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第12章 太阳之谜(6)

行星家族新“候选人”档案

约有50万颗小行星沿椭圆形轨道在火星和木星轨道之间绕太阳运行,它们一般都无法用肉眼看到。1801年1月,意大利天文学家在这些小行星中发现了谷神星,它接近为球体,直径近1000千米,质量近95亿亿吨,质量相当于月球质量的1/5 0左右,是小行星中质量最大的。电脑模拟研究显示,谷神星的内部分为不同层次,靠近表层是比较轻的物质,核心是稠密物质。这表明它可能包括一个富含冰水的表层,里面是一个多岩石的核心。

1978年7月,美国天文研究人员又发现了“卡戎”,它在冥王星赤道上空约1.9万千米的圆形轨道上运转,有着与与冥王星自转周期相等的运行周期。近年来观测发现,“卡戎”实际上与冥王星构成了双行星系统,它们围绕着太阳同步旋转。另外,“卡戎”的直径超过1000千米,质量大约是冥王星的一半,约为190亿亿吨,密度与冥王星相似。有专家据此推测,可能是因为远古时一颗庞大天体与冥王星发生了碰撞,从而使一大块碎片从中分离出来,产生了“卡戎”。

2003年,在太阳系边缘美国天文学家布朗又发现了一颗天体,并将其暂时编号为“2003UB313”。2005年7月,布朗正式将这一发现公布于世,并称该天体为“齐娜”(神话中的一个好战女神)。这颗天体位于海王星公转轨道外的柯伊伯带中,专家推算它大约距离太阳160亿千米,表面温度约为-248℃。“哈勃”太空望远镜的观测显示,“齐娜”的直径比冥王星还要多100千米左右,可能有2400千米。有专家认为,这颗天体可能还有一颗卫星。

2006年8月24日,布拉格举行了第26界国际天文联会,在通过的第5号决议中将冥王星划为矮行星,并命名为小行星134340号,从太阳系9大行星中被除名。所以,现在的太阳系只有8颗行星。也就是说,从2006年8月24日11起,太阳系只有8颗行星,即水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星。

延伸阅读——第十大行星

1781年,威廉·赫歇耳发现天王星后,天文学家们注意到,在绕太阳运行时,天王星总是偏离轨道,这表明其附近还有星体存在。于是在1846年,人们发现了海王星。

接着,天文学家又发现,海王星的运行轨道也不规则。果然在1930年,又发现了冥王星。可是科学家们发现,冥王星的体积和质量没有太多影响海王星和天王星的运行,这两者的不规则运行可能另有他因。于是有人当时就提出了:太阳系中不仅有九大行星,很可能在距离太阳的遥远处环有第十大行星存在。

当时人们把这“第十大行星”称为冥外行星。人们对它进行了种种猜测,有人认为它与太阳大小相仿,在距离冥王星80亿千米之外运行;还有人认为它的质量为太阳的10倍,距太阳160亿千米。

20世纪90年代初,科学家又提出了两种说法:一种认为冥外行星质量为地球的124倍,位于距太阳150亿千米处;另一种则认为它在体积与质量上都与天王星类似,距离太阳800亿千米。

目前,关于第十大行星的探索又有了新的进展,科学家们认为,第十大行星是在我们的地球轨道上,是地球的孪生兄弟,而并非远在冥王星之外,其体积与地球差不多,其位置在太阳的背面,而且有着与地球完全相同的公转速度,即地球轨道上的同步行星,所以从地球上看,它永远在太阳背面,人类一直不能发现它。当然,现在应该称其为“第九大行星”。

目前,科学家们正致力于找到地球的这个孪生兄弟——如果它真的存在的话。以现有的技术能力而言,完全可以发射一颗人造卫星来证明其是否存在。

极光是如何形成的

在地球南北两极附近地区的高空,夜间经常会出现灿烂美丽的光辉,有时像一条彩带,有时像一团火焰,有时像一张五光十色的巨大银幕,有时又像轻柔的窗帘……它轻盈地飘荡,同时忽暗忽明,发出红的、蓝的、绿的、紫的光芒,多种颜色相继出现,璀璨悦目。

静寂的极地,也由于它的出现而显得格外富有生气。这种壮丽动人的景象就叫做极光。

极光的产生

这么美丽的极光是怎么产生的呢?许多年以来人们一直进行着不断地猜测和探索。从前,爱斯基摩人以为那是鬼神引导死者灵魂上天堂的火炬。13世纪时的人们认为那光是由格陵兰冰原反射的。而到了17世纪,它才被称为北极光——北极曙光(南极所见到的同样的光称为南极光)。

随着科技的进步,我们逐渐揭开了极光的神秘的面纱。原来,这美丽的作品是太阳与大气层合作表演出来的。太阳创造了许多形式的能量,如光和热等,有一种能量被称为“太阳风”,这种带电粒子是由太阳喷射出的,是一束强大的带电亚原子颗粒流,可以覆盖地球。在地球上空环绕地球流动时,太阳风会以大约每秒400千米的速度撞击地球磁场。地球磁场就像一个漏斗,用尖端对着地球两极,因此太阳发出的带电粒子沿着地磁场沉降,进入地球的南北极。而受到太阳风的轰击后,两极的高层大气就会发出光芒,形成我们见到的美丽的极光。在南极地区形成的叫南极光,在北极地区形成的叫北极光。

极光对地球的影响

目前,许多科学家正在对极光进行研究。我们看到的极光,主要是带电粒子流中的电子造成的,沉降粒子的能量和数量决定了极光的颜色和强度。如果我们把极光活动比喻成磁层活动的实况电视画面,那么沉降粒子就是电视机的电子束,而地球大气则是电视屏幕,地球磁场是电子束导向磁场,而且从这个天然大电视中,我们也可以得到磁层及日地空间电磁活动的大量信息。

例如,通过极光谱分析沉降粒子束的来源,能量大小,粒子种类,地球磁尾的结构,太阳扰乱对地球的影响方式与程度,以及地球磁场与行星磁场的相互作用等等。

极光不仅美丽,还能在地球大气层中产生能量。与发电厂所产生电容量的总和相比,这种能量常常会使无线电和雷达的信号受到干扰。而且极光产生的强力电流还会在长途电话线集结或使微波的传播受到影响,造成电路中的电流局部或完全“损失”,甚至严重干扰电力传输线,从而使某些地区的电力供应暂时中断。因此,如何利用极光所产生的能量为人类造福,也成为如今科学界的一项重要任务。

极光之美

极光被视为自然界中最漂亮的奇观之一。如果我们乘着宇宙飞船,越过地球的南北极上空,从遥远的太空向地球望去,就能见到有一个闪闪发亮的光环环绕着地球磁极,这个环就叫做极光卵。

之所以它会呈现出卵一样的形状,是因为它向太阳的一边有点被压扁,而背太阳的一边却稍稍被拉伸。极光卵会连续不断的变化,时明时暗,时而向极点方向收缩,时而又向赤道方向伸展,处在午夜部分的光环显得最宽,也最明亮。

长期观测统计结果表明,南北磁纬度67度附近的2个环带状区域内是最经常出现极光的地方,分别称作南极光区和北极光区。而在中低纬地区,尤其是近赤道区域,是很少出现极光的。

人们在寒冷的极区举目瞭望夜空,常常可以见到极光,五光十色、千姿百态。毫不夸大地说,在世界上简直找不出完全相同的两个极光形体。从科学研究的角度,人们将极光按形态特征分成5种:一是有弯扭折皱的飘带状极光带;二是底边整齐微微弯曲的圆弧状极光孤;三是如云朵般的片朵状极光片;四是沿磁力线方向的射线状极光芒;五是面纱一样均匀的帐幔状极光幔。

极光形体的亮度也有很大的变化,从银河星云般的刚能看见的亮度,一直亮到月亮满月时的亮度。地面上物体的轮廓在强极光出现时都能被照见,甚至会照出物体的影子来。最为动人的当然是极光运动所造成的奇妙景象,翻手为云,覆手为雨,变化莫测,往往发生在几秒钟或数分钟之内,瞬息万变。极光的运动变化可以看作自然界的魔术大师,它以天空为舞台上演了一出光的话剧,上下纵横成百上千公里,甚至还存在近万公里长的极光带。这种自然景象就如同沾了仙气一般,宏伟壮观,颇具神秘色彩。

极光的色彩更是令人叹为观止,难以用五颜六色描绘。虽然它的本色不外乎红、绿、紫、蓝、白、黄,可大自然不愧为一位超级画家,它将深浅浓淡、隐显明暗,用出神入化的手法一搭配、一组合,一下子就将其变成了万花筒。极光这般多姿多彩,变化万千,又是在辽阔无垠的穹隆中、漆黑寂静的寒夜里和荒无人烟的极区,此情此景,此时此刻,面对五彩缤纷的极光图形,怎能不令人心醉,不叫人神往呢?

相关链接——木星上的极光

最近,南欧洲天文台发表了在2000年11月拍摄到木星上极光的照片和木星两极上空的烟雾。这是木星两极的情况第一次被清楚地拍摄到。

木星离地球约6.1亿千米,利用太空总署的哈勃太空望远镜,过去科学家曾经拍摄到木星极光的照片,不过使用南欧洲天文台的红外线望远镜,科学家可以更加清晰地观察到木星北极上空的烟雾和极光。

科学家指出,极光是环绕木星的磁轴的,而这些烟雾是在极光环之下环绕着木星的旋转轴;烟雾受到的影响来自木星上的地带风,这些地带风是在同一纬度上移动的。科学家相信,木星以10小时一次的迅速自转,也会使两极上空烟雾的移动受到影响。

日食是怎么回事

对古代人而言,日食可是一件十分可怕的事。中国古代认为,日食是因为天上的一条龙吞掉了太阳,其它的国家也认为这是不祥之兆,对此,古人有许多“对策”:打鼓、朝天空射箭、拿物或人祭祀等。

据传,曾经有一次致命的日食报告错误,这是说公元前2世纪的两个中国天文家由于一些原因没报告日食,那时的中国帝王认为自己是天子,十分重视天象,认为那是上天给的暗示,因此他请了一批天文家定期观测天象。

那时彗星和流星还不能被预言,但日食已经可以预测了。而这两位天文家没有告诉帝王日食这一重大天象的发生,结果帝王盛怒,将两人斩首示众。可见,日食自古就被人们十分重视。

什么是日食

古人常认为日食不详,实际上,日食就是当月球绕地球转到太阳和地球中间时,太阳、月球、地球三者正好排成或接近一条直线,射到地球上去的太阳光被月球挡住了,月球身后的黑影正好落到地球上,

在地球上,月影里的人们开始会看到阳光逐渐减弱,圆的黑影遮住了太阳面,天色转暗。当全部遮住时,天空中就可以看到最亮的恒星和行星,几分钟后,太阳逐渐从月球黑影边缘露出,开始生光、复圆。由于月球比地球小,因此人们只有在月影中,才能看到日食。当太阳被月球全部挡住时,发生的就是日全食;只被遮住一部分时,发生的就是日偏食;而如果太阳中央的部分被遮住了,就会发生是日环食。

通常来说,发生日全食的时间不超过7分31秒,日环食的最长时间是12分24秒。为了延迟观测日全食的时间,法国的一位天文学家家乘坐超音速飞机追赶月亮的影子,使观测时间延长到了74分钟。

科学界对日食的解释

科学家对于日食现象也进行了深入的研究,认为日食、月食都例证了光在天体中是沿直线传播的。研究发现,发生日食需要满足两个条件:一是日食总是发生在朔日(农历初一)。不过因为月球运行的轨道(白道)和太阳运行的轨道(黄道)并不在一个平面上,白道平面和黄道平面有5°9′的夹角,所以不是所有朔日必定发生日食。这就引出了第二个条件:在朔日,太阳和月球都移到白道和黄道的交点附近,太阳离交点处要有一定的角度(日食限),此时就能发生日食。

由于日、月同地球之间的距离时近时远,月球、地球运行的轨道都不是正圆,因此在地球上太阳光被月球遮蔽形成的影子可分成本影、伪本影(月球距地球较远时形成的)和半影。而如果要看到日全食,观测者需要处于本影范围内;处于伪本影范围内,看到的是日环食;而在半影范围内,就只能看到日偏食了。

但是,日偏食、日全食或日环食的时间都很短,而且在地球上能看到日食也只是很有限的地区,因为月球比较小,它的本影也比较小而短,因而本影在地球上扫过的范围不广,时间不长。而由于月球本影的平均长度(373293千米)比月球与地球之间的平均距离 (384400千米)咬断,日环食发生的次数就整个地球而言要多于日全食。

日食的食象

根据月球圆面同太阳圆面的位置关系,日全食可以分成5种食象:

一是初亏。此时月球比太阳的视运动要走得快,会追上太阳。月球东边缘刚刚同太阳西边缘相“接触”时,就叫做初亏,是第一次“外切”,是日食的开始。

二是食既。初亏后大约一小时,月球的东边缘这时和太阳的东边缘相内切,叫做食既,是日全食的开始,这时月球把整个太阳都遮住了。

三是食甚。是太阳被食最深的时刻,月球中心移到了同太阳中心最近的位置。

四是生光。这时月球西边缘和太阳西边缘相内切,是日全食的结束;从食既到生光最长不超过7.5分钟,一般只有2~3分钟。

五是复圆。发生在生光后大约1小时,这时月球西边缘和太阳东边缘相接触,从此月球完全“脱离”太阳,日食结束。