跨越太陽系的旅程:天王星

2020-12-26 四川觀察

海王星通常被稱「氣體巨人」,近年來又被成為「冰巨人」。天王星的「表面」實際上只是巨大的雲層的頂部,覆蓋著一層甲烷煙霧。而內部是一個微小的巖石核心,大部分由鐵和一些矽酸鹽巖石混合而成。海王星有四季,至少有27天然衛星

天王星因其主要由氫氦氣體組成而得名「氣體巨星」。但近幾十年來,由於天王星的大氣和地幔層裡有大量的冰,天文學家開始稱它為「冰凍巨星」。

(紅外光下看到的天王星。它的大氣層中有風暴在旋轉,行星被一套薄薄的環環繞著。圖片來源:NASA)

從它在1781年被William Herschel(威廉·赫舍爾)發現的時候開始,這個遙遠的世界就是一個解不開的迷。這顆行星還被提議了好幾個名字,包括以發現者名字命名的「赫舍爾」。最終,還是選擇了Uranus(發音:YOU-ruh-nuss)這個名字實際上是來自古希臘的天神烏拉諾斯,他是眾神中最偉大的神——宙斯的爺爺。

直到Voyager 2 (遠航者2號)在1986年駛過,這顆行星才被探測到。這項任務讓所有人見識到了這顆巨大的氣體世界是一個複雜的地方。

地球視角下的天王星

不想木星和土星那樣,天王星並不能用肉眼看見。最好用望遠鏡觀察,但即使這樣,它看起來也不是特別有意思。然而,行星觀察者們卻很喜歡在天空中搜尋它的蹤跡,一個很棒的桌面天文館系統或者天文學程序能夠給出方法。

(天王星在天空中是一個非常小的光點。 攝影者:Carolyn Collins Petersen)

數字下的天王星

天王星離太陽非常遙遠,在大約25億千米的軌道上運行。因為這遙遠的距離,天王星繞太陽一周需要84年時間。它的運行速度太慢以至於像赫舍爾這樣的天文學家都無法確認它是否是太陽系的一部分,它的外觀看起來也像一個不會移動的行星。但是最終,經過好幾次的觀測,赫舍爾得出結論,認為它是一顆彗星,因為它確實在移動,並且看起來有些模糊。後來觀測站表示,烏拉諾斯確實,是一顆行星。

(宇宙邊界 圖片來源:Stringer/Archive Photos/Getty Images)

儘管天王星的組成大多數是氣體和冰,但其組成物質的絕對總數使得這顆行星十分的巨大:質量大約是地球的14.5倍,赤道周長大約為116.059萬千米,是太陽系第三大行星。

天王星的外部

(遠航者號視角下的天王星可見光圖(左),看起來很普通。右圖是對極地地區的紫外線研究,當時是指向太陽的。這臺儀器能夠透過模糊的高層大氣,看到圍繞在行星南極地區的清晰的雲結構。)

天王星的表面其實只是它巨大雲層的頂部,被一層甲烷霧所覆蓋。是極寒之地,溫度能低至47K(相當於零下224攝氏度)。這使得天王星擁有太陽系最寒冷的大氣層。同時也是風力最大的地方,劇烈的大氣運動能夠造成巨大的風暴。

即使沒有任何大氣發生改變的可視化的線索,天王星也的確擁有四季和天氣。只是它們和其他任何一處地方的都不一樣,它們更長。天文學家已經觀察到了行星周圍雲層的變化,特別是兩極地區。

為什麼天王星的季節會不同呢?是因為天王星繞日旋轉,它的軸線傾角剛好超過了97°。在一年之中,極地地區被太陽照耀著氣溫較暖,而赤道地區則背對著太陽。在天王星年的其他時間裡,極地地區背對著太陽而赤道地區被照耀著。

這個詭異的傾角就表明在很久以前天王星上發生了非常糟的事情。對於兩極被翻倒最像的解釋是幾百萬年前與另一個世界的毀滅性碰撞。

天王星的內部

就如它鄰裡的其他氣體巨星一樣,天王星由幾種氣體表層組成。最上面一層大多數是甲烷和冰,大氣層的主體大部分是氫氣氦氣和甲烷冰。

外層的大氣和雲層遮住了地幔層。它主要由水,氨和甲烷組成,這些物質大部分以冰的形式存在。它們圍繞著一個微小的巖石核心,大部分是由鐵和矽酸鹽巖石混合而成。

(像其他氣態巨星一樣,天王星大部分是不同形式的氫和氦,有一個巖石核心和厚厚的外部大氣層。圖片來源:NASA/Wolfman/Wikimedia Commons)

天王星及其附屬的環和衛星

天王星被一個由黑色顆粒組成的薄環圍繞著,它們很難被看見,直到1977年才被發現。行星科學家選擇了高海拔天文臺Kuiper Airborne Observatory(KAO,柯伊伯機載天文臺)中的一個特殊的望遠鏡來研究行星的外大氣層。天王星環很幸運的被發現了,環的數據對遠航者任務計劃——在1979年發射雙子太空飛船起到了很大的幫助。

天王星環是由冰塊和塵埃組成的,這些東西看起來很像前衛星的一部分。在遙遠的過去發生過一些事情,很有可能是碰撞。環的顆粒則是環繞的衛星留下的。

天王星擁有至少27顆自然衛星。其中一些衛星的環繞軌道在環系統內部,其他的則在環外更遠的地方。最大的幾顆衛星叫Ariel, Miranda, Oberon, Titania 和 Umbriel。它們都是以威廉·莎士比亞和亞歷山大·蒲伯筆下的角色名字命名的。有趣的是,這些小行星們如果不是繞著天王星旋轉的話,都能夠被當作矮行星

天王星的探索

(藝術家設想的天王星的樣子就像1986年遠航者號飛過時的樣子 圖片來源:Historical / Getty Images)

行星科學家們仍然在地面或者使用哈勃望遠鏡研究著天王星,目前天王星最好最細緻的圖像來自於Voyager 2 spacecraft.(遠航者2號),它在1986年前往海王星時飛過天王星。觀測者們用哈勃望遠鏡研究學習大氣層的變化情況,並且觀察到了天王星極低出現的極光。這段時間沒有對這顆行星的更多研究任務。未來某一天或許會有一個探測器進入到這個遙遠世界的軌道上,給科學家一個機會來長期研究行星大氣層,環和衛星。

相關焦點

  • 八大行星之天王星
    天王星,為太陽系八大行星之一,是太陽系由內向外的第七顆行星,其體積在太陽系中排名第三,質量排名第四,幾乎橫躺著圍繞太陽公轉。
  • 太陽系大氣層最冷的行星——天王星
    天王星距離地球大約26億公裡,從地球上是看不到天王星的,這裡長期不為人所知,天王星附近就像是深海潛遊,我們在這裡開始感受到自身的渺小與孤單,它的光環就像是被某顆迷失的行星撞到了一般。天王星的大氣層含有較高比例的氨和甲烷,由於距離太陽太遙遠,溫度過低,氨和甲烷只能以液體存在,天王星是太陽系大氣層最冷的行星,它的內部則是由冰和巖石構成。天王星有一個暗淡的 行星環系統,由直徑約十米的黑暗粒狀物組成。他是繼 土星環之後,在太陽系內發現的第二個環系統。天王星的光環像木星的光環一樣暗,但又像土星的光環那樣有相當大的直徑。
  • 太陽系八大行星之最:天王星和海王星
    太陽系八大行星之最:天王星和海王星一、天王星最低溫度:天王星是太陽系內天王星為何如此低溫在科學界還沒有定論,不過有兩點是肯定的,一是因為其與太陽距離很遠,而是其內部釋放的熱量也非常少。「躺著」自轉:天王星的自轉軸傾斜的角度高達98°,就好像躺在軌道上公轉一樣,是天王星最顯著的特徵,這使他的季節變化完全不同於其他的行星。關於自轉軸異常傾斜的原因,科學家們猜想是在當初太陽系形成的時候,天王星受到一顆地球大小的行星而造成的指向歪斜。
  • 為什麼天王星是太陽系最冷的行星?它是被「撞翻」的嗎?
    但是相對於那些看不見邊際的欲宇宙,我們了解做多的還是我們生存的星系——太陽系。而在太陽系中除了絕對的「主角」——太陽,我們最了解的就是太陽系中的八大行星了。存在於太陽系中的八大行星各有各的特色,比如金星雖然是太陽系中距離太陽第二近的行星,但是確實太陽系中最熱的行星,而位於第三的地球則是整個太陽系中唯一一個生存著大量生命的星球,木星是太陽系中體積最大的行星,因此擁有的衛星也是太陽系中最多的行星。
  • 天王星 太陽系最寒冷的行星 不僅反著自轉,而且躺著公轉
    天王星 是從太陽系由內向外的第七顆行星,距離太陽的平均距離為19.2個天文單位,公轉一周84年。體積僅次於木星和土星,在太陽系中排名第三,約是地球的63倍。質量排名第四(小於海王星),約是地球的14.5倍。
  • 天衛三「泰坦尼亞」:天王星最大的衛星,也是太陽系第八大衛星
    天王星是太陽系八大行星之一,是距離太陽第七遠的星系,在天王星之外還有一顆行星,那就是海王星。
  • 揭開天王星的神秘面紗,天王星圖像展示 - 天王星畫廊
    天王星 這是旅行者2號拍攝的天王星的照片。 第一張太陽系全家福(1990) 這是我們第一次從外部看到太陽系的合影。 凱克望遠鏡視角裡的天王星 用凱克望遠鏡自適應光學鏡頭獲得的天王星兩個半球的紅外合成圖像。 旅行者2號拍攝的彩色圖像顯示天王星呈現出新月形 這張照片顯示了一個新月形的天王星,這是人們在1986年1月24日旅行者2號飛過天王星附近之後才看到的景象。
  • 太陽系中幾乎躺著自轉的行星,天王星的自轉軸為何那麼特殊?
    很有可能是在太陽系形成之初,一顆地球質量的天體撞擊天王星,把天王星的自轉軸撞歪了。太陽系八大行星,每一顆行星都有自己標誌性的特點,比如木星是一個「氣體巨人」,金星表面平均溫度可以融化鉛;而天王星最令人矚目的特點,就是自轉軸和公轉軌道幾乎垂直,差不多是橫躺著公轉的。
  • 當你墜入天王星將會看到什麼?
    在離我們千裡之外的太陽系邊緣,天王星——太陽系的第七行星就在此處。和它的鄰居海王星一樣,天王星也被視作冰巨星,即一類與更大的木星和土星截然不同的氣態行星。天王星是目前為止最有意思的太陽系行星之一,大部分關於這個陌生世界的信息都源於旅行者2號太空飛船,在1986年完成的一次歷史性的飛躍。
  • 天衛二烏姆柏裡厄爾:太陽系第十三大衛星,也是天王星最暗的衛星
    天王星是太陽系八大行星中距離第七遠的行星,是一顆氣態行星,主要成分由氫和氦來組成,天王星在太陽系八大行星中,體積排名第三位,質量排名第四位,天王星的名字來自古希臘神話中的天空之神「烏拉諾斯」,是宙斯的祖父。
  • 天衛二烏姆柏裡厄爾:太陽系第十三大衛星,也是天王星最暗的衛星
    天王星是太陽系八大行星中距離第七遠的行星,是一顆氣態行星,主要成分由氫和氦來組成,天王星在太陽系八大行星中,體積排名第三位,質量排名第四位,天王星的名字來自古希臘神話中的天空之神「烏拉諾斯」,是宙斯的祖父。
  • 最新揭示了天王星的怪異起源:太陽系最特殊,傾斜度達到98度
    太陽系冰川巨星天王星的不同尋常屬性長期以來一直困擾著科學家,太陽系中的所有行星都以同一方向和同一平面圍繞太陽旋轉,天文學家認為這是我們太陽系是如何由氣體和塵埃旋轉圓盤形成的遺蹟。大多數行星也以相同的方向旋轉,它們的極點方向垂直於行星旋轉平面。然而,天王星在所有行星中是獨一無二的,天王星的傾斜度達到98度。
  • 太陽系最特殊,傾斜度達到98度,最新揭示了天王星的怪異起源!
    文章來自:博科園官網太陽系冰川巨星天王星的不同尋常屬性長期以來一直困擾著科學家,太陽系中的所有行星都以同一方向和同一平面圍繞太陽旋轉,天文學家認為這是我們太陽系是如何由氣體和塵埃旋轉圓盤形成的遺蹟。大多數行星也以相同的方向旋轉,它們的極點方向垂直於行星旋轉平面。
  • 太陽系中,天王星的磁場為何十分特別,科學家用了個名詞解釋
    天王星是太陽系八大行星之一,一直以來它就是最容易被忽視的那位小弟弟,在太陽系中類地行星中包括火星、水星、金星、地球,除了水星以外,都被看做是未來人類的適宜家園,當然環境是差了一點,但也不能說是絕對不可能,木星、土星都是氣態巨行星,在太陽系中都要算是比較大的,在冥王星被剔除出去以後,
  • 天衛一艾瑞爾:太陽系第十四大衛星,也是天王星最明亮的衛星
    到目前為止,太陽系總共發現了185顆衛星,其中木星的衛星數量最多,其次是土星,天王星的衛星數量排名第三,目前已知天王星的衛星有29顆,被稱為「天衛家族」。天王星第三大衛星天衛一在天王星的29顆已知衛星中,1948年之前發現的5顆天王星衛星屬於規則衛星,分別是天衛一(艾瑞爾)、天衛二(烏姆柏裡厄爾)、天衛三(泰坦尼亞)、天衛四(歐貝隆)和天衛五(米蘭達)。
  • 太陽系最臭的行星!最新研究表明天王星有「屁」的味道
    天王星是現代第一個發現的行星,它有希臘上帝的詩意名稱。在英語中,不幸的是,它是每個天文學笑話的字面意思,我擔心這個最新的發現會使事情變得更糟。天文學家發現天王星的上層大氣主要由硫化氫分子控制,硫化氫是一種聞起來像臭雞蛋的分子,經常在人的腸胃氣脹中被發現。我給你一點時間講幾個笑話。
  • 從航海家2號開始聊起,太陽系中最多秘密的行星——天王星
    天王星的直徑大小是太陽系的行星當中第3大,其質量的大小則是第4檔,他那巨大的冰層中可以放進約63個地球。從近代開始,我們用望遠鏡發現的第一個的行星就是天王星,天王星是在1781年3月13日由威廉赫歇爾發現。自古以來,人類第一次成功拓展了太陽系的界限,雖然我們可以用肉眼觀察到天王星,但古代的人只能看到他模模糊糊的影子。
  • 天王星是冷行星嗎?
    天王星是太陽系內距離太陽由近及遠排列的第七顆行星,同海王星相比,它的體積要比海王星大,而質量卻要小於海王星。它的名字來自於古希臘神話中的天空之神優拉納斯。天王星的名稱是太陽系大行星中唯一源自希臘神話而非羅馬神話的行星。
  • NASA稱:航海家2號發現天王星遭遇太陽風暴拉扯,55%大氣流失!
    美國航天總署(NASA)「航海家2號」(Voyager2)近日發送的觀測數據顯示,位於太陽系邊緣的天王星「正在漏氣中」,已經消耗55%的等離子氣泡(即「大氣」)。對此,科學家表示,雖然行星也存在「大氣層流失」的現象,但天王星的氣體洩漏量甚至比其他行星都還要來得多。
  • 天王星衛星家族:共擁有27顆衛星,有五顆位列太陽系前二十大衛星
    太陽系中的大行星總共有八顆,我們稱為八大行星,分別是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星,此外還有許多矮行星和小行星。天王星是太陽系中體積第三大,質量第四大的行星,擁有的衛星數量也位居太陽系第三位,但是天王星「衛星家族」的這些衛星個頭都不是很大。在太陽系前二十大衛星中,天王星有五顆衛星入選,分別是天衛三、天衛四、天衛二、天衛一和天衛五。