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宇宙探索: liuyuejin 2010-8-3 19:29; 我们与宇宙哲学家们把宇宙观分为了两大类——物质与意识，也就是后来发展成为唯物主义和唯心主义，原本为一体的东西一分为二在争论先与后，这和先有鸡还是先有蛋有什么区别，在宇宙中一切物质都是运动的，物质运动本身就是意识行为，物质本身又是意识的载体，是不可分的一体。在人类文明的今天，我们所知道的和能看到的并不多，基本都是可视物质，它们的来与去了解的更少，在物质的微观世界里它们又是怎样形成的，质子、中子电子它们又是什么组成的呢？这个过程不能用我们现有的物质形成过程和方法去理解和想象，物质没有最小只有更小。物质之间也绝不是随便地用引力就可以结合在一起的，而是按照自己的凝聚程序完成物质间的组合，形成各个阶段物质结构通过凝聚和分解完成物质的排序，从我们看不见的暗物质逐步形成了星系直至分解。物质无论从什么时候开始凝聚，从哪个层次开始分解，我们都不能否认每一种物质，在每一个阶段的变化没有意识，没有目标，没有规程。这是物质的本能，就像我们生命中的 DNA 一样。无论宇宙是多么宏大，物质的发展和形成都是一致的，是按照物质的形成程序进行着凝聚与分解，从暗物质逐渐形成了星系，在物质链上是通过不断的凝聚与分解产生了氢，而氢又在裂解的过程中产生了一系列物质元素，在行星中形成了能够诞生生命的环境——生态循环，物质从无机到有机，从单细胞到多细胞，从单循环到循环的个体，从单一组织到各个系统形成了生命的组合体，从微生物到物种的多样化，发展与进化共存，生存的意识从产生到不断地改变，从物质的隐性意识发展到行为意识，从小到大，从低级到智慧生命的出现，无论怎样变化，唯一不变的还是凝聚与分解形成的物质循环在生态循环中的延续。从物质循环发展到生态循环，从物质链发展到生物链，物质的凝聚与分解占据着整个物质的发展过程，从凝聚到一个星系的形成，从元素物质的产生到行星的形成，从生态循环的形成到每一个物种的诞生都是物质演绎着凝聚与分解，进行着物质循环，推动着生命的演化。从我们地球这个生态圈子里进行的生态循环可以看出，可分为陆生动植物和水生动植物。在进化的问题上不仅仅是物种本身，还有一个更重要的因素环境。我们地球的今天和今天的一切包括我们人类自身，如果没有月球，地球将是另一番景象，地球永远是一个水球，一个水的世界，生命也是水中的生命，在进化的问题上是一个难以鱼跃的障碍。月球原本是一个恒星燃烧完了留下来的核，失去动力而漂游的天体，大约在四点四亿年前闯入了太阳系、进入了地球轨道、来到地球身边，成为了地球的卫星。当初月球的轨道是个大椭圆轨道，近地点最多也只有十四万千米，周期为九天（当时的时间）当时的地球是一个十足的水球，我们可以想一想一个近地点在十四万千米的月球绕过地球会是什么效果，它不仅仅对地球表面的海洋有潮汐作用而是对地球的表壳也有吸引力，这里还有一个巧合，那就是当时地球自转与月球的轨道周期总是相逢在地球的一个区域，月球的近地点总是交汇在地球的一个点上，还有一个因素那就是地球的自转轴与月球的轨道面有一个夹角，对地球的吸嘬点总是南北的移动。从那时起这个相伴而行的月球，在大椭圆轨道上对海洋，对着地球的一个区域日复一日，年复一年地吸嘬，致使当时不深的海床慢慢地从水中隆起，露出水面形成了陆地形成了古大陆的最初。自从月球进入地球轨道，成为了地球的卫星形成了地月系统，而对月球来讲只不过是地球改变了它的行进轨迹和时间，地月系统也并不是一个稳定的系统，一个椭圆轨道不可能永远保留下去，运行的每一周都是向着正圆的方向努力而改变着。美国和法国科学家利用 1969 年美国宇航员登月时放置在月球上的镜子进行测量，其结果表明 28 年地球与月球之间的距离增加了一米多，这是美国和法国科学家利用精确的时间测量法来测量地月之间的变化，这种方法使激光脉冲投射到镜子上面后反射回来，就得到了地月之间的变化，月球正以每年四厘米的速度远离地球。而现在地月之间的距离最近点是 35 万千米，月球绕地球一周是 29 、 53 天，可当初并不是这样。鹦鹉螺我们知道吧，是生物里的活化石，在寒武纪就有了，而且还是繁盛时期。美国有两位科学家通过对鹦鹉螺的研究，对现在的鹦鹉螺与化石上的鹦鹉螺贝壳上的波纹进行对比时发现贝壳上的波纹具有象树木的年轮一样功能，螺纹有许多隔，虽宽窄不同，但每隔上的细小纹状生长线有 30 条，与现在农历是一样的，观察发现鹦鹉螺的波纹生长线每天长一条，每月长一隔。这样特殊生长现象使两位科学家到极大启发，他们又观察了化石惊奇地发现古鹦鹉螺化石每隔生长线是不一样的，是随着化石年代的上溯而逐渐地减少，而与同期地质年代的螺壳生长线是相同的固定不变的。现代鹦鹉螺壳上的生长线是 30 条（月球绕地球 29 、 53 天）新生代的生长线是 26 条中生代白垩纪是 22 条侏罗纪是 18 条古生代石炭纪是 15 条奥陶纪是 9 条由此推断距今大约 4.4 亿年前的古生代奥陶纪月亮绕地球一周只有 9 天（当时的时间）这样看来用万有引力计算地球的近地点最多也只有十四万千米，而古生物学家在对古生物研究时发现，古生物的一次大灭绝也是在 4.4 亿年前，包括三叶虫在内的一百多个海洋无脊椎动物大类。这些水体动物的大批死亡正是月球来到地球身边后对海洋的潮汐作用，形成了前所未有的大潮而无法适应，无法应对。也就是从那一时刻起地球将有一个重大改观，将有一个翻天覆地的变化。月球进入地球轨道后形成了周期为 9 天，近地点只有十四万千米的大椭圆轨道。这样的距离这样大的天体，对地球表面的海洋，对地壳的引力可想而知。对地壳的潮汐作用并不能象对水体那样可以潮起潮落，在当时为期九天一周的月球与地球当时自转四百多天总是相逢在地球的一个区域，在月球的引力作用下，数百万年的吸嘬，致使当时不深的海床慢慢地从水中升起，露出水面，形成了最初的陆地。而月球的大椭圆轨道无时无刻不在向正圆轨道转变着，绕地周期的时间不断增加，与地球之间的距离也在一点点地增加，地球由于月球的到来所产生的引力和潮汐作用使地球的自转速度也慢慢地降了下来，使得对地球的吸嘬点慢慢地移动，加上地球自转轴的摆动，使得最初的陆地不断地扩大、逐步地形成了最初的泛大陆。由于月球对地球吸嘬点不同步的加剧产生的距离逐步增加，其主要因素是地球自转速度下降率远远比不上月球在轨道上的变化率。对高出水面的泛大陆由开始的吸嘬渐渐地转向牵拉。从此一块古大陆开始分裂成两块，也就是后来的劳亚大陆和冈瓦纳大陆，从这时起板块开始游离，漂移的开始。从鹦鹉螺化石得知月球从当初绕地九天到现在的二十九点五三天，从当初近地点十四万千米到现在的三十五万千米，而且这个距离还在增加，地球的最早陆生植物也只出现在志留纪四点二至四点三亿年前，我们也可以想一想像个鸡蛋一样结构的地球能从一个区域或一个地域范围内从水中隆起一块陆地吗？又有什么能力把这块陆地分裂为两块乃至现在的七块陆地来，从结构上讲是不可能的，更不用说陆地的分裂和漂移了。我们这个星球的地形地貌和生态变化的今天都是因月球的到来，才有了陆地、有了陆生动物和植物、才有了我们人类的今天，这一切的一切也只是从四点四亿年前走来，这四点四亿年对于人类来说真是太长了，而对于宇宙来说又是太短暂了。对宇宙的认识人类对宇宙的认识是随着人类的文明和科技的进步而不断地改变着，从地心说到日心说，从目测到使用望远镜，从陆基望远镜发展到太空望远镜。当初吧银河看成是天上的大河如今都看到了二百亿光年之内的天体了，我们的周围不仅仅是无数的恒星，而是由无数个星系所形成的空间。它们不仅以很高的速度运行着，而且它们还参与着另一个运动，那就是物质运动，这个运动是由宇宙的物质循环形成的，任何物质都是这循环之内。我们的空间只是物质内的空间，物质只是空间内的物质。它们都属不同层次和物质的形成过程，循环中的每一个层次和每一种物质的形成都是通过凝聚和分解来完成。宇宙间的物质形成的各种运动都是因为物质的循环，而物质变化的每一个环节又都是凝聚与分解所表现出各个阶段的变化过程，物质的循环是经过凝聚与分解逐级地完成在结构上的变化，形成物质链，又以分解的方式结束一个循环的个体或一个单元。一个星系也就是一个循环的个体或一个单元，从诞生到分解又只是物质循环中的一个阶段，在形成之初并非凭空就出现一个星系来，而是要用很长的时间，通过凝聚和分解逐级地完成物质结构的组合和发展，形成星云。物质的每一次改变，都是通过基本物质的凝聚与分解来完成每一个阶段物质的改变，直到恒星的形成。在我们这个空间内的物质就是用这种方式维系着物质形态，星系不断地生成、发展和消亡，物质的循环在一个循环的个体内表现出一个循环周期的结束。一个循环并不是指一个循环个体上物质的循环而是循环在一个个体内完成了一系列的凝聚与分解，在一定范围内（循环团内）又会不断地出现同样的循环体来保持或维系着这个空间的物质形态。完成物质在这个阶段的转化。物质循环与物质链宇宙是运动的宇宙，循环的宇宙，是由不同层次的循环所形成，物质循环也指是中间某一个循环而已，而物质循环也包涵着星系循环，而我们又是生活在星系之内产生的生态循环之中。这当中每个层次都是多变的，每个环节都是运动的，都是从凝聚到分解，在我们生活的地球上的任何动植物是这样，我们银河系内的任何一颗恒星也是这样，我们这个空间内任何星系也是这样，它们都是从凝聚走向分解。无论是一个星系，一个天体，一个动植物的个体都是通过凝聚形成，都是由本层次基本物质开始凝聚。任何一种物质都是这样。从这个物质的基本物质开始通过凝聚与分解来实现这个物质形成过程。这个过程就是这个物质的链条，不论规模大小，它是一个形成过程的一个系统，从基本物质凝聚到一个星体，一颗恒星，一个星系不是随意的，这是物质发展的链条，是物质形成和发展的程序，是物质的特定意识与特性和功能所决定，凝聚的时候就已做好了分解时的准备，这就是物质链的程序。; 个人分类: 生活点滴|1376 次阅读|0 个评论

剑指火星：二十一世纪的太空美国梦: chenzhao 2010-7-16 12:38; 环顾内太阳系，除了地球以外的天体，多数都不是可以久住之地。月亮是一个纯粹的死石头，金星是可以熔化铅的高温高压炼狱，水星时刻接受着太阳高能粒子的轰击。其它小天体连重力都无法提供，而长期失重的人类迟早都会骨质疏松，钙流失，患上各类疾病。但是有一个地方，虽然远不如地球，但与其它地方相比，显得尤其珍贵，那就是火星。2008年，Phoenix 着陆器发现北极存在大量水冰的确凿性证据。（月球水的发现与此无法相比，毕竟那是Phoenix一铲子下去见冰的实实在在的证据，不但有水这种化合物，而且是可开采的水冰）此外火星有着远比月球优越的温度环境，重力环境，连火星日也接近于地球生物的自然节律。刚刚，今日太空飞行(spaceflight today)报道， Compromise NASA bill gets bipartisan endorsement，我们知道美国不再玩航天飞机和近地轨道载人航天了。以重返月球为目标的星座计划几近夭折了。今后NASA在载人航天上的目标依次是：环绕月球、飞越拉格朗日点、登陆近地小行星，最终在2030年代将至少完成载人环火星飞行,并可能登陆火星的卫星。美国知道，其它航天强国，如印度等，可能在本世纪前半叶完成登月，美国计划通过这一系列活动，再次拉开与其它航天强国的差距。最终目标：火星！如果19世纪美国天文学的先驱，火星研究专家P Lowell 泉下有知，应当会感到欣慰的。; 603 次阅读|1 个评论

行星X或太阳之伴星可能存在吗?: chenzhao 2010-5-27 16:32; 一种太阳系范围大小的估计方法是根据太阳经典引力范围，根据太阳－银河系之间的引力关系，太阳Hill 半径可延伸到1.1pc，即约230,000AU处。根据其它方法的估计在4500~60000AU之间。虽然为假想的，但不乏间接证据支持的太阳系边缘的天体系统：Oort云，内缘半径在10000AU处。因此，目前可见的太阳系仅仅是太阳引力范围的一小部分。（显著的矮行星Sedna远日点距离为约975AU） 80年代，根据地球地质历史上的生物绝灭周期提出了Nemesis假说。一颗红矮星或者褐矮星周期性的进入Oort Cloud可能是这些灭绝的罪魁，根据灭绝周期估计该星的周期为260万年左右，因此，此星的a半长径可估为18900年，其它参数未知。该观点并未获得公认。加州理工的Mike Brown 等人，根据Sedna的轨道等现象，估计另有一未知的行星质量的的天体在Kuiper belt以外。（论文预印本： http://arxiv.org/abs/0904.1562 ）广角红外巡天(WISE)任务可能会最终给出判决性的结论，但收集足够的数据可能要到2013年以后。; 665 次阅读|0 个评论

[转载]土卫一的热红外影象: chenzhao 2010-3-30 09:20; http://saturn.jpl.nasa.gov/news/newsreleases/newsrelease20100329/; 471 次阅读|0 个评论

推荐一本好书《Encyclopedia of Solar system》: chenzhao 2010-3-9 13:55; Encyclopedia of Solar system 中文名是《太阳系百科全书》，前几年我国一家出版社获得授权在国内影印出版，可惜部分图片从原书的彩色图片变成了灰度图片，该书详实记载了直到2005年的太阳系各天体的概貌。仅关于木星卫星系统的论述就有3章，分别介绍了Io, Europa以及Ganymeade与Calisto，厚达40多页，国内出版物实在找不到如此详尽的资料。该书资料很详实，语言也很平易近人。总体上既可以作为导论性质的学术书籍，又是高级科普读物。作为行星科学研究实在是应该列为必读的书目。我英文不好，读得也很慢,最好是希望有天文学背景的译者能将此书翻译为中文出版。; 731 次阅读|0 个评论

月球还是火星: chenzhao 2010-1-28 12:14; 从政策制订者的角度来看,选择月球作为长期、可持续性的地球轨道外载人航天探索的起点有很多优点: 1.低风险性,不仅有先驱者做过,而且往返航程短,对飞船上的生命支持系统没有再生性要求。 2.成效快，立杆见影，投资比火星计划节省。 3.月球背面是建设天基射电望远镜最理想的地址。带来的问题是：月球地质研究已经很充分，进一步科学研究价值有限，而且月貌非常古老，几十万年没有什么大改变。月球严重的缺乏水，缺乏风化作用，月尘很尖锐。几乎没有任何大气层，最微小的陨星也可以到达月球表面。月球南北极永久黑暗陨坑内的水冰资源难以开发利用。火星的特点是资源富集，不但极地确凿的有水冰，根据MRO最近赤道地带的地下也很可能有水冰。存在赤铁矿等类似于地球的矿物，冶炼相对容易。火星的环境有可能允许基因改造后地衣之类低等植物放养，地球化(Terraforming)也并非是妄想。总之，如果我们不仅仅希望建设几个考察站，而是希望真正在地球以外有供人类长期生存的基地，火星是内太阳系内我们唯一的选择，也是根据现在人类的航天能力，有可能实现的唯一选择。有人火星基地计划代价高昂，因为火星航程对于现有航天技术过于遥远。自循环的生命维持系统还没有经过大规模实验的考验。太阳活动造成的高能粒子抛射事件对于航行中的宇航员安全是极大的威胁。且物资运输往火星的代价远超月球，发射窗口也非常有限。月球与火星的目标选择争议由来以久，今后也会继续争议下去，缘于有几个基本的，没有明确普适答案的问题，评估的困难特别大。 1. 可行性驱动，还是目标驱动？ 2. 短期利益优先，还是长远利益优先？ 3.社会成本约束还是社会价值约束？ 4. 风险回避策略还是收益最大化策略？上面这些问题都没有绝对肯定的答案，读者需要谨防自己的判断过于受情绪左右出现偏差。　　但从文化观察的角度上说，我个人有种感觉，自从70年代以来，人类的基础科学也好、道德水准也好，慢慢的在走下坡路。冷战结束后特征特别明显。一个缺乏本质上挑战的社会，慢慢进入消极保安全的文化氛围中。环境气候问题也好，恐怖主义也好，金融危机也好，都没有响亮的回应。长此以往，社会会过于注重安全而丧失活力，是危险的。　　后现代是危险的东西，因为人们开始丧失对自己能力的自信。对科技首先怀疑其效用，继而怀疑其后果。　　在基础科学难以有重大突破的情况下，行星际的探索与开拓可能将承担类似于大航海在当时的时代中一样的使命。; 630 次阅读|0 个评论

科学家发现太阳系正通过强磁场神秘星际云(转): maokebiao 2009-12-30 17:42; 作者：尚力来源：搜狐科学发布时间：2009-12-30 14:19:38 科学家发现太阳系正通过强磁场神秘星际云旅行者号探测飞船通过太阳风层，飞向星际空间本地星际云团（Local Interstellar Cloud ）概念图太阳风层（ heliosphere）剖析图据国外媒体报道，太阳系穿过一个原来被科学家认为不存在的神秘星际云团。在12月24日出版的《自然》杂志上，美国的一个科学家团队向公众介绍了美国国家宇航局（NASA）的旅行者号探测飞船是如何为我们揭开这种神秘现象的。来自乔治梅森大学（George Mason University）的NASA太阳物理学客座学者梅拉奥芬（Merav Opher）是这项科学研究的领导者之一，他表示：通过对旅行者号探测飞船发回来的数据研究，我们发现了在太阳系之外还存在着一个巨大的磁场。这样一个巨大的磁场使得星际云团紧紧的相互联接在一起，这也就向我们解释了为何星际云团能够一直存在的原因。此项发现也给了我们一个启示在未来，我们的太阳系最终将与其他存在于银河系的相似的云团碰撞在一起。天文学家把我们现在生活所处的云团叫做本地星际云团（Local Interstellar Cloud ），即Local Fluff。本地星际云团的宽度约为30光年，其中包括了氢原子与氦原子的细小组合，温度高达6000摄氏度。神秘的本地星际云团的存在与其周围的环境有很大关系。大约在1000万年以前，若干个超新星在彼此周围发生爆炸，由此产生了数百万度高温的气体，本地星际云团就被完全地包围在这种超高压的气体之中，而原本其应该被瓦解或被彻底分解。奥芬表示：本地星际云团的温度和密度都不足以对抗其周围高温气体的压榨行为。如此看来，本地星际云团是怎样存活下来的呢？旅行者号探测飞船传回的数据给出了解答。奥芬表示：飞船传回的数据显示，本地星际云团具有的磁性比之前人们预计的要强烈的多达到4到5微高斯（microgauss）之间，这样强大的磁场能够提供足够巨大的压力来抵抗高压气体对本地星际云团的分解、摧毁行为。本地星际云团被太阳的磁场控制着，存在于太阳系的边缘，由于太阳风的作用，本地星际云团被充进一个宽度超过100亿光年的磁性气泡太阳风层里。太阳风层就像一个保护伞，它能够帮助内部的太阳系抵挡住宇宙射线和星际云团的攻击。两艘旅行者号探测飞船就被定位于太阳风层的最外层，也就是在日鞘的位置，这里的太阳风由于星际气体的作用要显的缓和许多。太阳风层的大小由两方面相互平衡的力量来决定。太阳风由内部向外充气，而本地星际云团则在外部施压。旅行者号探测飞船在日鞘的飞行中传回地球的数据向我们展示了太阳风层的大致尺寸以及本地星际云团究竟施加了多大的压力。这种额外的压缩可能会使得宇宙射线能够进入太阳系内部，从而可能影响到地球上的气候变化以及航天员和航天器在宇宙空间飞行的安全。反过来说，航天员也不用飞的太远，星际空间正变得离我们越来越近。这些事情会在若干年以后才会发生，在那么长的时间里，我们的太阳系早已经从一个云团转移到另一个云团去了。更多阅读美国宇航局网站相关报道（英文）; 个人分类: 星星点灯|1970 次阅读|0 个评论

一个值得思考的问题：类地行星的质量极限: chenzhao 2009-12-28 15:27; 既然我们在未来的30 年时间里，还不太可能发射探测器去考察系外行星，那么，基于望远镜获取的非常有限的数据，从理论上和已知的关于太阳系的知识去研究一般行星系统就成为唯一的研究方法了。搜索系外行星采取的方法有：径向速度法，天文测量学法，凌星（transit）法。我们所可能获取的关系系外行星的情报是：偏心率、公转周期、质量（轨道半长径可以算得，但并非能独立的测量到）。偶尔的，通过观察凌星时的吸收光谱，可以推知其大气层的成分。但这些都不是直接的观察，能告诉我们它到底是类地行星还是类木行星，我们只有根据已知的知识建立一个理论模型，才能区分这两种行星。对于太阳系,类地行星和类木行星都有共同的起源:原始星云的吸积盘,之所以在构造上发生了这么大的差异,可能有一个关键点就是质量. 由此我们可以假设类木行星的质量下限就是类地行星的质量上限。最小的类木行星必须能以引力约束住原始大气成分中的氢，而使其不散逸才可能。而这个约束关系是跟行星所处的位置，以及中心恒星的亮度有关的，也即是一个函数而并非一个数。顺着这个思路下去，将有可能推导出该质量极限，从而判断出哪些系外行星必定为类地行星。; 771 次阅读|1 个评论

特殊的太阳系: chenzhao 2009-12-14 13:42; 太阳所有行星物质的总质量,大约是地球质量的446.8倍. 而这些物质,只不过是太阳质量的1.5%强. 在行星物质中,其中木星占71.1%,土星占21.3%.天王星占3.25%.海王星占3.84%(不包括各自的卫星), 而内太阳系质量总共占0.45%而已,却占据了内部的5个AU的距离.(原行星盘应该不过40AU上下) 通常,原行星盘,应该表现出跟大多数转盘达到流体力学平衡类似的特征,越靠近中心质量越密集(通俗的说盘子越厚),因为转动惯量均匀分布之故.这样的话,巨行星应该接近于最内侧的行星形成带,而越远离恒星,形成的行星越小. 如果事情是这样,那么如此之多的热木星的发现,才是恒星世界的常态.太阳系的起源确有其特殊之处. 在木星轨道之外,我们确实就看到这种现象.(其中天王星和海王星反常,流行学说认为,海王星是后来迁移到现在轨道的) 地球的质量 = 100% 内太阳系天体水星 = 5.53% 金星 = 81.50% 火星 = 10.74% 火卫一　　　= 3.01E-7% 火卫二　　　= 5.4 E-8% 月球 = 1.23% 主带小行星　~　 0.06% 其它小行星　~　 0.003% 内太阳系流星体~ 0.0001~0.001% 合计　　　　99.1% 地球大约占据内太阳系天体质量的一半，其它天体总和占据另一半。（太阳作为恒星除外）外太阳系天体木星　　　 = 31783.% 木卫一　　 = 1.5% 木卫二　　 = 0.8% 木卫三　　 = 2.5% 木卫四　　 = 1.8% 土星　　　 = 9515.9% 土卫六　　　= 2.3% 天王星　　　= 1453.6% 海王星　　　= 1714.7% 海卫一　　　= 0.36% 冥王星　　　= 0.21% 合计　　　　　　44476.7%; 567 次阅读|0 个评论

土星一家（纪念国际天文年伽利略之夜）: chenzhao 2009-10-23 21:58; “土星的夜空十分美丽，有八个月亮环绕其运行。在神话传说中，这些卫星各有自己的名称，分别叫米达、安塞拉德、特梯、迪奥纳、雷阿、梯棠、伊帕里翁和雅帕。米达环绕土星一周是二十二小时半，而雅帕却是七十九天。雅帕距离土星是三百六十四万公里，米达距离土星却只有十三万六千公里。比月亮和地球的距离还要小三倍。虽然太阳传到这要的光线十分微弱，但因为有这八颗卫星的存在，土星的夜空一定是非常魅人的。” ————摘自儒略·凡尔纳:《太阳系历险记》第11章， . 土卫一 Mimas 土卫二 Enceladus 土卫三 Tethys 土卫四 Dione 土卫五 Rhea 土卫六 Titan 土卫七 Hyperion 土卫八 Iaptues 注释：截止2009年10月20日，已经得到国际天文学会确认的土星卫星有61颗。在19世纪发现的土星8颗卫星是其中最大的8颗。图像制作：Celestia 1.6 软件，在GNU/GPL 协议下使用。; 682 次阅读|0 个评论

海卫一:太阳系最怪异的卫星: chenzhao 2009-9-29 13:19; (艺术家想象海卫一上见海出: 海王星从海卫一的地平线上升起. Image credit: wikipedia) 很多科普书里都说土卫六是太阳系唯一拥有大气层的卫星,此说不确切. 海卫一的大气层通过旅行者二号和掩星观测两次确认过,证据确凿.虽然表面气压大概只有1~2pa.没错,是pa,不是百帕. 逆行公转,高轨道倾角,喷出氮的活火山,哈密瓜皮地形.还有一个稀薄的大气层(主要为氮和甲烷).自有磁场. 它的平均密度大约2.0,比天王星的大卫星高不少,也违背了太阳系中类地天体的密度分布规律. 所有这些都不像一个典型的卫星. 如果内部热量支持它有地下热水,是否有可能在这样一个表面温度只有38K的卫星上演化出生命? 遗憾的是,自从旅行者2号1989年考察海王星后,人类还没有任何航天计划对海王星系统进行再次考察.旅行者2号的带回的数据,起码在未来20年,仍然是我们手上仅有的关于那些遥远世界的情报.; 661 次阅读|1 个评论

类地天体密度和对日轨道半长径的关系: chenzhao 2009-9-22 16:29; 先上草图一张,横轴是天体的对日公转轨道半长轴,纵轴是天体密度。图中未包括地月系。数据：序号名称平均密度对日轨道半长轴 1 水星 5.43E+03 0.39 2 金星 5.24E+03 0.72 3 地月系 5.49E+03 1.00 4 火星 3.93E+03 1.52 5 谷神星 2.70E+03 2.77 6 木卫三 1.94E+03 5.20 7 土卫六 1.88E+03 9.54 8 天卫三 1.72E+03 19.2 分析：１、除了地月系以外，太阳系主要的类地天体，不管是行星、矮行星或卫星，大体上密度与距离依对数分布。２、海卫一（密度2E3kg/m^3）很可能有不同于常规类地天体的演化路径，支持它起源于柯依伯带天体的假说。３、密度分布曲线支持了地月系的碰撞起源说。因为地球密度大大超过拟合值，月球密度大大低于拟合值，而它们的公转轨道距离相等，且合密度远超拟合值。如果一个火星大小的天体与地球碰撞，密度较高的核留在地球，而幔物质飞散到轨道上，逐渐凝聚为月球的话，密度异常就有了合理的解释。４、密度呈对数分布的原因是太阳早期强烈的星风吹散吸积盘中星子表面密度小的物质，靠太阳越近，强烈的星风选择下，只有大密度物质才能凝聚成行星。; 648 次阅读|0 个评论

渐行渐远的星球【漫谈地球物理】之四点二: dongping2009 2009-9-6 17:51; 前两天陪孩子一起看了一个动画片，我看的时候已经放了好一段，所以前面说了什么，这动画片的片名等等都不太清楚，但就是后面的部分，看起来也很有趣。故事说的是在某一个地方，那地方都是尺寸很小的小人，但国家与国家、部族与部族之间，一直战火不断，老百姓深受其苦。忽然有一天，来了一个相对他们而言的巨人，其一个胳膊上可以站十几个这样的小人物。，故事最后，总之是经过这位巨人的一番实力展示，及苦口婆心的说教，那个地方的小人国与国之间、小人部族与部族之间，实现了全面的和好，小老百姓也因此过上了幸福而安宁的生活。我在此之前，曾经在科学网上上过一篇图片文章：站在星空中俯瞰大地。现在看起来，这些个镜头可以理解为动画片中那位巨人的眼睛，而大地上的我们这些地球人，则与故事中的小人并无本质差别。也许你会认为人类是强大的认为人类的智慧是无边的认为人类是能创造出至高的科技认为地球上60亿人在宇宙中独一无二也许你觉得我们赖以生存的这个地球有大山、大海、大洲、大城因此它固若金汤，不可摧毁也许你觉得这个地球有着与生俱来的免疫力人们骄傲地说地球拥有 5亿4千万平方公里 6千亿亿吨岩石，以及1万亿亿吨水大家都生活在这个小蓝点上。战争，问题，伟大，苦难，技术，艺术，一切文明，一切动物植物，一切种族，一切宗教，所有的国家和政府，还有那爱与恨， 60亿人啊，从未停止躁动和折腾（蓝色部分节选自附件：躁动与折腾的星球）躁动与折腾的星球; 个人分类: 地球物理|5309 次阅读|18 个评论

美丽小小地球, 我的家! --- 献给世界环境日6.5: 隔壁家的二傻子 2009-6-8 23:05; 美丽小小地球 , 我的家 ! --- 献给世界环境日6.5 ( 图片来自加拿大的一组科普幻灯片 ) 从空间中心 , 穿越黑暗、历尽艰辛 , 终于回到了地球! 细看银河中那个美丽的绿洲她是如此的美丽 , 无论是白天还是黑夜 : 地球的白天地球的夜晚 . 是啊 ! 作为地球人是幸运的因为我们拥有辽阔的大陆、浩瀚的海洋和广袤的森林。。。作为地球人是骄傲的因为我们拥有悠久的历史、强大的科技和惊人的智慧。。。可是，如果幸运的地球人真的以为这个美丽的星球固若金汤、坚不可摧，且有着与生俱来的免疫力。。。如果骄傲的地球人真的相信自己柔弱的肉体能力无限、智慧无穷，且注定在宇宙中独一无二。。。那么，让我们大家看看以下这些事实吧：地球在太阳系九大行星中的地位。。。如果把太阳放在家族中一起看。。。太阳真的好大！现在，您还以为红豆般的太阳很大吗？（隔壁那个白矮星Sirius就是天狼星!）现在呢？您还能找到太阳吗？地球又在哪里？ . 也许，这些抽象的示意图无法引起您强烈的感性认识？就象小傻虽然能数数，却不可能真正明白比尔 - 盖茨的巨大财富意味着什么。。。 . 二傻也一样！直到有一天，在从空间中心归来路过土星时，不小心拍了一张高清照片： . Cassini-Huygens 宇宙飞船在接近土星光环时拍摄的一张照片（ 2004 ） . 小傻眼尖，问：照片中右上角那个小白点是什么？是宇宙尘埃吗？二傻黯然，叹：那就是地球 --- 我们的家啊！ ... 一切植物，一切动物，一切病毒，一切文明，一切种族，一切宗教，所有国家，所有政府，所有家庭，战争，悲剧，伟大，苦难，艺术，科学, 还有那无尽的爱与恨，在这个我们赖以生存的小小星球上， 60 亿人啊，从未停止过躁动和折腾！。。。。; 个人分类: 大开眼界|14830 次阅读|38 个评论

此曲只应天上有: 等离子体科学 2009-4-9 14:30; （再说一个聆听大自然声音的故事。）杜甫名句：锦城丝管日纷纷，半入江风半入云。此曲只应天上有，人间能得几回闻？说的是天子之乐，民间怎能擅用？但是，自然界中确实存在着只应天上有的宇宙之音。美国 Kronos Quartet 乐团演奏的 Sun Rings （《太阳鸣奏曲》），就是根据 Iowa 大学的著名空间物理学家 Don Gurnett 教授从事空间探索 40 年来从一系列人造卫星和人造行星（从最早的 Pioneer 10 ， 11 到已经飞到太阳系边缘的 Voyager 1 ， 2 ）的仪器上探测到的地球和外行星周围磁层的哨声波（ Whistler Waves ）和合声波（ Chorus Waves ）编谱的。真正的此曲只应天上有！但并非人间能得几回闻？ 2008 年美国物理学会的年会上， Don Gurnett 教授就放了地球、土星、木星等几个星球的 Chorus Waves 的录音。用他的话说： Chorus waves sound like a dawn chorus of chirping birds ：音频的合唱波（或者翻译成乐团波？）听起来像一群啁啾轻唱的小鸟的晨曲合声。。。播放这几曲行星之音的时候， Gurnett 教授的 PPT 显示着他 17 岁时做高中科研时为一颗卫星研制一个信号接收仪器的照片。当年笔者到 Iowa 大学工作的时候， Gurnett 教授就已经白发苍苍了。但从他早年照片充满稚气的脸上，仍然可以找到如今容颜的一些影子。而更相像的，是他 17 岁时脸上充满对宇宙和未来的憧憬与在讲坛上聆听 Chorus Waves 的太阳鸣奏曲时专心致志的神态。。。这些来自宇宙空间的乐曲，可以在 Gurnett 教授的 website 找到： http://www-pw.physics.uiowa.edu/space-audio/index.html 并附有下述说明： This is a sampling of some of Professor Don Gurnett 's favorite sounds of space. These sounds were recorded by University of Iowa instruments on a variety of spacecraft over the past 40 years and include audio samples provided to Terry Riley and the Kronos Quartet for their work Sun Rings . The multimedia production Sun Rings is based on sounds of space collected by University of Iowa Prof. Don Gurnett over a 40-year period. The musical portion of Sun Rings was composed by Terry Riley and performed by the Kronos Quartet, and accompanied by a visual production created by visual designer Willie Williams. Download and enjoy them! J; 个人分类: 学海无涯|5783 次阅读|3 个评论

图说太阳系的十道“伤疤”: eloa 2009-3-13 12:37; Shea　编译从人造卫星上5毫米的凹痕到木卫三表面4,000千米的陨击地貌，太阳系中遍布着各式各样由撞击留下的伤疤。第一道：微创　　自从进入太空时代以来，科学家们一直关心着一个问题，那就是长期暴露在太空中对人或者航天器会有什么影响。于是1985年3月19日，美国挑战者号航天飞机将长期曝露飞行器（图1）送入了近地轨道。长期曝露飞行器的大小和一辆公共汽车差不多，在地球轨道上持续工作了2076天。之后在1990年1月12日被哥伦比亚号航天飞机收回（这难道是巧合？）。：图1（右）：长期曝露飞行器。版权：NASA。　　它的重要使命之一就是研究在太空环境下微流星体撞击对航天器所造成的破坏情况，这对于航天器的设计而言具有非常重要的意义。照片（图2）中盛开的银色花朵正是长期曝露飞行器被微流星体撞击所留下的。尽管这道直径5毫米的疤和太阳系其他疤痕比起来顶多也就算是微创，但是这已经是长期曝露飞行器上最大的撞击痕迹了。：图2：长期曝露飞行器上直径5毫米的撞击痕。版权：NASA。第二道：神明：图3：博苏姆特维湖。版权：Christian Kberl。　　博苏姆特维湖位于西非加纳共和国，距离素有园艺之城美誉的库马西市大约30千米。目前博苏姆特维湖是加纳有名的旅游风景区，其周边大约有30个村子，生活着7万人口。在加纳阿善堤人的心目中，死者的灵魂会来到博苏姆特维湖向他们的神特维告别。正因为如此，博苏姆特维湖只允许乘坐木船打鱼。博苏姆特维湖陨击坑的直径为10.5千米，比现在的湖面稍大。形成的时间大约是在100万年前。陨击坑以及撞击留下的其他痕迹大部分已经被侵蚀，并且其四周被浓密的热带雨林所覆盖。：图4：鸟瞰博苏姆特维湖。版权：Christian Kberl。第三道：火星上的麦哲伦大航海　　维多利亚环形山位于火星的本出子午线平原，大约730米宽。它以麦哲伦环球航行中的五艘船之一的名字命名。沿着环形山的边缘有许多突出或者凹陷的结构，它们也都以麦哲伦航行中发现的海湾和海角命名。：图5：机遇号火星车拍摄的维多利亚环形山全景。版权：NASA/JPL-Caltech/Cornell。　　机遇号火星车于2006年9月26日来到了维多利亚环形山的边缘，之后它沿着顺时针方向绕维多利亚环形山行驶了大约1/4圈。从2006年10月16日到2006年11月7日，机遇号火星车上的全景相机拍摄了几百张维多利亚环形山的照片，最后拼接成了一幅它的全景照片（图5）。：图6：环火星巡逻者拍摄的维多利亚环形山。版权：NASA/JPL/University of Arizona。　　除了在地面上机遇号火星车对维多利亚环形山进行实地探测以外，在环绕火星的轨道上环火星巡逻者也拍摄了它的照片。在环火星巡逻者所拍摄的照片（图6）中，维多利亚环形山的锯齿状边缘格外显眼，这是由于侵蚀和环形山山壁物质下陷所造成的。在环形山的内壁上是层状沉积岩，其内侧则散落着许多巨石。维多利亚环形山中央纵横交错的条纹则是一大片沙丘。除此之外，如果你眼神足够好的话，你可以看到照片左侧环形山的边缘上有一个小黑点，那就是机遇号火星车（见图7放大图）。：图7：环火星巡逻者拍摄的维多利亚环形山旁的机遇号火星车。版权：NASA/JPL/University of Arizona。第四道：想看？请先付15美元：图8：亚利桑那陨石坑。版权：USGS, D. Roddy。　　亚利桑那陨石坑位于美国亚利桑那州弗拉格斯塔夫附近的沙漠之中。在科学界，亚利桑那陨石坑也被称为巴林杰陨石坑，以纪念在1903年第一个提出它是由天体撞击而形成的丹尼尔巴林杰。：图9：亚利桑那陨石坑内部的全景照片。　　目前亚利桑那陨石坑是巴林杰家族通过巴林杰陨石坑公司所拥有的私人财产。巴林杰家族声称这是地球上第一个被认证并且保存最完好的陨石坑，同时它也是全世界最热门的陨石撞击研究标本。亚利桑那陨石坑海拔1740米，直径大约1200米，170米深。它大约在5万年前由一颗直径50米左右的镍铁陨石撞击而成，撞击所释放的能量是广岛和长崎原子弹的150倍。对于普通游客，如果你想一睹亚利桑那陨石坑的芳容的话，就请先掏15美元的门票费吧。：图10：亚利桑那陨石坑中央被废弃的矿井。注意篱笆上的美国国旗和宇航员。第五道：机缘巧合：图11：皮克斯基尔陨石和被皮克斯基尔陨石砸到的雪佛兰轿车。版权：Pierre Thomas (LST)，ENS Lyon。　　1993年美国宇航局喷气推进实验室的科学家对600年来中国的历史纪录进行了研究，得出了一个惊人的发现。如果这些历史资料是真实的话，那么在这600年里陨石造成了4起人员伤亡和13起建筑物毁坏事件。根据目前世界人口的数量，估计大约每60年就会发生一次陨石伤人事件。1992年10月9日一颗亮度超过满月的火流星划过长空，在40秒的时间里穿越美国的数个州，最终降落在纽约附近的皮克斯基尔小镇。只不过这次降落稍稍的有点与众不同，砸到了一辆雪佛兰轿车（图11）。：图12：教皇和上帝的信使。版权：D. PLUESS/EPA/CORBIS。　　有人说，如果你有幸发现了刚落地的陨石，注意千万别去触摸它，因为陨石会严重烫伤或者冻伤你的手。由于到目前为止还没有一颗陨石落到过科学家的后院里，因此陨石落地时的温度从没被仔细测量过。不过可以肯定的是，它落地时的温度取决于陨石飞行的轨迹、速度以及进入大气层时的多方面因素。有报告称刚落地的陨石犹如烫手的山芋，虽然烫拿着不舒服，不过可以捣腾在两手之间，但绝对不至于严重烫伤。也有报告称发现了冰冷的陨石，但其表面也绝没有传说中的霜冻。有人说陨石是上帝的信使，怎么说呢这位信使到达的方式有时候就连教皇也不一定吃得消（图12）。第六道：疯狂的石头：图13：火星陨石ALH84001中像是微型细菌化石的东西。　　1984年在南极发现了一块来自火星的陨石。由于发现它的地方的叫艾伦山（Alan Hills）并且时间是在1984年，因此定名为ALH84001。一晃时间就过去了12年，普通的火星陨石演变成了一块令人疯狂的石头。1996年美国宇航局科学家宣布，在ALH84001中发现了像是微型细菌化石的东西（图13）。：图14：格雷特里环形山的红外波段照片。版权：THEMIS。　　一石激起千层浪，世界舆论哗然。之后对这一发现的反对声不绝于耳，口水仗一直打到现在也还没有个最终的结论。而这一切的发源地则极有可能是火星上的格雷特里环形山。格雷特里环形山是一座位于火星上古老地区的环形山，它的直径为6.9千米，而它的辐射纹的长度是这个数字的30倍甚至更多。在这张由美国宇航局火星奥德赛探测器上的热辐射成像系统拍摄的照片（图14）里，格雷特里环形山周围由撞击而形成的辐射纹清晰可见而且蔚为壮观。在地球上用望远镜看月亮上的环形山，看到的是明亮的辐射纹，而照片中格雷特里环形山的辐射纹却是暗的。原因是这张照片是在日出之前一小会儿拍摄的，此时火星的天还没亮，因此这张红外照片所呈现出的正是火星地表所散发出的热量。也正是这次撞击，撞出了这块疯狂的石头。研究表明ALH84001是来自火星的陨石中最年老，形成的时间大约在45亿年前。而格雷特里环形山形成的时间却大约是2千万年前。这两个时间虽然并不矛盾，但是除非对格雷特里环形山及其周边地区进行采样分析和比对，否则现在就拍板说它是ALH84001的发源地同样也是一件疯狂的事情。第七道：一坑一卫星：图15：从6800千米远处看火卫一。版权：NASA/JPL-Caltech/University of Arizona。　　火星的两颗卫星火卫一和火卫二是在1877年火星大冲时由美国海军天文台的天文学家阿萨夫霍尔所发现。这两颗卫星分别用战神（火星）和美神（金星）的两个儿子命名。这两颗卫星有一个共同的特点，那就是小。火卫一的直径大约是22千米，而火卫二的直径只有12千米。这样的小不点被撞一下，基本上就只有一个结果毁容。火卫一表面上有一个以霍尔的妻子斯蒂克尼命名的巨大陨击坑。单这个陨击坑的直径就有9千米，几乎占据了火卫一的一半（图15）。：图16：火卫一的局部放大图。版权：NASA/JPL-Caltech/University of Arizona。　　从陨击坑的大小和形状来判断（图16），这次撞击的规模非常大，差一点就可以把火卫一整个撞碎。从局部放大的照片来看，斯蒂克尼环形山边缘部分的颜色比火卫一其他部分要更蓝一些。根据类似于对月球环形山的分析研究，这一现象说明这一地区是新形成的，比火卫一的其他部分要年轻。除了绝无仅有的表面特征之外，火卫一的轨道特征也是非常有特点的。它的轨道正受到潮汐力的作用不断收缩，最终会撞向火星或者粉碎成火星的光环。按照计划，2009年10月我国的萤火一号和俄罗斯的火卫一探测器将一起奔赴火星。萤火一号将成为一个环火星的探测器，而火卫一则将降落在火卫一上，对土壤进行采样并返回地球。第八道：连环疤：图17：被木星引力撕碎的舒梅克-列维9号彗星。版权：H. Weaver (JHU), T. Smith (STScI), NASA。　　上面讲了太阳系卫星中的小不点，现在再来看看大个子。木卫三是太阳系中最大的卫星，个头比水星还要大。而它的主子木星，则是太阳系中的行星之王。伴君如伴虎，此话不假。木星以其千分之一太阳质量的体重，当之无愧地成为了太阳系中的粉碎机。如果有一颗团结得不是那么紧密的天体（比如，彗星）不幸从木星附近路过的话，木星的引力就会把它撕碎。这样一来，原本一个天体就会被撕成一串天体（图17）。：图18：舒梅克-列维9号彗星撞击木星所留下的痕迹。版权：哈勃空间望远镜彗星小组。　　之后彗星会继续前进，但是故事还远没有结束。木星的引力就像是一把机关枪，现在子弹（彗星）已经上膛，就等扣动扳机了。不过这把机关枪有点问题，它不是指向别人而是指向自己的。1994年7月，被木星引力撕碎的舒梅克-列维9号彗星犹如一辆彗星列车径直撞向了木星。结果就是在木星的脸上留下的一系列的疤痕（图18），其中较大的疤痕都可以容下整个地球。不过木星是一颗气态的巨行星，新陈代谢的能力很强，现在的木星早已恢复了原貌。：图19：木卫三上环形山链。版权：Galileo Project, Brown University, JPL, NASA。　　但是木卫三就没那么运气了，同样是木星擦枪走火，同样是被粉碎的彗星，但这次命中的却是木卫三。也许它在不合适的时间恰好运行到了不合适地点，于是在它的表面留下了由13个环形山所组成的连环疤。在这张伽里略探测器于1997年拍摄的照片（图19）中，木卫三上的这条环形山链长达161.3千米。在这条环形山链的一端，由撞击而散落在周围的物质显得很明亮。第九道：同心疤：图20：1979年旅行者1号拍摄的瓦尔哈拉环形山。版权：NASA。　　2007年12月20日，第62届联合国大会正式通过了由国际天文学联合会和联合国教科文组织共同提出的动议，将2009年定为国际天文年。以此来纪念伽里略首次把望远镜用于天文观测400周年，而提出这个决议正是意大利。400年前的1609年12月或者1610年1月，当伽里略把望远镜指向木星的时候，发现了木星旁的四个小亮点。这就是现在我们熟知的木星的四颗伽里略卫星木卫一、木卫二、木卫三和木卫四。木卫四是太阳系中的第三大卫星，在木星卫星中仅次于木卫三。它的直径几乎和水星相当，但是质量只有水星的三分之一。在木卫三的表面有一座奇特的环形山，名叫瓦尔哈拉（图20）。瓦尔哈拉环形山中央明亮区域的直径为600千米，而它周围蔚为壮观的同心环结构波及的范围却达到了大约4,000千米，犹如撞击所造成的涟漪被凝固在了木卫三的表面上。这些同心环几乎占了木卫三表面的十分之一，可算得上是太阳系中最大的撞击地貌之一。：图21：1967年月球轨道飞行器4号拍摄的月球东海盆地照片。版权：NASA。　　同样的结构也出现在了月球上。月球东海盆地的直径大约900千米，形成于30亿年前的一次小行星撞击。与瓦尔哈拉环形山一层又一层的同心环不同，这次撞击只留下三个可见的同心环结构（图21）。第十道：贯穿伤：图22：卡西尼探测器拍摄的土卫一和赫歇尔环形山。版权：NASA。　　1789年威廉赫歇尔发现了土星的卫星土卫一。它的半径还不到200千米，是太阳系中能在自身引力作用下呈近似球形的卫星中最小的一个。其表面最显眼的特征是占据土卫一直径差不多1/3的赫歇尔环形山。赫歇尔环形山的山壁有5千米高，最深的地方可以达到10千米，其中央峰的高度为6千米（图22）。：图23：土卫一上和赫歇尔环形山相对的裂缝。版权：NASA。　　如果把土卫一放大到地球的大小，那么赫歇尔环形山的直径就会超过4,000千米，相当于加拿大的大小。和火卫一上的斯蒂克尼环形山一样，造就赫歇尔环形山的撞击几乎是毁灭性的。在土卫一上和赫歇尔环形山相对的一面，你还可以看到由于撞击所产生的激波贯穿整个土卫一而造成的裂缝（图23）。另外，对于星战迷来说，有没有发现土卫一和死星有几分相似？（本文已刊载于《天文爱好者》杂志2009年第2期）扩展阅读百年通古斯猛犸杀手的钻石名片; 个人分类: 天文|1667 次阅读|0 个评论

地球科学原理之一：太阳系的构成和起源: rock6783 2009-3-1 22:25; 地球科学原理之一：太阳系的构成和起源广东海洋大学廖永岩（电子信箱： rock6783@126.com ）地球科学原理，顾名思义，是有关地球起源、演化、构造运动、能量流等方面的基本原理。地球科学原理重点解决地球演化动力学，即认识地球为什么区别于其它行星，从古到今，能演化到现在的主要动力，及地球将来的演化趋势，为人类认识地球、了解地球、及将来控制地球服务。地球是太阳系的一颗行星，为了很好地了解地球，我们先来认识太阳系的构成和起源。 1 太阳系的构成太阳系拥有 1 颗恒星、 8 颗行星、大量卫星和一些小行星、慧星、陨星及星际物质等。太阳系位于银河系的旋臂上，以大约两亿年的周期绕银河系的中心旋转。太阳系的最外以冥王星的轨道为边界，直径为 1.18 10 10 km ，合 79 个天文单位（一个天文单位为日地距离，约 1.5 10 8 km ） ( 吴泰然和何国琦， 2003 ) 。太阳系的中心是太阳，一颗炽热的恒星。太阳的内部温度达到 10 10 6 K~15 10 6 K ，其能源来自内部的热核反应。组成太阳的物质主要是氢（约 70% ）和氦（ 27% ），其他元素只占 2.5% 左右。太阳的最外部是由日冕组成的太阳大气，从日冕中升起的粒子流构成了太阳风向宇宙空间辐射，并带走了太阳热核反应的大部分能量。太阳质量大约是太阳系全部质量的 99.866% ，行星的质量在太阳系中可以说是微不足道的。不可思议的是，太阳的转动惯量和它所具有的质量却很不相称，只占太阳系总转动惯量的 2% ( 吴泰然和何国琦， 2003 ) 。太阳系的行星可以分为两大类：类地行星和类木行星。靠近太阳的 4 颗行星（水星、金星、地球和火星）与地球大小、物质组成和内部结构等方面都很相似，故称为类地行星，又称内行星；太阳系靠外的除了冥王星以外的四颗行星（木星、土星、天王星和海王星），由于与木星的性质相近，称为类木行星，又称为外行星。 2 太阳系起源的假说太阳系的起源问题存在着很多未知数，从 18 世纪起，先后出现的各种太阳系起源的假说至少有几十种，随着近 30 年来科学技术的飞速发展，关于太阳系起源的问题才得到一些共识。 2.1 灾变假说法国科学家布丰（ G. Buffon ）于 18 世纪中期提出一个假说，认为行星的形成是由于太阳遭到了另一个大天体强烈的撞击，他认为这个天体可能是慧星。这是第一个关于太阳系形成的灾变假说，其后这类假说还多次提出过，直到本世纪初还有人提出，但每次都以不成功而告终。不成功是由两个方法学的缺乏所造成的：把太阳的起源和行星的起源割裂开了，而所有的特征（化学组成，更主要的是同位素组成、年龄、行星只占整个太阳系质量的 0.02% 等事实）都表明它们有共同的起源；给行星的形成以偶然性，而不认为是一个有规律的过程。 2.2 康德 - 拉普拉斯假说德国学者康德（ I. Kant ）于 1775 年提出的假说更具有科学意义。康德坚决与以往的宗教说法决裂，他勇取地声明：请给我物质，我给你们看宇宙是如何从物质组成的。康德假说的前提是，充满宇宙的物质最初以元素质点的形式均匀分布于空间之中，然后，在万有引力的作用下开始形成物质凝聚的中心，中心之一就是太阳；同时物质开始了旋转运动。继而，环绕太阳运动的尘埃云组成了行星。完善并给康德假说以数学基础的功绩属于法国的数学家拉普拉斯（ P. S. Laplace, 1796 ）。因此，这个假说在后来被称为康德 - 拉普拉斯假说。按拉普拉斯的说法，最初存在着处于万有引力作用下旋转着的和收缩着的气状星云（在此以前不久，赫歇耳（ W. Herschel ）发现了这种星云），星云中有一个凝聚中心，后来演化成太阳。随着旋转和收缩的加强，星云团成了扁的形状，并分出了环，环进一步形成凝聚中心 - 未来行星的胚胎。卫星以类似的方式在行星周围形成。最初，行星和卫星都应该是炽热的气球，只是由于后来的冷却，才有了壳和成了固体。因此拉普拉斯的宇宙假说（注意不是康德）属于热宇宙假说。 2.3 摩耳顿 - 张伯伦假说太阳系的一个特征参数是其转动惯量的分配，惯量由产生它的物体距太阳的远近和该物体自转的速率决定。从太阳和行星具有共同起源出发，占整个太阳系全部质量 90% 以上的太阳也应有最大的转动惯量。但实际上由于太阳自转很慢，它只占有总转动惯量的 2% ，而行星，特别是那些巨行星，首先是木星却占有总转动惯量的 98% 。经典形式的康德 - 拉普拉斯假说不能解释这个矛盾现象。在 20 世纪初人们开始寻找代替的假说，英国天文学家琼斯（ J. H. Jeans ）的假说就是其中之一。他回到了布丰的观点，但认为组成行星的太阳物质不是慧星撞击，而是另一个行经太阳附近的星球从太阳中吸引出的结果。美国天文学家摩耳顿（ F. Multon ）和地质学家张伯伦（ T. Chemberlen ）共同提出了一个类似的假说，按这个假说，从太阳分出气体是由行经太阳附近的一颗星的强大引力作用造成的，然后在凝聚中形成微星，进一步形成小行星、行星。星子的概念在科学中站稳了脚跟，然而假说本身后来被摒弃了。 2.4 太阳俘获气 - 尘埃 - 流星云的假说前苏联学者施密特（ О . Ю . Шмидт ）为了走出运动惯量分布问题的死胡同，提出了有特色的太阳俘获气 - 尘埃 - 流星云的假说，这种云在后来凝聚成了行星。施氏的学生们继续发展了施密特假说中重要的肯定成分，他们提出了原始行星云凝聚过程的模型，原始行星的进一步凝聚就成了后来的行星及其卫星。他们认为星云物质初始是冷的，所以施密特的宇宙假说与康德假说一样属于冷的，而不像拉普拉斯的学说那样属于热的宇宙假说。 2.5 现代得到最多支持的假说在过去对太阳系起源的认识中，有三个问题困扰着科学家：其一是动量和质量的分布，为什么太阳具有太阳系全部质量的 99.866% ，其动量却不到 2% ？康德 - 拉普拉斯的假说正是由于不能合理解释这个问题而困扰；其二是重元素的来源，由于太阳系比许多其他恒星包含有更多的重元素，可以推知太阳是第二代行星，即形成太阳的气体云中包含着其他恒星经过核燃烧散发到空间中的余烬。其三是太阳系的行星既有许多共同的特征，又有各自的特点，使得太阳系起源假说的建立更加困难。近 30 年来，随着天文学的巨大进步，许多太阳系起源的问题已基本清楚。人们惊讶地发现，现代太阳系起源假说似乎又回到了康德最初的思想上。天文学家成功地观察到星际之间的等离子体的成星过程，恒星的诞生主要是由于磁场和气尘云及射线压力的反作用。这个过程发生在河外星系的悬臂的外边界，银河系也是如此。超新星的爆发可能是附近星云开始收缩的推动力，太阳系的重元素和短周期的放射性同位素可能是超新星爆发过程中强烈的核反应所形成的。现代太阳系起源假说基本包括以下四个阶段：第一阶段，原始太阳气尘云与邻近的一颗即将成超新星的星。第二阶段，超新星爆发，原始太阳气尘云在超新星影响的范围之内，并从超新星的爆发中获得能量和重元素、放射性同位素等物质。第三阶段，在超新星能量的推动下，太阳气尘云开始旋转并逐步形成中心的太阳。当太阳达到一定大的时候，内部开始发生热核反应。年轻的恒星，尤其是重量大的恒星开始向外抛射物质，在太阳系的外围形成环绕太阳的环。第四阶段，太阳系的中间部分形成太阳，环绕太阳的环逐渐凝聚成星子，并以星子为中心逐渐形成行星。行星的卫星也有着相似的过程。太阳系形成初期，太阳周围的原始行星云和太阳都快速旋转着，但渐渐地被磁流体动力所减缓，使太阳系中的惯量重新分配。在太阳系星云的演化中，太阳可能以电磁力或湍流对流的形式向行星转移惯量 ( 吴泰然和何国琦， 2003 ) 。太阳系有如此的构成和起源，那太阳系的地球又是怎么形成的？地球具有怎样的圈层结构？这些圈层结构又是如何形成的？请听下回分解。未完，待续。参考文献：吴泰然，何国琦 . 普通地质学 . 北京 : 北京大学出版社 . 2003. 9-63 （注：本地球科学原理系列，是根据廖永岩著，海洋出版社（ 2007 年 5 月）出版的《地球科学原理》一书改编而来，转载者请署明出处，请不要用于商业用途）; 个人分类: 地球科学|6516 次阅读|4 个评论

宇宙演化中的逻辑关联 Ⅶ 也谈:太阳系随不随宇宙膨胀?: chenfap 2009-2-11 18:35; 也谈 : 太阳系随不随宇宙膨胀 ? 宇宙膨胀时 , 太阳系 ( 或任何星系中的任何一群星体 ) 是不是随之膨胀 ? 这是对宇宙学有兴趣的人们常会提出的问题。我在写博文《宇宙膨胀是什么在膨胀 ? 和为什么膨胀 ? 》时曾打算附带地讲一下这个问题，后来担心可能会使博文太冗长，便没有写，打算以后找机会再写。现在有几位博主的博文正在讨论这个问题，这是个凑热闹的机会，便写了这篇博文。有必要先说明一下，我只是赶这个热闹的机会，谈谈我对上述问题的理解。我丝毫没有要与别人争论的意思；我始终不主张两位博主利用 Blog 平台来针锋相对的进行辩论。我觉得博主们可以你谈你的，我谈我的，谈出来请网友们思考和评论，仍旧可以做到百花齐放，百家争鸣，对科学的发展起到促进作用。事实上，我们去参观花展时，每株花都是只管自己放，花与花之间并无辩论。春秋战国时期是我国百家争鸣的黄金时代，那时，孔子、老子、墨子以及他们的继承人，主要是著书立说，宣传各自的学说，彼此之间也没有为了分出胜负而去进行大辩论。下面转入正题。首先让我简短地回答上述问题：宇宙膨胀时 , 太阳系 ( 或任何星系中的任何一群星体 ) 必定随着宇宙膨胀而膨胀，但除此之外，太阳系还有自己相对于银河系（或任何星系中的任何一群星体还有自己相对于所属星系）之质心的运动；宇宙膨胀和星系内部的运动的根源都与引力有关。若以星系为单元，则宇宙中各天体之间的全部万有引力可分为两部分： 1 ），星系之间的引力，这部分引力就是使得宇宙空间膨胀的引力，或者说，宇宙空间的度规（因宇宙空间膨胀是由度规决定的）是以星系为单元的物质分布（星系之间的引力又是由这个分布决定的）所决定的。 2 ），星系内部各天体之间的引力，这部分引力和其它相互作用（电磁、强、弱）力决定星系内部各天体的运动和变化。星系内部各天体之间的引力不对宇宙膨胀起作用，这正如火车内部一些原子核中的强力和弱力不对火车的运动起作用相类似。但星系之间的引力对星系内部每个天体都是有作用的，这好比太阳对地球的引力并不只作用在地心上，而是地球上的每个物体都受到太阳引力。我在上次博文《对宇宙学原理的再解释》中，曾用三维的相片来形象地说明宇宙空间中的物质分布，宇宙膨胀就相当于把相片放大，太阳系也位于相片之中（当然，相片要放得足够大是，在相片中太阳系才能显现），从这个比喻中可看出，如果不考虑星系内部各天体之间的引力和其它相互作用，太阳系的大小和太阳系中两行星之间的距离将随着宇宙空间膨胀而增大。可是，星系内部各天体之间的引力和其它相互作用是存在的，星系内部各天体的运动和变化便是上述两种效应的合成。最后还应当指出，宇宙空间膨胀时 , 任何星系中的任何一群星体必定随着宇宙空间膨胀而膨胀这个结论早已包含在宇宙学的理论中，它不能算是新的发现；只是过去许多人或者忽视了这个问题，或者没有深入细致地攒研这个问题，或者没有进行可靠的天文观测所导致的结果。; 个人分类: 未分类|3921 次阅读|0 个评论

未知的太阳系——太阳系的六大未解之谜: eloa 2009-2-5 09:54; Shea 发表于 2009-02-05 7:11 Shea　编译　　46亿年前，银河系中某个不起眼的地方正在孕育着什么。星系中弥漫的氢和氦以及固体尘埃开始凝聚并且形成分子。由于无法承载自身的质量，这一新形成的分子云便开始了坍缩。在不断加热和混合的过程中，一颗恒星诞生了。它就是我们的太阳。　　目前我们还不确切知道到底是什么触发了这一过程。也许这一切都源自于近邻恒星爆炸死亡时所产生的激波。而类似的恒星死亡也不是非常罕见的事件。自从130亿年前银河系形成以来，类似的事情已经发生了无数次。而通过望远镜我们可以看到这些事件仍然在继续发生着。但是作为恒星来讲，太阳实在是没有什么特殊的。　　然而，据我们所知太阳却是唯一的。从诞生太阳的薄盘中形成了八颗行星，一开始这些行星之间没有什么显著的差异。最终在太阳旁的第三颗行星上出现了生命，而这些生命也开始探索他们所在的太阳系。但时至今日依然有六个太阳系的未解之谜有待解答。一、太阳系是如何形成的？　　如果你看一眼太阳系的行星，你也许会认为这些行星不是太阳亲生的，而是被太阳领养的。可这些行星却是如假包换的血亲，都是从坍缩形成太阳的分子云中形成的。你也许会认为不同天体在太阳系中的分布是无章可循的。但其实目前的太阳系结构已经达到了平衡的状态，添一分则嫌胖，减一分则嫌瘦。那么这一精巧的结构是如何形成的呢？　　在太阳形成的时候，它消耗了原始太阳星云中99.8%的物质。按照目前被广为接受的理论，剩下的物质在引力的作用下形成了一个围绕新生恒星的气体尘埃盘。当这个盘中的尘埃颗粒绕太阳运动的时候，它们彼此之间会发生碰撞，并且渐渐地聚合长大。在盘的最内部，由于太阳的核反应已经被点燃，因此高温使得只有金属和高熔点的含硅矿物才能幸存下来。这样一来也限制了尘埃可聚合的大小，所以这一区域中的小天体最终凝聚形成了内太阳系的4颗体型较小的岩质行星水星、金星、地球和火星。：假想中的另一个与斯必泽空间望远镜所发现的极为相似的遥远太阳系。其中恒星的年龄大约为3,000万年（差不多是地球形成的时间），在恒星的周围有一个充满了岩石和尘埃碎片的小行星带。在这个带中有一颗行星正在围绕恒星转动。版权：T Pyle (SSC)/JPL-Caltech/NASA。　　在这一区域之外则没有类似的限制，在雪线以外的区域甲烷和水都是以固体的形式出现的。这个区域中的行星可以长得更大，并且可以在太阳的热量把气体驱散之前吸积气体分子（主要是氢）。这就是木星和土星这样的气态巨行星以及温度更低的巨行星天王星和海王星的最终形成过程。这也是天文学家预计这些行星在流体的表层之下有一个岩石核心的原因。　　到目前为止一切都是直接。法国蔚蓝海岸天文台的亚历山德罗莫比德利（Alessandro Morbidelli）说，但当你要深入到其中的细节的时候问题就来了，吸积模型就是一个很好的范例。没有人确切知道米级的岩石是如何聚合成10千米级的小天体的。因为小型的固体天体会受到其周围气体压力的作用而最终在聚合之前便落入了太阳。最近提出的一种可能性是气体中局部湍流提供的低压使得小岩石最终并合到了一起。　　气态巨行星也有类似的问题。它们的岩石核心必定是在有气体的情况下聚合而成的，然后才能吸积气体。而在其他行星系统中也已经发现了非常靠近恒星的类木行星。这些行星的大小和木星相仿，但是轨道半径却和地球的差不多，甚至更小。如果在太阳系形成的早期也有一颗木星质量的行星运动到了太阳系的内部，尽管还没有确定的结论，但诸如地球这样的内行星都会被散射出太阳系。：双星系统HD113766的想象图。天文学家怀疑在这个双星中的一颗恒星的周围正在形成一颗岩质的类地行星。这张图中的两个黄色的星球就是这个双星中的两颗恒星，年龄大约为1-1.6千万年。在右下角的恒星周围正有一颗岩质行星在形成中。这一系统距离地球大约424光年。版权：C Lisse (Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory)/JPL-Caltech/ NASA。　　按照美国科罗拉多大学的菲尔阿米蒂奇（Phil Armitage）的说法，没有证据显示太阳系上演过类似的情况。如果说过大的月亮是某种暗示的话，那么它也只是说明了内太阳系在岩质行星形成的最初1亿年中一直处于动荡不安的状态，但是很快一切就都安定了下来。根据莫比德利及其同事所提出的理论，在太阳形成之后的几亿年，在木星和土星引力的强强联合作用下天王星和海王星被推到了距离太阳更远的地方并且占据了现在的位置，由此引发了外太阳系的重组和膨胀。一些小天体会就此撞向木星，而另一些则会被木星的强大引力抛射出太阳系。在整个太阳系的外围、宇宙的深处，这些未被吸积的残骸聚集到了一起形成了设想中的奥尔特云。　　太阳系的最近一次引力散射效应的集中体现就是它们对火星和木星之间小行星带的扰动，由此引发了40亿年前（太阳形成之后5-6亿年）出现的晚期大规模轰击。在这期间，大量的小天体撞击了地球和月亮，但从那以后构成太阳系的天体便又重新恢复了平静，进入了一种精巧的平衡状态无疑这对于地球上生命的起源和演化来说是无价的。二、为什么太阳和月亮在天空中看上去一样大？　　日全食是最壮丽的自然景观之一。如果你一辈子都呆在一个地方，那么你至少可以目睹一次日全食。如果你运气好的，也许可以看到两次。在日全食发生的时候，月亮可以完全遮挡住太阳的光芒。只有透过月面上的山谷才能有一线光线透过来，形成绚丽的贝利珠。：1994年11月3日玻利维亚日全食时所拍摄的贝利珠。版权：Reverend Ronald Royer/SPL。　　这一切都要归功于太阳和月亮的大小是如此的契合。太阳的直径大约是月亮的400倍，而太阳到我们的距离也正好是月亮的400倍。这两者此消彼长就使得太阳和月亮在天空中看上去具有一样的大小，这在太阳系中的8颗行星和已知的166颗卫星中绝对是绝无仅有的。而地球也是目前已知唯一拥有生命的行星？难道这也纯属巧合？　　绝大部分天文学家的观点是肯定的。但也许这些数字背后还隐藏着不为人知的一些天机。我们的月球是与众不同的。类似木星、土星、天王星和海王星这样的巨行星的卫星是通过两种方式形成的。它们要么形成于由行星引力维系的物质盘中类似微缩版的太阳系，要么就是由行星的引力俘获而来的。火星的两颗卫星火卫一和火卫二就被认为是通过第二种方式形成的，而火星也因此成为了内太阳系唯一具有两颗天然卫星的行星。　　但是由于月亮相对于地球的大小来说太大了，因此无法通过这两种方式中的任意一种形成。行星科学家们相信月球的形成只有一种解释：在太阳系的最初1亿年里，小天体在太阳系里横行，其中一个火星大小的天体撞上了地球。这一碰撞完全地改变了地球，由此撞击出的大量物质最终形成了个头偏大的月球。　　更重要的是，这么大的月亮对于地球上的生命来说是一种恩惠。由于来自其他天体的引力作用，地球在绕其自转轴转动的同时也会自然地摆动。而月球无形的引力则抑制住了这种摆动，防止了地球自转的不稳定性以及由此造成的灾难性气候变化。而这对于地球上的生命来说则是至关重要的。：2003年发生在英国巨石阵的日偏食。版权：Les Wilson/Rex Features。　　地球处于太阳旁的宜居带中，在这个带中行星可以保持充沛的液态水。这无疑是承载生命的最重要因素。但是一个大到足以引发日全食的月亮的存在可能也是关键的因素。如果真是这样的话，那么这将为在其他行星上搜寻生命产生重要的影响。　　由于是在撞击中形成的，因此月亮正在以每年3.8厘米的速度渐渐地远离地球。于是恐龙看到的日食和我们的截然不同。2亿年前月亮要比现在看上去大得多，可以轻而易举地遮挡住整个太阳。而对于几亿年之后的地球居民来说，由于月球已经变得太小，因此不会再有日全食发生。　　我们看起来很幸运正好位于两者之间：形成于撞击的月球正在远离，与此同时它又惠及着地球上的生命。如果你足够幸运在有生之年经历过一次日全食，请想象一下这一可能：也许正是这样一个月亮才使你有幸站在那里目睹日全食的发生。三、是否存在X行星？　　如果说太阳系就像一张网，那么我们并不了解这张网上的所有结点。传闻在太阳系黑暗的深处潜藏着X行星，它是一颗如火星甚至地球这么大的冰冷行星。　　自从1930年发现冥王星以来，X行星将会是太阳系最重要的扩编。2006年国际天文学联合会为行星设立了三条标准：围绕太阳转动、在自引力下呈近似球形并且质量足够大能清空其轨道附近的区域，并由此将冥王星降级为矮行星。冥王星的失利源于第三条。因为它只是众多柯伊伯带天体中的一个，这些冰质天体都分布在海王星以外30个天文单位到50个天文单位之间的区域里。这里1个天文单位等于地球到太阳的平均距离。：柯伊伯带天体的想象画。这些冰质的小天体散布于从海王星轨道30个天文单位到50个天文单位之间的区域。版权：T Pyle (SSC)/JPL-Caltech/NASA。　　任何位于柯伊伯带的天体想成为行星的话就必须清空它。而有意思的是，对柯伊伯带的研究预示可能确实有X行星的存在。一些柯伊伯带天体的轨道可以延伸到距离太阳非常远的地方，而另一些的轨道则是长椭圆形的并且和大行星的轨道互相垂直。这些特殊的轨道可能就是一颗大质量遥远天体摄动的结果，美国夏威夷大学行星科学家罗伯特杰迪克（Robert Jedicke）说。　　但关于这一点远没有在科学家之间达成共识。尽管很难解释观测到的柯伊伯带天体的所有性质，但是巨行星轨道的向外迁移确实可以解释一些柯伊伯带天体的奇特轨道。　　在过去的20多年里已经在大片的天区中搜寻了那些缓慢运动的天体，并且已发现了超过1,000颗的柯伊伯带天体。但是这些大天区的巡天只能发现大而明亮的天体，而用于寻找小而暗弱天体的长时间曝光巡天只能覆盖较小的天区。如果有一颗火星大小的天体位于距离太阳100个天文单位的地方的话，那么它可以轻而易举地躲过地面上的侦察。：独自位于太阳系边缘的矮行星阋神星（2003UB313）的想象画。它到太阳的距离是冥王星的三倍多。版权：R Hurt (SSC/Caltech)/JPL-Caltech/NASA。　　但是这一状况马上就要被改变了。2008年12月，全景巡天望远镜和快速反应系统（Pan-STARRS）的首架原型机在夏威夷投入使用。不久装备有全世界最大的140亿像素数码相机的四架望远镜就将开始搜寻天空中任何闪烁或者运动的目标。它的主要目的是寻找对地球具有潜在威胁的小行星，但是那些外太阳系的居民也难逃它的法眼。　　杰迪克和他的团队目前正忙于开发可使用Pan-STARRS自动搜索这些天体的软件。他说，发现一颗遥远的行星绝对是一件令人兴奋的事情。对存在这样一颗行星的唯一解释是，它是一颗形成于在太阳系早期的大型天体，在随后和巨行星的引力相互作用中被抛射到了太阳系的外围。它的发现会佐证我们对太阳系形成的认识，也可能会成为人类迈向太阳系更深处的阶梯。四、彗星来自何方？　　很少有宇宙来客能像彗星那样使得人类对它既敬畏又恐慌。特别是肉眼可见的哈雷彗星，在犹太教法典上写道每70年出现一次的星星会让船长们犯错。1066年黑斯廷斯战役之前哈雷彗星犹如厄运的征兆出现在了天际，1456年教皇卡利克斯特三世将其逐出了教会。　　而现代科学对待彗星则采取了更多实证的观点。彗星是尘埃和冰的聚合体，在大椭圆轨道上绕太阳运动。当它们靠近太阳的时候，由于太阳风的吹拂而形成了壮观的彗尾。现在我们甚至还知道它们发源自海王星轨道以外的柯伊伯带。：拍摄于美国加州约书亚树国家公园的海尔-波普彗星照片，它是20世纪最亮的彗星之一。由于太阳风的吹拂，它形成了一条由电离气体组成的明亮离子尾。而由于太阳光压的作用，它还形成了一条由尘埃组成的尘埃尾。版权：Walter Pacholka, Astropics/SPL。　　但是这里也存在着问题。诸如1997年造访地球的海尔-波普彗星，它们难得会出现在我们的天空中。因为它们的轨道非常长，因此不可能来自柯伊伯带。许多天文学家对此的结论是，我们已知的太阳系被一个巨大的、由冰质天体组成的晕所包围，这些天体是几十亿年前在巨行星的引力作用下被从太阳附近驱逐到这里的。　　这一片天空中的荒漠被称为奥尔特云，用以纪念1950年第一个提出它的荷兰天文学家简奥尔特（Jan Oort）。这个包围着太阳系的球形物质晕还从来没有被观测到过，但是如果长周期彗星确实发源于此的话，那么奥尔特云一定是非常巨大的，它所延伸的范围可以达到柯伊伯带外边界的大约1,000倍。在这样遥远的距离上，它不再会受到太阳系行星的影响，相反银河系和近邻恒星对它的作用成为了主导。奥尔特云可能就存在于我们的太阳系向星际空间过渡的某个地方。：1991年出现的科胡特克彗星一开始被认为是起源于奥尔特云的。但是之后的研究显示它来自柯伊伯带。版权：Denis Cameron/Rex。　　不幸的是，如果要在奥尔特云中搜寻X行星的话，那将是一个梦魇。对于望远镜来说，它太暗弱、太遥远也太小了。同样不幸的是，由此我们也错过了通过统计和估算这些天体的大小来重建太阳诞生地并且一窥形成巨行星原始物质的机会。　　到目前为止，有关这些原初物质的信息都来自彗星和最大的柯伊伯带天体，因为它们被认为具有类似的组成。这就像是瞎子摸象，美国西南研究所的行星科学家哈尔利维森（Hal Levison）说。　　尽管如此，但说不定在几十年之后人们就能描绘出这头大象的全貌了。奥尔特云中的天体会使得遥远恒星变暗或者发生衍射。虽然这些掩食所持续的时间只有几分之一秒，但是天文学家将采用已经用于柯伊伯带天体上的技术来测量这些天体的大小和距离。但地球大气湍流造成的闪烁会使得地面上的望远镜无法探测到它们，不过未来空间望远镜巡天应该可以发现大量的奥尔特云天体。　　除此之外还存在着其他的问题。根据目前已知的长周期彗星的数目和轨道估计，奥尔特云中含有千亿个直径大于1千米的天体，它们的总质量可以达到地球的几倍。利维森说，这么多的物质超出了目前的太阳系形成理论可解释的范围，这说明还需要对我们现有的模型进行细致的检查。五、太阳系是唯一的吗？　　自从1992年发现了第一颗绕其他恒星转动的行星以来，已经发现了大约280颗太阳系外行星。而这其中的绝大部分和我们的太阳系大相径庭。这些太阳系外行星主要是通过它们的引力对恒星的扰动而被发现的。行星越小，它对恒星的影响也越小。因此目前的技术还无法探测到类地行星对恒星所产生的扰动。　　绝大多数已知的太阳系外行星是大小和木星或者海王星相仿的气态巨行星，它们到各自恒星的距离也只有几个天文单位。据估计大约6%-7%的类太阳恒星会具有类似的行星。而恒星具有和木星类似距离的气态巨行星的概率目前还不得而知。原因是它们绕恒星转动一圈大约要花上10年甚至更长的时间，因此对它们引力扰动的测量也要花上至少这么长的时间。：一颗行星正在清空恒星附近尘埃盘的想象画。斯必泽空间望远镜在有的恒星周围已经观测到了类似的现象。天文学家相信一个绕恒星转动的大质量天体，例如行星，会清空恒星周围盘中的物质。理论上这颗行星的质量至少要达到木星质量。版权：R Hurt (SSC)/JPL-Caltech/NASA。　　按照太阳系形成的标准图像，气态巨行星不会形成于非常靠近恒星的地方，因为恒星的热量会阻碍较大的岩质核心的形成。另外，太阳系中行星的轨道都是近圆的，而这些太阳系外气态巨行星的轨道却都是长椭圆的。也许这就是答案：绝大多数的行星系统具有比我们的太阳系更变化多端的历史。本来距离较远的巨行星为了获得生存空间竞相将对方挤入了特殊的轨道。　　在知道观测极限之前，我们很难的到确定的结论。也许在我们眼中太阳系的历史已经是够血腥的了，因为这是我们能看到的唯一样本，美国科罗拉多大学的菲尔阿米蒂奇说。两个高灵敏度的空间行星探测计划将会帮助我们降低这里的不确定性，其中一个是2006年12月发射的由法国主导的科罗外星行星探测器，另一个是计划于2009年3月发射的美国宇航局的开普勒探测器。：由法国国家空间局主导、欧洲空间局参与的科罗外星行星探测器。科罗发射于2006年底，在一条圆形极轨道上环绕地球转动。这使得它可以连续观测天空中两片相对的区域超过150天。版权：D Ducros/CNES。　　它们预计可以发现10个左右的超级地球质量为地球几倍的行星。如果有关太阳系形成的理论是正确的话，这些岩质行星应该和我们的地球非常相似。取决于大气中温室效应和云的冷却作用，两颗行星Gliese 581c和d到它们恒星的距离可以使得在其表面有液态水存在。　　还有其他的线索也表明岩质行星要比我们所想象的更普遍。2008年美国宇航局斯必泽空间望远镜的观测显示，年轻恒星周围尘埃的碰撞直接和行星形成有关，而且岩质行星的形成率可以达到20%-60%。　　但斯必泽空间望远镜对老年恒星周围尘埃的观测则显示，形成可承载生命的岩质行星的前景并不那么乐观。10个太阳系外行星系统有9个含有比太阳系更多的尘埃，在某些情况下甚至可以达到太阳系的20倍甚至更多。而行星形成过程是一个在恒星诞生之后1亿年内就应该完成的短暂过程，因此这些尘埃可能是随后盘中的彗星彼此剧烈碰撞的残骸。　　幸运的是，我们的内太阳系有一个忠实的守卫者。距离更远的巨行星尤其是木星通常会在彗星有机会进入内太阳系之前就把它们给散射出去了。　　最终，太阳系是否唯一这个问题还有待我们在观测到了类地太阳系外行星和其外围更远的巨行星之后才能回答，美国亚利桑那大学的乔纳森卢宁（Jonathan Lunine）说，但目前我们还无法简单而正确地回答对这个问题。六、太阳系最后将如何终结？　　我们生活在一个无趣的时代。因为早在最初的1亿年里行星便已经形成，现在行星都在有序地饶阳转动，而太阳也在稳定地燃烧，生命也在太阳旁的第三颗行星上繁衍生息。一切都很平静。　　但这份平静并不是永远的，在平静的背后还隐藏着危机。　　我们的太阳终有一天是会死亡的，当然这是在大约60亿年之后。但是在那之前事情就会变得越来越棘手。目前稳定的太阳系到时候就会陷入混乱。即便是最小的不规则性也会随着时间累积，最终改变行星的轨道。从现在到太阳死亡，计算发现出现灾变的可能性大约是2%。火星有可能太靠近木星，进而被抛射出太阳系。如果我们背到极点的话，狂奔的水星会和地球相撞。　　与此同时，太阳也会慢慢地变亮。在20亿年里，太阳就有可能会杀死地球表面的所有生命。而另一方面，如果火星仍然处于现在的位置的话，火星就会出现宜人的气候。即使现在的火星是死气沉沉的，但到时候就会生机盎然。　　然而这一切也会永远存在。当太阳的核心氢耗尽时，太阳的整体结构就会发生重大的变化。它的体积会渐渐地膨胀到目前的100万倍，成为一颗红巨星。而按照最新的数值模拟，当太阳成为红巨星的时候就会吞噬水星、金星，可能还有地球。：红巨星抛射物质的想象画。在类太阳恒星生命的晚期，它们会成为红巨星。它们的半径会膨胀到地球轨道附近，其表面的物质也会被抛射出去。版权：JAXA。　　此时占据整个天空的太阳会把火星变成炼狱，而土星和木星冰冷的卫星则会开始焕发出生机。由于已经具备了丰富的有机分子，因此土星的卫星土卫六特别有希望。在红巨星的加热下，曾经冰封的土卫六会浸浴在全球性的氨水海洋中，而这一海洋中的机会分子也许会形成生命。　　任何漂浮在这些卫星表面的生物也会看到和我们截然不同的天空。到那个时候，银河系也许已经和近邻的仙女星系发生了碰撞，正在形成银河仙女星系。由此触发的大规模恒星形成过程又孕育了大量新一代的行星系统，并且照亮了天空。：照片显示的是行星状星云NGC2440，其中包含了一颗刚形成的高温白矮星（图片中央）。在50亿年之后，太阳也会最终演化成白矮星。版权：H Bond (STScI)/R Ciardullo (PSU)/WFPC2/HST/NASA。　　如果在太阳系晚期还会出现的生命的话，这些生命持续的时间都不会很长。在度过了短暂的红巨星阶段以后，太阳内部的核反应会最终停止，它会抛射出它的外部包层并且收缩成一颗白矮星。经历了短暂温暖期的土卫六又会再一次被冰封。木星和土星等外太阳系天体会继续围绕已变成白矮星的太阳转动几百亿年，直到由于来自内部或者外部的某种因素打破这一平衡。木星或者土星可能会散射掉那些质量较小的同伴，例如天王星或者海王星。而偶然从太阳系旁经过的恒星也有可能会剥离掉其中的行星，甚至连质量最大的木星也未必能幸免。　　不过太阳系的未来还是不确定的，有着各种各样的变数。还有一种微小的可能性是太阳系整个会被甩出银河仙女星系。在空旷的星系际空间里，行星可以免受掠食者的袭击。它们会继续绕着太阳转动，但是它们的能量会被引力波渐渐地带走。于是行星就会一个接一个地掉向中心已经变成黑矮星的太阳，并且以一阵划破黑暗的闪光结束它们的一生。; 个人分类: 天文|1538 次阅读|0 个评论

水星在缩小，铁核是罪魁: eloa 2008-10-31 16:05; 赵洋发表于2008-10-31 星期五 14:46 最新研究表明,水星自形成以来,直径已缩短4.8公里,缩小幅度较之前估计至少多出1/3。这一奇怪的特点在太阳系中尚无先例。文/赵洋就在天文学家投向太阳系以外,热切地寻找围绕其他恒星旋转的行星时,他们却往往忽略了太阳系内的异常星体。水星是人类最早发现的行星之一,但也是我们了解最少的行星。早在5000年前,苏美尔人就把它归为行星之一。但由于水星特殊的位置,使人很难一睹芳容。一生都没能看到过水星的哥白尼曾抱怨:我们受够了这颗行星的折磨,它浑身是谜,我们在探察它的运行轨迹时真是历尽艰辛啊。水星距离太阳最近时仅有4600万千米,任何大胆的天文学家想用望远镜直接观测水星时都不免担心强烈日光的干扰。即便在空间天文学时代,水星也是惟一一颗无法用哈勃太空望远镜直接观测的行星。只有抵近观察才能揭开水星的神秘面纱。2008年1月,信使号探测器飞越水星,成为33年来首个抵近这颗行星的人造物体。经过五个月的分析,我们已经得到了一些令人着迷的新结论。其中有些结论终结了自水手10号以来长达30年的争论。信使号任务首席科学家肖恩所罗门如是说。以所罗门为首的56位科学家在7月4日出版的《科学》杂志上用11篇论文的篇幅报道了这次飞越带来的新发现,其中涉及了水星磁场、大气和火山活动等长期困扰天文学家的谜团。微弱磁场的来源 20世纪70年代中期,美国的水手10号探测器曾掠过水星,拍摄了45%的水星表面,使科学家对水星有了初步的了解。但这次探测发现的问题远比它解答的还要多。水星的奇异磁场就是其中最显著的问题。水手10号获得的一个完全出乎意料的发现是,水星有磁场。这是除地球之外惟一一个拥有全球性磁场的岩石行星。不过水星的磁场强度仅相当于地球磁场强度的1%,迄今为止大部分的理论模型都无法解释为何水星具有如此微弱的磁场。从理论上来说,行星只有快速旋转并拥有熔融铁核时,才能产生磁场。然而水星体积很小,大约仅为地球体积的三分之一。麻省理工学院的行星科学家玛丽亚朱伯说,一般的经验是,大行星升温和冷却比较缓慢,而小行星升温和冷却比较快。水星太小,它的铁核温度不够高。水星的内核在很久以前就应该已经冷却凝固了。水星磁场到底是熔融的铁流动产生的,还是亿万年前磁性材质留存在外壳岩石构成的化石磁场?这种局部存在的化石磁场曾经在月球和火星上被检测到。为了解开这个谜团,信使号上的磁力计测量了水星磁场,并考察了水星外壳被磁化的岩石范围。信使号传回的数据显示,水星磁场的大部分并非来自水星核的内部,而是来自其外层,并且越靠近水星表面磁场越强。而且,磁场的形状符合简单条形磁铁产生的偶极磁场。肖恩所罗门博士说:驱动磁场的能量来自于水星的外核,是由于铁质凝固下沉造成的。此外,在水星表面还观测到了复杂的磁场作用体系。对水星磁场的探测尚未深入进行。待2011年探测器进入绕水星轨道后,信使号将利用磁强计对水星磁场展开长达4个水星年(每个水星年相当于地球上的88天)的详细观测,以确定其确切的强度和其强度因位置和高度不同而发生的变化。火山塑造水星表面对于水星平原成因的争论早在1972年便已开始,当时阿波罗16号登月飞船带回了月球平原的数据。科学家认为,月球表面的平原是其他天体撞击的产物。1975年,水手10号探测器在水星表面拍摄到了与月球平原类似的构造。当时大部分科学家都认为,水星和月球表面的演化过程相似,平原是由天体撞击形成。但还有一些专家坚信,水星表面的大部分平原应为火山活动的遗迹。这种解释的理由之一是平原的颜色与远古环形山稍有不同。但由于水手10号所拍照片上的分辨率太低,无法清晰地识别表征火山活动的地形特征,所以这些平原的起因一直无法确定。现在掌握了信使号拍摄的高分辨率图片(每像素150米),科学家有把握说,火山活动在水星地质史上起了重要作用。约翰霍普金斯大学的设备科学家路易斯普罗克特说:水星有颜色分明的红色和蓝色区域。它看起来和月球并不一样。美国罗得岛州普罗维登斯布朗大学的地质学家詹姆士海德说,信使号在1月14日飞越水星时发回的图像有力地证明了火山活动在水星表面形成的过程中扮演着至关重要的角色。现在死寂的水星在30亿到40亿年前曾有过剧烈的火山活动。他说:到目前为止我们看到的一切,说明水星表面的火山活动可以上溯到太阳系历史的早期。研究者发现了卡路里盆地边缘的火山活动。直径1544公里的卡路里盆地是太阳系最大的撞击陨石坑之一,它是38亿年前的一次太空撞击的产物。信使号发回的数据显示,卡路里盆地西南边缘上的一个盾状火山周围区域呈现出与其他地方截然不同的橙色,这里可能是该盆地内部平坦平原的火山岩发源地。照片也揭示了平原中央有火山口存在,这证明平滑的岩石是熔岩喷出形成的。科学家表示,这些沉积物看起来与月球上的玄武岩类似,但是它们的含铁量非常低,代表了一种与众不同的岩石类型。这些平原的大小暗示,水星地幔里存在巨量的岩浆来源。他们在这个盾状火山内部发现一个有大量光晕环绕的肾形气孔,看起来和地球或月球上的剧烈爆发形成的晕轮相似。海德说:信使号让我们对水星上的火山活动有了全新的看法,使我们对这颗行星表面的平原形成有了更深了解,给被很多人认为是颗死行星的水星带来了新生。水星正在缩小? 冥王星已经因为个头太小被开除出行星行列了。难道水星也要步其后尘?水星目前是太阳系体积最小的行星,直径约4828公里,根据信使号传送回的数据,科学家指出,水星自形成以来,直径已缩短了约4.8公里。科学家估计,水星内部60%的空间被铁质核心占据。由于固体铁的密度比液态铁高,当水星的铁核冷却时,外表面就会向内收缩,令地壳起皱,大地出现断层就像滚烫的玻璃杯突然冷却会出现裂纹一样。水手10号首次发现了这些断层:地表似乎有从内部延伸出来的褶皱。由于光照条件好,而且拥有质量更高的照相机,信使号发现了更多的褶皱与断层。这些由突然冷却而收缩导致的地质构造表明水星原本可能是个大个子,后来才缩减为现在的小不点。科学家也发现,水星整体缩小幅度较之前估计的至少多出1/3。对此,所罗门博士评论说:这一点在太阳系中尚无先例。水星缩小的罪魁是它的铁质核心,巨大且来历不明的铁核也是水星的谜团之一。水星密度高达5.43克/立方厘米,在所有行星中仅次于地球。铁核的重量可能占整个星体质量的三分之二。这个数字大得令人吃惊,因为同为类地行星的地球、金星或火星内核质量只占星球总质量的三分之一。天文学家猜测,水星早期可能遭受过某个相当于其一半体积的天体撞击,致使原始水星的岩石地幔熔化,并被抛掉。只有密实的铁核才幸免于难。不过也有不同解释:在太阳系形成的早期,高密度物质被太阳吸引,炽热且难熔的物质聚集于此,最后凝结为水星。2006年瑞士伯尔尼大学的科学家曾通过计算机模拟实验推断出,水星的原始质量是其现在的2.25倍。由于在45亿年前经受了一次体积有其一半的巨型小行星的撞击,构成原始水星的近一半物质(主要成份为硅酸盐)经过撞击后都流失到了太阳系其他地方。两个关于水星起源的理论哪个更正确还有待时间检验。三年后,信使号上的仪器将利用多普勒效应测量航天器绕水星运行时速度的微小变化,从而推算外壳厚度的变化,并绘制水星表面质量分布图。美国约翰霍普金斯大学拉尔夫马科奈特教授认为:水星是我们揭秘太阳系的关键。如果人类能解释水星是如何形成的,也就能依此类推出其他类地星球如金星、火星、月球的形成过程。信使的使命 2004年信使号踏上征程时,美国宇航局太阳系探测任务主任奥兰多菲格诺对媒体说:现在距我们上次拜访水星已有三十年的时间。我们一直盼望着这样一次旅行。在水手10号探查水星时,航天工程师还不知道如何利用有限的燃料把探测器送入环绕水星的轨道。20世纪80年代中期,来自中国台湾的女科学家陈婉仁为喷气推进实验室设计了一条复杂的飞行路线,使得探测器能借助多次飞越金星和水星得到引力辅助,实现用较少燃料进入水星轨道的目的。这条轨道催生了新的探测水星计划。然而1986年挑战者号航天飞机失事,美国所有深空探测计划都被迫暂停。直到20世纪90年代中后期,探测水星才再次列入日程。信使(MESSENGER)水星探测器是美国宇航局发现系列空间探测计划的第7项任务。MESSENGER是水星表面、空间环境、地质化学和测距的首字母缩写。恰巧水星在罗马神话中是众神的信使。这个名字可谓语意双关。这个耗资4.46亿美元的探测器由美国宇航局委托约翰霍普金斯大学建造,上面搭载了8种先进科学仪器,1.2吨的质量中有55%是变轨机动所需的燃料,四百多摄氏度的高温曾令工程师在设计飞船温控系统时大费脑筋。飞船在太空遨游79亿公里后,将在2011年3月进入环水星轨道。此前它会3次飞越水星,一点点揭开它的面纱。今年1月的匆匆一瞥已经带给科学家太多的惊喜,让他们对未来的发现充满期待。信使号任务的科学组成员罗伯特斯特鲁姆是经历过水手10号任务的元老,他说:在信使飞越水星前,我激动得无法入睡。为了这一刻,我已经等了30年。这次飞越没有让大家失望。图片质量之高让我感到吃惊。它逐渐让我意识到,我们正在研究一颗全新的行星。本文发表于《南方周末》20080717 又：信使号飞船在10月6日飞越水星时，发回1287张新图片，展示了近三分之一以前从没看到过的水星表面。从这些照片可以看出，水星的西半球比东半球平坦30%。转载原创文章请注明，转载自：科学松鼠会本文链接: http://songshuhui.net/archives/3667.html; 个人分类: 天文|1406 次阅读|0 个评论

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标签: 太阳系

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