太陽系的陰暗面-探索宇宙行星

如果您想了解構成我們太陽系的華麗物體（從微弱的濺射彗星到巨大的環狀行星），您可以先沉浸在充滿科學文獻的技術術語中。扁圓形。Grabens。磁層。揮發物。一定要儘量傾斜。這是非常有益的。但是，如果您的目標是要在這個周圍充滿陽光的多彩社區中建立一個更直觀的感覺，則可以使用從藝術世界中提取的一個字來開始速度訓練課程：chiaroscuro。

文藝復興時期的藝術家創造了這個詞來描述一種新穎的美學，它是由繪畫的明亮和暗淡部分之間的極端對比所定義的。Chiaroscuro（義大利語為「淺色」）使帆布具有廣闊的三維感和情感神秘感。對於包括萊昂納多（Leonardo），倫勃朗（Rembrandt）和維米爾（Vermeer）在內的那些擁抱它的藝術家，這種新穎的方法也與中世紀堅硬，扁平的風格形成了鮮明的突破。但是，對於天空觀察者來說，明暗對比只是對他們的前任早在數千年前就發現的自然真理的一種極其遲來的認識。天堂的運作是通過明暗對比形成的。

太陽系中最華麗的日食從地球上看不到。

儘管光似乎是天空中的主要元素，但黑暗通常包含最有力的教訓。黑暗定義了最令人敬畏和最害怕的佔星事件，日全食，並激發了科學史上一些最偉大的進步。中國的佔星家開始製作至少可以追溯到公元前2000年的日食書面記錄。到了公元前六世紀，巴比倫人制定了一套精密的日曆，使他們能夠以極高的準確性預測日食。

在現代，日食導致人們發現了氦元素和太陽上的猛烈噴發。1919年，日食的陰影使研究人員首次證實了愛因斯坦的廣義相對論。即使在今天，明暗對比仍然是發現和理解的強大工具。即使在今天，明暗對比仍然是發現和理解的強大工具。在整個太陽系中，黑暗暴露出了只有光才能掩蓋的秘密位置：月亮掉落，彗星誕生，外星生命可能在冰封的海洋中遊蕩的非凡之處。

火星上的斑點太陽

日食並非地球獨有。在任何月亮與太陽對齊的世界上，它們都是可能的。火星上有兩個這樣的衛星，火衛一和狄莫斯。兩者都很小-直徑更大的鳳凰號直徑14英裡，幾乎不比曼哈頓島大-但是它們也非常接近地球。結果，從火星表面看，火衛一看起來足夠大，可以遮擋大部分太陽。火衛一也只用了7小時39分鐘就完成了一條軌道，因此它的暗影不斷在火星景觀中蔓延。

美國國家航空航天局（NASA）的核動力「機遇號」漫遊車於2013年8月20日觀測到其中一次火衛一月蝕。這些事件的發生時間有助於行星科學家監測火星衛星的運動並預測其命運。火衛一不斷向內向火星旋轉；最新的計算表明，在不到五千萬年的時間裡，它將被地球引力撕裂。然後將其遺蹟塗成環狀系統，就像土星的環狀物一樣，但更小更暗。

火衛一的塊狀形狀也可以從不規則的輪廓上看出。顯然，這不是像我們這樣的衛星，現在還沒有人知道它是如何到達那裡的。一個想法是火衛一和火衛一是火星捕獲的任性小行星。另一個原因是它們是在巨大的古老撞擊中從地球上噴出的碎片形成的。火衛一甚至可能是一種天體的鳳凰，起源於更早的月亮的殘骸，後來被撕成環，然後重新組裝。2024年，日本航天局將發起一項名為MMX（火星人探索月球）的任務，以訪問火衛一，採樣其表面，並填寫此影月的細節。

被環狀星球所蝕

太陽系中最華麗的日食從地球上看不到，但其中之一是卡西尼號太空飛行器在2004年至2017年繞土星旋轉時以點畫細節捕獲的。2012年10月17日，在探測器的第 174 個軌道上，在行星的後面直接經過，陷入了陰影。然而，並非所有事情都不是真正的黑暗。可以看到從黯淡的太陽發出的光在土星的邊緣周圍流淌，這使研究人員能夠研究地球濃密，有風的氫氦大氣的結構。

從獨特的角度來看，最偉大的視覺戲劇來自行星的環。您在這裡看到的任何東西都不會直接被太陽照亮；相反，您看到的是陽光從構成環的冰冷塊上散射。顏色表示這些塊的結構和組成，而亮度則表示它們的平均大小。顯然，它們的大小範圍從灰塵斑點到小房子大小的浮動冰山。不尋常的調色板部分歸因於這種不熟悉的照明類型，部分歸因於圖像的組成方式：卡西尼的成像相機在紅外，紅和紫光下拍攝了三張照片，然後將它們組合在一起以模擬彩色視圖。

從左下角的黑色中彈出的是兩道淡淡而有趣的光斑。它們是土星的82顆衛星中的兩顆，它們是Tethys和Enceladus。土衛二是一個不平凡的小世界，在冰層下蘊藏著深厚而溫暖的海洋。現在，天體生物學家認為它是在太陽系中尋找外星生命的最可能場所之一。光與影的另一場戲正在幫助這種努力。不久之後會更多。

被矮行星所蝕

看到土星日食是罕見的。冥王星見日食是一生一次的事件。它發生在2015年7月14日，當時NASA的「新視野」號飛船在離開太陽系的途中飛越了矮行星冥王星，並且沒有計劃再次發生。

長期以來，冥王星被認為是一個沒有空氣的惰性世界。《新視野》證明了這一點。如果冥王星是光禿禿的冰球，它將看起來像一個黑盤，幾乎看不見。豐富的藍色邊緣講述了一個截然不同的故事。儘管比地球的月球還小，並且儘管溫度徘徊在-390華氏度左右，但冥王星仍具有複雜的大氣層，由充斥著甲烷和一氧化碳的氮組成，並充滿了意想不到的藍色霧霾。仔細觀察，您會發現霧度分為數十層。使用「新視野」數據進行研究的科學家認為，霧霾是由光化學煙霧（在惡劣的天氣下與洛杉磯不同）組成的，其中包括有機化合物，例如乙烯和乙炔。微粒是如此之細，以至於它們大部分散射藍光，這與我們的天空是藍色的原因相同。

再靠近一點，您會看到朦朧的陰暗條紋。這些是冥王星上山脈的陰影-崎peak的山峰由速凍的水冰組成，並覆蓋著氮氣冰川。陰影類似於黑暗的線條，稱為黃昏射線，您經常會在周圍看到被太陽從背後照亮的雲層。只有在這種情況下，黑暗才能提供我們對冥王星冰凍地形地形的首次測量。

被一顆爆發的彗星所蝕

在太陽前經過的任何事物都會造成日食。它不必是行星或月亮。從這張名為67P / Churyumov–Gerasimenko的彗星圖像，或者對它的朋友來說只是「 67P」的彗星圖像中，彗星也可以達到目的。從2014年到2016年，歐洲航天局的羅塞塔號任務近距離研究了67P，將一枚小著陸器降落在其表面上，並獲得了迄今為止對彗星的冷而堅固的核所拍的最佳肖像。

2016年3月29日，羅塞塔從510英裡的距離處捕捉到了67P彗星的這一景象。彗星本身很小，在最長的方向上只有2.5英裡寬。嚴格來說，這不是真正的日食。太陽稍微偏向側面，而不是直接位於彗星後面。但是在這種安排下，這顆彗星幾乎是完全背光的，它的夜側朝向我們，並映襯在星空下。您會看到一滴陽光直射在彗星的頂部。但是，真正有趣的是圍繞彗星的模糊噴流和彩帶，當從後面照亮這種模糊噴流時，這些流線尤其突出。

67P彗星一生的大部分時間（數十億年）都在柯伊伯帶昏暗的黑暗中度過，柯伊伯帶是外太陽系的一個區域，遠遠超出了冥王星。在某個時候，它受到幹擾並向內朝著太陽落下。然後在1959年，不幸的是它接近了木星，這使它更加靠近。現在，它的冷凍氣體會在太陽熱下定期蒸發，釋放出塵埃雲，使噴流和彩帶可見。您在這裡看到的，是從未有過的，是彗星尾巴的過程的第一階段。彗星本身像一塊煤一樣黑。留下的大量氣體和塵土是陽光的捕獲物，使彗星在我們的天空中看起來像美麗的光芒。

柯伊伯帶中的剪影

有時，天文學家只有看到陰影后才能知道他們在看什麼。被稱為Arrokoth的神秘物體就是這種情況。它位於柯伊伯帶（也是67P彗星起源的同一區域）中距太陽40億英裡的位置，是新地平線遇到冥王星及其衛星之後的第二個目的地。

在《新視野》於2018年12月31日到達之前，我們對這個物體基本上一無所知; 哈勃太空望遠鏡只在暗處觀察到了它。在最初的太空飛行器圖像中，阿羅科斯似乎很像一個22英裡高的雪人，一個較小的球卡在了另一個較大的球上。然後一天後，飛船在加速前進時回頭看向目標，畫面變得更加複雜。

Arrokoth表現為兩片空虛的斑點，其大部分被背景恆星的光線阻擋，被兩束薄薄的新月形微弱的日光所包圍（由於長時間曝光，此處模糊不清）。顯然，這個物體不是雪人，而是兩個薄煎餅在邊緣粘在一起。以前沒有人見過這樣的東西。這樣的精緻結構只能通過同樣精緻，柔和的過程形成。地球的形成是一個劇烈的過程，以震撼的小行星撞擊和地獄大規模碰撞為標誌。Arrokoth透露，暴力並非總是解決方案。在太陽系的外圍，物體是如此之冷且移動緩慢，顯然，它們可以簡單地觸摸並粘在一起。

暮色中的間歇泉

土衛二是另一個引人入勝的身體，只有當您不直接觀察它時，它的秘密才會出現。隱藏在冰塊下的溫暖海洋很可能仍然是隱藏的和未知的，即使不是從字面上洩漏的關鍵線索來看：在這個310英裡寬的月亮的南極，裂隙噴出的間歇泉也是如此。間歇泉是微妙的特徵，在土衛二表面的直接圖像中看不到。但是當它們在空曠的空間中以剪影的形式出現時，它們會彈出，尤其是在陽光照射下。

在這張於2010年11月30日拍攝的卡西尼號影像中，多個間歇泉正朝各個方向噴湧而出。土衛二對間歇泉的陰影幫助科學家確定了間歇泉的位置和幾何形狀。觀看這些陰影在整個季節中如何變化，進一步完善了信息。對射出材料的化學分析提供了一些令人振奮的消息。除了預期的水和鹽，間歇泉還包含有機化合物。卡西尼號的儀器還檢測出了二氧化矽的存在，二氧化矽可能與海底火山中的水混合。

綜上所述，證據表明土衛二既有生命的原材料，又有潛在的能源。地球上的熱液噴口支持豐富的生態系統。但是，如果土生土長的人有生命，可能很難找到。即使在最薄的地方，冰冷的外殼也可能至少厚達一英裡，這意味著任何活著的東西都必須在漆黑的黑暗中四處遊動。

熱行星上的冷影子

關於太陽系的最驚人的發現之一就是到處都是水-只是看不到水。土衛二的海洋就是一個很好的例子（在木星的月亮歐羅巴上有一個類似的埋藏海洋，在其他幾個衛星上也很可能）。也許更令人驚訝的是，在離太陽最近的水星上發現了水冰。白天的溫度徘徊在華氏800度左右，這似乎可以排除任何水，更不用說冰了。事實證明，這個秘密正在尋找在沒有陽光的地方。

在水星的南北兩極，有數十個火山口和盆地形成了永久的陰影。由於它們不接受來自太陽的熱量，並且由於水星沒有大氣，因此這些位置保持極冷，低於零華氏溫度300多度。冰在這些溫度下可以無限期保持穩定，這可以解釋為什麼從這些區域反射回來的雷達波會反射回去，就像它們擊中了冰層一樣。

在2011年至2015年之間，美國國家航空航天局（NASA）的信使號（MESSENGER）太空飛行器繪製了永久性黑暗坑的地圖，並確認它們與雷達回波圖相匹配。MESSENGER的地形測量結果還顯示，陰影的環形山似乎包含厚而傾斜的沉積物，可能是水冰的堆積。類似的冰層似乎散布在我們的月球兩極，它們可以為未來的月球探險者提供有用的資源。

木星的紫外線發光

在過去的幾十年中，隨著天文學家開發出不僅用於觀察黑暗，而且用於觀察人眼不可見的光形式的工具，明暗對比的天文含義已經擴展。結果，熟悉的世界突然露出了陌生的面孔。木星以標誌性的，彩色的帶狀雲層和巨大的紅色斑點而聞名。但是，通過朱諾號飛船的紫外線眼睛，雲層消失了，地球上無情的極光顯示突然出現了。

藍色橢圓形表示不斷圍繞木星北極的極光環。當來自太陽的帶電粒子被木星的磁場捕獲，然後被排入大氣，在那裡它們以紫外線的形式釋放出能量時，就會產生輝光。

木星上的一切都是超大型的，其極光也不例外。極光環的寬度超過20,000英裡，大約是地球直徑的三倍。木星的磁場是如此之強，以至於它產生了與數十萬遠的衛星相連的電流。在這些電流撞擊地球的地方，他們在圖像中創建了點。當帶電粒子衝入大氣時，它們的能量高達地球上輕薄可見光極光的30倍。

金星的內熱

來自太陽的第二顆行星沒有受到尊重。美國已經有30多年沒有向維納斯派出太空飛行器了。問題的一部分是，它看起來很無聊。行星上覆蓋著永不間斷的雲層，這些雲層反射了擊中它們的光的75％。這使金星在地球的天空中明亮而美麗，但至少以任何有意義的方式都很難研究-至少只要您將自己限制在可見光範圍內即可。

日本的Akatsuki探測器目前在金星周圍運行，它以紅外輻射檢查該行星，並看到了一個完全不同的世界。在其雲層下方，金星具有濃厚的二氧化碳氣氛，是地球的90倍，產生巨大的溫室效應，將地表加熱到850華氏度。在此溫度下，表面像夜視鏡中的燈一樣發出紅外光。因此，厚木所看到的像是一幅攝影底片，所有通常的明暗概念都被顛倒了。

在此圖中，我們正在看維納斯的夜晚。照明不是來自太陽，而是來自行星及其低層大氣的紅外能量。明亮的斑塊是上層雲稀薄的區域，可讓紅外光透過。深色補丁是厚厚的高空雲區域。（橙色帶是該星球白天的曝光過度片段。）從這個角度看，金星是一個狂野，暴風雨，充滿活力的地方。金星在大小和組成上也與地球非常相似，但它卻以某種方式變成了地獄行星。這個星球可以預見我們自己的嚴峻命運。它值得仔細觀察。獎勵：月亮的光明面

在所有關於太陽系黑暗的討論中，您可能已經注意到，沒有提及月球的黑暗面。並有充分的理由：這不是真實的東西。它的每個部分都接受陽光照射，除了兩極附近極小的陰影坑口。甚至平克·弗洛伊德（Pink Floyd）都知道這一點，並輕輕地提醒聽眾，「真的沒有月亮的陰暗面。事實上，這一切都是黑暗的。使它看起來很光的唯一東西是太陽。」

為了擺脫黑暗並慶祝光明，請觀看由NASA科學可視化工作室創建的可愛動畫。它提供了另一種感知轉變，顯示了站在遠方（人們通常稱其為「暗」面）上方的人的月相狀態。讓視頻播放，讓陽光進入。