书城工业技术征服太空之路丛书:向太空进军
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第15章 太阳系的探索之路(4)

这些探测揭开了木星的许多秘密,大大丰富了人类关于木星的知识。考察发现,木星有一个由大量的黑色碎石块组成的宽大光环,光环的宽度达数千千米,厚度为30千米,组成光环的黑色碎石块大小不等,大的直径有数百米,小的有数十米。这个发现解决了对木星是否有环的争论;查明蛋形大红斑是一团急剧上升的强大的漩涡气流;在木星背向太阳的一面发现有高达3万千米的极光,五彩缤纷,极为壮观;木星有强大的磁场,磁场区域很大,磁尾延伸7亿千米以上,到达土星轨道以外;在木星的卫星上发现活火山,如木卫一上有6座火山同时爆发,它以每小时1600千米的速度向外喷发灼热的气体和固体物质,喷发物的高度达480千米,喷发的强度比地球上的火山大得多。

木卫一有稀薄的大气,厚达110千米;本卫二、三、四由冰层包裹着,非常光亮,但有槽沟和盆地,颜色褐、黄、灰白各不相同。木星的卫星有多少?过去说法不一。经考察,迄今为止已发现木星有4颗大卫星和12颗小卫星,木星和它的卫星系统很像一个小型的太阳系。

1989年10月18日,美国发射了“伽利略”号木星探测器,它由轨道器和着陆器两部分组成。在6年的飞行过程中,分别对金星、月球和一些小行星进行探测,并两次借助地球的引力、一次借助金星的引力加速。在到达木星的前5个月,着陆器与轨道器分离,轨道器于1995年12月7日开始绕木星飞行,进行为时两年的考察,共绕木星飞行11圈,11次飞过4大卫星。它巧妙地借用这些卫星的引力,从一颗跳飞到另一颗,尽可能地接近它们。着陆器则向木星表面降落。由于木星深层大气的压力高达15~20个大气压,着陆器工作1小时就会被压碎。但它对木星大气的直接探测数据非常宝贵。“伽利略”号于2003年9月按程序坠毁在木星。

由于这些探测器都是来去匆匆,来不及对木星作全面的探测,而且距离较远,在木星的下层大气中和木星上,至今还有许多奇特的现象没有得到合理的解释。2009年,美国宇航局宣布,将于2011年8月发射一个新的木星探测器“朱诺”,展开对木星的深入探测。预计到2016年,“朱诺”将飞抵绕木星运行的轨道上。它每年大约可绕木星运转32圈,通过它的探测,科学家希望能了解木星这颗巨行星的形成、进化和结构等。

探索土星

土星古称镇星或填星,是太阳系第二大行星。它与邻居木星十分相像,表面也是液态氢和氦的海洋,上方同样覆盖着厚厚的云层。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,即使是夏季也极其寒冷。土星确实像一位身披彩带旋转起舞的女郎。它自转一周只要10小时14分钟,而绕太阳公转一圈却要29.5年!土星是唯一一个比水轻的行星,虽然它的体积是地球的745倍,但质量却只有地球的95倍。

远在1610年,伟大的科学家伽利略用望远镜观察土星时,发现土星的两侧有附属物,像人头两侧长着耳朵一样,据此,他认为土星是由中间一个大天体和两边各一个小天体组成的。1659年荷兰物理学家和天文学家惠更斯对土星的“耳朵”作了精细的观察,发现两只“耳朵”并不长在土星上,即并不与土星相连,而是高悬于土星之上,而且也不是两个小天体,而是环绕土星的一个扁平的固体物质盘,后来称为光环或环。以后,科学家们又发现土星光环由西向东旋转,光环直径达27万千米,厚度只有10千米左右。

1675年,意大利天文学家卡西尼发现土星光环的平面中间有一条缝隙,这条缝隙把光环分成内外两个环。为了纪念卡西尼的发现,人们就把这条缝隙叫做“卡西尼”缝。缝外叫A环,缝内叫B环。过了175年,即1850年,人们又在B环以内发现一条很薄的C环。1856年,英国物理学家麦克斯韦从理论上论证,光环不是扁平的物质盘,而是由无数小卫星组成的。1895年,美国天文学家基勒通过观测,阐明了麦克斯韦的论证,土星光环确实是由一群分离的质点形成的。关于土星光环的故事,到此并未结束。1969年又在C环以内发现了D环,它最靠近土星,已到土星大气层以内,故很难被发现。不久,又在A环以外发现了E环。1972年,通过雷达测量,发现土星环的质点,是直径4~30厘米的冰块。

到此,有关土星环的故事已延续了780多年。但是,由于土星距离我们太遥远,人们至今对土星光环仍然了解不多。要弄清土星环的秘密,只能靠航天器的就近探测。

知识点土星的卫星

土星拥有许多卫星,在被命名的卫星中,有11个是直径在300千米以下的小卫星,6个是直径在400—1500千米的中型卫星,还有一颗直径约为5150千米的大卫星土卫六——泰坦。土卫六是太阳系中唯一拥有稠密大气层的卫星。在土星的卫星当中,最内侧的6个都是小卫星,天文学家推测它们可能原本是大颗冰天体的碎片,与土星之间彼此有着密切的关系。

探索天王星、海王星、冥王星

探索天王星

天王星是太阳向外的第七颗行星,在太阳系的体积是第三大(比海王星大),质量排名第四(比海王星轻)。

天王星的发现过程是非常有趣的。有个侨居英国的德国人,叫赫歇尔,在英国皇宫里吹奏双簧管。这位乐师酷爱天文,开始利用业余时间进行天文观测,后来把主要精力和财产都投入了天文研究,并亲手制作了许多望远镜。1781年3月13日,他偶然发现一颗新星,它不像恒星那样发光,而且与其他恒星的相对位置有变化,可能是颗行星,但他没有把握,宣布时说是一颗彗星。他的发现引起了天文学家的重视,纷纷进行观测,最后确定是颗新行星,后来将其命名为天王星。

天王星是一颗躺倒的行星,太阳系8大行星中,天王星地处太阳系的边远地带,距地球约28亿千米,相当于地球到土星距离的2倍。它像地球一样有公转和自转,可是由于距太阳太远,绕太阳公转一周长达84年之久。历经200多年的观测,发现它有两点最使人迷惑不解。一是比重小,它的体积是地球的64倍,而质量却只有地球的14.6倍;二是它似乎没有磁场,这是不可想象的。

天王星是个庞然大物,它的体积是地球的64倍,质量约为地球的15倍。

天王星大气的主要成分是氢和氦,还包含较高比例的由水、氨、甲烷结成的“冰”,以及可以察觉到的碳氢化合物。它是太阳系内温度最低的行星,最低的温度只有49开,还有复合体组成的云层结构,水在最低的云层内,而甲烷组成最高处的云层。

如同其他的大行星,天王星也有环系统、磁层和许多卫星。天王星的系统在行星中非常独特,因为它的自转轴斜向一边,几乎就躺在公转太阳的轨道平面上,因而南极和北极也躺在其他行星的赤道位置上。从地球看,天王星的环像是环绕着标靶的圆环,它的卫星则像环绕着钟的指针。

“旅行者”2号在1977年发射,在继续前往海王星的旅程之前,1986年1月24日,它在距天王星表面只有107080千米处掠过,用它携带的各种现代化科学探测手段,对这颗奇特的大行星进行了人类有史以来的首次近距离考察,这次的拜访是唯一的一次近距离的探测,并且目前也还没有新的探测计划。

“旅行者”2号是一艘携带各种科学仪器的空间探测器,起飞重量为820千克,外形为16面体,中央有一个存放燃料的球形箱体,四周安装有各种无线电设备,如直径为3.7米的抛物面天线等。

“旅行者”2号携带有12种科学仪器,以及“地球之音”——向外星人的问候语和反映地球人类文明的照片。这些科学仪器分为三大类,一是摄像设备,用于拍摄天王星的各种图像;二是空间环境探测设备,用于探测宇宙射线、宇宙粒子、磁场等;三是射电天文接收机,用于探测大气层和电离层的特性等。

“旅行者”2号传回的资料很多,这些资料将帮助人们更好地认识天王星。“旅行者”2号拍摄了天王星多姿多彩的“体姿”及“面容”,并将拍摄到的照片及其他信息通过无线电波及时发往地球。经过2小时45分钟后,这些电波穿越浩瀚的宇宙深空到达地球,由地面的64米大型抛物面天线接收并送入计算机处理。科学家们利用大型计算机进行一系列的分析计算,就可以揭开这颗至今了解甚少的行星的一些真实面目,也为探索太阳系的起源和进化问题提供重要的证据。“旅行者”2号探测器的探测资料表明,天王星是彗星构成的。科学家认为,彗星原来在土星和冥王星之间绕太阳运行,轨道与其他行星的差不多,后来由于某种原因,一些彗星的轨道变得非常扁长,多数时间远离太阳。而留下的几百万个彗星集结成两团,形成现在的天王星和海王星。所以在天王星大气中发现有彗星大气的成分。虽然只有“旅行者”2号探测器对天王星进行过一次探测,但它所获的探测资料,比人类发现天王星和海王星以来一二百年积累的知识还要多。

原来天王星表面是深达8000千米的水,只有地球大小的熔化岩心,所以比重较小;天王星也有磁场,只是比较弱,而且在天王星表面,磁场强度各不相同,磁极方向与天王星两极方向成60°角(地球磁极大致在地球的两极),严重偏斜扭曲。另外还有许多重大发现,如整个天王星是个大“温池”,但你千万别以为可以去洗澡,因为它的海水温度高达几千摄氏度。“旅行者”2号发现,天王星大气中氦的含量为10%~15%,其余是氢。大气中有风暴云,但没有大气漩涡。高层大气的温度很高,在南极上空达1800度,北极上空达2400度,真令人惊讶!

不用担心,由于天王星的大气层厚达几千千米,大气压力是地球上的许多许多倍,所以海水并不沸腾和汽化。

那不凝固了吗?

恰恰又是几千度的高温,使巨大压力下的海水不至于凝固。

人们还发现那里的温度违反常理。在探测的当时,太阳正照射天王星的南极,温度是1800℃,而当时背阳的北极却有2400℃。

天王星大气中有猛烈的风暴和奇异的电辉光。大气中有云层,云层向外喷射有毒的气流。

新发现的天王星的11条光环,使天王星的光环增至20条。光环黯黑,有红蓝两种颜色。

新发现的10颗卫星使天王星卫星的数目增加到15颗卫星。这些卫星不仅自转方向各不相同,而且不是标准的圆球星体,地形非常复杂,尤其是天卫五,几乎集中了太阳系中所有怪异的地形。有比珠穆朗玛峰高3倍的山峰,有深16000米的峡谷,还有又长又深的裂缝、横亘的大山梁、令人生畏的悬崖、错落分布的环形山和流淌着的冰川。科学家对这种千奇百怪的地貌啧啧称奇之后,又陷入沉思:这都是如何形成的呢?!