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轨道怪异的海王星

时间:2022-01-29 理论教育 版权反馈
【摘要】:轨道怪异的海王星科学档室海王星是远日行星之一,同时也是离太阳第八远的行星,其亮度仅为7.85等,只有在天文望远镜里才能看到它。在海王星发现之前,天王星就已经被人类发现。太阳系的边界由于海王星的发现向外延展了17亿千米,同时也再次证实了牛顿天体力学的正确。1846年的10月10日,海王星的第一颗卫星海卫一被发现,它被命名为特里同,是希腊神话中海神的儿子。
轨道怪异的海王星_讲述天文故事

轨道怪异的海王星

科学档室

海王星是远日行星之一,同时也是离太阳第八远的行星,其亮度仅为7.85等,只有在天文望远镜里才能看到它。由于它会发出淡蓝色光,西方人把它叫做尼普顿,是罗马神话中的海神。尼普顿经常手持三叉戟,当他愤怒时海底会出现怪物,由于他对海洋的影响力,爱琴海附近的船员和渔民对他十分崇拜。

海王星是一颗大行星,它在太阳系中仅小于木星土星,是太阳系的第三大行星。海王星略呈扁球形,它的赤道是地球赤道半径的3.88倍,体积是地球体积的57倍,质量是地球质量的17.22倍,表面重力加速度比地球略大,在两极为11.8米每平方秒,在赤道上约为11米每平方秒,表面上物体的逃逸速度为23.6千米每秒。海王星的自转周期为22个小时,它的赤道面和轨道面的交角是28度48分,海王星绕太阳公转的轨道很接近正圆形,轨道面和黄道面的夹角只有1度8分,它以平均每秒5.43千米的速度公转,公转一周大约要花费164.8年。1846年,海王星被人类发现,从那时到现在,它还没走完一个全程,速度真是非常缓慢。

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海王星是一颗远日行星

海王星的平均密度是1.66克每立方厘米,其内部有一个由岩石组成的核,核的质量和地球相等。海王星内核的温度为2000℃~3000℃,核外面是质量较大的冰包层,再外面是浓密的大气层,大气成分主要有氢、甲烷和氨等。海王星里面狂风呼啸,有许多湍急紊乱的气旋在其内部翻滚。由于海王星离太阳较远,所以接受的太阳光比较少,其表面每单位面积受到的日光辐射是地球的1/900,日光强度与1米远的100瓦灯泡所发光线强度相同。由于太阳光极少照射到球面上,所以海王星的表面温度很低,通常情况下不超过-200℃。海王星的四季不是很明显,冬季和夏季的温差不大,不像地球这样有冷热分明的四季。

在海王星发现之前,天王星就已经被人类发现。根据牛顿理论,人们曾经推测过天王星的运行轨道,但是这种推测与事实并不相符,科学家们猜测是否存在另外的远行星,它的存在影响了天王星的轨道。1845年,英国剑桥大学青年教师亚当斯通过一系列计算研究,认为在天王星轨道外还有一颗大行星,正是这颗未知的大行星的引力,才使理论计算和实际观测的位置不符合。亚当斯预测了未知大行星的位置,这一年他年仅26岁。由于知名度不是很高,有关天文学家没有对亚当斯的预测表示重视。1845年夏季,法国天文工作者勒威耶独立地通过计算,将天王星轨道外未知大行星的位置预测出来,海王星正逐步出现在人类的视野中。

1846年9月23日,在勒威耶预报位置的基础上,德国柏林天文台长伽勒发现了未知大行星,其发现位置与勒威耶预报的位置仅差52分,与亚当斯预报的位置仅差2度27分,这两个数字都非常接近。到底是谁先发现海王星呢?谁享有对海王星命名的权利呢?国际上对这两个问题产生了争论,英国和法国之间的争论尤其激烈,现在普遍认为海王星是由亚当斯和勒威耶两人发现的。太阳系的边界由于海王星的发现向外延展了17亿千米,同时也再次证实了牛顿天体力学的正确。后来的观察显示,海王星真实的轨道与亚当斯和勒威耶计算出的轨道偏差较大,如果对海王星的搜寻早几年进行,人们可能无法在预测的位置及附近找到它。

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海王星探测想象图

1989年8月25日,宇宙飞船“旅行者2”号造访海王星,现在我们知道的海王星的信息全部来自这次造访。海王星和天王星有相同的组成成分,它们都拥有各种各样的冰、含有15%的氢和少量氦的岩石。海王星与天王星相似,但是与土星和木星截然不同,它拥有明显的内部地质分层,还拥有岩石质的小型地核,地质分层和小型地核由氢气、氦气和甲烷组成。我们通过望远镜可以看到,海王星呈现出蓝色,这是因为其大气中的甲烷吸收了日光中的红光,所以才形成了一个蓝色的星球。

在“旅行者2”号造访海王星的时候,其南半球的大黑斑成为行星最明显的特征。大黑斑比木星上的大红斑小1倍,海王星上刮着速度为300米每秒的疾风,把大黑斑向西吹动。在海王星的南半球上,分布着以环绕行星每周16小时的速度飞驶的白色烟雾,它有可能是从大气层低处上升的羽状物,但它到底是什么呢?现在还没有定论。1994年,人类用哈博望远镜对海王星进行观察,发现海王星的大黑斑居然消失,它或许完全消散,或许被其他部分掩盖住,或许……。几个月后,人类用哈博望远镜观察海王星时,发现其北半球有新的黑斑,这表明海王星的大气层变化频繁,云的顶部和底部存在温度差异,这引起了细微的变化。

与天王星和木星相同,海王星也有光环,不过它的光环比较暗淡,在地球上只能看到暗淡模糊的圆弧,而不是完整的明亮的光环。“旅行者2”号的图像显示,海王星的光环由亮块组成,其中有一个光环呈现奇特的螺旋形结构,光环的内部结构是个未知数。现在人们已经为海王星的光环进行了命名:最外面的是亚当斯,其次是包有葛拉蒂卫星的弧,最里面很宽阔的是伽勒。海王星的磁场非常古怪,这是由行星地壳中层传导性物质运动造成的,这也对行星的运行轨迹造成了影响。

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海王星上的大黑斑

海王星有8颗已知卫星,在“旅行者2”号之前发现的是海卫一和海卫二。8颗卫星中最大的是海卫一,形状最不规则是海卫二。除了海卫二之外,其他卫星的外形也很不规则,其表面十分黑暗,直径一般为58~416千米。1846年的10月10日,海王星的第一颗卫星海卫一被发现,它被命名为特里同,是希腊神话中海神的儿子。海卫一是一颗大卫星,是被发现的第七颗大卫星,与土卫六的质量相差不大。海卫一的直径比月球的直径略大一些,有3860千米,与海王星中心相距355600千米,和地球与月球间的距离差不多。

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海王星最大的卫星海卫一

海卫一是一颗逆行卫星,离海王星354800千米,其运行方向与海王星正好相反,表面温度为-240℃,是太阳系中已知最冷的天体。海卫一以每秒4.4千米的速度绕海王星逆向运行,运行的周期是5.877天。海卫一对海王星有很大影响,它会引起海王星上的潮汐,自身轨道在此期间也会发生变化。海卫一上有火山活动,它表面的火山时常喷发,喷出混有黑色尘埃的液态氮,人们称其为冰火山。火山喷出的物质可以到达8千米的高空,之后散至150千米远的地方,最后形成黑色的条纹,这些条纹装饰了该卫星的表面。

知识链接

由于海王星离地球非常远,所以它的发现过程非常曲折。1846年9月23日,一封来自法国巴黎的快信寄到了柏林天文台。发信人是勒威耶,他在信中预告了一颗未知新星,其运行速度为69角秒每天。柏林天文台的加勒在收到这封信之后,用巨大的天文望远镜对准摩羯座,果真在那里发现了新8等星。第二天再对这颗新星进行观察时,发现其位置比头天后退了70角秒,这与勒威耶预告的相差甚微,全世界为之轰动。按照天文学惯例,在勒威耶的建议下,这颗新行星被命名为“海王星”,也就是神话中的海神。

消息传出之后,英国皇家天文台的台长艾里深为懊悔。1845年10月,剑桥大学学生亚当斯曾经求见过他,他未予接待,亚当斯走时留下信件,预测在摩羯座附近有一颗新星,这颗新星实际上就是新发现的海王星。艾里没有重视这个报告,他错过了发现新星的绝好机会。由于亚当斯和勒威耶都预言过海王星的出现,所以他们都是天王星的发现者。

亚当斯是英国天文学家,他于1843年毕业于剑桥大学圣约翰学院,后来在剑桥大学任教,两次当选英国皇家天文学会会长。1861年起,亚当斯担任剑桥大学天文台台长。1844年—1845年,通过对天王星的观测资料,亚当斯计算出了新行星的轨道参数,但是没有受到重视,1846年海王星被发现之后,亚当斯才得到更多关注。除了研究天王星之外,亚当斯还研究过月球运动长期加速现象、地磁场、狮子座流星雨轨道等,并曾获得英国皇家天文学会的金质奖章,是一位卓越的天文学家。

法国天文学家勒威耶毕业于巴黎工艺学校,早年从事化学实验工作,1837年开始改攻天体力学,并担任巴黎工艺学校天文教师,后来曾两次出任巴黎天文台台长。1846年8月31日,勒威耶利用数学方法推算出了海王星的轨道,并预测了其确切位置,因此获得英国皇家学会的柯普莱奖章,恩格斯曾高度赞扬过他。除此之外,勒威耶还研究过太阳系的稳定性问题和行星理论,发现了水星近日点的异常进动。他在气象学方面也很有造诣,是现代气象学的先驱者。1877年9月23日,勒威耶在巴黎逝世。

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1楼  昵称:简单美

海王星的光环有什么特点?它上面的黑斑是怎样形成的?海王星上的温度为什么那么低?

2楼  昵称:凡人无忧

海王星的表面由气体组成,有类似木星表面的大红斑风暴云,我们称之为大黑斑。海王星有星环,其星环由冰粒组成,所以看起来十分明亮。

3楼  昵称:回忆录

海王星是巨大的气体行星,其核心是石质的,周围是液态和气态的混合体。海王星上的大小黑斑是巨大的风暴,它们以极快的速度吹遍整个行星。

4楼  昵称:幻想天亮

海王星的亮度为7.85等,只有在望远镜里才能看到它,其直径为49532千米,组成成分是各种各样的冰和少量岩石,与天王星的成分非常相似。氢气和氦气组成了海王星的大气,在其大气当中还有少量的甲烷。海王星距离太阳很远,星球上太阳光的强度很弱,所以海王星的表面温度十分低,其大气下的冰层估计厚达8000千米,比地球半径还大。

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希腊神话中的海神是波塞冬,它在罗马神话中的名字是尼普顿。波塞冬是克洛诺斯与瑞亚的儿子,也是宙斯的哥哥,他掌管着世界上所有海洋。

以宙斯为首的奥林波斯神确立统治后,宙斯、哈得斯和波塞冬将天下分为3个部分,波塞冬分得对大海的管辖权。波塞冬的宫殿在海底,他的武器是三股叉,他不仅能开山劈岩,也可以兴风作浪,对海里和海上的生物都有重要影响。

有很多传说与波塞冬有关,如他曾经受到严厉的惩罚,与阿波罗一同去给特洛伊国王拉奥墨冬服役,因为拉奥墨冬拒绝支付报酬,波塞冬便派遣海怪去当地为害;他曾就阿提卡的统治权同雅典娜竞争,他凿出的泉水不如女神的橄榄树受欢迎,因而女神在这场竞赛中取得胜利;他对奥德修斯刺瞎他的儿子独目巨人波吕斐摩斯十分愤怒,于是设计让奥德修斯长期在海上漂泊,让他饱尝流离之苦等。

波塞冬作为神由来已久,公元前2000多年的碑文中已经提到他的名字,那时他还不是海神,从他可以震动大地和统治大地的记载来看,波塞冬最初可能是地神。在波塞冬成为海神之后,他保留着作为地神时的习惯,同时开始发挥对大海的主宰作用,原有的各种区域性海神被排挤到次要地位。作为海神,波塞冬的庙宇大多建造在悬崖海角。波塞冬与意大利本土神尼普顿的职能相同,所以人们把他们混为一体,改称其为尼普顿,每年6月是意大利的尼普顿节。

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