天文常識（八）太陽系3

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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