[太阳系] 旅行者2号对天王星的发现

  1986年,对美国的航天事业来说,是灾难性的一年,包括"挑战者号"


  航天飞机在内的许多航天器的发射均告失败,给人类太空事业的未来蒙上了一层久久不能消散的阴云,然而,"旅行者2号"对天王星的探测获得的巨大成功,却与前面的失败形成了鲜明的对比.人类对自然界的探索正是在失败的悲痛与成功的喜悦中勇敢地往前走.


  20世纪70年代末,美国宇航局利用一次几百年一遇的罕见的行星排列机会"二箭四雕",发射了"旅行者1号"、"旅行者2号"两颗外行星探测器."旅行者1号"在飞过木星和土星后,完成了自己的绝大部分使命.


  而"旅行者2号",则利用土星的引力,改变航向并加速飞往天王星,然后再飞往海王星.为此,设在南加州的帕萨迪纳美国宇航局喷气推进实验室的科学家,克服了许多困难.可以说,科学家们通过遥控技术,重新"组装"


  了一台探测器,调整了包括摄像机、动力系统和控制计算机,还有通信装置在内的大部分机载设备,并启动了设在美国、西班牙、澳大利亚的射电望远镜收发信号,这本身就是一个奇迹.1986年1月,"旅行者2号"飞到了天王星,在会合的24小时内探测器收集的资料,是自天王星发现以来人类获得


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  的有关天王星的资料的好几倍.在此之前,我们仅知道,它是太阳系的第7颗行星,距太阳29亿公里,直径48000公里,主要由气体组成,自转轴倾倒于公转轨道面上,并且有6颗卫星.1977年发现了围绕天王星的几个光环.


  而现在,我们发现了天王星的10颗新卫星,新的环带和其他许许多多令我们惊奇的东西.首先,旅行者对天王星的近距离观测,显示天王星与地面观测相同,是淡蓝色的,这与木星和其他许许多多令我们惊奇的观测相同,是淡蓝色的,这与木星和土星是非常不同的,只是在其南极区略红一些,这是由于天王星大气的光化学烟雾效应造成的.另外,发现在天王星大气中各处的温度大致相同,为零下208℃,而在纬度30°的地方有一个神秘的冷圈,这使科学家们大为迷惑,他们原以为天王星的赤道应比极区冷8℃.因为,决定其气象过程的温度梯度应与"直立"行星相反.有关天王星大气的照片,经过电子处理,科学家们找到了4块云,并考察了它的流动速度,云的跟踪表明,天王星上的风全都沿着行星旋转方向流动,风速为161公里/小时,这明显违反大气中的一个基本定律——热风方程.


  当行星的极区比赤道冷时,与行星旋转方向相通的正向风随高度的增加而加快.在天王星上,极区应比赤道热,风应当是反向即风的流速应比行星的旋转速度低,而这种情况并未发生,天王星上各处温度又几乎相同,所以,科学家们不得不重新构造天王星的大气模型.天王星的磁场观测显示,磁轴的取向与其自转有很大的夹角,大约为60℃左右,这与太阳系中人类已经探测过的行星是不同的.科学家们猜想,可能是天王星的卫星和磁层的相互作用导致了天王星磁轴"奇怪"的取向.磁场非常重要,因为要想了解掩藏在天王星云雾之下的天王星非气体部分的情况,磁场是唯一可以利用的信息.


  科学家们测定了天王星的自转周期,大约为17.3小时.


  另外,对天王星卫星的探测也取得了许多重要的数据.最初收到的信号清楚地显示出了许多火山口.从天卫四往内,卫星离天王星越近,地质活动就越强烈;天卫三上有一条长长的沟槽;天卫一上则有很多仿佛刚结霜的浅色带状区域;而在天卫五上有奇特的明亮特征,形状与火山相似.只有在天卫二上没有地质活动的迹象,它一直保持着漆黑和呆滞的样子.后来,在发回的卫星拼图中,科学家们得以更仔细地研究天王星的卫星.天卫五好像流行歌曲的精华集,而不是专集,它集中了几乎太阳系中所有的地质特征!长长峡谷仿佛火星表面的大峡谷,一排排沟槽与木卫三表面相似,下陷的岩石又像水星压力断层,但最突出的3种特征以前从未见过,在卫星的边缘上有一系列的暗线,看起来仿佛是从侧面观看一堆薄饼,在其右侧有一个山形结构,它被狭长曲折的同心裂缝包围.更往右边,接近卫星的日照一侧的边缘,有一系列互相平行的沟槽,在一端一起垂直地拐弯,仿佛长方形赛马场.沿赛马场的一侧,有一个深深的狭谷,显露出高达数公里的一排悬崖峭壁.实际上,"旅行者2号"对天卫五提出的问题比其揭示的问题要多得多.有关天王星环的探测也获得了重大的收获.


  天王星的环


  1973年英国天文学家高登.泰勒预报1977年3月10日有个恒星SAO158687将被天王星掩食.天文学家本想用此罕见相会观测天王星的大气和测定它的直径,但出乎意料地发现该恒星的亮度有几次下降.经过分析,


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  证认出这是天王星的环系造成的.起初定出5个环,后又具体定出1个主环,4个小环.主环ε是100公里宽的椭圆环,另外4个小环α、β、γ、δ环为宽约10公里的圆环.它们距天王星44800公里至81000公里,与土星环类似,天王星环带都位于天王星的洛希极限内,在天王星赤道面附近绕天王星旋转.1978年,用红外光拍摄到了天王星环的照片.天王星环的发现对天王星起源和演化的研究有着重要意义.1986年1月,"旅行者"2号掠过天王星时,又给我们带来了天王星环带的新的发现.它发现了一个新的窄带环和100个从地球上看不到的几乎可以穿透的带.还看到了几部分环弧,其中的颗粒直径从十几厘米至几米.在环之前发现了尘埃带,颗粒约为0.02毫米.这些环不都是圆形的,而且随着远离天王星环变得宽且透明.组成环的颗粒是极其黑暗和缺乏色彩的.提出的问题是,天王星环的成因是什么?为什么尘埃带可以存在?那几段环弧是怎么来的等.科学家们认为,天王星的窄环可能是在卫星受到彗星或流星"灾变破坏期间"同时或分别形成的.这些环中的大多数都只含有相当于半径为1~2公里的天体的质量."旅行者2号"所看到的部分弧可能是在类似于小行星带的一个小卫星带中一些较小的迄今尚未发现的成员受冲击期间释放出的碎片所形成的短暂聚集带.随着这类碎屑弧的扩张,它们可能变成对称的几乎是透明的碎屑带,能够最终导致上述相互作用的潜在天体系统可以是由成千上万甚至几百刀颗小卫星组成.


  它们的大小从几百到几千公里.这些小卫星可能是"旅行者2号"已经探测过的所有3个大行星系统中看到的较多较小的卫星的向内延伸的部分.小卫星簇可能在环和大卫星间提供了一个缺失环带.在靠近洛希极限处发现了这类小卫星簇并不是偶然的.洛希极限是这样一个区域,在这个区域内的行星潮汐力能够阻止大卫星的生长.科学家们推测紧缩的天王星环系统可能有一个猛烈的和混沌的过去.现在的天王星系统是由十个窄带,许多尘埃带,一些窄环弧和一群小卫星组成的.这可能是它以前的构成者本身留下的一部分,而且是正在进行的形成和丢失过程中的一个仅有的较为短暂阶段.从这一过程中将出现的天王星未来的一些环可以看出,木星、土星、海王星的环系统可能也具有类似的历史.的确环和卫星系统的某些方面如同地球上目前已知的正在漂移的大陆一样,是逐渐消失的而且是不断变化的大陆的一部分.


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太阳系 旅行者 2号 天王星 发现 1986年

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