海王星這“一年”

張唯誠

1781年3月，威廉·赫歇耳發(fā)現(xiàn)了天王星。天王星被發(fā)現(xiàn)后，人們又發(fā)現(xiàn)它的運行與根據(jù)牛頓理論推導(dǎo)的情形并不一致，這暗示在天王星軌道附近可能還有一顆行星影響著它的運行。1846年，35歲的法國數(shù)學(xué)家勒維耶計算出了那顆假想行星所在的位置和質(zhì)量，他把計算結(jié)果告訴了他的朋友——柏林天文臺的天文學(xué)家約翰·格弗里恩·伽勒。伽勒接到計算結(jié)果后即把天文望遠(yuǎn)鏡指向了勒維耶指定的方位，果然在那里發(fā)現(xiàn)了一顆行星，這就是海王星。

從海王星被發(fā)現(xiàn)到現(xiàn)在，歲月過去了165年，這恰恰是海王星繞太陽運行一周的時間。2011年7月12日，這顆用筆尖發(fā)現(xiàn)的藍(lán)色行星又回到了165年前所在的位置，也就是說，海王星自被發(fā)現(xiàn)起剛好運行了它自己的“一年”。在海王星的這“一年”里，人類對海王星有了怎樣的認(rèn)識呢？

有一塊大黑斑

海王星是氣態(tài)行星，內(nèi)部有一個石質(zhì)內(nèi)核，外面是一層高密度的大氣，大氣的主要成分是氫、氦和甲烷。1989年，“旅行者2號”飛越海王星時發(fā)現(xiàn)了海王星上的大氣很不安定，它上面有一塊大黑斑，其直徑與地球相當(dāng)。研究表明，這塊斑點和木星上的大紅斑性質(zhì)相同，是一塊高氣壓氣旋，移動速度達(dá)每秒300米。1994年，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)海王星的大黑斑消失了；幾個月后，北半球又出現(xiàn)了新的大黑斑。在如此短暫的時間里大黑斑失而復(fù)得，可見海王星的上層大氣是動蕩不安的。

可能有過大幅位移

美國亞利桑那大學(xué)的天文學(xué)家通過計算機(jī)模型演算后認(rèn)為，海王星和天王星在太陽系中所處的位置曾經(jīng)發(fā)生過互換。這些科學(xué)家說，通過計算當(dāng)時太陽系星云的密度，他們得出海王星形成時與太陽的距離比現(xiàn)在近一半，而天王星則大致處在海王星的位置上，只是由于后來天王星和海王星的質(zhì)量發(fā)生了變化才導(dǎo)致它們交換了運行軌道?？茖W(xué)家說，在太陽系剛剛形成的6.5億萬年里，海王星與太陽的距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于天王星；但是后來，它們完全顛倒了過來。當(dāng)然，那件事發(fā)生在大約40億年前，那時太陽系剛剛形成不久，所以上述觀點很難獲得證明。

光環(huán)很奇特

1846年10月10日，即海王星被發(fā)現(xiàn)后的第17天，英國天文學(xué)家威廉·拉塞爾使用自己磨制的望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了海王星的一顆衛(wèi)星——海衛(wèi)一。拉塞爾還聲稱發(fā)現(xiàn)了海王星的環(huán)，但是人們到現(xiàn)在都不認(rèn)為拉塞爾發(fā)現(xiàn)了海王星的環(huán)，認(rèn)為那是他的錯覺，因為拉塞爾的望遠(yuǎn)鏡不可能發(fā)現(xiàn)海王星的環(huán)。

但海王星確實有光環(huán)，只是很暗淡，這些環(huán)在航天時代才被觀測到，后來多以海王星及其衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)者的名字命名，如勒維耶環(huán)、伽勒環(huán)、拉塞爾環(huán)等。海王星最外層的環(huán)叫亞當(dāng)斯環(huán)，它似乎是由密度很高的塊狀物構(gòu)成的，那些塊狀物形成了三段明顯的“弧”，人們分別為它們命名為“自由”“平等”和“博愛”?！盎　钡拇嬖诹钊速M解，因為按理說它們應(yīng)該逐漸變成分布均勻的環(huán)才對。1998年，天文學(xué)家們用哈勃太空望遠(yuǎn)鏡觀測那些“弧”時，發(fā)現(xiàn)它們與理論的預(yù)測有了一些位移，這種奇怪的運動和“弧”的成因都還是一個謎。

衛(wèi)星很“糾結(jié)”

海王星最重要的衛(wèi)星是海衛(wèi)一和海衛(wèi)二。海衛(wèi)一是一顆逆行衛(wèi)星，即它繞海王星的公轉(zhuǎn)方向和海王星自轉(zhuǎn)方向是相反的。而海衛(wèi)二的軌道也很怪異，它離海王星最遠(yuǎn)的時候，其距離為900萬千米，最近時又只有1.4萬千米，這樣的運行很有坐過山車的感覺?？茖W(xué)家解釋說，海衛(wèi)一很可能是一個雙星系統(tǒng)中的一員，來自于海王星軌道之外的柯依伯帶。當(dāng)雙星系統(tǒng)與海王星近距離相遇時，海王星的引力便破壞了它們的體系，其中的一個星體被海王星“俘獲”了，這就是海衛(wèi)一。由于雙星系統(tǒng)的殘余影響和海王星引力的共同作用，海衛(wèi)一便成了逆行衛(wèi)星。

科學(xué)家推測，當(dāng)海衛(wèi)一和它所在的雙星系統(tǒng)貿(mào)然闖入到海王星系統(tǒng)中時，它們的引力又把海衛(wèi)二彈出了正常軌道，于是海衛(wèi)二的運行狀態(tài)被改變了，才形成今天這種怪異的樣子。所以，海衛(wèi)一和海衛(wèi)二看來是兩顆很“糾結(jié)”的衛(wèi)星。

海衛(wèi)一正在經(jīng)歷“全球變暖”

科學(xué)家在1997年發(fā)現(xiàn)，海衛(wèi)一的表面溫度已從1989年“旅行者2號”造訪時的零下236攝氏度上升到了零下234攝氏度，這表明海衛(wèi)一正在經(jīng)歷著一場曠日持久的全球變暖。為什么它會變得暖和些了呢？一種觀點認(rèn)為，海衛(wèi)一正在迎接一個極端的夏天的到來，由于海衛(wèi)一的軌道和海王星的軌道之間存在著傾角，它在繞海王星公轉(zhuǎn)的過程中會有一個明顯的季節(jié)變化過程，溫度升高正是它進(jìn)入夏季的表現(xiàn)，不過這個季節(jié)的轉(zhuǎn)換過程很長，大約有好幾百年。還有一種觀點認(rèn)為，海衛(wèi)一表面的冰的構(gòu)成發(fā)生了變化，從而使它從太陽那里吸收了更多的熱量，海衛(wèi)一正在經(jīng)歷一次氣溫上升的過程。

以往人們只知道地球在遭遇全球變暖，而現(xiàn)在看來，全球變暖并不只是地球的命運。

計劃重訪海王星

科學(xué)家還認(rèn)為，海衛(wèi)一的內(nèi)部可能有一個液態(tài)的水層，就如同一個地下的海洋，原始的生命有可能存在于這樣一個地下的海洋里。2003年，有科學(xué)家提出了一個比較完備的探測海王星和海衛(wèi)一的太空計劃。他們設(shè)想建造一艘大型海王星探測飛船，其上載有三枚探測器，兩枚用于探測海王星大氣，另一枚著陸海衛(wèi)一后用于研究海衛(wèi)一的表面，其具體的著陸地點選在南北兩極地區(qū)，因為在那里有可能找到大量的水冰。假若這艘飛船能夠按計劃成行，它將于啟程十幾年后抵達(dá)海王星并釋放海衛(wèi)一著陸器。當(dāng)然，實施這樣一次太空任務(wù)需要花很多錢，估計耗資達(dá)30～40億美元。