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今天，尽管人类已经将探索宇宙的“触角”延伸到太阳系以外的行星系统，但他们对太阳系之家的一些秘密仍然知之甚少。然而，随着太空中各种探测器的出现，“八仙过海，各显神能”，太阳系精心守护的秘密可能即将被我们一一揭开! 独特的太阳系 小个子靠前，大块头垫后！太阳系的行星似乎是按大小排列的。首先，靠近太阳的是类地行星:水星、金星、地球和火星。它们主要由体积和质量都很小的硅酸盐岩石组成，也被称为岩石行星。其次，远离太阳的是类木行星:木星、土星、天王星和海王星。它们的大小和质量都很大，通常是气态的，也被称为气态巨行星。因此，天体物理学家认为，如果有其他的“太阳系”(也就是说，其他类似于我们太阳系的天体系统)，那么它的行星必须排列整齐，并忠实地围绕其恒星旋转…… 然而，事实并非如此!1995年发现的第一颗太阳系外行星很快揭示，与我们的太阳系不同，离恒星最近的是气态巨行星。它们受到来自恒星的强烈辐射，导致地表温度升高，因此也被称为“热木星”。它们的公转轨道非常接近它们的恒星的轨道，而且它们都接近正确的圆! 天体物理学家感到沮丧的是，实际情况与原来的想法如此不同。让我们做一个简短的总结:类地行星是岩石行星，它们靠近太阳，由所谓的难熔材料组成。它们能承受早期太阳释放的强烈热量。类木行星，气态巨行星，距离太阳较远，主要由冰和气体组成，接收到的太阳辐射相对较少。在我们的太阳系中，气态巨行星离太阳很远。简而言之，在这个模型中没有热木星! 接下来，天体物理学家试图建立一些数学模型来模拟其他“太阳系”的形成，并寻求模型中方程的解。他们成功地发现，在其他“太阳系”中，气态巨行星是在远离其母恒星(类似于我们的太阳系)的地方形成的，但它们并没有原地不动，而是被迫“离开家园”。这是因为它们被原行星盘(新形成的年轻恒星周围的致密气体)中的尘埃和气体减慢了速度，逐渐失去能量，越来越难以抵抗恒星的引力。结果，这些气态巨行星沿着它们巨大的螺旋轨道缓慢地向太阳移动，直到它们到达目前的位置。接下来，它们还会继续蛾一般的旅程吗?对于其中一些气态巨行星，答案是肯定的:根据天体物理学家的说法，一颗气态巨行星正在被它的恒星吞噬! 那么为什么我们太阳系的气态巨行星不会遭受同样的命运呢?应该说，太阳系是非常幸运的，当这些气态巨行星形成时，原行星盘中的尘埃和气体也消失了，所以这些“幸运的行星”能够留在原地!然而，这毕竟只是一个特例，类似于“太阳系”的恒星系统的情况是多种多样的，是不够的。 潜伏在金星大气中的生物? 地球上的旋风、龙卷风和暴风雪造成了人类的灾难。然而，与金星上灾难性的天气相比，它们微不足道。想象一下:在赤道附近，时速高达400公里的风吹过云层，带来一场能将你化成肉糊的硫酸雨，一个巨大的双目气旋(大小是地球上气旋的5倍)在金星的南极地区肆虐，其成因至今仍是个谜。此外，研究人员还发现金星的紫外线图像显示出奇怪的黑点，轮廓和时间变化的外观。这些黑点出现在紫外线图像上的原因是这些地方没有紫外线的反射，就好像什么东西或者什么人吸收了紫外线! 谁吸收这些紫外线?它在8万米的高空隐藏着什么?一种理论认为它们以生物的形式隐藏在云层中，吸收太阳的紫外线作为能量来源。就像地球上的植物利用可见光进行光合作用一样，这些隐藏在金星星云中的生物通过吸收紫外线来制造有机物。 生物藏在云里?是真的吗。目前尚不清楚的是，在金星8万米高空的大气层中，气候条件比金星表面(温度在10至20摄氏度之间)更适宜。金星的表面温度约为460摄氏度。这种压力是可以承受的。甚至还有水!悬浮的液滴为一些微生物提供了极好的庇护。想想我们生活的地球。难道云层里没有细菌吗? 冥王星上有过生命吗？ 冥王星也能孕育生命吗?这是惊人的!这颗矮行星离太阳很远(44亿到73亿公里)。它是一颗极其寒冷和贫瘠的矮行星(平均表面温度只有230摄氏度)。不难想象冥王星是一个由氮、一氧化碳、甲烷和冰组成的冰冻世界。然而，美国诺顿学院的科学家们相信，在柯伊伯带(现在被称为太阳系边界)将有生命存在。 当然，几乎可以肯定今天冥王星上没有生命，但是过去呢?根据杰弗里·柯林斯的说法，冥王星可能在它的婴儿期度过了一段相对美好的时光，从而在它的地下水中孕育了生命! 不明白？好吧，为便于理解，咱们先说说冥卫一——冥王星最大的卫星。根据研究人员建立的模型，在早期太阳系，冥王星可能曾和某个巨型天体相撞，撞击产生的碎片绕冥王星运行，逐渐聚合成冥卫一。那次剧烈的撞击可能使冥王星的温度攀升了50%，这虽然不能令坚冰瓦解，但至少揭开了其他一连串热现象的序幕。 究者认为，冥王星因此有了一段充满水的过去。在那次撞击后，冥卫一留在了冥王星的身旁，并绕其快速旋转。相较于其他卫星，冥卫一的块头委实惊人，它的质量约是冥王星的1/7（月球质量是地球的1/81）。你或许会说，冥卫一对于冥王星有着很强的引力作用，而且当时冥卫一距离冥王星很近，因此引力更强。在引力作用下，冥王星被拉伸成椭球体。这一拉伸可能导致岩石间的相互摩擦，从而使地核温度升高，并使一部分包覆着冥王星岩石地核的冰层消融，形成一个地下海。 也许生命正是在这个地下海中繁衍。不过，关于这一点研究人员尚无法进一步论证，毕竟掌握的资料极其有限。这个地下海有多深？位于岩层还是冰层（冥王星的内核由岩石构成，外面包覆冰层）？存在过多长时间（在很久以前，地下海就再次结冰了。因为冥卫一渐渐远离冥王星后，它对冥王星造成的影响也相应减弱）？ 为什么天王星是横向的? 天王星以一种非常奇怪的方式旋转，就像一个孩子躺在旋转轨道平面上。太阳系中其他行星的旋转轴相对于太阳系的轨道平面几乎是垂直的。只有天王星的旋转轴以98度的倾角位于轨道平面上，几乎是围绕太阳的。 长期以来，研究人员一直认为天王星在形成后不久就被一个巨大的天体击中，导致其自转轴迅速翻转。这个想法很大胆，但遇到了很大的困难。因为所有天王星的卫星都在其赤道平面上旋转(由于天王星旋转轴的倾斜而倾斜)，所以它们的轨道也会倾斜。然而，如果事实是天王星被击中后迅速翻转，就像研究人员假设的那样，那么它的卫星如何能在短时间内适应这种运动呢? 曾经，巴黎天文台的Jacques Lascar和Gwennard Bouye试图回答这个问题。两位天体物理学家都认为，天王星的反转过程可能非常缓慢，因此它的卫星有足够的时间跟进。这样的解释似乎更合乎逻辑，但还有一个问题需要回答:谁是造成这种影响的罪魁祸首?它是天王星形成初期的伴星吗?科学家们只能粗略地描述一下这一现象:一颗巨大的犁式卫星的引力，加上太阳的引力，使天王星的旋转轴逐渐反转。 研究人员计算出，距离天王星130万公里的一颗约占天王星质量1%的卫星可能是这次撞击的始作俑者。然而，没有一颗天王星的卫星能满足这些要求。 那么，这个谜仍然难以捉摸吗?不一定。也许是因为另一颗气态巨行星(木星、土星……)天王星有影响力的同伴被引力喷射得如此之远，以至于我们还没有发现它。一些模拟已经证实，在太阳系形成的漫长过程中，这些气态巨行星的轨道可能移动了太多。至于后续的研究，让我们拭目以待。 水星有没有一颗超大的“心脏” 水星没有大气，没有水，并且暴露在强烈的太阳辐射下，这似乎对研究人员没什么兴趣。在这个有点像月球的星球的深处，不知不觉地隐藏着一个令人费解的秘密:铁核。事实上，铁芯并不少见。毕竟，金星、地球和其他类地行星都有类似的金属内核。这些行星大致是在同一时间以相同的物质形成的，所以它们的组成应该是相似的。铁是地球上最重的组成部分。因此，当一个物体形成时，它会下沉到物体的最深处。作为地球的核心，核心的直径大约是地球半径的1/2。相比之下，水星的半径是2400公里，而它的铁核半径是1900公里。也就是说，这个神秘的铁核几乎覆盖了整个星球!水星的心脏非常巨大，非常罕见! 有两种相反的理论可以解释这一点。第一种理论认为这种现象是由太阳的无限能量引起的。水星离太阳非常近，只有6000万公里(地球离太阳1.5亿公里)，所以它受到太阳的强烈辐射，温度可以达到460摄氏度!在45亿年前太阳系形成之初，情况似乎更糟:当时的太阳非常猛烈，向太空发射的能量比现在多得多，使得早期水星的温度高达2000摄氏度!巨大的热量蒸发水星外层的岩石，留下500公里厚的行星地幔。 另一种理论，宇宙台球理论，更加引人注目。瑞士伯尔尼大学的一组研究人员认为，早期的水星(大约45亿年前)可能遭受过一次或多次灾难性的猛烈撞击。当时的太阳系是无序的，天体之间的碰撞是频繁的(月球也是在这样的碰撞中形成的)。因此，研究人员的理论并不荒谬。为了证明他们的观点，他们使用计算机模拟各种碰撞，不断改变碰撞物体的质量和速度参数。当他们认为moon-sized对象达到汞的速度100000公里/小时(今天)质量的两倍,他们最终得到了水星的现状:薄地幔和地壳封闭的一个巨大的和完整的核心,而蒸发表面材料可能成为太阳和其他行星的一部分。结果显示，地球上甚至可能有1.6 *10的16次方吨的碎片!在那个时候，地球只是一个发光的球体，水星的碎片和它融合在一起，现在已经无法辨认。 然而，水星铁核的秘密可能很快就会解开。2011年3月，美国信使号宇宙飞船抵达水星轨道。它的任务之一是通过分析水星表面的成分来找出真相。毕竟，如果水星表面的物质确实蒸发了，那么它的表面现在应该没有挥发性成分(如钠和钾)。 土卫六，唯一有大气层的卫星 橙色的天空多云，液态乙烷的河流蜿蜒流过广阔的平原，富含碳氢化合物的湖泊在风和闪电的作用下荡漾。 欢迎来到土卫六泰坦!它直径5150公里，是土星最大的卫星，甚至比水星还要大。此外，它是太阳系166颗卫星中唯一拥有大气层的卫星。它的周围是平均温度为- 200*的寒冷大气，密度比地球大气大，氮气(约95%)和甲烷(约5%)。 土卫六的表面为何会覆盖着这样一层奇特的浓雾般的大气？是因为它具有庞大的体积吗？的确如此。大气之所以没有逃逸，是由于受到土卫六引力的束缚。天体质量越大，引力也越大，也就越容易留住气体。太阳系中的大多数卫星都因质量太小而只能放任大气逃逸，而土卫六却是个非常结实的“壮汉”。于是，一切似乎合理合理。然而，“大块头”天体并不止土卫六一个，其他卫星也有类似的“体形”。例如，木卫三的体积（直径5260千米）甚至比土卫六更大，而木卫四的大小（直径约4820千米）也与土卫六相差无几。奇怪的是，木卫三和木卫四却赤裸裸，一丝不挂…… 天文学家一直对土卫六的大气形成充满想象，自然也有一些想法。他们认为土卫六的大气层可能和土卫六本身一样古老。泰坦是由吸积形成的。具体来说，尘埃粒子、小岩石和岩石碰撞融合在一起形成土卫六。最初以冰的形式存在于岩石中的氨和甲烷，在吸积过程释放的热量的加热下，被喷射出来，然后被泰坦的重力所保留。随着时间的推移，在高能太阳粒子的作用下，氨分子转化为液氮和氢，其中大部分会逃逸。在1000多万年的时间里，最初的甲烷与阳光发生反应，直到消失。现在，大气中仍然有5%的甲烷，因为土卫六不断地向大气深处喷射甲烷。 现在只剩下一个问题了：为什么木卫三和木卫四没有大气？这至今仍是个谜。不过，这个看似令人摸不着头脑的谜题其实也有迹可循。据科学家推测，相较于土卫六而言，这两颗卫星的形成过程相对缓慢，吸积过程可能也温和许多，释放的热量则相对较少，以至于不够加热天体内部的氨、甲烷以及其他以冰的形式存在的挥发性成分。既然没有气体，又何来大气？ 然而，研究并没有结束。若想进一步解开个中奥秘，还得悉心研究木卫三和木卫四的组成，而这恰恰是欧洲空间局和美国航空航天局合作的“木卫二一木星系”任务的目标所在。不过，这一美好的愿景在2050年之前恐怕是难以实现的了。 土星光环越来越亮？ 一个精致、闪亮的白色光环似乎给土星配上了一条美丽的腰带。它们是土星的光环和太阳系中明亮的恒星。但就像所有聚光灯下的明星一样，年龄是一个无法言说的秘密。你相信它们似乎只存在了不到数亿年，但实际上它们已经诞生了40亿年吗? 为了弄清土星环的年龄，天体物理学家仔细观察了它们的形状，发现它们由无数不断相互碰撞的冰块组成。所以问题来了:如果土星的光环，像土星一样，已经在宇宙中存在了大约40亿年，为什么它们还在发光而不是被尘埃掩盖?此外，还有一个问题:这些相互碰撞的冰块本应该把环面切成小块的。为什么土星环除了尘埃外，还含有直径约10米的相当大的岩石呢?在这种光线下，土星的这个能量环应该处于它的全盛期!但是为什么天体物理学家要追溯到早期的太阳系呢? 这是因为天体物理学家几乎可以断定土星环是由直径约400公里的物体解体形成的。这个物体可能是土星的卫星，由于它的轨道离土星太近，被土星的引力撕裂，产生碎片分布在土星周围，形成一个美丽的环。然而，问题是太阳系中干燥物体的漂移只存在于行星刚刚形成的早期太阳系中。此外，如前所述，当时天体之间的碰撞非常频繁，早期的水星、火星和地球都被巨大的抛射物击中。与它们不同的是，土星在被击中之前就已经分解了巨大的抛射物，而这只可能发生在大约40亿年前的太阳系早期。谁会想到土星光环如此明亮，如此古老? 卡西尼号探测器已经围绕土星运行了5年，它收集了大量数据来揭示这个世界。探测器发现年轻的卫星不断地在土星环中形成。小颗粒聚集形成大颗粒，大颗粒进一步聚集形成更大的团簇——这就是上面描述的吸积现象，许多行星及其卫星都是吸积的。 在早期的太阳系中，漂浮在气团中的宇宙尘埃化合成石块，经过多次碰撞，最终堆积成直径数千米的物体。然而，噩梦也开始了!土星可怕的引力开始残酷地作用在这个新生的物体上，导致它遭受到以前被撕裂的物体的命运:分裂并重新归于尘土。这些碎片是从这颗新生卫星的内部喷射出来的，由于卫星周围的灰尘，所以一直保持着一尘不染的状态。也就是说，它们在环内物质的循环过程中稀释和吸收宇宙中的污染物。就像你打碎了一个堆好的雪人，你会发现碎雪特别白。土星环就是这样不断地循环和更新，给这个世界留下了青春永驻的假象。 木卫二上有浩瀚的海洋吗? 科学家们确信，在厚厚的木卫二冰层下存在着一个巨大的海洋，这可以从木卫二表面纵横交错的蛛网状条纹上得到证明。这些条纹是冰的裂缝，主要冰块的连接处。在地球上，地壳不是一个整体，而是由几个漂浮在炽热岩浆上的板块组成。在木卫二上，冰代替了岩石陆地，岩浆代替了地下海洋。 如果冰下一定有一片广阔的海洋，那么海洋中是否存在着构成生命基础的有机分子呢?研究人员对此也很有信心。地球上已知的第一个有机物起源于太阳系早期撞击地球的陨石，而木卫二没有理由逃避陨石雨。 对研究人员来说，更有希望的是，木卫二的环境与沃斯托克湖(Lake Vostok)类似。沃斯托克湖是世界上最深、最大的冰湖，面积约为法国巴黎的150倍。如果在沃斯托克湖能发现生命，这可能证明木卫二冰层下的海洋中存在生命。事实上，科学家们在湖中的冰核样本中发现了细菌!是的，即使在这样一个极端恶劣的自然环境中(一年四季没有阳光，厚厚的冰层带来巨大的压力，地心的热量使湖底温度高达350摄氏度)，生命依然可以孕育。 这是否意味着木卫二上存在生命?问题是，测量冰川湖泊可能相对容易，但要探测到距地球近8亿公里的欧罗巴却困难得多。首先，我们必须经历一段非常艰难的旅程。即使我们成功到达木卫二，我们也必须在深不可测的冰层上钻孔。要揭开木卫二隐藏的秘密，似乎需要几十年的耐心。 太阳有看不见的“兄弟”吗? 如果太阳有兄弟，它可能存在于太阳系之外，离地球至少一光年，而且它很暗，是一颗褐矮星，所以它从未被太空望远镜探测到。这颗伴星被天文学家命名为“复仇者”。在引力的作用下，太阳和“复仇者”围绕着共同的质心旋转。 顺便问一下，为什么研究人员假设有一颗他们从未见过的恒星?因为它可能导致了太阳系周期性的陨石撞击，包括地球，6500万年前恐龙的灭绝可能是由小行星撞击地球引起的，而这些陨石可能来自奥尔特云。具体来说，当复仇女神经过奥尔特云附近时，由于重力作用，奥尔特云会发生某种形式的扰动，从而将一些长周期彗星从奥尔特云中喷射出来，形成彗星阵雨。 能证明太阳存在伴星的另一个重要线索是：冥王星轨道之外有一颗被称为“赛德娜”的神秘矮行星。不过，这颗矮行星那怪异的运行轨道着实令人不解：它循着一个罕见的、偏心率非常大的轨道绕太阳运行，其近日点和远日点分别约为76天文单位和975天文单位。赛德娜的存在间接证明了太阳还有一颗伴星：假如它在太阳和“涅默西斯”间左右为难，那么这惊人的偏心率就很好解释了。 鉴于这些证据，研究者假设太阳并非孤家寡人，而是和银河系中1/3的恒星一样拥有伴星。科学家余下的工作是把太阳的这位隐藏的“兄弟”找出来。可是，天文学家20余年来孜孜以求，却始终无果。现在，科学家希望于2009年年末发射升空的“广域红外巡天探索者”观测卫星能够觅得它的踪迹。一出围捕好戏业已开场。 火星有一张“阴阳脸”吗? 虽然火星一直都有访客，但这颗红色的星球仍然有很多谜团。多坚强的人啊!似乎我们越研究它，我们就越沉迷于隐藏和隐藏。然而。更让研究人员头疼的是它那相当奇特的“阴阳面”:虽然北半球地势低平，但平坦的平原上有几座火山，但总体情况就像干涸的海洋的底部;南半球地势较高，主要是在高地上，大大小小的火山口星罗棋布(就像月球的地形)。 火星南北半球的地形风格为何如此迥异？长久以来，令研究者颇感迷惑的是北半球。毕竟，天体上布满陨石坑的情形再合理不过了。在早期太阳系，陨石曾轰击所有行星，并留下大量陨石坑。地球也未能幸免，只不过由于陨石留在地球上的痕迹被侵蚀作用和板块运动等自然因素抚平磨灭了。由于地球内部的板块运动，地表已经发生了翻天覆地的变化。相反，水星和月球则由于缺乏大气和板块运动而几乎完好无损地保留着陨石坑。 那火星呢？纵然这颗红色星球过去曾经历过一场内部活动，但也不至于令表面如此平坦，更何况为何只有北半球呈现这种地貌，南半球却大相径庭？ 对于这个谜题，早在2003年起便一直绕着火星运行的欧洲探测器“火星快车”号已给出了部分答案。借助雷达分析，该探测器发现，隐藏在北半球光滑表面下的地壳竟然和南半球一样，也布满了陨石坑！只不过北半球的地壳上覆盖着一层三四千米厚的熔岩和沉积物（沙和冰的混合物），掩盖了坑坑洼洼的真相。 好吧，既然如此，那为何这种沉积现象独独存在于分布着火山的北半球？这恰恰是由于火星的地形特点。之所以有如此多的熔岩和沉积物堆积在一起。正是因为北半球的地形如同一个巨大的盆地，这与南半球截然不同。 接下来科学家便要追查这一盆地形成的原因。你猜猜何种理论占据上风？ 仍是撞击说！没错，按照这一理论，在火星幼年时，它的北半球或许曾遭受某颗巨型天体的强烈轰击，从而形成一个巨大的盆地，并使一部分地壳蒸发。这一理论不仅解释了盆地的成因，也解释了为何盆地下方地壳的平均厚度仅40千米，而其他地方的地壳厚度达到70千米。至于南半球，侥幸躲过撞击，几乎完好无损。 目前，在各种学说中，撞击说可谓一帆风顺。尽管如此，仍有待证据进一步论证。假如火星周围确实存在一颗巨大的卫星，那么这一理论将得到完美印证。因为，撞击时抛射出的大量碎片可能聚集成了一颗卫星。毕竟，地球的卫星——月球——也是这样形成的。巧合的是，一些模拟实验证实了火卫一（火星最大的卫星）正是产生于此类撞击。然而，火卫一的最大直径仅27千米。相较于盆地的尺寸以及撞击时从地壳弹回宇宙空间的碎片数量，火卫一的“块头”实在小得可怜。月球的直径约有3400千米，而“火星之子”火卫一呢？我们还在等待答案。 |
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