見過的新環，包括一個像散開的女孩頭髮的神秘髮辮狀物體。

369 雖然土星的環看上去像一條跑道或一張CD，但它不是固體整盤。很早我們就知道這些大大小小的環不是固體的盤，而是由上百萬的臟冰塊構成。它們中有沙粒般大小的顆粒，還有小房子般大小的冰山。每一個物體在這暴風雪中運行就好像一個微小的行星在它自己的軌道上運行。與行星繞著太陽運轉一樣，離土星越近的環里的小顆粒或大石頭運動速度越快。有的環繞速度可以高達50000英里/小時。對於我們的眼睛來說，所有的迷你衛星像風扇扇葉一樣快速旋轉而模糊，形成了我們所謂「環」的美麗裝飾品。

370 土星的B環有輪輻。在土星寬廣的中層環上飛行，旅行者1號發現顯現出來的有暗的輪輻狀的條紋。科學家們認為這些輪輻可能是被土星磁場俘獲並被迫在自旋的同時繞著這顆行星運行的帶靜電的塵埃懸浮在環上面造成的。

371 環縫也是土星的衛星們激烈競爭的結果。除了3000英里寬的卡西尼環縫外，其它在環內部的縫也是可見的。同時，天文學家意識到這種分離不僅僅是環系統的暫時特徵，而是土星幾個衛星的引力牽引的直接結果。某幾個衛星間的作用力擔當看不見的行動者，清理掉離土星某些距離的某些區域的環物質，於是產生了環縫。

372 其它的幾顆土星衛星扮演「牧羊犬」的角色來防止環消失。旅行者1號在A環的外側較遠處發現了一個很薄的環，科學家們對於它能存在感到十分驚奇。理論上組成它的岩石塊和冰塊應該在很早以前就散開，消失在太空中了。然而當太空船近距離看時竟發現了兩個很小的衛星，環的一邊一個。被形象地叫為「牧羊衛星」的兩顆衛星扮演著牧羊犬的角色，用它們的引力把成群的開始向外逸散的環中的粒子物質拉迴環中。

373 偶爾土星的環也會「消失」。在伽利略第一次發現土星那令人迷惑的外形後兩年，他更加迷惑了，因為他發現這個行星的「僕人」或「附屬物」完全消失了，在望遠鏡里僅留下一個圓圓的行星。今天，我們知道每過15到17年當環的邊緣朝向地球時，這環看上去就像是消失了一樣。這上天的魔法騙局是可能實現的，因為這個環雖然有200000英里寬，但是僅僅只有不到100英尺的厚度！在地球上去試著看環的邊緣就好像在20英里外看唱片的邊緣一樣！最近一次環的邊緣朝向地球是在1995年。

374 土星環處於一個強潮汐力的區域。每一個物體都有一個假象的表面叫「洛希極限」。在這個表面內，中心物體產生的潮汐力大於其它物體自身的引力。因此，在土星的洛希極限內任何進入的物質都不可能聚集成衛星，一定只會保持獨立的小塊。在某些情況下，冒昧地進入洛希極限的物體甚至會被潮汐力撕成碎片的，於是環產生了。

375 土星是由極輕的原料構成，以至於如果你能找到一個能放下土星的浴缸的話，土星可以在裡面浮起來。跟木星一樣，土星也是一個被雲覆蓋的大行星，有上千英里厚的大氣。同時，跟木星一樣，土星幾乎全是由自然界兩種最輕的元素構成：氫和氦。土星也含有少量的重元素和較多的複雜化合物，但它的實際總密度還是比水小。這意味著，找一個足夠大的浴缸，土星會像放在一杯熱可可里的軟糖一樣上下沉浮。

376 雖然木星是五彩繽紛的，但土星更像一大塊白色的糖果奶油布丁。從「大紅斑」到它橙色和棕色的帶紋，木星的大氣呈現出生動的顏色的旋渦和斑點。對比之下，土星是十分柔和的。它的柔和的黃棕色雲帶點綴在白背景上。這種原因看上去似乎是兩種因素共同作用的結果。首先，在土星大氣高空有一薄霧層，它使得我們看這顆行星時好像透過了起霜的玻璃。第二，土星有更徹底的混合氣候系統，所以大片的單色雲很罕見。

377 旅行者號在土星上發現了奇怪的颶風。旅行者號的照相機偵察到了旋轉火焰狀的漩渦雲，很可能是下著氨水的有亞洲大的颶風。但是這種現象與土星上每三十土星年才會發生的令人不可思議的事情相比是不算什麼的。

378 土星也許有太陽系內最大的暴風雪。每次土星位於近日點時，它所接收到的更多的熱會引發一個極大的上升氣流。當大量的氨氣飛快地上升到土星大氣最高層時，它們就變成了數以萬億計的雪花。被超過1000英里每小時的快速的氣流俘獲，雪花氣流很快地爆髮式增長為暴風雪，能包圍好幾倍地球面積的一個區域。看上去像一片巨大的覆蓋上百萬平方英里的白雲，在衰減慢下來之前，這個暴風雪持續橫行了幾周。

379 跟木星的「卡利斯托」和「蓋尼米得」一樣，土星的許多衛星也是由冰構成的。就像土星自己的環，它許多的衛星是由冰構成的。然而，在距太陽10億英里的地方，冰的溫度是十分低的，所以這土星衛星上的冰性質跟地球上的很不一樣。事實上，完全失去了它的彈性後，土星衛星上的冰像鋼鐵一樣堅硬但也像玻璃一樣脆。

380 衛星「特提斯」（土衛三）上有一個巨大的峽谷。在「特提斯」上，有一個叫「伊薩卡峽谷」的地方，它延伸出這顆衛星三分之二周長的長度。「伊薩卡峽谷」也許是「特提斯」內部冷卻、凍結而膨脹時裂開的一條裂縫（跟你向你的汽車的冷卻系統中的水箱放了太少的防凍液所發生的一樣）。

381 土衛一看上去像達斯·維達（星球大戰里的黑暗君主）的死亡之星。小小的土衛一是一個僅僅三百英里寬的小冰球，然而它有一個突出的超過65英里寬的被命名為「赫歇爾」的衝擊坑，在坑中心還有一個三英里高的山峰。不僅僅是這個特徵讓土衛一看上去像星戰里的死亡之星，它還顯示了在這樣大一個衛星上可以有多大的隕石坑。如果狠狠砸上土衛一的物體再稍稍大一點，它就會把這顆衛星撞成碎片。

382 土衛一同樣展示了剛好多麼小的一個星體可以是並一直是圓形。太陽系裡的比土衛一大的衛星全是跟行星一樣是球形的。但比土衛一小的衛星在形狀上就是典型的不規則了。土衛一大小和更大的物體有足夠的質量讓它們在剛形成時保持熔化狀態一段時間。在熔化狀態時，引力自然的把它自身塑造成一個球形。更小的衛星（比如小行星和彗星）決不會經過一個熔化階段，所以形狀不規則。

383 我們已經找到了在土星軌道上的亞瑟王的宮殿。土衛一的許多地表特徵已經被天文學家根據亞瑟王的傳說而稀奇古怪地命名了，包括「圭尼維婭」、「蘭斯洛特」、「梅林」，當然還有亞瑟王自己。

384 「恩克拉多斯」（土衛二）是巨人的冰淇凌勺子。「恩克拉多斯」是土星的另一個有隕石坑的冰衛星。它上面也有一個又長又寬的條狀區域，看上去就像是一個巨大的舌頭伸出來把這部分舔乾淨了，除去了所有細節一樣。這個區域的邊緣甚至分布著一些一半完整一半消失的隕石坑。特大的地外宇宙尺度的雪可能不是假設了，科學家們認為在這裡，這顆衛星的冰在過去至少溶化過一次，爆髮式的湧出來衝過這片地形。熱源來自哪裡呢？也許是來自土星潮汐地拉扯。

385 土衛八是一個兩面的世界。在太陽系裡土衛八是最奇怪的地方之一。它有大約900英里寬的一面半球是覆蓋著冰，像新下的雪一樣亮；然而反面半球的很大一部分幣瀝青還暗。天文學家推測這種很暗的物質可能是某些有機物質（就像焦油），受土衛八和土星之間的潮汐熱的影響，不知何故從這衛星內部深處湧出。

386 在土衛七上，沒有兩天是一樣的。土衛七大約有160英里寬，看上去像一個漢堡包和一個冰球的交叉部分。它的完全不像球形的形狀可能是因為遠古時的一次撞擊撞掉了它一塊或者更多部分，並把剩下的炸進一個蛋形軌道里。它不對稱的形狀和奇怪的軌道造成土衛七十分混亂的旋轉速率以至於在它上面每一天的長度都在變。如果較長的天都是周六和周日，那這也許不是一個很糟的住處。

387 「泰坦」（土衛六）是籠罩在天然氣里的世界。「泰坦」，土星最大的衛星，是太陽系裡第二大的衛星（僅次於「蓋尼米得」）。直徑3200英里，「泰坦」比水星和冥王星大。她不僅僅是一個只有行星般大小的星體，它也有一個行星的典型特徵：大氣。事實上，「泰坦」大氣的厚度是地球大氣厚度的2.5倍。當旅行者號飛過「泰坦」時，科學家們希望能看到它的深藏不露的奇異外貌，但他們所能看見的只是隱藏在一層毫無特色的橙色霧裡的球。有豐富的甲烷（就是我們通常所知的天然氣），「泰坦」的大氣受太陽光推動，製造碳氫化合物的煙霧。一些科學家推測再過幾年有機化合物的霧會通過大氣滲透下去，並在「泰坦」的地面聚積形成橙色的泥狀堆積物。其他人則假設乙烷雲會降落到液態甲烷形成的海或者湖。

388 在1994年，科學家們終於能看透「泰坦」的遮擋雲霧了。最近，天文學家已經用哈勃空間望遠鏡來透過「泰坦」的遮擋煙霧看內部。在特殊的紅外波段，大氣變得稍微有點透明，能瞥見地表了。迄今為止，明暗特徵已經描繪出來了，但對於10億英里遠的東西，即使是哈勃也無法把細節處理得足夠好讓我們能判斷出我們看見的是什麼。

389 下一波的土星探測將會在進入21世紀後不久。21世紀早期，「卡西尼」號太空船預定將航向土星。主航空器將進入沿著巨大環的軌道。惠更斯號探測器將脫離母船，藉助降落傘進入「泰坦」的神奇的大氣里。然而探測器上不會攜帶相機（由於預算原因而減掉了），其它的儀器將會告訴我們這個不一般的衛星的更多的氣候和化學組成信息。

390 在遙遠的未來，「泰坦」會成為一個有趣的居住地。離太陽幾乎有10億英里遠，「泰坦」的溫度不會很溫和一點也不讓人奇怪。觀測者和電腦模型假設地表溫度讀數大約在華氏零下250度左右。然而在過40到50億年前事情也許完全不一樣。隨著我們的太陽變老，它某一天會變成紅巨星，吞沒並燒焦水星和金星、蒸發掉地球上的水。這種讓地球不再適合生存的變化也許會促使「泰坦」變得「繁盛」。「泰坦」的組成在科學上是令人著迷的，因為「泰坦」是真正的有機化合物實驗室，含有大量的科學家們堅信的地球生命開始出現時存在的分子。如果「泰坦」的溫度能有效地上升，一些有趣的進化（先化學後生物）就可能發生。這樣當我們古老的居住地不再適合居住時我們遙遠的祖先就能在土星軌道上找到一個新家。

391 天文學家很早就知道了太陽系裡土星有最多的衛星，但也許這個家族比推測的還要大。最近天文學家們利用一個特殊事件來找土星周圍更多的衛星。每15到17年，地球都會指向能同時看見土星環頂部和底部的方向。然後，接下來的十五年我們能看見環的背面。但在這兩段時間之間，有一個幾周的時間，環是邊緣指向地球的。在那段時間裡，因為環很薄所以會消失。隨著環明顯的消失，它們眩目的太陽反射光也減弱了。這就允許天文學家去找原來沒發現的微小衛星。在1995年的夏天，天文學家利用環平面轉換的時機，用哈勃最新的銳利的眼睛去搜索出能被證明是家族新成員的物體。未來的觀測被要求確定這些。

Uranus 天王星

392 天王星是望遠鏡發現的第一個行星。1781，天文學家威廉·赫歇爾（順便說他不是那個半吊子音樂家）在他的望遠鏡里發現了天王星。跟恆星不一樣，天王星有一個小的圓盤，赫歇爾起初以為他發現的是彗星。然而經過仔細記錄它位置的變化，赫歇爾能繪出天王星的軌道，並且發現它不是依循彗星的長橢圓路徑而是行星的近圓路徑——根據這個，天王星成為繼土星後又一個行星。

393 在良好的情況下，你可以用裸眼看見天王星。在最亮時，天王星的亮度實際上在乾淨、黑暗、無月的晚上足夠被裸眼看見。毫無疑問，好幾個世紀以來，很多的人都看到過，但他們沒有能成功地注意到這個行星在眾多恆星間一晚接著一晚的緩慢運動，所以也就沒意識到它是行星。

394 如果赫歇爾堅持他自己的做法，這第七行星就不會有一個無論你怎麼念都會讓初中生髮笑的名字了。赫歇爾，第一個正式發現一顆行星的人，覺得他應該有權利給行星命名。如果堅持他的做法，行星（由內向外）就會是「墨丘利」（水星），「維納斯」（金星），地球，「瑪爾斯」（火星），「朱庇特」（木星），「薩杜恩」（土星）和……「喬治」（天王星）。雖然是在德國出生的，但赫歇爾發現天王星時是在英國生活，並且，作為王的忠誠的子民，他認為把他的發現根據最近的君王—喬治三世—命名為「喬治王之星」是一個英明的決定。在赫歇爾的努力下，他試圖成功地讓這個幾年前丟掉美洲殖民地的人獲得了一個完整的新行星（雖然不能否認那是一個很難收稅的地方）。其他的天文學家（特別是法國天文學家）不知何故反對英格蘭國王得到這個行星，所以，最終這個新地方被命名為「優利納斯」，羅馬神話里「薩杜恩」的父親。

395 天王星大概是最乏味的行星。即使在地球上最大的天文望遠鏡里，天王星看上去就跟一個藍色的小點一樣。其實不是這個行星真的小（實際上它的直徑大約是地球的四倍），只是因為在18億英里的平均距離下，任何東西看上去都很小。當旅行者2號1986年靠近天王星時，科學家們希望能看見細節。但是雖然天王星在旅行者2號的相機里變大了，它仍然是一個毫無特色的圓盤。

396 旅行者2號給了我們天王星的第一眼的細節。在離天王星最近的時候，旅行者2號終於能看見類似於地球上的雷暴的複雜的巨大雲狀物體的頂部（但可能沒有雷和閃電）。每一個都差不多有美國這麼大。近幾年，哈勃有時觀察到了類似結構的雲，但更多的時候，天王星在視覺仍是很平靜的。土星的雲上有高空霧層的存在給了它一個比木星更平靜的外貌。然而在天王星的情況下，情況更極端。事實上，除了薄霧外，太陽的紫外射線在天王星雲上創造了一層厚的乙烷霧，通過這個我們看不見什麼細節。

397 天王星是「躺著」繞太陽轉的。雖然地球轉動軸的傾角有23.5度但天王星的軸是令人難以置信的超過了97.9度。這意味著這顆行星的軸幾乎是躺在軌道平面上的。結果，天王星繞太陽運動時就是側對著太陽的。許多天文學家猜測天王星奇特的傾斜性是大質量物體在太陽系早期碰撞的結果——把天王星撞得「躺」下了的碰撞。

398 天王星有奇怪的白天，奇怪的晚上和奇怪的季節。天王星的軸傾斜97.9度導致每42年指向太陽的磁極會交換。換句話來說，在天王星兩個磁極附近的地方，極夜和極晝會分別持續42年。同樣的，夏季和冬季會持續等長的時間。然而，由於大氣循環的急轉，冬天比夏天要稍微暖和一點，雖然兩個季節在雲頂層溫度都是很少超過華氏零下300度的。

399 天王星由於它大氣里的甲烷氣體而顯藍色。像木星和土星一樣，天王星是另一個被由氫和氦組成的運所包圍的世界。然而，它的大氣也有微量的甲烷氣體。甲烷吸收紅、橙、黃光同時散射藍光到我們眼裡，因此這讓這個行星顯現出藍色。

400 1977年，圍繞天王星的環在沒有人真正看見的情況下被發現了。1977年，天文學家正在觀測天王星，等它從一個遙遠的恆星前通過。在這個過程中當恆星被天王星擋住後它的光會變暗，科學家可以趁機推斷出一些關於天王星外部大氣的結構的結論。然而，在行星和恆星成一條直線之前，恆星的光閃耀了幾次。天文學家們恰當地推斷出這個現象是因為圍繞在行星附近的很薄很暗的環狀系統引起的恆星光的「蝕」。這個過程就像期望的一樣在恆星通過行星後面時又重複了一次。從閃耀的次數和持續時間，天文學家估計天王星被九個很薄的環圍繞。

401 1986年，我們才第一次真正地看見了天王星的環。旅行者2號接近到足夠距離去高清晰地繪出天王星的環。在為了能首先看見這個的目的而特別制定的計划下，科學家們仔細地決定旅行者2號的位置讓它能看見另一顆恆星從天王星環後面掠過。旅行者2號的照相機確定了蜘蛛網般的很薄的環，並且增加了地球上沒發現的特別模糊的第十號環。旅行者2號同時也證實了一個很好的關於為什麼這些環在地球上從沒被真正觀測到過的假設。不僅僅是因為它們很薄，而且它們全跟木炭一樣黑。一個可能的假設解釋說這些組成環的粒子也許塗上了一層當太陽光照射時就會變暗的甲烷冰外衣。跟木星和土星的環一樣，天王星的環被束縛在行星的赤道面上，所以它們跟天王星一樣，以一邊繞著太陽旋轉。

402 天王星有一個我們已經知道怎麼搖擺的磁場。地球、木星和土星，它們的磁極非常接近行星的轉動軸。但是天王星給我們證明了不是所有都是這樣的。天王星的磁極與它的轉動軸有59度的夾角，只要天王星轉動下去，我們就能重複看到兩個磁極。

403 對於天王星，它轉動得有多快是根據你所談論的東西而定的。像木星和土星，天王星上不同緯度的地方旋轉速度不一樣，所以僅僅是一天有多長就決定於你在哪裡。但天王星是完全沒有特色以至於科學家們經常用磁極的轉動速度當它的轉動速度。實際上這也從一個方面說明了這個行星的核轉動得有多快，磁極也被這熔融的鐵芯所束縛。然而我們不能直接看見內部的核，旅行者2號上叫磁力計的儀器能感應出天王星的磁場並繪出磁場圖。

404 一個太空船在幾天里發現了是地球上所發現的這顆行星的衛星兩倍數量的衛星。1787到1948年，天王星五個最大的衛星在地球上被發現了。1986年，旅行者2號在這個行星的飛越點上發現了十多個以70到不足20英里的距離排列的衛星。

405 「米蘭達」（距離天王星最近的天王星衛星）是一個「拼湊的棉被」般的地質奇蹟。在太陽系所有的衛星之中，天王星的「米蘭達」是最大的無主珍寶。然而「米蘭達」直徑僅僅大約300英里，在這個微小的地方的邊界到處是懸崖、絕壁、峽谷和只能被描述為混亂的地形。科學家們相信在早期「米蘭達」至少被一個質量大到可以把它撞成碎片的物體撞過一次。在碎片間的引力作用下它們有重新合在一起了，但不是依照他們原來的排列，因此產生了一個類似於三維七巧板的衛星。

406 「米蘭達」的冰的懸崖不僅是地質奇蹟，有一天它們也會成為一個巨大的騎車的主題公園。幾乎沒有地質特徵能與「米蘭達」上的垂直冰的懸崖相匹敵，其中最高的一個，維羅納·魯比，高9英里，並且宣稱是太陽系裡最峻峭的落差。如果你在山頂跨一步到太空中，你會發現這個小星球的引力是如此的小以至於你得花接近半個小時才能到達谷底。

Neptune 海王星

407 海王星被發現是因為天王星脫離了推算的軌道。在天王星發現後一個世紀里，當這個行星繞太陽運行足夠遠的距離後，天文學家發現它沒有按他們所預計的那個軌道運行。一個叫J·C·亞當斯的剛從劍橋大學畢業的英國天文學家，計算出這顆行星不正常的行為可以解釋為在天王星更遠處有另外一個行星在用它的引力牽引著天王星。亞當斯甚至算出這個未知的行星可能出現的位置，但是在英格蘭沒人願意去找它。一年以後，一個叫U·李維爾的法國天文學家獨立地做了同樣的計算得出了同樣的結果，但是也沒有一個法國天文台為他找這個行星。失望之餘，李維爾把他的計算結果在1846年秋天帶給德國柏林天文台的天文學家J·G·加勒。加勒把他的望遠鏡指向那片天區，在第一晚就找到了這顆星。

408 海王星是一個深藍色的奇觀。海王星是深藍色的，所以用海神的名字命名。像天王星一樣，它的大氣包含了甲烷氣體，這種氣體吸收太陽光譜中的紅光並把其它的反射到我們這裡，讓海王星成為了深藍色世界。然而，與天王星不一樣的是海王星的大氣不是被一層厚厚的霧擋住的，有時會顯示出一種難以置信的動態排列特徵。

409 1989年，旅行者2號飛過了海王星並拍到了一個巨大的盯著右後方的黑藍色「眼睛」。被稱為「大黑斑」的這個東西足足有太平洋般大，並且已經確定它是一個巨大的暴風系統，在海王星頂部的雲盤弄了一個很深的「井」，讓我們能通過這裡窺探到更下面的更暗的深藍色雲層。旅行者號單獨成像的大黑斑的定式影像顯示了它的流動性。實際上，隨著時間的流逝，它也會改變形狀，時而長時而短，時而圓時而扁，總之，看上去像一條「巨大的蛞蝓」。

410 巫師之眼和海王星風暴是海王星上更有意思的兩個特徵。除了大黑斑，旅行者2號也發現了一個被科學家們稱為「小黑斑」的一個比較小的黑斑。更進一步地受海王星大氣上白色的雲一直聚集在這深藍色「井」中間的啟發，科學家們給這個現象取了一個「巫師之眼」的綽號。由甲烷冰晶體構成的白色的雲跟地球大氣上部的捲雲（就是所謂的馬尾雲）很相似。另一個突出的白色雲因為它繞著海王星跑得比其它的雲都快，被取了「海王星風暴」的綽號。

411 海王星有甲烷冰風暴。旅行者號拍到了投影在深藍色雲層頂部的白色條紋。它們是可以從紐約延伸到巴黎的由甲烷冰晶體構成的巨大雲層。

412 海王星上還發現了太陽系裡最快的風。木星上的急流速度在每小時300英里以上，在土星上的則超過了每小時1000英里，然而海王星的噴流最高速達到了令人驚駭的每小時1400英里——太陽系裡最快的風。如果地球上有這麼強的急流，它會在僅僅兩個小時內橫掃美國，但商業噴氣式飛機可以在更短的時間橫跨兩邊海岸。

413 哈勃最近記錄到了一個海王星天氣系統值得注意的改變。1994年，維修過的哈勃提供了自從1989年旅行者2號飛過海王星以後的第一張海王星的特寫圖案。這幅圖顯示了很多戲劇性的變化，包括海王星北半球完全消失的大黑斑和南半球突然出現的一個同等大小的黑暗風暴！一同消失的還有巫師之眼和海王星風暴。哈勃所得到的更多的最近的照片暗示海王星不知為什麼可以在幾周這麼短的時間裡經受如此猛烈的變化。

414 但是最新的圖片顯示海王星在變得更安靜更溫和。哈勃1995到1996年的照片顯示所有的，大的小的暗斑全消失了，海王星大氣里只有那些很亮的雲還在。

415 雲層可能是海王星的氣候和太陽黑子周期之間的聯繫。當1989年旅行者號到達海王星發現非常活躍、有好幾個黑暗風暴的大氣層時，太陽正處於太陽黑子周期的極大年。到九十年代中期，海王星的大氣已經沒有風暴時，太陽黑子周期也正處於極小年。這之間有聯繫嗎？接下來這幾年哈勃更多的觀測會告訴我們答案的。

416 伽利略事實上也許已經觀測到海王星了，不過他不知道那是行星。從1612年12月開始，在伽利略的筆記本里有一幅木星和它四個最大的衛星的素描圖。同樣包括了一個他認為是恆星的物體。如果他更仔細地觀測一下，他會發現這個物體每晚上在緩慢移動進而意識到這是一個行星。如果這一切發生了，這個太陽系第八號行星就會在第七號行星之前被發現了。

417 「特賴登」（海衛一）是處於太陽系邊緣的令人吃驚的一個衛星。在海王星和它的衛星所處的離太陽30億英里的沒有太陽溫暖刺激的地方，科學家們幾乎不期望能找到有活動跡象的地方。然而，海王星和它最大的衛星「特賴登」沒有讓科學家們失望。旅行者2號和「特賴登」相遇後，噴射推進實驗室的地質學家Larry Soderblum 在記者招待會上以「太陽系盡頭是多麼遙遠啊！」作為開場白。這個直徑1700英里的粉紅和灰白的世界有變化多樣的地形。在幾處有寬300英里的的交叉過隕石坑地形的冰封谷，並且整個半球看上去是被一種像哈密瓜外皮一樣的地形所覆蓋。它的形成原因仍然困惑著科學家們。

418 「特賴登」也有一個不受控制的「油田」。在「特賴登」背面半球上，有一個很大的幾十英里長的暗條紋群。在一些條紋內部的運動被看見以前，這些奇怪的特徵一直令科學家們困惑。旅行者2號發現了大量的噴出8或者更高的氮煙霧的活動噴泉。這些煙霧被風吹著形成了很長的暗條紋外貌。

419 「特賴登」，太陽系最冷的地方，同時也是最亮的地方。在華氏零下400度左右，「特賴登」的表面是到現在為止太陽系裡最冷的地方。表面覆蓋著冰的地表也反射90%多的照射到這上面的微弱太陽光，使「特賴登」成了太陽系裡最亮的地方。

420 科學家們再次讓旅行者2號去獲取關於海王星和「特賴登」的更多圖片。當旅行者2號最初於1977年從地球發射時，它的主要目標是木星和土星。科學家們知道可以利用非常難得的行星相對位置的機會把旅行者號送到天王星和海王星那裡去，但他們不相信用60年代末的技術在70年代初建造的太空船到了這些行星附近時還可以工作。然而，到1986年為止，當它到海王星時，旅行者號工作狀態仍然良好。然而，在旅行者號從天王星傳回有用的信息以前，有一個需要解決的問題：由於離太陽太遙遠，在海王星上的光強僅僅是地球的0.025倍。為了得到效果較好的照片，必須進行長時間曝光，照相機必須要在太空船運動時對行星進行跟蹤。

421 在旅行者2號到達海王星時奇特的照相是可靠的。當旅行者號離開地球時，它僅僅帶了剛好夠它這漫長旅行的燃料。但科學家們利用170年以上才會出現一次的巨行星罕見的位置排列和重力援助技術。重力援助是在太空船以恰當的距離和角度經過行星時起作用的，讓太空船改變航線，到通往下一顆行星的航向上。

旅行者號經過木星時恰好以一個特殊的航向，可以讓這顆巨行星的引力改變它的軌道，把它送上當它到土星軌道時正好遇到土星的軌道。輪到土星時，土星也扮演同樣的角色，把它送到五年後幾十億英里遠與天王星相遇的航道。天王星也同樣如此讓太空船和海王星相遇。所有這一切僅僅需要一點點的火箭助推來微微調整飛行方向就可以實現了。在電腦精確導航的情況下根本不需要發動機來進行調整。在這樣精確的設計下，天文學家看見了四顆行星和更多的衛星，而不是兩顆。做到這一切的技術相當於在22英里長的撞球桌上打撞球。

Pluto 冥王星

422 冥王星發現的過程跟海王星一樣。19世紀40年代中期，天王星奇怪的偏離正常軌道的行為導致了海王星的發現。然而到了20世紀早期，天文學家們測量出海王星的軌道也偏離了正常軌道，所以大家自然就假設在海王星外還有一個行星。經過長時間系統地尋找，小小的冥王星被美國亞利桑那州弗拉格斯塔夫市的羅尼爾觀察站的天文學家Clyde Tombaugh找到。起初，Tombaugh簡單的把它叫做X行星。全世界的人們給它提了很多正式的名稱，但國際天文聯合會最後把它正式定為「普路托」（冥王星）。「普路托」事實上是英格蘭的一個小女孩起的，不是來自米老鼠里那隻狗的名字。但因為「普路托」是希臘神話里地獄的神，因此看上去很適合作在如此遙遠如此黑暗的地方的行星的名字。

423 冥王星是最小的行星。半徑僅僅略多於1400英里（比紐約到丹佛的距離還要短），冥王星成立太陽系裡最小的行星。事實上，冥王星比月球、伊娥、歐羅巴、蓋尼米得、卡利斯托、泰坦和特賴登這七顆衛星還要小。

424 到現在為止，哈勃只給了我們很少的關於冥王星的細節。冥王星實在是太遠太小了，以至於在地球上最大的望遠鏡里看上去跟一個斑點差不多。在我們地球紛亂的大氣層外的哈勃最近能分辨出冥王星地表的一些細節。在這裡，地表上最大的特徵也被描述為明暗的光斑。它們真正的地質特點要等某一天太空船去觀測。

425 在太空船還沒去訪問冥王星時，科學家們認為可以從「特賴登」身上獲得冥王星的概況。在1989年「特賴登」的大量數據開始從旅行者號傳回來時，科學家很快注意到了「特賴登」和冥王星之間的一些基本的相似之處。「特賴登」直徑大約1700英里，同時冥王星半徑是1400英里多一點。它們的密度也十分接近（都是水的兩倍）。另外，這兩個天體大部分的軌道上離太陽的平均距離差不多。所有的這些導致的結論是如果有一天我們我們發射一個太空船到冥王星去，我們會發現一個跟「特賴登」差不多的天體。諷刺的是，當旅行者號和「特賴登」相遇後，科學家們多多少少開始認識到冥王星的不同。現在「特賴登」已經證明它自己有迷人的，多種多樣的地形和活躍的地質與氣候。冥王星也開始被很多人認為是潛在的更有趣的地方。幾個發射小型太空船到冥王星去的計劃已經提到議事日程上了。在21世紀前20年里，我們也許可以與這個遙遠的天體作第一次親密接觸。

426 有時從太陽開始由遠及近的說出全部行星的名字需要你改換一下思維。如果你叫70年代入學的人一次說出全部行星的名字，他們很可能會說：「水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星和冥王星」。然而，這個答案徹徹底底是錯的。還有一種情況。冥王星的軌道是十分扁的橢圓以至於這顆小衛星會周期性的比海王星離太陽還近。從1977年開始，冥王星已經比海王星更接近於太陽了，直到1999年海王星再次處於第二遠的地位。所以在1999年，小記憶術「My Very Educate Mother Just Send Us Nine Pizzas」將再次幫助你以正確的順序記住九大行星的名字。（然而應該注意的一點是，海王星和冥王星的軌道並不交叉。因此，說近期它們會相碰是不可能的）

427 冥王星既不像原來認為的那樣大，也不像原來認為的那樣亮。70年代以前印刷的天文教科書都把水星列為最小的行星。但這是建立在對冥王星不正確的假設上的。天文學家假設冥王星沒有衛星，所以把來自天空中那個斑點的所有光線都認為是來自冥王星的。然而在1978年，一顆圍繞著冥王星旋轉的衛星被發現了。科學家們意識到以往部分歸於冥王星的光線和體積現在必須軌道它的衛星身上。冥王星「普路托」是以地獄的神來命名的，所以它的衛星當然就命名為「卡戎」—把死去的靈魂擺渡過冥河的艄公。

428 冥王星和「卡戎」看上去更像小型的雙行星系統而不是一個行星和它的衛星。直徑分別為1430和745英里，冥王星和「卡戎」在體積上比太陽系裡其它行星和它們的衛星都接近。此外，它們間的距離只有12000英里，使它們看上去向一個由一個無形的軸連接著在太空里翻滾的小杠鈴。

429 在冥王星外有第十行星嗎？在發現冥王星後不久，一些科學家們提出疑問說冥王星的質量太小了，不足以解釋天王星和海王星所有的軌道偏移。他們猜測冥王星外還有一顆第十行星。既然九號行星現在有了名字，在第十顆行星就應該被稱為X行星，並開始搜索。幾十年間，世界各地的天文學家們仔細的搜索了天空來找這個難以捉摸的物體，但都失敗了。最終，在1992年他們知道原因了。加利福利亞噴射推動實驗室的一個科學家複查了一下舊的天王星和海王星的資料，發現它們沒有被正確分析。修正這個錯誤後，他發現天王星、海王星和冥王星的存在恰好解釋外層行星的軌道偏移。再也沒有人有好的理由去找第十號行星了，因為它根本就沒存在過。

430 然而，一些科學家仍然相信在冥王星外有被冰覆蓋的物體。那些物體直徑不是幾十就是上百英里，就像冥王星和「卡戎」一樣。你可以叫它們小行星、「冰侏儒」或者其它的更帶有口頭語言的名字。如果它們存在，冥王星也許某一天會被看作這些太陽系裡的流浪者里的最大和最近的一個而已。1996年，一個被命名為1996TL66的這樣的物體被發現了。它的直徑300英里。更多的發現很可能接踵而來。

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