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第11章 天王星

天王星概况

旅行者2号拍摄的天王星,下方可见少量的云系

天王星是太阳系中离太阳第七远行星,从直径来看,是太阳系中第三大行星。天王星的体积比海王星大,质量却比其小。它的公转轨道距太阳2,870,990,000千米(19.218天文单位),天王星直径为51,118千米(赤道)质量为8.683e25千克。天王星是由威廉·赫歇耳通过望远镜系统地搜寻,于1781年3月13日发现的,它是近代发现的第一颗行星。事实上,它曾经被观测到许多次只不过当时被误认为是另一颗恒星(早在1690年JohnFlamsteed便已观测到它的存在,但当时他却把它编为34Tauri)。天王星赫歇耳把它命名为乔治亚行星来纪念他的资助者,那个对美国人而言臭名昭着的英国国王-乔治三世,其他人却称天王星为“赫歇耳”。由于其他行星的名字都取自希腊神话,因此为保持一致,由波德首先提出把它称为“乌拉诺斯”(天王星),但直到1850年才开始广泛使用。

探测天王星

到目前为止,只有一艘行星探测器到过天王星,那是在1986年1月24日由旅行者2号探测器完成的。太阳系的大多数行星总是围绕着几乎与黄道面垂直的轴线自转,可天王星的轴线却几乎平行于黄道面。在旅行者2号探测的那段时间里,天王星的南极几乎是接受太阳直射的。这一奇特的事实表明天王星两极地区所得到来自太阳的能量比其赤道地区所得到的要高。然而天王星的赤道地区仍比两极地区热,这其中的原因还在研究中。

哈勃拍摄的天王星,呈现了其自转的特性

天王星的组成

天王星的内部结构

天王星基本上是由岩石和各种各样的冰组成的,它仅含有15%的氢和一些氦(与大都由氢组成的木星和土星相比是较少的)。天王星和海王星在许多方面与木星和土星在去掉巨大液态金属氢外壳后的内核很相象。虽然天王星的内核不像木星和土星那样是由岩石组成的,但它们的物质分布却几乎是相同的。天王星的大气层含有大约83%的氢,15%的氦和2%的甲烷。如其他所有的气态行星一样,天王星也有带状的云围绕着它快速飘动。但是它们太微弱了,以至只能由旅行者2号经过加工的图片才可看出。最近由哈博望远镜的观察显示的条纹却更大更明显。旅行者2号拍摄的伪彩色天王星据推测,这种差别主要是由于季节的作用而产生的(太阳直射到天王星的某个低纬地区可能造成明显的白天黑夜的作用)。天王星显蓝色是其外层大气层中的甲烷吸收了红光的结果。那儿或许有像木星那样的彩带,但它们被覆盖着的甲烷层遮住了。像其他所有气态行星一样,天王星有光环。它们像木星的光环一样暗,但又像土星的光环那样由相当大的直径达到10米的粒子和细小的尘土组成。天王星有11层已知的光环,但都非常暗淡;最亮的那个被称为Epsilon光环。天王星的光环是继土星的光环被发现后第一个被发现的,这一发现被认为是十分重要的,由此我们知道了光环是行星的一个普遍特征,而不是仅为土星所特有的。

天王星的卫星

旅行者2号发现了继已知的5颗大卫星后的10颗小卫星。看来在光环内还有一些更小的卫星。谈到天王星的卫星,其有15颗已命名的卫星,以及2颗已发现但暂未命名的卫星。天王星的两个“牧羊卫星”与太阳系中的其他天体不同,天王星的卫星并不是以古代神话中的人物而命名的,而是用莎士比亚和罗马教皇的作品中人物的名字。它们自然分成两组:由旅行者2号发现的靠近天王星的很暗的10颗小卫星和5颗在外层的大卫星。它们都有一个圆形轨道围绕着天王星的赤道(因此相对于赤道面有一个较大的角度)。

天王星的神话

乌拉诺斯是古希腊神话中的宇宙之神,是最早的至高无上的神。他是该亚的儿子兼配偶,是农神土星、独眼巨人和泰坦(奥林匹斯山神的前辈)的父亲。土星有美丽而奇特的光环早已是众所周知的事了,光环似乎成了土星的“专利”。直到本世纪70年代才打破了这种垄断现象。1977年3月10日,在一次天王星掩恒星的天象观测中,天王星在天空缓慢移动,从天秤座中一颗编号为SAO158687号的暗恒星后面经过,出现了罕见的掩星天象。中国、美国、澳大利亚、印度和南非的天文台都抓住这难得遇到的机会进行观测。掩星前出现5次和掩星后出现5次忽暗忽亮现象。经过天文学家们的分析,确认天王星也有光环,海王星云貌的最大特征——大暗斑在这幅图片的中心可以看见。它大约位于南纬22度,环绕海王星一周大约需要18.3小时。大暗斑东南边的明亮云带则在不断地改变着它们的外貌是9条细环,宽度约10万千米。1986年1月24日旅行者2号探测器以每小时72000千米的速度飞掠天王星时,又发现了天王星的11个环,纠正了9个环的认识。天王星共有20个环,不同的环有不同的颜色,给这颗遥远的行星增添了新的光彩。

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