太空探索

海王星:还没看见,就先算出了它

太阳系最遥远的行星,一颗靠数学计算预言、再用望远镜找到的深蓝色冰巨星。它拥有太阳系最快的风(时速超 2000 公里)和会消失的大暗斑风暴,迄今只有旅行者 2 号在 1989 年造访过一次。

海王星:还没看见,就先算出了它

如果把太阳缩成远处一个很亮的小点,海王星就是那个昏暗角落里的淡蓝色巨人。它是太阳系第八颗、也是离太阳最远的行星,直径约 49,244 公里,接近地球的 4 倍;平均距太阳约 45 亿公里,绕太阳一圈将近 165 年。这里寒冷昏暗,却刮着太阳系行星中速度最高的一些风。

一颗靠数学算出来的行星

海王星是唯一一颗先被"算"出来、再被看到的行星。19 世纪初,天文学家发现天王星的实际轨道总与计算对不上,怀疑它外侧有未知行星在施加引力拉扯。英国的亚当斯和法国的勒维耶各自独立算出了这颗行星的位置。1846 年 9 月 23 日,德国天文学家伽勒把望远镜对准勒维耶预言的天区,当晚就在偏差不到 1 度的地方找到了它。海王星因此被称为"笔尖上发现的行星"。

冰巨星的内部结构

海王星与天王星同属冰巨星:与木星、土星相比,它们的氢和氦更少,水、氨、甲烷等"冰"成分更多。从外向内,海王星大致分三层:最外层是以氢、氦为主、含少量甲烷的大气,甲烷吸收红光,让行星呈现标志性的蓝色;中间是占行星质量约三分之二的幔,由水、氨、甲烷在高温高压下形成的炽热致密流体构成;中心则是一个岩石与冰组成的固态核心。有科学家推测,幔中的高压甚至可能把甲烷里的碳压成金刚石,下起奇特的"钻石雨"。

海王星内部结构剖面示意:① 高层大气与云顶 ② 氢氦甲烷大气层 ③ 岩石与冰核心 ④ 水-氨-甲烷冰幔
海王星内部结构剖面示意:① 高层大气与云顶 ② 氢氦甲烷大气层 ③ 岩石与冰核心 ④ 水-氨-甲烷冰幔

太阳系最强的风暴

海王星接收到的阳光只有地球的约九百分之一,云顶温度低至零下 200 多度,却拥有太阳系行星中最猛烈的风。旅行者 2 号实测的风速高达 2,100 公里/小时,接近音速的两倍,远超地球上最强的飓风;赤道附近的巨风甚至逆着行星自转的方向吹。如此微弱的阳光为何能驱动这般狂风,至今仍是行星科学的谜题。主流解释是,海王星内部仍在向外释放热量,为大气运动注入了能量。

大暗斑:会消失的超级风暴

1989 年,旅行者 2 号在海王星南半球发现一个地球大小的暗色风暴,人称大暗斑。它是一个巨大的反气旋,旁边常伴着白色的甲烷冰晶云,附近还有一片移动飞快、被昵称为"滑板车"的小云团。与木星大红斑数百年的长寿不同,海王星的风暴来去匆匆:1994 年哈勃望远镜再度观察时,大暗斑已经消失得无影无踪,而其他纬度上又冒出了新的暗斑。

旅行者 2 号拍摄的大暗斑(中部偏左的深色椭圆)、白色"滑板车"云与南半球的暗斑 2
旅行者 2 号拍摄的大暗斑(中部偏左的深色椭圆)、白色"滑板车"云与南半球的暗斑 2

到了海王星,还能看见太阳吗?

能。海王星收到的阳光只有地球附近的大约九百分之一,但太阳仍会是天空中最亮的天体,亮度远胜地球夜空中的满月。只是它看起来不再像熟悉的大圆盘,而更接近一个极亮的小点。

真正的问题是距离:无线电信号单程就要约 4 小时,地面无法实时遥控飞船。探测器遇到故障时,必须先依靠自身程序处理,再等待地球数小时后的回应。

为什么只有旅行者 2 号到过?

1989 年 8 月 25 日,旅行者 2 号以不到 5,000 公里的高度掠过海王星云顶,成为迄今唯一造访过这颗行星的探测器。这次飞掠收获惊人:它发现了海王星黯淡的光环、相对自转轴倾斜约 47 度的古怪磁场,还在海卫一表面拍到了喷发氮气的冰火山。此后三十多年,再无探测器抵达。今天我们对海王星的认识,很大程度上仍来自那次短暂而宝贵的相遇。

旅行者号探测器艺术想象图,直径 3.7 米的高增益天线是它最醒目的标志
旅行者号探测器艺术想象图,直径 3.7 米的高增益天线是它最醒目的标志

参考资料