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第18章 访问地外星球的空间探测器(4)

探测飞船还发现海王星有5条光环,其中2条明亮、3条暗淡。

美国科学家认为,海王星光环是由彗星碎片构成:在海王星最外层的一条光环中,有6~8个冰体,其中最大的有10~20千米宽。海王星南极周围有两条宽约4345千米的巨型黑色风云带和一块面积有地球那样大的风暴形成的大黑斑,类似木星的大红斑。这块大黑斑沿自身的中心轴逆时针方向旋转,每转一周需10天。海王星周围有一个被辐射带包围着的磁场,而且大部分地方有像地球南北极光一样的极光。海王星磁极对海王星旋转轴倾斜50度。

海王星表面照片科学家们认为,这可以解释为什么极光在该行星的大部分地方出现。海王星的大气动荡不定,大气层中含有由冰冻的甲烷构成的白云和一股像地球那样大面积的气旋,跟在气旋后面的是时速为640千米的飓风式风暴。

地面人员在处理飞船发回的新数据时,还惊奇地发现,海王星上空有与地球大城市上空一样的烟雾。科学家认为这是太阳光照射海王星大气中含量高的甲烷形成的。这种光化烟雾在海王星同温层底部形成了一层150千米厚的冰层。

“旅行者2”号对海王星的卫星海卫1的探测确认,它是太阳系中最冷的一个天体,表面温度为零下240摄氏度,它沿海王星自转方向逆行。对它有趣的逆行,天文学家根据探测资料研究后认为,它曾是一颗绕太阳运行的彗星,在某个时候与海王星的一颗卫星碰撞后,进入绕海王星运行轨道。

科学家根据探测信息还发现海卫1上有3座冰火山,而且有的还在活动,曾喷出过冰冻的甲烷或其他冰类物质。有时它喷出的氮冰微粒高达32千米。这一发现使海卫1成为太阳系中存在活火山的第三个天体,其他两个是地球和木卫1。科学家认为,海卫1冰火山喷发是由海卫1内部升高的液氮压力引起的。探测还发现海卫1上到处有断层、山脊、低悬岩和各种冰结构,这表明某个时期海卫1上可能发生过地震。海卫1上空有一层稀薄的氮气组成的大气层,海卫1上可能存在液氮海洋和冰湖。所有这些证明,海卫1可能有过长达10亿年的活跃的地质活动期。飞船对海卫1的考察使科学家们兴奋不已,人们对海卫1的兴趣甚至超过了海王星本身。

知识点光化烟雾

光化烟雾又称“光化学污染”,是大气中因光化学反应而形成的有害混合烟雾。大气中的有机物和氮氧化物等污染物,在阳光作用下形成的一种有害混合烟雾。光化烟雾的形成过程十分复杂,无机和有机化合物都参加了反应,无机化合物为数不多,无机化合物的反应已经明确,有机化合物为数众多,反应相当复杂。

光化烟雾有特殊气味、刺激眼睛、伤害植物和使大气能见度降低。刺激眼睛是光化烟雾的明显征象,刺激的大小则反映光化烟雾的强弱。1944年美国洛杉矶首次发生光化烟雾,此后洛杉矶、东京、墨西哥城、兰州、上海及其他许多汽车多、污染重的城市,都曾出现过。

人类对太阳系其他成员的探测

水星,在太阳系八大行星中是离太阳最近的,也是最小的一颗行星,其半径为地球半径的0.38倍,质量是地球的0.05倍,比地球轻许多,然而密度是地球的0.99倍,只略小一些。

水星表面照片

在“水手10”号探测飞船1974年就近探测水星之前,地面观察者得出水星绕它的轴以88天为周期自转的结论,这个周期和它绕太阳的公转周期完全相等,因此水星总是以同一面向太阳,就好像月球朝向地球那样。后来证明这个说法是完全错了。现已弄清楚,水星自转周期和公转周期并不相同。自转周期为58.646天,为88天公转周期的2/3,因此水星不可能始终用同一面对着太阳。1973年11月3日,美国发射的“水手10”号探测飞船,在1974年3月29日于日心轨道上两次与水星相遇。飞船离水星表面最近只有320千米,向地球发回了6000多张照片,使人们第一次知道水星表面布满了环形山,就像火星和月球上的一样。水星上面残存着极稀薄的大气,终年是400摄氏度的高温,探测发现水星也有磁场。

除了大行星和它们的卫星外,还有几十亿颗较小的太阳系成员。即使其中最大的,质量也只有地球的万分之一。

过去科学家根据计算认为,在火星和木星之间还应有一颗行星存在。实际上并没有发现这颗行星,却发现了大量直径在0.1~500千米范围内的小行星带,已算出了将近2000颗小行星的轨道,4颗最亮的小行星谷神星、智神星、灶神星和婚神星的直径已经测定,分别大约为1070千米、590千米、550千米和240千米。半径大于0.1千米的所有小行星的总质量约小于地球质量的千分之一。科学家不可能用探测飞船对小行星进行专门探测,但是一些探测飞船顺路和小行星相遇时,对它们中的一些也进行了探测,发现有一些小行星具有极丰富的矿藏,有的人提出要对小行星进行矿产开采,这是将来很可能要做的事情。

知识点从“九大行星”到“八大行星”

历史上曾流行“九大行星”的说法,即水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星和冥王星,现在为什么又成了“八大行星”了呢?

原来,在2006年8月24日于布拉格举行的第26界国际天文联会中通过的第5号决议中,冥王星被划为矮行星,并命名为小行星134340号,从太阳系9九大行星中被除名。所以现在太阳系只有8颗行星。也就是说,从2006年8月24日11时起,太阳系只有8颗大行星,即:水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星。

人类对哈雷彗星的探测

和小行星一样,彗星也是太阳系的成员。除了离太阳很远以外,彗星的外表不像小行星。它的形状生得特异,头上尖尖,尾部散开,很像一把扫帚,所以民间称其为“扫帚星”。实际上,彗星分为彗核、彗发和彗尾三个部分。彗核由比较密集的固体质点组成,周围云雾状的光辉是彗发。彗核和彗发合称彗头,后面长长的尾巴叫彗尾。

太阳系中有很多彗星,其中哈雷彗星最为著名,它的周期是76年。它的椭圆轨道非常非常扁,太阳处在这个极扁椭圆轨道一头的焦点上。每当彗星接近太阳时,它迅速增强亮度;在远离太阳而去的大部分时间里,人们是看不到它的。哈雷彗星第一次是在1910年通过太阳时被观测到的,因此1986年它再次接近太阳时,各国科学家纷纷出动,根据各自的设备条件,组织力量抓住这个机会进行观测。

哈雷彗星前苏联发射的“韦加1”号和“韦加2”号,西欧发射的“乔托”、日本发射的“彗星”号及“先驱”号等五艘探测飞船从不同方面对哈雷彗星进行了就近探测。1986年10月,世界各国500多名专家讨论了收集到的科学证据的重要意义。现在这颗著名彗星的彗核形状、结构,彗星与太阳风之间的相互作用等问题初步揭晓,深入的信息资料研究还要进行若干年。

“韦加1”号、“韦加2”号在完成了探测金星计划之后,于1986年3月6日和3月9日分别进入了哈雷彗星包层,并且在距彗核8900千米和8200千米处飞越彗尾,第一次获得了彗核的大幅图像。探测器测量了彗星的温度和某些物理化学参数,分析彗星气体尘埃的化学组成,并且研究了电磁场和物理过程。“韦加1”号、“韦加2”号向地面共发回1200张不同光谱段的彗星照片,使得前苏联科学家作出如下结论:彗核是一个花生形状的均匀天体,其中一个直径约14千米,另一个直径约7千米。哈雷彗星的彗核表面极其黑,太阳照射的反射系数只有4%。彗星照片非常清晰,表明是由冰雪和尘埃粒子组成。虽然彗核对太阳光的反射极微弱,但当它接近太阳时,其中的冰升华为水蒸气,与尘埃一起形成彗发,而充满水蒸气的彗发在太阳光的照耀下能很好地反射阳光,因此人们从地面观察到彗星很明亮。

彗核的温度原先认为大约是-50℃,但实际上经测量要比这高出100℃。韦加还首先发现彗核中存在着二氧化碳,并找到了简单的有机分子,使科学家增强了从彗核中寻找生命起源的信心。

由于前苏联提供“韦加1”号、“韦加2”号弹道数据和这两个探测器获得的哈雷彗星准确运行轨道信息的引导,西欧较晚些时候发射的“乔托”探测器得以修正自己的轨迹,最终在1986年3月14日距彗核520~550千米的更近处飞越并摄取了近距离彗核图像。

“乔托”探测器向地面共传回1480张哈雷彗核照片,由于拍摄距离比“韦加”号探测器的距离近,照片更详细反映了彗核的面貌:彗核的形状凹凸不平,上面有两条从彗核表面的裂缝和奇特的喷嘴里喷射气体和尘埃的大喷气流,其喷射速度迅猛,而且是从彗核向太阳的一面喷出。“乔托”测得的彗核大小长15千米,宽8千米,应该认为比“韦加”所测彗核大小的数据更准确些。从“乔托”的照片上看,哈雷彗核上还有一座小山和一些陨石坑,整个彗核像烧焦的土豆。

“乔托”号探测器在距彗核700万千米以外的太空中检测出尘埃粒子,表明哈雷彗星尘埃粒子扩展的范围十分广大。“乔托”还分析了彗核附近的气体质量,检测出十几种分子,其中包括水分子。

日本发射的“彗星”号探测器观测了哈雷彗星彗发周围直径达1000万千米以上的氢冕。彗发中的氢原子散射太阳光中的紫外线而发亮,这就是所谓的氢冕或叫氢云。氢冕是不可能用可见光观测的,但可用紫外线观测。“彗星”号探测器上的紫外照相机从距彗核12000万千米的地方,拍得氢冕照片。该探测器还观测了太阳放出的高速粒子流,即太阳风。彗发的气体由于紫外线的照射而变化,形成离子和电子。这些离子和电子沿太阳风运动的磁力线流去,形成离子彗尾。离子彗尾随着太阳风的变化而时时刻刻改变着形状。“彗星”号探测器检测出太阳风中的离子,并在距离彗核15万千米的地方检测出彗发中的离子,调查二者之间的相互作用。

科学家们确认,太阳风离子受到哈雷彗星的影响。太阳风离子在不受哈雷彗星影响时秒速450千米。科学家了解到,哈雷彗星接受太阳热量最高时(1986年3月1日前后),每秒钟蒸发约16吨水分,比1985年11月前后增加约100倍。哈雷彗星每接近太阳一次,便蒸发掉2厘米厚的尘埃物质,因此哈雷彗星的寿命是有限的,根据科学家估计,它还可存在10000年左右。

这次对哈雷彗星的全面探测,是国际科学界的大事。收集到的信息和数据,对彗星物质的综合研究具有根本意义,因为科学家们认为,在大部分时间里彗星不受太阳影响,所以它们能以原始形态维持其物质。

美国没有发射探测器对哈雷彗星进行考察,但人类对彗星的首次考察是由美国进行的。1985年9月11日,美国太空船国际彗星探险者在距地球7000万千米处与贾科比尼·津纳彗星相会,并在极高的温度下穿过彗尾而未受到任何损害。它是在距彗核7884千米处穿过彗尾的,历时15分钟。测得彗尾宽度在14500~16000千米,而不是科学家原来计算的4800千米,这颗彗星的等离子彗尾可能比原来估计的大5~6倍,而彗星的磁场显然比地球小得多。

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