|
土星為什么有環(huán)圍繞? 土星環(huán)是太陽系里最壯觀的景色之一。1610年,伽利略成為第一個(gè)看到土星環(huán)的人,他說,從望遠(yuǎn)鏡里他看到土星像是有一對(duì)“耳朵”。 1655年,荷蘭天文學(xué)家克里斯蒂安·惠更斯使用更高級(jí)的天文望遠(yuǎn)鏡再次觀察了土星環(huán),他發(fā)現(xiàn)土星的“耳朵”其實(shí)是圍繞土星的漂亮的環(huán)系統(tǒng)。 在暗黃褐色宇宙的陪襯下,土星環(huán)閃爍著來自太陽的光芒,顯得璀璨奪目。與木星一樣,土星也是一個(gè)巨大的氣體星球。表面大氣的主要成分是氫氣,其中飄浮著氨和水形成的冰晶云,在這下面則是包裹了整個(gè)星球表面的液態(tài)金屬氫的汪洋。 耀眼的土星環(huán)主要由水態(tài)冰組成,而不是凍結(jié)的冰,冰塊大小從像我們喝的刨冰飲料里的碎冰碴,到大冰磚,甚至北冰洋上飄浮的冰山不等。 這些冰塊以7.2萬千米/小時(shí)的速度繞土星旋轉(zhuǎn),從遠(yuǎn)處看去,它們組成了幾條完整的寬光環(huán)。在1980年和1981年發(fā)射行星際探測(cè)器“旅行者1號(hào)”和“旅行者2號(hào)”探測(cè)土星前,大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為大概有三或四條土星環(huán)。但是探測(cè)器發(fā)回的照片卻出乎人們意料,從圖片上看,土星環(huán)遠(yuǎn)不止幾條而已,而是數(shù)千條。有幾條環(huán)間距顯得非常寬,但大多數(shù)環(huán)排列緊密,環(huán)間隙看起來就像是光盤上的暗槽。 “旅行者號(hào)”距離火星太遠(yuǎn),照相機(jī)無法拍攝到單個(gè)冰塊的樣子。但這張照片卻足以讓我們見識(shí)土星環(huán)的樣子,有些環(huán)非常薄,甚至可以透過它們看見后面的星星。 另一個(gè)驚人的發(fā)現(xiàn)就是小衛(wèi)星,不同于土星的普通衛(wèi)星(土星是太陽系中擁有衛(wèi)星數(shù)目最多的行星,至少有17個(gè)),這些小衛(wèi)星都是體積巨大的冰塊,直徑2~100千米。人們把這些小衛(wèi)星想象成土星環(huán)中的牧羊人或牧羊犬。有人認(rèn)為,通過研究小衛(wèi)星和土星的衛(wèi)星的萬有引力,可以確定土星環(huán)的邊緣和環(huán)與環(huán)之間的間隔。 在照相機(jī)拍照的同時(shí),“旅行者號(hào)”上的無線電設(shè)備也在搜索著寶貴的信息。這些設(shè)備發(fā)現(xiàn)了靜電噪,這種由靜電發(fā)出的“劈啪”聲來自于穿過環(huán)的看不見的閃電現(xiàn)象,因?yàn)橛钪婵臻g里沒有空氣,于是閃電無法產(chǎn)生可見光。 關(guān)于土星環(huán)形成過程的解釋眾說不一,一種觀點(diǎn)認(rèn)為環(huán)中的顆粒是土星的衛(wèi)星在受彗星或小行星撞擊后爆炸,遺留下來并形成環(huán)狀結(jié)構(gòu);還有一種觀點(diǎn)認(rèn)為是彗星運(yùn)動(dòng)到距離土星太近的位置,由于承受不了土星的引力作用,最終瓦解成碎片,構(gòu)成土星環(huán)。 有些天文學(xué)家認(rèn)為,一些鄰近的小衛(wèi)星受隕星撞擊爆炸后的碎片很有可能會(huì)隨時(shí)加入進(jìn)來,壯大土星環(huán)。無論怎樣,科學(xué)家們都希望有一天能夠采集回土星環(huán)上的物質(zhì)進(jìn)行分析,以驗(yàn)證這些說法的真?zhèn)巍?/span> 雖然土星與眾不同,但它卻不是太陽系中唯一的帶有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的行星,木星、天王星、海王星都有環(huán)狀結(jié)構(gòu)環(huán)繞,只不過它們的星環(huán)比較薄,而且不發(fā)光。 為什么地球沒有土星那樣的環(huán)? 土星并不是唯一一個(gè)有環(huán)的行星:木星、天王星和海王星也有,不過和土星環(huán)不同的是,它們的環(huán)在地球上看不見。 為什么地球沒有環(huán)呢?要形成形星環(huán)首先需要材料來源,而且這些材料必須不能太遠(yuǎn),不能超過3倍行星半徑——那將比衛(wèi)星還近。關(guān)于木星,看起來它的塵環(huán)似乎是由流星碰撞到距木星很近的衛(wèi)星上,爆炸所產(chǎn)生的碎片組成的。 另一個(gè)需要考慮的因素是太陽風(fēng)的能量。太陽風(fēng)是太陽向外釋放的能量不斷流動(dòng)所形成的能量風(fēng)。由于我們距離太陽較近,因此與其他距離太陽遠(yuǎn)的行星相比,太陽的能量風(fēng)對(duì)地球的影響要更強(qiáng)烈。它會(huì)輕易地卷走任何試圖繞著地球運(yùn)轉(zhuǎn)的小微粒。 即使地球擁有了提供環(huán)的材料來源,它們也將會(huì)相當(dāng)灰暗,因?yàn)槿魏蚊髁恋谋鶋K(土星環(huán)的主要構(gòu)成物)都會(huì)被太陽的熱量所蒸發(fā)。它們不會(huì)持續(xù)很久的另一個(gè)可能的原因是日潮和月潮是相當(dāng)強(qiáng)的,最后一定會(huì)將環(huán)的體系打亂。如果我們可以捕獲一顆小行星并且使它在適當(dāng)距離的軌道上解體,地球可能在短時(shí)期內(nèi)擁有環(huán),但這顯然不會(huì)持續(xù)很久。 為什么冥王星會(huì)從行星降格為矮行星? 冥王星是太陽系中距離太陽最遠(yuǎn)的天體,曾一度被認(rèn)為是太陽系的第九大行星。它的體積很小,距離我們又很遠(yuǎn),所以我們對(duì)冥王星的了解并不是很多。冥王星的表面可能主要由氮冰構(gòu)成,繞日公轉(zhuǎn)周期約為248個(gè)地球年。在冥王星上永恒的暮色中,太陽看起來就像是一顆比較明亮的普通恒星。 不過,有時(shí)冥王星與太陽之間的距離比它的近鄰海王星要近,也就是說,有些時(shí)候海王星才是距離太陽最遠(yuǎn)的行星。1979年,冥王星穿越了海王星的軌道,這就好像一輛車從另一輛車眼前斜插過去。 其實(shí),早在幾十年前,科學(xué)家就發(fā)現(xiàn),冥王星的軌道與太陽系中其他大行星的軌道不同,其余大行星的軌道幾乎在同一平面內(nèi),類似于以太陽為中心的一系列同心圓(事實(shí)上沒有任何一條軌道是正圓)。而冥王星的軌道平面則明顯與其他大行星的不重合,于是在繞日旋轉(zhuǎn)的同時(shí)就免不了跨越海王星的軌道,所以它時(shí)而在大行星的頭上,時(shí)而又沉到它們的腳下。 后來,越來越多的天文學(xué)家開始重新思考冥王星的身份問題,它們覺得將冥王星劃分為大行星似乎有些不妥。原因是冥王星的體積太小。我們知道太陽系的前四大行星——水星、金星、地球和火星——都是體積較小的石質(zhì)星球,接下來的四顆大行星——木星、土星、天王星和海王星——是體積龐大的氣體星球。冥王星的體積與月球差不多大,與外太陽系的大個(gè)頭的鄰居們相比,這個(gè)尺寸小得離譜。冥王星的衛(wèi)星卡戎的體積大約是冥王星的一半,從這個(gè)尺寸來看,卡戎更像是冥王星的姊妹星,而不是衛(wèi)星。 所以質(zhì)疑的觀點(diǎn)認(rèn)為,冥王星和卡戎不屬于大行星體系。冥王星是類似于行星的星體,但卻不是行星。冥王星和卡戎都是外太陽系邊緣許許多多的準(zhǔn)行星中的成員。還有些天文學(xué)家認(rèn)為在冥王星和卡戎之外還有成千上萬的“冥王星”。 2006年,國際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)第26屆大會(huì)通過決議,冥王星被降格為“矮行星”,而其他許多同類的星體也被命名為“矮行星”。這些星體距離我們非常遙遠(yuǎn),而且是黑暗的,所以很難被發(fā)現(xiàn),它們都在外太陽系很遠(yuǎn)的地方繞日旋轉(zhuǎn)。 |
|
|