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第26章 发现星空(7)

火星上的沙尘暴

火星上也刮沙尘暴?当然,而且还非同寻常。地球上的台风在我们感觉起来已经很大了,可与火星上的风暴相比,简直就是小巫见大巫。我们通常所说的12级台风,风速达到每秒32.6米,而火星上的风速能达到180多米/秒!而且,一旦火星沙尘暴刮起来就没完没了,每年至少有3个月火星被笼罩在漫天飞舞的红沙之中,从地球上望去,就像一个暗红色的灯笼。

如果用望远镜观测,有时我们还能看到火星的黄云,且黄云大小和形状不断变化,这就是火星的尘暴。人们很久以来就发现一到春夏之交,在火星的南半球上就会发生大规模尘暴,黄云在几天之内由小变大,由弱变强,用不了几个星期,就覆盖了整个南半球,有时还会形成全球性的大尘,暴蔓延到北半球。尘暴持续的时间至少是几个星期,规模大时可持续几个月之久。

1971年8月,“水手9号”宇宙飞船开始奔向火星金星探测,这时火星上的天气还不错。然而 “水手9号”一个多月后正走在半路上时,火星就出现了尘暴的迹象。11月,“水手9号”到达火星附近时,火星表面什么也看不见,风尘滚滚,而且一刮就是3个月。虽然“水手9号”对火星无所作为,但就近探测了火星的2颗卫星,并准确地测定了它们的形状和大小。

局部的小尘暴在火星上年年都有,差不多每隔10多年就发生一次特别厉害的席卷全火星的尘暴。据天文学家估计,每次大尘暴时,覆盖在火星南半球上的尘埃达1000万吨到10亿吨。尘暴的形成与空气稀薄、地形、公转轨道等有关,是火星上独有的现象。

点击谜团——火星上有“火星人”吗?

2000年,美国在南极洲发现了一块碳酸盐陨石火星陨石,编号为ALH84001。美国国家航空航天局声称,在这块陨石上存在一些类似微体化石结构,有人认为这可能可以证明火星存在生命,但也有人认为,这种矿物晶体只是自然生成的。但直到2004年,争论的双方仍然没有任何一方占据上风。

有证据建议,火星曾比现在更适于生命的存在,但生命到底在火星上是否真正存在过,目前还不能给出确切的结论。某些研究者认为ALH84001陨石可以证明火星过去存在生命活动,但这一看法至今也未得到公认。另有反对的观点认为,自从该陨石几十亿年前产生以来,它从未于液态水存在的温度下长期存在,因而也不可能曾有生命活动。

维京号(或海盗号)Viking probes曾做实验,检测火星土壤中可能存在的微生物。实验限于维京号的着陆点,结果呈阳性,但随后即被许多科学家所否定。现在这种争议仍在进行中。现存生物活动也是火星大气中存在微量甲烷的解释之一,但通常人们更认同其它与生命无关的解释。

将来人类如果对外星移民,由于火星的友善条件(同其他行星相比,火星最像地球),它很可能是我们的首选地点。

最美丽的行星——土星

在太阳系的所有行星中,土星的光环最惹人注目,它使土星看上去就像戴着一顶漂亮的大草帽。观测表明,构成光环的物质是碎冰块、岩石块、尘埃、颗粒等,它们排列成一系列的圆圈,时刻围绕着土星旋转。

土星运动迟缓,因而人们也将它看做掌握命运和时间的象征,在罗马神话中,它被称为第二代天神克洛诺斯,在推翻父亲之后,登上了天神宝座。我国古代称土星为填星或镇星,因为土星公转大约以29.5年为一个周期,我国古代有28宿,土星几乎是每年在一个宿中,意思是可以镇住或填满该宿,所以得名。

无论东方还是西方,人们都把土星与农业联系在一起,在天文学中,表示土星的符号就像是一把主宰着农业的大镰刀。

土星的基本特性

在1781年发现天王星之前,人们曾认为离太阳最远的行星是土星。土星具有较多卫星,到1978年为止,已发现并证实有10个卫星,以后又陆续有人提出新的发现。

在很多地方土星像木星,比如它与木星同属于巨行星,质量是地球的95.18倍,体积是地球的745倍。在太阳系8大行星中,土星的大小和质量占第二位,仅次于木星。像木星一样,它被较多的卫星所拱卫,并被色彩斑斓的云带所缭绕。

土星的平均密度比水还小,只有0.70克/cm3,是8大行星中密度最小的一颗。如果把它放在水中,它会浮在水面上。土星的半径大而密度低,这使其表面的重力加速度和地球表面相近,甚至在冲日时,它的亮度堪比天空中最亮的恒星。由于光环的平面与土星轨道面不重合,而且在绕日运动中光环平面方向保持不变,所以土星光环的视面积从地球上看是不固定的,从而也影响到了土星的视亮度。当土星光环视面积达到最大时,土星就显得亮一些;当光环平面与视线正好重合时,土星便显得暗些,光环呈现为一条直线。二者之间的亮度大约相差3倍。

土星绕太阳公转的轨道是椭圆的,轨道半径约为14亿千米。在近日点时和在远日点时它同太阳的距离相差约1.5亿千米,绕太阳公转的平均速度约为9.64千米/秒,公转一周约29.5年。土星的自转很快,但自转的速度不同纬度却不一样,这种差别比木星还大。其自转周期在赤道上是10小时14分,纬度60度处则变成10小时40分。这就是说,在土星的赤道上,一个昼夜只有10小时零14分。

土星也有四季,不过每个季节的时间要长达7年,而且即使是夏季也极其寒冷,因为它离太阳实在是太遥远了。

土星的家族

土星卫星到目前为止已被确认的共23颗。土卫十五距土星最近,它与土星的距离仅为卫星到土星中心的2.29个土星半径,为 13.7万千米,公转周期为0.601天,半径只有15千米;最远的是土星九,距土星中心为216个土星半径,平均距离约1293万千米;土卫八的轨道面与土星赤道面有7°52′的交角,属于不规则卫星;土卫九属于不规则卫星,其轨道面与上星赤道面有175°的交角,逆行,轨道偏心率达0.163。其余卫星均为规则卫星。有趣的是,土卫四和土卫十二、土卫十和土卫十一,都是两两同一条轨道上;而土卫三、土卫十六和土卫十七三星同居一轨道。根据飞船发回的资料,没有发现这些卫星上有痕迹表明火山活动。

土卫六在土星的卫星中,是天文学家最关注的天体之一。荷兰天文学家惠更斯于1655年发现了它,土卫六长期以来一直被认为是体积最大的卫星,也是太阳系卫星中唯一拥有大气的,大气成分主要是甲烷。由于它的表面温度也不很低,因而人们过去在它上面可能存在生命。而“旅行者1号”发回的数据却表明土卫六的直径只有5150千米,并非太阳系中最大的卫星,小于木卫三的直径(5262千米),它还有一个液态的表面和一层稠密的大气层,大气层至少厚400千米,甲烷成分不到1%。氦占98%,是大气的主要成份,还有少量的乙烷、乙烯及乙炔等气体。

土卫六的表面温度在-181~-208℃之间,液态表面下还有一个冰幔和一个岩石核心。到目前为止,飞船还不曾发现上面存在痕迹证明有生命的存在。土卫六轨道附近还有一个氢云。

天文学家从“旅行者号”飞船发回的资料发现,除土卫六外,土星的其他卫星都比较小,在寒冷的表面上都有疤痕像破碎了的蛋壳,那是陨击造成的。土卫一表面上有一个陨石坑直径达128千米;土卫二有着陨石坑、荒凉的平原和断皱的山脊,它的不同区域代表着不同的历史时期;土卫三上有一个裂谷,长约800千米,又深又宽;土卫四表面有稀疏而明亮的条纹,它们都环绕着陨石坑。

延伸阅读——土星的六角星云

在研究“旅行者2号”发回的土星照片时,美国国立光学天文台的科学家们发现了一个奇怪的现象:在土星的北极上空有个云团,呈六角形。这个云团按照土星自转的速度以北极点为中心旋转。

事实上, “旅行者2号” 并没有直接拍到土星北极的六角形云团,因为“旅行者2号”并没有直接飞越土星北极上空。但在土星周围绕行时,它拍下了土星各个角度的照片。把那些照片合成以后,天文学家们才看清了土星北极上空的全貌,那个六角形云团也才被发现了。土星北极上空六角形云团的出现,促使科学家们不得不重新认识土星。

天文学世界的恩宠——天王星

天王星是太阳系的第7颗行星,在太阳系的体积是第三大(比海王星大),质量排名第四(比海王星轻)。它的名称来自古希腊神话中的天空之神乌拉诺斯,是克洛诺斯(农神)的父亲,宙斯(朱比特)的祖父。

天王星也是第一颗在现代发现的行星,虽然它的光度与5颗传统行星一样,亮度是肉眼可见的,但由于较为黯淡而未被古代的观测者发现。

天王星的发现与命名

在被发现是行星之前,天王星已经被观测了很多次,但它早被当做恒星来看待了。最早的纪录可以追溯至1690年,在星表中约翰·佛兰斯蒂德将他编为金牛座34,并且至少进行了6次观测。在1750~1769年法国天文学家Pierre Lemonnier也至少观测到了12次,包括一次连续4夜的观测。

1781年3月13日,在他位于索美塞特巴恩镇新国王街19号自宅的庭院(现在是赫歇尔天文博物馆)中,威廉·赫歇尔观察到这颗行星,但在1781年4月26日最早的报告中,他将之称为彗星。通过他自己设计的望远镜,赫歇尔对这颗行星进行了一系列视差的观察,并记述到:“在与金牛座ζ成90°的位置……有一个星云样的星或者是一颗彗星”。他在3月17日写到:“我找到一颗彗星或星云状的星,并且由它的位置变化发现是一颗彗星”。而当他将自己的发现提交给皇家学会时,虽然委婉的表示那比较像行星,但仍然声称是发现了彗星。

然而,当赫歇尔以彗星继续称呼他的新对象时,其他天文学家已经表示怀疑了。苏联天文学家Anders Johan Lexell估计,这颗星球至太阳是地球至太阳的距离的18倍,而在近日点4倍于地球至太阳距离之外,从来没有观测到彗星。柏林天文学家约翰·波得描述赫歇尔的发现像是“在土星轨道之外的圆形轨道上移动的恒星,可以被视为迄今仍未知的像行星的天体”。波得断定,这个以圆轨道运行的天体比彗星更像一颗行星。

很快,这个天体便被接受为一颗行星。1783年,法国科学家拉普拉斯证实,赫歇尔发现的的确是一颗行星。赫歇尔本人也承认了这个事实,他向皇家天文学会的主席约翰·班克斯说:“经由欧洲最杰出的天文学家观察,显示这颗新的行星,我很荣誉的在1781年3月指认出的,是太阳系内主要的行星之一。”为此,威廉·赫歇尔被英国皇家学会授予柯普莱勋章。

为了尊崇它的发现者,有天文学家建议将这颗行星称为“赫歇尔”。但是,波得赞成用希腊神话的乌拉诺斯,翻译成拉丁文就是天空之神,也就是中文中的天王星。波得认为,农神(土星)是宙斯(木星)的父亲,新的行星应称为农神的父亲。最早天王星的名称出现在官方文件中,是在赫歇尔过世一年之后的1823年。直到1850年,HM航海历才换用天王星的名称。

行星的命名多取自罗马神话,而天王星的名称是唯一取自希腊神话的。天文学中天王星的符号是Astronomical symbol for Uranus,综合了火星和太阳符号,因为天王星是希腊神话的天空之神,被认为是由太阳和火星联合的力量所控制的。它在占星学上的符号,是Lalande在1784年建议的。

天王星的物理特性

天王星主要组成元素为氢(83%),其次为氦(15%)主要由岩石与各种成分不同的水冰物质所组成。天王星不像土星与木星那样,有着岩石内核,它的金属成分分布在整个地壳之内,呈现为一种比较平均的状态。因为天王星的甲烷大气吸收了大部分的红色光谱所以它的表面呈现洋蓝色。