宇宙过客

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慧星是夜空中能看到的最美丽动人的天体之一。大慧星出现的时候,一连几个晚上,甚至几个星期都能看到慧星那明亮而飘逸的慧尾。那么慧星来自何处?为什么运行轨迹与众不同?
根据美国科学家通过“哈勃”太空望远镜发回的数据,发现了在海王星围绕太阳运行轨道平面上,存在着一个估计包含有 2 亿颗慧星的环带。这个环带的慧星没有慧尾,是主要由尘埃和冰组成的团块。这些 团块,形状不一,大小不等。大的直径估计有几十千米,小的直径只有几米甚至几厘米。有的像冰山,有的像马铃薯。笔者认为这些团块是太阳系形成初期原始的星云物质演化而成的。
大约在 50 亿年前,原始星云中心物质不断收缩,引力不断增大,温度不断升高。氢氦和一些重元素在这种情况下形成太阳。原始星云的最外卷,温度最低,尘埃和一些所体只能靠自身引力,互相碰撞凝聚成由沙和冰组成的团块。它们散布范围广阔,估计有十几个天文单位。这个环带与土星环带有点相似,都是围绕主体星体运行,但不同之处是,土星环带只围绕土星运行,慧星环带绕着整个太阳系运行。为什么土星环带有时肉眼有够看见而慧星环带看不见?这主要是土星环带距离太阳和地球较近,且环带的冰粒与太阳距离近,密度大,容易反射太阳光,所以容易被人们看见;而慧星环带,距离太阳遥远,冰粒稀疏,密度小,反射太阳光微弱。所以不被人们看见,甚至连普通天文望远镜也难以发现。
通过“哈勃”太空望远镜的这个发现,证实 1951 年首次作为理论假设提出的“柯伊带”的下确性。这就解签了过去几十年间一直困扰着天文学家的穿行太阳系平面内的许多慧星的来源问题。 1997 年 3 月下旬出现的海尔—波普慧星和 1995 年 7 月发生慧木大碰撞的苏梅克—列维 9 号慧星的
21  块碎块都来自慧星环带。那么,为什么有些慧星会离开慧得环带冲向太阳系运行?它运行的轨迹会突然改变?这主要是某慧星运行到某一位置时恰好经受某大行星的引力摄动工,或经受太阳和某一大行星的同一方向同一直线的合引力摄动,慧星才会偏离轨道向太阳中心方向运行,才会形成与九大行星不同的运行轨道。
慧星冲向太阳,会受太阳幅射热量和太阳风影响,使冰块融化成气体。气体激出荧光,在光压下甩向后方,形成长长的慧尾。慧星离太阳越近,受太阳热量和太阳风越多,慧尾越长,慧尾始终背向太阳。
从运行轨迹看,慧星可分为 3 类:
第一类,是在九大行星外围与九大行星同一平面绕着太阳运行的慧星,即在慧星环带内的慧星。其特点是:没有慧尾,温度低(估计温度在零下 250 度以下),数量极多,运行较慢。这环带内的慧星可叫“没尾巴的慧星”或叫“胚胎慧星”。
第二类,是受外力摄动的彗星。其特点是:离开环带,直接撞向太阳或直接撞向九大行星中的一颗行星。因体冰汽化,拖着长长的慧尾,这类慧星如果撞 向太阳,会成为太阳的牺牲品,增加了太阳的燃炒,因太阳的引力强大,撞向太阳数量和机会较多,撞向九大行星的机会和数量都轻音乐和。估计每年撞向太阳的这类慧得有 3–7 个。前几年的撞向木星的苏梅克—-列维慧星就是后一类慧星。这类慧星如果撞向地球,质量小的在高速运行中与地球空气摩擦,会形成流星,未落到地面已消失了。质量较大的会使地面大气波动,会造成局部地区的一些之灾害,慧星撞赂地球有弊有利,有利的是会增加地球大气和水分的来源。甚至有人说,地球的生命之水来自慧星。但它也可能带来死亡,所以第二类慧星可以叫做“死亡慧星”。
第三类,是离开慧星环带。绕过太阳、穿行于九大行星之间的慧星。这类慧星的特点是:质量较大,速度较快,慧尾最长。它每绕行太阳系一次,都受一次强劲的太阳风刮削一次。太阳风的高能、带电粒子流把慧尾的一部分尘埃和气体刮跑。所以慧星质量逐渐减小。它每绕得太阳一次,质量减小一次,慧星质量小的,绕过太阳一次以后会永不回来。只有质量足够大的慧星。如哈雷慧星,才会周期性地沿着非常扁长的椭圆轨道绕太阳运行。不过哈雷慧星终有一天,或在几千几万年后,因质量逐渐减小而消失。所以这 类慧星可叫做“逐渐减肥的慧星”或叫“即将消亡的慧星。”
太阳系第二大行星——土星土星是太阳系九大行星之一,按离太阳由近及远的次序为第六颗。中国古代称土星为填星或镇星。在 1781 年发现天王星之前,人们曾认为土星是离太阳最远的行星。在望远镜中可以看到土星被一条美丽的光环围绕。土星还有较多的卫星,到 1978 年为止,已发现并证实的有 10 个,以后又陆续有人提出新的发现。土星在很多方面像木星,如它与木星同属于巨行星,它的体积是地球的 745 倍,质量是地球的 95.18 倍。在太阳系九大行星中,土星的大小和质量仅次于木星,占第二位。它像木星一样被色彩斑斓的云带所缭绕,并被较多的卫星所拱卫。它由于快速自转而呈扁球形。赤道半径约为 60,000 公里。土星的平均密度只有 0.70 克/厘米立方米,是九大行星中密度最小的。如果把它放在水中,它会浮在水面上。土星的大半径和低密度使其表面的重力加速度和地球表面相近。土星在冲日时的亮度可与天空中最亮的恒星相比。由于光环的平面与土星轨道面不重合,而且光环平面在绕日运动中方向保持不变,所以从地球上看,光环的视面积便不固定,从而使土星的视亮度也发生变化。当土星光环有最大视面 积时,土星显得亮一些;当视线正好与光环平面重合时,光环便呈现为一条直线,土星就显得暗些。二者之间的亮度大约相差 3 倍。土星绕太阳公转的轨道半径约为 14 亿公里,它的轨道是椭圆的。它同太阳的距离在近日点时和在远日点时相差约 1.5 亿公里。土星绕太阳公转的平均速度约为每秒 9.64 公里,公转一周约 29.5 年。土星也有四季,只是每一季的时间要长达 7 年多,因为离太阳遥远,既使是夏季也十极其寒冷。土星自转很快,但不同纬度自转的速度却不一样,这种差别比木星还大。赤道上自转周期是 10 小时 14 分,纬度 60 度处则变成 10 小时 40 分。这就是说在土星赤道上,一个昼夜只有 10 小时零 14 分。土星大气以氢、氦为主,并含有甲烷和其他气体,大气中飘浮着由稠密的氨晶体组成的云。从望远镜中看去,这些云像木星的云一样形成相互平行的条纹,但不如木星云带那样鲜艳,只是比木星云带规则得多。土星云带以金黄色为主,其余是桔黄色、淡黄色等。土星的表面同木星一样,也是流体的。它赤道附近的气流与自转方向相同,速度可达每秒 500 米,比木星上的风力要大得多。土星极地附近呈绿色,是整个表面最暗的区域。根据红外观测得知,云顶温度为-170 ℃,比木星低 50℃。土星表面的温度约为-140℃。土 星表面有时会出现白斑,最著名的白斑是 1933 年 8 月发现的,这块白斑出现在赤道区,呈蛋形,长度达到土星直径的 1/5。以后这个白斑不断地扩大,几乎蔓延到整个赤道带。由于这颗行星表面温度较低而逃逸速度又大( 35.6 公里/秒),使土星保留着几十亿年前它形成时所拥有的全部氢和氦。因此,科学家认为,研究土星目前的成分就等于研究太阳系形成初期的原始成分,这对于了解太阳内部活动及其演化有很大帮助。一般认为土星的化学组成像木星,不过氢的含量较少。土星上的甲烷含量比木星多,而氨的含量则比木星少。1973 年 4 月美国发射的行星际探测器“先驱者”11 号发现土星有一个由电离氢构成的广延电离层,其高层温度约为 977℃。观测结果表明,土星极区有极光。目前认为,土星形成时,起先是土物质和冰物质吸积,继之是气体积聚。因此,土星有一个直径 20,000 公里的岩石核心。这个核占土星质量的 10% 到 20%,核外包围着 5,000 公里厚的冰壳,再外面是8,000 公里厚的金属氢层,金属氢之外是一个广延的分子氢层。1969 年,一架飞机在地球大气高层对土星的热辐射作了红外观测,发现土星和木星一样,它辐射出的能量是它从太阳接收到的能量的两倍。这表明土星和木星一样有内在能源。后来“先驱者”11 号的 红外探测证实了这一点,测得土星发出的能量是从太阳吸收到的 2.5 倍。1610 年,意大利天文学家伽利略观测到在土星的球状本体旁有奇怪的附属物。 1659 年,荷兰学者惠更斯证认出这是离开本体的光环。 1675 年意大利天文学家卡西尼,发现土星光环中间有一条暗缝,后称卡西尼环缝。他还猜测,光环是由无数小颗粒构成。两个多世纪后的分光观测证实了他的猜测。但在这二百年间,土星环通常被看作是一个或几个扁平的固体物质盘。直到 1856 年,英国物理学家麦克斯韦从理论上论证了土星环是无数个小卫星在土星赤道面上绕土星旋转的物质系统。(关于行星环)土星环位于土星的赤道面上。在空间探测以前,从地面观测得知土星环有五个,其中包括三个主环(A环、B 环、C 环)和两个暗环(D 环、E 环)。B 环既宽又亮,它的内侧是 C 环,外侧是 A 环。A 环和 B 环之间为宽约 5,000 公里的卡西尼缝,它是天文学家卡西尼在 1675 年发现的。B 环的内半径 91,500 公里,外半径 116,500 公里,宽度是 25,000 公里,可以并排安放两个地球。A 环的内半径 121,500 公里,外半径 137,000 公里,宽度 15,500 公里。C 环很暗,它从 B 环的内边缘一直延伸到离土星表面只有 12, 000 公里处,宽度约 19,000 公里。1969 年在 C 环内 侧发现了更暗的 D 环,它几乎触及土星表面。在 A 环外侧还有一个 E 环,由非常稀疏的物质碎片构成,延伸在五、六个土星半径以外。1979 年 9 月,“先驱者” 11 号探测到两个新环──F 环和 G 环。F 环很窄,宽度不到 800 公里,离土星中心的距离为 2.33 个土星半径,正好在 A 环的外侧。G 环离土星很远,展布在离土星中心大约 10~15 个土星半径间的广阔地带。“先驱者”11 号还测定了 A 环、B 环、C 环和卡西尼缝的位置、宽度,其结果同地面观测相差不大。“先驱者”11 号的紫外辉光观测发现,在土星的可见环周围有巨大的氢云。环本身是氢云的源。除了 A 环、B环、C 环以外的其他环都很暗弱。土星的赤道面与轨道面的倾角较大,从地球上看,土星呈现出南北方向的摆动,这就造成了土星环形状的周期变化。仔细观测发现,土星环内除卡西尼缝以外,还有若干条缝,它们是质点密度较小的区域,但大多不完整且具有暂时性。只有 A 环中的恩克缝是永久性的,不过,环缝也不完整。科学家认为这些环缝都是土星卫星的引力共振造成的,犹如木星的巨大引力摄动造成小行星带中的柯克伍德缝一样。“先驱者”11 号在 A 环与 F 环之间发现一个新的环缝,称为“先驱者缝”,还测得恩克缝的宽度为 876 公里。由观测阐明土星环的本质, 要归功于美国天文学家基勒,他在 1895 年从土星环的反射光的多普勒频移发现土星环不是固体盘,而是以独立轨道绕土星旋转的大群质点。土星环掩星并没有把被掩的星光完全挡住,这也说明土星环是由分离质点构成的。1972 年从土星环反射的雷达回波得知,环的质点是直径介于 4 到 30 厘米之间的冰块。地球是太阳系九大行星之一,它只有一个天然卫星,那就是月球。由于地球的质量比月球大得多,地球与月球相互吸引的结果,使得月球不停地围绕地球公转,在宇宙中形成一个很小的天体系统——地月系。月球距离地球平均约为 384,400 公里,它是宇宙中距地球最近的一个星球,也是迄今在地球以外人类所登临的第一个星球。月球绕地球公转一周的时间为 27.32 日,月球自转一周的时间也是 27.32 日;运转的方向,与公转相同,都是自西向东。地球的结构地球是太阳系九大行星之一,与太阳相距 149.6 百万千米。它的直径为 12,756 公里;密度为 5.52 克/立方厘米。地球只有一个天然卫星——月球。
地球的形状从人造地球卫星拍摄的地球照片来看,它像是一个标准的圆球。地球自转的方向是自西向东的,它同时围绕太阳公转。地球自转与公转运动的结合产生了地球上的昼夜交替和四季变化。地球自 转的速度是不均匀的。同时,由于日、月、行星的引力作用以及大气、海洋和地球内部物质的各种作用,使地球自转轴在空间和地球本体内的方向都要产生变化。地球自转产生的惯性离心力使得球形的地球由两极向赤道逐渐膨胀,成为目前的略扁的旋转椭球体。地球的大气层在地球强大引力的作用下,大量气体聚集在地球周围,形成数千千米的大气层。大气层一直可以延续到距地面 6400 千米左右。大气中氮占78%,氧占 21%,氩占 0.93%,二氧化碳占 0.03%,氖占 0.0018%,此外还有少量的水气和尘埃。地球的公转与自转地球好比作一只陀螺,它绕着地轴不停地旋转,每自转一周就是一天。地球自转周期 23 小时 56 分 4 秒。地球的自转产生了昼夜交替的现象,朝着太阳的一面是白天,背着太阳的一面是夜晚。地球自转的方向是自西向东的,所以我们看到日月星辰从东方升起逐渐向西方降落。地球公转的轨道是椭圆的。地球自转和公转运动的结合产生了地球上的昼夜交替、四季变化和五带(热带、南北温带和南北寒带)的区分。地球公转的平均周期是 365 日 6 时 9 分 9.5 秒。

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