存在第十颗行星吗

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存在第十颗行星吗
 
至今,还有人猜测太阳系里可能存在第十颗行星。围绕太阳的行星系统差不多可以肯定地说截止于冥王星。
 
虽然,在冥王星以外太阳系的边界以内还有无数个天体,但没有一个可称为真正的行星的。这些分布甚广的天体主要是彗  
星、小行星及其他种类的残留物,它们的个头非常之小,其轨道也很古怪,很难被认为是行星。
 
对外太阳系,天文学家曾用照相方法做过多次巡查,但一直未出现过有第十颗行星存在的证据。1983 年,红外天文卫星(IRAS)发射上天后,用红外光几乎完成了整个天空的扫描,但也未发现在此区域存在行星的迹象。如果确有尚未被发现的行星,它们不是非常之暗,就是非常之远,或两种情况兼而有之。
 
 
信哥白尼的宇宙观点,但不同于伽利略的是,开普勒从未动摇过他的信仰。
 
1571 年,开普勒出生于德国南部的符腾堡的一个小镇,此地当时在神圣罗马帝国的统治之下。受过神学和数学训练的他,1601 年幸运地继第谷(Tycho Brahe)在布拉格作为皇家的数学家,并获得了第谷生前几十年间积累起来的行星观测资料。这些资料是第谷用较精密的肉眼观测仪器取得的。
 
经年累月,开普勒整理、分析这些丰富的宝贵数据,寻求对哥白尼所描述的行星运动的证明,特别是设法证明火星的轨道是以太阳为中心的圆。工作越深入,越是找不到与第谷观测数据吻合的圆轨道,但却发现,火星的轨道能很好地符合一个叫做椭圆的几何图形。椭圆是一个接近于卵形的数学图形,但有精确的数学特征,该特征主要由在其内部的叫做焦点的两点所决定:椭圆上任何一点到两焦点的距离之和是一个定值。进一步研究时,开普勒发现每个当时已知的行星的轨道都可以用太阳位于一个焦点的椭圆来描述。这样,他就证明了太阳系中各天体的轨道都是椭圆(太阳位于这些椭圆的一个焦点),而不是形状相似的一系列的同心圆。
 
虽然开普勒以数学形式完满地叙说了行星是如何运动的,但他未能说明行星的运动为什么会是这个样子的。是大家公认的有史以来最伟大的科学家之一的牛顿回答了这后一问题。
 
牛顿在伽利略逝世的那一年出生于英国林肯郡的小镇乌尔斯索普的一个自耕农家庭。在他长长一生的科学生涯中,主要在英国剑桥大学当数学教授,在数学、物理学和天文学的领域完成了不少实质性的工作,有些是开创性的。最出名的是他的万有引力理论。传说他是注意到苹果从树上掉下来时才开始了对引力现象感兴趣的。经过思考,不久他就体会到地球把苹果吸引到地面上的力和地球吸引月亮以及太阳吸引地球都是同一性质的拉力。
 
牛顿把他的引力理论以及其他动力学的原理,写在《自然哲学的数学原理》一书内。在此书中,他证明行星绕日运行的椭圆轨道可以从一简单的数学方程式推导出来。该定律为:物体之间的吸引力反比于两者距离的平方。换句话说,两物体靠得越近,两者间的吸引力越强,强大的倍数与两者距离的平方成比例。将此万有引力定律和他在该书中叙述的运动定律  
结合起来,并将这些原理应用于太阳对任何一个行星的作用,牛顿证明了行星必定运行在以太阳为一焦点的简单的椭圆轨道上。
 
牛顿定律使宇宙学旧貌换新颜。在牛顿以前,对宇宙学的研究被视为一项形而上学的冒险,不能在牢靠的数学原理基础上做出预见。早期的科学家们需要用信心和直觉去说明行星和恒星的运动。牛顿的宇宙学则反之,不需要求助于神学,它视宇宙如一钟表装置,在这里各部件之间是通过精确的方程式联系在一起的。
 
牛顿时代以后,天文学家在太阳系内又发现了 3 颗行星:天王星、海王星和冥王星。与内太阳系的 6 颗行星一样,外行星也大体在椭圆轨道上运行。但科学家们现在知道行星的真实路径并不是精确的椭圆。按照万有引力定律,行星除被太阳吸引外,彼此间也互相吸引。因此,各行星运动的路径受到所有其他行星引力的影响。当行星互相接近时,相互间的引力最强,所以行星轨道显示有“摆动”现象。
 
这些摆动曾被用来预测尚未发现的行星。例如,在 1781 年英国天文学家威廉·赫歇耳(William Herschel)发现天王星后,法国的勒威耶(Urbain J.J. Leverrier)和英国的亚当斯(John Couch Adams)各自独立地注意到其轨道的不规则性。他们的计算促进了 1846 年伽勒(Johann Gottfried Galle)对海王星的发现。每当海王星接近天王星时,它作用于天王星一个强拉曳;而当海王星远离天王星时,对其吸引力便较弱。这样,由于海王星的影响,天王星绕太阳运行的路径就被轻微地扰乱了(天文学上叫做摄动)。
 
发现海王星后,由于它轨道的不规则性,许多人猜测它的外面可能还会有行星。经过多年有计划的系统搜索,直到 1930 年初,汤博(Clyde William Tombaugh)终于发现了冥王星。但由于冥王星的质量太小,对海王星的轨道不会引起足够大的摄动。因此,有人认为,这一发现不能看作是根据牛顿定律计算的功劳,而是偶然的巧合。
 
太阳系中,除九大行星外,还有许许多多其他天体。有的行星有卫星绕着它运行(总计超过 60 个,还有新的正在发现)。这些卫星小的直径不足 10 公里,也有大到数千公里的。九大行星中——木星、土星、天王星和海王星,各拥有较多的卫星;地球和冥王星各有一个卫星;火星有两个;水星和金星没有卫星。
 
四个最大的行星即木星、土星、天王星和海王星,还有由几十亿颗岩石和冰块组成的带状结构围绕着它们旋转,这就是光环。自从伽利略用望远镜观察天体以来,人们便知道土星有美丽的光环系统。其他三个大行星较暗淡的光环是 20 世纪后期才发现的。
 
在火星与木星轨道之间的广大天区内,有几千个叫做小行星的石质天体围绕着太阳运行。它们是众多星子(星子由岩石和冰块所组成)的遗骸。星子曾一度充斥在冥王星的轨道以内,除去在火星与木星间的小行星带区  
域内,绝大多数星子经过无数次的互相碰撞,最终合并成为几个行星。因此,除少数“迷路”的星子外,在内太阳系区域是很少见到这些天体的。但在木星轨道附近的天区,木星的强大引力阻止了星子大规模碰撞、合并情况的发生,原初的岩石仍作为小行星形式被保存了下来。今天的小行星带可视为整个太阳系在未产生行星以前曾经存在过的形式的化石。
 
在小行星区域以外的太阳系的领空内,行星从未有过形成的机会。远在冥王星轨道之外的广大天区,那里太阳的引力最弱,温度极低,散布着几万亿个冰块。这一天区最靠近我们的部分叫做柯伊伯带,因 40 年前柯伊伯(GerardKuiper)的预见而得名,但直到 1995 年才由 HST 第一次绘制在天图上。这些分散的碎块含有由冰冻的化学物质组成的星子。偶尔这些冰块团中的一个越出了它们的轨道,向太阳和内行星区域猛冲,当它进入这一较温暖的空间中时,其中的一部分冻块蒸发了,形成了气态的尾巴,其结果就是我们见到的壮观的天体——彗星。
 
虽然太阳系这个小宇宙的情况人们已了解得不少,但仍有许多未解之谜:如冥王星的来源,它为什么是诸巨行星中的一个矮子?它为什么从不被其他行星中的任何一个引力所俘获?为什么土星的光环比其他大行星的光环要亮得多?地球的卫星——月亮是怎样形成的?地球上千姿百态形形色色的生命有可能来自太空吗?地球以外的任何一个行星有生命或至少有生命存在的征兆吗?科学家们希望将来的载人或不载人的宇宙飞船能有助于对我们的行星芳邻有更多的了解,解决上面提到的问题及其他重要问题。  

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