太阳系家族成员众多,它们“相貌”不同,“性格”各异,组成了一个以太阳为中心的大家庭。
九大行星是太阳系中最引人注目的成员,按照与太阳的距离,由近及远依次是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星。除了水星和金星外,其他大行星都有自己的卫星,其数量各不相同。
在太阳系大家族里还有许多其他的小天体,包括成千上万颗小行星和它们的卫星,以及亿万颗彗星、流星体等。其中,小行星主要分布于火星轨道与木星轨道之间,形成了一个相对密集的小行星带。
太阳系家族的成员大多沿着椭圆或圆形轨道绕太阳旋转,但也有些彗星轨道为抛物线或双曲线。大多数行星自转的方向与公转方向相同,但也有个别行星自转方向与公转方向相反的,如金星和冥王星就是这样的“逆子”。
小行星、彗星、流星体和行星际尘埃颗粒等这些太阳系内的小天体,比起大行星来它们只能算是“小不点儿”。莫要小看这些“小不点儿”,人类在星际航行中一定要首先计算小行星、彗星和密集的流星体群的行程,以使宇宙航船、飞行器回避它们绕行,以免在太空中与它们相撞而粉身碎骨。彗星在接近太阳时,拖着长长的彗尾,在天空中显得十分美丽壮观,太阳系内的流星体也是沿着椭圆的轨道围绕太阳运行。有的流星体被地球吸引闯入地球大气,与大气摩擦而生热发光,这就是我们看到的流星。有的流星体体积较大,在大气中燃烧未尽而落到地面,这就是陨石或陨铁。
1.“结实”的小个子——水星
水星是距太阳最近的行星,离太阳的最大角距只有28度,古代称30度为一“辰”,所以我们祖先也把水星叫做辰星。
水星是九兄弟中最靠近太阳的行星,离太阳只有约5790万千米,约为日地距离的三分之一。从地球上望去,水星出现在天空上太阳附近,经常淹没在太阳的光辉之中,因此即使在有利条件下,人们也只有在夕阳余辉中或黎明时才能见到它的身影。
正因为人们很难与水星见面,所以对它的了解一直不多,就连它的自转周期,也是直到1965年才确定的。
水星在天空有多亮?天文学家用星等来表示天体的亮度,星愈亮,星等的数值越小。星等每相差一等,亮度相差2.512倍;这样,1等星的亮度约为6等星的100倍。若亮度比1等星大,则为零等星或负的若干等星;例如满月是——12.7等,太阳是——26.7等。水星最亮的视星等为-1.9.
水星是个“结实”的小个子,它的直径为4879.4千米,约是地球的三分之一,在太阳系排行第八;但其平均密度在九兄弟中仅次于地球,为5.42克/厘米3.水星自转一周需58.65个地球日,即水星的一天,相当于地球的58.65天。水星公转一周为87.97日,也就是说,水星每自转3周,恰好绕日公转两周。
为人类了解水星立了头功的行星探测器是“水手10号”。它是于1973年11月3日纪念哥白尼诞生500周年时,由美国发射的,于1974年3月29日到达水星上空。之后,它又以176天的周期绕日旋转,在探测器工作期间内,于1974年9月21日和1975年3月16日两次从水星近旁通过;最后一次离水星只有327千米,可以“看”清水星表面上一二百米的物体,从而使我们对水星有了更科学、更清楚的认识。
(1)严酷的水星世界
“水手10号”发回的图像表明,水星表面酷似月球,也是环形山密布,也有与月球表面类似的盆地、裂谷等。但水星上的环形山多分布于平原区,且直径也没有月球的环形山大。
“水手10号”的探测结果表明,水星上没有大气。在它的表面看不到曾经被侵蚀过的痕迹,表明它也不存在水。水星离太阳那么近,又没有大气和水的阻挡与调节,加之在它长达数十天的白昼里要连续经受太阳的烘烤,因而水星上的温度很高,在九兄弟中仅次于金星,赤道区中午温度可达350摄氏度,铅放在上面也要熔化;夜晚,温度又下降至——170摄氏度左右。在这种恶劣的环境下,自然是没有生命存在的。
根据“水手10号”探测到的资料分析,表明水星也有一个高密度的核,如果与地球类似,这个高密度的核可能主要是由铁构成的。然而对“水手10号”资料的详尽分析及地面的光谱观测,都未检测出水星外壳岩石中有铁存在。
(2)水星的磁场
“水手10号”还有一个惊人的发现,那就是水星磁场的存在。科学家认为,天体的磁场与其内核密度和自转速度密切相关,既然水星自转速度如此之慢,它理当不存在磁场。然而水星不仅有磁场,而且是一个与地球磁场类似的偶极磁场,且两个磁极也分别与地理极接近。水星磁场在太阳风的作用下,形成了弓形激波与包围水星的磁层。尽管水星磁场远不如地球磁场强,只有地球磁场强度的1%,但要对其产生的原因作出解释也不是一件容易的事。
至今,只有“水手10号”探测器飞临过水星进行探访,此后,水星似乎被人们遗忘了。比起人们对金星、火星的狂热来,水星真是倍受冷落。其实,虽然“水手10号”已三次飞越水星,但大都从水星同一地区上空飞过,已被探测过的区域仅占37%,这显然是不够的。况且,水星还有许多谜团需要解开,诸如,它的磁场是怎样产生的,它的高密度的核究竟是由什么组成的,等等。
2.蒙面的“逆子”——金星
金星,我国古代称之为太白金星。这是因为它是我们在夜空中用肉眼能看到的最明亮的行星,最亮时星等可达——4.4,除了太阳和月亮外,它是全天最亮的白色星。金星之所以那么明亮,是因为它周围包裹着一层浓厚的大气,使四分之三的太阳光被反射出来。
金星比地球距太阳近,约10820万千米,它绕日公转一周需224.70天。有趣的是,它的自转周期竟长达243.02天,比它的公转周期还长;也就是说,金星上的一天比一年还长。金星的许多方面与地球类似:它的直径为12103.6千米,约是地球直径的95%;它的平均密度与地球接近,仅小5%;它的质量是地球的82%,它的逃逸速度是地球的93%;它也像地球一样,被一层厚厚的大气包裹着。正是这层大气像一层厚厚的面纱,掩盖了金星的真面目。直到1954年,人们还认为金星上存在着海洋。
1956年,美国天文学家理查森分析了从金星表面返回的雷达波,发现金星与其他大多数兄弟不同,它的自转方向与公转方向相反,是顺时针的,自东向西转,也就是说,若在金星上看太阳,则日从西边出、东边落。人们不明白,同是太阳的儿女,为什么会出现金星这样的“逆子”?至此,金星这个蒙面星球,又被重重涂上一抹神秘的色彩。
为了揭开金星这个“蒙面逆子”的面纱,人们注入了极高的热情,60年代以来,人类发射的行星探测器的第一个飞行目标就是金星。自1961年苏联发射了第一个金星探测器“金星1号”以来,飞往金星的探测器络绎不绝,总计有20多个。由此,金星的真面目被一点点揭开。
(1)浓密而奇特的金星大气
金星的大气层厚重、浓密而奇特。金星大气的主要成分是二氧化碳,约占97%以上,另有约3%的氮。金星的大气密度是地球的100倍,在金星表面,大气压力约是地球大气压的90倍,大体与地球海洋中900米深处的压力相当。浓密的金星云层主要集中在100千米以下的大气中,令人难以置信的是,在金星表面上空三四十千米的范围内所密布的浓云,竟然是由浓硫酸雾组成的!
金星的大气很不平静,风速随高度的上升而增加,在60多千米的高空中,风速可达100米/秒,是地球上12级台风速度的3倍多。另外,金星的大气中还经常出现闪电和雷暴。
(2)令人瞠目结舌的温室效应
在我们居住的星球——地球上,虽然大气中的二氧化碳仅占0.033%,但人类已亲身“领教”了大气中二氧化碳激增所产生的“温室效应”的后果——近地气温增高、气候变暖及其引起的一系列破坏生态平衡的连锁反应。
然而,金星大气几乎全部由二氧化碳组成,那么金星大气层造成的“温室效应”之强大也可想而知!金星探测器的观测结果告诉我们,金星表面的温度高达480摄氏度,它成为太阳系中温度最高的行星。而且,它的温度常居高不下,几乎不受昼夜、四季、纬度变化的影响。这样一个高温、闷热,令人窒息的世界,实在令人瞠目结舌,大失所望。
(3)金星的地貌
金星的表面与地球有类似之处,由于有大气的保护与“挡驾”,金星表面不像月球和水星那样布满环形山,地势相对比较平坦,70%是起伏不大的平原,20%是低洼地,还有10%左右的高地,在那里也有高耸的山脉,如处于金星北半球的马克士威山脉,其最高峰高达12千米,它顶端的大环形山口直径达80千米,许多科学家认为这是陨星撞击的结果。处于金星赤道以北有两座巨大火山,其中一座火山口直径达700千米,其规模在太阳系九兄弟中实不多见;科学家们认为它们很可能是活火山。金星上还有一条纵贯南北穿过赤道的大裂谷,长约1200公里,也是太阳系大行星中不多见的。
由于金星表面被浓厚的云层所笼罩,所以那里的白昼也是“暗无天日”,天空总是阴沉沉的。夜晚,它也无“明月”高照,因为它没有卫星的“守护”,它是一颗孤独的行星。
尽管人们对金星的探测已投入了很大力量,但至今仍有许多未解之谜。例如,“水手2号”曾携带磁强仪器从金星上空3.5千米处飞过,却没有检测出金星的磁场(或者说,没有检测出强度大于地球磁场万分之一的磁场);而自转同样很慢(相对公转而言)的水星磁场,其强度却达到地球磁场的百分之一,这是为什么呢?再如,金星自转为什么是逆转,为什么金星的自转周期比公转周期还长,金星上空那浓重的硫酸云雾是怎样形成的,等等,都有待未来的探测给我们作出回答。
3.人类的家园——地球
人类居住的地球是九个行星中距太阳第三近的行星,绕太阳运行的轨道第三短,运转速度第五快,重力第五大,表面温度第三高,质量第五大。
地球也有其他行星所没有的东西——维持在我们行星上所存的各种形式的生命的大气层。在宇宙的其他地方,可能也有含某种形式的生命存在的卫星围绕着恒星旋转。但在太阳系,地球却是有生命存在的独一无二的行星。
地球与太阳的距离(14964万千米)决定了地球的最高温度为60℃。由于磁场,使得有害的宇宙射线不至于对地球产生影响,此磁场即为众所周知的范·艾伦辐射带。它可以把那些粒子逮住,并把它们挡在远离地球的空间里。
地球由于轴的倾斜而产生了季节,而大气层的组成成分——氧、氮、水蒸气、二氧化碳和氩气,提供了生命肌体营养所必不可少的要素,养育生生不息的人类,地球也就成为我们人类的家园。
4.一团燃烧的篝火——火星
火星是地球轨道外的第一个大行星,在夜空中,它是一个与众不同的亮度变化很大的暗红色星球,最亮时为——2.8等,最暗时为1.5等。远远望去,它就像天边一团燃烧的篝火。
人们对火星情有独钟不无道理,因为它与地球有许多相像之处。它距离太阳22794万千米,约为日地距离的1.5倍;它的公转周期为686.98天,约为地球公转周期的1.9倍;它的自转周期为1.025957天,即24小时37分22.6秒,几乎与地球自转周期相同。最有趣的是,它的自转轴也像地球一样与黄道面斜交,其黄赤交角为24度,与地球的23.5度很接近,并由此形成了火星的四季变化。火星有大气;火星两极地区被冰覆盖;火星上的平均温度为——23摄氏度,与地球上南极洲的平均温度(——25摄氏度)相差不多,在八大行星中,它的平均温度与地球最接近。这些都使人们愿意相信火星也像地球一样,是生命的栖息地。甚至有人认为火星上有“火星人”存在。而实际上,那里是一个荒凉的世界。
自1965年7月12日美国的“水手4号”飞掠火星以来,至今已有30多个探测器飞抵火星上空。通过对它们的探测结果进行科学分析,使我们逐渐认识了火星的真面目。
(1)火星的地貌
火星的南北极都有白色的极冠,它们冬天增大,夏天消融,人们自然认为这是水和冰的象征;空间探测表明,极冠的主要成分是干冰和冰水。火星表面很干燥,是满目荒凉、赤地千里的不毛之地,这里环形山遍布,隆起的陡壁和大峡谷相互交错。最突出的是火山,最大的火山口直径达60千米,高26千米,称为奥林匹斯火山。在火星的赤道区和中纬度地区有许多弯弯曲曲的干涸河床,最长的达1000千米,宽60千米。有人推测火星的历史上大约在30亿年前曾发生过特大洪水。
对空间探测资料进行的土壤成分分析表明,火星的土壤中含有大量氧化铁,它是由于铁长期受紫外线照射而生成的棕红色氧化物;由于大气中的微尘也含有棕红色的氧化物,所以火星的天空也呈现橙红色。
(2)火星的大气
火星的大气远比地球大气稀薄,气压仅为地球大气压的0.5%~0.8%。大气的主要成分是二氧化碳,占95%;氮占3%;大气中水汽含量很少,仅占0.01%。火星云层的主要成分是干冰。由于火星大气稀薄而干燥,使火星表面的昼夜温差变化很大,气候变化十分剧烈,时常发生“尘暴”。
火星的“尘暴”是它每年都会发生的奇异现象,大尘暴来临时所形成的尘埃云,有时可持续数月之久。火星上发生特大尘暴时,风速可达180米/秒,差不多是地球上12级台风的6倍。这种尘暴往往席卷半个星球,有时甚至覆盖整个星球,使火星上空数千米的范围都被黄尘所笼罩。
(3)双月悬天
火星的质量约为地球的十分之一,其表面重力不及地球的十分之四,因此如果人站在火星上,重量会减轻一多半。如果你站在火星表面向上仰望,白天天空一片橙红,只有在黎明和黄昏时才呈现出苍白的淡蓝色。夜晚,你可以看到“双月悬天”的奇观,这两个“月亮”就是它的两个卫星,火卫一和火卫二。火卫一像月球一样,其自转周期与公转周期一致;火卫二的公转周期是30多个小时,比火星的自转周期慢不了多少。
前面已经说过“火星人”是不存在的,但是火星上有没有原始生命呢?这个问题是需要认真回答的。
(4)“海盗号”的探测
1976年7月20日和9月3日,“海盗1号”和“海盗2号”探测器分别降落在火星表面,连续工作了6年。1982年11月,它们向地球发回了火星土壤样品的分析数据,结果是没有发现样品中与生命有关的任何迹象,也没有发现有机化合物。但是,由于着陆器的机械臂只能抓住它周围12平方米范围内的土壤,所以,它的分析结果也许并不具有代表性。因此科学家们认为,虽然“海盗”号的探测结果大大减少了火星上存在生命的可能性,但最后的结论还有待把火星土壤拿回地球进行认真分析才能得出。
(5)火星陨石带来的信息
1996年8月,美国科学家宣布:1984年在南极洲发现的ALH84001陨石来自火星,它是火星表面与小行星或彗星碰撞后落到地球上的。研究其岩石的成分发现,这些陨石中可能存在原始生命的微化石。这表明,在几十亿年前火星上很可能有过相当温暖潮湿的气候,适合于生命的存在和维持。这一发现再次激起人们对火星探测的热情。
(6)“火星探路者”
1996年12月美国发射的“火星探路者”号经过7个月的长途跋涉,于1997年7月4日顺利降落在火星的阿瑞斯平原上,并放出一个机器人。这个机器人身高0.3米,体重10.4千克,貌似装有6个轮子的微波炉,名叫“漫游者”。它的任务是勘查火星表面,收集岩石和土壤样品。分析火星岩石成分的结果令人吃惊:火星上的一些岩石竟与地球的非常相似。当然也有的岩石与地球上的岩石截然不同。“火星探路者”传回的照片表明,阿瑞斯平原在远古时代曾发生过特大洪水,说明原先的火星比今天温暖、湿润,很适合生物生存。
(7)“火星全球勘查者”
1996年11月美国发射的“火星全球勘查者”,于1997年9月11日进入预定的环绕火星的轨道,最终它将调整为一颗距离火星表面380千米、环绕火星两极系统研究火星地质、气象和演化史的人造卫星。人们计划在近10年内,至少将再发送4个绕火星轨道飞行的太空飞行器与5个表面探测器来研究火星。
载人去火星考察将是人类航天史上空前的壮举,科学家已宣布人类将于2015年登上火星。宇航员往返火星一次至少需要2至3年,自然要筹划宇航员的给养、飞船的燃料以及如何建立火星运输飞船、火星轨道站等,这些都已提上了科学家的研究日程。我们相信,对火星的生命问题作出结论的日子已为期不远了。
5.患“大红斑”的庞然大物
——木星木星是太阳系九大行星中第二类群体——“类木行星”中离太阳最近的一个。它的赤道直径为142984千米,是太阳直径的十分之一强,是地球直径的11倍多;它的体积是地球的1316倍,质量是地球的318倍,如果把太阳系中其他行星和全部小天体的质量加一块,也不到木星质量的一半。木星表面的引力是地球引力的2.64倍。
木星距太阳77833万千米,大约是日地距离的5.2倍,绕太阳转一圈的时间是4332.71天,大约相当于11.86年。然而它的自转速度之快却堪称九行星之冠,自转一周只需0.41354天,即9小时50分左右;按此计算,它赤道上的线速度高达12.66千米/秒,比地球上的第二宇宙速度还大。受快速自转的影响,木星是一个扁球体,其赤道直径与两极直径之比为100比93.
木星也被一层厚度超过1000千米的浓密大气包裹着,由于它能把40%的太阳光反射出来,因此在夜空中显得很明亮,亮度可达——2.7等,仅次于金星。早在17世纪,天文学家在用望远镜观测木星时,就发现了木星大气中有一系列明暗相间的云带;在木星赤道南侧,则分布有卵形的“大红斑”。这引起了人们的兴趣,并一直对其坚持观测,结果,发现“大红斑”不仅在几百年中一直存在,而且其分布范围、明暗程度等均在不断变幻。
尽管人们对木星这个庞然大物的兴趣经久不衰,但直至本世纪70年代以前,人们对木星的了解还是很少的。特别是木星大气层下面的木星表面究竟是什么样,木星还有哪些重要的特征等,更为人们所不知。
本世纪70年代,先后有5个探测器飞临木星进行考察,1989年10月18日美国又发射了“伽利略号”木星探测器,它于1995年12月7日进入木星大气层进行考察。至此,人们对木星的认识才极大地丰富起来。
(1)“大红斑”之谜
1977年发射的“旅行者”飞船揭开了大红斑的谜底。原来大红斑是一个含有红磷化合物的特大气旋,它沿逆时针方向旋转,温度、气压比周围大气都低,类似地球上的“低压气旋”。所不同的是,大红斑的存在期限不是几天而是上百年。由于木星自转很快,在惯性和离心力的作用下,木星大气呈一个扁球形,所以木星大气的条纹也沿赤道伸展。
为了直接考察木星大气,“伽利略号”木星探测器沿着轨道长途跋涉40亿千米,历时6年,于1995年夏季飞至木星附近。
探测表明,木星大气中的成分与地球不同,氢占82%,氦占17%,其余是甲烷、氨等气体。探测器观测到有氨云及很薄的硫酸氢氨云存在,这和科学家的预计一致;但预计木星上也应有水云存在,而观测却没有找到证据,这表明木星大气中水的丰度比预料的低。探测器所探测的区域大气十分干燥,但整个木星是否都如此,还有待证明。探测器在对木星大气进行实地探测过程中,还遭遇到强烈的狂风和湍流,在云层深处161千米,风速达150米/秒。探测器的雷电探测装置还发现了个别的但比地球上的雷电强10倍的木星雷电。
(2)液态的行星
通过探测器对木星引力场的探测,人们发现,木星竟是一颗液态行星,它没有像地球岩石圈那样的固体外壳,在木星浓密的大气层下面,是由液态氢组成的“海洋”。这个“海洋”分为两层,上层是温度相对较低的液态氢分子层,厚约14000千米;下层是温度相对较高的液态金属氢层,厚约45000千米,它能像金属一样导电。在木星内部也存在一个由铁和硅组成的固体核。
(3)木星的光环
1979年3月,“旅行者1号”探测器临近木星时发现,木星也像土星那样,有一条薄薄的光环;4个月后,这一发现进一步被“旅行者2号”所证实。木星环又薄又暗,最大直径达25万千米,但厚度却仅有20来千米;最外侧的相对亮些,称作亮环。木星光环由尘埃和许多大小不一的碎石块所组成,由于这些环内物质对光的反照率很小,故显得很暗。正因为木星光环既薄又暗,所以直到人类派出行星探测器去巡访才被发现。它是继土星和天王星后第三个被发现的太阳系大行星环。
(4)木星的磁场、磁层和辐射带
宇宙飞船探测到木星有结构复杂、规模宏大的磁层,它分布在木星周围140万~700万公里的范围内。“先驱者10号”进行的磁场测定表明,木星磁场比地球磁场强,表面磁场约比地球磁场强10倍;内核磁场约比地球磁场强17500倍。木星也是偶极磁场,磁轴与自转轴的夹角与地球接近,为11度弱;但它的正磁极指的不是北极,而是南极,这一点和地球的情况正好相反。
空间探测还发现木星有一个和地球周围类似的辐射带,但强大得多。近年来测定出木星的辐射能量比它从太阳得到的能量高2.5倍至3倍,这表明木星除了吸收、反射太阳能外,自身还发出辐射能,也就是说木星本身有能源,不过这种能源还不足以产生热核反应,它的能量可能来自原始星云演化成太阳系时聚集的热能。
(5)木星的儿女
1977年发射的“旅行者号”对木星和土星及其它的卫星进行了对比研究。迄今为止已发现木星有16颗卫星,其中最亮的4颗(木卫一至木卫四)是1610年由伽利略首先发现的。它们虽是卫星,个头可不小,最大的木卫三直径为5268千米,比水星还要大,是迄今人类在太阳系发现的最大的卫星;木卫四和水星的大小差不多。
正在运行的“伽利略号”木星探测器频频传来有关木星卫星的消息。“伽利略号”于1996年6月27日飞临木卫三,离它的表面只有840千米。它发现木卫三表面分布着起伏的环形山,有很高的山脊、裂缝和沟槽,表面被冰层所覆盖,还不断释放出氢原子和带电的氢离子,两极还有臭氧。另一惊人发现是木卫三有自己的磁场。科学家认为,它虽外部寒冷,但内部有可能存在一个熔化了的金属核,与地球类似。
“伽利略号”的最大成果是发现木卫二有水。木卫二白色冰层之上有浅浅的沟壑纵横,表面很少见到陨石坑,处处是龟裂的区域,宛如地球海面浮起的冰块。这说明木卫二上有液态的水,也就很可能有某些生命存在。
木卫一是一个被确认为除了地球以外现今仍有火山活动的天体。频繁的火山活动使木卫一发生很大变化,“伽利略号”探测器拍摄的木卫一照片已与10年前“旅行者号”探测器拍摄的照片大不相同。例如,木卫一南半球的马苏比火山周围地区的轮廓和颜色变化很大,火山周围已发现有大量的二氧化硫的堆积物。
6.戴“草帽”的美丽星球——土星
土星轨道在木星之外,它距太阳142940万千米,公转周期是10759.5天,相当于29.5个地球年。土星也是天上较亮的行星,它的视星等为0.67等,迄今,已有3个探测器光临过土星,从而,也使我们对这颗美丽的行星有了更多的了解。
(1)土星光环
在太阳系的行星中,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。
土星光环到底是什么?从探测器拍摄的照片上人们惊奇地发现,土星环实际上是由无数条光环组成的,大环套小环,整个光环好像一张巨大的高密纹唱片,一直延伸到土星外32万公里的遥远空间。构成光环的物质是碎冰块、岩石块、尘埃、颗粒等。其直径由1米到1000米大小不等。它们排列成一系列圆圈,绕着土星旋转。
光环的平面在土星赤道面内,与土星的公转轨道平面成26度44分的倾角。光环与光环之间相接触的部分由于摩擦、碰撞生热融化后,又在低温环境下很快凝固在一起,这些物质犹如滚雪球一样越聚越大,最终可以形成直径数十千米的小卫星。事实上,确实观察到有的小卫星在光环的边缘与光环一起绕着土星运转。
(2)木星的“孪生”兄弟
土星与木星有许多相似之处,简直像两个孪生兄弟,在木星光环发现后尤其如此。除了美丽的光环比木星胜过一筹外,土星也是一个“液态巨人”。它的直径为120536千米,约为木星直径的五分之四,是地球直径的9.5倍;它的质量约为木星的三分之一,是地球的95倍;它也没有固体的表面,不同的是其液态表面中不仅有氢,还有氮,土星与木星的相似之处至少还表现在以下几点:
土星自转也较快,它自转一周为0.44401天,约为10小时14分,仅比木星慢几十分钟。因此,它也是一个扁球体。
土星的大气层也与木星大气层有类似之处,其成分也以氢、氦为主,也含有少量氨和甲烷。在它的大气层中,不仅有与木星类似的与赤道平行的条状云带,而且也有卵状的斑块,不过它不是“大红斑”,而是白斑。
土星也有磁场,虽不如木星磁场那么强,但也比地球磁场强千倍。土星的磁极方向也与木星一样与地球相反,但它的磁轴与自转轴几乎重合,二者仅相差不到1度,土星的磁层比木星小,但形状比较特殊,像一条游弋在宇宙中的大鲸鱼。
土星也存在辐射带,但其强度比木星弱。土星所发出的能量也比它从太阳得到的大,表明它也像木星一样有自己的内在能源。
另外,土星也与木星一样有众多的卫星,已确定轨道的有18个卫星,成为九大行星中卫星最多的行星。
(3)异彩纷呈的土星之家
在土星的18个卫星中,有9颗是在地球上观测到的,其他则是由行星探测器发现的。其中土卫一至土卫七及土卫十是规则卫星,其他的都是不规则卫星。
土星家族的卫星大小不一,性状各异,有的表面被冰层所覆盖,有的表面布满陨坑,还有的一半黑暗、一半明亮。它们的运动方式也各不相同,有的与土星自转方向同向旋转,有的却逆向而行,更有趣的是几个卫星同在一条轨道上奔跑,或你追我赶,或结伴而行,或保持一定速度稳步前进。
在众多的土星卫星中,1655年发现的土卫六最受青睐,它是太阳系中仅次于木卫三的第二大卫星,也是迄今所知太阳系中惟一拥有浓密大气的卫星。个头也比水星和冥王星大。土卫六呈橙红色,有很厚的大气层,不少人推测土卫六很可能存在着生命。据探测,土卫六的大气中存在着甲烷和分子氢,它们在太阳紫外线的作用下会产生比较复杂的分子,这些分子沉降在土卫六的表面,可以堆积成有机层,与地球早期生命起源时的情况类似。
我们企盼着新的土星探测器早日升空,揭开更多的土星之谜。
7.自转奇特的“逆子”——天王星
迄今,只有“旅行者2号”探测器光顾过天王星,人们对它的了解还不多。天王星的直径约51118千米,是地球直径的4倍。天王星的表面包围着很厚的大气层,由行星探测器得知它的主要成分是氢和氦。云层下的大地什么样还不清楚,推测可能有很厚的冰块层。
天王星的公转周期是30685.00天,自转周期为0.71833天。天王星的自转很奇特。它的自转轴不像其他行星那样大致垂直于公转平面,而是几乎与公转平面平行。也就是说,它几乎“躺”在轨道上,一面在“地上”打滚,一面绕太阳公转。它自转的方向也与众不同,是顺时针,与公转方向恰恰相反。和金星一样,天王星也是太阳系家族的“逆子”。
天王星的射电辐射观测说明它也有磁场,其磁轴与自转轴夹角约60度。1986年1月24日,“旅行者2号”越过天王星磁场与太阳风相互作用形成的弓形激波区,测得它的磁层在朝阳面至少延伸59万公里,其磁尾则延伸约600万公里。天王星也有与地球类似的辐射带。
现已知天王星有17颗卫星,其中较大的5颗,天卫一~天卫五是用望远镜发现的,它们是规则卫星。其他12个卫星较小,位于天卫五的内侧,是“旅行者2号”于1986年1月发现的。
还要提及的是天王星光环的发现。1977年3月10日,发生了天王星掩食恒星的天象,即从地球上看去,天王星遮掩了它后面的一颗恒星。在预期应看见掩星现象的澳大利亚、印度和我国,届时未见这一现象出现,两星只是擦边而过。与此同时,美国用飞机载一架90厘米口径的望远镜,也在12千米的高空沿掩食带进行跟踪观测。高空和地面的光电测光资料都表明,天王星并未掩星,恒星是被天王星的光环所掩。由此发现了天王星也有光环。由地面观测发现天王星有9道光环,而1986年1月,“旅行者2号”证实了天王星至少有10道光环。光环的总宽度约为7000千米,环间隙很大,环本身很窄,最宽处有80到90千米,最窄处只有20千米。天王星光环也是由石块、尘埃颗粒和冰块组成的。
最后,有关天王星的发现方式也很引人入胜。威廉·赫谢尔是英国一位年轻的业余天文学家。1781年的一个晚上,当他正忙于用自制的望远镜实现他自称的“宇宙大检阅”时,天空中一个不熟悉的发光圆盘引起了他的兴趣。当其他天文学家测算出这种圆盘的轨道时,应该意识到赫谢尔已经不知不觉地发现了这个新的行星——天王星。他获得乔治三世的恩俸,放弃了作为音乐家的职业,将他的毕生奉献给天体的研究工作,并成为第一个说明星星构成银河的人。
8.悠静的蓝色世界——海王星
海王星离太阳比较远,星光比较暗弱,视星等只有7.84,因而在夜空中直接用肉眼观察是看不到的,但可用望远镜观测。海王星距离太阳450430万千米,其公转周期是60190.00天,即164.8个地球年;自转周期是0.67125天。海王星直径为49492千米,几乎是地球赤道直径的4倍。
用望远镜观测海王星,看到它是个浅绿色的圆球状天体,较高的反射率表明它有浓密的大气层。在“旅行者2号”探测器发回的照片上,最令人瞩目的是海王星表面的一些亮斑和暗斑,还有一些类似于木星大红斑的“大黑斑”。大黑斑的谜底至今还没有揭开。“旅行者2号”探得海王星的磁场与天王星相似,磁轴对于自转轴约倾斜50度。
海王星的8颗卫星中,两颗较大的是用地面望远镜发现的,其他都是“旅行者2号”发现的。海卫一的运动很特殊,其公转方向与海王星自转方向相反,是逆行卫星。海卫二也不寻常,其轨道偏心率比太阳系所有卫星的都大。这两颗卫星都是不规则卫星。
“旅行者2号”飞越海王星发回的照片还清楚地展示出,海王星有5道光环,有的较完整,有的则残缺不全。