太空探索

海王星:還沒看見,就先算出了它

太陽系最遙遠的行星,一顆靠數學計算預言、再用望遠鏡找到的深藍色冰巨星。它擁有太陽系最快的風(時速超 2000 公里)和會消失的大暗斑風暴,迄今只有旅行者 2 號在 1989 年造訪過一次。

海王星:還沒看見,就先算出了它

如果把太陽縮成遠處一個很亮的小點,海王星就是那個昏暗角落裡的淡藍色巨人。它是太陽系第八顆、也是離太陽最遠的行星,直徑約 49,244 公里,接近地球的 4 倍;平均距太陽約 45 億公里,繞太陽一圈將近 165 年。這裡寒冷昏暗,卻颳著太陽系行星中速度最高的一些風。

一顆靠數學算出來的行星

海王星是唯一一顆先被"算"出來、再被看到的行星。19 世紀初,天文學家發現天王星的實際軌道總與計算對不上,懷疑它外側有未知行星在施加引力拉扯。英國的亞當斯和法國的勒維耶各自獨立算出了這顆行星的位置。1846 年 9 月 23 日,德國天文學家伽勒把望遠鏡對準勒維耶預言的天區,當晚就在偏差不到 1 度的地方找到了它。海王星因此被稱為"筆尖上發現的行星"。

冰巨星的內部結構

海王星與天王星同屬冰巨星:與木星、土星相比,它們的氫和氦更少,水、氨、甲烷等"冰"成分更多。從外向內,海王星大致分三層:最外層是以氫、氦為主、含少量甲烷的大氣,甲烷吸收紅光,讓行星呈現標誌性的藍色;中間是佔行星質量約三分之二的幔,由水、氨、甲烷在高溫高壓下形成的熾熱緻密流體構成;中心則是一個岩石與冰組成的固態核心。有科學家推測,幔中的高壓甚至可能把甲烷裡的碳壓成金剛石,下起奇特的"鑽石雨"。

海王星內部結構剖面示意:① 高層大氣與雲頂 ② 氫氦甲烷大氣層 ③ 岩石與冰核心 ④ 水-氨-甲烷冰幔
海王星內部結構剖面示意:① 高層大氣與雲頂 ② 氫氦甲烷大氣層 ③ 岩石與冰核心 ④ 水-氨-甲烷冰幔

太陽系最強的風暴

海王星接收到的陽光只有地球的約九百分之一,雲頂溫度低至零下 200 多度,卻擁有太陽系行星中最猛烈的風。旅行者 2 號實測的風速高達 2,100 公里/小時,接近音速的兩倍,遠超地球上最強的颶風;赤道附近的巨風甚至逆著行星自轉的方向吹。如此微弱的陽光為何能驅動這般狂風,至今仍是行星科學的謎題。主流解釋是,海王星內部仍在向外釋放熱量,為大氣運動注入了能量。

大暗斑:會消失的超級風暴

1989 年,旅行者 2 號在海王星南半球發現一個地球大小的暗色風暴,人稱大暗斑。它是一個巨大的反氣旋,旁邊常伴著白色的甲烷冰晶雲,附近還有一片移動飛快、被暱稱為"滑板車"的小云團。與木星大紅斑數百年的長壽不同,海王星的風暴來去匆匆:1994 年哈勃望遠鏡再度觀察時,大暗斑已經消失得無影無蹤,而其他緯度上又冒出了新的暗斑。

旅行者 2 號拍攝的大暗斑(中部偏左的深色橢圓)、白色"滑板車"雲與南半球的暗斑 2
旅行者 2 號拍攝的大暗斑(中部偏左的深色橢圓)、白色"滑板車"雲與南半球的暗斑 2

到了海王星,還能看見太陽嗎?

能。海王星收到的陽光只有地球附近的大約九百分之一,但太陽仍會是天空中最亮的天體,亮度遠勝地球夜空中的滿月。只是它看起來不再像熟悉的大圓盤,而更接近一個極亮的小點。

真正的問題是距離:無線電訊號單程就要約 4 小時,地面無法即時遙控飛船。探測器遇到故障時,必須先依靠自身程式處理,再等待地球數小時後的回應。

為什麼只有旅行者 2 號到過?

1989 年 8 月 25 日,旅行者 2 號以不到 5,000 公里的高度掠過海王星雲頂,成為迄今唯一造訪過這顆行星的探測器。這次飛掠收穫驚人:它發現了海王星黯淡的光環、相對自轉軸傾斜約 47 度的古怪磁場,還在海衛一表面拍到了噴發氮氣的冰火山。此後三十多年,再無探測器抵達。今天我們對海王星的認識,很大程度上仍來自那次短暫而寶貴的相遇。

旅行者號探測器藝術想像圖,直徑 3.7 米的高增益天線是它最醒目的標誌
旅行者號探測器藝術想像圖,直徑 3.7 米的高增益天線是它最醒目的標誌

參考資料