被误以为是恒星长达1900年，风暴、诡异磁场与钻石雨，揭秘天王星
文摘
科学
2024-10-29 18:56
山东
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天王星一提到天王星，我们就会想起它那奇特的公转方式——躺转。天王星的自转轴倾角高达 98.77°，这使得天王星的赤道面与轨道面近乎垂直，就像是躺着绕太阳公转一样。天王星为什么会躺着转？其实天王星不可思议的地方还有很多。让我们一起走进这颗神秘的太阳系第七大行星，去看看它还有哪些奇特之处。天王星是太阳系八大行星中的第七颗，距离太阳约 28.7 亿公里，直径为 50724 公里。它的体积是地球的 63 倍，在太阳系中仅次于木星和土星排名第三；质量大约是地球的 14.5 倍，在太阳系八大行星中位居第四。![]()
天王星和海王星通常天文学家把天王星和海王星视为太阳系中的一对双胞胎，它们有很多相似之处，都含有相对大量的甲烷冰和水冰。科学家推测天王星内部可能有一个体积跟地球大小相当的内核，内核外面是由各种冰物质组成的地幔层，地幔层中的冰物质不是常见的水冰，而是由水、甲烷、氨组成的一种热而且稠密的导电流体，被称为水 - 氨海洋。地幔层之上是由氢、氦以及少量甲烷组成的大气层。天王星和海王星的构成与木星和土星大不相同，因此天文学家又称它们为冰巨星。说出来你可能不信，我们总以为天上肉眼可见的行星只有金木水火土这 5 颗，其实不然，天王星也是肉眼可见的。天王星的视星等为 5.38 至 6.03，基本上是人类肉眼观测的极限。在天王星正式被确认为行星之前，它已被多次观测到。早在公元前 128 年，古希腊天文学家希帕恰斯就标记出了天狼星的方位。在此后两百年，大天文学家托勒密也把它编入了自己的星表中。到了 17 世纪 90 年代，英国的天文学家约翰·弗拉姆斯蒂德也看到了它好几次。只可惜由于天王星移动速度缓慢，这些人都错误地把它当成了一颗暗淡的恒星，与太阳系第七大行星的发现者失之交臂。 ![]()
天王星的发现者威廉·赫歇尔有趣的是，虽然天王星是肉眼可见的，但它却是第一颗使用望远镜发现的行星。1781 年，英国天文学家威廉·赫歇尔用望远镜观测天空时，发现了天王星的不同之处，从而确认了它是一颗行星。更有意思的是，天王星的发现者威廉·赫歇尔原本是一个音乐家。他出身于德国音乐世家，16 岁进入德国汉诺威军团演奏双簧管。两年后，德国和法国发生战争，他所在的汉诺威军团吃了败仗，威廉·赫歇尔为了活命当了逃兵跑到英国。跑到英国的威廉赫歇尔在以音乐谋生的同时也学起了制作天文望远镜。1781 年，他用自己制作的天文望远镜发现了天王星，从一名音乐家变成了天文学家。![]()
天王星天王星距离太阳 28.7 亿公里之遥，到目前为止只有旅行者 2 号探测器到过那里。虽然天王星不是离太阳最远的行星，但却是太阳系中最冷的行星，探测器测得天王星对流层层顶的最低温度只有零下 220℃，甚至比更远的海王星还要寒冷。天王星有着绿松石一般美丽的蓝绿色，这跟它的大气成分有关。天王星的大气主要由 83%的氢气、15%的氦气以及 2%的甲烷组成。大气层中的甲烷分子会吸收太阳光线中较红的部分，而蓝色的光线则会被大气层反射出去，于是天王星便呈现出特有的蓝色。![]()
天王星我们发现天王星蓝绿色的表面似乎异常平静，其实天王星上也有跟木星那样的风暴带，风暴带风速能达到 900 公里/小时。在天王星的赤道上，风向与天王星自转方向相反，而在靠近两极的地方，风又与天王星自转同方向。旅行者 2 号探测器发现天王星的磁场非常奇怪。我们知道地球有地理南北两极，也有地磁两极，地球的地理两极和地磁两极不重合，两者之间存在大概 11°的夹角。虽然如此，地球的自转轴和地磁轴的交点位于地球正中心。在太阳系中，除了天王星之外的所有有磁场的行星情况基本上跟地球大同小异。而天王星的磁场很诡异，磁场两极跟地理两极之间的夹角达到了惊人的 59°，而且它的自转轴跟磁轴的交点并不位于天王星正中心，而是位于离天王星正中心约三分之一天王星半径处。科学家猜测，这可能跟天王星内部的导电物质分布不均匀非对称性有关。 ![]()
天王星的磁场 天王星距离太阳十分遥远，大概需要 84 年才能绕太阳公转一周，这意味着天王星上的一年非常漫长。而天王星的自转周期比地球短一些，只需要 17.24 小时。由此可知，天王星上的一年相当于那里的 42684 天。天王星上的一年实在太漫长了。天王星完全是一个颠倒的世界。前面提到天王星是躺着围绕太阳公转的行星，它的赤道面和公转轨道面的夹角高达 97.7°，这使得天王星不同地区的昼夜变化非常极端。在南北纬 8°以外的地方，一年之中都会出现不同程度的极昼和极夜现象，且纬度越高持续时间越长。在南北极地区，太阳要么长达 42 年不落下，要么长达 42 年不升起。如果想在天王星上看日出，只有去赤道附近南北纬 8°以内的狭窄地带，在这里，太阳会紧贴着地平线在短短的八小时内快速升起和落下。![]()
天王星的公转那么在天王星那里看到的太阳还有多大、多亮呢？在天王星那里，太阳的视直径为 0.029°，只有地球上太阳视直径的 5%。很显然，天王星上的太阳就跟我们在天上看到的金星那样大小。那太阳还有多亮呢？在天王星上，太阳的视星等约为 -20.3，只有地球上的 3‰。不过这样的亮度还是非常亮的，它仍旧比满月亮 1200 倍。毕竟这里还在太阳系的地盘上，太阳照亮天王星绰绰有余。![]()
天王星内部会飘落钻石雨科学家研究认为，天王星上的甲烷有时候会发生分解，分解出的碳又在天王星内部的高温高压下形成钻石。因此，天王星的内部会下起钻石雨。想象一下，在天王星的内部，无数的钻石像雨滴一样落下，那是多么壮观且迷人的景象啊！想不想去天王星那里带一颗大钻石回来呢？ ![]()
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