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第12章 璀璨的星球(3)

也有科学家认为,木星的体积只有太阳的千分之一,中心温度只有太阳的1/500,不足以产生热核反应,因此不具备成为恒星的资格。他们认为,木星过剩的能量是木星形成之初从原始星云中积聚的热能。

美的行星光环

现在我们有了许多大行星的照片,可以让我们对这些行星有更多的了解。可是了解得越多疑问就越多。像土星、木星、天王星、海王星的光环,这些光环的确是客观存在,但他们是由哪些物质构成的?为什么会发光?为什么会形成环?为什么有的行星有,有的没有……科学家解答这些问题的日子不会太远了。

在我们看到的行星照片中,行星大多都被一圈环状物质围绕着,像是为行星披上的彩带,又像是为行星戴上的王冠,令行星显得分外美丽。这些带状物质我们称之为“行星光环”。行星的光环是什么?为什么会发光呢?还一直是。

土星环

土星环由蜂窝般的太空碎片、岩石和冰组成。主要的土星环宽度从48千米到30.2万千米不等,以头七个英文字母命名,距离土星从近到远的土星环分别以被发现的顺序命名为D环、C环、B环、A环、F环、G环和E环。土星及土星环在太阳系形成早期已形成,当时太阳被宇宙尘埃和气体所包围,最后形成土星土星。

从另一个角度来看,土星反而独具风姿。伽利略第一次透过他原始的望远镜观察土星时,发现它的形状有点奇怪,好像在其球体的两侧还有两个小球。他继续观察,发现那两个小球渐渐变得很难看见,到1612年年底时,终于同时难以想象的天文二消失不见了。

其他天文学家也报告过土星的这种奇怪现象。但直到1656年,惠更斯才提出了正确的解释。他宣称,土星夕卜围环绕着一圈又亮又薄的光环,光环与土星不。

土星的自转轴和地球一样,也是倾斜的,土星的轴倾角是26.73°,地球则是23.45°。由于土星的光环和赤道是在同一平面上,所以它是对着太阳(也对着我们)质斜的。当土星运行到其轨道的一端时,我们可由上往下看见光环近的一面,而远的一面仍被遮住。当土星在轨道的另一端时,我们就可由下往上看到光环近的一面,而远的一面依然被遮住。土星从轨道的这一侧转到另一侧需要14年多一点。在这段时间内,光环也逐渐由最下方移向最上方。行至半路时,光环恰好移动到中间位置,这时我们观察到光环两面的边缘连接在一起,状如“一条线”。随后,土星继续运行,沿着另一半轨道绕回原来的起点,这时光环又逐渐地由最上方向最下方移动;移到正中间时,我们又看见其边缘连接在一起。因为土星环非常薄,所以当光环状如“一条线”时就好像消失了一样。1612年年底伽利略看到的正是这种情景。据说由于懊恼,他没有再观察过土星。

土星于土星的赤道面。在空间探测以前,从地面观测得知土星环有五个,其中包括三个主环(A环(B环(C环)和两个暗环(D环(E环)。B环既宽又亮,它的侧是C,侧是A。A和B环之间为宽约5000千米的卡西尼缝,它是天文学家卡西尼在1675年发现的。

1826年,德国血统的俄国天文学家斯特鲁维把外面的环命名为A环,把里面的环命名为B环。1850年,美国天文学家W.C.邦德宣称,还有一个比B环更靠近土星的暗淡光环。这个暗淡光环就是c环,C环与B环之间并没有明显的分界。

在太阳系的任何地方都没有像土星环那样的东西,或者说,用任何仪器我们都看不到任何地方有像土星环那样的光环。诚然,我们现在知道,围绕着木星有一个稀薄的物质光环,且任何像木星和土星这样的气体巨行星都可能有一个由靠近它们的岩屑构成的光环。然而,如果以木星的光环为标准,这些光环都是可怜而微不足道的,而土星的环系却是壮丽动人的。从地球上看,从土星环系的一端到另一端,延伸269700千米(167600英里),相当于地球宽度的21倍,实际上几乎是木星宽度的两倍。

土星环到底是什么呢?J.D.卡西尼认为它们像铁圈一样是平滑的实心环。可是,1785年拉普拉斯指出,因为环的各部分到土星中心的距离不同,所以受土星引力场吸引的程度也会不同。这种引力吸引的差异会将环拉开。拉普拉斯认为,光环是由一系列的薄环排在一起组成的,它们排列得如此紧密,以致从地球这么远的距离看去就如同实心的一样。

可是,1855年,麦克斯韦提出,即使这种说法也未尽圆满。光环受潮汐效应而不碎裂的唯一原因是因为光环是由无数比较小的陨星粒子组成的,这些粒子在土星周围的分布方式,使得从地球这么远的距离看去给人以实心环的印象。麦克斯韦的这一假说是正确的,现在出。

法国天文学家洛希用另一种方法研究潮汐效应。他证明,任何坚固的天体,在接近另一个比它大得多的天体的时候,都会受到强大的潮汐力作用而最终被扯成碎片。这个较小的天体会被扯碎的距离称为洛希极限,通常是大天体赤道半径的2.44倍。

这样,土星的洛希极限就是2.44乘以它的赤道半径60000千米,即146400千米,A环的最外边缘至土星中心的距离是136500千米(84800英里),因此整个环系都处在洛希极限以内。(木星环也同样处在洛希极限以内。)

很明显,土星环是一些永远也不能聚结成一颗卫星的岩屑(超过洛希极限的岩屑会聚结成卫星,而且显然确实如此),或者是一颗卫星因某种原因过分靠近土星而被扯碎后留下的岩屑。无论是哪一种情况,它们都是余留的一些小天体。据估计,如果将土星环所有的物质聚合成一个天体,结果将会是一个比我们的月亮肖大的圆球。

木星环

随着行星际空间探测器的发射,不断揭示出太阳系天体中许多前所未知的事实,木星环的发现就是其中的一个。早在1974年“先锋11号”探测器访问木星时,就曾在离木星约13万千米处观测到高能带电粒子的吸收特征。

两年后有人提出这一现象可用木星存在尘埃环来说明。可惜当时无人做进一步的定量研究以推测这一假设环的物理性质。1977年8月20日和9月5日美国先后发射了“旅行者1号”和“旅行者2号”空间探测器。经过一年半的长途跋涉,“旅行者1号”穿过木星赤道面,这时它所携带的窄角照相机在离木星120万千米的地方拍到了亮度十分暗弱的木星环的照片。同年7月,后期到达的“旅行者2号”又获得了有关木星环的更多的信息。

根据对空间飞船所拍得照片的研究,现已知道木星环系主要由亮环、暗环和晕三部分组成。环的厚度不超过30千米。亮环离木星中心约13万千米,宽6000千米。暗环在亮环的内侧,宽可达50000千米,其内边缘几乎同木星大气层相接。亮环的不透明度很低,其环粒只能截收通过阳光的万分之一左右。靠近亮环的外缘有一宽约700千米的亮带,它比环的其余部分约亮10%,暗环的亮度只及亮度环的几分之一。晕的延伸范围可达环面上下各1万千米,它在暗环两劳延伸到最远点,外边界则比亮环略远。据推算,环粒的大小约为两微米,真可算是微粒。这种微米量级的微粒因辐射压力、微陨星撞击等原因寿命大大短于太阳系寿命。为了证实木星环是一种相对稳定结构这一说法,人们提出了维持这种小尘埃粒子数量的动态稳定的几种可能的环粒补充源。

海王星环

由于拥有环的三颗行星一土星、木星和天王星都属于类木行星,因而人们很自然会去猜想第四个类木行星一海王星是否也存在环。

美国杂志《空间与望远镜》1978年4月曾报道,1846年10月10日就有人用60厘米反射望远镜看到过海王星环,并在次年为剑桥大学天文台台长查里斯所证实,后者甚至得出环半径为海王星半径1.5倍的结论。但因后人在寻找海王星卫星的多次观测中均未发现环,这件事就渐渐被人淡忘了。

20世纪80年代在发现天王星环的鼓励下,不少人试图通过海王星掩星事件来发现环,但对几次掩星观测结果的解释却是众说纷纭。有人报道发现了,有则不存在。报道发现的观测结果也有人认为可用其他原因来解释而否定环的存在。总之,海王星是否有环一时成了悬案。

1989年8月,“旅行者2号”探测器终于使这一悬案有了解答。当它飞近海王星时,发现海王星周围有三个光环隐藏在尘面下,而且外光环很不一般,呈明显弧状,沿弧有紧密积聚的物质。但有关海王星环系的具体情况至今仍不太清楚,还需要人们更多地探测和研究。

天王星环

由于相对运动的关系,远方恒星有时会移动到太阳系天体如月亮、行星或小行星的正后方,这种现象称为掩星。掩星发生时,如果近距离天体没有大气,星光便立即消失。如果天体外围有大气,则星光在完全消失前会有一个略被减弱的过程。各类掩星发生的时刻可以通过理论计算且非常准确地作出预报。

1977年3月10日曾发现一次天王星掩星的罕见天象,被掩的是一颗暗星。中国、美国、澳大利亚等国的天文学家都对此进行了观测。意想不到的奇怪事情发生了,小星在预报被掩时刻前35分钟出现了“闪烁”,也就是星光减弱又迅即复亮。这种闪烁一连出现了好几次。

当这颗星经天王星背后复现,或者说掩星过程结束后,闪烁现象又重复出现。经过对观测结果的仔细研究,天文学家发现闪烁是因天王星环的存在而造成的。这是继1930年发现冥王星后20世纪太阳系内的又一重大发现。由于天王星环非常暗弱,过去即使在大望远镜中也从未直接观测到过。1978年,美国用5米口径望远镜才在波长2.2微米的红外波段首次拍摄到天王星环的照片。

在随后的几年,天文学家共辨认出9条光环。这些环都很窄,一般不足10千米,其中一条最宽的环叫环,约100千米。这些环都很暗,即使用世界上最大的天文望远镜也不能直接看到,因此虽然它们在本质上和土星光环并无区别,但天文学家却只称它们“环”,而不称它们“光环”。

1986年1月24日,“旅行者2号”在探测天王星时不但证实了这些环的存在,还发现了两条新环,这使得目前我们所知的王天星环增加到11条。这些环大多是圆的,环与环相距较远。只有环较为特殊,是椭圆环。这些环有的呈深蓝色,有的偏红。环中的物质大部分是微小的尘埃,间或也有拳头、西瓜大小的石块,偶尔还有卡车目卩么大的岩石,中间夹杂着一些冰屑。

揭秘玛雅星之诚

有些谜的解释就像现代版的《星际旅行》或《星球大战》,对一个不存在的天体加上地球人类之谜的想象结局,这可能就是玛雅星的由来。我们是信科学呢?还是信想象呢?

在中美洲的尤卡坦半岛上曾栖息过的玛雅人,无疑是地球上最神秘莫测、最富有传奇色彩的民族之一。早在远古时代,玛雅人就在天文、建筑、医学、数学、历法等方面都取得过辉煌的成就。他们建筑了富丽堂皇的宫殿,修筑了台阶状金字塔式的纪念碑和寺院。此外,玛雅人还知道天王星、海王星,他们的玛雅历一直推算到四亿年之后,他们留下的天文历法可沿用6400万年。

在玛雅人留下的许多天体方面的史料中,最令人惊叹不已的莫过于他们推算出卓尔金年是260天,金星年是584天,地球年是365.2420天(今天的准确计算是365.2422天)。现代的史学家、天文学家一般把玛雅人的卓尔金年当做他们的宗教祭祀年,一年一共有260天(有260个不同的名称和顺序),划分为13个月,每个月20天。这种年历一般被认为是他们为定出举行宗教仪式的时间而制定的。

同时玛雅人也用365天(地球的公转周期)计年,他们将这种有别于宗教年的历法通称为“民用年”,一年划分为18个月,一个月20天,外力口5个无名日。但与此同时,有人却持另一种意见,他们坚持认为:既然玛雅人的地球年、金星年都是针对两个太阳系大行星而言的,目卩么卓尔金年一定也与某个大天体有着神秘的联系。可是,整个太阳系内并无公转周期为260天的大行星。于是便有人随之大胆地提出了一个近似于科幻小说的设想:玛雅人可能是外星人,他们曾居住的星球由于某种目前尚不可知的原因爆炸了,他们是母星大爆炸前移民至U地球上来的。他们的260天计年法,则是他们穿越心灵,永远也无法湮灭的记忆。

墨西哥的阿兹台克人便一直采用52年一个循环的计年法)要建造一定台阶级数的建筑物(如寺庙和金字塔),建筑物的每一块石头都与历法有关,每一座建筑物都严格地符合某种天文上的要求。而且,每5个52年,他们都会举行隆重的祭祀仪式。现代学者称之为“历的轮回”。无独有偶,关于太阳系内是否发生过行星爆炸一说,从另一学说推算,竟也殊途同归地得出一个共同的结论。目卩就是天文学上着名的“提丢斯一波得”定则。

早在1772年,德国天文学家波得在他编写的《星空研究指南》一书中,总结并发表了6年前由一位德国物理学教授提丢斯提出的一条关于行星距离的定则。定则的主要内容是这样的:取0,3,6,12,24,48,96……这么一个数列,每个数字加上4再用10来除,就得出了各行星到太阳实际距离的近似值。如:水星到太阳的平均距离为(0+4)-10=0.4(天文单位),金星到太阳的平均距离为(3+4)-10=0.7,地球到太阳的平均距离为(6+4)+10=1.0,火星到太阳的平均距离为(12+4)+10=1.6。依此类推,下一个行星的距离应该是:(24+4)-10=2.8,可是这个距离处没有行星,也没有任何别的天体。

波得相信,“造物主”不会有意在这个地方留下一片空白;提丢斯则认为,所以,玛雅历中规定每52年260+5=52,也许是火星的一颗还没有被发现的卫星在这个位置上。但不管怎么说,“提丢斯一波得”定则在“2.8”处出现了间断。当时认识的两颗最远的行星是木星和土星,按照定则的思路,继续往夕卜推算,情况是令人鼓舞的:木星到太阳的平均距离为(48+4)-10=5.2,土星到太阳的平均距离为(96+4)-10=10。定则给出的数据与实际情况比较起来,是否相符呢?请看,行星到太阳的距离是:水星0.4-0.387,金星0.7-0.723,地球1.0-1.000,火星1.6-1.524,木星5.2~5.203,土星10.0~9.554。你看,定则算出来的那些数值与行星距离多么相近啊!于是大家开始相信,“2.8”那个地方应该有颗大行星来补上。