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第10章 探秘太阳系里的行星(3)

最早指出火星上有运河的,是意大利天文学家斯基阿帕雷利。他在1877年,利用火星近日点与地球会合的机会,用口径24厘米的望远镜观察火星,发现在火星的圆面上有些模糊不清的直线条,这些暗线把一个个暗斑连接起来。他经过继续观察又发现,有的暗线宽达120千米,长4800千米,纵横交错,形成覆盖火星大陆的网络,并发现有两条暗线相互平行,还有季节变化。他还将自己的发现绘制成图表,公之于世。开始,斯基阿帕雷利猜测这些暗线只是连接海湾的水道,并未说明这是人工开凿的运河。但到了19世纪80年代,他的发现引起了人们的关注,有人把这些暗线说成是智能生物开凿的运河,这个人就是美国的洛韦尔。

洛韦尔被斯基阿帕雷利的发现迷住了。为了观察火星,他自己出钱在亚利桑那州建了一个天文台。经过多年的观测,不但证实了斯基阿帕雷利的发现,还新发现了几百条新的河道,说火星表面像“蜘蛛网”一样。他还把自己的观测写成三本书:《火星》《火星及其运河》《火星——生命的住所》。他认为,因为火星表面空气非常稀薄而导致缺水,由冰雪组成的火星极冠到夏季开始融化,成为水源,火星上的水道,目的就是将极冠上的水引向干旱的热带地区,用以灌溉那里的田地。从这些水道看,都是到大陆的中央汇合在一起,显然是有目的地的,其暗斑则是绿洲。

洛韦尔的理论引起了人们的极大兴趣,很快风靡世界。但是,洛韦尔的理论也在不断地受到挑战。比如美国的巴约德就认为,火星上的暗线根本就不是直的,他们很不规则,并且是断开的。希腊的安东尼阿迪通过自己的观测,支持了巴纳德的观点,认为把火星上的暗线条说成是运河,纯粹是眼睛的错觉,“属于想象力过于丰富的人”。

由于上述观点的出现,关于火星人的神话逐渐消沉下来,美国的“水手9号”探测器进一步证明了火星运河的存在是虚假的。不过“水手9号”却有了意外的发现,那就是火星上有许多类似河床的地质构造,其位置与洛韦尔描绘的大相径庭。

有人把火星上的河床分成三类,经流河床、流出河床与侵蚀河床,与地球上的河床极为相似。他们分析,大约在很久很久以前,火星上曾经有过温暖的气候,它的上空有大气层,有降水量,保证了河流的存在。后来,“海盗1号”(1976年)不但证实了火星上运河的存在,还证实了人工建筑的存在。

也许很久以前,火星上真的曾经有过人类,可能是一场我们不知道的意外变故,使火星变成了现在这个样子。那么,火星上到底发生过什么?如果火星上有生命,他们现在在哪里?希望我们可以早日找到这个谜底。

探索金星

金星“维纳斯”是爱和美女神的名字。金星是人们最喜爱而又美丽的行星,因此西方人把金星叫做“维纳斯”。金星给人类留下了许许多多美丽的传说,促使人类去探索去证实。世界进入20世纪60年代后,人们把探测的目标瞄准了金星。

1961年2月4日,苏联在拜科努尔火箭发射场升空了第一颗重618.3千克的金星无人探测器“巨人号”,很可惜失败了。2月12日苏联又发射了探测器“金星1号”。

它重643.5千克,备有2块太阳能电池板和直径2米的折叠式抛物面天线。5月19日至20日从距离金星10万千米的地方通过,由于无线电通信系统出现故障,又未能对金星进行考察。

1962年7月22日,美国将重200千克的“水手1号”金星探测器,从卡纳维拉尔角用“阿特打斯——阿吉纳”B火箭发射,因火箭的电子计算机程序出现故障,造成了火箭的控制系统失灵,使发射失败。

一个月后,美国又发射了“水手2号”顺利地进入金星轨道,于1962年12月14日从距离金星34752千米的地方通过,此时“水手2号”距地球约760万千米,由于无线电通信正常,“水手2号”上的红外探测器等科学仪器把金星表面的温度(427益)和所得的其他数据准确地传送回地面,创造了航天史上的又一奇迹。“水手”

号探测器,是美国行星和行星际探测器系列。从1962年7月至1973年11月共发射10个,其中3个飞向金星,2个成功;6个飞向火星,4个成功;另一个是对金星和水星进行双星观测,成为第一个双星观测器。

金星上有水吗

金星有很少量的水,仅为地球上水的十万分之一。那么,这些水分布在哪里呢?“金星13号”和“金星14号”探测结果表明,在硫酸雾的低层,水汽含量比较大,为0.02%,而在金星表面大气里却只有0.02译。金星表面找不到一滴水,整个金星表面就是一个特大的沙漠,每日的大风令金星表面尘沙铺天盖地,到处昏昏沉沉。

金星地表与地球有几分相似。因为有大气保护,金星上的环形山没有水星、月球那么多。地球相对比较平坦,但是有高山。金星上山的高度的最大落差与地球相似,也有高大的火山,延伸范围达30万平方千米。大部分金星表面看起来像地球陆地。不过,地球陆地只占表面积的十分之三,其余十分之七为浩瀚的海洋。金星陆地占其表面积的六分之五,剩下的六分之一是小块无水的低地——至今在金星表面还没有发现水。

天王星的发现

天王星是1781年由着名的英国天文学家威廉·赫歇尔(1738~1822年)发现的。当时,他还是英国皇家乐队的钢琴师,只是一名业余天文爱好者,使用自己磨制的望远镜,但却成为世界上第一位发现行星的功臣。他希望用英王乔治的名字来命名这颗新行星,天文学家不以为然,有不少天文学家建议用发现者赫歇尔的名字命名,他又谦虚地谢绝。最后还是以希腊神话中最早的天神“乌拉诺斯”

命名,中国就称之为天王星。

天王的发现过程极为偶然,在一个很平常的日子里,英国天文学家赫歇尔跟往常一样,在其妹妹加罗琳(1750~1848年)的陪同下,用自己制造的口径为16厘米、焦距为213厘米反射望远镜,对着夜空热心地进行巡天观测。当他把望远镜指向双子座时,他发现有一颗很奇妙的星星,乍一看像是一颗恒星,一闪一闪地发光,引起了他的怀疑。

第二天晚上,他又继续观测。原来这颗星还在移动,尽管这颗星没有朦胧的彗发,也没有彗尾,肯定不是一颗恒星。但他以“关于一颗彗星的探讨”为题提出报告。

经过一段时间的观测和计算之后,这颗一直被看做是“彗星”的新天体,实际上是一颗在土星轨道外面的大行星,一下子太阳系的范围被扩大了整整一倍之多。天王星离太阳系约28亿8千多千米,而土星离太阳系约14亿千米。

天王星的发现使赫歇尔闻名于世,他之后被英王任命为皇家天文学家。此后,他致力于天文学,一生中做出过许多贡献。

天王星被发现以后,立即成为天文学家们的重要观测对象,都想目睹这颗大行星的真面目,这是理所当然的。在人们观测和计算中,发现天王星理论计算位置与实际观测位置总有误差。法国天文学家布瓦尔受法国经度局的委托,计算了3颗最大和最远的行星,木星、土星和天王星的位置。对于木星和土星,计算结果与实际观测十分相符,唯独对于当时所知的最远天王星的结果总是不能令人满意。与1821年计算结果相隔不到10年,1830年就发现了计算的位置与观测的结果,两者之间的差异达20义。到了1845年,这个误差值便超过2忆,即在15年间扩大了6倍!这么大的误差对于天文学家是无法容忍的。而且这个误差随着时间在一个劲地增大。人们由此得出结论,在计算天王星的位置时,一定还有某种未知因素没有考虑进去。这个因素是什么呢?一种比较被人们容易接受的想法是在土星的轨道外面找到了天王星,为什么不能设想在天王星轨道外面还存在着一颗尚未露面的大行星呢?也许正是它对天王星的吸引力在影响着天王星的运行呢。但这颗星是怎样的未知大行星呢?离天王星有多远,质量有多大,运行的轨道又如何……答案可以有无数个。问题难就难在一时无法在广阔宇宙中寻找,只有通过古怪的天王星的运动来推测这颗未知行星的运行轨道。

天王星比较暗,最亮时能达到6等星,眼力好的人勉强可见。它的直径5.2万千米,是地球的4倍多,质量则为地球的14.54倍。它离太阳的平均距离为28.7亿千米,特别寒冷。天王星也有较厚的大气层,大气的主要成分是氢,其次是氦,还有少量的甲烷。大气内的平均温度在-200益左右。其核心是岩石物质,核心的温度为两三千摄氏度。核心外面是一层水冰和氨冰。天王星接收太阳辐射很少,也没有发现其内部有能源,但是它的大气却很不平静,风速可达每秒400米,这比地球上最强的飓风的速度要快得多。

天王星公转一周需要84年。如果我们是生活在天王星上,长寿的人一辈子也不可能绕太阳两周。然而它自转一周的时间为16.8小时,比地球自转的速度快。它的自转轴几乎和公转轨道平面平行。因此,可以说天王星是懒散地“躺”在轨道平面上自转和公转。除了冥王星以外,地球和其他的行星基本上都是站在轨道平面上自转和公转的。为什么天王星如此特殊?天文学家猜想,它可能是被一颗行星撞倒了。天王星在被发现近200年后,才知道它也有环。

和木星环一样,天王星的环带细而暗,地面上的大型望远镜也看不见它。1977年,天文学家利用天王星掩饰恒星的机会来探讨天王星是否存在环带。如果有环带,当它挡住恒星时,恒星的光度要变暗,所以从被掩恒星的光度变化确认了天王星环带的存在。当时发现的天王星环有9个,1986年“旅行者2号”飞越天王星时,又发现了两个新环,一共发现了天王星的11个环。

天王星的卫星也比较多,是一个大家庭。较早发现的5颗卫星都比较大,有4颗卫星的直径都在1100千米以上,最小的一颗直径为500千米。

1986年1月,宇宙飞船“旅行者2号”飞近天王星,从1月24日到2月25日,对天王星及其卫星和环带进行了细致的观测,又发现10颗较小的卫星,使天王星的卫星数达到15颗。“旅行者2号”还对5颗早已知道的卫星拍了许多照片,发现这些卫星的地貌很像地球,特别是天卫五的地貌非常丰富,既有悬崖峭壁,又有高山峡谷。

“旅行者2号”还发现天王星有一个令人奇怪的现象:它背向太阳的极区温度反倒比被太阳照亮的另一个极区的温度要高一些,这是什么原因造成的,目前也是一个未解的谜。

天王星的气候

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”在1986年飞掠过天王星时,总共观察到了10个横跨过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49K,比海王星还要冷,使天王星成为太阳系温度最低的行星。

辉煌的海王星

自从波兰天文学家哥白尼提出了日心学说后,自然科学从神学的束缚中解放出来,到17世纪初德国天文学家开普勒总结出行星运动定律,1687年牛顿的万有引力发现,在天文学科中诞生了一个崭新的天文学分支——天体力学。

到了19世纪初天文学家已经能够准确地预报行星在任何时刻的位置。但许多天文学家都不敢来吃寻找天王星外行星这个“螃蟹”。然而,时代提出的迫切问题是不会无人问津的,两位年轻人不约而同奋起应战了,他们勇于探索的精神和高超的科学知识,依据天文观测资料来寻求使天王星在运动上造成“偏差”

的一颗行星。

在1841年7月,英国剑桥大学的一位22岁的大学生亚当斯(1819~1892年),在阅读格林尼治天文台台长艾里报告后,他勇敢地承担起这项艰巨的任务,他就着手对这颗“天”

外行星轨道和距离进行反复思考和计算。在1843年末才24岁的他就计算出这个未知大行星的初步结果。到1845年,26岁的亚当斯就研究推算出该假设行星的轨道,质量和当时的位置。10月21日他把计算的结果寄给了英国格林尼治天文台台长艾里,请求他用天文台的大型望远镜来观测这颗行星。不料,这位台长没有认真地对待青年天文学家的计算结果,不假思索地把亚当斯的计算结果束之高阁。到了1946年6月他收到了勒威耶发表的论文副本时,他才发现勒威耶的结果几乎与亚当斯的结果完全一致,他立即请剑桥天文台查理天文学家用望远镜搜索这颗行星,偏偏这位天文学家还对亚当斯的计算结果将信将疑,使这位天文学家奋斗多年的成果擦身而过。

法国天文学家勒威耶(1811~1877年)比亚当斯年长8岁,于1846年8月31日写出了一份标题是“论使天王星运行失常的那颗行星,它的质量,轨道和现在所处的位置结论性意见”。柏林天文台年轻的天文学家伽勒和他的助手根据勒威耶计算出来的新行星的位置,把望远镜指向了黄经326毅宝瓶星座的一个天区,只用了30分钟就发现了一颗在星图上没有标出的8等星,为人类探索“天”

外行星中找到了第八颗新的行星——海王星。后来通过天文学家们观测都证实了这颗行星的存在。太阳系第八颗大行星——海王星的发现是天文史上杰出事件。

人类在探索宇宙中,有的成功,有的失去了机遇,海王星的发现,在当时,英、法两国为此发现的荣誉归属问题展开了争论,但亚当斯和勒威耶两人则处之泰然,该荣誉应当由亚当斯和勒威耶两人共享。而当时,柏林天文台台长恩克在收到勒威耶的报告时,正好是他的55周岁生日,在家中与家人一起度过了幸福和温馨的生日之夜,但他失去成为看到海王星的第一位天文学家的唯一机遇,有点遗憾,他还是公正地把海王星的发现称之为“各次行星的发现中最为辉煌的一次”。

“旅行者号”探测海王星

在海王星被发现以来的143年中,天文学家们尽管采用了高倍率望远镜,仍对它了解甚少。1989年8月,宇宙飞船“旅行者2号”从距离海王星云端4800千米的地方飞过,使这种状况得到彻底改变。通过“旅行者”从44.8亿千米的远方发回的照片,海王星终于显示出它的英姿。从此,人们才了解到,海王星并不是太阳系里的一个死堆,而是风暴活动频繁的星球。它有3个光环——卫星与小行星碰撞的古老遗迹。它有8颗卫星,其中一颗上的冰山中此刻正在喷出液态氮的泡沫。

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