太陽系行星之最(摘要)
一、大小之最
如果從太陽到各行星的距離的遠近來做比較,那麼,離太陽最遠的冥王星,距太陽約59億千米,這個距離如果讓時速300千米的日本新幹線列車來跑的話,約需行駛2240年,即使以光速來跑,也需5小時以上才能跑完全程。而離太陽最近的是水星,距太陽約5800萬千米,新幹線列車需要行駛22年才能跑完這個距離。
我們如果將地球比喻成直徑為1厘米的「玻璃球」,按照這樣的尺度,體積最大的木星是「鉛球」,排在第二位的土星是較大的「軟式壘球」,最小的冥王星就變成「芝麻粒」了。如果按這個尺度再現太陽系的話,從居於中心的太陽(直徑約110厘米)到「玻璃球」地球的距離約為110米,到「|鉛球」木星的距離約為600米,到「芝麻粒」冥王星的距離約為4.5千米。
二、密度之最 太陽系中最緻密的是平均密度為每立方厘米
5.5克的地球,但如果扣除行星自身引力產生的壓縮,則密度最大的是水星,水星有一個很大的內核,其半徑可能佔到水星半徑的70﹪,是地球內核的兩倍,內核的70﹪可能是由鐵組成的。想比之下,半徑最大的木星的密度只是地球密度的1/4,密度最小的土星(平均每立方厘米
0.7克)。如此看來,行星體積越大其密度越小。
三、質量之最
木星比太陽系中其他所有行星的質量加在一起還要大。木星與太陽的本質區別在於木星內部不發生核聚變反應。假如木星質量達到太陽的8﹪(太陽質量約為木星的84倍),那麼,在木星內部就會開始核聚變。儘管木星沒有發生核聚變反應,從其中心到半徑70﹪範圍內的氫卻仍然在超高壓下變成了「液態金屬氫」。土星內部的部分氫也在同樣的高壓下變成了液態金屬氫。
四、嚴酷環境之最 白天,水星表面溫度約為
430℃,堪稱灼熱的「煉獄」,晚上卻變成-
180℃的嚴寒世界。如果把太陽連續兩次從地平線上升起的時間間隔稱為一天,那麼水星的一天相當於176個地球日。一天之內竟然有
600℃以上的溫度變化,水星可謂環境十分嚴酷的行星。 金星表面溫度比水星還要高,達到
460℃,主要由於該行星大氣層中有96﹪的二氧化碳產生的溫室效應。金星的大氣質量是地球大氣的100倍,其地表大氣壓約為90個地球大氣壓,相當於地球上
900米水下的壓力。如果將我們身邊的物體置於金星地表,則強大的金星氣壓輕而易舉就會將它們壓扁。 在木星大氣層中頻繁發生雷雲,其能量總和達到地球上雷雲的幾千倍。冥王星是太陽系中距太陽最遠、表面溫度最低的行星,現被稱為「矮行星」,其表面溫度約為-
230℃。而我們的地球目前表面平均溫度為
23℃。
五、行星環之最
一般來說,木星、土星、天王星、海王星的周圍都有大小、形態各異的環。最壯觀的當屬土星。土星的環由從A到G的七個環的明亮部分和環之間被稱為「空隙」的黑暗部分組成,環的構成物質是水冰和塵埃等微粒子,其中最大的冰塊的直徑可達
10米。土星環的最大寬度6.
5萬千米,即便是這樣,從地球上看去依然不清楚,哪怕使用高倍望遠鏡,我們也只能確認A環、B環和C環。巨行星具有環的原因具推測,這是由它們的誕生過程決定的。原始太陽系的氣體—塵埃盤中的物質一邊繞著巨行星的中心核旋轉,一邊聚集,最後在巨行星的周圍形成環或衛星。
六、季節變化之最 季節變化最強烈的當屬火星。行星要有四季變化,先決條件是其自轉軸與公轉面之間存在某種傾角。相對於具有23.44度自轉傾角的地球來說,火星自轉軸的傾角25.19度,雖然兩者相差不大,但火星上四季的變化比地球更加劇烈。火星南半球夏季發生的大規模沙塵暴幾乎覆蓋了整個火星,每當此時,被稱為「紅色星球」的火星就變成「黃色星球」了。 另外,在火星的南北兩極,存在被稱為「極冠」的「乾冰地帶」。火星極冠自冬季在各半球形成,到夏季逐漸融化,如此周而復始。在極冠的周圍,十分頻繁地出現「極雲」和霧等,這在地球上也容易觀察到。
美國宇航局專家在2003年報告說,自轉軸與公轉面成27.8度傾角的海王星好像也有四季變化。如果每165年才繞太陽一周的海王星果真也有四季,那麼一個季節將持續40年以上。而對土星來說,儘管具有與四季行星幾乎相同的自轉軸傾角(26.7度),卻觀察不到其表面有季節變化。
天王星的自轉軸與公轉面的夾角達到97.9度,因此被稱為「躺」著轉的行星,其表面恐怕也不存在像地球上一樣的四季。但是,如果是以從行星上看到的太陽的高度變化來定義四季,那麼變化近180°的天王星或許應該有劇烈的季節變化。究竟是否如此,目前還不清楚。另外,在天王星表面的許多地區,太陽或者幾年不落,或者幾年不升,真是奇妙。順便指出,相對於其他許多行星來說,金星是反向自轉的,其最大的自轉軸傾角據說可達177.4度。金星為何會反轉?至今仍不太清楚。
七、磁場之最 木星的磁場強度比地球高10倍以上。地球的偶極磁場是由鐵等構成的地核外側部分熔化並對流產生的,而木星的偶極磁場則是由液態金屬氫構成的核對流產生的。另外,對木星等氣態巨行星而言,其高速自轉有可能進一步加大了磁場強度。
通常認為形成極光的原因是:偶極磁場被太陽風吹走;與太陽對側的磁場被拉伸成彗星形狀,這種磁場因某種原因被切斷;在被稱為「等離子體層」的區域,帶電高能粒子沿著被切磁力線流入極區,這種粒子與極區的大氣碰撞產生大規模極光。
極光除了在地球上出現外,還在木星、土星等行星上被觀察到。在木星上,人們觀察到了起因於木衛一——伊蛾的另一種極光。在火山活動十分活躍的伊蛾的赤道上,火星噴發出的硫磺氣體構成了「伊蛾環」,其中的粒子在木星的巨大磁場影響下成為流入極區的電流,與木星大氣碰撞產生新種類的極光。令人遺憾的是,木星或土星的極光無法用普通望遠鏡看清,只有用紫外線或紅外線望遠鏡,才可以看到其皇冠般的美麗景象。
八、高山之最 火星表面的奧林匹斯山是太陽系中最高的,其海拔高度為2.13萬米,其山腳的直徑約為
600千米。奧林匹斯山被分類為盾形火山(外形像倒扣的盾、上升比較緩慢的火山)。地球上最高的盾形火山是夏威夷的冒納凱亞火山,但即使加上海底部分,其山腳直徑也不到
8000米。 不過,在火星上不存在像地球上那樣的可以作為海拔基準的海洋。地球上以「大地水準面」(將平均海面擴大到陸地的假想平面)高度作為海拔零高度。美國「全球勘測者」火星探測器獲得的火星地形圖是以火星上的重力相等面(以赤道平均半徑=33.96萬米為基準的面)作為海拔的零高度。 基於同樣的零高度,金星上有被稱「馬克斯威爾」的最高山(平均高度約為1.
1萬米),這座山不是火山,但堪稱金星第二高山的馬特山(平均高度約為
8000米)被推測是火山。此外,在太陽系中活動最頻繁的火山是木衛一——伊蛾表面的火山,其能量被認為是地球火山的100倍以上。 九、依依不捨冥王星 長期以來,人們對冥王星的行星地位一直存在爭議,加之近年來在太陽系中發現了幾顆與冥王星不相上下的小行星,如果再不將冥王星逐出九大行星之列,則有必要把太陽系行星數量擴大到12顆。為此,2006年第26屆國際天文聯合大會對冥王星的「去留」做出了決定。 會上,專家對行星重新做了定義,其要點是:必須具有足夠大的質量,以使其自身引力足以克服剛體應力,從而達到流體靜力學平衡(接近球形)的形狀,這樣的星星才能稱之為行星,其他太陽系天體則被稱為小行星。據此,1990年之前發現的、在黃道面上以近圓形軌道繞日運動的八大行星被稱為「經典行星」。 至於小行星,它們集中分布在兩個區域。其中一個小行星帶位於火星與木星之間,這裡有眾多的小行星。據推測,這裡本應誕生一顆行星,但由於木星急劇成長,這顆行星「胚胎」受其強大引力的影響而夭折。在這個小行星帶中,最大的一顆是穀神星,直徑約為
910千米,按照新定義,穀神星被稱為「矮行星」。 另一個小行星帶是柯伊伯帶。以冥王星為首的滿足行星條件的柯伊伯帶天體被稱為「類冥王星」。本來是太陽系最小行星的冥王星,現在卻成為小行星之最。也許對冥王星從行星行列中的離去我們還依依不捨,但行星的嚴謹分類應該更有利於天文學的發展
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