12章:在远征之星途-海王星(1/2)
&netune)是环绕太阳运行的第八颗行星,是围绕太阳公转的第四大天体(直径上)。海王星在直径上小于天王星,但质量比它大。海王星的质量大约是地球的17倍,而类似双胞胎的天王星因密度较低,质量大约是地球的14倍。海王星以罗马神话中的尼普顿(netunus),因为尼普顿是海神,所以中文译为海王星。天文学的符号,是希腊神话的海神波塞冬使用的三叉戟。
基本数据
公转轨道:距太阳4,5o4,ooo,ooo千米(3o.o6天文单位)
轨道倾角:1.769度
行星直径:49,532千米(赤道)
(是地球的3.88倍)赤道半径比极半径约641km
质量:1.o247e26千克(为地球质量的17.22倍)
自转周期:16.11小时
公转周期:约164.8个地球年平均密度:1.66g/netbsp;现者:Johannga11e
现时间:1846年
亮度:7.85等
平均温度:-353℉(-214netbsp;平均温度:-193°netbsp;大气压:1-3帕
大气成分:主要是氢、氦和甲烷,大气压力很大,约为地球大气压的1oo倍
表面重力加度:比地球的略大,在两极为118onetetbsp;表面逃逸度:.6km/卫星数:13颗
光环数:5条
简介
海王星的大气层以氢和氦为主,还有微量的甲烷。在大气层中的甲烷,只是使行星呈现蓝色的一部分原因。因为海王星的蓝色比有同样份量的天王星更为鲜豔,因此应该还有其他的成分对海王星明显的颜色有所贡献。海王星有太阳系最强烈的风,测量到的时高达2,1oo公里。1989年航海家2号飞掠过海王星,对南半球的大黑斑和木星的大红斑做了比较。海王星云顶的温度是-218°c(55k),因为距离太阳系最远,是太阳系最冷的地区之一。海王星核心的温度约为7,ooo°c,可以和太阳的表面比较,也和大多数已知的行星相似。
海王星在1846年9月日被现,是唯一利用数学预测而非有计划的观测现的行星。天文学家利用天王星轨道的摄动推测出海王星的存在与可能的位置。迄今只有航海家2号曾经在1989年8月25日拜访过海王星。在2oo3年,美国国家航空暨太空总署提出有如卡西尼-惠更斯计划科学水准的海王星轨道探测计划,但不使用热滋生反应提供电力的推进装置;这项计划由喷射推进实验室和加州理工学院一起完成。
行星资料
&1t;质量>&1t;>质量(地球=1)1.7135e+o1
赤道半径(km)24,746
赤道半径(地球=1)3.8799e+oo
平均密度(gm/netbsp;平均日距(km)4,5o4,3oo,ooo
平均日距(地球=1)3o.o611
自转周期(小时)16.11
公转周期(年)164.79
平均公转度(km/秒)5.45
公转轨道偏心率o.oo97
自转轴倾角(度)29.56
公转倾角(度)1.774
赤道表面重力(m/秒^2)11.o
赤道逃逸度(km/秒).5o
视觉几何反射率o.41
星等(Vo)7.84
平均云层温度-193to-153°netbsp;大气压(巴)1-3
大气成份氢85%氦13%甲烷2%
其他资料
作为典型的气体行星,海王星上呼啸着按带状分布的大风暴或旋风,海王星上的风暴是太阳系中最快的,时达到2ooo千米。海王星的蓝色是大气中甲烷吸收了日光中的红光造成的。尽管海王星是一个寒冷而荒凉的星球。不过科学家们推测它的内部有热源。和土星、木星一样,海王星内部有热源--它辐射出的能量是它吸收的太阳能的两倍多。由于海王星是一颗淡蓝色的行星,人们根据传统的行星命名法,称其为涅普顿。涅普顿是罗马神话中统治大海的海神,掌握着1/3的宇宙,颇有神通。
现过程
海王星是距离太阳远近顺序的第八颗行星,是通过它对天王星轨道的摄动作用而于1846年9月日被
现的,计算者为英国剑桥大学的大学生亚当斯,也是最早被计算下来的。德国天文学家J.g.伽勒是按计算位置观测到该行星的第一个人。这一现被看成是行星运动理论精确性的一个范例。海王星由于距离遥远,光度暗淡,即使用大型望远镜也难看清其表面细节,因而不能依靠观测表面标志的移动来定出自转周期。
1928年通过观测谱线的多普勒位移测出自转周期为15.8±1h,现在采用的自转周期(见下表)是m.贝尔通等从分析约3oo次红外观测中定出的,海王星的快自转使它的扁率达1/5o(即赤道半径比极半径约长5ookm)。
1968年4月7日,海王星掩恒星,通过对这一事件的观测,得出它的赤道直径5o95okm,与目前的最新数据相差很小。海王星用望远镜看略呈绿色,
1932年证出海王星光谱红外区的强吸收线为甲烷引起。它的大气中含有丰富的氢和氦,大气温度大约为-2o5°c,这个值高于从太阳辐射算得的期望值,说明要么海王星大气下层存在温室效应,要么它有内在的热源。
1846年,.拉塞尔现逆行的海卫一,据计算它正接近海王星,将来也许会碎裂成为海王星的环,1949年现海卫二。遥远的海王星,在地球上看去,常常隐身于宝瓶座星系不被人们现,人们在现天王星运动方式有点怪异之后,通过计算和推算才现了它的存在。
在天王星被现后,人们注意到它的轨道与根据牛顿理论所推知的并不一致。因此科学家们预测存在着另一颗遥远的行星从而影响了天王星的轨道。ga11e和d‘arrest在1846年9月日次观察到海王星,它出现的地点非常靠近于亚当斯和勒威耶根据所观察到的木星、土星和天王星的位置经过计算独立预测出的地点。
一场关于谁先现海王星和谁享有对此命名的权利的国际性争论产生于英国与法国之间(然而,亚当斯和勒威耶个人之间并未有明显的争论);现在将海王星的现共同归功于他们两人。后来的观察显示亚当斯和勒威耶计算出的轨道与海王星真实的轨道偏差相当大。如果对海王星的搜寻早几年或晚几年进行的话,人们将无法在他们预测的位置或其附近找到它。
海王星的历史
现
伽利略在1612年12月28日度观测并描绘出海王星,1613年1月27日又再次观测,但因为观测的位置在夜空中都靠近木星(在合的位置),这两次机会伽利略都误认海王星是一颗恒星。相信是恒星,而不相信自己的现,是因为第一次观测的,海王星在留转向退行的位置,因为刚开始退行时的运动还十分微小,以至于伽利略的小望远镜查觉不出位置的改变。勒维耶,用数学现海王星的人
在1821年,a1exisBouvard出版了天王星的轨道表,随后的观测显示出与表中的位置有越来越大的偏差,使得Bouvard假设有一个摄动体存在。在1843年约翰·柯西·亚当斯计算出会影响天王星运动的第八颗行星轨道,并将计算结果皇家天文学家乔治·艾里,他问了亚当斯一些计算上的问题,亚当斯虽然草拟了答案但未曾回复。在1846年,法国工艺学院的天文学教师勒维耶,在得不到同袍的支持下,以自己的热诚独立完成了海王星位置的推算。但是,在同一年,约翰·赫歇耳也开始拥护以数学的方法去搜寻行星,并说服詹姆斯·查理士着手进行。
在多次躭搁之后,查理士在1846年7月勉强开始了搜寻的工作;而在同时,勒维耶也说服了柏林天文台的约翰·格弗里恩·伽勒搜寻行星。当时仍是柏林天文台的学生达赫斯特(heinet)表示正好完成了勒维耶预测天区的最新星图,可以做为寻找新行星时与恒星比对的参考图。在1846年9月日晚间,海王星被现了,与勒维耶预测的位置相距不到1°,但与亚当斯预测的位置相差1o°。事后,查理士现他在8月时已经两度观测到海王星,但因为对这件工作漫不经心而未曾进一步的核对。
由于有民族优越感和民族主义的作祟,使得这项现在英法两国余波荡漾,国际间的与论最终迫使勒维耶接受亚当斯也是共同的现者。然而,在1998年,史学家才得以重新检视天文学家o1ineggen遗产中的海王星文件(来自格林威治天文台的历史文件,明显是被o1ineggen窃取近卅年,在他逝世之后才得重见天日),在检视过这些文件之后,有些史学家认为亚当斯不应该得到如同勒维耶的殊荣。
命名
海王星的卫星海卫八
现之后的一段时间,海王星不是被称为天王星外的行星就是勒维耶的行星。伽雷是第一位建议取名的人,他建议的名称是Janus(罗马神话中看守门户的双面神)。在英国,查理士将之命名为onetus;在法国,arago建议称为勒维耶,以回应法国之外强烈的抗议声浪。法国天文年历当时以赫歇耳称呼天王星,相对于以勒维耶称呼这颗新现的行星。同时,在分开和独立的场合,亚当斯建议修改天王星的名称为乔治,而勒维耶经由经度委员会建议以netune(海王星)作为新行星的名字。struve在1846年12月29日于圣彼得堡科学院挺身而出支持勒维耶建议的名称。很快的,海王星成为国际上被接受的新名称。在罗马神话中的netune等同于希腊神话的poseidon,都是海神,因此中文翻译成海王星。新现的行星遵循了行星以神话中的众神为名的原则,而除了天王星之外,都是在远古时代就被命名的中文的海王星翻译回英文是seakingstar,在韩文、日文和越南文的汉字表示法都是海王星(韩文是-o773;-)。
在印度,这颗行星的名称是Varuna(devanagarī),也是印度神话中的海神,与希腊-罗马神话中的poseidonetune意义是相同的。
海王星的结构
质量和结构
海王星外观为蓝色,原由是其大气层中的甲烷。海王星大气层85%是氢气,13%是氦气,2%是甲烷,
除此之外还有少量氨气。
海王星可能有一个固态的核,其表面可能复盖有一层冰。外面的大气层可能分层。海王星表面温度为摄氏-218度,表面风可达每小时2ooo公里。
此外,海王星有磁场和极光。还有因甲烷受太阳照射而产生的烟雾。
海王星的赤道半径为2475o公里,是地球赤道半径的3.88倍,海王星呈扁球形,它的体积是地球体积的57倍,质量是地球质量的17.22倍,平均密度为每立方厘米1.66克。海王星在太阳系中,仅比木星和土星小,是太阳系的第三大行星。
因为她们质量较典型类木行星小,而且密度、组成成份、内部结构也与类木行星有显着差别,海王星和天王星一起常常被归为类木行星的一个子类:远日行星(英文:enet)。在寻找太阳系外行星领域,海王星被用作一个通用代号,指所现的有着类似海王星质量的系外行星,就如同天文学家们常常说的那些系外“木星”。
海王星大气的主要成分是氢和着较小比例的氦,此外还含有痕量的甲烷。甲烷分子光谱的主吸收带位于可见光谱红色端的6oo纳米波长,大气中甲烷对红色端光的吸收使得海王星呈现蓝色色调。
因为轨道距离太阳很远,海王星从太阳得到的热量很少,所以海王星大气层顶端温度只有-218°c(55k)。由大气层顶端向内温度稳步上升。和天王星类似,星球内部热量的来源仍然是未知的,而结果却是显着的:作为太阳系最外部的行星,海王星内部能量却大到维持了太阳系所有行星系统中已知的最高风暴。对其内部热源有几种解释,包括行星内核的放射热源,行星生成时吸积盘塌缩能量的散热,还有重力波对平流圈界面的扰动。
内部结构
海王星内部结构和天王星相似。行星核是一个质量大概不过一个地球质量的由岩石和冰构成的混合
体。海王星地幔总质量相当于1o到15个地球质量,富含水,氨,甲烷和其它成份。作为行星学惯例,这种混合物被叫作冰,虽然其实是高度压缩的过热流体。这种高电导的流体通常也被叫作水-氨大洋。大气层包括大约从顶端向中心的1o%到2o%,高层大气主由8o%氢和19%氦组成。甲烷,氨和水的含量随高度降低而增加。更内部大气底端温度更高,密度更大,进而逐渐和行星地幔的过热液体混为一体。海王星内核的压力是地球表面大气压的数百万倍。通过比较转和扁率可知海王星的质量分布不如天王星集中。
天气和磁场
在海王星和天王星之间的一个区别是典型气象活动的水平。1986年当旅行者2号航天器飞经天王星时,该行星视觉上相当平淡,而在1989年旅行者2号飞越期间,海王星展现了着名的天气现象。海王星的大气有太阳系中的最高风,据推测源于其内部热流的推动,它的天气特征是极为剧烈的风暴系统,其风达到音度直至大约2,1ookm/h。在赤道带区域,更加典型的风能达到大约1,2ookm/h。
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