08-0508-0508-0508-0508-0508-0508-05
查看: 22|回复: 0
土星的奇异光环
土星的奇异光环
http://www.ufochn.com
(UFO中文网ufochn.com讯:)
& & & && & 土星，也许它的球体并不是很漂亮，但是环绕在它周围的光环却非常美丽。土星外围有很多光环，科学家们为了区分七个主要光环，他们用英文字母为这些光环取了名字。但是光环的名字并不是从里到外为到G，而是根据被发现的时间命名，所以最里面的是D环，而最外面的为〔环。它们的亮度也不一样，最亮的是环、B环，最暗的是E环、G环。）
& & & & 土星介绍
& & & & 　　土星是离太阳第六远的行星，也是九大行星中第二大的行星
& & & & 　　公转轨道: 距太阳 1,429,400,000 千米 (9.54 天文单位)
& & & & 　　卫星直径: 120,536 千米 (赤道)
& & & & 　　质量: 5.68e26 千克
& & & & 　&&在中，土星被誉为美丽的天体，它戴着的光环曾被认为是不可思议的奇迹。今天科学家经过大量研究发现，在太阳系九大行星中，不仅土星戴着光环，而且木星、天王星和海王星也是戴着光环的。
& & & & 　 在这4颗戴着光环的行星中，土星的光环最为壮观和奇丽。历史上首先发现土星光环的是意大利天文学家。1610，伽利略用刚刚发明不久的天文望远镜观测土星，发现它的侧面仿佛有一些什么东西。遗憾的是，直到他去世，也没有弄清楚那些东西究竟是什么玩意儿。
& & & & 土星的光环系统
& & & & 　　土星的光环系统主要分為外围的A环，较光亮和密度较高的B环，以及较内侧的C环。卡西尼缝位於A环和B环中间，但它并非没有物质、它拥有如同C环般结实的物质。在A环外就是F环，而三个较薄，只有尘埃的环分别是D环 (位於C环以内)、G环 (位於F环以外) 及E环 (G环以外)。(见下图)
& & & & 土星光环的形成
& & & && & 由行星引力产生的起潮力能瓦解一颗行星，或瓦解一颗进入其引力范围的过往天体。这种起潮力能够阻止靠近行星运转的物质结合成一个较大的天体。目前所知道的行星环就是位于这个理论范围内，其边界被称为洛希极限，是一个重力稳定性的区域。
& & & && &据此，科学家们对行星环的成因进行了三种推测;
& & & && &第一，由于卫星进入行星的洛希极限内，从而被行星的起潮力所瓦解;
& & & && &第二，位于洛希限内的一个或多个较大的星体，被流星撞击成碎片而形成光环;3
& & & && &第三，太阳系演化初期残留下来的某些原始物质，因为在洛希极限内绕太阳公转，而无法凝集成卫星，最终形成了光环。
& & & & 　探测器发回的照片令科学家们吃惊:这些土星光环的构成物质竟然是冰块和一些碎石块，而且这些冰块和石块并不是巨无溺，它们的直径大部分只有几十厘米甚至更小。有人说这些美丽的光环是土星卫星破碎后形成的，也有人说是彗星和卫星碰撞后形成的。看来，土星光环的成因仍然是个谜。
打赏支付方式：
支付宝微信支付
大家都在讨论： /4
美人鱼，是我们从小就听到大的故事，世界上有美人鱼吗？也许我们都不是很清楚，但是听沿海的渔民说：真的有人要活捉过美人鱼的事情
霍金预言指的是著名物理学家史蒂芬·霍金在2011年接受美国著名知识分子视频共享网站BigThink访谈时，称地球将在200年内毁灭
尼古拉特斯拉(Nikola Tesla)是人类历史上最伟大的科学家之一。尼古拉特斯拉曾经与外星人交流。虽然他的名字在一般学校教科书上
大荒十大凶兽是在我国流传了几千年的传说，在我国五千年的文化长河中留下了璀璨的一笔，并且有很多关于对大荒十大凶兽的相关传说
&&& &&版权所有
&&程序采用
Powered by
企业信息：&&
&&粤公网安备 31号探索土星的历史，其实是人类认识自然过程的一个极好缩影
撰文 | 石云里（中国科技大学科技史与科技考古系教授）
日北京时间19:54分左右，卡西尼号土星探测器按照操控程序坠入土星大气被最终焚毁，以确保它不对土星卫星的自然环境造成污染。至此，一个持续了20年的旗舰级深空探测项目最终拉上了帷幕。探索土星的历史，其实是人类认识自然过程的一个极好缩影——最初，人们只能凭借自身感官对周围的世界进行长期而缓慢的探索；随着科学基础的建立，尤其是关键性探测技术手段的突破，人类认识自然的速度和深度得到加速发展，不断地朝着没有边界的前沿拓展和延伸。
一、探索的开端：最初几千年的远眺与遐思
有证据表明，人类在史前时期已经发现了土星并开始了对它的观察。不过，在很长时间里，对观测者们来说，土星与其他行星一样，只不过是在恒星夜空中缓慢移动的一个亮点。由于高高在上远不可及，人们往往把它们与其他天体一样想象成掌管人间事务的神，加以膜拜。例如，在古代幼发拉底河和底格里斯河两河流域，土星被认为是身背弓箭的尼奴塔神（图1），掌管法令、文书、农业和狩猎；而在希腊神话中，与土星相对应的则是手持镰刀的收割之神克罗诺斯神。他为了确保自己不被推翻而吞噬了自己的儿子，这一行为又被人们看做是时间流逝的象征。克罗诺斯在罗马神话中变成了手执镰刀的农神萨图耳诺斯，今天欧洲文字中土星的名称（Saturn）即由此而来。
图1 公元前860年前后尼奴塔神庙中的尼奴塔神像
目前所见最早关于土星等行星运动的系统观测记录出现在巴比伦泥版书的天象日志中（图2），其年代跨度从公元前7世纪中期到公元前50年前后。例如，“28日，土星在日落后升起；29日，火星到达摩羯座”等。巴比伦人已经掌握了这几颗行星的运动周期，并能在此基础上对它们的运动进行简单预测。
图2 记录有水星、火星、木星和土星位置与运动状态的巴比伦泥版书
中国人对土星等行星的观测也很早，并且发现土星大致28年相对于恒星背景运行一周，在作为天体参照系的二十八宿中大致每年运行一宿。因此，土星被称为“镇星”（也写作“填星”），取意于一年镇守一宿。五行说形成后，人们将五大行星与五行相配，也就是辰星配水、太白配金、荧惑配火、岁星配木、镇星配土，于是就有了水星、金星、火星、木星和土星的称谓。其中，土星还被与代表土德的黄帝和他的臣子后土联系起来，土星之神有时还被称做雷公或者地候。1978年在长沙马王堆西汉墓中出土了帛书《五星占》（图3），其中列出了五大行星的运动周期、一周期中的运动过程，以及土、木、火3星从公元前246年~前177年之间的位置表，是根据它们的运动规律顺推出来的。
图3 长沙马王堆西汉墓出土的帛书《五星占》
二、面纱初开：400多年前伽利略第一次将望远镜指向天空
1609年，意大利科学家伽利略，听说荷兰人发明了一种视远为近的仪器，就很快投入研制，使其放大率得到很大的提高。他创造性地将自己制作的望远镜（图4）用于天文观测，首次看到了太阳系内各大天体的面目，揭开了天体探索和天文学研究的崭新篇章。伽利略用望远镜对月球表面进行了观测，发现月球表面并不平滑，还第一次发现了木星的4颗卫星。他于1610年3月出版《星际信使》一书，介绍了自己发明的望远镜以及过去几个月来的观测发现。该书引起极大的轰动，首版500册很快被一售而空。
图4 伽利略发明的望远镜
接下来的时间里，伽利略又相继发现了金星的位相变化、太阳黑子以及土星的奇特外观：“土星并不孤单，而由3部分组成，3者左右相连，相对彼此不动不变。它们排成一线，与黄道面平行。中间部分（土星本身）的直径大小大约是另两个部分的3倍。”最初他以为土星两侧的那两个“附缀物”是固定的，把它们描述为土星的“耳朵”（图5）。但是，到1612年，这两个“耳朵”突然不见了（其实是因为这一年地球正好穿过土星环所在的平面），这让伽利略感到十分神秘：“面对如此惊人、如此少见和如此新鲜的情况，我不知道该说什么。”他戏言：“难道是农神吞噬了他的孩子吗？”当“耳朵”在1613年又出现的时候，他感到更加迷惑了。他推测，所谓的“耳朵”其实是土星的两个月亮。
图5 伽利略在《太阳黑子通讯》(1613)中报告了通过不同望远镜所看到的土星外观
在1615年完成的《天问略》一书中，葡萄牙耶稣会士阳玛诺，首次把伽利略的上述发明和发现介绍给中国读者（图6-a）：“近世西洋精于历法一名士，务测日月星辰奥理，而哀其目力尫羸，则造创一巧器以助之。持此器观六十里远一尺大之物，明视之，无异在目前也。持之观月，则千倍大于常。观金星大似月，其光亦或消长，无异于月轮也。观土星，则其形如上图，圆似鸡卵，两侧继有两小星。其或与本星联体否，不可明测也。观木星，其四围恒有四小星，周行甚疾，或此东彼西，或此西而彼东，或俱东俱西。但其行动与二十八宿甚异，此星必居七政之内，别一星也。”在德国耶稣会士汤若望的《远镜说》（完成于1626年）（图6-b）和意大利耶稣会士罗雅谷的《五纬历指》（完成于1635年）（图6-c）中，我们也可以读到类似的报道。
图6 明末在华耶稣会士对土星外形等望远镜天文观测发现的介绍
伽利略望远镜的倍率还不足以揭示造成土星奇特外观的原因，但却激发了天文学家通过改进望远镜观测土星和其他行星的兴趣。1655年，荷兰科学家惠更斯设计和制造了一台50倍的无镜筒望远镜（图7）。通过对土星的观测，他不仅发现了土星的第一颗卫星土卫6（提坦），还明白了土星奇特外观的真相。他用字谜的形式发布了自己的结论，并在1695年出版的《土星系》一书中公布了谜底和详细观测结果（图8）：“它[土星]被一层又薄又宽的环所包围，与之全无接触，环与黄道面成斜角。”随着与地球相对方位的变化，土星就会呈现出伽利略所观测到的那些奇特变化。
图7 惠更斯在《无镜筒复合望远镜》（1664）中对自己所发明望远镜的介绍
图8 惠更斯《土星系》（1659）中所描绘的土星光环及其变化情况
年之间，意大利裔法国天文学家卡西尼，利用巴黎天文台的大型无镜筒望远镜（图9），对土星等行星进行了更加细致的观测，相继发现了土星的另外4颗卫星：土卫8（伊阿珀托斯）、 土卫5（雷亚）、 土卫3（特提斯）和土卫4（狄俄尼）。为了彰显资助巴黎天文台建设的路易十四的荣耀，他将这些卫星命名为“路易之星”。在对这些卫星观测中，他还发现，由于受到引力锁定，伊阿珀托斯总是以同一面朝向土星；并且，这颗卫星的另一半总是显得比较黑暗，这个区域后来被命名为卡西尼区。他还观察到，土星环由一系列小环组成，环与环之间存在着缝隙。后来的观测表明，其中最大的一条缝宽达4800千米，被命名为卡西尼缝。1723年，德国耶稣会传教士戴进贤在中国出版《黄道总星图》时，介绍了卡西尼对土星环和卫星的发现（图10）。这幅图不久也被传入朝鲜和日本，并被复制。
图9 卡西尼时代巴黎天文台的无镜筒巨型望远镜
图10 戴进贤《黄道总星图》及其右上角绘制的土星与它的5颗卫星
1789年，德国科学家赫舍尔设计制造了120厘米口径的“40英尺望远镜”（图11），并很快用它发现了土星的另外两颗卫星，即土卫1（美马斯）和土卫2（恩克拉多斯）。到1848年，英国邦德父子以及拉塞尔3位天文学家，差不多同时发现了形状不规则的土卫7（许珀里翁）。
图11 赫舍尔的40英尺望远镜
照相巡天技术被用于天文观测后，1899年美国天文学家皮克林根据他的前一年巡天照片，发现了土卫9（菲比），这是利用照相巡天技术发现的第一颗卫星。这颗卫星还有一个非常奇特的地方，它的公转方向与太阳系其他天体的公转方向正好相反。进入20世纪后，通过望远镜与照相巡天与数字巡天技术的结合，人们相继发现了更多的土星卫星。
三、眼界大开：20世纪的深空探测
尽管天文学家们可以通过望远镜观测土星的卫星和环，但对于它们的物理性质，一开始也只能从理论上展开探讨。例如，1787年，法国科学家拉普拉斯就通过力学方法证明，一个均匀的固体环不可能保持稳定，因此提出土星环是由一系列小的固体环所组成的观点。1859年，英国物理学家麦克斯韦则证明，无论是非均匀固体环、固体小环丛还是连续的流体环，都是不稳定的，从而指出土星环应该是由大量微小粒子组成，所有粒子都独立地围绕土星运转。1895年，美国和俄国天文学家将光谱观测用于对土星环的分析，结果证明麦克斯韦的分析是正确的。
自20世纪50年代开始，随着宇航技术的迅速发展，人类不仅发射了人造地球卫星，实现了登月，还逐步将各类自动探测器发射到太阳系内各大行星上，使人们能够利用各种探测技术就近对它们进行观测和勘察，为认识这些天体打开了全新视野。例如，为了对木星和土星进行近距离探测，日，美国航空航天局发射了先驱者11号探测器（图12）。探测器于1974年11月到12月飞抵木星，之后利用木星的引力推动飞向土星，于日抵达据土星外层大气2.1万千米处，首次对土星环进行了近距离研究，同时拍摄到几个土星卫星的照片，证实了此前地面观测到的土卫11（伊比米修斯）的存在，还对土卫6的表面温度进行了测量。
图12 先驱者11号（上）及其所拍摄的图形环（中）和提坦（下）
为了对木星、土星、天王星和海王星目标进行探测，日和9月5日，美国航空航天局先后发射了旅行者2号和旅行者1号两个探测器。1980年11月，旅行者1号率先抵达土星附近，发回了土星环及其卫星的高分辨率照片，首次向人类呈现了不同卫星的表面细节。旅行者1号还近距离掠过土卫6（提坦），首次证明可见光无法穿过它的大气。通过就近观测，旅行者1号还证实，此前天文学家们推断的土卫10（杰纳斯）与土卫11的同轨现象确实存在。1981年8月，旅行者2号也飞抵土星附近，以更近的距离对土星卫星和土星环的细节进行了拍摄，发现和证实了土星的几颗新卫星，检测出土星环和土星系大气内一些变化和结构。
四、新时代的开启：卡西尼-惠更斯号的长期探测
为了推进对土星系统的研究，美国航空航天局、欧洲空间局和意大利空间局在20世纪90年代合作推出了一个全新的土星探测计划，要对土星及其已知31颗卫星进行一次长期深入的探测。执行任务的无人自动飞船探测器，以卡西尼和惠更斯的名字命名，其主体是美国航空航天局的卡西尼号飞行器，上面搭载着意大利空间局的惠更斯号登陆器（图13）。整个计划要达到主要目标包括：确定土星环的三维结构和动力学行为、确定土星卫星的表面组成和地质状况、确定土卫8（伊阿珀托斯）上层大气中的暗黑物质的特性与来源、测量土星磁层的三维结构和动力学行为、从云层层面研究土星大气的动力学行为、研究土卫6（提坦）的云层和薄雾随时间的变化、分区域刻画土卫6的表面特征等。
图13 组装中的卡西尼-惠更斯号探测器
日，肩负重任的卡西尼-惠更斯号探测器从美国卡纳维纳尔角空军基地正式升空。探测器于1998年4月和1999年7月两次掠过金星，1999年8月掠过地球和小行星马苏尔斯基-年12月掠过木星，最后于日进入环绕土星的轨道，成为首个绕土星飞行的人造飞行器（图14）。日，惠更斯号登陆器利用降落伞降落到土卫六的表面，从而实现了人类飞行器在另一颗行星卫星上的首次着陆。
图14 卡西尼-惠更斯号环绕土星飞行的概念图
2008年5月，在原定两年的探测任务到期后，卡西尼飞行器仍然状态良好。因此，地面科学团队将其工作期延长了两年，对土星系统中特别有趣的特征进行了更加精细的探测，尤其是利用2009年8月土星春分（太阳穿过土星的赤道）时的光照条件对土星环开展了进一步研究，这次任务因此也被称作卡西尼春分任务。利用这次机会，卡西尼轨道飞行器还对土卫6和土卫2（恩克拉多斯）这两颗最接近地球表面状况的卫星进行了探测——科学家怀疑那里可能存在生命物质。由于任务在2010年9月结束时探测器仍然表现良好，地面科学团队决定再对其工作期进行一次延长。由于卡西尼轨道飞行器正好是在土星北半球冬至后抵达土星系的，而任务正好要延长到2017年5月土星夏至后的几个月，所以这次任务也被称作卡西尼冬夏至任务。通过这次任务，科学家对土星及其卫星上的季节和与气候的长期变化开展了更加细致的研究。
卡西尼-惠更斯计划的规模与成果大体可以通过以下一组数字表现出来：共有27个国家的数千名工作者参与工作，调动了17个国家的260多位科学家，执行了250万条命令，飞行了79亿千米，完成了294次变轨，烧毁了360个发动机，162次有目的地掠过土星的不同卫星，拍摄了453048张照片，采集到635千兆字节的数据。具体到土星系统的探测上，卡西尼-惠更斯号曾完成一系列重大发现，包括发现土卫二存在全球性海洋、土卫六上存在液态甲烷海洋、在土卫二喷出的羽流中探测到氢气以及土星风暴等。即便是在最后自我毁灭的过程中，卡西尼号也利用这一特殊机会对土星进行了大量探测，发回了大量珍贵的数据。尤其是对土星的引力场和磁场进行了详细测绘，揭示了这颗行星的内部组成方式，有助于对土星自转速度问题的研究。
卡西尼-惠更斯计划取得了巨大成功，在接下来的许多年里，科学家们将继续对它所获取的海量科学数据进行分析，对土星的认识将因此而继续得到扩展和深化。但最重要的是，通过这次计划所开发出的技术、所取得的经验，科技人员还积累了一项丰富而重要的知识资源，为人类探索太阳系的其他天体提供了重要基础。因此，卡西尼号的焚毁并不是全部故事的结束，而是一个更加精彩故事章节的开端。
原文以“人类探索土星的科学基础始于伽利略”为题发表于《中国科技人才》2017年9月号
本文经授权转载自微信公号“灵台秘苑”（history_of_astronomy）
制版编辑：饮水食粮丨
本页刊发内容未经书面许可禁止转载及使用
公众号、报刊等转载请联系授权
责任编辑：
声明：该文观点仅代表作者本人，搜狐号系信息发布平台，搜狐仅提供信息存储空间服务。
今日搜狐热点您当前的位置： >
躺着自转的行星―天王星
文章来源： http://www.dongwujianbihua.com&&&&&&&&&&&&责任编辑：壮妞
　　1.天王星概况　　天王星，是距太阳从近到远的第七颗行星。在太阳系中，天王星体积排名第三，质量排名第四。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。天王星是第一颗在现代发现的行星，虽然它的光度与五颗传统行星一样，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。天王星是威廉?赫歇尔爵士发现的，他于日宣布了这一发现。在太阳系的现代史上，他首度扩展了已知的界限。天王星也是第一颗使用望远镜发现的行星。　　天王星大气的主要成分是氢和氦，还包含较高比例的由水、氨、甲烷结成的“冰”，与可以察觉到的碳氢化合物。它是太阳系内温度最低的行星，最低的温度只有49开，还有复合体组成的云层结构，水在最低的云层内，而甲烷组成最高处的云层。　　天王星也有环系统、磁层和许多卫星。天王星的系统在行星中非常独特，因为它的自转轴斜向一边，几乎就躺在公转太阳的轨道平面上，因而南极和北极躺在其他行星的赤道位置上。从地球看，天王星的环像是环绕着标靶的圆环，它的卫星则像环绕着钟的指针。1986年，来自“旅行者”2号的影像显示，天王星实际上是一颗平凡的行星，在可见光的影像中，没有像在其他巨大行星所拥有的云彩或风暴。然而，近几年，随着天王星接近昼夜平分点，地球上的观测者看见了天王星有季节的变化和渐增的天气活动。天王星的风速可以达到每秒250米。　　2.天王星的发现与探测　　天王星在被发现是行星之前，已经被观测了很多次，但都把它当作恒星看待。最早的纪录可以追溯至1690年，约翰?佛兰斯蒂德在星表中，将他编为金牛座34，并且至少观测了6次。法国天文学家在1750年至1769年也至少观测了12次，包括一次连续四夜的观测。　　日，威廉?赫歇尔在索美塞特巴恩镇新国王街19号（现在是赫歇尔天文博物馆）的庭院中观察到这颗行星，日他在最早的报告中称它是彗星。赫歇尔用他自己设计的望远镜“对这颗恒星做了一系列视差的观察”。他在他的学报上记录着：“在与金牛座成90°的位置……有一个星云样的星或者是一颗彗星。”3月17日，他注记着：“我找到一颗彗星或星云状的星，并且由他的位置变化，发现是一颗彗星。”当他将发现提交给皇家学会时，虽然含蓄的认为比较像行星，但仍然声称是发现了彗星。　　威廉?赫歇尔―天王星的发现者　　赫歇尔因为他的发现，被通知成为皇家天文学家，并且语无伦次地在4月23日回复说：“我不知该如何称呼它，它在接近圆形的轨道上移动，很像一颗行星，而彗星是在很扁的椭圆轨道上移动。我也没有看见彗发或彗尾。”　　当赫歇尔继续谨慎的以彗星描述他的新对象，其他的天文学家已经开始做不同的怀疑。前苏联天文学家安德罗?约莱斯尔估计，它至太阳的距离是地球至太阳的18倍，而没有彗星曾在近日点四倍于地球至太阳距离之外，被观测到。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，比彗星更像是一颗行星。　　这个天体很快便被接受是一颗行星。在1783年，法国科学家拉普拉斯证实，赫歇尔发现的是一颗行星。赫歇尔本人也向皇家天文学会的主席约翰?班克斯承认这个事实：“经由欧洲最杰出的天文学家观察，显示这颗新的星星，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。乔治三世依据他的成就，将他移居至温莎王室，让皇室的家族有机会使用他的望远镜观星。　　3.天王星的轨道和自转　　据科学测算，天王星每84个地球年环绕太阳公转一周，与太阳的平均距离大约30亿千米，阳光的强度只有地球的1/400.它的轨道元素在1783年首度被拉普拉斯计算出来，但随着时间的流逝，预测和观测的位置开始出现误差。1841年约翰?柯西?亚当斯首先提出，误差也许可以归结于一颗还未被看见的行星的拉扯。1845年，勒维耶开始独立的进行天王星轨道的研究。日，迦雷在勒维耶预测位置的附近，发现了一颗新行星，随后被命名为海王星。　　天王星内部的自转周期是17小时14分，在它上部的大气层朝自转的方向，可以体验到非常强的风。实际上，在有些纬度，比如从赤道到南极的2/3路径上，可以看见移动非常迅速的大气，只要14个小时就能完整的自转一周。　　天王星的自转轴躺在轨道平面上，倾斜角高达98°，这使它的季节变化完全不同于其他的行星。其他行星的自转轴，相对于太阳系的轨道平面都是朝上的，天王星的转动则像倾倒而被辗压过去的球。当天王星在至日附近时，一个极点会持续的指向太阳，另一个极点则背向太阳。只有在赤道附近狭窄的区域内，可以体会到迅速的日夜交替。但太阳的位置非常低，犹如太阳在地球的极区。运行到轨道的另一侧时，换成轴的另一极指向太阳。每一个极都会有被太阳持续照射42年的极昼，而在另外42年则处于极夜。在接近昼夜平分点时，太阳正对着天王星的赤道，天王星的日夜交替和其他的行星相似，日，天王星经过了日夜平分点。　　这种轴的指向带来的一个结果是，在一年之中，天王星的极区得到来自太阳的能量多于赤道，不过天王星的赤道依然比极区热，导致这种结果的机制仍然未知。天王星异常的转轴倾斜原因也不知道，但是通常的猜想是，在太阳系形成的时候，一颗地球大小的原行星撞击到天王星，造成了指向的歪斜。　　4.天王星的物理性质　　据科学探测，天王星主要是由岩石与各种成分不同的水冰物质组成，组成的主要元素为氢，其次为氦。在许多方面，天王星的性质比较接近木星与土星的地核部分，却没有类木行星包围在外的巨大液态气体表面。天王星没有土星与木星那样的岩石内核，它的金属成分，是以一种比较平均的状态，分布在整个地壳之内。直接以肉眼观察，天王星的表面呈现洋蓝色，这是因为它的甲烷大气吸收了大部分的红色光谱。　　（1）天王星的内部结构　　天王星的质量，大约是地球的14.5倍，是类木行星中质量最小的。它的密度每立方厘米1.24克，直径大约是地球的4倍。天王星主要由各种各样挥发性物质组成，例如水、氨和甲烷等。天王星内部冰的总含量，还不能精确的知道，根据选择的模型不同，有不同的含量，但是都在地球质量的9.3～13.5倍之间。　　天王星的标准模型结构，包括三个层面：在中心的岩石核，在中间的冰的地函，在外面的由氢/氦组成的外壳。核非常小，密度大约是每立方厘米9克，半径不到天王星的20%；地函则是个庞然大物，质量大约是地球的13.4倍；最外层的大气层，相对不明确，大约占有剩余20%的半径，但质量大约只有地球的0.5倍。在核和地函交界处的压力是800万帕和大约5000开的温度。冰的地函，实际上并不是由一般意义上所谓的冰组成，而是由水、氨和其他挥发性物质组成的热且稠密的流体。这些流体有高导电性，有时被称为水―氨的海洋。天王星和海王星的大块结构，与木星和土星相当不同，冰的成分超过气体，因此有理由将它们分开，另成一类为冰巨星。　　上面所考虑的模型，或多或少都是标准的，但不是唯一的，其他的模型也能满足观测的结果。例如，如果大量的氢和岩石混合在地函中，则冰的总量就会减少，并且岩石和氢的总量相对就会提高。目前可利用的数据，还不足以让我们确认哪一种模型才是正确的。天王星内部的流体结构，意味着没有固体表面，气体的大气层是逐渐转变成内部的液体层内。但是，为便于扁球体的转动，在大气压力达到1巴之处，被定义和考虑为行星的表面时，它的赤道和极的半径分别是25559±4千米和24973±20千米。这样的表面将作为此文中高度的零点。　　（2）天王星的内热　　天王星的内热，看上去明显比其他的类木行星低，在天文项目中，它是低热流量。目前，科学家仍不了解天王星内部的温度为何会如此低。从大小和成分方面来看，天王星和海王星像是双胞胎，但海王星放至太空中的热量是得自太阳的2.61倍，而天王星几乎没有多出来的热量放出。天王星在远红外的部分，释出的总能量是大气层吸收自太阳能量的1.06±0.08倍。事实上，天王星的热流量只有每平方米0.042±0.047瓦，远低于地球内的热流量每平方米0.075瓦。天王星对流层顶的温度最低温度记录只有49开，使天王星成为太阳系温度最低的行星，比海王星还要冷。　　5.天王星上的海洋　　根据“旅行者”2号的探测结果，科学家推测天王星上可能有一个深度达1万千米，温度高达6650℃，由水、硅、镁、含氮分子、碳氢化合物及离子化物质组成的液态海洋。由于天王星上巨大而沉重的大气压力，分子紧靠在一起，使得高温海洋未能沸腾、蒸发。反过来，由于海洋的高温，恰好阻挡了高压的大气将海洋压成固态。海洋从天王星高温的内核一直延伸到大气层的底部，覆盖整个天王星。必须强调的是，这种海洋与我们所理解的、地球上的海洋完全不同。然而，近年却有观点认为，天王星上不存在这个海洋。真相如何，恐怕只有待进一步的观测，或是寄望美国国家航空航天局会落实初步构想中的“新视野号2号计划”，派出无人探测船再度拜访天王星。　　6.天王星的大气层　　虽然在天王星的内部，没有明确的固体表面，天王星最外面的气体包壳，也就是被称为大气层的部分，却很容易以遥传感量。遥传感量的能力，可以从1帕之处为起点向下深入至300千米，相当于100帕的大气压力和320开的温度。稀薄的晕，从大气压力1帕的表面向外延伸扩展至半径两倍之处。天王星的大气层，可以分为三层：对流层，从高度1300～50千米，大气压100～0.1帕；平流层（同温层），高度50至4000千米，大气压力0.1～10帕；增温层/晕，从4000千米向上延伸至距离表面50000千米处。天王星没有中气层（散逸层）。　　（1）天王星的成分　　天王星大气层的成分和天王星整体的成分不同，主要是氢分子和氦。氦的摩尔分数，这是每摩尔中所含有的氦原子数量，是0.15±0.03；在对流层的上层，相当于0.26±0.05质量百分比。这个数值很接近0.275±0.01的原恒星质量百分比。在天王星的大气层中，含量占第三位的是甲烷。甲烷在可见和近红外的吸收带，为天王星制造了明显的蓝绿或深蓝的颜色。在大气压力1.3帕的甲烷云顶之下，甲烷在大气层中的摩尔分数是2.3%，大约是太阳的20～30倍。混合的比率在大气层的上层，由于极端的低温，降低了饱和的水平并且造成多余的甲烷结冰。对低挥发性物质的丰富度，像是氨、水和硫化氢，在大气层深处的含量人们所知有限，但是大概也会高于太阳内的含量。除甲烷之外，在天王星的上层大气层中，可以追踪到各种各样微量的碳氢化合物。它们被认为是太阳的紫外线辐射，导致甲烷光解产生的，包括乙烷、乙炔、甲基乙炔、联乙炔。光谱也揭露了水蒸气的踪影，一氧化碳和二氧化碳在大气层的上层，但可能只是来自于彗星和其他外部天体的落尘。　　（2）天王星的对流层　　对流层是大气层最低和密度最高的部分，温度随着高度增的加而降低，温度从有名无实的底部大约320开降低至53K，高度从300千米降低至50千米。但对流层顶实际的最低温度，在49～57K，依在行星上的高度来决定。对流层顶是行星的上升暖气流辐射远红外线最主要的区域，由此处测量到的有效温度是59.1±0.3K。　　对流层应该还有高度复杂的云系结构，水云被假设在大气压力50～100帕，氨氢硫化物云在20～40帕，氨或氢硫化物云在3～10帕，最后是直接侦测到的甲烷云在1～2帕。对流层是大气层内动态非常充分的部分，展现出强风、明亮的云彩和季节性的变化。　　（3）上层大气层　　天王星大气层的中层是平流层，此处的温度逐渐增加，从对流层顶的53K上升至增温层底的800～850K。平流层的加热，来自于甲烷和其他碳氢化合物吸收的太阳紫外线和红外线辐射，大气层的这种形式是甲烷的光解造成的。来自增温层的热，也许也值得注意。碳氢化合物相对来说，只是很窄的一层，高度在100～280千米，相对于气压是10～0.1微帕，温度在75～170K之间。含量最多的碳氢化合物是乙炔和乙烷，与甲烷和一氧化碳的混合比率相似。更重的碳氢化合物、二氧化碳和水蒸气，在混合的比率上还要低三个数量级。乙烷和乙炔在平流层内，温度和高度较低处与对流层顶，倾向于凝聚而形成数层阴霾的云层，那些也可能被视为出现在天王星上的云带。然而，碳氢化合物集中在天王星平流层阴霾之上的高度，比其他类木行星的高度要低，是值得注意的。　　天王星大气层的最外层，是增温层或晕，有着均匀一致的温度，大约在800～850K。目前科学家仍不了解是何种热源支撑着如此的高温，虽然低效率的冷却作用和平流层上层的碳氢化合物也能贡献一些能源，但即使是太阳的远紫外线和超紫外线辐射，或是极光活动都不足以提供所需的能量。此外，氢分子和增温层与晕，拥有大比例的自由氢原子，它们的低分子量和高温，可以解释为何晕可以从行星扩展至50000千米，是天王星半径的两倍远。这个延伸的晕，是天王星的一个独特的特点。它的作用，包括阻挠环绕天王星的小颗粒，导致一些天王星环中尘粒的耗损。天王星的增温层和平流层的上层，对应着天王星的电离层。观测显示，电离层占据千米的高度。天王星电离层的密度比土星或海王星高，这可能肇因于碳氢化合物在平流层低处的集中。电离层是承受太阳紫外线辐射的主要区域，它的密度也依据太阳活动而改变。极光活动，不如木星和土星的明显和重大。　　7.若隐若现的行星环　　天王星有一个暗淡的行星环系统，由直径约10米的黑暗粒状物组成。它是继土星环之后在太阳系内发现的第二个环系统。目前已知天王星环有13个圆环，其中最明亮的是ε环。天王星环被认为是相当年轻的，在圆环周围的空隙和不透明部分的区别，暗示它们不是与天王星同时形成的，环中的物质可能来自被高速撞击或潮汐力粉碎的卫星。　　日，在詹姆斯?艾略特、爱德华?顿汉姆、道格拉斯?明克使用柯伊伯机载天文台观测时发现环。这个发现很意外，他们原本的计划，是观测天王星掩蔽的SAO158687，以研究天王星的大气层。然而，当他们分析观测资料时，他们发现在行星掩蔽的前后，这颗行星都曾经短暂的消失了五次。他们认为，必须有个环系统围绕着行星才能解释。“旅行者”2号在1986年飞掠过天王星时，直接看见了这些环。“旅行者”2号也发现了两圈新的光环，使环的数量增加到7圈。　　2005年12月，哈勃太空望远镜侦测到一对早先未曾发现的蓝色圆环。最外围的一圈与天王星的距离，比早先知道的环远了2倍。因此新发现的环，被称为环系统的外环，这使天王星环的数量增加到13圈。哈柏同时也发现了两颗新的小卫星，其中Mab还与最外面的环共享轨道。在2006年4月，凯克天文台公布的新环影像中，外环的一圈是蓝色的，另一圈则是红色的。　　关于外环颜色是蓝色的一个假说是，它由来自Mab的细小冰微粒组成，因此能散射足够多的蓝光。天王星的内环看起来是灰色的。　　8.天王星的磁场　　在“旅行者”2号抵达之前，天王星的磁层从未被测量过，因此还很自然的保持着神秘。在1986年之前，因为天王星的自转轴躺在黄道上，天文学家盼望能根据太阳风测量到天王星的磁场。　　航海家的观测显示，天王星的磁场非常奇特，一是它不在行星的几何中心，二是它相对于自转轴倾斜59°。事实上，磁极从行星的中心偏离往南极，达到行星半径的1/3.这异常的几何关系，导致一个非常不对称的磁层，在南半球的表面，磁场的强度低于0.1高斯，而北半球的强度高达1.1高斯；表面的平均强度是0.23高斯。与地球的磁场比较，两极的磁场强度大约相等，并且“磁赤道”大致上与物理上的赤道平行，天王星的偶极矩是地球的50倍。海王星也有一个相似的偏移和倾斜的磁场，因此有人认为这是冰巨星的共同特点。　　一种假说认为，不同于类地行星和气体巨星的磁场，是由核心内部引发的，冰巨星的磁场是由相对于表面下某一深度的运动引起的，例如水―氨的海洋。尽管有这样奇特的准线，天王星的磁层在其他方面与一般行星相似：在它的前方，位于23个天王星半径之处，有弓形震波，磁层顶在18个天王星半径处，充分发展完整的磁尾和辐射带。综上所论，天王星的磁层结构，不同于木星，却和土星比较像。天王星的磁尾在天王星的后方，延伸至太空中远达数百万千米，并且因为行星的自转被扭曲而斜向一侧，像是拔瓶塞的长螺旋杆。　　天王星的磁层，包含带电粒子：质子和电子，还有少量的H2+离子，未曾侦测到重离子。许多的这些微粒可能来自大气层热的晕内。离子和电子的能量，分别可以高达4百万和1.2百万电子伏特。在磁层内侧的低能量（低于100电子伏特）离子的密度，受到天王星卫星强烈的影响，在卫星经过之后，磁层内会留下值得注意的空隙。微粒流量的强度，在10万年的天文学时间尺度下，足以造成卫星表面变暗或是太空风暴。这或许就是造成卫星表面和环均匀一致暗淡的原因。在天王星的两个磁极附近，有相对算是高度发达的极光，在磁极的附近，形成明亮的弧。但是，天王星的极光，对增温层的能量平衡，似乎是无足轻重的。　　9.天王星的气候　　据科学观测，与其他的气体巨星，甚至是与相似的海王星比较，天王星的大气层是非常平静的。当“旅行者”2号于1986年飞掠过天王星时，总共观察到了10个横跨整个行星的云带特征。有人提出解释，认为这种特征是天王星的内热低于其他巨大行星的结果。在天王星记录到的最低温度是49开，比海王星还要冷，使天王星成为太阳系温度最低的行星。　　1986年，“旅行者”2号发现，可见的天王星南半球，可以细分成两个区域：明亮的极区和暗淡的赤道带状区。两个区的分界大约在纬度―45°的附近。一条跨越在―45°～―50°之间的狭窄带状物，是在行星表面能够看见的最亮的大特征，被称为南半球的“衣领”。极冠和衣领被认为是甲烷云密集的区域，位置在大气压力1.3～2帕的高度。很不幸的是，“旅行者”2号抵达时正是盛夏，观察不到北半球。不过，21世纪开始之际，北半球的“衣领”和极区，可以通过哈勃太空望远镜和凯克望远镜观测到。结果，天王星看起来是不对称的：靠近南极明亮，从南半球的“衣领”以北，都是一样的黑暗。天王星可以观察到的纬度结构，展现出许多条狭窄但色彩丰富的带状结构。　　除了大规模的带状结构，“旅行者”2号观察到了10朵小块的亮云，多数都躺在“衣领”的北方数度。1986年看到的天王星，在其他的区域，都像是毫无生气的死寂行星。但是，20世纪90年代的观测显示出，亮云彩特征的数量有明显的增长，它们多数都出现在北半球，开始成为可以看见的区域。一般的解释认为，是明亮的云彩在行星黑暗的部分，比较容易被分辨出来，而在南半球则被明亮的“衣领”掩盖掉了。然而，两个半球的云彩是有区别的，北半球的云彩较小、较尖锐和较明亮。它们看上去都躺在较高的高度，直到2004年南极区使用2.2微米观测到这些都是事实。这是对甲烷吸收带敏感的波段，而北半球的云彩都是用这种光谱的波段来观测的。云彩的生命期有这极大的差异，一些小的只有4小时，而南半球至少有一个，从“旅行者”2号飞掠过后，仍一直存在着。最近的观察也发现，虽然天王星的气候较为平静，但天王星的云彩有许多特性与海王星相同。但有一种特殊的影像，海王星上有很普通的大暗斑，2006年之前从未在天王星上观测到。　　追踪这些有特征的云彩，可以测量出天王星对流层上方的风如何在极区咆哮。在赤道的风是退行的，意味着它们吹的方向与自转的方向相反。风速随着远离赤道的距离而增加，大约在纬度±20°静止不动，这儿也是对流层温度最低之处。再往极区移动，风向也转成与行星自转的方向一致，风速则持续增加，在纬度±60°处达到最大值，然后下降至极区减弱为0.在纬度-40°附近，事实上，在天王星北半球的风速是随着纬度一度一度的在缓缓递减，特别是在中纬度的±20°～40°的纬度上。目前还无法认定从1986年迄今，天王星的风速是否发生了改变，而且对较慢的子午圈风依然是一无所知。　　10.天王星的卫星　　天王星的卫星，目前已发现的有15颗。其中天卫一到天卫五，是在地面观测中发现的，另外10颗卫星是1986年“旅行者”2号宇宙飞船在探测天王星时发现的。天卫一到天卫五这5颗卫星，几乎都在接近天王星的赤道面上，绕天王星转动，它们都是逆行卫星。距离天王星最近的是天卫五，然后向外依次是天卫一、天卫二、天卫三和天卫四。其中，天卫三和天卫四较大，其余三颗都比较小，最小的天卫五直径为484千米。其余10颗卫星则更小，直径多在20～100千米之间，最大的一颗直径也只有160千米，被称为“1985UI”。　　11.天王星的极光　　天王星上，也有极光现象。1982年，一颗地球轨道卫星发现，天王星有一道明亮的紫外线辉光。当时有人提出，这个辉光可能不是受激电子，而是太阳紫外光激发的气辉光。后来，“旅行者”2号宇宙飞船在抵近天王星观测时，发现这个辉光是由紫外光和电子两者所引起的，被称为电辉光。木星和土星也有这种现象，但其过程不同。天王星虽也有极光，但从地球上观测，天王星的紫外辉光中约70%是电辉光，只有30%是气辉光。　　12.天王星的光环　　天王星也有光环，与土星光环一样，由许多冰块组成，但又薄、又窄、又暗，人的肉眼看不到，用天文望远镜也无法直接观测到。在发现天王星后的100年里，从未有人知道天王星光环的存在。直至1977年，天文学家利用天王星掩食恒星的机会，利用被掩食恒星的光度变化，才发现了天王星光环的存在。它的光环距离天王星约1.8万千米，位于一条7000千米宽的环带上。至今为止，已发现的天王星光环共有11条。　　13.“旅行者”2号航向海王星时拍摄的天王星　　1986年，NASA的“旅行者”2号拜访了天王星。这次的拜访是唯一的一次近距离的探测，并且目前也还没有新的探测计划。“旅行者”2号在1977年发射，在继续前往海王星的旅程之前，于日最接近天王星，距离近达8.15万千米。“旅行者”2号研究了天王星大气层的结构和化学组成，发现了10颗新卫星，它研究了天王星因为自转轴倾斜97.77°所造成的独特气候，并观察了天王星的环系统。它也研究了天王星的磁场：不规则的结构、倾斜的磁轴、和如同拔塞螺丝般扭曲并斜向一侧的磁尾。它对最大的五颗卫星，做了首度的详细调查，并研究当时已知的九圈光环，也新发现了两道光环。
本文地址：
简笔画大全
这里是面包简笔画的绘画具体步骤…
这里是拖车简笔画的绘画具体步骤…
这里是直升机简笔画的绘画具体步骤…
这里是女孩简笔画的绘画具体步骤…
这里是钉子简笔画的绘画具体步骤…
这里是戒指简笔画的绘画具体步骤…
这里是魏征简笔画的绘画具体步骤…
这里是跑步简笔画的绘画具体步骤…
这里是老鼠简笔画的绘画具体步骤…
这里是枫树简笔画的绘画具体步骤…
这里是魏晋名士简笔画的绘画具体步骤…
这里是椰树简笔画的绘画具体步骤…
网站首页 | 关于我们 | 联系方式 | 招聘信息 | 版权声明 | 网站菜单 | 网站地图 | 广告预订 | 留 言 本
豫ICP备号 Powered by www.dongwujianbihua.com（简笔画网）}