太陽系行星之最(摘要)
一、大小之最
如果從太陽到各行星的距離的遠近來做比較,那么,離太陽最遠的冥王星,距太陽約59億千米,這個距離如果讓時速300千米的日本新干線列車來跑的話,約需行駛2240年,即使以光速來跑,也需5小時以上才能跑完全程。而離太陽最近的是水星,距太陽約5800萬千米,新干線列車需要行駛22年才能跑完這個距離。 我們如果將地球比喻成直徑為1厘米的“玻璃球”,按照這樣的尺度,體積最大的木星是“鉛球”,排在第二位的土星是較大的“軟式壘球”,最小的冥王星就變成“芝麻粒”了。如果按這個尺度再現太陽系的話,從居于中心的太陽(直徑約110厘米)到“玻璃球”地球的距離約為110米,到“|鉛球”木星的距離約為600米,到“芝麻粒”冥王星的距離約為4.5千米。 二、密度之最 太陽系中最致密的是平均密度為每立方厘米5.5克的地球,但如果扣除行星自身引力產生的壓縮,則密度最大的是水星,水星有一個很大的內核,其半徑可能占到水星半徑的70﹪,是地球內核的兩倍,內核的70﹪可能是由鐵組成的。想比之下,半徑最大的木星的密度只是地球密度的1/4,密度最小的土星(平均每立方厘米0.7克)。如此看來,行星體積越大其密度越小。 三、質量之最 木星比太陽系中其他所有行星的質量加在一起還要大。木星與太陽的本質區別在于木星內部不發生核聚變反應。假如木星質量達到太陽的8﹪(太陽質量約為木星的84倍),那么,在木星內部就會開始核聚變。盡管木星沒有發生核聚變反應,從其中心到半徑70﹪范圍內的氫卻仍然在超高壓下變成了“液態金屬氫”。土星內部的部分氫也在同樣的高壓下變成了液態金屬氫。 四、嚴酷環境之最 白天,水星表面溫度約為430℃,堪稱灼熱的“煉獄”,晚上卻變成-180℃的嚴寒世界。如果把太陽連續兩次從地平線上升起的時間間隔稱為一天,那么水星的一天相當于176個地球日。一天之內竟然有600℃以上的溫度變化,水星可謂環境十分嚴酷的行星。 金星表面溫度比水星還要高,達到460℃,主要由于該行星大氣層中有96﹪的二氧化碳產生的溫室效應。金星的大氣質量是地球大氣的100倍,其地表大氣壓約為90個地球大氣壓,相當于地球上900米水下的壓力。如果將我們身邊的物體置于金星地表,則強大的金星氣壓輕而易舉就會將它們壓扁。 在木星大氣層中頻繁發生雷云,其能量總和達到地球上雷云的幾千倍。冥王星是太陽系中距太陽最遠、表面溫度最低的行星,現被稱為“矮行星”,其表面溫度約為-230℃。而我們的地球目前表面平均溫度為23℃。 五、行星環之最 一般來說,木星、土星、天王星、海王星的周圍都有大小、形態各異的環。最壯觀的當屬土星。土星的環由從A到G的七個環的明亮部分和環之間被稱為“空隙”的黑暗部分組成,環的構成物質是水冰和塵埃等微粒子,其中最大的冰塊的直徑可達10米。土星環的最大寬度6.5萬千米,即便是這樣,從地球上看去依然不清楚,哪怕使用高倍望遠鏡,我們也只能確認A環、B環和C環。巨行星具有環的原因具推測,這是由它們的誕生過程決定的。原始太陽系的氣體—塵埃盤中的物質一邊繞著巨行星的中心核旋轉,一邊聚集,最后在巨行星的周圍形成環或衛星。 六、季節變化之最 季節變化最強烈的當屬火星。行星要有四季變化,先決條件是其自轉軸與公轉面之間存在某種傾角。相對于具有23.44度自轉傾角的地球來說,火星自轉軸的傾角25.19度,雖然兩者相差不大,但火星上四季的變化比地球更加劇烈。火星南半球夏季發生的大規模沙塵暴幾乎覆蓋了整個火星,每當此時,被稱為“紅色星球”的火星就變成“黃色星球”了。 另外,在火星的南北兩極,存在被稱為“極冠”的“干冰地帶”。火星極冠自冬季在各半球形成,到夏季逐漸融化,如此周而復始。在極冠的周圍,十分頻繁地出現“極云”和霧等,這在地球上也容易觀察到。 美國宇航局專家在2003年報告說,自轉軸與公轉面成27.8度傾角的海王星好像也有四季變化。如果每165年才繞太陽一周的海王星果真也有四季,那么一個季節將持續40年以上。而對土星來說,盡管具有與四季行星幾乎相同的自轉軸傾角(26.7度),卻觀察不到其表面有季節變化。 天王星的自轉軸與公轉面的夾角達到97.9度,因此被稱為“躺”著轉的行星,其表面恐怕也不存在像地球上一樣的四季。但是,如果是以從行星上看到的太陽的高度變化來定義四季,那么變化近180°的天王星或許應該有劇烈的季節變化。究竟是否如此,目前還不清楚。另外,在天王星表面的許多地區,太陽或者幾年不落,或者幾年不升,真是奇妙。順便指出,相對于其他許多行星來說,金星是反向自轉的,其最大的自轉軸傾角據說可達177.4度。金星為何會反轉?至今仍不太清楚。 七、磁場之最 木星的磁場強度比地球高10倍以上。地球的偶極磁場是由鐵等構成的地核外側部分熔化并對流產生的,而木星的偶極磁場則是由液態金屬氫構成的核對流產生的。另外,對木星等氣態巨行星而言,其高速自轉有可能進一步加大了磁場強度。 通常認為形成極光的原因是:偶極磁場被太陽風吹走;與太陽對側的磁場被拉伸成彗星形狀,這種磁場因某種原因被切斷;在被稱為“等離子體層”的區域,帶電高能粒子沿著被切磁力線流入極區,這種粒子與極區的大氣碰撞產生大規模極光。 極光除了在地球上出現外,還在木星、土星等行星上被觀察到。在木星上,人們觀察到了起因于木衛一——伊蛾的另一種極光。在火山活動十分活躍的伊蛾的赤道上,火星噴發出的硫磺氣體構成了“伊蛾環”,其中的粒子在木星的巨大磁場影響下成為流入極區的電流,與木星大氣碰撞產生新種類的極光。令人遺憾的是,木星或土星的極光無法用普通望遠鏡看清,只有用紫外線或紅外線望遠鏡,才可以看到其皇冠般的美麗景象。 八、高山之最 火星表面的奧林匹斯山是太陽系中最高的,其海拔高度為2.13萬米,其山腳的直徑約為600千米。奧林匹斯山被分類為盾形火山(外形像倒扣的盾、上升比較緩慢的火山)。地球上最高的盾形火山是夏威夷的冒納凱亞火山,但即使加上海底部分,其山腳直徑也不到8000米。 不過,在火星上不存在像地球上那樣的可以作為海拔基準的海洋。地球上以“大地水準面”(將平均海面擴大到陸地的假想平面)高度作為海拔零高度。美國“全球勘測者”火星探測器獲得的火星地形圖是以火星上的重力相等面(以赤道平均半徑=33.96萬米為基準的面)作為海拔的零高度。 基于同樣的零高度,金星上有被稱“馬克斯威爾”的最高山(平均高度約為1.1萬米),這座山不是火山,但堪稱金星第二高山的馬特山(平均高度約為8000米)被推測是火山。此外,在太陽系中活動最頻繁的火山是木衛一——伊蛾表面的火山,其能量被認為是地球火山的100倍以上。 九、依依不舍冥王星 長期以來,人們對冥王星的行星地位一直存在爭議,加之近年來在太陽系中發現了幾顆與冥王星不相上下的小行星,如果再不將冥王星逐出九大行星之列,則有必要把太陽系行星數量擴大到12顆。為此,2006年第26屆國際天文聯合大會對冥王星的“去留”做出了決定。 會上,專家對行星重新做了定義,其要點是:必須具有足夠大的質量,以使其自身引力足以克服剛體應力,從而達到流體靜力學平衡(接近球形)的形狀,這樣的星星才能稱之為行星,其他太陽系天體則被稱為小行星。據此,1990年之前發現的、在黃道面上以近圓形軌道繞日運動的八大行星被稱為“經典行星”。 至于小行星,它們集中分布在兩個區域。其中一個小行星帶位于火星與木星之間,這里有眾多的小行星。據推測,這里本應誕生一顆行星,但由于木星急劇成長,這顆行星“胚胎”受其強大引力的影響而夭折。在這個小行星帶中,最大的一顆是谷神星,直徑約為910千米,按照新定義,谷神星被稱為“矮行星”。 另一個小行星帶是柯伊伯帶。以冥王星為首的滿足行星條件的柯伊伯帶天體被稱為“類冥王星”。本來是太陽系最小行星的冥王星,現在卻成為小行星之最。也許對冥王星從行星行列中的離去我們還依依不舍,但行星的嚴謹分類應該更有利于天文學的發展
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