海王星,這顆太陽系八大行星當中距離太陽最遠的,早在1846年就被發現了。為什麼叫海王星呢?其實一開始,它並不叫海王星,不同國家給起的名字也不一樣。海王星的叫法是後來才統一的。叫海王星,有人會說是因為它看起來是藍色的,像大海一樣;也有人會說是因為它的英文名來源於羅馬中的海神。其實都對,看起來像海,所以才聯想到海神。
海王星是唯一一顆完全通過數學計算而預測出的行星,而之前的行星基本都是通過有計劃的觀測而發現。海王星是八大行星中距離太陽最遠的一顆,距離太陽有30個AU(1AU等於地球到太陽的平均距離)。
由於距離太陽比較遠,海王星它的外層大氣非常冷,頂層溫度可以低到零下200度左右。然而,雖然它的氣態表面非常冷,但是它卻有著一顆幾千度的內核,不過熱量的具體來源目前仍然沒有完全搞清楚。別小看幾千度的內核,因為他給海王星帶來了一系列的令人詫異的自然現象,具體有哪些?別急,咱們慢慢說。
雖然說海王星屬於氣態巨行星,但更準確的來說它是一顆「冰巨星」,到底是氣還是冰呢?這個也是很多科普沒有解釋清楚的地方,其實和整個海王星的結構有關具體可能得先從它為什麼是藍色說起。
海王星為什麼看起來呈藍色?相信很多人都知道,這主要是因為它的外層大氣中含有甲烷;不過在這麼冷的環境下,各種氣體已經變成了冰晶了,所以它的大氣層可以認為是由冰晶顆粒組成的。這些甲烷晶體可以吸收掉波長較長的暖色光,而波長較短的冷色光則會被反射,所以我們才能看到它呈藍色。
但是天王星大氣也有甲烷,也呈藍色,為啥海王星看起來的顏色比它深呢?這個問題確實是個未解之謎,目前還沒有準確的答案。可能除了甲烷外,還有其他影響顏色的成分。
另外除了外層大氣外,海王星的整個大氣層非常厚,因此我們平時說的海王星,包括它的樣子、形狀,其實是包含了整個大氣層在內的整個部分。這和從太空看地球還不一樣,太空看地球是可以直接透過大氣層看到地殼部分,而從太空看海王星,只能看到它藍色的大氣層,這就是為什麼海王星屬於氣態巨行星。
氣態巨行星這個定義經常被理解成沒有堅實的表面的行星,然而實際上說很難明確定義行星的表面在哪裡。另外氣態巨行星也不是說它完全就是由氣體構成,比如海王星有幾千度的內核,就是固態的巖石內核。而且這個核心還不小,甚至比整個地球還要大。除了有著一顆巖石內核外,如果穿過厚厚的大氣層,慢慢進入地幔部分後,你會發現這裡是有水、氨、甲烷等物質混合而成的「冰」,不過這個「冰」要打引號,因為它並不是傳統的意義上的固態冰,而是一種高度壓縮的過熱流體。
也就是說,在海王星的冰晶狀的大氣層內,是呈液態的「地幔」,叫做「水-氨大洋」。那既然是液態,為什麼又叫冰呢?其實這只是行星學的慣例叫法。另外在靠近內核的部分可能還真的有固態冰,但是奇怪的地方在於這裡的溫度已經有幾千度了,那怎麼還會存在液態水和固態冰呢?是不是很矛盾?
其實這是因為越靠近核心的部位壓強越高,隨著壓力的上升,物質的沸點也會隨之升高。其實就是高壓鍋的原理,我們平時說水的沸點是100℃,默認指的是在一個標準大氣壓下,如果我們用高壓鍋燒水,想把水燒開就不止100℃了。科學家們在實驗室裡曾經通過400萬個大氣壓成功製成過2000℃左右的超級冰,被稱為高溫冰,是不是很神奇?
另外,根據科學家最新研究,海王星上還存在著不少的碳元素,而且碳元素在高溫高壓條件下,會形成一種單質晶體金剛石,也就是我們說的鑽石,而這些鑽石由於海王星內部的高溫高壓環境,一部分會被液化。也就是說在海王星的地幔部分,除了剛才說的「水-氨大洋」外,可能還存在著液態的鑽石「海洋」,在海洋之上可能還漂浮著像冰山一樣的巨大鑽石,甚至可能還會下起鑽石雨。
當然這些都只是理論推測,實際上是不是這樣,只能通過探測器實地的去看一看。不過還不能像普通的探測器那樣,只在外面繞一圈,必須得想辦法進入它的大氣層,甚至到達它的地幔部位才行,這個條件實在是太苛刻了。截至目前,人類的探測器還只有1989年的「旅行者2號」到達過海王星附近,之後就再也沒有探測器到達過這了。
海王星除了特殊的地質結構外,還擁有太陽系中最強的風暴。經過探測,它大氣中的風速可以高達每小時2000公裡,差不多每秒500多米,已經遠遠超過音速了。相比之下,地球上的颱風什麼的簡直弱爆。所以普通的探測器別說穿過去了,估計直接就成碎片。而且海王星上的風是零下200多度的寒風,比液氮還冷,所以想想有多可怕。這麼強勁的風暴,能量可能也是來源於它熾熱的內核。
另外海王星的磁場也很奇怪,它的磁軸和自轉軸偏了有47度;相對來說地球只偏了11度左右。目前認為很可能和剛才說的「水-氨大洋」有關。海王星已知的天然衛星有14顆,其中比較出名的是海衛1,也是裡面最大的一個,大小差不多和冥王星相當。
但是與其他的大型衛星不同,海衛1處於逆行軌道,也就是說它繞海王星公轉的方向和海王星自轉的方向是相反的,這說明它應該是被海王星俘獲的。因為它離柯伊伯帶比較近,所以猜測海衛一之前很可能是一個柯伊伯帶的天體。
最後,其實和土星一樣,木星、天王星、海王星它們都有行星環,只不過像海王星這種很不起眼,幾乎看不到,所以就不多說了。好了,關於海王星就講到這兒了,喜歡的別忘記點關注喔。