海王星

海王星 海王星是远日行星之一，按照同太阳的平均距离由近及远排列，为第八颗行星。它的亮度仅为7.85等，只有在天文望远镜里才能看到它。由于它那荧荧的淡蓝色光，所以西方人用罗马神话中的海神——“尼普顿”的名字来称呼它。在中文里，把它译为海王星。 展开 展开 大气标高：19.7±0.6 km 冰：氨、水、氨硫化氢（NH4SH）、甲烷（CH4） 海王星在1846年9月23日被发现，是唯一利用数学预测而非有的观测发现的行星。天文学家利用天王星轨道的摄动推测出海王星的存在与可能的位置。迄今只有旅行者2号曾经在1989年8月25日拜访过海王星。在2003年，美国国家航空暨太空总署提出有如卡西尼-惠更斯计划科学水准的海王星轨道探测计划，但不使用热滋生反应提供电力的推进装置；这项计划由喷射推进实验室和加州理工学院一起完成。 海王星是太阳系八大行星中距离太阳最远的，体积是太阳系第四大，但质量排名是第三。海王星的质量大约是地球的17倍，而类似双胞胎的天王星因密度较低，质量大约是地球的14倍。海王星以罗马神话中的尼普顿（Neptunus）命名，因为尼普顿是海神，所以中文译为海王星。天文学的符号，是希腊神话的海神波塞冬使用的三叉戟。 海王星的大气层以氢和氦为主，还有微量的甲烷。在大气层中的甲烷，只是使行星呈现蓝色的一部分原因。因为海王星的蓝色比有同样份量的天王星更为鲜艳，因此应该还有其他的成分对海王星明显的颜色有所贡献。[8] 海王星有太阳系最强烈的风，测量到的时速高达2,100公里。[9] 1989年航海家2号飞掠过海王星，对南半球的大黑斑和木星的大红斑做了比较。海王星云顶的温度是－218 °C（55K），因为距离太阳最远，是太阳系最冷的地区之一。海王星核心的温度约为7,000 °C，可以和太阳的面比较，也和大多数已知的行星相似。 伽利略在1612年12月28日首度观测并描绘出海王星，1613年1月27日又再次观测，但因为观测的位置在夜空中都靠近木星（在合的位置），这两次机会伽利略都误认海王星是一颗恒星。相信是恒星，而不相信自己的发现，是因为1612年12月第一次观测的，海王星在留转向退行的位置，因为刚开始退行时的运动还十分微小，以至于伽利略的小望远镜察觉不出位置的改变。勒维耶，用数学发现海王星的人。 在1821年，Alexis Bouvard出版了天王星的轨道表，随后的观测显示出与表中的位置有越来越大的偏差，使得Bouvard假设有一个摄动体存在。在1843年约翰·柯西·亚当斯计算出会影响天王星运动的第八颗行星轨道，并将计算结果皇家天文学家乔治·艾里，他问了亚当斯一些计算上的问题，亚当斯虽然草拟了但未曾回复。在1846年，法国工艺学院的天文学教师勒维耶，在得不到同袍的支持下，以自己的热诚独立完成了海王星位置的推算。但是，在同一年，约翰·赫歇耳也开始拥护以数学的方法去搜寻行星，并说服詹姆斯·查理士着手进行。 在多次耽搁之后，查理士在1846年7月勉强开始了搜寻的工作；而在同时，勒维耶也说服了柏林天文台的约翰·格弗里恩·伽勒搜寻行星。当时仍是柏林天文台的学生达赫斯特（Heinrich d'Arrest）表示正好完成了勒维耶预测天区的最新星图，可以做为寻找新行星时与恒星比对的参考图。在1846年9月23日晚间，海王星被发现了，与勒维耶预测的位置相距不到1°，但与亚当斯预测的位置相差10°。事后，查理士发现他在8月时已经两度观测到海王星，但因为对这件工作漫不经心而未曾进一步的核对。 由于有民族优越感和民族主义的作祟，使得这项发现在英法两国余波荡漾，国际间的舆论最终迫使勒维耶接受亚当斯也是共同的发现者。然而，在1998年，史学家才得以重新检视天文学家Olin Eggen遗产中的海王星文件（来自格林威治天文台的历史文件，明显是被Olin Eggen窃取近卅年，在他逝世之后才得重见天日），在检视过这些文件之后，有些史学家认为亚当斯不应该得到如同勒维耶的殊荣。 发现之后的一段时间，海王星不是被称为天王星外的行星就是勒维耶的行星。伽雷是第一位建议取名的人，他建议的名称是Janus（罗马神话中看守门户的双面神）。在英国，查理士将之命名为Oceanus；在法国，Arago建议称为勒维耶，以回应法国之外强烈的抗议声浪。法国天文年历当时以赫歇耳称呼天王星，相对于以勒维耶称呼这颗新发现的行星。同时，在分开和独立的场合，亚当斯建议修改天王星的名称为乔治，而勒维耶经由经度委员会建议以Neptune（海王星）作为新行星的名字。Struve 在1846年12月29日于圣彼得堡科学院挺身而出支持勒维耶建议的名称。 很快的，海王星成为国际上被接受的新名称。在罗马神话中的Neptune等同于希腊神话的Poseidon，都是海神，因此中文翻译成海王星。新发现的行星遵循了行星以神话中的众神为名的原则，而除了天王星之外，都是在远古时代就被命名的。中文的海王星翻译回英文是sea king star，在韩文、日文和越南文的汉字表示法都是海王星。在印度，这颗行星的名称是Varuna（Devanāgarī），也是印度神话中的海神，与希腊-罗马神话中的Poseidon/Neptune意义是相同的。 外观成分 海王星外观为蓝色，原因是其大气层中的甲烷。海王星大气层85%是氢气，13%是氦气，2%是甲烷，除此之外还有少量氨气。 海王星可能有一个固态的核，其表面可能覆盖有一层冰。外面的大气层可能分层。海王星表面温度为摄氏-218度，表面风速可达每小时2000公里。 此外，海王星有磁场和极光。还有因甲烷受太阳照射而产生的烟雾。 大气层 在高海拔处，海王星的大气层80%是氢和19%是氦，也存在着微量的甲烷。主要的吸收带出现在600纳米以上波长的红色和红外线的光谱位置。与天王星比较，它的吸收是大气层的甲烷部分，使海王星呈现蓝色的色调， 虽然海王星活泼的淡青色不同于天王星柔和的青色，由于海王星大气中的甲烷含量类似于天王星，一些未知的大气成分被认为有助于海王星的颜色。 海王星的大气层可以细分为两个主要的区域：低层的对流层，该处的温度随高度降低；和平流层，该处的温度随着高度增加。两层之间的边界，对流层出现在气压为0.1帕 (100kPa)处。平流层在气压低于10至 10微帕 (1-10Pa) 处成为热成层，热成层逐渐过渡为散逸层。 海王星高层的云会曾经被观察到在低层云的顶部形成阴影，高层的云也会在相同的纬度上环绕着行星运转。这些环带的宽度大约在50公里至150公里，并且在低层云顶之上50公里至110公里。 海王星的光谱建议平流层的低层是朦胧的，这是因为紫外线造成甲烷光解的产物，例如乙烷和乙炔，凝结。平流层也是微量的一氧化硫和氰化氢的来源。海王星的平流层因为碳氢化合物的浓度较高，也比天王星的温暖。 这颗行星的热成层有着大约750K的异常高温，其原因至今还不清楚。要从太阳来的紫外线辐射获得热量，对这颗行星来说与太阳的距离是太遥远了。一个候选的加热机制是行星的磁场与离子的交互作用；另一个候选者是来自内部的重力波在大气层中的消耗。热成层包含可以察觉到的二氧化碳和水，其来源可能来自外部，例如流星体和尘埃。 磁层 海王星有着与天王星类似的磁层，它的磁场相对自转轴有着高达47°的倾斜，并且偏离核心至少0.55 半径，或是偏离物理上的中心13,500 公里。在航海家2号抵达海王星之前，天王星的磁层倾斜假设是因为它躺着自转的结果，但是，比较这两颗行星的磁场，科学家现在认为这种极端的指向是行星内部流体的特征。这个区域也许是一层导电体液体（可能是氨、甲烷和水的混合体）形成的对流层流体运动，造成发电机的活动。 磁场的偶极成分在海王星的磁赤道大约是14 microteslas（0.14 G）。海王星的偶磁矩大约是2.2 × 10 T·m（14 μT·R，此处R是海王星的半径）。海王星的磁场因为非偶极成分，包括强度可能超过磁偶极矩的强大四极矩，组合有很大的贡献，因此在几何结构上非常的复杂。相较之下，地球、木星和土星的四极矩都非常小，并且相对于自转轴的倾角也都不大。海王星巨大的四极矩也许是发电机偏离行星的中心和几何强制性的结果 。 海王星的弓形震波，在那儿磁层开始减缓太阳风的速度，发生在距离行星34.9行星半径之处。磁层顶，磁层的压力抵销太阳风的地方，位于23-26.5倍海王星半径之处，磁尾至少延伸至72倍的海王星半径，并且还会伸展至更远。 行星环 这颗蓝色行星有着暗淡的天蓝色圆环，但与土星比起来相去甚远。当这些环由以爱德华·奎南为首的团队发现时，曾被认为也许是不完整的。然而，“旅行者2号”的发现表明并非如此。 这些行星环有一个特别的“堆状”结构 其起因目前不明，但也许可以归结于附近轨道上的小卫星的引力相互作用。认为海王星环不完整的证据首次出现在80年代中期，当时观测到海王星在掩星前后出现了偶尔的额外“闪光”。旅行者2号在1989年拍摄的图像发现了这个包含几个微弱圆环的行星环系统，从而解决了这个问题。最外层的圆环，亚当斯，包含三段显著的弧，现在名为“Liberté”，“Egalité”和“Fraternité”（自由、平等、博爱）。 弧的存在非常难于理解，因为运动定律预示弧应在不长的时间内变成分布一致的圆环。目前认为环内侧的卫星海卫六的引力作用束缚了弧的运动。 “旅行者”的照相机发现了其他几个环。除了狭窄的、距海王星中心63,000千米的亚当斯环之外， 勒维耶环距中心53,000千米，更宽、更暗的伽勒环距中心42,000千米。勒维耶环外侧的暗淡圆环被命名为拉塞尔; 再往外是距中心57,000千米的Arago环。 2005年新发表的在地球上观察的结果表明，海王星的环比原先以为的更不稳定。凯克天文台在2002年和2003年拍摄的图像显示，与"旅行者2号"拍摄时相比，海王星环发生了显著的退化，特别是“自由弧”，也许在一个世纪左右就会消失。