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第4章 嗨!太阳系,我来了!(3)

(三)在火星上旅行

在火星上旅行时,你会看到很多与众不同的美境。当你抬头仰望天空,会使你感到惊讶:原来,天空竟是橙色的,在美丽的橙色天空中飘浮着略带淡红色的云彩,地球上所熟悉的蔚蓝色天空是看不到了。到了火星,不妨到北半球和南半球都走一趟。你可以发现,火星的南半球和北半球的“地形”结构差别很大。南半球比较古老,表面崎岖且密布环形山,北半球有大的火山熔岩平原,地势比南半部低,环形山也比南半球少得多。来到火星赤道地区,一定要去看巨大的峡谷,其中最大的一个叫做“水手谷”。它位于赤道以南,是由一系列峡谷组成,在赤道地区延伸3 000多千米,比周围地面低凹6千米。峡谷壁通常十分陡峭,并可以看出曾经发生过陷落和山崩活动的迹象。在赤道地区你还可以看到不少已经干涸的河床。这些河床宽阔而弯曲,最长的约1 500千米,宽达60千米。当这些河床展现在你面前时,使你追溯到远古的时代:那时,这里也曾经有过河流、湖泊,水流冲刷着火星的表面,也许还有某种生命曾经活跃在这个星球上。

(四)火星赏月

在火星上大致游览后,就该坐下来“赏月”了。这个“月”不是地球上所看到的那个月亮,而是火星自己的“月亮”,且“月亮”不止一个,而是两个,分别叫做“火卫一”和“火卫二”。“月亮”差不多就在火星的赤道面上运行。火卫一和火星中心的距离为9 450千米,绕火星转一周为7小时39分,比火星自转周期(24.6小时)要短得多。从火星上看火卫一,非常引人注目,它就在火星的赤道上空运行,但是,它是从西边升起,东边下落,且移动很快,每天要西升东落两次。火卫二离火星中心大约有23 500千米,公转周期是30.3小时,比火星自转一周时间略长,因此,从火星上看,它慢慢由东向西移动,要5天半时间才看到它东升西落一次。两个“月亮”,一个急急忙忙从西奔向东;一个慢慢悠悠从东移到西。这种奇景,在地球上是观赏不到的。遗憾的是,这两个“月亮”都远不如我们的月亮那么亮。

七、木星

木星,中国古代把它叫做“岁星”,这是因为已经知道它的公转周期近于12年,可以利用它来纪年。西方则称木星为“朱庇特”,即罗马神话中的主神,相当于希腊神话中的王者--天神宙斯。

(一)大巨人

木星是太阳系九大行星中体积最大的一个,它的体积可以容纳1 300多个地球。它的质量是地球质量的300多倍。把太阳系所有其他行星的质量全加起来还不及木星质量的一半。木星是一个只有固体核,没有固体表面的星球,所以我们不能到上面去旅行,只能靠近看一看它。木星内部的固体核直径为24 000千米,成分与地球相似,由铁、硅组成。再外面就是液态氢和液态氦构成的“海洋”,还有就是我们看到的表层大气。木星大气的最上层主要是由氨冰构成,里面还有十分强烈和频繁的闪电现象。

(二)带和带纹

木星自转很快,自转一周只需要9小时50分30秒,是太阳系中自转最快的一个。由于快速自转,使木星形状变扁,不是正圆形,而是中腰鼓起的椭圆形。这是因为木星快速旋转,带动它的大气层顶端的云层,以约35 400千米/小时的速度旋转,这种高速产生的离心力就把云层拉成线丝,形成一系列与赤道平行的、明暗交替分布的云带,亮的、颜色鲜明我们称为带,暗的称为带纹,它们大部分是红棕色。带中气体呈上升运动,带纹中气体呈下降运动。

(三)大红斑

在木星的南半球,有一个颜色明亮而鲜艳的大红斑,300多年来,大红斑一直都没有消失,但大小和颜色却经常变幻。长度最长时达到4万千米,最少也有1万多千米,一般保持在2万千米左右,宽度变化不大。大红斑颜色有时鲜红,有时略带棕色或淡玫瑰色。当它的位置在东西方向上时会有漂移。现在木星探测器已经探明:大红斑原来是木星大气云层中的一个大旋涡,其中飘浮着五颜六色的云,有棕红色的、棕黄色的、橙色的、白色的,五彩缤纷。它们主要由红磷化合物构成,而且不停地激烈运动。科学家们指出,这实际上是木星大气中的带电粒子,在木星旋转磁场作用下形成的猛烈风暴。木星表面的带状结构和大红斑利用小型天文望远镜就可以观察了。

(四)木星环与木星的卫星

在离木星几十万千米处围绕木星赤道的区域,有一个由黑色碎石块构成的环,叫做木星环,厚度约30千米,以7小时的周期围绕木星高速旋转。这个木星环的外缘距离木星中心约12.8万千米。木星有16颗已知的卫星,最着名的4颗是伽利略发现的木卫一、二、三、四(伽利略卫星)。由于伽利略卫星产生的引潮力,木星运动正逐渐地变缓。同样,相同的引潮力也改变着卫星的轨道,使它们慢慢地远离木星。4颗伽利略卫星用双筒望远镜就可以很容易地观察到。

(五)彗木相撞

苏梅克-列维9号彗星是苏梅克夫妇和助手列维于1993年发现的。在它被发现后不久,科学家们就测出它的运行轨道靠近木星,呈高度椭圆状,它曾在1992年与木星擦肩而过,在木星引力的作用下碎成20多块,并且将于1994年与木星相撞。在1994年7月16~22日期间,彗星碎片陆续撞入木星大气层。这是科学家有史以来第一次有机会目击地球外的两天体的碰撞。彗星与木星的相撞激起了大家对天文学的兴趣。彗星与行星的碰撞是相当罕见的事件,通过这次事件,科学家们对于木星、彗星甚至太阳系的了解更多了。

八、土星

土星是离太阳第六远的一颗美丽的行星,凡是用望远镜看过土星的人,无不对她的美貌惊叹不已。土星自转一周为10小时14分。由于自转迅速,赤道凸出成为一个扁球体,赤道半径要比两极半径大6 000多千米。土星公转轨道半径为14亿千米,冲日时最大亮度为0.4星等,公转周期为29.5年,约合二十八宿之数,每年镇守一宿,故古时我国又称其为“镇星”。罗马神话中称其为萨图努斯神,即希腊神话中的克洛诺斯,他是神王宙斯之父,是在推翻父亲之后登上天神宝座的。很久以来,土星长期被当做太阳系的边界,直到1781年发现天王星以后,太阳系才得以扩大。

(一)木星的小弟弟

土星大小在太阳系中仅次于木星,它们有许多相似之处。其直径约12万千米,是地球的9.5倍;体积是地球的730倍。但它的平均密度却比水还要小,仅有0.7克/立方厘米。假如将土星放入水中,它会浮在水面上。土星的内部结构与木星相似,也有一个由硅、铁等重元素组成的固体核,核的外面是5 000千米厚的冰层和金属氢组成的壳层,再外面也像木星一样被色彩斑斓的云带包围着。这些彩色的云带主要由氢、氦以及甲烷等组成。土星的表面呈橘色,漂浮着明暗相间的彩云,配以赤道面上那发出柔和光辉的光环,远远望去真像个戴着顶草帽的女郎。“旅行者”号探测器发现土星也有一个大红斑,长8 000千米,宽6 000千米,比木星的小许多。它可能是由于土星大气中上升气流重新落入云层时引起扰动和旋转而形成的。如果说木星大气运动多变,那么土星大气运动就显得平静、单纯而快速。土星表面的喷射流,速度最快时可高达400米/秒以上。可在地球上,真正的土星表面是看不到的,我们看到的只是云顶,其温度低于-200℃。

(二)土星环

土星最让人着迷的便是美丽的土星环。伽利略在1610年用自制望远镜观察土星时,发现土星有两个“耳朵”。他误认为土星可能是由三个天体组成,怀疑这两个“耳朵”是两颗卫星。但他一直不敢将观察结果发表,因为他发现“卫星”并没有绕土星公转,似乎永远停留不动。而更令他惊奇的是那两颗“卫星”两年后竟然失踪,三年后又重新出现。半个世纪后,荷兰天文学家惠更斯用更大更好的望远镜进行观测,才揭开了这个谜。原来那两颗“卫星”是与土星不相连接、环绕在土星赤道面上的光环。这光环由无数形状、大小不等的冰物质组成,以很快的速度围绕土星运转,在太阳光的照耀下呈现出各种颜色。光环的直径达27万千米,厚度为10千米左右,自东向西自转。1675年,意大利天文学家卡西尼发现光环中有一圈空隙,这就是着名的卡西尼环缝。人们根据地面观测和空间探测,把土星环划分为7层。距土星最近的是D环,亮度最暗;其次是C环,透明度最高;B环最亮;最后是A环。在A环和B环之间就是着名的卡西尼环缝,缝宽约5000千米。在A环之外有E、F、G三个环,最外层的是E环,十分稀薄和宽广。“旅行者1号”和“旅行者2号”探测器把土星环的近距离照片送回后,科学家们非常吃惊:原来每一层又可细分成上千条大大小小的小环,即使被认为空无一物的卡西尼缝也存在几条小环。在照片中可见到F环有5条小环相互缠绕在一起。土星环的整体形状类似一张巨大的密纹唱片,从土星的云顶一直延伸到32万千米远的地方。光环的颜色远看是红棕色,其实每层都稍有不同,C环是蓝色,B环内层为橙色,外层为绿色,A环为紫色,卡西尼缝是蓝色的。

(三)数目众多的卫星

土星是太阳系中卫星最多的大行星。从1979年开始,探测器不断发现新卫星,使土星的卫星迅速增多到20多颗。土星的卫星形态各异,天文学家对它们有着极大的兴趣。土卫一直径是390千米,上面有一直径约130千米的大陨坑。土卫二表面覆盖着厚厚冰层,一半地区是荒凉的平原,另一半则坎坷不平。科学家认为它可能同土卫一一样具有火山活动。土卫三表面被冰层覆盖,冰上有条长2360千米的裂缝和一个直径约400千米、深16千米的撞击坑。土卫四直径约1 120千米,上面有众多的陨坑。在它的轨道上还有伴星土卫四B,它超前土卫四60°,位于土卫四与土星的引力平衡点上。而在土卫四B附近还有颗更小的伴星。土卫六是人类发现的第一颗土星卫星,它是太阳系中唯一有大气存在的卫星。土卫六大气的主要成分是氮,约占98%,甲烷占1%,其余为碳氢化合物等,厚度约为2 700千米。土卫六表面温度很低,在-190℃~-210℃之间,有美丽的液氮海洋。这些条件与地球早期生命起源的情况相似。长期以来,人们一直认为土卫六是太阳系中最大的卫星,但最近的观察表明土卫六的大气层太厚了,其实它的固体表面比土卫三的还稍小一些,迫不得已把王冠让给了木卫三。尽管如此,土卫六的体积还是要比水星大。

九、天王星

天王星在太阳系中的位置排行第七,距太阳约29亿千米。它的体积很大,是地球的65倍,仅次于木星和土星,在太阳系位居第三;它的直径为5万多千米,是地球的4倍,质量约为地球的14.5倍。在古老的希腊神话中,天王星被看做是第一位统治整个宇宙的天神--乌拉诺斯。他与地母该亚结合,生下了后来的天神,是他费尽心机将混沌的宇宙规划得和谐有序。他地位显赫,译成中文便是天王星。

(一)躺着旋转的行星

在太阳系中,所有的行星的自转轴与公转平面都有较大的交角,唯独天王星的赤道面与轨道面的倾角为97°55,也就是说,它的自转轴几乎是倒在它的轨道平面上,以躺着的姿势绕太阳运动。难怪有人把天王称做“一个颠倒的行星世界”。天王星上的昼夜交替和四季变化也十分奇特和复杂。在天王星绕太阳公转时,其公转周期为84年。太阳轮流照射着它的北极、赤道、南极、赤道。因此,天王星上的每一昼、每一夜都要持续42年才能变换一次。太阳照射到哪一极时,哪一极就是夏季,太阳总不下落,没有夜。而背对着太阳的那一极,正处在漫长黑夜所笼罩的寒冷冬季之中。只有在赤道南北纬8°之间,才有昼夜的变化。假如以地球人一般的寿命计算,在天王星的南极或北极,一生最多只能有一次目睹日出或日落的机会。现在,天王星上的阳光直射点,正从它的南极区移向赤道,2007年起,太阳将直射在它的赤道上。

(二)天王星的表面

天王星表面的大气中主要成分是氢、氦和大量的甲烷。上层大气层的甲烷吸收红光,使天王星呈现蓝绿色。大气在固定纬度集结成云层,类似于木星和土星在纬线上鲜艳的条状色带。由于天王星的自转,星体中纬度有风,风速大约是每秒40~160米。经无线电科学测试,发现在赤道附近有大约每秒100米的逆风。在厚厚的大气之下是深达8000千米的汪洋大海,但与地球上的大海相比它的温度高得骇人,将近有4000℃的高温,比炼钢炉中的钢水温度还高。通过观测发现,天王星的表面具有发白的蓝绿色光彩和与赤道平行的条纹,大概是由于自转速度很快而产生的大气流动。

(三)天王星的发现

在晴朗的夜晚要想观看天王星,并不是很难。它的亮度是5.7等。它的公转周期相当长,每84年绕太阳一周,平均每天只移动46,不容易与恒星区分,历史上曾多次被误认为是恒星而被载入星图。那它是怎么被发现的呢?1781年3月13日夜晚英国天文学家威廉·赫歇耳在院子里与他的妹妹卡洛琳·赫歇耳用自制的反射式望远镜观察星空时,偶然间在双子座发现了一颗与众不同的淡绿色的星星,心中不免吃了一惊,这是一颗什么星呢?他让妹妹卡洛琳将观察内容记录了下来,连续几天的跟踪观测使他认定:所发现的一定是太阳系的天体,可能是彗星。于是他把一篇题为《一颗彗星的报告》的论文递交给英国皇家学会。两年以后,法国科学家拉普拉斯认证并公布了威廉·赫歇耳发现了太阳系的新行星。天文学家们计算出这颗星的轨道,位置是在土星的外侧,从此,太阳系内的第七颗行星--天王星就这样被发现了。

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