谢选骏全集第167卷： 太阳系

 太阳系

Solar System

《宇宙朝圣》第七卷

"Cosmic Pilgrimage" Volume Seven

（另起一页）

内容提要

太阳系是人类和人造物体目前可以到达的极限，就像宇宙为人类预先划定的一个鱼缸——你们可以看到外面的世界，但是你们到达不了外面的世界。

Synopsis

The solar system is the current limit that humans and man-made objects can reach, just like a fish tank pre-delineated by the universe for humans-you can see the outside world, but you cannot reach the outside world.

（另起一页）

目录

导论1、金星的废墟

导论2、吗哪与彗星

导论3、冥王星真该打入地狱吗

导论4、人类能否再延续一千年

导论5、数字就是宇宙奥秘在人们心中的延申

导论6、水比太阳还要古老

导论7、太空旅游是宇宙朝圣的初级阶段

导论8、天文学家不解天象

导论9、天文学证实圣经天上的财宝

导论10、猥琐的人害怕孤独

001、“超级太阳系”生态不亚于地球，存在生命概率是先前预测的7倍

002、“金星生命论”未被推翻！确定大气仍有少量磷化氢

002、“金星生命论”未被推翻！确定大气仍有少量磷化氢

003、“卡西尼”报告：你的土星常识要更新

004、“旅行者号”飞出太阳系，发现了新数据，结论让人感到惊讶

005、冥王星（太阳系矮行星）

006、180亿公里，探测器在太阳系边缘受阻力，人类无法飞出太阳系？

007、300多米！没想到土卫六的海洋世界竟有如此之深的地方！

008、NASA将重返金星 探究“地狱”荒凉原因

009、Wikijunior：太阳系/水星

010、奥尔特云 

011、八大行星 

012、被冷落的信使——水星及其探索史

013、比地球体积大1300多倍的木星，原来是“虚胖”？

014、比想象的还复杂：发现土卫二内部的二氧化碳，受到海底化学控制！

015、地貌形塑方式與地球雷同 土星最大衛星有山有湖

016、地球和火星，木星和土星，由不相同的物质组成，太阳系被分割了？

017、地外行星

018、如果将地球增大6500万亿倍，地球会变成什么样子，生命还存在吗？

019、飞马座51b：引领太阳系外行星研究领域变革的行星

020、格利泽436

021、格利泽876b

022、格利泽876d

023、关于土卫六，科学家给出了5个知识点，其中最后一个最吸引人

024、还想殖民宇宙？别做梦了，人类永远无法离开太阳系

025、海王星（太阳系八大行星之一）

026、海王星：笔尖上发现的行星

027、海王星级系外行星正在快速蒸发消散

028、好奇的天文问题：土卫六的表面看起来像什么？或许有些抽象

029、花43年飞越太阳系 旅行者1号首次侦测到嗡嗡声

030、彗星（太阳系中的一类小天体）

031、彗星比我们想象的更危险

032、彗星的有机物质早于我们的太阳系

033、火卫一到海卫十三 人类有望造访的六颗卫星藏着哪些秘密

034、假如木星突然没了，地球会发生什么？物种大灭绝或许会重来多次 

035、金星（太阳系八大行星之一）

036、金星曾是地球「雙胞胎」 今成死亡星球疑是木星害的

037、金星登陆史

038、金星上发现潜在的生命迹象

039、金星上一天有多长？一项新的研究显示，它总是在变化

040、金星探测器

041、九大行星

042、卡西尼号

043、卡西尼-惠更斯号

044、卡西尼-惠更斯号13年土星之旅 人类发现了什么

045、柯伊伯带

046、科学家发现：一颗流氓行星突然闯入太阳系并永远改变了天王星

047、科学家分析观测数据发现土卫六上水冰存在的证据

048、科学家计算出金星上的一天：持续近6000个小时！相当于地球上的243天！

049、类地行星

050、罗塞塔号发现彗星水蒸气与地球海洋大不相同

051、旅行者2号：我飞出太阳系了吗？

052、每年7个：来自太阳系外的“不明飞行物”正在频繁穿越太阳系

053、美国“新视野”号探测器成功飞越太阳系边缘“天涯海角”

054、美国NASA宣布：第二个离开太阳系人造物体即将产生！

055、冥王星（太阳系矮行星）

056、冥王星，一颗曾经的行星，这才是它表面真正的样子

057、冥王星冰层表面之下可能隐藏着液态海洋

058、冥王星十大发现！“新视野”号几乎推翻了科学家的所有猜想

059、木卫二、土卫二成寻找生命“希望之星”

060、木卫二

061、木卫二：地球以外最有可能存在生命的星球 

062、木卫二被生命霸占了! 为何科学家坚信地外生命存在! 有何证据!

063、木卫二上很可能有生命，或许能达到章鱼的智力级别！

064、木卫三史上最近距离观测照片来了！木星探测器“朱诺”号传回

065、木星（太阳系八大行星之一）

066、木星：太阳系的塑造者和行星杀手

067、木星到底有多恐怖？木星能够撼动太阳，但木星的恐怖远非如此

068、木星环

069、木星究竟有多少行星环？天文学家的回答让人意外

070、木星可能保守了一个宇宙中最黑暗的秘密

071、木星在未来会成为恒星吗？

072、那颗带来诺奖的“怪”行星 刷新了我们对太阳系形成的认知

073、欧罗巴星球（木卫二）解析，是否真的会有生命存在？

074、去太阳系的小行星定居是否可行

075、人类永远无法离开太阳系，这里或许真的是高等文明的监狱

076、人类有没有可能将土星的卫星“土卫六”，改造成一个宜居星球？

077、日鞘

078、如何根据结构特征区分八大行星？

079、山海经中的“日金乌负日”与太阳黑子、神秘的水星：一个不完整的世界

081、史上最坚固金星探测器

082、水手10号，它在前往水星的探测中看到了什么？答案不同寻常

083、水星（太阳系的八大行星中最小的行星）

084、水星：冰与火的行星

085、水星上有水吗？科学家解开水星水冰形成谜团，且含量比月球还高！ 

086、水星之“最”，带你认识真正的水星！

087、它来了它来了！25年最亮的一颗彗星来了，错过再等6800年

088、太美了！盘点太阳系九大奇迹！

089、太阳（太阳系中心的恒星）

090、太阳本动

091、太阳表面温度达5500度，为什么太空还是冰冷的？这里告诉你

092、太阳风暴（自然现象） 

093、太阳系（以太阳为中心并受其引力维持运转的天体系统）

094、太阳系、银河系、本星系群、室内座超星系团、无尽的天堂超星系团

095、太阳系：最奇怪的行星系统

096、太阳系边缘有可能存在一个大行星，它或许会成为新的第九大行星 

097、太阳系里不可思议的怪现象

098、太阳系外漫游——银河系的星际地图

099、太阳系外行星

100、太阳系外行星发出射电信号？难道是地外文明？

101、太阳系外也“宜居”？科学家发现七颗类地行星

102、太阳系外有10个奇怪而神秘的行星

103、太阳系隐藏这么多秘密呢，神秘“行星X”可能使恐龙灭绝！

104、太阳系中最可能存在生命的地方之一，泰坦星Titan

105、天王星（太阳系八大行星之一）

106、天文史上的大难题，太阳系内差点有23大行星！

107、天文学家在木星轨道附近发现一位星际移民

108、土卫八是一艘废弃的飞船？图像显示，它有明显的焊接缝

109、土卫六：连通的海洋

110、土卫六“泰坦”或存在支持生命成分

111、土卫六有厚厚的大气层，也有液态海洋，可是却让科学家感到恐惧

112、土星（太阳系八大行星之一）

113、土星环

114、土星环极为美丽和壮观，知道它怎么来的吗？其实地球也有过一个

115、先驱者10号：第一个“飞离太阳系”的人造探测器，大大拓展了人类

116、太阳系边缘有可能存在一个大行星，它或许会成为新的第九大行星 

117、新视野号靠近太阳系边缘 给人类展示一个精彩的世界

118、新智彗星6000年回归一次 你可别只是看个热闹

119、行星科学

120、行星适居性

121、行星围绕两个太阳运行，你见过吗？科学家在200光年外找到答案

122、研究：木卫二等这样拥有地下海洋的星球可能比地球更适合生命生存

123、有水的金星图—令人惊叹的金星地球化图，可替代移居火星的计划

124、再见，卡西尼号：13年土星旅程迎来最后时刻

125、站在土卫六上会是什么感觉？

126、这颗卫星和地球有相似的大气层，却只有地球的1/50，可能存在生命

127、真实比例的太阳系 

128、真相：希克苏鲁伯陨石撞击地球后发生了什么

129、众所周知！金星是太阳系中最热的行星，那么它到底有多热呢？

130、最像地球的星球就在太阳系！40亿年后可供人们居住

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太阳系

Solar System

《宇宙朝圣》第七卷

"Cosmic Pilgrimage" Volume Seven

【导论1、金星的废墟】

《金星金字塔废墟》报道：

20世纪80年代，美国发射的探测器发回的照片显示金星上有大量城墟。

据人类所知，相对于火星来说，金星的自然环境要严酷得多。其表面温度高达500℃，大气中的二氧化碳占到90%以上，时常降落狂暴的具有腐蚀性的酸雨，还经常刮比地球上12级台风还要猛烈的特大热风暴。金星的周围是浓厚的云层，以致于20余年(1960～1981年)间从地球上发射的近20个探测器仍未能认清其真实面目。

但是20世纪80年代，美国发射的探测器发回的照片显示金星上有大量城墟。经分析，金星上共有城墟两万座，这些城墟建筑呈“三角锥”形金字塔状。每座城市实际上只是一座巨型金字塔，门窗皆无，可能在地下开设有出入口；这两万座巨型金字塔摆成一个很大的马车轮形状，其圆心处为大城市，呈辐射状的大道连着周围的小城市。

研究者认为，这些金字塔式的城市可以有效地避免白天的高温、夜晚的严寒以及狂风暴雨。

刚开始的时候，人们还不敢断定这就是城墟，认为可能是探测器出了问题，也可能是大气层干扰造成的海市蜃楼的幻象。但经过深入研究，人们确信这些是城市的遗迹，并推测是智能生物留下来的。不过，这些智能生物早已绝迹了。

里宾契诃夫博士在会上指出，我们渴望弄清分布在金星表面的城市是谁造的，这些城市是一个伟大的文化遗迹。这位前苏联科学家详细地介绍说：“在那些以马车轮的形状建成的城市的中间轮轴部分就是大都会。根据我们推测，那里有一个庞大的呈辐射状的公路网将其周围的一切城市连接起来。”他说：“那些城市大多都倒下或即将倒塌，这说明历史已经很悠久了。现在金星上不存在任何生物，这说明那里的生物已绝迹很久了。”

由于金星表面的环境极差，因此不具备派宇航员到那里实地调查的条件。但里宾契诃夫博士强调说将努力用无人探险飞船去看清楚那些城市的面貌，无论代价多大，都在所不惜。

表面环境极差

而在1988年，前苏联宇宙物理学家阿列克塞·普斯卡夫则宣布：金星上也存在“人面石”，这一点与火星一样。联系到金星上发现的作为警告标志的垂泪的巨型人面建筑——“人面石”，科学家推测，金星与火星是一对难兄难弟，都经历过文明毁灭的悲惨命运。科学家还说，800万年前的金星经历过地球现今的演化阶段，应该有智能生物的存在。后来，金星中的大气成分中二氧化碳越来越多，以至于温室效应越来越强烈，进而使得水蒸气散失，也最终使得金星的环境不再适合生物的生存。

迄今为止，人们在月球、金星、火星上都找到了文明活动的遗迹和疑踪，甚至在距离太阳最近的水星的表面也有一些断壁残垣被发现。地球、月球、火星、金星上都存在金字塔式的建筑。人们将这些联系起来后认为，地球并不是太阳系文明的起点，而是其终点。

倒塌的金星城市中，究竟隐藏着什么秘密呢？那个垂泪的人面塑像到底是否经历了金星文明的毁灭呢？由于这实在太令人捉摸不透了，所以只有等待人类未来的实地探测，但愿这一天能尽早到来。

金星的自然环境比起火星来要严酷得多。金星表面温度达到近500r，它的大气层中含有90r以上的二氧化碳。空气中还经常落下毁灭性的硫酸雨，特大热风暴比地球上12级台风还要猛烈数倍。从1960年到1981年以来，美苏双方共发射了近20个探测器，仍未认清浓厚云层包裹下的金星真面月。

《金星上有两万座城市废墟，800万年前可能有智能生物存在》（2018-08-07）报道：

据人类目前观测得到的信息，金星的自然环境不容乐观，表面温度可达到近500℃，它的大气层中含有90%以上的二氧化碳，空气中还经常落下毁灭性的硫酸雨，特大热风暴比地球上12级台风还要猛烈数倍。从1960年到1981年，美苏双方共发射近20个探测器，仍未认清浓厚云层包裹下的金星真面目。

1989年1月，苏联发射的一枚探测器穿过金星表面浓密的大气层用雷达扫描时，惊奇地发现金星上竟然分布有两万座城市的遗迹。

科学家经过辨认发现，这些城市遗迹摆成了一个很大的马车轮形状，其间的辐射状大道连接着中央的大城市。其中每座城市都是一座巨型金字塔，全部没有门窗，估计出入口开设在地下。科学家认为，这种金字塔式的城市可避高温、防严寒，风暴也奈何不了它。

起先，科学家们见到这些传回地球的照片，以为上面出现的城市废墟可能是大气层干扰造成的幻象，或是飞船仪器有问题。但经过深入分析后，他们发现的确是一些城市遗迹，由一种绝迹已久的智能生物留下来的。

里宾契诃夫博士在会上说：“那些城市全散布在金星表面，我们很希望知道是谁建造了它们。”这位苏联科学家具体介绍说：“那些城市皆是倒塌状态，显示出它们已建成有一段极长的日子……目前那里没有任何生物，所以保守地说，那里的生物已经绝迹很长时间了。”

联系到火星上发现的作为警告标志的垂泪的巨型人面建筑——“人面石”，科学家们不得不把金星与火星看成是一对经历过文明毁灭命运的“患难姊妹”。

有研究人员推测，金星在800万年前曾经历过地球现今的演化阶段，那个时候可能有智能生物存在。但是由于大气成分急剧变化，二氧化碳占了绝对优势，金星上的温室效应疯狂暴发，大量水源蒸发成云气或散失，导致金星的生态环境彻底改变，最终导致生命灭绝。

倒塌的金星城市中，究竟会隐藏着怎样的更加难以捉摸的秘密呢？受金星上自然条件的限制，目前人类不可能登上金星进行实地考察，这只有等待人类未来的实地探测了，但愿这一天并不遥远。

《金星上发现万年城市废墟，科学家：或毁于上古时期的星际大战》（2020-12-27 一卿）报道：

人类对于宇宙的思考，从古代到现代都没有停止，近年来自从人类知道地球只是宇宙很小很小的一部分的时候，就开始想象有外星人，地外文明，也有人叫“太空人”！对于太阳系内，很多行星都是充满神秘的，除了环境最接近地区的火星之外，就是关于金星上面的文明遗迹了，金星上有没有高智慧生物，一直都是未知的，甚至是金星上的城市废墟是不是太阳系内的生物建造的，都没有办法知道！但是科学家通过理论分析，一直都想给一个世人接受的答案和猜想！

对于金星来说，它的位置和地球在太阳系的位置其实差不多，在远古时期，金星的环境上其实也是适合生物生存的，不过如今成为一片不毛之地，在金星上面，探测器却拍到了金星上巨大的文明遗迹，里面大的建筑物像今天的高楼大夏，小的建筑物跟原始社会的茅房差不多，最少能够表明的是，这一定是智慧生物存在的证据，并且科技方面也十分发达。

而为什么金星既然诞生过高等生物文明，今天的金星却如同死星一般，死气沉沉没有丝毫生命的波动呢？其里面美国的NASA就发现了一个奇怪的现象，金星上的大气层中，其他元素的含量都没问题，唯独比较多的是二氧化碳， 我们都知道地球的温室效应，就是二氧化碳排放过多，全球变暖，恰恰金星二氧化碳是“极多”，造成金星变暖，表面温度华氏摄氏度389度的高温，能灭绝任何存在的生命细胞，蒸发水和植物。

因此，在美国的NASA在外太空发现了飞行器残骸的时候，科学家们就提出观点，太阳系一定被外来星系光顾过，而那时候的地球还没有诞生过生命，但是金星的文明已经高度发达，金星和外太阳系文明大战，各种武器在金星爆炸，产生了大量的二氧化碳，使得金星成了废墟，经过几亿甚至几十亿年的发展，很多遗迹都消失了，现在找到的文明遗迹可能就是最后的证据！

甚至关于地球上的人类起源，也有人提出过人类可能就是远古时期的金星人，而有些地球上的物种，可能是金星上的“人”带来的，对此你们认为有可能吗？一切都是等待着现在和未来的科学家们一一去证实。

《NASA公布火星地表“人面石”，为什么仰天哭泣？科学家：有些诡异》（2020-05-25 玉浊清）报道：

人类在不断的对太空进行探索的过程当中，也一直在寻找着类地星球，也就是所谓的第2家园，众所周知，社会在不断的发展的过程中，也对自然环境产生了一定的影响，并且科学家也预示，或许在未来地球已经无法承载人类的延续，因此也不得不早做打算。

在不断探索的过程当中就发现了火星，这也让科学家们感到惊喜，或许这就可以作为未来人类的第2星球。为了更好的了解这颗星球，科学家们就进行了深入的研究和探索，并捕获了大量的信息，采集了不少的图片，还发射了很多的探测器，而为此大做贡献的莫过于美国，曾经美国宇航局就发射了不少火星探测器，火星上的有关资料也是美国掌握的最多。

在众多图片当中，有一张图片流传于网络并受到了世界的瞩目，这张图片中可以清晰的看到一张哭泣的人脸，这张人脸引起了人们的重视，这到底是怎样的存在？火星上难道还有人吗？

美国公布的这张照片，可不仅仅是为了表示自己的成就，似乎背后还有深刻的道理，毕竟美国宇航局在此方面花费了大量的物力，人力和财力，也想要成为第1个踏上火星的国家，为了达到这个目标，美国自然会竭尽全力，虽然说美国透露过很多的火星上的相关事迹以及环境状态，但是最令人关注的莫过于这张酷似有人脸的照片，科学家给其起了一个火星哭泣人面的名字，这是从火星地表上发现的一张照片，当nasa捕捉到这张照片之后，便将其公布于众，这张脸非常的形象，但仔细观看就发现似乎在哭泣，其实这个哭泣人脸的东西就是石头罢了。

即便如此，仍然有很多人对此进行怀疑，觉得或许是能够证明火星上存在高级文明的一个证据，因为这张哭泣人面是仰天，从这个画面上来看，似乎在向人类发出什么信号，当然也有一些人觉得或许是天然形成的，但不管怎么看，似乎都让人觉得不可思议！虽说世界上有很多的巧合事件，但是诸多巧合联系在一起的时候，似乎就像是有人有意为之。不过具体这个“哭泣人面”到底是怎样的存在还不为人知，不知道对此你有什么样的看法呢？

谢选骏指出：如果金星火星上的人面垂泪石及其文明遗迹是真的，那就是对于人类肆意妄为的最后警告了！

《金星如何从宜居走向炼狱？》（2020年08月10日 环球科学）报道：

在金星的硫酸云之下，是一个末日般的世界：表面温度足以将金属铅熔化，压力足以碾碎重型机械。但是，这可能并不是金星的原貌。

由“麦哲伦”号（Magellan）金星探测器的数据生成的玛阿特（Maat Mont）火山图像。

撰文|香农·哈尔（Shannon Hall）翻译|董子晨曦

美国航天航空局戈达德空间研究所（NASA Goddard Institute for Sp-ace Studies）的迈克尔·韦（Michael Way）曾和同事在2016做过一项实验，他们首次利用三维气候模型模拟了早期的金星。模型显示，这里曾经的气候可能十分温和，甚至存在液态水构成的广阔海洋。众所周知，液态水是生命形成的关键条件。

如今，韦和同样就职于戈达德空间研究所的安东尼·德尔·杰尼奥（Anthony Del Genio）合作，共同提出了一套金星演化框架。这套框架基于一系列更复杂的模型，整合了多种地形特征，以及不同日照情况的组合。相关论文发表于《地球物理学研究杂志：行星》（Journal of Geophysical Research: Planets）杂志。论文给出了一种新的解释，说明了在演变为今天这种极端的“地狱模式”前，金星如何在近30亿年的历史中保持着宜居的环境。

很多科学家推测，一开始金星就处于极度干燥的状态，从未出现过液态水。在太阳系刚刚形成时（大约45亿年前），金星已经是距离太阳第二近的行星，它所接收的太阳光足以使任何气态水都消散在太空中；此外，严重的宇宙辐射也会阻碍生命的形成，就像早期地球的情况一样。韦解释说，如果没有出现其他因素缓解这些问题，“什么都无法存在”。而他和杰尼奥认为，确实可能存在一个这样的因素，这就是一片巨大的云层。这种云层是在行星演化的早期生成的。

与地球不同，金星不是每24小时自转一周，它绕自轴旋转一周需要243个地球日，极为漫长。另外，它绕太阳公转的时间也和自转时长类似，为225个地球日。因此，金星的一面长期暴露于阳光下，另一面则处于漫长的黑夜中。厚重的大气层能轻松地将热量从日间的一面传到夜晚的一面，以此维持星球的温度。但在韦和杰尼奥的模型中，向阳面出现了一片巨大的云层，它充当了阳光的防护盾，反射了入射的阳光，还将气温冷却到足以生成液态水的程度。

很多研究人员都考虑过金星一度十分宜居的想法。新发布的模型虽然也表明金星曾经十分宜居，但却并没有采用传统的理论。它还进一步展示，金星可能是经过一系列的演变，才沦为今天我们所见的熔炉。“此前关于金星的一切推断和想法，包括在天文学基础课程上教授的内容，以及写进书籍中的内容，都有可能是错的。”戴维·格林斯庞（David Grinspoon，并未参与这项研究）评论道。他是行星科学研究所天体物理学家，也是2016年发表的那篇文章的共同作者。

传统理论认为，随着太阳亮度逐渐增大，金星的表面温度也越来越高，最终无法维持稳定的液态水海洋。换句话说，太阳系中的第二颗行星逐渐被挤出了宜居带。而金星本来就处于宜居带的边缘位置。宜居带是一片允许液态水存在的区域，当然，液态水的存在也创造了有利于生命演化的条件。在韦和杰尼奥的模型中，金星向阳面覆盖的云层能为它提供强力的遮挡作用，从而维持金星表面的液态水。即便放在今天的条件下，这片云也能提供遮挡，维持液态水。这也就意味着，金星之所以变为今天的样子，可能另有原因。

两位作者提出了一种看似非常激进的机制。通过对比远古地球的情况，我们或许能更好地理解这一机制。大约在2.5亿年前，地球上的地壳出现了很深的裂痕，地下的岩浆涌出地表并向大气释放了大量二氧化碳气体。96%的海洋生物以及70%的陆生生物死于这次史上最大规模的灭绝事件。火山事件遗留的痕迹则被称为大火成岩省。

大火成岩省（large igneous provinces,缩写为LIPs）指连续的、体积庞大的由镁铁质火山岩及伴生的侵入岩所构成的岩浆建造，包括喷出的大规模溢流玄武岩和岩浆供体大型放射状岩墙群。它们在很大程度上与来自深部的地幔柱活动有关，是地幔柱岩浆活动的直接产物。

LIPs是近年来国际地学界关注的研究方向。

LIPs的含义是岩浆覆盖面积超过10万平方公里，体积超过10万立方公里的，岩浆作用的持续时间不超过50Ma的岩浆省。

最新的研究成果又将大火成岩省划分为两类：镁铁质大火成岩省（MLIPs）和长英质大火成岩省（SLIPs）。

今后研究方向包括大火成岩省的形成与地幔动力学的联系以及它与大陆增生、大陆裂解和生物绝灭的关系。此外还包括大火成岩省与成矿作用研究。在随后100万年的时间里，火山爆发吐出了至少10万立方千米的熔岩。“就单位时间内吐出的熔岩总量而言，这一事件简直像是对造物主的挑衅。”保罗·伯恩（Paul Byrne，并未参与这项研究）说，他是美国北卡罗来纳州立大学的行星地质学家。

尽管这种类型的喷发事件不止出现过一次，也造成了数次大型灭绝事件，但好在并没有多个喷发事件同时发生的情况。韦说：“这对地球上的生命而言，真是万幸。”不过，科学家认为多场巨型火山喷发事件没理由不能同时发生。如果这件事发生在金星上，释放出的二氧化碳将把这颗星球变为炎炎地狱。

这种假设充满了吸引力。“一个和我们如此类似的世界，居然是以如此具有浪漫主义的悲剧色彩毁灭的，”伯恩说，“我非常希望这种假设是真的，如果有一天我们能前往金星，就能搜寻金星上的地层，并在原本属于浅海环境的生态系统中找到化石证据。”然而，目前并没有任何证据支撑这种理论。

论文的两位作者认为，正是如此大规模的火山持续喷发，才使金星表面覆盖了大量火山岩，变成如今的模样。但美国明尼苏达大学德卢斯分校的地质学家薇琪·汉森（Vicki Hansen，并未参与这项研究）认为，“麦哲伦”号取得的观测数据并不支持这种理论，金星面貌的重塑应该不是因为一场天灾。汉森说：“数据和上述理论无法契合。我们可以识别出金星的演化存在3个不同的地质时期，如果发生过毁灭性的地表重塑事件，就不太说得通，因为这会抹掉以前所有的历史记录。”

显然，这个问题充满了争议。事实上，许多科学家认为，金星从来都不适宜生物生存。“直到探索金星的飞船返航前，我们都可以用模型来做研究。但仅仅靠模拟结果并不能论证什么，”汉森说，“我们必须对模型的结果进行验证。”

伯恩认为，应该向金星发送一支舰队，其中包括轨道飞行器、登陆器、气球、高空平台，甚至飞艇。因为金星的大气层有可能告诉我们，金星表面曾经丢失了多少水；探索金星表面则能进一步确定是否存在大量击穿地表的火山喷发事件，如果有，又是在什么时间发生的。当然，未来的任务有助于平息关于金星是否曾经宜居的争论，同时推动天文学家扩展其搜寻银河系内宜居行星的研究。

阿德里安·列那迪奇（Adrian Lenardic，并未参与这项研究）是美国莱斯大学的地球物理学家，他评论说：“如果这种情景是成立的，则说明类似金星的星球实际上存在孕育生命的潜力，我们在搜寻的过程中不能忽略它们。”

谢选骏指出：人类的存在，可能出自偶然——纯粹的运气，或者，造物主的恩典。

【导论2、吗哪与彗星】

《这颗彗星上藏有糖和酒，可以开一间“星际流动酒吧”》（2017-08-20）报道：

美国《科学新闻》此前报道称，科学家发现一颗很奇特的彗星C/2014 Q2，这颗彗星由多种复杂的有机分子构成，其中包括乙醇和单糖乙醇醛，因此它被命名为Lovejoy（“爱情喜悦”之意）。

Lovejoy来自奥尔特云，是一个包围太阳系的由冰冻碎片组成的云团。Lovejoy最接近太阳的一段时间内，人类用肉眼就能看到它，它的亮度不同寻常。

法国默东巴黎天文台的行星科学家尼古拉·比韦及其同事使用一台位于内华达山脉的射电望远镜观测这颗彗星。他们发现，这颗彗星射出21种分子，其中包括乙醇和乙醇醛。此前曾在其他彗星上发现其他19种分子，例如一氧化碳和众多有机物。

据推测，Lovejoy诞生于太阳系初期，一直存在至今，至于行星上的乙醇和乙醇醛从何而来，至今还是未知的。不少科学家推测此类彗星提供的有机分子很可能与地球生命的诞生有关系。

Lovejoy曾以超高速度掠过110 万摄氏度的太阳大气，但并未蒸发殆尽，当时它的物质抛出速度相当于每秒抛出500瓶葡萄酒。

有科学家曾提出设想，也许可以改造这类彗星，在太空中建立流动酒吧，相信如果能成果，这应该是世界上最酷炫的酒吧了，一边在无垠的宇宙中流浪，一边听着音乐喝着酒，这才是未来人向往的生活方式。

谢选骏指出：彗星的上述情况使我想起了“吗哪”——

《圣经》中的天降食物

吗哪（英语：Manna）是《圣经》中的一种天降食物。在古代以色列人出埃及时，在40年的旷野生活中，上帝赐给他们的神奇食物。

根据《出埃及记》第16章记载，吗哪出现于以色列人出埃及后第二个月的15日，当时摩西领以色列人到达以琳和西乃之间的汛的旷野没有东西吃，于是以色列人向摩西抱怨快要饿死。耶和华于是应许摩西将要赐食物予以色列人。当天晚上，耶和华开始降吗哪 给他们吃，从那一天开始，以色列民一连吃了40年，从不间断。通常会一连降六天，只是在安息日停降一日，让百姓遵守安息日，因此第六天所降的，会是双倍分量。头五天所降的，必须即日吃完，否则留到早上，便会生虫变臭；第六天所降的，则可留至第二天也不变坏。直到约书亚带领百姓过了约但河，到达迦南地，并且吃了迦南地的出产之后，才停止降下吗哪。

这是上帝所降之物，以色列人把这东西叫“吗哪”。（希伯来文，意为“这是什么？”）他们吃“吗哪”达四十年，直到进入迦南（今巴勒斯坦）境内。上帝见这里食物丰富，就不再降下“吗哪”。于是，教会中现在便惯用"吗哪"来比喻"精神食粮"，更贴切的说，应该是"灵魂的粮食"，那就是每天都要读《圣经》、祷告，作为我们一天力量的来源。而用"吃吗哪"这样的形容，可以更具体地让基督徒自省是否"每天"来支取信仰的真实力量，也提醒基督徒，上帝依然每天关心、照料我们，一如数千年前按时降下吗哪供应他的百姓一样。

形状及味道

吗哪夜间随着露水降在营中，是有如白霜的小圆物。形状彷佛芫荽子，又好像珍珠，是白色的。以色列人把吗哪收起来，或用磨推，或用臼捣，煮在锅中，又做成饼，滋味好像新油。

谢选骏指出：一般人认为吗哪只是神话传说，但是从科学发现的彗星来看，上帝是无所不能的。

《彗星上有“酒”和“糖” 这些是生命形成的基石》（2015年10月25日 新华网 胡若愚）报道：

研究人员在一颗彗星上首次发现两种复杂的有机分子，可以作为生命基本单位，为地球等行星和生命的起源提供了新依据。法国国家科学研究中心天文学家多米尼克·博克利耶－莫尔万等研究人员在２３日出版的新一期美国《科学进展》杂志上发表报告说，他们在彗星“洛夫乔伊”(Lovejoy)观测到普通酒精和一种名为乙醇醛的单糖，“这些复杂有机分子可能是形成行星的岩石物质的一部分”。“洛夫乔伊”是到地球“串门”最活跃的彗星之一，科研人员因而对其特别有兴趣。许多科学家认为，糖、氨基酸、肽、核苷酸等复杂分子是生命形成的基石，而地球上的这些分子很可能来自彗星与地球“擦肩而过”或撞击时留下的物质。科学家先前在彗星上发现过有机分子，比如欧洲航天局彗星着陆器“菲莱”今年早些时候在彗星“丘留莫夫－格拉西缅科”表面尘埃中发现多种有机化合物，其中４种先前从未在彗星上发现过。博克利耶－莫尔万说，尽管最新发现不会终结关于生命是否来源于彗星的辩论，但为人类认识行星和生命起源提供了新知识，有利于理解生命在地球诞生所需要的条件。博克利耶－莫尔万等人的研究是通过西班牙内华达山脉射电天文台的３０米口径射电望远镜进行的，在今年１月“洛夫乔伊”彗星最亮、散发物质最多时进行了观测。

谢选骏指出：看来，吗哪不仅是神迹的粮食，而且是生命的基础。

【导论3、冥王星真该打入地狱吗】

《“死亡之星”冥王星，它为何被剥夺了行星之名？只因太可怕？》（2021-01-23 科学探索）报道：

冥王星发现于1930年，位于海王星之外。起初人类对冥王星知之甚少，所以冥王星一直被认为是一颗行星。现在冥王星早已经被剥夺了行星之名，降级为矮行星。

冥王星离太阳非常遥远，太阳光到达地球需要8分多钟，而阳光到达冥王星大约需要5.5小时。如果你从冥王星上瞭望太阳，那么太阳就只是夜空中最亮最大的一颗星星。由于缺少阳光的滋润，冥王星上异常寒冷，几乎不可能有生命存在，所以可以称之为“死亡之星”。

科学家将冥王星踢出九大行星行列，从此太阳系只剩八大行星。是因为其太恐怖，太可怕，所以才将它降级吗？显然，科学家并不会这么随便。

在太阳系八大行星中，每一个都独具特点。地球是宇宙中已知唯一拥有生命的行星，即便是与地球很相似的火星，其环境也与地球差异很大。而金星则是一个大火炉，表面温度极高。水星、土星等外太阳系行星是气态巨行星，可曾经属于第九大行星的冥王星却不是气态行星。

NASA探测器传回来的数据显示，冥王星内部是一个巨大的岩石质内核。冥王星表面98%都覆盖着氮，由于其表面温度为零下230度，所以这些氮全都以固态形式存在，就连大气也非常稀薄。由于内部放射性物质衰变产生了热能，冥王星的固态氮下部则是液态水。

冥王星真的很小，体积相当于月球的1/3，质量相当于月球的1/6。行星大多都有自己的卫星，且卫星相对于自己的母星来说都比较小。目前已知冥王星有5颗卫星，可冥王星卫星卡戎的质量竟是冥王星的1/8，而月球的质量仅有地球质量的1/81，太阳系内八大行星和自己卫星根本没有这样的质量比。而且它们还相互潮汐锁定。

并且与太阳系八大行星相比，冥王星的轨道显得很扁，也就是近日点和远日点的差值较大，并且轨道倾角很高。而太阳系八大行星的轨道平面基本处于同一平面上，冥王星真的显得不合群。由于轨道较扁，冥王星会周期性地驶入海王星轨道内侧，不过因为轨道共振的关系，两者并不会发生碰撞。

正因为冥王星这个第九行星如此独特，所以科学家甚至一度怀疑：它是不是太阳亲生的，有可能是后来进入到太阳系的天体。

上世纪90年代，天文学家在遥远的柯伊伯带发现了一些质量与冥王星相当的冰质天体，其中阋神星的质量甚至比冥王星多出27%，这挑战了冥王星的行星地位，所以科学家不得不重新定义行星概念。新定义将冥王星移出行星之列，将其划为矮行星或类冥天体。

新的行星定义如下：

1，行星必须是绕着恒星公转的天体。

2，行星必须要有足够大的质量，这样才可以在自身的重力作用下形成类球体。

3，行星必须有能力清除公转轨道附近的其它小天体。

简单来说，围绕恒星公转的天体，必须要有足够大的质量，才能算得上是一颗行星，才有足够强的引力清除轨道附近的其它天体，冥王星就是因此才被降级为矮行星。

矮行星就是不够资格成为行星的天体，已知柯伊伯带中有近四分之一的天体是矮行星。冥王星是第一个被发现的柯伊伯带天体，也是太阳系体积最大和质量第二大的矮行星，其中质量最大的矮行星是阋神星。

目前人类关于冥王星的最新数据来源于NASA的新视野号探测器，科学家在冥王星表面发现了一个巨大的心形区域，看起来很萌，这其实是一个横跨上千公里的冰原，被称作冥王星之心。

相对于地球而言，冥王星表面十分寒冷荒凉，好似神话传说中的幽冥之地，这样的地方对人类而言确实十分可怕，不过这真不是人类将它移出行星之列的原因。

谢选骏指出：由于种种原因，冥王星被取消了行星资格，仿佛是被打入了地狱，真的做到了“实至名归”了。但是，冥王星真的该被打入地狱吗？看来多数天文学家，还是不能同意这样的处罚。所以人们继续寻找第九行星。

【导论4、人类能否再延续一千年】

《成也太阳败也太阳，仅剩5亿年，太阳留给人类的时间不多了》（2021-04-13 钟铭聊）报道：

可问题是，随着核聚变反应的进行，太阳损失了大量的质量，质量锐减，引力自然也会减弱，这时候引力对于核聚变反应的束缚就减弱了。所以，太阳的核聚变是在慢慢增加的，这意味着太阳对外辐射的能量也在增加，结果就是地球接收到的太阳辐射也增加了，地球的温度也就会升高。

地球上万物的生长都要依赖太阳，太阳每秒钟要消耗420万吨的质量，这部分质量会以能量的形式释放出来，并且辐射太阳周围的太空。地球获取到的太阳辐射只有二十二亿分之一，而这其中只有万分之一被人类所使用，这意味着人类只获取了太阳每秒辐射能量的二十二万亿分之一。

科学家弗里曼·戴森曾经提出，宇宙中高等的智慧文明对于能量需求巨大，它们应该会在恒星周围建造一个巨大的球状结构，以此来获取恒星的大部分或者全部能量，这个球状结构也被称为：戴森球。

在现代技术的条件下，人类文明要向前进，就需要依赖太阳。但更准确地说，我们依赖的是太阳的持续不断稳定性。可惜 ，太阳并不会一直像现在这么稳定，它是有一个生命的周期的。

太阳诞生于46亿年前，地球在随后也出现了。

在距今40亿年前后，地球上出现了生命，经过40多亿年的演化，这些生命演化出了人类这个物种，而人类在短短的几千年内就发展出了文明。由于人类文明的时间相对于太阳只是转瞬间，这就给人类一个错觉：太阳似乎是永恒的。

这只是人类的一厢情愿，随着科学家对于天文学的研究。他们就发现，太阳从诞生到走向它生命的终点，大概是100多亿年。太阳100亿岁左右时，膨胀成一颗红巨星，直径扩大到原来的200倍，届时地球大概处于太阳大气的位置，有一定可能性会被吞没。那时候的地球将会是一片火海，不要说人类了，估计没有任何生物可以活下来。

太阳会这样的状态再持续10亿年，然后成为一颗白矮星，最后慢慢冷却黑矮星。现在太阳是46亿，那是不是意味着，人类还有50多亿年的时间？如果你真的这样想，那就太天真了。

留给人类的时间不多了

虽然太阳寿终正寝要等到50多亿年后，但实际上，地球上的生物会远早于太阳走向灭亡。这还不是最糟糕的，因为太阳留给人类的时间还要更少。那这到底是咋回事呢？这和太阳辐射能量的方式有关。

太阳发光依靠的是核聚变反应。可你想过没有，为什么同样是核聚变反应，氢弹就可以一下子全炸了，而太阳却可以燃烧百亿年？

这里的区别就在于氢弹的核聚变反应是人类给予了氢弹引爆的条件，具体来说就是人类先引爆一颗原子弹，在很小的范围内提供了高温高压，促使氢弹被引爆。而这个高温的要求是：至少上亿度。

可是太阳内核是达不到这个温度的，只有1500万度。照理说太阳内核不应该发生核聚变反应，不过太阳有一项人类无法掌握的技能就是：巨大的引力。太阳巨大的引力会挤压内核，最终迫使内核发生核聚变反应。

而核聚变产生的对外压力又会和太阳自身的引力形成动态平衡，以至于太阳不会在引力作用下缩成一个“点”，同时因为引力的束缚，核聚变产生的巨大能量也不至于把全炸了，确保了太阳是一个球体。

科学家通过计算就发现，10亿年后，地球的温度就会高到不再适合生物生存，到时候地球就会成为一片荒漠。可能你要说，10亿年的时间还挺长的。可惜，太阳给人类留下的时间只有5亿年。因为在5亿后，由于温度太高，植物就会大规模灭绝，以植物为基础的食物链就会崩溃。

5亿年只是太阳留给人类的时间，可惜人类很难挺到5亿年后。

因为1亿年后，银河系会和人马座矮椭球星系合并。科学家发现，每一次星系的合并，都会引发地球的极端气候，导致大量生物灭绝。

所以，对于人类而言，1亿年是个槛，能不能迈过去还很难说。更不要说，在这1亿年里，可能还会发生小行星撞地球，或者人类因为核威胁自取灭亡。

谢选骏指出：上文还做梦人类还想活上一亿年？按照目前人类这种犯罪速度沉沦下去，人类能否再延续一千年都是个大问题。

【导论5、数字就是宇宙奥秘在人们心中的延申】

《宇宙奥秘知多少：一组数字让你脑洞大开》（BBC 2018年11月27日）报道：

浩渺无边的宇宙

宇宙之浩瀚是我们常人所无法想象的。同时，它也是一个由多轨道共存组成的宇宙空间。

我们所生活的地球是一颗围绕太阳的寻常行星。而太阳本身也只不过是太阳系中一颗普通的恒星。太阳系又是银河系中的一部分。

在理清这个简单关系之后，我们再来看看一组关于宇宙星际的重要而有趣的数字，共同探索宇宙星际间的关系与奥秘。

银河系

我们所在的银河系其中心是超大质量的黑洞。在围绕其中心旋转的同时，银河系也在以每小时51.4万英里（1英里等于1.609公里）的速度在不断膨胀的宇宙中运行。

即使这样，其公转一圈的时间也需要2.3亿年，可见宇宙有多么浩瀚无边——这个太阳系在轨道上绕着银河系中心公转一周的时间也被称为银河年。

如果按银河年来计算的话，我们的地球迄今为止一共经历了18个银河年。

说到这，你一定对我们地球在这个宇宙中的位置有了一个大致的概念。

地球与太空交接处

车辆在道路上奔驰

从我们的地球放眼望去，可以看到天边无数颗星星。假如可以开车直接到太空上去的话，其实只需要1个小时，因为太空距离地球上空距离只有100公里。这条线也叫卡门线（the Karman Line ）。

卡门线是公认的外太空与地球大气层的分界线，位于海拔100 公里处。它是负责国际的航空航天标准制定、记录保存的机构国际航空联合会所承认的大气层和太空的界线。

银河系的中心是一个巨大的黑洞，它的体积是我们太阳的400万倍大。它距离我们大约有2.8万光年之遥。打个比喻，银河系的黑洞可以装得下几百万个地球。但是黑洞是看不见的。黑洞的引力如此之大，即使光线都无法穿透外泄。

海王星——风力星球

海王星表面风速极高。海王星是太阳系中九大行星之一，它也是太阳系中最狂风大作的一个星球。海王星上的风速可以达到每小时1600英里。它距离太阳大约有4个光速小时。

海王星的卫星海卫一（Triton）是太阳系中最冷的地方之一。它表面温度为-391华氏度（华氏温度中冰点温度为32，而摄氏温度的冰点温度是0）。

遗憾的是，你无法用肉眼在夜空中找到海王星，必须要用望远镜才能看见。

银河系有多大？

银河系直径巨大（大约621,000,000,000,000,000英里）。如果以光速来测量的话，大约要用10万光年才能横穿银河系。

相对而言，我们地球的赤道直径只有7926英里。

越行越远的月球

月亮渐行渐远。

月亮是我们熟知的地球卫星。它和我们关系非常密切。但实际上，月亮渐行渐远。

1969年，阿波罗11号的宇航员首次登陆月球，其意义不仅仅是人类第一次登月，他们当时的任务还包括鉴定月亮与地球之间的距离是恒定的，还是在不断变化的。为此，他们在月亮表面装置了镜子。

科学家利用激光脉冲来测量地球与月亮之间的距离，他们发现，月亮与地球之间的距离每年增加3.8厘米。

太阳是一颗很普通恒星

太阳核心物质密度高，温度热

太阳的质量占太阳系总质量的99.8％。而且，太阳核心物质密度高，温度热。太阳内部原子核的核聚变可产生巨大能量。

太阳只不过是宇宙中一颗很普通的恒星。但即使这样，它也比地球大100万倍。

谢选骏指出：上文作者只知“宇宙奥秘知多少：一组数字让你脑洞大开”；却不懂“数字就是宇宙奥秘在人们心中的延申”。因为宇宙奥秘和脑洞大开，其实就是一回事情。人的脑洞不开，宇宙就没有奥秘；人的脑洞开了，宇宙的奥秘才透入进来。

【导论6、水比太阳还要古老】

《外太空富氘水》（原创 2016-12-17）报道： 

每天，你都会喝水。水从哪里来？你也许会说，来自饮水机呀。实际上，你喝的这杯水，可能来自……因此，科学家认为，至少有一部分水，是来自于太阳诞生之前的星际空间。文章看完了，老板，给来杯外太空富氘水呗，这名字一听就倍儿纯净呢。

水是生命之源。地球上生命的起源和进化都离不开水，因此，水也成为评估一个行星是否存在生命的重要指标。然而，地球上的水又是从何而来呢？最近，美国卡内基研究所和密歇根大学的科学家发现，我们身边的水可能起源于外太空。这项研究成果发表在9月26日的《科学》杂志上。

水在太阳系中并不罕见。除了地球以外，水星、彗星和各大行星的卫星上，都有水冰的存在。月球、火星和陨石中的矿物也暗示着水的存在。特别是彗星和陨石，它们就像“时间胶囊”，封存了大量来自太阳系早期的秘密。

太阳刚形成的时候，被原行星盘所包围，也被称为“太阳星云”，从中诞生了行星。那么，如何判断今天的水和冰，是来自于太阳诞生前的母星际分子云，还是太阳星云自己的化学反应呢？

科学家把目光聚焦在氢和它的重同位素氘。同位素是同一种元素的不同原子，它们拥有数量相同的质子和数量不同的中子。由于质量不同，同位素在化学反应中表现出来的特性也不同。因此，氢和氘在水中的比例，可以反应出它们形成时的环境。

例如，星际水冰的氘氢比很高，因为它形成时的温度非常低。于是，科学家构建了一个原行星盘模型，去掉了所有氘元素。这个虚拟的小太阳系必须在几百万年的时间中，从零开始生产自己的富氘水冰。科学家想据此了解，在这种极端情况下，太阳系的氘氢比是否能达到陨石样本、海水和彗星中所发现的水平。结果，他们发现，这不可能。因此，科学家认为，至少有一部分水，是来自于太阳诞生之前的星际空间。和某矿泉水一样，太阳也可能是大自然的搬运工哦。

这说明，我们身边的水，也许有一部分比太阳还古老。这也意味着，在新生恒星的原行星盘中，可能存在着丰富的星际水冰。

文章看完了，老板，给来杯外太空富氘水呗，这名字一听就倍儿纯净呢。

谢选骏指出：水比太阳还要古老——所以圣经上说，“神的灵运行在水面上”……中国“太一生水”也还不及此说深刻。

【导论7、太空旅游是宇宙朝圣的初级阶段】

网文《太空旅行》报道：

太空旅行（Space travel）是基于人们遨游太空的理想，到太空去旅游，给人提供一种前所未有的体验，最新奇和最为刺激人的是可以观赏太空旖旎的风光，同时还可以享受失重的味道。而这两种体验只有太空中才能享受到，可以说，此景只有天上有。

太空游项目始于2001年4月30日。一些商业太空探险公司，如Elon Musk建立的SpaceX公司、荷兰SXC（Space Expedition Corporation）太空旅行公司、理查德·布兰森建立的维珍银河太空探险公司，致力于降低太空旅行的价格，实现普通人的太空旅行之梦。2019年11月，欧洲航天局（ESA）提出了一个从地球一路“睡到”火星的载人探测概念，或颠覆未来太空旅行。

旅行方式

从广义上来说，常被提及的太空旅游至少有4种途径：飞机的抛物线飞行、接近太空的高空飞行、亚轨道飞行和轨道飞行。

▲5000美元体验抛物线飞行

抛物线飞行并非真正意义上的太空旅游，它只能让游客体验约半分钟的太空失重感觉，宇航员在训练时为了体验失重通常也是采用这种方法。游客如果乘坐俄罗斯宇航员训练用的“伊尔-76”等飞机作抛物线飞行，费用约为5000美元。

▲1万美元体验高空飞行

接近太空的高空飞行也非货真价实的太空旅游，但它能让游客体验身处极高空才有的感觉。当游客飞到距地面18公里的高空时，便可看到脚下地球的地形曲线和头顶黑暗的天空，体会到一种无边无际的空旷感。计划用来实施这种旅游的飞机有俄罗斯的“米格-25”和“米格-31”高性能战斗机。这些飞机能飞到24公里以上的高度，乘坐它们旅游的每张票价约为1万美元。

▲10万美元体验亚轨道飞行

亚轨道飞行能产生几分钟的失重，美国私营载人飞船“宇宙飞船一号”和俄罗斯计划研制的“C-XXI”旅游飞船就是从事这种飞行的典型，它们在火箭发动机熄火和再入大气层期间能产生几分钟的失重。这种飞行的价格约为每人每次10万美元。

▲2000万美元体验轨道飞行

美国人奥尔森此次体验的是真正意义上的太空旅游——轨道飞行。美国航天飞机。美哥伦比亚号航天飞机失事后，太空旅游机构大多将目光转向了“联盟”系列飞船。乘坐它们旅游的每张票价约为2000万美元。

▲2019年11月，欧洲航天局（ESA）提出了一个从地球一路“睡到”火星的载人探测概念，或颠覆未来太空旅行。欧洲航天局（ESA）认为“可控的冬眠是载人太空飞行中一种改变游戏规则的技术”，并且成立了专门从事相关研究的“专题小组”，希望使其成为现实。日前，专题小组研究了将冬眠技术用于载人探测火星任务的可行方案，设计了初步的航天器冬眠居住模块草图。研究发现，通过宇航员冬眠，航天器的质量可以减少三分之一。

太空旅行公司

私人太空游，并不是民间机构的首创，2001年，世界上唯一一个提供太空轨道观光飞行的政府机构——俄罗斯联邦航天署将美国富商丹尼斯·蒂托送上太空，让后者成为人类首位太空游客。然而，蒂托为了这次太空飞行花费了2000万美元。 

荷兰商业太空航天公司SXC的私人太空旅行将使用美国XCOR宇航公司的山猫一号(LynxMarkI)和山猫二号(LynxMarkII)新型太空飞船。山猫一号预计2014年开始首次亚太空飞行，飞行高度约海拔61公里，报价约9.5万美元(约合人民币58万元)。山猫二号太空飞船将于2015年投入运营，将把游客带到海拔103公里高度的太空，飞行高度超过国际公认的太空边界(100公里)，费用分为22万美元和10万美元两档。 

22万美元的价格对应的服务内容，除了包含太空体验，还有包括五星级酒店住宿、身体检查、飞行装备、飞行任务的照片和录像片段、航天员飞行训练课程等内容。预计第一批乘客将在2015年首航。

英国亿万富豪理查德·布莱森。布莱森创立的维珍银河公司，则一直大力推广相对廉价的太空游。25万美元，维珍银河公司已卖出680张太空船票。这25万美元，能让游客得到怎样的太空体验呢？

维珍银河公司用于运载太空游客的飞船叫“太空船2号”，载客6人。游客将首先在位于美国加州莫哈韦沙漠的莫哈韦航天发射场接受训练，然后乘坐一艘样式独特的航天器遨游太空。当这艘航天器升到15公里的高空后，母船“白色骑士2号”将发射载有旅行者的载人飞船“太空船2号”，“太空船2号”随后升高到110公里高空，并将其机翼折叠起来环绕地球航行。旅行者将可在次轨道下感受约6分钟的失重状态，并在黑暗的宇宙上空鸟瞰地球。

维珍银河公司总裁乔治·怀特赛兹还大胆畅想，将来维珍银河公司将提供时长一小时的太空游。“很难想象在一小时内环绕地球，但这是完全可能的。”怀特赛兹说，“如果今后我们能降低价格，这将是非常大的市场。”

全球已经有超过500人预订了维珍银河公司的太空飞船“船票”，其中不乏好莱坞明星汤姆·汉克斯、英国物理学家斯蒂芬·霍金等名人。一名浙江宁波籍商人也已预订船票。

虽然维珍银河公司还没有公布首次太空游的具体时间，但这一时间已并不遥远。怀特赛兹表示，太空游或许能够实现。

走近平民

轨道飞行的2000万美元的费用，使太空旅游只能是少数巨富才能进行的项目，因此，降低费用是扩大太空旅游市场的关键；太空飞行的安全风险依然无法忽视。针对太空旅游的高风险性，美国联邦航空局已出台了第一部针对太空旅游业务的条例，该条例暂时没有强制要求太空旅游公司保证旅客人身安全，理由是太空旅游尚处于起步阶段；在太空旅游的过程中，游客的身体必须要能经受得起火箭起飞时的巨大噪音、振动、过载等种种考验，同时，还必须能够耐受强辐射、长时间失重等状况，提高运载工具的舒适性，也是开拓太空旅游的重要因素。

美国亚特兰大太空工程公司总裁及首席执行官约翰·奥兹指出，太空旅游市场如果要达到一定的规模，每次价格必须降到5万到10万美元之间，才能让大众接受。能够重复使用的宇宙飞船则为向太空运送更多的平民拜访者开辟了一条在经济上切实可行的途径。2006年7月，首架专为太空旅游开发的可以重复使用的“火箭飞机”已由美国加州一家名叫XCOR的太空旅游公司研制出来，并试飞成功。美国航空航天工业前景研究委员并建议开发低成本的商用太空旅游飞船——太空巴士，每次可坐20人左右。这种设想中的太空巴士，属于能运送游客往返于国际空间站与地面之间的双程轨道运输机。而航天能力同样不凡的俄罗斯宇航局则在2004年6月宣布，他们准备用C-21型航天器进行有偿载人飞行活动，每人的旅费仅为10万美元。

2013年12月27日，国内高端旅游领导品牌“探索旅行”与“SXC”（Space Expedition Corporation）正式签约，将全球最为领先的私人太空旅行项目引入了中国市场，面向中国用户接受预订，最早2014年即可上太空。SXC太空旅行将使用美国XCOR宇航公司的山猫一号（Lynx Mark I）和山猫二号（Lynx Mark II）新型太空飞船。山猫一号预计2014年进行首次亚太空飞行，飞行高度海拔61公里，需花费9.5万美元（约合人民币58万元）。飞行高度超过国际公认的太空边界（100公里），费用分为22万美元和10万美元两档。 

尽管实现太空旅游仍然面临着许多问题，但是，人们依然相信，随着空间技术的发展，在不远的将来，太空旅游“平民化”将成为现实。

随着科技的进步，太空旅游会离我们越来越近，在不久的将来，人们的火箭发射能力会逐渐增强，升空的舒适度也会大大提高，并且随着运载能力的提高，大规模太空旅行也将会实现。

科学家早就计划能向空间发射人造天体，庞大的人工天体可以用来进行太空移民，但还存在很多的难题尚未解决。随着科技的进步，人工天体肯定会变成现实，将来将会有大量的人移民到人工天体上去，到时候他们便可以在太空中生活了。

国内旅行项目/氦气球亚轨道

对于90后的梦想家郭正标来说，最崇拜的人就是特斯拉的创始人马斯克，因为他点亮了自己登陆外太空希望的灯塔，并激励自己开始了一个近乎疯狂的创业项目——亚太空旅行。

按照郭正标的设计，这是是一个利用氦气球搭载全景设备实现亚轨道载入观光的项目，从运作模式是结合互联网，利用众筹等方式让更多的老百姓能参与到航天项目中来。HorizonX项目的主力团队共3人，另外两位伙伴主要负责太空舱的设计，提供动力学解决方案以及通讯系统的设计，如果进展顺利，最快在2016年七八月份就能将第一只宠物送入外太空。 

中国长征火箭公司

中国长征火箭公司还正式推出了“亚轨道飞行体验”（亚轨道飞行：在距地球35到300公里高空进行飞行，是太空旅行的一种）和空间资源利用两个产品。空间资源利用是指通过平台变轨服务延长飞行器的使用寿命。

亚轨道飞行方面，中国长征火箭公司方面称，公司将针对游客的年龄、身体状况以及兴趣的不同，推出地面失重模拟训练、360°全方位VR体验、亚轨道太空遨游等不同的产品和服务。

“我们将提供亚轨道太空边缘观光、长时间临近空间、失重飞行、洲际太空旅游等服务。”中国长征火箭公司总裁韩庆平表示。中国长征火箭公司方面表示，公司将全面布局太空旅游的未来热点，并提供更多的文化附加产品，拓展太空经济边沿，将公司打造成集科技、文化、旅游、教育于一体的太空经济复合体。

旅行者号：代表地球来看看

1977年，美国国家航天局发射了两艘孪生探测器——旅行者1号和旅行者2号。38年来，兄弟两个飞过了木星、土星、天王星、海王星，源源不断地向地球发送数据。这两艘航天器搜集的外星数据量，是人类历史上最多的。

1989年8月25日，旅行者2号达到计划中的最后一站——海王星。它拍下了海王星和其卫星，作为离开太阳系之前最后的纪念。随后它调转轨道，义无反顾地向着未知的星际空间前进。

它的兄弟旅行者1号在1990年的情人节，向地球发回了一组信号。当弱得可怜的信号达到37亿英里外的地球时，功率只剩下1000亿亿分之一瓦，信号在放大后转发到宇航局的深空控制室进行图像组合，完成后科学家惊奇的发现，竟然是太阳系最大的快照!这组照片是旅行者1号送给地球最好的情人节礼物。

《体验一次太空之旅要多少钱？中国富人追捧“太空游”》（互联网新闻 2020-04-28）报道：

在旅游业异常繁荣的当下，飞出地球进行太空旅游，体验一把遨游太空的美妙，无疑颇有吸引力，也是很多人梦寐以求的事情。科幻电影中除了虫洞、黑洞、五维空间等“烧脑”的物理学概念的视觉化展示让人眼花缭乱，片中冷冽而瑰丽的太空风光也不断刺激观众的感官。那么现实中普通人离太空旅行还有多远？如何实现一次太空旅行？要花多少钱？

现实中有真正的太空游客吗？

无论是《星际穿越》还是《地心引力》，在太空中“遨游”了一番的都是专业的宇航员，而且都是带着“科学任务”的，那么现实中，有真正去太空旅游的太空游客吗？答案是肯定的，目前为止，有7名游客抵达国际空间站，进行真正的太空飞行，第一位是在2001年，最近的一位在2009年。之所以说他们是真正的太空游客，因为他们都是“轨道飞行”：搭乘太空飞船抵达离地球高度约400公里的国际空间站，以国际空间站为飞行器进行地球轨道飞行（飞行器受到的地球重力和本身飞行离心力平衡的时候，它就是在做地球轨道飞行了），总共为期10天左右。现在只有两种太空飞船可以和国际空间站对接，俄罗斯的苏式飞船和美国的太空飞船， 由于美国NASA的太空任务仅供国际专门科研之用，故现今太空旅游仍以俄国为主。

现实中普通人离太空旅行还有多远？

现在就要准确预测太空旅行未来是很难的，特别是最近维珍银河还发生了事故：今年10月31日维珍银河太空船二号由“白骑士二号”飞行器运送，在加州南部莫哈韦沙漠动力测试时发生意外坠毁，两名飞行员一亡一伤。要见出分晓，得等到最初的几个航班上天之后。据商业太空飞行联盟的猜测， 在未来几年里，美国各地的航空港或许都会有航班起飞，亚轨道飞行将变得平常，轨道飞行也将起步。

另一家位于英国马恩岛的深空探索服务公司——王剑钻石公司（Excalibur Almaz）的总经理阿特·杜拉（Art Dula）说“我们的天性就是要逃出牢笼，到外面去探索一番。”杜拉相信，太空旅行有着光明的前途，“只有一个行业的规模超过了军队，那就是旅游业。”

10万、20万美元的太空旅行还是会让不少人望而却步，廉价太空旅行还是前路漫漫，但是据XCOR的首席运营官安德鲁·纳尔逊预计，太空旅行的价格将在未来10年之内下降到5万美元以下。对于丹尼斯·蒂托和他的6个后继者之外的许多人来说，通向太空的路途将不再遥不可及——只要穿过那100千米就行了。

体验一次太空之旅要花多少钱？

动辄2000万美元的太空旅行，尽管是现实中存在的，但似乎是土豪富翁的专利，一般人实在是难以接受，即使是平民化一点的太空旅行吗，沾上“太空”二字，所得的体验也必然跟价格成正比。

5000美元体验抛物线飞行

抛物线飞行并非真正意义上的太空旅游，它只能让游客体验约半分钟的太空失重感觉，宇航员在训练时为了体验失重通常也是采用这种方法。游客如果乘坐俄罗斯宇航员训练用的“伊尔-76”等飞机作抛物线飞行，费用约为5000美元。

1万美元体验高空飞行

接近太空的高空飞行也非货真价实的太空旅游，但它能让游客体验身处极高空才有的感觉。当游客飞到距地面18公里的高空时，便可看到脚下地球的地形曲线和头顶黑暗的天空，体会到一种无边无际的空旷感。计划用来实施这种旅游的飞机有俄罗斯的“米格-25”和“米格-31”高性能战斗机。这些飞机能飞到24公里以上的高度，乘坐它们旅游的每张票价约为1万美元。

10万美元体验亚轨道飞行

亚轨道飞行能产生几分钟的失重，美国私营载人飞船“宇宙飞船一号”和俄罗斯计划研制的“C-XXI”旅游飞船就是从事这种飞行的典型，它们在火箭发动机熄火和再入大气层期间能产生几分钟的失重。这种飞行的价格约为每人每次10万美元。这种“亚轨道飞行”的体验（景观、失重体验）最接近于土豪们的“真·太空游”，而其10万-20万美元的价格虽然也不便宜，但与2000万美元相比，也是极具性价比，因而也是最被看好具有商业化前景的太空旅游项目，也可以说是现在最受热捧和最受期待的准太空旅行方式。

实际上，10万-20万美元的太空旅行尽管已经有超过900人预订，目前还未发出首个航班，而一切顺利的话首航时间曾为定为2014、2015年（目前看来并不是一切顺利）。

盘点7位真正进行过太空旅游的人

这7位“真·太空游客”都是谁：男女老少，29-60岁，从土豪工程师到“Word”之父。2000万美元的太空游“门票”，决定了这些人都是亿万富翁：

No.1：来自美国加州的商人丹尼斯·蒂托，乘坐俄“联盟TM-32”载人飞船前往国际空间站，时年60岁。持续时间9日（2001年4月28日-5月6日）

No.2：南非商人马克·沙特尔沃思，乘坐俄“联盟TM-34”号飞船进入国际空间站，时年29岁。沙特尔沃思曾是Debian的早期开发者，Ubuntu的创始人。持续时间11日（2004年4月25日–5月5日）

No.3：美国商人格雷戈里·奥尔森（Gregory Olsen）。持续时间11日（2005年10月1日—10月11日）

No.4：伊朗裔美国企业家阿努什·安萨里（Anousheh Ansari），女，搭载俄罗斯“联盟TMA-9”载人飞船前往国际空间站，时年40岁。安萨里也是第一位太空女游客。持续时间12日（2006年9月18日-9月29日）

No.5：美国软件工程师查尔斯·西蒙尼，乘坐俄“联盟TMA-10”载人飞船前往国际空间站，时年58岁。西蒙尼曾任职于微软公司，被称为“Word之父”。持续时间15日（2007年4月7日-4月21日）

No.6：太空人之子、美国电子游戏大亨理查·盖瑞特（Richard Garriott），2008年10月12日，花费3000万美元，乘坐着俄罗斯“联合号”TMA-13型火箭，飞往国际太空站，时年47岁，可谓子承父志。持续时间12日（2008年10月12日–10月23日）

No.7：加拿大人盖·拉利伯特，太阳马戏团的创始人与首席执行官，乘坐着俄罗斯联盟TMA-16飞往国际太空站，时年50岁，持续时间15日（2009年9月30日-10月11日）

中国富人追捧“太空游” 最早2016年出发

现在，富足的中国企业家们正在排队等候参加遨游宇宙之行，据太空旅行业者称，对于刚刚兴起的太空旅游业而言，中国即将成为世界最大的市场。

总部在加州莫哈韦的XCOR航空航天公司计划从明年年底开始运营亚轨道太空航班服务。已经有30多位中国大陆人士购买了该公司出售的旅行客票或支付了首付款。据销售代理北京探索旅行公司称，这项太空旅行服务是去年12月开始在中国销售的，这比其他地方晚了两年时间，而在XCOR公司接到的全部订单中有1/10是中国公民预订的。

这一销量反映了中国人对太空旅行兴趣的迟到的勃发。中国在去年12月庆祝了月球车的成功着陆，这比美国取得同样的成就晚了整整40年。正如阿姆斯特朗在月球上的破天荒漫步让美国人对遨游天际欲罢不能一样，太空旅行的想法也了强烈地吸引了一部分中国民众的心。但是与上一代人不同的是，中国人可以选择自己预订太空旅行——而且许多人支付得起这笔费用。

《太空旅游，费用或许没你想象中昂贵》（2020-08-12 九行）报道：

本文来自微信公众号：九行（ID：jiuxing_neweekly），作者：王得得，原文标题：《能让富豪们破产的旅行，只有这个了》，头图来自：九行

对于太空旅游，老艺术家一直都是敬而远之的。除了钱包空空，还因为对宇宙心存敬畏。但最近的SpaceX新闻刷屏，横竖都到了2020年了，还是要敢想一下的。只是没想到，一群中国人早已深谋远虑，订好了船票：在2014年的某个凌晨，42岁的中国浙江茶商盛天行紧盯淘宝，抢下了太空第一票，成交价629,999元人民币。所以，现在能上太空的，不一定是超级富豪们，还可能是个中产。

2020年，堪称最有末日感的一年，大家都喊着“地球太危险，我要去太空”，可能真的要变成现实了：

△SpaceX的龙飞船发射瞬间

先是几天前，SpaceX的龙飞船成功搭载两名飞行员往返地球，开启商业载人航天的新时代。

紧接着，英国的维珍银河（Virgin Galactic）公司也不甘落后，公布了世界上第一艘商业飞船VSS Unity的客舱设计方案。

光是看着飞船，已经感觉自己身处太空了。

25万的票价，6名乘客+2名飞行员，可躺式座椅，没有手机，当飞船上升至97公里时，所有照明灯光熄灭，舷窗外，是一片静谧到令人窒息的璀璨太空。

失重，悬浮，震撼。

△灯光关闭，发动机熄灭，只剩下眼前浩瀚的太空/维珍银河官网

都说中国的科幻元年已经到来，包括《三体》小说、《流浪地球》上映，还有前不久我们的“天问一号”启程奔赴火星……

在太空旅游上，中国人也绝不认输。

我真的不酸，原来超级富豪们这样游太空

在21世纪初，宇航员以外的人想要去太空，真得动辄千万美元，还只能通过俄罗斯联盟号前往国际太空站。

除了天价船票（2000万~4000万美元），几个月的失重训练，在登上飞船那刻，他们还会收获在地球上从未有过的体验——腿肚子打颤。

甭管这些亿万富豪们在地球上有多聪明绝顶、傲视群雄，当穿上太空服、坐上太空椅那刻，心口还是像雷般突突作响。

这种面对宏伟未知的压力，任谁都顶不住。

自人类的太空时代开启以来，有记录在案进入太空的人数大约有570人，其中包括7名游客。

据第六位进入太空的游客、太空探险公司的创始人理查德·加里奥特（Richard Garriott）说：“传统意义上，你会听到从10开始的倒数，但俄罗斯人没有这样做，他们说了一个单词‘pusk’，就直接把我发射出去了。”

在加里奥特来不及作出反应的0.2秒里，他感受到椅子的剧烈晃动，耳边轰起巨响，4.5G的重力把他狠狠地拽回座位。

△升空时的压迫感可不好受

几分钟后，引擎熄灭，一切回归静谧。

伴随静谧的，是前所未有的兴奋，上天了。

无数前人已经给我们描述过这一刻的感受：地平线消失，天空变黑，在蓝色星球和黑色宇宙交相辉映那一刻，你明白了专业名词“总观效应（overview effect）”的真正含义。

从宇宙高空俯瞰地球的瞬间，你的认知被深刻改变了——当你把地球看作一个整体，不同的文化、宗教、派系、国籍和语言都将失去一切意义。

在地球的白天，你会看到成片的大陆，上面有些城市或者你都能认出来，你会看到风力是如何作用于沙漠，你也会看到人类的足迹已经踏遍了整个地球。

每条河都筑起了堤坝，每条山脉都有了山路穿过，森林有了砍伐的痕迹……

在地球的夜晚，星光点点，世界各地布满了不计其数的灯火，触动人心。

△夜晚的地球

在1968年登月的宇航员阿姆斯特朗曾说：“这真不敢相信，那颗美丽的、蓝色的小豌豆就是地球，我伸出拇指，闭起一只眼睛，用拇指遮住了地球，我不觉得自己像个巨人，反而非常非常渺小。”

当然，如果你是作为游客登上太空，除了触目所及的美丽，还要在狭窄的太空舱里重新适应宇宙。

2006年，世界首位进入太空的女游客阿努什·安萨里（Anousheh Ansari）在进入国际空间站的第一天，兴奋地在失重状态下打了好几个跟斗，然后，她就吐了。

虽然安萨里身无分文地从伊朗来到美国，一路奋斗成科技公司的执行长，但在太空里，她像是一个新生的婴儿，重新学习吃饭和睡觉。

△失重会严重影响你的生活

在太空站里，一切井井有条：每90分钟绕轨道运行一次，所以每90分钟可以看到一次太阳的升起和落日。

食物是脱水的，要牢牢抓紧；睡觉是用睡袋，挂在天花板听着iPod入睡；除此之外的时间，可以和地面保持通讯，进行社交电话或者研究记录工作。

8天之后，花费了2000万美元的安萨里成功返回了地球。

太空旅游，现在或许没你想象中昂贵

当时间进入2020，或许价格再也不会像21世纪初那样，动辄上千万美金才可以来一次太空游。

或许，一辆汽车，一笔房子首付的钱就够了。

△只要有钱，谁都能上天？/unsplash

比如美国新墨西哥州莫哈韦的XCOR宇航公司开价，已经低至9.5万美元（约65万人民币）一张船票。

当然，这里面是有区别的。

高级点的是“轨道飞行”，离开地球表面200~400公里的太空轨道飞行，目的地是前往国际空间站或太空旅馆逗留几天。

当初俄罗斯为了筹措航空经费，才开放了民间资助，回报就是带资助人体验一趟太空旅程，而其联盟号最多只能坐3人，并不具备商业太空旅行条件。

而随着私人航空企业的成长，美国NASA宣布2020年开放国际太空站参观，允许游客搭载SpaceX的“龙飞船”或波音公司的“星际航线号”前往旅行。

△Space X内的座舱/unsplash

但价格就十分不美丽。

首先，SpaceX“龙飞船”的交通往返价格差不多是5500万美元，而在太空站待上一晚的价格是3.5万美元，最多可待30天。

在太空待上个10天，就烧掉了差不多3.8亿人民币，也别先急着吐老血，老艺术家查了咱前1000名富豪，他们还是绰绰有余的。

更壕的是，还有实力雄厚的私人企业在太空中建造了“太空旅馆”，光是旅行还不够，还要睡得好。

集结了NASA众多精英的新创公司Axiom Space，就不用你睡冰冷坚硬的太空舱，而是用麂皮织物铺上，还有数百颗能根据时间和太空站与地球相对位置调整色调的LED灯的家，从明亮黄的色调里窥见太空的深邃。

据称，Axiom Station将于2022年开放，可容纳7名乘客和1名太空人。

△壕无人性的太空旅馆Axiom station

首批前往的游客还有优惠价，用5500万美元的价格，即可享受7~10天的旅程，还包含了可能会搭载SpaceX火箭升空的费用。

但不管怎样，如果要前往太空站，受众面可能依旧很窄，普通人要上太空依旧遥遥无期。

于是，维珍银河和XCOR宇航公司就推出了另一种相对低门槛的“亚轨道飞行”，把受众从超级富豪直接降低了两个level，到中产。

△亚轨道飞行，普通人也能上太空/youtube

所谓的“亚轨道飞行”可以理解成当日来回，不住宿，全程可能一个多小时左右。

用两架喷气式飞机把飞船（航天飞机）VSS Unity带到大气层边缘释放，而航天飞机将以液态燃料作抛物线运动，上升到82.68千米后，停留大约15分钟，然后降落。

△亚轨道飞行看到的景色

目前国际公认的太空分界线“卡门线”约在100千米处的高空，看似不远，实际平时我们乘坐的飞机不过是在10~12千米的高空。

也可以把这种旅行简单理解成，到大气层边缘，偷偷看一眼宇宙，体验一把失重。这样的体验，维珍银河的开价是25万美元，XCOR宇航公司则是9.5万美元。

一群人，正悄悄盯上了太空游。

中国游客的太空之旅

还真别以为，太空之旅只是国外超级富豪的游戏，在不久的将来，中国人或许会后来居上。

上述的XCOR宇航公司，已经收到了34张来自中国地区的订单，年龄从25~67岁不等。

连引进该旅游的探索旅行副总裁杜希勇也直呼没想到：“本以为中国人保守、不爱冒险，可没想到预期比想象中热烈。”

据新华网的粗略统计，目前已有超60家民营企业涉足商业航天，可能在不久的将来，中国游客还会使用中国制造的飞船登上太空，一尝儿时“嫦娥奔月”的神话。

不过，太空游虽然浪漫，可也面临不少争议。

一是太空游对游客产生的身体健康问题，二是太空游对地球环境可能造成伤害的问题。

先来讲健康。

虽然目前有很多研究表明“太空辐射”和“无重力环境”对人体的危害，但前提是长期。美国联邦航空局表明（FAA）表明，类似“亚轨道飞行”这种在太空边缘短暂停留的旅行，受到太空辐射的影响几乎微乎其微。但游客在短时间内会经历重力、失重的感觉，仍可能会有头晕、恶心、背痛等症状出现。

△宇航员需要经过各种训练，才能克服太空环境对人体的影响

再来就是太空旅行对地球环境的影响。

如果是轨道飞行，那么一般会用到火箭作为推力，火箭分为液态和固态，使用固态火箭，会产生大量的二氧化碳，而使用液态火箭则释放出清洁的水蒸气。

不过，火箭发动机依旧会在大气层上层释放微量气体，从而造成臭氧的损耗和产生烟尘颗粒。

△固态燃料燃烧时会产生大量二氧化碳

但随着科学的发展，可以使用不同类型的燃料或不同类型的推进器来改进这一问题。

而现在，想要实现太空旅行的最快方式，是回家睡一觉或者买张彩票。

谢选骏指出：太空旅游只是商业性的活动，是宇宙旅行的初级阶段；宇宙旅行只是探险性的活动，是宇宙朝圣的初级阶段——唯有超越了商业和探险的动物欲望，宇宙殖民才能升级为宇宙朝圣。唯有宇宙朝圣才能引导所有“宇宙大发现”的活动，使之立于不败之地。

【导论8、天文学家不解天象】

网文《走出太阳系边缘，回望太阳系是什么样子？》2019-08-13报道：

有史以来，我们总是幻想离开地球，冲出太阳系，翱翔于宇宙浩瀚的空间之中。但是我们在冲出太阳系边际，回望我们自己的家园，会是什么样子？太阳的微弱亮光吗？也许并不是。

太阳系并不仅仅包括八大行星，它还包含了柯伊伯带，以及神秘的奥尔特星云。以人类现有的科技，想要穿过太阳系，需要花费几万年的时光。我们知道旅行者1号在离开冥王星后，不仅要穿越过庞大的柯伊伯带，还要穿过神秘的奥尔特星云，仅仅是奥尔特星云，以旅行者1号的速度，就需要差不多3万年。仅是太阳系，它的范围对我们人类而言都是遥不可及的。

奥尔特星云又译欧特云，是包围着太阳系的球状云团，宛如蛋壳将整个太阳系包裹在其中。然而目前科学家对却它知之甚少，我们对它的存在也是异常疑惑，我们是如何避开它厚厚尘埃，观测到宇宙的深空呢？有人说，它就像地球的大气层，可以为我们更好的展现宇宙，既然如此，为什么月球上看不到星星呢？或许，它与地球的大气层重叠成类似于望远镜的原理，这仿佛是最佳的答案。

在我们离开太阳系的边界，回望我们的家园，也许是一个美丽的星云团，我们望不到太阳，也看不到其它行星，因为奥尔特星云将我们隐藏在其中，就像一道天然的屏障，庇护我们不被其他高级文明发现。

网文《太阳系边缘对地球的回眸——暗淡蓝点》（抹香君）报道：

追随我心，与梦齐飞。

1990年2月14日，正当时旅行者1号太空船刚完成其首要任务之后，卡尔萨根博士向NASA提议让旅行者1号拍摄了一张在太阳系边缘回望地球的照片。这张照片就是著名的《暗淡蓝点》，从太阳系边缘看上去，地球就像是悬浮在空气中的一粒微小尘埃。

“我们成功地（从外太空）拍到这张照片，细心再看，你会看见一个毫不出奇的小点。

再看看那个光点，它就在这里。

那是我们的家园，我们的一切。

你所爱的每一个人，你认识的每一个人，

你听说过的每一个人，曾经有过的每一个人，

都在它上面度过他们的一生。

我们的欢乐与痛苦聚集在一起，

数以千计的自以为是的宗教、意识形态和经济学说，

所有的猎人与强盗、英雄与懦夫、

文明的缔造者与毁灭者、国王与农夫、

年轻的情侣、母亲与父亲、满怀希望的孩子、

发明家和探险家、德高望重的教师、

腐败的政客、超级明星、最高领袖、

人类历史上的每一个圣人与罪犯，

都住在这里——一粒悬浮在阳光中的微尘。

在浩瀚的宇宙剧场里，地球只是一个极小的舞台。

想想所有那些帝王将相杀戮得血流成河，

他们的辉煌与胜利，

曾让他们成为光点上一个部分的转眼即逝的主宰；

想想栖身于这个点上的某个角落的居民，

对别的角落几乎没有区别的居民所犯的无穷无尽的残暴罪行，

他们的误解何其多也，他们多么急于互相残杀，他们的仇恨何其强烈。

我们的心情，我们的妄自尊大，

我们在宇宙中拥有某种特权地位的错觉，

都受到这个苍白光点的挑战。

在庞大的包容一切的暗黑宇宙中，

我们的行星是一个孤独的斑点。

由于我们的低微地位和广阔无垠的空间，

没有任何暗示，从别的什么地方会有救星来拯救我们脱离自己的处境。

有人说过，天文学令人感到自卑并能培养个性。

除了这张从远处拍摄我们这个微小世界的照片，大概没有别的更好办法可以揭示人类妄自尊大是何等愚蠢。

对我来说，这强调说明我们有责任更友好地相处，并且要保护和珍惜这个淡蓝色的光点——这是我们迄今所知的唯一家园。”（发布于 2020-11-20）

网文《世界上最遥远的自拍》（林伯虎）报道：

上面这幅照片平白无奇。画质拙劣，主题不清，简直要让单反迷和高清控抓狂。

即便我告诉你，这出自一架1977年的照相机，拍下这张照片时已经13岁高龄。

或许我还应告诉你：这是一幅发自60亿公里外的地球自拍。

地球，没错，就是画面中间那个不经意的淡蓝色小点，是成就这幅照片的全部原因。

这是人类迄今为止最遥远的回望。

一位科坛传奇，一场旷世飞行，一段传世文字。照片的背后，一场关于空间和时间的逐梦和反思。

(1)

卡尔·萨根（Carl Sagan）生于纽约布鲁克林。这个犹太家庭出来的熊孩子天赋异禀，上中学时已经对门门课拿A感到无趣，不得已只能用厚纸板做模型，自学了分子结构。

甚至在父亲支持下，卡尔给自己建起了一间化学实验室。为此，老师专门请来他家长，商量能不能把这个天才送去私立学校，因为老师觉得“他真的很不一样”。

这个不一样的卡尔，更大的兴趣在于仰望星空。

卡尔的父亲来自遥远的卡缅涅茨-波多利斯基。今天，这里属于乌克兰的一部分。这片土地上孕育的族裔，似乎天生向往着头顶的繁星。

谢尔盖·帕夫洛维奇·科罗廖夫，生于1907，人类史上第一颗人造卫星火箭设计者，第一艘载人飞船总设计师，乌克兰人。

卡尔与空间和时间的缘分似乎从小就注定。他记得很清楚，4岁那年，父母带他去看1939年纽约世博会。他目睹一颗装载着1930年代物品的时间胶囊被埋入地下，并将在千年后被打开，向后世的人类讲述先祖的生活起居。

卡尔那时不会想到，多年后，自己会把一颗时间胶囊送上最遥远的地外。

(2)

1960年，太空迷卡尔从芝加哥大学毕业。他的博士论文题目是：行星的物理研究。

早在50年代，物理高材生卡尔已经成为美国航空航天局(NASA)的顾问。

其时，为了一场百年不遇的机缘，美国人正在加紧赶工。

1965年，科学家发现，几大行星将会形成一个特殊的排列结构。如果航天器利用该结构产生的引力弹弓，原本30年的四大行星之旅可以缩短到12年完成。

如此的行星排布，176年一遇。

为此，美国人不仅先后发射了先驱者10号和11号，还专门研发两架空前绝后的机器。

旅行者一号，将肩负起看清木星、土星的使命。

顺便，为了一丝被地外生命寻获的可能，721.9千克的探测器上安放了一颗来自地球的“时间胶囊”。

卡尔是胶囊的制备者。这是一张12寸的镀金铜质唱片，除在封面上标注地球位置等信息，还包含着星球上55种语言的问候，以及27首世界名曲，包括中国古琴曲《流水》。

(3)

1977年9月5日，“旅行者一号”搭载泰坦3号E半人马座火箭，从佛罗里达的卡纳维拉尔角发射升空。

这将成为人类历史上最漫长的远行。

两年后，旅行者飞临木星，拍下了美轮美奂的行星画面。

1980年，探测器掠过土星。

500万公里外的土星全貌

到1989年，旅行者一号已经圆满完成寻访太阳系行星的任务，逼近太阳系的边缘。眼看这个超期服役的家伙分分钟可能丧失功能，卡尔提出一个想法。

让这个离家最远的人造飞行器转个头，回望一眼离开了12年的出发地。

这将是一张空前的照片。地球，从未被人如此遥远地眺望。

阿波罗11号的月球视角，38万公里外看到的地球

(4)

这个决定几乎马上被NASA否定。肩负重任的旅行者，每一个动作都必须为科学价值设计。

但这个回头，科学家认为毫无意义。明明就是一次勇往直前的探索，回望身后有什么意义？

甚至，他们认定这是一次不可能完成的任务。要控制60亿公里外的相机完成一次自拍，这样的难度，远胜一般的自拍杆。

60亿公里，一句话通过无线电信号传过去需要5个多小时，遑论这家伙还在以每小时64000公里的速度向太阳系的边缘逃逸。

为了让卡尔们死心，NASA不惜用上了全世界官僚的通用语言：管这事的人已经不在这儿工作了。

(5)

卡尔没有死心。持续的游说终于换来了NASA的转意回心。

Richard Truly，时任NASA主管，他本人曾是一名宇航员。1989年，刚刚上任的Truly接受了卡尔·萨根的建议，决定用6个月完成回望太阳系的拍摄——1990年2月，来自南加州的空气动力实验室，旅行者一号终于收到了发自地球的家书。

在调整姿态之后，他用相机拍下了60副面朝太阳系的行星全家福。因为拍摄期内地球靠近太阳，致使成像中出现光带——从太空拷照片需要点耐心。通过无线电，每个像素传到地球需要五个半小时，全部64万像素的图像全部下载用时足足三个月。

信号被还原成图片后，卡尔们看到，这个不可一世的星球，竟在茫茫星空近乎消失不见。

这个孕育神奇生命的家园，这个终日争斗倾轧的人间，在宇宙眼里，不过是一粒失去了空间感和时间感的尘埃。

卡尔决定为这幅图写一本书，讲述太阳系中的地球。书名他取为《暗淡的蓝点》。该书登上了当年的纽约时报畅销榜。书中开头部分的描述和这幅照片一道，成为美国人过目难忘的经典。

卡尔希望人类看到，地球其实只是浩瀚星空中一个毫不起眼的存在。

(6)

1996年，卡尔离开了人世。终年63岁的他自然明白，在银河系中，这样的离去只是微不足道的瞬间。但关于时间和空间的旅行不会止息。

到今天，孤独的旅行者一号依然在深空中穿行。它的相机已经报废，再也无力睁眼回望自己的家乡。

到2020年，当探测器上的三块放射性同位素电池耗尽，这位来自地球的使者将彻底断绝与家乡的联系。但是，它将继续带着卡尔的时间胶囊，踏上前往银河系中心的旅行。

如果顺利，他将会在公元40272年到达1.7光年远的小熊星座。

据说，那里可能存在等着打开时间胶囊的地外生命。

愿那时，人类依然守望着这颗宇宙间的尘埃。

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Look again at that dot。That's here。That's home。That's us.

再仔细看看那个小点。就是这里，就是我们的家，就是我们。

On it everyone you love, everyone you know, everyone you ever heard of, every human being who ever was, lived out their lives.

在这点上每个你爱的人、每个你认识的人、每个你曾经听过的人，以及每个曾经存在的人，都在那里过完一生。

The aggregate of our joy and suffering, thousands of confident religions, ideologies, and economic doctrines, every hunter and forager, every hero and coward, every creator and destroyer of civilization, every king and peasant, every young couple in love, every mother and father, hopeful child, inventor and explorer, every teacher of morals, every corrupt politician, every "superstar," every "supreme leader," every saint and sinner in the history of our species lived there--on a mote of dust suspended in a sunbeam.

这里集合了一切的欢喜与苦难，数千个自信的宗教、意识形态以及经济学说，每个猎人和搜寻者、每个英雄和懦夫、每个文明的创造者与毁灭者、每个国王与农夫、每对相恋中的年轻爱侣、每个充满希望的孩子、每对父母、发明家和探险家，每个教授道德的老师、每个贪污政客、每个超级巨星、每个至高无上的领袖、每个人类历史上的圣人与罪人，都住在这里——一粒悬浮在阳光下的微尘。

The Earth is a very small stage in a vast cosmic arena。Think of the rivers of blood spilled by all those generals and emperors so that in glory and triumph they could become the momentary masters of a fraction of a dot。Think of the endless cruelties visited by the inhabitants of one corner of this pixel on the scarcely distinguishable inhabitants of some other corner。How frequent their misunderstandings, how eager they are to kill one another, how fervent their hatreds.

地球是这个浩瀚宇宙剧院里的一个小小舞台。想想从那些将令们和皇帝们那里溢出的血河，他们的光荣与胜利只为了让他们成为了这一点上一小部分的短暂主宰。想想栖身在这点上一个角落的人正受着万般苦楚，而在几乎不能区分的同一点上的另外一个角落里亦同时栖身了另一批人。他们有多时常发生误解？他们有多渴望杀了对方？他们的敌意有多热烈？

Our posturings, our imagined self-importance, the delusion that we have some privileged position in the universe, are challenged by this point of pale light。Our planet is a lonely speck in the great enveloping cosmic dark。In our obscurity – in all this vastness – there is no hint that help will come from elsewhere to save us from ourselves.

我们的装模作样，我们的自以为是，我们的错觉以为自己在宇宙里的位置有多优越，都被这暗淡的光点所挑战。我们的星球只是在这被漆黑包裹的宇宙里一粒孤单的微粒而已。我们是如此的不起眼——在这浩瀚之中，我们不会从任何地方得到提示去拯救我们自身。

The Earth is the only world known, so far, to harbor life。There is nowhere else, at least in the near future, to which our species could migrate。Visit, yes。Settle, not yet。Like it or not, for the moment, the Earth is where we make our stand。It has been said that astronomy is a humbling and character-building experience。There is perhaps no better demonstration of the folly of human conceits than this distant image of our tiny world。To me, it underscores our responsibility to deal more kindly with one another and to preserve and cherish the pale blue dot, the only home we've ever known.

地球是迄今为止唯一的栖身之所。至少在可见的未来，人类别无他处可供迁徙。去访问，没问题；去定居，还不行。好恶与否，仅就当前，地球仍是我们的大本营。一直有人说天文学是令人谦卑，同时也是塑造性格的学问。对我来说，希望没有比这张从远处拍摄我们微小世界的照片更好的示范，去展示人类自大的愚蠢。对我来说，这意味着我们有责任更加友善地关怀彼此，保护和珍惜这暗淡蓝点——这个我们目前所知唯一的家园。

《64亿公里之外，飞船从太空传回一张照片，专家看后为何失去笑容》（2021-02-18 说天下史S）报道：

太阳系是浩瀚宇宙中的一部分，那么在太阳系又是怎样的世界？1977年9月5日所发射的旅行者一号探测器便带着飞离太阳系的任务驶入了外太空，而且近半个世纪后，旅行者一号仍然可正常运行。

于人类而言，半个世纪是漫长的，而旅行者一号探测器确实带给了人类不少惊喜，它是首个提供了木星、土星以及其卫星详细照片的探测器，1979年时，人类通过旅行者一号看到了木星背阳面的极光。

而从1989年起，旅行者一号朝着银河系中心方向前进，2012年5月则已经达到了太阳系边缘位置，但一直到12月，旅行者还没有飞出太阳系，并且即使到了2013年8月，NASA还是无法确定旅行者一号是否飞离了太阳系。

至今旅行者一号则已经飞出了228亿公里，是距离地球最远的飞船，值得一提的是，当旅行者一号飞至距离地球40亿公里处的地方时，所拍摄到的地球其实已经是颗“星星”。

而在1990年，距离地球64亿公里外，旅行者一号所拍摄的地球就是一“暗淡蓝点”，美国著名的天文学家卡尔·萨根看到这张照片后，心中大受震撼，失去了笑容。因为一直以来，在浩瀚的宇宙中，孕育了生命的地球是特别的，人类则是伟大的，可旅行者一号捎回来的照片，却告诉大家“不过如此”，因而萨根从中得到启示，认为在宇宙剧场里，地球其实只是一个极小的舞台。

“我们的心情，我们的妄自尊大，我们在宇宙中拥有某种特权地位的错觉，都受到这个苍白光点的挑战。”

2020年，美国宇航局则发布了旅行者原版照片的新版本——苍白蓝点，NASA则是介绍：在1990年情人节那天，旅行者1号在距离地球64公里的距离上行驶，最后一次回头，拍下了最后一批太阳系照片。

另外在2020年，旅行者1号开始关闭科学仪器，而科学家们则认为，大概在2025年，旅行者一号的电池耗尽后，它还是会向银行系中心前进，但再也回不来了。

自古以来，人类一直在研究地球、探索宇宙，而旅行者一号的飞行无疑是特别的，不过当大家都在议论旅行者一号可能已经飞离了太阳系，然而科学家们还是难以确定。

虽然按照之前的计算，旅行者一号本该在2012年脱离太阳系进入到了宇宙空间，但由于一些未知的缘故，旅行者一号始终处在了太阳系非常边缘的位置，此外旅行者一号上还携带一张选取了世界上55种语言，所录成的问候语的铜质磁盘唱片，并且还有115幅影像，其包含了太阳系各行星的图片以及人类器官图像及说明等。

若是在外太空真的存在着外星人，那么旅行者一号将向它们表达人类的问候。虽然在地球乃至太阳系中，人类都是非常特别的存在，拥有着高智慧，但不可否认，宇宙之浩大，人类其实很渺小。

谢选骏指出：

天文学家不解天象，

陷入虚无主义陷阱，

斥责帝王名流百姓乞丐，

未能反躬自省结果短命。

人类虽然渺小无道，

但其背景大而有序，

宇宙万象迭出无穷，

荣耀终归独一上帝。

【导论9、天文学证实圣经天上的财宝】

《天文学家发现一个不可思议的现象：彗星正在低温下汽化金属》（2021-05-21 星空天文）报道：

一个比利时科研团队最近在《自然》杂志上刊文称，他们获得了一个令人吃惊的发现——彗星会产生金属蒸汽。

提到金属蒸汽我们通常会联想到酷热的环境。事实上过去确实如此，天文学家只在高温环境，比如距离恒星极近的系外行星大气层中，或以超近距离飞掠太阳的“掠日彗星”身上发现过金属蒸汽。人们可能根本没有想过，低温环境中的“脏雪球”——彗星也会和金属蒸汽联系在一起。

研究人员分析了20颗彗星的光谱数据，从中发现了微弱的铁原子和镍原子谱线。这20颗彗星分布在太阳系各处，最远的距离太阳有4.8亿千米，相当于地球和太阳距离的三倍多。

金属蒸汽的含量不多。它们和彗星产生的水的质量比，大约是1比10万。但让研究人员感到困惑的是，这些彗星产生的铁蒸汽和镍蒸汽含量几乎是一样的。而太阳系的铁镍比例大约是10比1。这一发现可能会改变天文学家对早期太阳系的认知。因为彗星被认为是太阳系形成期的遗留物，它们历经了46亿年，却几乎没有发生过任何变化。

而常识告诉我们，金属不可能在低温环境中升华为气体。因此研究人员认为，在彗星的彗核表面，一定存在某种特殊的物质。这种物质能够在低温中升华，并产生比例为1比1的铁和镍。

有意思的是，同期《自然》杂志上还刊登了一篇波兰学者的文章，称他们发现首颗闯入太阳系的星际彗星——“鲍里索夫（2I/Borisov）”也会产生气态的金属镍。

谢选骏指出：凡人理解圣经所说的“天上财宝”，以为那只是一种形容，殊不知天上真有沉甸甸的金属。也许耶稣早已洞悉天上的列星，胜过地上的矿藏。

《人类诞生自钻石行星》（2016-06-08 光明网）报道：

科学家发现，在浩瀚宇宙中，星球上的生命诞生并不是随机的，钻石行星中诞生生命的可能性最大。而地球生命的起源，很可能也源自这些在宇宙中流浪的“钻石行星”。

浩瀚宇宙，哪颗星球上最先诞生了生命？美国哈佛大学研究人员认为，宇宙中首先出现生命的可能是由石墨、碳化物以及钻石构成的“钻石行星”。

据报道，领导相关研究的哈佛大学研究生娜塔莉·梅什(Natalie Mashian)称，研究显示，即使太阳系中的恒星只含有很少的碳，也能帮助构成行星。“我们有理由相信，外星生命也像地球生命一样属于碳基生命，因此早期宇宙中可能也存在生命。”她说。

原始宇宙主要由氢和氦组成，缺少碳、氧等生命构成所需必要元素。只有第一批恒星发生爆炸变成超新星，第二代行星形成时，才可能出现生命。

梅什和她的导师研究了一类被称为“碳增强金属贫星”的老恒星。这些恒星的铁含量仅为太阳的十万分之一，这意味着它们都是年轻宇宙中的“化石”。通过研究它们，可以弄清楚行星甚至宇宙生命是如何诞生的。

尽管相较太阳缺少铁和其他重元素，“碳增强金属贫星”也有比预期更多的碳。相对丰富的碳可能影响行星形成。从远处看，这些碳行星很难与类似地球的世界区分开来，它们的体积大小也十分相似。天文学家必须检验这些行星的大气，以观察它们的真实性质。通常情况下，这些行星会被甲烷或一氧化碳等气体会包围。

一些钻石行星在宇宙中流浪，并通过不断地撞击产生生命，然后将生命传送到其他星球。科学家认为，地球生命或同样起源于此。

钻石是在宇宙中最为常见的物质，大量的天体陨石都可以称呼为“钻石行星”，天体生物学家认为38亿年前，一些原始生命分子通过富含钻石的陨石或彗星抵达地球。该理论叫做“有生源论”。例如：彗星上的有机分子和水穿过太阳系时，碰撞在地球表面，暗示着孕育地球生命的分子来自于太空。

美国华盛顿大学生物学家彼特-沃德(Peter Ward)说：“地球生命源自太空，这一理论将对当前科学和宗教信仰产生巨大影响。”

许多科学家指出，大约38亿年前地球突然出现生命形式，这一时期支持生命孕育的条件变得成熟，整个银河系可能充满了生命分子。英国白金汉大学天体生物学家钱德拉-维克拉马赫(Chandra Wickramasinghe)教授认为，地球与邻近恒星系统中行星不断地交换着有机物，甚至活体物质。近期他发表几篇研究报告，内容显示陨石中发现的生物体化石和地球大气层中类似微型藻类的生物体是由途经彗星和小行星送递的。

维克拉马赫指出，近期研究分析了银河系内邻近地球的900多颗行星，基于研究结果我们推测银河系内大约有1400亿个宜居行星系统，多数宜居行星环绕光线昏暗的红矮星运行。这意味着地球距离生命宜居行星系统仅有几光年，这一距离很容易有逃逸灰尘、残骸、彗星和陨石抵达地球。

这些行星将其本身所携带的生命分子传播到地球，并且在地球不断地进化演变，最终成为现在这样。为了验证这一观点，科学家们正努力收集证据，等待着真相被揭开的那天。

谢选骏指出：天文学证实了圣经所说的天上的财宝，不仅存在，而且可能是生命的源泉！难怪说，人是一种堕落的天使。

《科学家首次在地球附近彗星上发现“酒”和“糖”》（2015-10-27 和讯网）报道：

未来前往一颗彗星的旅行者或许不需要打包带上啤酒或糖果。人们最喜欢的两种“恶习”——酒精和糖——至少已在一颗地球附近的彗星上出现。

C/2014 Q2彗星又被称为“洛夫乔伊”彗星，在今年1月运行到距太阳最近的位置，从而使人类裸眼能看到它，并且为天文学家提供了研究其大气组成的机会。

在这颗彗星最亮时，来自法国巴黎天文台的Nicolas Biver和同事利用西班牙格林纳达毫米级射电天文学研究所的30米射电望远镜观察了它。

望远镜挑选出21种化合物的特征，包括诸如乙二醇、甲酸和乙醛等此前在海尔—波普和其他彗星上探测到的有机分子。它还发现了乙醇和乙醇醛，而后者是一种简单的糖分子。

研究人员介绍说，这是上述两种物质首次在彗星上被探测到。不过，研究了“罗塞塔”飞船所提供数据的科学家有点挑剔地表示：他们也发现了这些物质。“罗塞塔”绕“67P/丘留莫夫—格拉西缅科”彗星运行了一年多，并在上面探测到乙醇，尽管此项发现尚未被公布。乙醇醛则被搭载“菲莱”着陆器的质谱仪探测到。

“在彗星上探测到这些化合物，有助于扩展人类对通过彗星被输送到早期地球或其他行星表面的生命所需潜在成分的了解。”美国宇航局天体化学家Jamie Elsila表示，“然后，这些知识能帮助评估可能产生生命的其他途径的可能性。”

谢选骏指出：天文学证实了圣经天上的财宝，还展示了耶稣所说的宇宙图景——“只要积攒财宝在天上，天上没有虫子咬，不能锈坏，也没有贼挖窟窿来偷。”

【导论10、猥琐的人害怕孤独】

《太阳系外，类地行星说：我们并不孤独》（2021-05-10 天文在线）报道：

一颗极冷的恒星（红矮星）——TRAPPIST-1周围，有7颗地球大小的行星环绕着。这几颗行星中，任何一颗都可能含有液态水。那些离主星较远的行星上（尤其是行星背面）更可能有大量的水冰存在。该恒星系统由美国宇航局“斯必泽”太空望远镜、TRAPPIST望远镜（地基凌星行星及原行星小望远镜）与其它地基天文台联合观测发现，并以TRAPPIST望远镜的名字命名。

该任务中，美国宇航局喷气推进实验室（美国加州帕萨迪纳市）为科学任务理事会（华盛顿）管理“斯必泽”空间望远镜的运行，技术运作由斯必泽科学中心（帕萨迪纳市加州理工学院）指挥，航天器以洛克希德·马丁空间系统公司（科罗拉多州利特尔顿）的设计为基础运营，观测数据储存在加州理工学院红外科学数据库及美国河外数据库中。加州理工学院负责宇航局喷气推进实验室的行政管理工作。

我们面对着这样一个根本的问题：“人类是孤独的吗？”这个问题的答案将撼动我们对宇宙及身处之地的基本认识。我们许多的身份认知是建立在“我们是特别的存在”的基础上的。我们将自己视为这颗“唯一”有生命的星球上仅有的智慧物种，因此将自身置于宇宙中心，拔高了人类这个物种的身份地位。“我们是孤独的吗？”，这个问题的答案将撼动宗教、哲学及生物学的基础，而找到类似地球的系外行星将动摇天文学与地质学的根基。

想象你是原始部落的一员，生活在几千年前的平原上。你生活在“襁褓”中，对宇宙的理解只能凭你与部落其他成员的观察总结。有一天，你突然想独自一人穿越平原，去看看外面还有什么。穿过平原，你看到了一只鸟，那是你从未见过的生物，你的世界观立马被这种会飞的生命形式撼动了。你径直走着，直到抵达海岸。这时，一条鱼儿跃出水面，这又是你从未见过的生物，你的世界观再一次被这种能在水中遨游的生命形式撼动了。

我们用原始的方式去理解事物，在地球这颗行星中用受限的观察去定义生命，我们对生命的全部理解都依赖于对在地球上形成的生命的观察。从这些观察中，我们得出生命是含碳的以及生命离不开水的结论。凭此，我们外推：若能找到一处有水和复合碳基分子存在的地方，生命形式或许也在。不过这种观点很可能有些“目光短浅”了，因为不需要水和碳的生命形式是被允许存在的。只不过化学告诉我们生命更可能是基于碳而非其它元素建立起来的。碳是一种轻且有丰富含量的元素。它一个能容纳八个电子的壳层中充填着四个价电子，因此一个碳原子能够形成四个共价键（相比之下，氮原子能形成三个，而氧原子只能形成两个）。碳原子还能形成双键，形成强的（没有强到无法改变分子结构）、复杂的、含支链的分子。这意味着碳是一种轻而丰富的元素，能够组成非常复杂且多变的分子。而为了生存，生命形式总是复杂且易于变化的。水也被视作生命存在的近似先决条件。它就像是一种“万溶剂”，能溶解许多物质，这也让它在运送进出活细胞的物质方面有极高的价值。

于是，我们寻找有着复杂碳基分子、水以及使水维持液态所需温度的星球。这份公告发布以前，我们并没有发现地外生命并且少有找到能维持生命存在的其它星球。但现在，宇航局宣布发现了一个包含七颗类地行星的类太阳系系统，而每颗行星表面都可能有水存在，七颗行星中有三颗位于宜居带内（类似地球在太阳系中占据的区域，此区域内有适宜生命存在的自然条件）。这意味着在这个恒星系统中，我们发现了多个生命可能存在的地方。

这份公告的发布不仅为我们今后的研究提供了一个明确的目标，更提升了我们对“地球在其形态上不是特别的，而且像它这样类似形态的行星可能也是相当普遍的”这种想法的自信。我们虽然只观测了银河系中极少量的天体，却也找到了许多类地行星。也许它们有的更像火星，有的更像金星，将来的研究会回答这个问题，不过每发现一个富含碳、益于水存在且受主星适当光照的小型岩质行星，我们对它们共通性的存在就会更有信心。

天文学家法兰克·德雷克提出了一个著名的方程（德雷克方程）：N=R*·Fp·Ne·Fl·Fi·Fc·L。该方程提出：银河系内可能与我们通讯的文明数量（N）=银河系恒星形成的平均速率（R*）×恒星系统中有行星的比例（Fp）×每个行星系中适宜生命存在行星的数目（Ne）×宜居行星内却有生命诞生的比例（Fl）×演化出高智慧生物的概率（Fi）×高智慧生命能够进行通讯的概率（Fc）×智慧文明释放可探测信号的时长（L）。

如今，这个方程中的大部分参数仍靠猜想工作设定。我们没有具体的方法来确定参数，这使我们只能基于一些观测数据进行推测。宇航局的此次发现，让我们对Ne数值的估计更为乐观。

在太阳系中，我们确切地知晓有一颗行星是适合生命生存的，同时有两颗行星可能有生命存在。现今，这个类太阳系中竟有3到7颗行星很可能适合生命存在，着实令人吃惊。

我们需要继续做出类似的发现不断提高自信心。不久的将来，我们可能真的会达到这样的地步：我们会轻松地说，一颗可能支持生命存在的恒星更有可能也拥有可以支持生命存在的行星。这样的一个启示将会显著性地改变德雷克方程中的N值，在“我们并不孤独”的观点中注入更多的自信。我们需要发展方法来更好地研究这个恒星系统（TRAPPIST-1）。在天空中的某处，有那么三到七颗星球正显露着那些可能从根本上影响多个科学分支的信息，并凭此改变着我们在宇宙中对自身的认知。

这简直酷毙了。原谅我夸张的表达，因为达尔文第一次看到加拉帕戈斯群岛是也类似这样。我们已经找到了研究方向，之后我们可能会判定在该系统中找不到任何生命存在的迹象，这无疑会让人失望，不过获得的更多信息将提高我们的认识，从这点看，研究又是极其重要的。BY:Quora-FORBES

谢选骏指出：猥琐的人害怕孤独，却不知道孤独的价值无与伦比。“独一份”才是绝顶的高贵。如果没有上帝，人类是很可怜，但却也因为无神而处于宇宙的顶端了——“唯一的”智慧生物。如果没有其他智慧生物，人类是很孤独，但也因此更加难得金贵了。难道不是吗？注定的灭亡，反而成就了稀世的珍宝。难道不是吗。

（另起一页）

太阳系

Solar System

《宇宙朝圣》第七卷

"Cosmic Pilgrimage" Volume Seven

【001、“超级太阳系”生态不亚于地球，存在生命概率是先前预测的7倍】

2017-08-17 科学宇宙探索者

科学家如何衡量宇宙中一个星系是否有生命的存在？其中最重要的条件是主恒星的年龄。未成年的恒星轨道不稳定，而且“脾气”暴躁，容易产生大量的高强度辐射，会主动攻击周边行星。而年纪过大的恒星由于自身能量的累积而逐步转变成红巨星，表面温度极高，周边的行星随时可能被烤焦。

因此，只有成年的，稳定的恒星系统才最有可能形成生命生存的环境。有了生命存在的条件才有可能出现生命。那么就目前来看宇宙中最有可能存在生命的地方是哪里呢？

其实宇宙中最有可能存在生命的地方离地球并不远，就在40亿光年以内。这个星系叫塔比星系统，年龄大约在98亿岁。而且科学家发现这颗恒星的质量只有太阳的8％，却能低温燃烧亿万年，也就是说这颗“缩小版的太阳系”里面的行星中很可能有发展了数十亿年的外星文明。

目前，我们发现这颗恒星至少有7颗类似地球的行星绕其运行，其中3颗位于宜居带，表面极可能有液态水，加上温度条件比地球更好，科学家推测这个“缩小版的太阳系”中存在外星生命的概率是原先预测的7倍。

但是有科学家也因此延伸出一个问题：理论上恒星的年龄越大，行星被辐射影响的时间就越久，表面的液态水就会蒸发得越厉害，那么这些类地行星的液态水是否能长久保存下来呢？

其实恒星的辐射越大并不代表行星的液态水一定会被蒸发掉。虽然塔比星的行星与地球相似，但是这些行星的密度比地球的密度小，地表能够挥发的物质比地球多。所以，这些类地行星的大气比地球的大气更加复杂，甚至能够形成一种特殊的浓厚大气，有效反射或者抵抗过于强大的辐射，从而保护地表。

不过，虽然这些行星有液态水和大气的存在，但科学家认为判定一颗行星的宜居性还需考虑更多的问题，比如是否有稳定的宇宙环境？行星各自的卫星以及周边的小行星带是否有安全隐患？行星内部板块是否稳定？等等，这些问题科学家还无从得知，不过不可否认的是，这三颗行星已具备孕育生命的初始条件，不排除已孕育出初始生命，相信科学家很快就能给人类带来惊喜。

【002、“金星生命论”未被推翻！确定大气仍有少量磷化氢】

2020年11月19日 新浪科技

最新数据分析表明，金星大气中气态磷化氢的迹象现已消减很多，但是它们仍然存在。

最新数据分析表明，金星大气中气态磷化氢的迹象现已消减很多，但是它们仍然存在，这意味着金星大气潜在神秘生命的可能性并未完全被推翻。

今年9月，一支国际天文学家小组报道发现金星大气层中存在磷化氢，该发现被视为一种潜在的生命标志，很快成为一则头条科学新闻。随后又有几项研究对他们的观察和结论提出质疑，认为发现的磷化氢并非证实金星潜在生命的确凿证据。目前，该研究小组重新分析部分观测数据，指出最初使用的数据存在操作误差，同时，他们确认了观测数据中存在磷化氢信号，但这比之前的信号更微弱。

该项研究是解决数十年来关于金星最激动人心的争论的重要一步，美国威斯康星大学行星科学家桑贾伊·利马耶（Sanjay Limaye）说：“为此我等待了一辈子！”对他而言，这场科学辩论对探索金星之谜增添了活力。

他们的再分析过程是基于阿塔卡马大毫米/亚毫米阵列（ALMA）望远镜的观测结果，结论显示金星大气中的磷化氢平均含量是十亿分之一，大约是之前估值的七分之一。与他们最初的报告不同，科学家现将他们勘测的金星磷化氢现象描述为“试探性发现”。

这是该研究小组首次公开回应过去两个月科学界针对他们的批判性评论，西南研究所行星科学家鲍勃·格林姆（Bob Grimm）未参与这项磷化氢研究，他说：“该项科学再分析过程非常有意义。”目前，研究人员更倾向于展开更多研究进行验证，收集一定的证据，要么证实该现象的真实性，要么反驳该结论。

关注焦点

在今年9月份的研究报告中，研究小组使用ALMA望远镜和麦克斯韦望远镜（JCMT）的观测数据获得此项发现，该研究小组负责人、英国加的夫大学天文学家简·格里夫斯（Jane Greaves）称，我和同事们重新分析该研究结果，因为原始ALMA数据中可能含有影响结论的不真实信号。11月16日，研究人员公布了ALMA望远镜的修正数据，而格里夫斯展开最新分析，并将相关结果进行公布。

依据格里夫斯和她同事的观点，ALMA数据表明金星大气存在磷化氢的光谱特征，这是一种由一个磷原子和三个氢原子构成的分子。他们指出，目前没有其他化合物可以解释这些数据。在金星大气中发现磷化氢气体非常令人兴奋，因为地球微生物会产生磷化氢气体，如果这个信号是真实的，而且确实是生物来源的磷化氢，那么有可能是漂浮在金星大气中的微生物产生的磷化氢气体。但也有可能存在非生物来源的磷化氢，目前科学家还无法确定。为了确定这两种情况是否正确，研究人员首先需要确认磷化氢的存在。

在对最初研究的一项批判性讨论中，研究人员指出，报告中的磷化氢信号可能真的来自二氧化硫，该气体在金星大气中很常见，但并不是由金星大气生命产生的。格里夫斯和她的研究小组在最新报告中反驳称，依据他们使用的第二个望远镜——麦克斯韦望远镜（JCMT）收集数据中呈现的磷化氢迹象，认为磷化氢不太可能是非生物来源。其他批判性观点聚焦于从复杂数据中提取磷化氢信号的难度上。

研究人员重新分析发现，金星大气中磷化氢浓度偶尔会达到十亿分之五的峰值，格里夫斯称，这意味着地球上不同区域，甲烷含量可能随着时间推移而增减，这种情况类似于火星上出现的甲烷峰值。

另一项新的证据支持金星大气存在磷化氢气体，受到格里夫斯研究报告的启发，美国加州州立理工大学波莫纳分校生化学家拉凯什·莫卧（Rakesh Mogul）带领一支研究小组，近期研究分析了美国宇航局1978年“开拓者-金星”任务的勘测数据，检测发现一磷化合物，可能是磷化氢或者甚至基于磷的分子。据悉，“开拓者-金星”任务发射一艘宇宙飞船在金星大气中展开勘测探索，用于测量在降落过程中云层的化学成分。11月17日，莫卧在研究会议上指出，我们认为几十年前“开拓者-金星”任务勘测到金星大气中最简单气体就是磷化氢。

仍在探索中

金星大气磷化氢气体从何而来仍是一个谜团，几位科学家在研讨会议上称，即使磷化氢气体浓度仅是十亿分之一的等级，也无法通过金星表面火山喷发或者大气闪电现象进行解释。但有可能磷基化合物可能是地质过程形成的，然后转化为其他化学物质，例如：磷化氢，之后上升至金星大气层。

目前唯一环绕金星运行的航天器是日本“晓（Akatsuki）”探测器，其可能携带寻找磷化氢的仪器。与此同时，格里夫斯和其他研究人员正在申请更多的陆基望远镜勘测，其中包括ALMA望远镜。

行星科学研究所天体生物学家大卫·格林斯彭（David Grinspoon）说：“研究人员正在调查金星的其他特征，而不仅仅是大气中磷化氢含量，我们有1001个理由重新观测金星，如果进一步观察发现大气磷化氢‘消失’，我们仍有1000个理由研究分析这颗神秘星球！”（叶倾城）

【003、“卡西尼”报告：你的土星常识要更新】

2018-10-10  科技日报

美国国家航空航天局（NASA）官网日前发布消息称，“卡西尼”号宇宙飞船最后在土星轨道上的研究表明，我们对土星系统的理解，还有巨大的提升空间。特别是在土星和土星环之间神秘的、从未被探索过的区域，此前一些先入为主的想法被证明是错误的。

6个研究小组在10月5日的《科学》杂志上发表了他们的研究成果。

特殊飞行路径带来新收获

“卡西尼—惠更斯”任务是NASA与欧洲空间局、意大利航天局的国际合作项目。

当“卡西尼”号宇宙飞船的燃料即将耗尽，任务团队故意让其在坠入大气层之前，在土星与土星环之间再做了22次的“潜水”飞行。“卡西尼”号被引导到距离土星很近的地方，甚至到达了本没计划去的地方。

它第一次探测了土星的磁化环境，穿过冰冷的土星环，“嗅探”最内部环和土星云层顶部之间大约2000公里宽间隙内的大气。

“超常发挥”的飞行路径，不仅将航天器推向极致，新的发现也表明其上搭载的各种科学仪器，是多么强大。

盘点关于土星的最新发现

虽然土星的秘密正逐渐解开，更多的科学成果惊喜也还在后面，但现在，已经有一些亮点可以与大家分享了：

从土星环下到高层大气中，嵌入了水纳米颗粒中的复杂有机化合物。科学家们看到了水和硅酸盐，也惊讶地看到了甲烷、氨、一氧化碳、氮和二氧化碳。这些有机物的组成与土卫二、土卫六上发现的有机物不同，意味着土星系统中至少有三个不同的有机分子储藏库。

“卡西尼”号第一次近距离观察了土星环与行星的相互作用，观察到内部的光环粒子和气体直接坠入大气层，一些带电荷的粒子沿磁力线盘旋，在高纬度落入土星。这种现象被称为“环形雨”。

科学家惊讶地发现，其他行星被迅速拖进土星赤道。这些物质以比科学家想象的快得多的速度，每秒钟大概有10000千克的物质从圆环中掉落到土星上。这些粒子大小不一，取样显示，大部分是纳米大小的颗粒，表明某种尚未可知的过程正在磨碎颗粒。

土星与土星环关系不一般

土星和它的光环之间的联系比科学家想象的还要紧密。“卡西尼”号发现了一个以前不为人知的电流系统，将土星环和土星大气层的顶部连接起来。

在土星周围，科学家还发现了一个新的辐射带，它靠近土星，由高能粒子组成。虽然这条辐射带与最靠近土星的土星环相交，但因圆环非常纤细，不会阻止辐射带的形成。

不像太阳系中其他任何有磁场的行星，土星的磁轴几乎完全与它的自转轴一致。新数据显示，磁场倾斜小于0.0095度（地球磁场自转方向倾斜11度）。

“卡西尼”号还在土星产生射电辐射的磁极上空直接取样，使科学家直接测量的射电源数量增加了一倍多，有助于研究整个宇宙的射电产生机制。

神秘土星仍有待解之谜

“卡西尼”号项目科学家琳达·斯皮尔克说，对于整个任务来讲，从其“最终坠毁的轨道之旅”开展的科学探索，证明了让“卡西尼”号在土星和土星环之间数次“潜水”，所冒风险是完全值得的。

她说：“发生在那个地区的几乎所有事情，都是出人意料的。这就是去那里的重要性，去探索一个我们从未去过的地方。而这次探险真的得到了回报——这些科学数据就是最好的证明。”

对“卡西尼”号的数据分析将持续数年，这将有助于描绘土星的清晰画面。“目前，这副图画仍有许多待解之谜，而最近这次的研究结果，比我们想象的更有趣。”斯皮尔克说。

【004、“旅行者号”飞出太阳系，发现了新数据，结论让人感到惊讶】

2021-05-19 我们都是科技宅

导语：一直以来，人们对宇宙都是充满好奇的，在以前娱乐设施非常少，晚上人们就会抬头仰望星空，天空浩瀚无垠，月亮的周围围绕着无数的星星，于是就会产生一种疑问。

人们肯定是在质疑我们在这个宇宙中到底有多渺小？所以一直以来人们对于天空是特别向往的，现在我们已经有了飞机，而且还有了飞船，跟天空的距离越来越近。

其实人们一直在思考，在太空中到底是有没有别的生物存在呢？难道在宇宙中真的存在比人类文明还要高级的外星文明吗？其实关于宇宙的奥秘还有很多，等着我们去探索。

“旅行者号”飞出太阳系，发现了新数据，结论让人感到惊讶

当然在很多科幻小说中就有过构思，比如在以后可能会有一艘人造飞船的速度比光速还要快，从地球到宇宙中的每个角落都可以。

我们现在感觉宇宙是非常大的，但是到那个时候可能只用几个小时就能够把宇宙逛完了。在《银河护卫队》中对于外太空的构想就特别的多，当然很多人也想见识一下。

不过这只是科幻电影中的一种设想而已，如果真的想要实现的话，几乎是不可能的。但是大家知道吗？其实在前几年，有两艘飞船被发射到了太空之后，飞行了40多年之后进入到了星际空间，而且现在离我们地球的距离越来越远。

不过科学家惊喜地发现，跟地球距离越远之后，物质的密度竟然慢慢的变大。这两艘飞船就是美国的旅行者1号和旅行者2号，可能很多人都听说过这两个名字。

在2021年2月，这两个飞船已经飞出了距离地球200亿公里的地方，它们早就已经分离出了地球，甚至已经飞出太阳系，到达了更远的一个星际空间中。

日光层对于我们来说应该并不陌生，但是很多人都不知道这到底是什么意思，其实就是说“太阳风高能粒子”能够很容易就到达的一个地方。

其实太阳一直在释放一种物质，其实这些物质就是太阳风。慢慢的这些太阳风就会形成一个带电粒子区域，其实这些区域就是日光层。

日光层其中的一边就是我们很熟悉的太阳系，不过在另一边就是太阳公转的轨道中心，那么我们也应该知道，日光层中的带电粒子是非常多的。

不过这些带电粒子在日光层中的分布情况却并不是那么的均匀，距离太阳比较近的地方，带电粒子就会更多一点。

难道这些带电粒子会在太阳层之外的真空中存在吗？其实是会的。最常见的一种表现模式就是宇宙射线，不过在外太空的这些粒子的密度是很低的。

其实在2012年的时候，美国的旅行者1号就发来了最新的数据，就是要表明即将进入一个从来都没有到达的空间，也就是星际空间。

不过后来传回来的数据让科学家感到很惊讶，因为它的密度突然增高了很多，这就说明离地球越远的地方密度就会变大，这是一个全新的数据。

后来旅行者2号传回来的数据也是这样的，越往外飞它的物质密度就会变得越来越大，这样的数据是之前都没有遇到过的，而且也没有得到过这样的结论，所以这个发现对于科学家来说是很兴奋的。

结语：其实在宇宙中还有很多奥秘是我们没有探索到的，只有随着科技不断的发展，才能够一一揭秘。

【005、冥王星（太阳系矮行星）】

冥王星（Pluto，小行星编号为134340）是柯伊伯带中的矮行星。冥王星是被发现的第一颗柯伊伯带天体，第一颗类冥天体，是太阳系内已知体积最大、质量第二大的矮行星。

在直接围绕太阳运行的天体中，冥王星体积排名第9，质量排名第10。冥王星是体积最大的外海王星天体，其质量仅次于位于离散盘中的阋神星。与其他柯伊伯带天体一样，冥王星主要由岩石和冰组成，质量相对较小，仅有月球质量的1/6、月球体积的1/3。冥王星的轨道离心率及倾角皆较高，近日点为30天文单位（44亿千米），远日点为49天文单位（74亿千米）。冥王星会周期性进入海王星轨道内侧，但因与海王星的轨道共振而不会碰撞。按平均距离计算，太阳光需要5.5小时才能到达冥王星。

1930年，克莱德·汤博发现冥王星，并将其视为第九大行星。1992年后在柯伊伯带发现的一些质量与冥王星相若的天体开始挑战其行星地位。2005年发现的阋神星质量甚至比冥王星质量多出27%，国际天文联合会（IAU）因此在2006年正式定义行星概念，将冥王星排除出行星行列，重新划为矮行星。

冥王星有五个已知的卫星，轨道由内到外为：冥卫一（最大的卫星，直径略大于Pluto的一半）、冥卫五、冥卫二、冥卫四、冥卫三。冥王星和冥卫一的质心不在其中任何一个天体之内，被非正式看做双矮行星系统。2015年7月14日，美国宇航局发射的新视野号探测器飞掠冥王星系统，并进行了详细的测量和观测，成为人类首颗造访冥王星的探测器。

命名

最亮的那颗心，送给冥王星的发现者2020-12-07 15:40

冥王星，这个在过去的几十年里只是望远镜里一个小亮点的矮行星，终于在新视野号探测器的帮助下，呈现出它表面令人惊讶的丰富细节。

历史发现

在1840年代，奥本·勒维耶（Urbain Le Verrier）在分析天王星轨道的扰动后，利用牛顿力学来预测当时未被发现的行星——海王星的位置。 随后在19世纪后期对海王星的观测，使天文学家推测天王星的轨道正受到海王星以外的另一个行星的干扰。1906年，珀西瓦尔·洛厄尔（Percival Lowell），一位富有的波士顿人，于1894年在亚利桑那州弗拉格斯塔夫成立了罗威尔天文台（Lowell Observatory）。1906年，他开始搜索第九大行星——行星X。

到1909年，罗威尔和威廉·亨利·皮克林（William H。Pickering）提出了这种行星的几种可能的天球坐标。此项搜索一直持续到1916年罗威尔逝世为止，但是没有任何成果。1915年3月19日的巡天已拍摄到了两张带有模糊的冥王星图像的照片，但是这些图像并没有被正确辨认出来。已知的此类前向重建照片还有15张，最早可追溯至叶凯士天文台于1909年8月20日拍摄的照片。 帕西瓦尔·罗威尔的遗孀康斯坦斯·罗威尔（Constance Lowell）企图获取天文台中其夫所有的份额，为此展开了十年的法律诉讼。对X行星的搜索因由此产生的法律纠纷直至1929年才恢复。时任天文台主管的维斯托·斯里弗（Vesto Melvin Slipher）在看到克莱德·汤博（Clyde Tombaugh）的天文绘图样品后，将搜索X行星的任务交与汤博。

汤博的任务是系统地成对拍摄夜空照片、分析每对照片中位置变化的天体。汤博借助闪烁比对器快速调换感光干板搜索天体的位置变化或外观变化。1930年2月18日汤博在经历近一年的搜索后在当年1月23日与1月29日拍摄的照片中发现了一可能移动的天体。1月21日的一张质量不佳的照片确认了该天体的运动。在天文台进一步拍摄了验证照片后，发现第九大行星的消息于1930年3月13日由电报发往哈佛大学天文台。冥王星的公转周期是247.68年，自从被发现以来，冥王星还没有完整的绕太阳公转一周。发现冥王星的照片，拍摄于1930年1月23日和29日。

命名

发现第九大行星的消息在全世界产生轰动。罗威尔天文台拥有对该天体的命名权，他们从全世界收到了超过一千条命名建议，从Atlas到Zymal。克莱德·汤博敦促维斯托·斯里弗尽快在他人起名前提出一个名字。康斯坦斯·罗威尔提出了宙斯（Zeus），然后是珀西瓦尔（Percival），最后是康斯坦斯（Constance），这些建议被无视了。英国牛津的10岁女学生威妮夏·伯尼（Venetia Burney）因其对古罗马神话的兴趣建议以罗马神话中的冥界之神普鲁托（Pluto）命名此行星。伯尼在与其祖父福尔克纳·梅丹（Falconer Madan）交谈中提出了这个名字。原任牛津大学博德利图书馆馆员的梅丹将这个名字交给了天文学教授赫伯特·霍尔·特纳（Herbert Hall Turner），特纳将此事拍电报发给了美国同行。 

该天体正式于1930年7月12日命名。所有罗威尔天文台成员允许在三个候选命名方案中投票选择一个：密涅瓦（Minerva，已被一小行星使用）、克罗诺斯（Cronus，宙斯之父第一代泰坦十二神的领袖，因被不受欢迎的天文学家托马斯·杰斐逊·杰克逊提出而落选）、普鲁托（Pluto）。最后普鲁托以全票通过，该命名于1930年5月1日公布。梅丹在得知此消息后奖励其孙女威妮夏5英镑（相当于2014年的300英镑或450美元）。Pluto获选的部分原因是头两个字母P和L为帕西瓦尔·罗威尔的首字母缩写。

普鲁托（Pluto）这个名字迅速被大众文化所接受。1930年华特·迪士尼（Walt Disney）似乎受普路托启发设计了米老鼠的宠物狗布鲁托（Pluto），但是迪士尼动画师本·夏普斯廷无法确认布鲁托名字的来源。1941年格伦·西奥多·西博格（Glenn T。Seaborg）按照铀（Uranium）以天王星（Uranus）命名、镎（Neptunium）以海王星（Neptune）命名的传统将新创造的元素钚（Plutonium）以冥王星（Pluto）命名。

大多数语言以Pluto的不同文化的意译变体称呼该天体。日本天文学、民俗研究者野尻抱影提议在日语中以“冥王星”（Meiousei）称呼。汉语、韩语直接借用了该名称。越语（Sao Diêm Veng）意为阎罗王星，源于汉语中的阎王（Yánwáng）。部分印度语言使用Pluto称呼该冥王星，但是包括印地语在内的其他印度语言使用印度教中的阎摩或佛教的阎罗王（都称Yama）来称呼冥王星。波利尼西亚语言也倾向于使用本土文化中的地狱之神称呼冥王星，例如毛利语中的Whiro。 

行星X争议

冥王星一经发现，它的模糊且不好分辨的圆面就使人们怀疑它是罗威尔定义的行星X。在整个20世纪，冥王星的质量估计值都在向下修正。天文学家最初根据其对海王星和天王星的影响来计算其质量。1931年，粗略计算得到的冥王星质量大约等于地球的质量，1948年又进行了进一步的计算，使质量下降到了大约火星的质量。1976年，夏威夷大学的戴尔·柯雷萨恩克（Dale Cruikshank）、卡尔·皮尔彻（Carl Pilcher）和大卫·莫里森（David Morrison）首次计算了冥王星的反照率，发现与甲烷冰的反射情况相匹配。这意味着冥王星特别反光，鉴于它的大小，因此不会超过地球质量的1％。冥王星的反照率是地球的1.4–1.9倍。 

1978年，冥王星的卫星冥卫一（Charon）的发现，使冥王星的质量首次得以测量，结果大约是地球质量的0.2％，质量太小无法解释天王星轨道的问题。随后寻找替代行星X的尝试都失败了，其中最著名的是罗伯特·萨顿·哈灵顿（Robert Sutton Harrington）的研究。1992年，迈尔斯·斯坦迪什（Myles Standish）使用了旅行者2号于1989年飞掠海王星时所获得的数据，使得海王星质量的估算值下调了0.5％（与火星质量相当）。根据新的数据重新计算海王星对天王星的引力效应时，与之前计算的差异使得对行星X的需求消失了。之后，大多数科学家都认为罗威尔定义的行星X并不存在。 罗威尔在1915年对行星X的轨道和位置做出了预测，该预测与冥王星当时的实际轨道及位置相当接近。欧内斯特·布朗（Ernest W。Brown）很快得出结论，冥王星的发现只是个巧合。 

分类

“行星”有两个主要定义。忽略通常不一致的技术细节，第一个要求天体是否像行星一样运转（例如其轨道和与其他物体的关系），第二个要求天体看起来像行星一样（例如其是否具有行星地质）。冥王星符合第二个定义，但不符合第一个定义。

从1992年起，发现了许多与冥王星相同体积的天体，这表明冥王星仅是柯伊伯带天体的其中一员。这使它的行星地位成为争议，许多人质疑冥王星是否应该与周围天体一起考虑还是分开考虑。博物馆和天文馆馆长有时会通过在太阳系的行星模型中忽略冥王星，从而引起争议。2000年2月，纽约海登天文馆（Hayden Planetarium）展示了只有八个行星的太阳系模型，一年后成为头条新闻。 

最大的外海王星天体，冥王星、阋神星、妊神星、鸟神星、共工星等

最大的外海王星天体，冥王星、阋神星、妊神星、鸟神星、共工星等

争论在2006年8月达到顶峰，国际天文学联盟的一项决议为“行星”一词创建了正式定义。根据该决议，将太阳系中的物体视为行星有三个条件：1.天体必须绕太阳公转。2.天体必须足够大，才能通过其自身引力形成球形。更具体地说，其自身的重力应将其拉成流体静力平衡所定义的形状。3.天体必须清除其轨道附近的区域。 

冥王星不符合第三个条件。它的质量远小于其轨道上其他物体的总质量，只占后者的7%。与之相比，地球质量是地球轨道上其他小天体质量总和（不包括月球）的170万倍。国际天文学联合会进一步决定，像冥王星一样满足标准1和2但不满足标准3的天体将被称为矮行星。2006年9月，国际天文学联合会将冥王星、阋神星及阋卫一编入小行星星表，并为其正式编号为（134340）Pluto，（136199）Eris和（136199）Eris I Dysnomia。如果冥王星在1930年被发现时就被编入小行星星表，那么它可能会被安排在早一个月发现的1163 Saga之后，编为1164号小行星。

在天文学界内部，不少人对重新分类冥王星有所抵触。美国宇航局新视野号冥王星任务的首席研究员艾伦·斯特恩（Alan Stern）嘲笑了国际天文学联合会的决议，指出“由于技术原因，该定义令人讨厌”。斯特恩争辩说，按照新定义的行星概念，地球、火星、木星和海王星都将因为与小行星共享轨道，被排除在行星之外。他认为，所有大型球形卫星，包括月亮，也应视为行星。他还指出，由于只有不到5％的天文学家对此表示赞成，因此该决定并不代表整个天文学界。当时在罗威尔天文台的马克·布伊（Marc W。Buie）反对该定义。其他人则支持国际天文学联合会。发现阋神星（Eris）的天文学家迈克·布朗（Mike Brown）说：“人们通过完全疯狂的、类似于马戏团的程序，以某种偶然的方式找到了正确的答案。即便这决定早就该来了。即使涉及到强烈的情绪，科学最终还是会自我纠正。“ [46] 

公众对国际天文学联合会的决定反应复杂。加利福尼亚州议会通过的一项决议开玩笑地将国际天文学联合会的决定称为“科学异端”。新墨西哥州众议院通过了一项纪念该州长期居民克莱德·汤博的决议，该决议宣布在新墨西哥州的天空中，冥王星将一直被视为行星，并将2007年3月13日设为冥王星行星日。伊利诺伊州参议院在2009年通过了一项类似的决议，理由是冥王星的发现者克莱德·汤博（Clyde Tombaugh）出生在伊利诺伊州。该决议声称，国际天文学联合会将冥王星“不公平地降级为'矮行星'。”一些公众人士也拒绝了这一改变，理由是科学界内部对此问题或出于情感原因存在分歧，坚持认为他们一直将冥王星称为行星，并且无论国际天文学联合会的决定如何，都将继续这样做。

2006年，美国方言协会第17届投票将“plutoed”定为年度单词，“pluto”变动词后意为“使某人或某物，降级或贬值”。2008年8月在约翰·霍普金斯大学应用物理实验室举行了一场辩论，双方研究人员就国际天文学联合会现行行星定义进行了背靠背的辩论。 会议发表了题为“大行星辩论”的会后新闻稿，指出科学家无法就行星的定义达成共识。

2008年6月，国际天文学联合会在一份新闻稿中宣布，类冥行星（Plutoid）一词从此以后将用来指称冥王星和其他轨道半长轴大于海王星的行星质量天体，尽管该术语尚未得到广泛使用。 

轨道

冥王星的轨道周期约为248年。它的轨道特性与行星的轨道特性大不相同，行星靠近被称为黄道的参考平面以近似圆形的轨道围绕太阳运动。相比之下，冥王星的轨道相对于黄道略微倾斜（超过17°），偏心率略大（椭圆）。这种偏心率意味着冥王星的一小部分轨道比海王星的轨道更靠近太阳。冥王星-冥卫一质心于1989年9月5日到达近日点，并在1979年2月7日至1999年2月11日之间比海王星更靠近太阳。 

冥王星在1930年初被发现时靠近双子座δ，正在穿越黄道面。

冥王星轨道运动（1900-2100年）

从长期来看，冥王星的轨道是混乱的。使用计算机模拟可以向前和向后来预测数百万年间冥王星的位置，因冥王星会受太阳系内细微因素的影响改变轨道，超过李雅普诺夫时间（Lyapunov Time，一千万年到两千万年）后，预测的不确定性会变大，难以预测的因素将逐渐改变冥王星在其轨道上的位置。冥王星轨道的半长轴在39.3至39.6天文单位之间变化，周期为19,951年，对应于246至249年之间的轨道周期。冥王星的半长轴和公转周期在变得越来越长。 

与海王星的关系

从黄道上方看冥王星轨道运动，永不海王星接近。

尽管从正上方看，冥王星的轨道似乎与海王星的轨道交叉，但两个天体的轨道是关联的，因此它们永远不会碰撞甚至接近。冥王星轨道与海王星轨道并没有交点。从极面上看冥王星与海王星的距离在冥王星处于近日点时最近，但此时冥王星因与海王星轨道相隔8天文单位而不会产生冥王星的升交点和降交点与海王星的对应交点相隔超过21°。光靠这还不足以保护冥王星。冥王星的轨道可能受到其他行星的摄动（拱点进动）而最终与海王星相撞。因此还有其他机制防止两颗天体相撞。其中最主要的机制是冥王星与海王星的2：3平均运动轨道共振：冥王星完成两次公转时，海王星完成三次公转。该过程以495年的周期周而复始。在每个周期中，冥王星第一抵达近日点，海王星比冥王星落后50°。冥王星到达第二个近日点，海王星将完成其自身轨道的一半左右，比冥王星领先130°。因此冥王星与海王星的最近距离是17天文单位，大于冥王星与天王星的最近距离（11天文单位）。实际上，冥王星和海王星之间的最小距离发生在冥王星到达远日点时。 

从黄道侧面看冥王星轨道运动，与黄道有较大倾角。两个物体之间的2：3共振高度稳定，并已保持了数百万年。该机制防止两颗天体改变相对位置，使其无法靠近对方。即使冥王星的轨道与海王星轨道共面，这两个天体也永远不会碰撞。平均运动共振的长期稳定性归因于相位保护。如果冥王星的周期略短于海王星的3/2，则会发生相对于海王星轨道的漂移，从而使它更靠近海王星的轨道。两者之间的强烈引力使海王星的角动量转移到冥王星。根据开普勒第三定律，这将使冥王星进入稍大的轨道，并在其中运行得稍慢一些。经过多次此类重复之后，冥王星被充分减速，海王星也被充分加速，以至于冥王星相对于海王星的轨道向相反方向漂移，直到过程逆转。整个过程大约需要20000年。 

其他机制

数值研究表明，冥王星和海王星轨道在数百万年内没有太大变化。  除了2：3平均运动共振之外，还有其他一些共振和相互作用可以增强冥王星的公转稳定性。这些主要来自两个额外的机制。

首先，冥王星的近日点幅角，也就是轨道和黄道的交点与最接近太阳的点之间的夹角，平均约为90°。这意味着当冥王星最靠近太阳时，它位于太阳系平面上方最远的位置，从而防止与海王星的相遇。这是古在机制（Kozai mechanism）的结果，该机制将轨道倾角和离心率的周期性变化与更大的扰动体（在本例中为海王星）相关联。冥王星近日点幅角相对于海王星变化的幅度为38°，冥王星近日点因此与海王星轨道的角距离总是大于52°(90°–38°)。两颗天体的角距离大约每一万年达到最小值。

其次，两个物体的升交点经度（它们与黄道相交的点）与以上近似共振。当两者经度相同时（也就是说，可以通过两个节点和太阳绘制一条直线时），冥王星的近日点正好位于90°，因此当冥王星最接近太阳时，则位于海王星轨道上方的最高点。这就是所谓的1：1超共振。所有的类木行星，特别是木星，都在超共振的产生中发挥作用。

准卫星

在2012年，有人假设15810号小行星Arawn可能是冥王星的准卫星，这是一种特殊类型的共轨状态。根据该假设，该天体将在每两百万年中的约35万年成为冥王星准卫星。根据新视野号航天器在2015年进行的测量，可以准确地计算出Arawn的轨道。这些计算证实了假设中描述的整体动态。但是，天文学家之间尚无共识，是否应根据这一运动将Arawn归类为冥王星的准卫星，因为Arawn的轨道主要是由海王星控制的，冥王星引起一些较小的扰动。 

自转

冥王星的自转周期，即它的一天，等于6.387地球日。像天王星一样，冥王星在轨道平面的侧着旋转，转轴倾角120度，因此季节性变化非常大。到了至日（夏至和冬至），它的四分之一表面处于极昼之下，而另一四分之一处于极夜之中。这种不寻常的自转方向的原因已经引起争论。亚利桑那大学的研究表明，这可能由于天体会自转始终的以最大程度地减少能量的方式调整自转方向。这可能意味着天体会改变自转方向，以在赤道附近放置多余的质量，而缺乏质量的区域会趋向两极。这被称为极移。根据亚利桑那大学发表的一篇论文，这可能是由于矮行星阴影区域积聚的大量冻结的氮冰所致。这些质量会导致天体改变自转方向，从而导致其异常的120°转轴倾角。由于冥王星距离太阳很远，赤道温度可能降至-240°C（33.1 K），导致氮气冻结成氮冰，就像水会在地球上结冰一样。在南极冰盖增大数倍的情况下，地球上也会观察到与冥王星的相同影响。

地质

表面

冥王星表面的平原由98％以上的氮冰、微量的甲烷和一氧化碳组成。氮和一氧化碳在冥王星的背对冥卫一的表面上最丰富，位置在经度180°心形汤博地区（Tombaugh Regio）的西瓣斯普特尼克平原（Sputnik Planitia），而甲烷在其东部经度300°附近最丰富。山脉则是由水冰构成的。冥王星的表面变化很大，亮度和颜色都有很大差异。冥王星是太阳系中反差最大的天体之一，与土卫八一样具有强烈的反差。颜色从炭黑色到深橙色和白色不等。冥王星的颜色与木卫一的颜色更相似，橙色比火星稍多，红色比火星少。著名的地理特征包括汤博区域或心形区域（背对冥卫一的一个较大明亮区域），克苏鲁斑（Cthulhu Macula）或鲸形区域（在后随半球的一个较大的黑暗区域），以及“黄铜指环”（Brass Knuckles，前导半球上的一系列赤道暗区）。

斯普特尼克平原是心形区域的西瓣，一个1000千米宽覆盖氮冰和一氧化碳冰的盆地，分布着多角形对流单体，对流单体携着水冰壳和升华坑的漂浮块向其边缘移动，有明显的冰川流入和流出盆地的迹象。斯普特尼克平原没有新视野号可见的撞击坑，表明它的年龄不到1000万年。最新研究表明，该表面的年龄为18万年左右。新视野科学团队将初步发现总结为：“冥王星显示出令人惊讶的多种多样的地质地貌，包括由冰川学、地表-大气相互作用，以及撞击，构造，可能的冰火山和质量损失过程产生的地貌。”在斯普特尼克平原的西部地区，由平原中心向周围山脉方向吹的风形成了横向沙丘。沙丘的波长在0.4-1千米范围内，很可能由200-300微米大小的甲烷颗粒组成。

背向冥卫一的冥王星北部地区分布着各种年代的上千个撞击坑。

内部结构

冥王星的密度为1.860±0.013 g/cm3。由于放射性元素的衰变最终将加热冰物质，使岩石从冰中分离出来，因此科学家认为冥王星的内部结构与众不同，岩石物质沉降到被水冰幔包围的致密核心中。新视野号之前对核心的直径估计为1700千米，占冥王星直径的70％。这种加热有可能持续进行，在地幔边界处形成100至180千米厚的液态水地下海洋。2016年9月，布朗大学的科学家模拟了据认为形成了斯普特尼克平原的撞击，并表明这可能是碰撞后液态水从下方上升的结果，这意味着存在至少100千米深的地下海洋。冥王星没有磁场。2020年6月，天文学家报告了冥王星首次形成时可能存在内部海洋的证据。

质量与大小

冥王星的直径为2376.6±3.2千米，其质量为（1.303±0.003）×1022kg，是月球的17.7％（地球的0.22％）。其表面积为1.779×107 km2，与俄罗斯面积大致相同。它的表面重力为0.063 g（地球为1 g，月亮为0.17 g）。由于冥王星太暗太小，发现后很长时间不能确定它的大小。最早估计它的直径是6600千米，1949年改为10000千米。1950年杰拉德·柯伊伯用新建的5米望远镜将其直径修正为6000千米。1965年杰拉德·柯伊伯用冥王星掩暗星的方法定出直径的上限为5500千米。1977年发现冥王星表面存在冰冻甲烷，按其反照率测算，冥王星的直径缩小到2700千米。

1978年冥卫一发现后，可以通过开普勒第三定律的牛顿公式计算冥王星-冥卫一系统的质量。对冥王星与冥卫一掩星的观测使科学家能够更准确地确定冥王星的直径，而自适应光学的发明也使他们能够更准确地确定冥王星的形状。 当时一些天文学家观测指出，冥王星的直径约为2400千米，比月球（3475千米）还小，而卡戎直径为1180千米，它与冥王星直径之比是2:1，是九大行星中行星与卫星直径之比最小的。所以，有人认为冥王星和冥卫一更像一个双行星系统。冥王星小于月球质量的20%，比类地行星的质量小得多，也小于太阳系中七个卫星的质量，包括木卫三，土卫六，木卫三，木卫一，月球，木卫二和海卫一。冥王星质量远小于冥卫一被发现之前的估算。冥王星的直径是谷神星的直径的两倍以上，质量是谷神星的质量的12倍，谷神星是小行星带中最大的天体。它比2005年发现的外海王星天体矮行星阋神星的质量要小，尽管冥王星的直径略大于阋神星的直径2326千米。但由于没有近距离探测过阋神星，因此无法确定阋神星一定比冥王星小。

冥王星大小的确定因其大气和碳氢化合物薄雾而变得复杂。2014年3月，Lellouch，de Bergh等人发表的论文发现了冥王星大气中甲烷混合比，因此得出冥王星直径大于2360千米的结论，“最佳猜测”值为2368千米。2015年7月13日，来自美国国家航空航天局（NASA）的新视野号远程侦察成像仪（LORRI）的图像以及其他仪器的数据确定了冥王星的直径为2370千米（1,470英里）。7月24日更新为2372千米（1,474英里），后来又更新为2374±8千米。根据新视野号无线电科学实验装置（REX）的无线电掩星观测数据，结果为直径为2376.6±3.2千米。

大气

新视野号飞掠后拍摄的冥王星大气层，有蓝色薄雾。冥王星拥有由氮气（N2），甲烷（CH4）和一氧化碳（CO）组成的薄弱大气，这层大气与冥王星表面的冰处于平衡状态。根据新视野号的测量，表面压力约为1 Pa（10μbar），约为地球表面大气压的一百万分之一到十万分之一。最初认为，随着冥王星不断远离太阳，它的大气层应该逐渐冻结在表面上。后来，通过新视野数据和地面掩星的研究表明，冥王星的大气密度却在增加，并且可能在整个冥王星轨道周期中维持气态。新视野号的观测表明，大气中氮气的逸出量比预期的少10,000倍。艾伦·斯特恩（Alan Stern）争辩说，即使冥王星的表面温度略有升高，也可能导致冥王星的大气密度呈指数增长。从18 hPa到280 hPa（百帕，从火星的三倍到地球的四分之一）。在这样的大气密度下，氮气会以液体形式流过整个表面。就像汗水从皮肤上蒸发时会冷却身体一样，冥王星的大气升华也会使其表面冷却。大气气体的存在可以追溯至1670千米高度，没有明确的上边界。

冥王星大气中甲烷（一种强大的温室气体）的存在会引起温度反转，其大气的平均温度比其表面高几十度，尽管新视野号的观测表明冥王星的高层大气要冷得多（70 K，而不是大约100 K）。冥王星的大气层被分成大约20个规则间隔的薄雾层，最高可达150千米，这被认为是冥王山脉上的气流产生压力波的结果。

2015年7月，新视野号探测器陆续发送冥王星冰山、冰块、陨坑，甚至积雪的图像，显示冥王星有存在云层的证据。左侧图片显示斯普特尼克平原东南部上空有一道非常明亮的低空烟雾，图片右侧Krun Macula区域阳光照射表面存在一个离散模糊云层，但是新视野号研究团队无法证实云层的真实存在。约翰斯·霍普金斯大学应用物理实验室发言人称，研究小组认为这是冥王星大气层存在的证据，其中包括复杂的雾霾，科学家继续分析和讨论输入数据。

这项研究产生一个疑问——是否冥王星应当恢复行星地位。如果冥王星存在云层，则意味着它存在着一个活跃的表面物质循环，像地球的水循环或者土卫六的甲烷循环。这项研究产生了关于冥王星表面和大气层的新疑问，英国皇家天文学会主席马丁·巴斯托（Martin Barstow）教授说：“这是新视野号探测器飞越冥王星时令人兴奋的新发现，虽然我认为需要一些时间来理解我们所观测到的信息。与地球相比，冥王星大气层更稀薄，因此是否有云层存在较大的不确定性。巴斯托说：“地球大气云层是大气层中悬浮水滴形成的，我们可能看到（冥王星上的）一个类似效应，但不一定是水，尤其当温度非常低时，或者表面释放物质形成云层，因此我们看到的区域存在更多气体，看上去比周围区域更加不透明。但是物理学家强调称，即使冥王星存在某种类型的活跃周期，它并不会恢复行星身份。巴斯托指出，太阳系其它星球也存在着活跃周期，例如：土卫六（土星最大的卫星），我并不认为这项最新研究会成为恢复冥王星行星身份的有力证据。 

卫星

冥王星有五颗已知的自然卫星，其中最大最接近冥王星的是冥卫一。冥卫一（Charon）于1978年由天文学家詹姆斯·克里斯蒂（James Christy）发现，是冥王星仅有的可能处于流体静力平衡状态的卫星。冥卫一的质量足以使冥王星–冥卫一系统的质心位于冥王星星体之外。在冥卫一之外，有四个较小的外接卫星。按照与冥王星距离的顺序，它们是冥卫五（Styx），冥卫二（Nix），冥卫四（Kerberos）和冥卫三（Hydra）。冥卫二和冥卫三都在2005年被发现，冥卫四发现于2011年，冥卫五发现于2012年。卫星的轨道是圆形的（偏心率小于0.006），且与冥王星的赤道共面（轨道倾角小于1°），但与冥王星公转轨道面大约倾斜了120°。 冥王星系统高度紧凑，五颗已知的卫星在稳定升轨的区域的内部3％内运行。

所有冥王星卫星的轨道周期都在轨道共振和近共振系统中。考虑到轨道进动，冥卫五，冥卫二和冥卫三轨道周期的比例精确为18：22：33。冥卫五，冥卫二，冥卫四和冥卫三与冥卫一的周期之间存在一系列近似比率3：4：5：6。卫星轨道越靠外，比率就越接近精确。

冥王星与冥卫一相互潮汐锁定，质心在两者星体之外。冥王星-冥卫一系统质心位于中心天体外部，是太阳系中的少数案例之一。617号小行星及其卫星系统（Patroclus–Menoetius）是一个较小的案例，而太阳-木星（Sun–Jupiter）系统是仅有的较大案例。冥卫一和冥王星的大小相似，因此一些天文学家称其为双矮行星。该系统在行星系统之中也很不寻常，因为它们相互潮汐锁定，冥王星和冥卫一始终用相同的半球面向彼此。在一个天体的任何位置上来看，另一个总是在天空中相同的位置，或者总是被遮掩无法看到。这也意味着它们每个自转周期等于整个系统围绕其质心的公转周期。

2007年，双子星天文台观察到冥卫一表面有氨水合物和水晶体的斑块，表明存在活跃的低温间歇泉。据推测，在太阳系历史早期，冥王星与类似大小的天体碰撞形成了冥王星的卫星。碰撞释放了大量物质，这些物质聚集形成冥王星周围的卫星。

起源

冥王星的起源和身份一直困扰着天文学家。一个被否定的早期假设认为冥王星是海王星的逃逸卫星，被海王星当前最大的卫星海卫一（Triton）挤出轨道。动力学研究表明这个假设是不可能的，因为冥王星从未在轨道上接近过海王星。直到1992年冥王星在太阳系中的真实定位才开始明确，当时天文学家开始发现较小且冰冷的外海王星天体（TNO），它们不仅在轨道上而且在大小和组成方面都与冥王星相似。这种外海王星的天体被认为是许多短周期彗星的来源。冥王星是柯伊伯带中最大的成员之一，柯伊伯带是位于距太阳30到50天文单位之间的天体聚集的稳定带状区域。截至2011年，对柯伊伯带中视星等21等以上的天体调查已接近完成，此外任何剩余的冥王星大小的天体预计都将距离太阳100天文单位以上。像其他柯伊伯带天体（KBO）一样，冥王星也与彗星有类似的特征。例如，太阳风会逐渐将冥王星的表面物质吹向太空。假设冥王星与地球一样靠近太阳，它将像彗星一样长出一条尾巴。这一说法也存在争议，因为冥王星的逃逸速度太高以至于气体无法逃脱。

有人提出，冥王星可能是由众多彗星和柯伊伯带天体的聚集而形成的。 

冥王星是最大的柯伊伯带天体。海王星的卫星海卫一，稍大于冥王星，在地质和大气上都与它相似，被认为是海王星捕获的柯伊伯带天体。 阋神星也与冥王星不相上下，但严格来说并不是柯伊伯带的成员，一般被视为离散盘天体的成员。冥王星等大量柯伊伯带天体与海王星处于2：3的轨道共振中。因冥王星最先被发现，具有这种轨道共振的柯伊伯带天体称为“类冥天体”（plutinos）。 

与柯伊伯带的其他成员一样，冥王星被认为是行星形成后剩余的微行星（Planetesimal）。这些微小天体属于太阳周围的原行星盘的一部分，但未能完全融合成一个完整的行星。大多数天文学家都认为冥王星处于当前位置，是由于海王星在太阳系形成初期突然发生行星迁移所致。当海王星向外迁移时，靠近原始柯伊伯带中的天体，俘获其中的一个绕其旋转（海卫一），将部分天体锁定为共振状态，并将其他天体推入混沌轨道。离散盘是一个与柯伊伯带重叠的动态不稳定区域，离散盘天体被认为是通过与海王星迁移的共振相互作用而被推至当前位置的。2004年，位于法国尼斯的蔚蓝海岸天文台的亚历山德罗·莫比德利（Alessandro Morbidelli）创建了一个计算机模型，海王星向柯伊伯带的迁移可能是由木星与土星之间的1：2共振形成触发的。引力推动天王星和海王星进入更高的轨道，并导致它们互换轨道位置，最终使海王星到太阳的距离增加了一倍。由此产生的物体从原始柯伊伯带被逐出，也可以解释太阳系形成六亿年后的后期重轰炸期和木星特洛伊小行星的起源。 在海王星迁移之前，冥王星在一个离太阳大约33天文单位的近圆形轨道上运行，之后海王星迁移干扰了冥王星的初始轨道并将其共振捕获。尼斯模型计算时需要在原始微行星盘中包含约1000个冥王星大小的天体，其中包括海卫一和阋神星。

观测与探测

冥王星与地球的距离过于遥远，使其难以被深入研究和探索。 2015年7月14日，NASA的新视野号太空探测器飞越了冥王星系统，提供了许多信息。 

观测

计算机生成的图像的旋转与基于观察的哈伯太空望远镜2002-2003年

计算机生成的图像的旋转与基于观察的哈伯太空望远镜2002-2003年

冥王星的视星等平均为15.1，在近日点增亮至13.65。要想看到它，需要大约30厘米（12英寸）口径的望远镜。冥王星看起来像星星，即使在大型望远镜中也看不到圆盘，它的角直径只有0.11秒。冥王星最早的地图是1980年代后期制作的，在冥卫一对其近距离掩食期间，通过对冥王星-冥卫一系统的总体平均亮度的变化进行观测。例如，掩盖冥王星上表面的亮区比掩盖暗区的总亮度变化更大。大量观察结果数据交由计算机处理，创建亮度地图。这种方法也可以跟踪亮度随时间的变化。更好的地图是由哈勃太空望远镜（HST）拍摄的图像生成的，有更高的分辨率并且显示更多细节，亮度变化精确到数百千米范围，包括极地地区和大的亮区。这些地图是通过复杂的计算机处理生成的，通过哈勃太空望远镜提供的像素点找到了最合适的投影。直到2015年7月新视野号飞越冥王星系统之前，这些地图仍然是冥王星最详细的地图，因为哈勃太空望远镜上用于拍摄这些照片的两个镜头已不再使用。

探测

根据新视野号拍摄图片制作的冥王星表面地图

根据新视野号拍摄图片制作的冥王星表面地图

新视野号飞船于2015年7月对冥王星进行了飞掠观测，这是首次也是仅有的一次直接探索冥王星的尝试。新视野号于2006年发射，2006年9月下旬，在对其搭载的远程侦察成像仪进行测试时，拍摄了冥王星的第一张遥远图像。这些图像是从约42亿千米的距离拍摄的，证实了该航天器能够追踪远距离目标的能力，这对于向冥王星和其他柯伊伯带天体的航行至关重要。 2007年初，飞船通过木星的引力弹弓效应进行加速。

冥王星冰质的山脉和平坦的冰原的全景，可以看见薄雾层——在经过3462天的飞越太阳系的旅行之后，新视野号于2015年7月14日完成对冥王星近距离的飞掠。对冥王星的科学观测始于飞掠之前五个月，并且在飞掠之后持续了至少一个月。使用包括成像仪器和无线电测量工具在内的遥感组件包进行了观察，也开展了光谱分析及其他实验。 新视野号的科学目标是测量冥王星及冥卫一的全球地质和形态，绘制其表面组成，分析冥王星的中性大气及其逃逸速率。在2016年10月25日，美国东部时间下午05:48，地面从新视野号收到了冥王星系统的最后数据（总共500亿比特即6.25 GB数据）。自新视野号飞掠冥王星以后，科学家一直倡导执行一次新的轨道探测任务，发射新的轨道探测器到冥王星以实现新的科学目标。其中包括以每像素9.1米的精度绘制表面，观测冥王星的小卫星，观察冥王星自转轴如何变化，以及绘制因轴向倾斜而长期处于黑暗的区域的地形图。最后一个目标可以使用激光脉冲实现，生成冥王星的完整地形图。新视野号首席研究员艾伦·斯特恩（Alan Stern）提倡研制一种类似卡西尼号的轨道探测器，该轨道器将于2030年左右发射（发现冥王星100周年），到达冥王星系统后根据需要使用冥卫一的引力来调整其轨道以实现科学目标。在完成所有冥王星探测的科学目标之后，轨道探测器可以利用冥卫一的引力离开冥王星系统，并研究更多的柯伊伯带天体。由美国国家航空航天局创新先进概念（NIAC）计划资助的一项概念研究，该项目基于普林斯顿场反转结构的聚变反应堆，包括冥王星轨道探测器和着陆器。 

向冥卫一的半球地图，仅有新视野号距离较远时的低分辨率图像

低分辨率区域，标注了地质特征名称。

由于新视野号最接近背向冥卫一的冥王星半球，面向冥卫一半球的赤道区域仅以低分辨率成像。新视野号拍摄了冥王星北半球以及赤道地区以南约30度的图像。冥王星南半球高纬度地区仅有从地球观测到的图像，分辨率非常低。 1996年哈勃太空望远镜拍摄的影像覆盖了冥王星表面的85％，包括南纬75度的大型反照率特征。这足以显示温带区黄斑的程度。由于哈勃太空望远镜仪器的细微改进，后来的图像分辨率稍好一些，但不包括冥王星最南端部分。

“死亡之星”冥王星，它为何被剥夺了行星之名？只因太可怕？

2021-01-23 科学探索菌

冥王星发现于1930年，位于海王星之外。起初人类对冥王星知之甚少，所以冥王星一直被认为是一颗行星。现在冥王星早已经被剥夺了行星之名，降级为矮行星。

冥王星离太阳非常遥远，太阳光到达地球需要8分多钟，而阳光到达冥王星大约需要5.5小时。如果你从冥王星上瞭望太阳，那么太阳就只是夜空中最亮最大的一颗星星。由于缺少阳光的滋润，冥王星上异常寒冷，几乎不可能有生命存在，所以可以称之为“死亡之星”。

科学家将冥王星踢出九大行星行列，从此太阳系只剩八大行星。是因为其太恐怖，太可怕，所以才将它降级吗？显然，科学家并不会这么随便。

在太阳系八大行星中，每一个都独具特点。地球是宇宙中已知唯一拥有生命的行星，即便是与地球很相似的火星，其环境也与地球差异很大。而金星则是一个大火炉，表面温度极高。水星、土星等外太阳系行星是气态巨行星，可曾经属于第九大行星的冥王星却不是气态行星。

NASA探测器传回来的数据显示，冥王星内部是一个巨大的岩石质内核。冥王星表面98%都覆盖着氮，由于其表面温度为零下230度，所以这些氮全都以固态形式存在，就连大气也非常稀薄。由于内部放射性物质衰变产生了热能，冥王星的固态氮下部则是液态水。

冥王星真的很小，体积相当于月球的1/3，质量相当于月球的1/6。行星大多都有自己的卫星，且卫星相对于自己的母星来说都比较小。目前已知冥王星有5颗卫星，可冥王星卫星卡戎的质量竟是冥王星的1/8，而月球的质量仅有地球质量的1/81，太阳系内八大行星和自己卫星根本没有这样的质量比。而且它们还相互潮汐锁定。

并且与太阳系八大行星相比，冥王星的轨道显得很扁，也就是近日点和远日点的差值较大，并且轨道倾角很高。而太阳系八大行星的轨道平面基本处于同一平面上，冥王星真的显得不合群。由于轨道较扁，冥王星会周期性地驶入海王星轨道内侧，不过因为轨道共振的关系，两者并不会发生碰撞。

正因为冥王星这个第九行星如此独特，所以科学家甚至一度怀疑：它是不是太阳亲生的，有可能是后来进入到太阳系的天体。

上世纪90年代，天文学家在遥远的柯伊伯带发现了一些质量与冥王星相当的冰质天体，其中阋神星的质量甚至比冥王星多出27%，这挑战了冥王星的行星地位，所以科学家不得不重新定义行星概念。新定义将冥王星移出行星之列，将其划为矮行星或类冥天体。

新的行星定义如下：

1，行星必须是绕着恒星公转的天体。

2，行星必须要有足够大的质量，这样才可以在自身的重力作用下形成类球体。

3，行星必须有能力清除公转轨道附近的其它小天体。

简单来说，围绕恒星公转的天体，必须要有足够大的质量，才能算得上是一颗行星，才有足够强的引力清除轨道附近的其它天体，冥王星就是因此才被降级为矮行星。

矮行星就是不够资格成为行星的天体，已知柯伊伯带中有近四分之一的天体是矮行星。冥王星是第一个被发现的柯伊伯带天体，也是太阳系体积最大和质量第二大的矮行星，其中质量最大的矮行星是阋神星。

目前人类关于冥王星的最新数据来源于NASA的新视野号探测器，科学家在冥王星表面发现了一个巨大的心形区域，看起来很萌，这其实是一个横跨上千公里的冰原，被称作冥王星之心。

相对于地球而言，冥王星表面十分寒冷荒凉，好似神话传说中的幽冥之地，这样的地方对人类而言确实十分可怕，不过这真不是人类将它移出行星之列的原因。

【006、180亿公里，探测器在太阳系边缘受阻力，人类无法飞出太阳系？】

2020-10-11 李论科学

要说寿命最长、飞行距离最远、任务次数最多、回报率最大的空间任务是啥？这肯定是上世纪人类向外太阳系发射的两颗探测器：旅行者1号和2号。

这两个探测器已经飞出了“太阳系”（并不完全是，后面在解释）进入了星际空间，旅行者1号是2012年、旅行者2号是2018年被宣布离开太阳系的。

2019年科学家重新分析了旅行者2号在太阳系的边缘传回的数据，详细阐述了太阳系边缘的性质，也意外发现了旅行者号在这个地方的飞行明显受阻；

也就是说旅行者号探测器来到太阳系边缘的时候，受到了一种阻力，在阻止它飞出太阳系。很多人就开始认为，人类被圈养在太阳系，这是外星生命在阻止人类飞出太阳系，等一些神乎其神的说法。

那么真实情况是怎样的？旅行者号探测器现在飞行的距离到底有没有飞出太阳系？人类未来有没有可能离开太阳系呢？下面就说下以上的问题。

上世纪在人类登上月球的8年后，也就是1977年人类开始向外太阳系进发，开始了一段史诗般的旅程。这件事可以说是，人类除了登月干过最伟大的一件事了，没有之一。

1977年8月V2号和1号相继探测器发射升空，任务的主要目的让这两颗探测器一路往外太阳系飞，并且一路拜访经过的木星、土星、天王星和海王星的行星系统。

在这次任务中收获还是颇丰的，例如科学家首次发现了木卫一上有着剧烈且频繁的火山活动，这在太阳系的其他卫星上是绝无仅有的，以及在木卫二的冰层下发现了液态水海洋；并且还对土星环的复杂性进行了成像，以及对土星的卫星土卫六的大气进行了研究。这些数据为我们以后向这两颗行星及其卫星发展专门的探测器提供了依据。

完成对这两个行星的拜访以后，V1号的行星任务就终止了，任务更改为了“星际任务”，新任务是“对太阳系的探索延伸到太阳系的更外围的行星，延伸到太阳的影响范围之外，甚至更远”——简单说就是，不要回头，大胆地往前飞！

1980年V1号在完成了对土星的任务以后就开始了它的太阳系外之旅，基本上就是啥事没干就是飞，于2012年宣布穿越了日球层顶，这个距离大约为180亿公里。

日球层是太阳风与星际空间的物质作用形成的类似于泡泡的空间区域，日球层顶就是这个泡泡的边缘。这是太阳风与星际空间物质（高能宇宙射线、带电粒子、尘埃）相互作用的面。

这个面只有在太阳飞行的方向上才有，因为太阳在宇宙中带着自家兄弟是这样的运动的。

这就跟飞机在空气中飞行一样，会在前面形成一个激波面。旅行者号进入星际空间的标志就是探测到太阳风出现停滞，星际空间的辐射增加。

V1号也是继先锋10号和11号探测器（已经失联）第三个飞进星际空间的人造物体。而旅行者1号目前已经飞行了43年，仍与地球保持着联系。

今天它已经距离地球150个天文单位，也就是225亿公里，运行速度16.999KM/S。成为了最远的人造物体。

而V2号还继续为我们探索的天王星和海王星，也是目前人类唯一访问过这两个天体的探测器。

它与1989年达到海王星发现了海王星的6颗新卫星，并且对海王星的环进行了拍摄，还发现了海王星南半球正在肆虐的一场猛烈的风暴。

2018年11月5日，科学家宣布V2号越过了太阳层顶（日球层与星际空间的边界），进入了星际空间。截至今天，旅行者2号距离太阳1224AU，也就是186亿公里，运行速度为15.341 km/s。他已经进入了星际空间，这个位置的物质被压缩，导致密度温度增大。

但是我们现在对这个区域的了解非常少，物质作用非常复杂，但是星际空间的物质被压缩，就可以解释为什么探测器在进入星际空间以后有明显受阻的情况。

这就类似超音速飞机在大气中飞行的时候，也会压缩前面的空气，形成一堵致密的空气墙，如果飞机结构不稳定，那么这堵墙可以让飞机解体，如果飞机结构稳定，动力强劲，那么它就会突破这堵空气墙，产生一声巨响，这就是我们所说的音爆。

不过大家不用担心探测器被撞碎，毕竟星际空间的物质相当的稀薄。但我们还是能够感受到它的阻力。

接下来了问题是这两颗探测器目前的距离对太阳系来说是啥概念？人类能飞出太阳系吗？

以最远的1号探测器来说，150个天文单位啥概念？比较下就知道了，它确实飞出了太阳系行星，甚至是冥王星的范围，也飞出了太阳风的范围。但是太阳系还有一个奥尔特云，它开始的位置是1000个天文单位，根据估计旅行者1号想要进入奥尔特云还至少需要300多年。

想飞出奥尔特云至少需要30000年的时间。所以说路漫漫其修远兮……

它能不能飞出太阳系，就留给你自己判断吧。

旅行者号探测器最牛之处在于它所使用的技术都是上世纪70年代的，数据传输使用的是40年前的12瓦的发射器，这个功率跟冰箱里的灯泡差不多。

目前仍和地球保持着联系，以光速传输信号，单程至少需要16个小时，它们预计会在2025年与人类失去联系，届时它们的放射性同位素热电发电机将不再提供足够的电力来运行科学仪器。

不过即使在它们与我们失去联系之后，它们还会继续存在，可能会持续几十亿年。

【007、300多米！没想到土卫六的海洋世界竟有如此之深的地方！】

2021-04-14 天文在线

土卫六，土星最大的卫星，是太阳系中唯一一个表面有液体自由流动的星球。但不是地球上所谓的水，而是液态烃，绝大多数是甲烷和乙烷。雨水落在卫星上，形成了河流、湖泊和海洋。研究员们已经测量过了流入土卫六最大海域的一个河口的深度，从那他们可以估算出这个海域大概的深度。

在《地球物理学研究杂志》上发表的一篇论文中，行星科学家们已经测量出默里湾的深度，它位于克拉肯海北端——土卫六表面已知最大的水域。研究土星和其卫星已经超过十年的卡西尼任务配备了雷达高度计。研究小组利用河口处海面反射的回波信号和穿过水体并从海底反射的信号的时差来计算出河口和海洋的深度。

研究小组估测这个河口大概有85米（280英尺）深，虽然存在着一个关键的不确定因素，可能会使结果变得更浅或更深一些。尽管存在不确定因素，研究人员还是通过这些数据估测出克拉肯海至少有100米（330英尺）深，但也很可能是这个数据的三倍，也就是差不多300米左右（1000英尺）。

“除了土卫六最大的海域克拉肯海，土卫六上所有海域的的深度和构成都已经被测量过了。克拉肯海不仅有个响亮的名字，而且还容纳了卫星表面大约80%的水体。”康奈尔大学天体物理学和行星科学中心的助理研究员，首席作者瓦雷里奥·波加里在报告里说道。

根据这些估测，可以发现克拉肯海似乎与卫星表面其他主要水体没有太大的区别，并且这是我们对土卫六认知的一个重要事实。土卫六大气层中的甲烷通过太阳进行化学反应转化为乙烷。所以，照道理说，经过亿万年甲烷应该都变成了乙烷。但是现在依旧存在着甲烷，并且它的来源目前还是个谜。

进一步的卫星探索计划在2026年中进行，美国航天局的蜻蜓号（土卫六探测器）旨在寻找星球上生命的起源或迹象，预计在2034年到达。也有人讨论机器人潜艇是否可以在未来的任务中探索其海洋和湖泊，研究人员认为这对探索克拉肯海域至关重要。

“多亏了我们的测量，”波贾利说，“科学家现在能更精确地推断出水的密度，从而更好地校准船上的声纳，了解海洋的流向。”

相关知识

土卫六又称为“泰坦”（Titan），是环绕土星运行的一颗卫星，是土星卫星中最大的一个，也是太阳系第二大的卫星。荷兰物理学家、天文学家和数学家克里斯蒂安·惠更斯在1655年3月25日发现它，也是在太阳系内继木星伽利略卫星后发现的第一颗卫星。由于它是太阳系第一颗被发现拥有浓厚大气层的卫星，因此被高度怀疑有生命体的存在，科学家也推测大气中的甲烷可能是生命体的基础。土卫六可以被视为一个时光机器，有助我们了解地球最初期的情况，揭开地球生物如何诞生之谜。

土星的卫星繁多，大者有比水星更大的土卫六，小者有不足一百米宽的小卫星。土星共有82颗轨道已得到证实而又没有混进环内的自然卫星，其中直径超过50公里的只有13颗；除此之外，还有上百万颗微型卫星以及由无数细小颗粒所组成的土星环系统。有七颗卫星的质量足够大，其重力足以使其坍缩成近球体形状，不过只有土卫六达到流体静力平衡状态（土卫五也有可能）。土星的某些卫星有着独一无二的特殊地理。土卫六是太阳系第二大卫星（仅次于木卫三），而且有着类似于地球的氮大气层、液态碳氢化合物的湖泊、河流和降雨。土卫二的南极地区会喷射出气体和尘埃，其表面之下很可能有液态水海洋。土卫八的表面则分为黑白两个半球，颜色呈鲜明对比。（BY: Alfredo Carpineti博士）

【008、NASA将重返金星 探究“地狱”荒凉原因】

2021-06-03 中央社

美国航空暨太空总署（NASA）今天宣布，两项金星新探险计划将在2028至2030年之间展开，设法了解这颗离我们最近的行星为何如此荒凉一片，无法如地球般欣欣向荣。

NASA表示，两项计划分别名为“达文西＋”（DAVINCI+）以及“真理”（VERITAS），各获NASA“探索计划”（Discovery Program）约5亿美元挹注，“达文西＋”将蒐集金星以二氧化碳为主的大气组成详情，了解金星如何形成及演变，并设法判断金星上是否曾经有海洋；“真理”则旨在从轨道上勾拟出金星表面地图，探索其地质历史。

“达文西＋”计划全名为“金星深层大气惰性气体、化学与成像调查”（Deep Atmosphere Venus Investigation of Noble gases, Chemistry, and Imaging），“真理”全名则为“金星发射率、无线电科学、合成孔径雷达干涉量测技术、地形与光谱学”（Venus Emissivity, Radio Science, InSAR, Topography, and Spectroscopy）。

NASA新任署长尼尔森（Bill Nelson）说：“这两项姊妹任务旨在了解金星为何宛如炼狱，其地表足以让铅融化。”

“这两项计划提供科学界机会，探究30多年来我们未曾造访的一颗行星。”

【009、Wikijunior:太阳系/水星】

水星是太阳系八大行星中最接近太阳的行星。水星是太阳系中第2最小的行星（冥王星为第1位）。在1973年11月3日，美国发射一航探测器水手10号接近了水星。我们所知道的水星资料来自此任务。

水星的有趣事实

水星绕行速度比其他星球快很多。

水星绕行路线不是正圆：它是稍微椭圆的。

水星温差很大：最冷可以到-180°C (-300°F)；最热可以到430°C (800°F)。

水星顶端可能有冰。

水星的直径大约有 4879 公里，大约是地球的三分之一。 十八个如此之小的水星才能充满一个地球。事实上，水星的直径大约是月亮直径一倍半。

水星的表面

水星也有像月亮上的那些环形山，当小行星或慧星坠落便会形成。我们在水星上见到的最大环形山是 Caloris 盆地，直径大约有1350公里，肇事者是一个极大的小行星，100公里左右宽，在大概四十亿年以前击中水星。

水星表面也有被称为内削壁（scarps）的大悬崖。 他们在很久以前形成,在水星形成后不久，就同水星一起冷却而且收缩，一些表面的地方起皱，这产生了内削壁。

那里也有平原，他们其中的一些是很久以前的火山喷发所形成的。

水星的北极附近的火山口的底部，可能有冰。火山口的地壳有遮蔽，因此冰不会汽化。

水星的白天非常热，而在晚上却非常寒冷。 白天是如此热，热得足够融化锡！因为水星离太阳太近了。在晚上，水星只有很少的大气，所以，它几乎失去它所有的热，这会正常地帮助在温暖方面保存。

水星没有月亮，它的体积太小，而且离太阳太近，能被水星抓到的月亮，立刻就会被太阳夺走了。

水星的一天有多长？

日出和日落

如果你在水星上看日出，你会见到非常奇怪的东西：太阳仅仅直直地升高，就像我们在地球上见到它一样，太阳会似乎稍微上升，再一次设定， 然后一天开始。晚上你将会见到相同的事物：太阳会简短地下沉，上升再一次，然后适当地设定。

它的一天等于58.65个地球日。

水星的一年有多长？

水星在太阳系中，一年的时间最短。88.97个地球日。 如果和在地球上一样，以水星公转一周为“一年”，以水星上的一昼夜为“一天”，就出现了一个有趣的现象：在水星上过3天，就相当于在地球上过了两年。

水星由什么组成？

水星有一个大的铁核心。而它的外部则是硅酸盐。

我站在上面会有多重？

如果你是100千克，在水星上，你的重量会是37.8千克。如果你想要确切地知道你在水星上会有多重，只要称出你的体重，再用它乘以0.378。换句话说，你在水星上的重量将小于你在地球上重量的三分之一。

它的名字是怎么来的？

水

名称由来

星球：罗马神话：Mercurius（拉丁文）

中文：墨丘利（神的报信者）

星期：北欧神话：Odin（挪威文）

中文：奥丁（胜利之神）

五行：金 木 水 火 土

月球 星期一 月曜日

火星 星期二 火曜日

水星 星期三 水曜日

木星 星期四 木曜日

金星 星期五 金曜日

土星 星期六 土曜日

太阳 星期日 日曜日

一幅艺画代表罗马神话里的墨丘利

中文名称

西汉时期，天文学家司马迁把五大行星与春秋战国以来的“五行”学说联系在一起，正式把五大行星命名为“金星”、“木星”、“水星”、“火星”、“土星”。 五行配五色，木为青，火为赤，土为黄，金为白，水为黑。 司马迁从实际观测发现，

歲星呈青色，故稱木星；

熒惑呈紅色，故稱火星；

填星為黃色，故稱土星；

太白為白色，故稱金星，

辰星呈灰色，故以黑色配水星，

这些在《史记·天官书》中有明确反映，可见司马迁对五大行星的命名也是从事实出发，原本不含任何神话观念， 这与古希腊人依据神话中的神祇人物命名形成鲜明对比，再一次反映出中国天文观念的重实用黜幻想精神。

西方名称

在西方国家，水星的名称叫“墨丘利”。这个名字来自于神话，或许来自拉丁文Mercator，意谓 “商人” 。

墨丘利在一个星期中，有它自己的位子：“奥丁的日子”（古英文：Woden's daeg），那天就是星期三。

在罗马人的神话中，墨丘利是神的报信者，神允许他很快地在全世界旅行。因为它的公转速度比任何其他行星都快，所以它叫墨丘利，速度将近50公里每秒！

【010、奥尔特云 】

奥尔特云（Oort Cloud）是一个假设包围着太阳系的球体云团，布满着不少不活跃的彗星，距离太阳约50000～100000个天文单位，最大半径差不多为1光年，即太阳与比邻星距离的四分之一。天文学家普遍认为奥尔特云是50亿年前形成太阳及其行星的星云之残余物质，并包围着太阳系。

成因

由奥尔特云被提出，对于它们的形成，科学界各有不同学说，但如今，天文学家认为奥尔特云是50亿年前形成太阳及其行星的星云之残余物质，并包围着太阳系。

最广为人们接受的假设，是奥尔特云物体其实是在比柯伊柏带更接近太阳的地区形成的，与其它行星及小行星相似，但是由于它们经常被大行星的引力影响，及后被仍年轻的大型气体行星，诸如木星等天体的强大引力将之逐出太阳系内部，使它们拥有极为椭圆或抛物线状的轨道，散布于太阳系的最外层。同时，这个过程也把它们的轨道偏离黄道面，并形成奥尔特云呈球状的形态。一些在远处的天体之轨道又被附近的恒星摄动，使之变为圆浑，并能长期处于太阳的远方。而远离八大行星的物体因不受到大行星的影响，散布于接近黄道面的盘状区中，形成柯伊伯带。这个理论解释了为何奥尔特云不像柯伊伯带和八大行星的轨道一样接近黄道面，而是呈独特的圆球状。

现象描述

提出

1932年，爱沙尼亚天文学家恩斯特·朱利叶斯·奥皮克（Ernst Julius Opik）提出彗星是来自太阳系外层边缘的云团。但在1950年，荷兰天文学家简·亨德里克·奥尔特（Jan Hendrick Oort）便指出这个推论有矛盾的地方，即一个彗星不停来回太阳系内部与外部，终会被多种因素所摧毁，其生命周期决不会如太阳系的年龄长。该云团所受的太阳辐射较弱，非常稳定，存在数百万颗以上的彗星核，可以不停产生新彗星，去取代被摧毁的。另外人们相信，所有奥尔特云彗星的总质量，会是地球的5至100倍。

发展

在发现的的小行星中只有塞德娜/90377号小行星被认为可能是奥尔特星云的天体，其轨道介乎76至850个天文单位之间，比预计的轨道接近太阳，有可能来自奥尔特星云内层。如果其推测正确，那么奥尔特星云的距离一定比估计的接近太阳，密度也会较高。

如果彗星仅仅是快速飞行的冰块，那么它们从哪儿来，又是怎样到达这里的呢？1950年，荷兰天文学家简·奥尔特推断，在太阳系外沿有大量彗星，后来被称为奥尔特星云。

在望远镜发明后的四个世纪里，奥尔特星云中只有很小一部分彗星进入过太阳系。彗星受到寒冷的高层宇宙空间的保护，被认为是太阳系形成时早期星云的残骸。

奥尔特的理论建立于对彗星的多年观察之上。彗星出现的时间间隔意味着大多数彗星都有很长的环形运动轨迹。奥尔特认为彗星源于带外行星亿万英里以外的云状区域。该区域非常遥远，太阳无法将其纳入太阳系。

在20世纪80年代初，研究者们开始修正奥尔特的理论。根据他们的理解，奥尔特星云浮游在太阳系边缘，极易受附近恒星引力作用的影响。

根据他们的计算，有时这些力量会将彗星从奥尔特星云拖至星际空间。这样，它们更靠近太阳。这时，木星的引力作用要么将它们推至更小的轨道，要么将它们逐出太阳系。只有5%的彗星曾返回过它们的家园，那里的彗星将日渐减少。

但这一理论似乎与每年看到的稳定划过地球上空的一串串彗星不一致。为解决这一矛盾，科学家们1991年在奥尔特理论上又加了另外一种观点。根据这种观点，奥尔特星云内层外有一个更大的天体，内环犹如一个水库，源源不断为外环提供新的彗星。

虽然奥尔特星云有待人类去发现，但大多数天文学家都认为它确实存在。他们还认为它是由太阳系形成时遗留的残片组成的。在航天探测器到达之前，奥尔特星云的存在将是个谜。

来源彗星云

彗星从哪里来，这是一个引人入胜的问题，也是一个令人困惑的问题。天文学家在研究彗星来源时，往往要对彗星轨道进行统计分析，看看它们在受大行星引力摄动前的轨道是什么样子，从中来寻找规律。1950年荷兰天文学家奥尔特对41颗长周期彗星的原始轨道进行统计后认为，在冥王星轨道外面存在着一个硕大无比的“冰库”，或者说是一个巨大的“云团”。这个云团一直延伸到离太阳约22亿千米远的地方。太阳系里所有的彗星都来自这个云团，因而人们把它称为彗星云或奥尔特云。

如今一般把奥尔特云的距离定在约15万天文单位处，大体上是冥王星距离的4000倍。速度最快的光从那里来到我们太阳系也要走上两年多，因此这里的彗星绕太阳一周要花很长的时间，只有当它们跑到离太阳几亿千米远时，才能被人们看到。它们在轨道上的绝大部分时间都消磨在远离太阳的地方。以池谷-关彗星为例，它在近日点附近速度为每秒500千米，仅用两个小时就跑完了靠近太阳的半边，但要跑完远离太阳的那一边，却要花上1000多年。池谷-关彗星的周期还不算长，有些长周期彗星旅行一周要经过几百万年的漫长岁月。所以，尽管天文学家估算奥尔特彗星云里可能有1000亿颗彗星，而全世界每年发现的彗星平均只有五六颗。

由于彗星云离太阳非常遥远，在彗星云的位置是看不到又大又圆的太阳的，太阳真的成了名副其实的“普通一星”，亮度比地球上看天狼星还暗一些。但彗星云离其他恒星更是难以想像的远，彗星云得不到任何恒星的光和热，所以像一座“冰山”。

彗星就来自这座冰山，这些冰山上的来客本身也是一座座大大小小的冰山，大的直径超过10千米，比地球上的最高峰珠穆朗玛峰还要壮观，小的则只有几十米。这一座座冰山都是由大量的冰物质和尘埃混合而成的。冰物质中除大部分是水冰之外，还有一氧化碳冰、二氧化碳冰（干冰）、氨冰和甲烷冰等。因冰物质中混有大量的尘埃物质，所以冰山看上去是灰黑色的，而不像我们在电视中看到的南极冰山那样晶莹可爱。美国天文学家惠普尔给它们起了一个很形象的名字，叫“脏雪球”。

由于从太阳邻近区域路过的恒星对原始彗星的扰动，质量小的彗星离开彗星云，扭过头来，或往太阳系外跑去，或朝太阳系内部飞奔。多数彗星在向太阳进发时是沿着双曲线或抛物线轨道的，经过成千上万年的长途跋涉，当它们离太阳越来越近时被人们用望远镜捕获。一些彗星与大行星相遇时轨道受到摄动，变成椭圆形轨道，由非周期彗星变成新的周期彗星，开始在太阳系“安家落户”。

1958年，美国一些天文学家认为在太阳系内还存在着另一个彗星仓库，即所谓的“柯伊伯彗星带”。这个环状的彗星带离海王星轨道不远，估计带内至少有几千颗彗星。短周期彗星全部来自这个彗星库。和奥尔特云相比，这个彗星带离地球要近多了。柯伊伯带提出后，一些天文学家用大望远镜对这一区域作了分段观测，但并没有发现什么。这有三种可能，第一种可能是柯伊伯带里没有预计那么多的彗星，第二种可能是柯伊伯带可能位于更远的位置，第三种可能是根本不存在柯伊伯带。

20世纪80年代末，美国天文学家戴维·朱维特和简·鲁经过5年的苦苦搜寻，终于在1992年9月14日发现了第一个位于冥王星轨道外面的天体（简称冥外天体），命名为1992QB1，它和太阳的距离为41个天文单位。在1993年3月和12月，他们又接连发现了3个冥外天体，这3个天体与太阳的距离分别为46、32和35天文单位。同年，英国天文学家也在距太阳33和34天文单位处发现了两个天体。截止到1997年底，天文学家已发现了56个冥外天体（包括冥王星）。

天文学家之所以把它们称为天体，是因为还不能肯定它们是行星、小行星，还是彗星，但不管怎么说，这也是天文学上的一项令人瞩目的重要发现。

彗星的运动和内部结构，天文学家们还没有完全搞清楚，因此，不论是奥尔特云还是柯伊伯带，都是彗星起源的一种假说，还没有得到最后证实。天文学家比较一致的看法是，彗星从原始太阳星云中形成的时期，基本上与太阳、行星形成的时期相同，彗星是太阳系创生过程中的一种天然副产品。

关于彗星起源的问题，可以说是众说纷纭，到如今还没有一个比较一致的意见。有一种意见认为，太阳系天体上的火山爆发把大量物质抛向空间，彗星就是由这些物质形成。这类观点可以叫作“喷发说”。而另一种称为“碰撞说”的观点则认为，在很遥远的年代，太阳系里的某两个天体互相碰撞，由此产生的大量碎块物质，形成了太阳系中的彗星。这些假说都存在着一些难以解释的问题，很难得到大多数天文学家的承认。

原云假说

关于彗星起源的假说当中，被介绍得比较多而且得到相当一部分科学家赞赏的，那就是所谓的“原云假说”。在对大量彗星轨道作统计研究的基础上，原云假说认为：长周期彗星椭圆轨道的远日点很多都是在3万～10万天文单位之间，由此得出结论：在离太阳约15万天文单位的太阳系边缘地区，存在着一个被称为“原云”的物质集团，它像一个巨大的包层那样、彗星就是由其中的物质形成的。原云往往被称为“彗星云”，又因为这个假说最早在20世纪50年代由荷兰天文学家奥尔特提出来的，又被称为“奥尔特云”。奥尔特云就像是彗星的主要“故乡”。

据奥尔特估计，彗星云这个包层中可能存在多达1000亿颗彗星。这真是一个庞大无比的彗星“仓库”啊！其中的每一颗彗星绕太阳一周都得上百万年。它们主要是在附近恒星引力一些彗星受到木星等大行星引力的影响而变为周期彗星。另外的一些彗星可能被抛出太阳系。

结构和组成

奥尔特云所占空间极大，其距离太阳最近处在2000～5000天文单位（0.03～0.08光年），最远处在50000天文单位（0.79光年）。最远处距离在某些文献中的估值为100000～200000天文单位（1.58～3.16光年）。奥尔特云可分为：一个半径为20000～50000天文单位（0.32～0.79光年）的球形外层云团，和一个半径为2000～20000天文单位（0.03～0.32光年）的环形内层云团。外层受太阳系内部的牵制较弱，是长周期彗星（有可能也是哈雷类彗星）在进入海王星轨道以内之前的起源地。内层又称希尔斯云，以1981年提出其存在的杰克·G·希尔斯（Jack G。Hills）命名。理论模型预测，内层云团所含的彗星核数量比外层多几十甚至几百倍。稀薄的外层会随时间渐渐消亡，一些学者认为，内层不断为外层补充新的彗星，是奥尔特云在形成后数十亿年仍然存在的原因。

外层天体中，大于1千米的可能有上兆个（万亿个），而绝对星等大于11（即直径约为20千米以上）的有几十亿个，各自之间相距数千万千米之遥。奥尔特云的总质量尚不确定，但如果假设外层中的彗星核均与哈雷彗星质量相仿，估计其总质量为3×1025千克，约等于地球质量的5倍。早期估计奥尔特云的质量更高（最高有380个地球质量），但在更准确地掌握长周期彗星的大小分布之后，估值就相应降低了。尚无对内层云团的类似质量估值。

根据对彗星的实质观察推测，绝大部分的奥尔特云天体都由诸如水冰、甲烷、乙烷、一氧化碳和氰化氢的“冰”组成。然而，1996 PW的外表符合D-型小行星的分类，但轨道却属于长周期彗星。它的发现，使一些理论学家猜想，奥尔特云可能还含有1%到2%的小行星。分析指出，长周期彗星和木星族彗星的碳氮同位素比率差异不大，尽管两者的起源地点截然不同。这意味着，两类彗星都源自于原太阳星云。对奥尔特云彗星颗粒大小的研究，以及对属于木星族的坦普尔1号彗星实施撞击后的研究，都支持这一结论。

探索

尚未有人类制造的空间探测器抵达奥尔特云。在正在离开太阳系的探测器中，就算是行进速度最快、距离最远的旅行者1号，也要在300年后才会到达奥尔特云，要穿越它更需要3万年的时间。另外，旅行者1号所携带的放射性同位素热电机在2025年前后就无法再为同行的科学仪器提供足够的电力，所以不能用来对奥尔特云做任何实质性的探索。其余四个正在离开太阳系的探测器（旅行者2号、先驱者10号、先驱者11号及新视野号）到达奥尔特云的时候也将无法作业。

【011、八大行星 】

八大行星（8 Planets），是指太阳系的八个大行星，按照离太阳的距离从近到远，它们依次为水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。八大行星自转方向多数也和公转方向一致。只有金星和天王星两个例外。金星自转方向与公转方向相反，天王星则是与公转轨道呈97°角的“躺着”旋转。

行星的定义：一是必须围绕恒星运转的天体；二是质量足够大，能依靠自身引力使天体呈圆球状；三是这个轨道附近应该没有其他物体（清理其轨道上的其它物体）。按这样的划分，太阳系的行星就只有水、金、地、火、木、土，加上天王、海王这八颗。 

与2006年之前提到的九大行星概念不同，在2006年8月24日于布拉格举行的第26届国际天文学联会中通过的第5号决议中，冥王星(Pluto)被划为矮行星（Dwarf planet）从太阳系九大行星中被除名。

八大行星

1、水星

英文名：Mercury

水星最接近太阳，是太阳系中体积和质量最小的行星。常和太阳同时出没，中国古代称之它为“辰星”。水星在直径上小于两个卫星——木卫三和土卫六。

基本参数

半长轴：5791万千米(0.38 天文单位）

公转周期：87.70 天

自转方向：自西向东（逆时针）旋转

平均轨道运行速度：47.89km/s

轨道偏心率：0.206

轨道倾角：7.0 °

行星半径：2440 km（赤道）

质量（地球质量=1）：0.0553

密度：5.43 克/立方厘米

自转周期：58.653485 日

卫星数：无（现依旧没发现）

逃逸速度：4.3 km/s

公转轨道：距太阳 57,910,000 km (0.38 天文单位）

名称来源

在古罗马神话中Mercury是商业、旅行和偷窃之神，即古希腊神话中的赫耳墨斯，为众神传信的神，或许由于水星在空中移动得快，才使它得到这个名字。

探测历史

发现：早在公元前3000年的苏美尔时代，人们便发现了水星，古希腊人赋于它两个名字：当它初现于清晨时称为阿波罗，当它闪烁于夜空时称为赫耳墨斯。不过，古希腊天文学家们知道这两个名字实际上指的是同一颗星星，赫拉克赖脱（公元前5世纪之希腊哲学家）甚至认为水星与金星并非环绕地球，而是环绕着太阳在运行。

访问：现仅有水手10号探测器于1973年和1974年三次造访水星。它仅仅勘测了水星表面的45%（并且很不幸运，由于水星太靠近太阳，以致于哈勃望远镜无法对它进行安全的摄像）。

在1962年前，人们一直认为水星自转一周与公转一周的时间是相同的，从而使面对太阳的那一面恒定不变。这与月球总是以相同的半面朝向地球很相似。但在1965年，通过多普勒雷达的观察发现这种理论是错误的。我们已得知水星在公转二周的同时自转三周，只有金星是太阳系中仅有已知的公转周期与自转周期共动比率小于1:1的天体，水星并不是。

由于上述情况及水星轨道极度偏离正圆，将使得水星上的观察者看到非常奇特的景像，处于某些经度的观察者会看到当太阳升起后，随着它朝向天顶缓慢移动，将逐渐明显地增大尺寸。太阳将在天顶停顿下来，经过短暂的倒退过程，再次停顿，然后继续它通往地平线的旅程，同时明显地缩小。在此期间，星星们将以三倍快的速度划过天空。在水星表面另一些地点的观察者将看到不同的但一样是异乎寻常的天体运动。

近日点轨道

水星的轨道偏离正圆程度很大，它在轨道近日点所具有的围绕太阳的缓慢岁差现象，被称为“水星近日点轨道进动”。（岁差：地轴进动引起春分点向西缓慢运行，速度每年0.2"，约25800年运行一周，使回归年比恒星年短的现象。分日岁差和行星岁差两种，后者是由行星引力产生的黄道面变动引起的。）在十九世纪，天文学家们对水星的轨道半径进行了非常仔细的观察，但无法运用牛顿力学对此作出适当的解释。存在于实际观察到的值与预告值之间的细微差异是一个次要（每千年相差七分之一度）但困扰了天文学家们数十年的问题。有人认为在靠近水星的轨道上存在着另一颗行星（有时被称作Vulcan，“祝融星”），由此来解释这种差异，结果最终的答案颇有戏剧性：爱因斯坦的广义相对论。在人们接受认可此理论的早期，水星运行的正确预告是一个十分重要的因素。（水星因太阳的引力场而绕其公转，而太阳引力场极其巨大，据广义相对论观点，质量产生引力场，引力场又可看成质量，所以巨引力场可看作质量，产生小引力场，使其公转轨道偏离。类似于电磁波的发散，变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场，传向远方。－－译注）

温差

水星上的温差是整个太阳系中最大的，温度变化的范围为90开尔文（约﹣183℃）到700开尔文（约427℃）。相比之下，金星的温度略高些，但更为稳定。

大气表面地貌

事实上水星的大气很稀薄，由太阳风带来的被破坏的原子构成。水星温度如此之高，使得这些原子迅速地散逸至太空中，这样与地球和金星稳定的大气相比，水星的大气频繁地被补充更换。

水星的表面表现出巨大的急斜面，有些达到几百千米长，三千米高。有些横处于环形山的外环处，而另一些急斜面的面貌表明他们是受压缩而形成的。据估计，水星表面收缩了大约0.1%（或在星球半径上递减了大约1千米）。

水星上最大的地貌特征之一是Caloris盆地，直径约为1300千米，人们认为它与月球上最大的盆地Maria相似。如同月球的盆地，Caloris盆地很有可能形成于太阳系早期的大碰撞中，那次碰撞大概同时造成了星球另一面正对盆地处奇特的地形。

除了布满陨石坑的地形，水星也有相对平坦的平原，有些也许是古代火山运动的结果，但另一些大概是陨石所形成的喷出物沉积的结果。

水手号探测器的数据提供了一些水星上火山活动的初步迹象，但我们需要更多的资料来确认。

令人惊讶的是，水星北极点的雷达扫描（一处未被水手10号勘测的区域）显示出在一些陨石坑的被完好保护的隐蔽处存在冰的迹象。

其他性质

水星在许多方面与月球相似，它的表面有许多陨石坑而且十分古老；它也没有板块运动。另一方面，水星的密度比月球大得多，（水星 5.43 克/立方厘米 月球 3.34克/立方厘米）。水星是太阳系中仅次于地球，密度第二大的天体。事实上地球的密度高部分源于万有引力的压缩；若非如此，水星的密度将大于地球，这表明水星的铁质核心比地球的相对要大些，很有可能构成了行星的大部分。因此，相对而言，水星仅有一圈薄薄的硅酸盐地幔和地壳。

巨大的铁质核心半径为1800到1900千米，是水星内部的支配者。而硅酸盐外壳仅有500到600千米厚，至少有一部分核心大概成熔融状。

水星有一个小型磁场，磁场强度约为地球的1%。

现未发现水星有卫星。

通常通过双筒望远镜甚至直接用肉眼便可观察到水星，但它总是十分靠近太阳，在曙暮光中难以看到。Mike Harvey的行星寻找图表指出此时水星在天空中的位置（及其他行星的位置），再由“星光灿烂”这个天象程序作更多更细致的定制。

2、金星

英文名：Venus

太阳系中第六大行星，太阳系中温度最高的行星，中国古代称之为太白或太白金星。它有时是晨星，黎明出现于东方天空，被称为“启明”；有时又是昏星，黄昏后出现西方天空，被称为“长庚”。

自转方向：自东向西

自转时间：243.02天

公转周期：224.701天

平均轨道运行速度：35.03 km/s

轨道偏心率：0.001945315807

轨道倾角：3.4 °

直径：12104 km

质量（地球质量=1）：0.8150

密度：5.24 g/cm3

卫星数量：0

公转半径：108,208,930 km(0.72个天文单位）

表面面积：4.6亿平方千米

逃逸速度：10.4 km/s

名称来源

金星（希腊语：阿佛洛狄忒；巴比伦语：Ishtar）是美和爱的女神，之所以会如此命名，也许是对古代人来说，它是已知行星中最亮的一颗。（也有一些异议，认为金星的命名是因为金星的表面如同女性的外貌。）

探测历史

发现：金星在史前就已被人所知晓。除了太阳、月亮外，它是最亮的一颗。

金星是一颗近日行星，从地球用望远镜观察它的话，会发现它有位相变化。伽利略对此现象的观察是赞成哥白尼的有关太阳系的太阳中心说的重要证据。

访问：第一艘访问金星的飞行器是1962年的水手2号。随后，它又陆续被其他飞行器：金星先锋号，苏联尊严7号、尊严9号访问。

自转

金星的自转非常不同寻常，一方面它很慢（金星日相当于243个地球日，比金星年还稍长一些），另一方面它是倒转的。

大气及表面

金星的大气压力为93个标准大气压（相当于地球海洋深1千米处的压力），大气大多由二氧化碳组成，也有几层由硫酸组成的厚数千米的云层。这些云层挡住了我们对金星表面的观察，使得它看来非常模糊。这稠密的大气也产生了温室效应，使金星表面温度上升400度，超过了740开（足以使铅熔化）。金星表面自然比水星表面热，虽然金星比水星离太阳要远两倍。云层顶端有强风，大约每小时350千米，但表面风速却很慢，每小时几千米不到。

其他性质

金星有时被誉为地球的姐妹星，在有些方面它们非常相像：

——金星比地球略小一些（95%的地球直径，80%的地球质量）。

——在相对年轻的表面都有一些环形山口。

——它们的密度与化学组成都十分类似。

由于这些相似点，有时认为在它厚厚的云层下面金星可能与地球非常相像，可能有生命的存在。但是不幸的是，许多有关金星的深层次研究表明，在许多方面金星与地球有本质的不同。

3、地球

英文： Earth

地球是距太阳第三颗，也是太阳系第五大行星，地球是太阳系中密度最大的行星。地球，当然不需要飞行器即可被观测，然而我们直到二十世纪才有了整个行星的地图。由空间拍到的图片应具有合理的重要性；举例来说，它们大大帮助了气象预报及暴风雨跟踪预报。

基本参数

半长轴：149,600,000 km（这样的距日距离记作1天文单位，简称：AU）

赤道半径：　6,378.1 km

平均轨道运行速度：　29.79 km/s

轨道偏心率：0.0167

轨道倾角：0°

质量：　5.9736e24 kg

赤道引力（地球=1) ：　1.00

逃逸速度（km/s） ：　11.2

自转周期（日） ：　0.9973（24h被定义为一天）

卫星数：　1（月球）

公转周期（日）：　365.2422（365d被定义为一年，闰年4年一届）

黄赤交角（°） ：　23.5

反照率：　 0.3

自转方向：　自西向东

名称来源

地球是并不是从希腊或罗马神话中得到的名字。Earth一词来自于古英语及日耳曼语。这里当然有许多其他语言的命名。在罗马神话中，地球女神叫Tellus－肥沃的土地（希腊语：Gaia，大地母亲）

卫星

地球的天然卫星是月球，也是地球仅有的天然卫星。月球是最明显的天然卫星的例子。在太阳系里，除水星和金星外，其他行星都有天然卫星。月球的年龄大约有46亿年。月球有壳、幔、核等分层结构。最外层的月壳平均厚度约为60-65公里。月壳下面到1000公里深度是月幔，它占了月球的大部分体积。月幔下面是月核，月核的温度约为1000度，很可能是熔融状态的。月球直径约3474公里，是地球的3/11。体积只有地球的1/49，质量约7350亿亿吨，相当于地球质量的1/81，月面的重力差不多相当于地球重力的1/6。

地球与月球的交互作用使地球的自转每世纪减缓了2毫秒。

4、火星

英文名： Mars

为距太阳第四远，也是太阳系中第七大行星，在中国古代又称荧火，因为火星呈红色，荧荧像火，亮度常有变化；而且在天空中运动，有时从西向东，有时又从东向西，情况复杂，令人迷惑，所以中国古代叫它“荧惑”，有“荧荧火光，离离乱惑。”之意。

基本参数

轨道半径：22794万 km(1.52 天文单位）

公转周期：686.98 日

火星景观

火星景观

平均轨道运行速度：24.13 km/s

轨道偏心率：0.093

轨道倾角：1.8 °

行星半径：3398 千米(赤道)

质量（地球质量=1）：0.1074

密度：3.94 克/立方厘米

自转周期：1.026 日

自转方向：自西向东

卫星数：2（火卫一，火卫二）

公转轨道： 离太阳227,940,000 千米 (1.52 天文单位）

名称来源

火星（希腊语：阿瑞斯）被称为战神。这或许是由于它鲜红的颜色而得来的；火星有时被称为“红色行星”。（趣记：在希腊人之前，古罗马人曾把火星作为农耕之神来供奉。而好侵略扩张的希腊人却把火星作为战争的象征）而三月份的名字也是得自于火星。

探测历史

发现：火星在史前时代就已经为人类所知。由于它被认为是太阳系中人类最好的住所（除地球外），它受到科幻小说家们的喜爱。但可惜的是那条著名的被Lowell“看见”的“运河”以及其他一些什么的，都只是如Barsoomian公主们一样是虚构的。

访问：第一次对火星的探测是由水手4号飞行器在1965年进行的。人们接连又作了几次尝试，包括1976年的两艘海盗号飞行器。此后，经过长达20年的间隙，在1997年的7月4日，火星探路者号终于成功地登上火星。

火星的那层薄薄的大气主要是由余留下的二氧化碳（95.3%）加上氮气（2.7%）、氩气（1.6%）和微量的氧气（0.15%）和水汽（0.03%）组成的。火星表面的平均大气压强仅为大约7毫巴（比地球上的1%还小），但它随着高度的变化而变化，在盆地的最深处可高达9毫巴，而在奥林匹斯山的顶端却只有1毫巴。但是它也足以支持偶尔整月席卷整颗行星的飓风和大风暴。火星那层薄薄的大气层虽然也能制造温室效应，但那些仅能提高其表面5K的温度，比我们所知道的金星和地球的少得多。

火星的两极永久地被固态二氧化碳（干冰）覆盖着。这个冰罩的结构是层叠式的，它是由冰层与变化着的二氧化碳层轮流叠加而成。在北部的夏天，二氧化碳完全升华，留下剩余的冰水层。由于南部的二氧化碳从没有完全消失过，所以我们无法知道在南部的冰层下是否也存在着冰水层。这种现象的原因还不知道，但或许是由于火星赤道面与其运行轨道之间的夹角的长期变化引起气候的变化造成的。或许在火星表面下较深处也有水存在。这种因季节变化而产生的两极覆盖层的变化使火星的气压改变了25%左右（由海盗号测量出）。

但是通过哈博望远镜的观察却表明海盗号当时勘测时的环境并非是典型的情况。火星的大气似乎比海盗号勘测出的更冷、更干了（详细情况请看来自STScI站点）。

表面地形

除地球外，火星是具有最多各种有趣地形的固态表面行星。其中不乏一些壮观的地形：

－奥林匹斯山：它在地表上的高度有24千米（78000英尺），是太阳系中最大的火山。它的基座直径有600千米，并由一座高达6千米（20000英尺）的悬崖环绕着；

－Tharsis: 火星表面的一个巨大凸起，有大约4000千米宽，10千米高；

－Valles Marineris: 深2至7千米，长为4000千米的峡谷群；

－Hellas Planitia: 处于南半球，6000多米深，直径为2000千米的冲击环形山。

火星的表面有很多年代已久的环形山。但是也有不少形成不久的山谷、山脊、小山及平原。

在火星的南半球，有着与月球上相似的曲型的环状高地。相反的，它的北半球大多由新近形成的低平的平原组成。这些平原的形成过程十分复杂。南北边界上出现几千米的巨大高度变化。形成南北地势巨大差异以及边界地区高度剧变的原因还不得而知（有人推测这是由于火星外层物增加的一瞬间产生的巨大作用力所形成的）。一些科学家开始怀疑那些陡峭的高山是否在它原先的地方。这个疑点将由“火星全球勘测员”来解决。

火星上曾有过洪水，地面上也有一些小河道，十分清楚地证明了许多地方曾受到侵蚀。在过去，火星表面存在过干净的水，甚至可能有过大湖和海洋。但是这些东西看来只存在很短的时间，而且据估计距今也有大约四十亿年了。（Valles Marneris不是由流水通过而形成的。它是由于外壳的伸展和撞击，伴随着Tharsis凸起而生成的）。

在火星的早期，它与地球十分相似。像地球一样，火星上几乎所有的二氧化碳都被转化为含碳的岩石。但由于缺少地球的板块运动，火星无法使二氧化碳再次循环到它的大气中，从而无法产生意义重大的温室效应。因此，即使把它拉到与地球距太阳同等距离的位置，火星表面的温度仍比地球上的冷得多。

内部情况

火星的内部情况只是依靠它的表面情况资料和有关的大量数据来推断的。一般认为它的核心是半径为1700千米的高密度物质组成；外包一层熔岩，它比地球的地幔更稠些；最外层是一层薄薄的外壳。相对于其他固态行星而言，火星的密度较低，这表明，火星核中的铁（镁和硫化铁）可能含带较多的硫。

如同水星和月球，火星也缺乏活跃的板块运动；没有迹象表明火星发生过能造成像地球般如此多褶皱山系的地壳平移活动。由于没有横向的移动，在地壳下的巨热地带相对于地面处于静止状态。再加之地面的轻微引力，造成了Tharis凸起和巨大的火山。但是，人们却未发现火山有过活动的迹象。虽然，火星可能曾发生过很多火山运动，可它看来从未有过任何板块运动。

关于火星生命

海盗号尝试过作实验去决定火星上是否有生命，结果是否定的。但乐观派们指出，只有两个小样本是合格的，并且又并非来自最好的地方。以后的火星探索者们将继续更多的实验。

一块小陨石（SNC陨石）被认为是来自于火星的。

1996年8月6日，戴维·朱开（David McKay) 等人宣称，在火星的陨石中首次发现有有机物的构成。那作者甚至说这种构成加上一些其他从陨石中得到的矿物，可以成为火星古微生物的证明。

如此惊人的结论，但它却没有使有外星人存在这一结论成立。自以戴维·朱开发表意见后，一些反对者的研究也被发布。但任何结论都应当“言之有理，言之有据”。在没有十分肯定宣布结论之前仍有许多事要做。

其他性质

在火星的热带地区有很大一片引力微弱的地方。这是由火星全球勘测员在它进入火星轨道时所获得的意外发现。它们可能是早期外壳消失时所遣留下的。这或许对研究火星的内部结构、过去的气压情况，甚至是古生命存在的可能都十分有用。

在夜空中，用肉眼很容易看见火星。由于它离地球十分近，所以显得很明亮。迈克·哈卫的行星寻找图表显示了火星以及其它行星在天空中的位置。越来越多的细节，越来越好的图表将被如星光灿烂这样的天文程序来发现和完成。

火星的轨道是显著的椭圆形。因此，在接受太阳照射的地方，近日点和远日点之间的温差将近30摄氏度。这对火星的气候产生巨大的影响。火星上的平均温度大约为218K（-55℃，-67华氏度），但却具有从冬天的140K（-133℃，-207华氏度）到夏日白天的将近300K(27℃，80华氏度）的跨度。尽管火星比地球小得多，但它的表面积却相当于地球表面的陆地面积。

5、木星

英文名： Jupiter

木星是离太阳第五颗行星，中国古代称为岁星，因为他公转一周正好是12年，也就是一地支，木星是太阳系行星中质量最大的一颗，它的质量是所有其他的7颗行星的总和的2.5倍，或是地球的318倍，体积为地球的1316倍，由于它巨大的体积，人们不用望远镜就可以看到它，木星被称为“太阳系行星之王”。它拥有着全太阳系中最快的自转速度。

基本参数

公转轨道： 距太阳 778,330,000 千米 (5.20 天文单位）

自转方向：自西向东

行星半径： 71,492 km （赤道）=地球的11倍

质量： 1.900e27 kg

表面重力加速度： 23.12 米每二次方秒

逃逸速度： 60.2 km/s

表面温度： 表面有效温度值为-168℃ （地球观测值为-139℃）

卫星数： 79颗（新加了12颗。最大的是木卫三）

名称来源

木星（a.k.a。Jove; 希腊人称之为宙斯）是神界之王，奥林匹斯山的统治者和罗马国的保护人，它是Cronus（土星）的儿子。

探测历史

发现：木星是天空中第四亮的物体（次于太阳，月球和金星；有时候火星更亮一些），早在史前木星就已被人类所知晓。根据伽利略1610年对木星四颗卫星：木卫一，木卫二，木卫三和木卫四（现常被称作伽利略卫星）的观察，它们是不以地球为中心运转的第一个发现，也是赞同哥白尼的日心说的有关行星运动的主要依据；由于伽利略直言不讳地支持哥白尼的理论而被宗教裁判所逮捕，并被强迫放弃自己的信仰，关在监狱中度过了余生。

访问：木星在1973年被先锋10号首次拜访，后来又陆续被先锋11号，旅行者1号，旅行者2号、尤里西斯号和伽利略号探访。“朱诺号”探测器2016年7月进入木星轨道。

成分

木星由90%的氢和10%的氦（原子数之比，75/25%的质量比）及微量的甲烷、水、氨水和“石头”组成。这与形成整个太阳系的原始的太阳系星云的组成十分相似。土星有一个类似的组成，但天王星与海王星的组成中，氢和氦的量就少一些了。

气态行星没有实体表面，它们的气态物质密度只是由深度的变大而不断加大（我们从它们表面相当于1个大气压处开始算它们的半径和直径）。我们所看到的通常是大气中云层的顶端，压强比1个大气压略高。

内核上则是大部分的行星物质集结地，以液态金属氢的形式存在。这些木星上最普通的形式基础可能只在40亿帕压强下才存在，木星内部就是这种环境（土星也是）。液态金属氢由离子化的质子与电子组成（类似于太阳的内部，不过温度低多了）。在木星内部的温度压强下，氢气是液态的，而非气态，这使它成为了木星磁场的电子指挥者与根源。同样在这一层也可能含有一些氦和微量的“冰”。

木星可能有一个石质的内核，相当于10－15个地球的质量。

最外层主要由普通的氢气与氦气分子组成，它们在内部是液体，而在较外部则气体化了，我们所能看到的就是这深邃的一层的较高处。水、二氧化碳、甲烷及其他一些简单气体分子在此处也有一点儿。

云层的三个明显分层中被认为存在着氨冰，铵水硫化物和冰水混合物。然而，来自伽利略号的证明的初步结果表明云层中这些物质极其稀少（一个仪器看来已检测了最外层，另一个同时可能已检测了第二外层）。但这次证明的地表位置十分不同寻常－－基于地球的望远镜观察及更多的来自伽利略号轨道，飞船观察提示这次证明所选的区域很可能是那时候木星表面最温暖又是云层最少的地区。

表面飓风

木星和其他气态行星表面有高速飓风，并被限制在狭小的纬度范围内，在连近纬度的风吹的方向又与其相反。这些带中轻微的化学成分与温度变化造成了多彩的地表带，支配着行星的外貌。光亮的表面带被称作区（zones），暗的叫作带（belts）。这些木星上的带子很早就被人们知道了，但带子边界地带的漩涡则由旅行者号飞船第一次发现。伽利略号飞船发回的数据表明表面风速比预料的快得多（大于400英里每小时），并延伸到根所能观察到的一样深的地方，大约向内延伸有数千千米。木星的大气层也被发现相当紊乱，这表明由于它内部的热量使得飓风在大部分急速运动，不像地球只从太阳处获取热量。

表面云层

木星表面云层的多彩可能是由大气中化学成分的微妙差异及其作用造成的，可能其中混入了硫的混合物，造就了五彩缤纷的视觉效果，但是其详情仍无法知晓。

色彩的变化与云层的高度有关：最低处为蓝色，跟着是棕色与白色，最高处为红色。我们通过高处云层的洞才能看到低处的云层。

木星表面的大红斑早在300年前就被地球上的观察所知晓（这个发现常归功于卡西尼，或是17世纪的Robert Hooke）。大红斑是个长25,000千米，跨度12,000千米的椭圆，总以容纳两个地球。其他较小一些的斑点也已被看到了数十年了。红外线的观察加上对它自转趋势的推导显示大红斑是一个高压区，那里的云层顶端比周围地区特别高，也特别冷。类似的情况在土星和海王星上也有。还不清楚为什么这类结构能持续那么长的一段时间。

能量及辐射

对木星的考察表明：木星正在向其宇宙空间释放巨大能量。它所放出的能量是它所获得太阳能量的两倍，这说明木星释放能量的一半来自于它的内部。木星内部存在热源。

众所周知，太阳之所以不断放射出大量的光和热，是因为太阳内部时刻进行着核聚变反应，在核聚变过程中释放出大量的能量。木星是一个巨大的液态氢星球，本身已具备了无法比拟的天然核燃料，加之木星的中心温度已达到了28万K，具备了进行热核反应所需的高温条件。至于热核反应所需的高压条件，就木星的收缩速度和对太阳放出的能量及携能粒子的吸积特性来看，木星在经过几十亿年的演化之后，中心压可达到最初核反应时所需的压力水平。　一旦木星上爆发了大规模的热核反应，以千奇百怪的旋涡形式运动的木星大气层将充当释放核热能的“发射器”。所以，有些科学家猜测，再经过几十亿年之后，木星将会改变它的身份，从一颗行星变成一颗名副其实的恒星。木星和太阳的成分十分相似，但是却没有像太阳那样燃烧起来，是因为它的质量太小。木星要成为像太阳那样的恒星，需要将质量增加到70倍才可以。

木星向外辐射能量，比起从太阳处收到的来说要多。木星内部很热：内核处可能高达20,000开。该热量的产量是由开尔文-赫尔姆霍兹原理生成的（行星的慢速重力压缩）。（木星并不是像太阳那样由核反应产生能量，它太小因而内部温度不够引起核反应的条件。）这些内部产生的热量可能很大地引发了木星液体层的对流，并引起了我们所见到的云顶的复杂移动过程。土星与海王星在这方面与木星类似，奇怪的是，天王星则不。

木星与气态行星所能达到的最大直径一致。如果组成又有所增加，它将因重力而被压缩，使得全球半径只稍微增加一点儿。一颗恒星变大只能是因为内部的热源（核能）关系，但木星要变成恒星的话，质量起码要再变大70倍。

伽利略号飞行器对木星大气的探测发现于木星光环和最外层大气层之间另存在了一个强辐射带，大致相当于电离层辐射带的十倍。惊人的是，新发现的带中含有来自不知何方的高能量氦离子。

磁场

木星有一个巨型磁场，比地球的大得多，磁层向外延伸超过6.5e7千米（超过了土星的轨道！）。（小记：木星的磁层并非球状，它只是朝太阳的方向延伸。）这样一来木星的卫星便始终处在木星的磁层中，由此产生的一些情况在木卫一上有了部分解释。不幸的是，对于未来太空行走者及全身心投入旅行者号和伽利略号设计的专家来说，木星的磁场在附近的环境捕获的高能量粒子将是一个大障碍。这类“辐射”类似于，不过大大强烈于，地球的电离层带的情况。它将马上对未受保护的人类产生致命的影响。

木星光环

木星有一个同土星般的光环，不过又小又微弱。它们的发现纯属意料之外，只是由于两个旅行者1号的科学家一再坚持航行10亿千米后，应该去看一下是否有光环存在。其他人都认为发现光环的可能性为零，但事实上它们是存在的。这两个科学家想出的真是一条妙计啊。它们后来被地面上的望远镜拍了照。

木星光环不像土星的，木星的光环较暗（反照率为0.05）。它们由许多粒状的岩石质材料组成。

木星光环中的粒子可能并不是稳定地存在（由大气层和磁场的作用）。这样一来，如果光环要保持形状，它们需被不停地补充。两颗处在光环中公转的小卫星：木卫十六和木卫十七，显而易见是光环资源的最佳候选人。

木星的卫星

木星有66颗已知卫星，4颗大伽利略发现的卫星，还有62颗较小的。

由于伽利略卫星产生的引潮力，木星运动正逐渐地变缓。同样，相同的引潮力也改变了卫星的轨道，使它们慢慢地逐渐远离木星。

木卫一，木卫二，木卫三由引潮力影响而使公转共动关系固定为1:2:4，并共同变化。木卫四也是这其中一个部分。在未来的数亿年里，木卫四也将被锁定，以木卫三的两倍公转周期，木卫一的八倍来运行。

木星的卫星由宙斯一生中所接触过的人来命名（大多是他的情人）。

卫星 距离（千米） 半径（千米） 质量（千克） 发现者 发现日期

木卫十六 128000 20 9.56e16 Synnott 1979

木卫十五 129000 10 1.91e16 Jewitt 1979

木卫五 181000 98 7.17e18 Barnard 1892

木卫十四 222000 50 7.77e17 Synnott 1979

木卫一 422000 1815 8.94e22 伽利略 1610

木卫二 671000 1569 4.80e22 伽利略 1610

木卫三 1070400 2631.2 1.48e23 伽利略 1610

木卫四 1869000〔近〕 2410.3 ± 1.5 1.08e23 伽利略 1610 〔远心点〕1897000km

木卫十三 11094000 8 5.68e15 Kowal 1974

木卫六 11480000 93 9.56e18 Perrine 1904

木卫十 11720000 18 7.77e16 Nicholson 1938

木卫七 11737000 38 7.77e17 Perrine 1905

木卫十二 21200000 15 3.82e16 Nicholson 1951

木卫十一 22600000 20 9.56e16 Nicholson 1938

木卫八 23500000 25 1.91e17 Melotte 1908

木卫九 23700000 18 7.77e16 Nicholson 1914

较小卫星的数值是约值。

6、土星

英文名：Saturn

土星是离太阳第六远的行星，也是八大行星中第二大的行星，中国古代称为“镇星”，是太阳系密度最小的行星，可以浮在水上。

基本参数

公转轨道：距太阳 1,429,400,000 km(9.54 天文单位）

自转方向：自西向东

行星半径：60,268 km （赤道）

质量：5.68e26 kg

卫星数：83颗（超越木星成为卫星最多的行星）

名称来源

在罗马神话中，土星（Saturn）“萨图尔努斯”是农神的名称。希腊神话中的农神Cronus是Uranus（天王星）和盖亚的儿子，也是宙斯（木星）的父亲。土星也是英语中“星期六”（Saturday）的词根。

探测历史

发现：土星在史前就被发现了。伽利略在1610年第一次通过望远镜观察到它，并记录下它的奇怪运行轨迹，但也被它给搞糊涂了。早期对于土星的观察十分复杂，这是由于当土星在它的轨道上时每过几年，地球就要穿过土星光环所在的平面。（低分辨率的土星图片所以经常有彻底性的变化。）直到1659年惠更斯正确地推断出光环的几何形状。在1977年以前，土星的光环一直被认为是太阳系中独有存在的；但在1977年，在天王星周围发现了暗淡的光环，在这以后不久木星和海王星周围也发现了光环。

访问：先锋11号在1979年首先去过土星周围，同年又被旅行家1号和2号访问。卡西尼飞行器也在2004年到达土星。

性质

通过小型的望远镜观察也能明显地发现土星是一个扁球体。它赤道的直径比两极的直径大大约10%（赤道为120,536千米，两极为108,728千米），这是它快速的自转和流质地表的结果。其他的气态行星也是扁球体，不过没有这样明显。

土星是最疏松的一颗行星，它的比重（0.7）比水还要小。

与木星一样，土星是由大约75%的氢气和25%的氦气以及少量的水，甲烷，氨气和一些类似岩石的物质组成。这些组成类似形成太阳系时，太阳星云物质的组成。

土星内部和木星一样，由一个岩石核心，一个具有金属性的液态氢层和一个氢分子层，同时还存在少量的各式各样的冰。

土星的内部是剧热的（在核心可达12000K），并且土星向宇宙发出的能量比它从太阳获得的能量还要大。大多数的额外能量与木星一样是由Kelvin-Helmholtz原理产生的。但这可能还不足以解释土星的发光本领，一些其他的作用可能也在进行，可能是由于土星内部深层处氦的“冲洗”造成的。

木星上的明显的带状物 在土星上则模糊许多，在赤道附近变得更宽。由地球无法看清它的顶层云，所以直到旅行者飞船偶然观测到，人们才开始对土星的大气循环情况开始研究。土星与木星一样，有长周期的椭圆轨道以及其他的大致特征。在1990年，哈博望远镜观察到在土星赤道附近一个非常大的白色的云，这是当旅行者号到达时并不存在的；在1994年，另一个比较小的风暴被观测到。

土星光环

从地球上可以看到两个明显的光环（A和B）和一个暗淡的光环（C），在A光环与B光环之间的间隙被称为“卡西尼部分”。一个在A光环的外围部分更为暗淡的间隙被称为“Encke Gap”（但这有点用词不当，因为它可能从没被Encke看见过）。旅行者号发送回的图片显示还有四个暗淡的光环。土星的光环与其他星的光环不同，它是非常明亮的。（星体反照率为0.2 - 0.6)

尽管从地球上看光环是连续的，但这些光环事实上是由无数在各自独立轨道的微小物体构成的。它们的大小的范围由1厘米到几米不等，也有可能存在一些直径为几公里的物体。

土星的光环特别地薄，尽管它们的直径有250,000千米甚至更大，但是它们最多只有1.5千米厚。尽管它们有给人深刻印象的明显的形象，但是在光环中只有很少的物质－－如果光环被压缩成一个物件，它最多只可能是100千米宽。

光环中的微粒可能主要是由水凝成的冰组成，但它们也可能是由冰裹住外层的岩石状微粒。

旅行者号证实令人迷惑的半径的不均匀性在光环中的确存在，这被叫做“spokes（辅条）”，这是首先由一个业余天文学家报道的。它们的自然本性带给了我们一个谜，但使得我们有了弄清土星磁场区的线索。

土星最外层的光环，F光环，是由一些更小的光环组成的繁杂构造，它的一些“绳结（Knots）”是很明显的。科学家们推测这些所谓的结可能是块状的光环物质或是一些迷你的月亮。这些奇怪的织状物在旅行者1号发回的图像中很明显，但它们在旅行者2号发回的图象中看不见，可能是因为后者拍到的光环部分的成分与前者的略有不同。

土星的卫星之间和光环系统中有着复杂的潮汐共振现象：一些卫星，所谓的“牧羊卫星”（比如土卫十五，土卫十六和土卫十七）对保持光环形状有着明显的重要性；土卫一看来应对卡西尼部分某种物质的缺乏负责任，这与小行星带中Kirkwood gaps遇到的情况类似；土卫十八处于Encke Gap中。整个系统太复杂，我们所掌握的还很贫乏。

土星（以及其他类木行星）的光环的由来还不清楚，尽管它们可能自从形成时就有光环，但是光环系统是不稳定的，它们可能在前进过程中不断更新，也可能是比较大的卫星的碎片。

光环数据

光环 距离（千米） 宽度（千米） 质量（千克）

D 67000 7500

C 74500 17500 1.1e18

B 92000 25500 2.8e19

卡西尼部分

A 122200 14600 6.2e18

F 140210 500

G 165800 8000 1e7

E 302000〔三十万二千 千米〕 300000

（距离是指从土星中心到光环内部的边缘）这种分类真的有点误导，因为微粒的密度以一个复杂的方式改变，不能用分类法划分为一个明显的区域：在光环中存在不断的变化；那些间隙并不是全部空的，这些光环并不是一个标准的圆环。

像其他类木行星一样，土星有一个极有意义的磁场区。

在无尽的夜空中，土星很容易被眼睛看到。尽管它可能不如木星那么明亮，但是它很容易被认出是颗行星，因为它不会象恒星那样“闪烁”。光环以及它的卫星能通过一架小型业余天文望远镜观察到。

土星的卫星

土星有18颗被命名的卫星，比其他任何行星都多。还有一些小卫星还将被发现。

在那些旋转速度已知的卫星中，除了土卫九和土卫七以外都是同步旋转的。一共已发现60颗卫星。

有三对卫星，土卫一-土卫三，土卫二-土卫四和土卫六-土卫七有万有引力的互相作用来维持它们轨道间的固定关系。土卫一公转周期恰巧是土卫三的一半，它们可以说是在1:2共动关系中，土卫二-土卫四的也是1:2； 土卫六-土卫七的则是3:4关系。

除了18颗被命名的卫星以外，至少已有一打以上已经被报道了，并且已经给予了临时的名称。

卫星 距离（千米） 半径（千米） 质量（千克） 发现者 发现日期

土卫十八 134000 10 Showalter 1990

土卫十五 138000 14 Terrile 1980

土卫十六 139000 46 2.70e17 Collins 1980

土卫十七 142000 46 2.20e17 Collins 1980

土卫十一 151000 57 5.60e17 Walker 1980

土卫十 151000 89 2.01e18 Dollfus 1966

土卫一 186000 196 3.80e19 赫歇耳 1789

土卫二 238000 260 8.40e19 赫歇耳 1789

土卫三 295000 530 7.55e20 卡西尼 1684

土卫十三 295000 15 Reitsema 1980

土卫十四 295000 13 Pascu 1980

土卫四 377000 560 1.05e21 卡西尼 1684

土卫十二 377000 16 Laques 1980

土卫五 527000 765 2.49e21 卡西尼 1672

土卫六 1222000 2575 1.35e23 惠更斯 1655

土卫七 1481000 143 1.77e19 波德 1848

土卫八 3561000 170 1.88e21 卡西尼 1671

土卫九 12952000 110 4.00e18 Pickering 1898

7、天王星

英文名： Uranus

天王星是太阳系中离太阳第七远行星，也是太阳系中最冷的行星，从直径来看，是太阳系中第三大行星。天王星的体积比海王星大，质量却比其小。

公转轨道： 距太阳2,870,990,000 千米 (19.218 天文单位）

自转方向：自东向西

行星半径： 25,559 千米（赤道）

质量： 8.683e25 千克

卫星数： 29颗

名称来源

乌拉诺斯是古希腊神话中的宇宙之神，是最早的至高无上的神。他是盖亚的儿子兼配偶，是Cronus（农神土星）、独眼巨人和泰坦（奥林匹斯山神的前辈）的父亲。

探测历史

发现：天王星是由威廉·赫歇耳通过望远镜系统地搜寻，在1781年3月13日发现的，它是现代发现的第一颗行星。事实上，它曾经被观测到许多次，只不过当时被误认为是另一颗恒星（早在1690年John Flamsteed便已观测到它的存在，但当时却把它编为34 Tauri）。赫歇耳把它命名为"the Georgium Sidus（天竺葵）"（乔治亚行星）来纪念他的资助者，那个对美国人而言臭名昭著的英国国王：乔治三世；其他人却称天王星为“赫歇耳”。由于其他行星的名字都取自希腊神话，因此为保持一致，由波德首先提出把它称为“乌拉诺斯（Uranus）”（天王星），但直到1850年才开始广泛使用。

访问：只有一艘星际探测器曾到过天王星，那是在1986年1月24日由旅行者2号完成的。

自转

大多数的行星总是围绕着几乎与黄道面垂直的轴线自转，可天王星的轴线却几乎平行于黄道面。在旅行者2号探测的那段时间里，天王星的南极几乎是接受太阳直射的。这一奇特的事实表明，天王星两极地区所得到来自太阳的能量比其赤道地区所得到的要高。然而天王星的赤道地区仍比两极地区热。这其中的原因还不为人知。

而且它不是以大于90度的转轴角进行正向转动，就是以倾角小于90度进行逆向转动。问题是你要在某个地方画一条分界线，因为比如对金星是否是真的逆向转动（不是倾角接近180度的正向转动）就有一些争议。

组成

天王星基本上是由岩石和各种各样的冰组成的，它仅含有15%的氢和一些氦（与大都由氢组成的木星和土星相比是较少的）。天王星和海王星在许多方面与木星和土星在去掉巨大液态金属氢外壳后的内核很相象。虽然天王星的内核不像木星和土星那样是由岩石组成的，但它们的物质分布却几乎是相同的。

大气

天王星的大气层含有大约83%的氢，15%的氦和2%的甲烷。

如其他所有的气态行星一样，天王星也有带状的云围绕着它快速飘动。但是它们太微弱了，以至只能由旅行者2号经过加工的图片才可看出。由哈博望远镜的观察显示的条纹却更大更明显。据推测，这种差别主要是由于季节的作用而产生的（太阳直射到天王星的某个低纬地区可能造成明显的白天黑夜的作用）。

天王星显蓝色是其外层大气层中的甲烷吸收了红光的结果。那儿或许有像木星那样的彩带，但它们被覆盖着的甲烷层遮住了。

其他性质

旅行者2号发现了继已知的5颗大卫星后的10颗小卫星。看来在光环内还有一些更小的卫星。

谈到天王星转轴的问题，还值得一提的是它的磁场也十分奇特，它并不在此行星的中心，而倾斜了近60度。这可能是由于天王星内部的较深处的运动而造成的。

有时在晴朗的夜空，刚好可用肉眼看到模糊的天王星，但如果你知道它的位置，通过双筒望远镜就十分容易观察到了。通过一个小型的天文望远镜可以看到一个小圆盘状。迈克·哈卫的行星寻找图表显示了天王星以及其它行星在天空中的位置。越来越多的细节，越来越好的图表将被如灿烂星河这样的天文程序来发现和完成。

天王星的卫星

天王星有25颗已命名的卫星，以及2颗已发现但暂未命名的卫星。

与太阳系中的其他天体不同，天王星的卫星并不是以古代神话中的人物而命名的，而是用莎士比亚和罗马教皇的作品中人物的名字。

它们自然分成两组：由旅行者2号发现的靠近天王星的很暗的10颗小卫星和5颗在外层的大卫星。

它们都有一个圆形轨道围绕着天王星的赤道（因此相对于赤道面有一个较大的角度）。

卫星 距离（千米） 半径（千米） 质量（千克） 发现者 发现日期

天卫六 50000 13 旅行者2号 1986

天卫七 54000 16 旅行者2号 1986

天卫八 59000 22 旅行者2号 1986

天卫九 62000 33 旅行者2号 1986

天卫十 63000 29 旅行者2号 1986

天卫十一 64000 42 旅行者2号 1986

天卫十二 66000 55 旅行者2号 1986

天卫十三 70000 27 旅行者2号 1986

天卫十四 75000 34 旅行者2号 1986

天卫十八75000 20 Karkoschka 1999

天卫十五 86000 77 旅行者2号 1985

天卫五 Kuiper 1948

天卫一 191000 579 1.27e21 Lassell 1851

天卫二 266000 585 1.27e21 Lassell 1851

天卫三 436000 789 3.49e21 赫歇耳 1787

天卫四 583000 761 3.03e21 赫歇耳 1787

天卫十六 7200000 30 Gladman 1997

天卫十七12200000 60 Gladman1997

光环

像其他所有气态行星一样，天王星有光环。它们像木星的光环一样暗，但又像土星的光环那样由相当大的直径达到10米的粒子和细小的尘土组成。天王星有11层已知的光环，但都非常暗淡；最亮的那个被称为Epsilon光环。天王星的光环是继土星的被发现后第一个被发现的，这一发现被认为是十分重要的，由此我们知道了光环是行星的一个普遍特征，而不是仅为土星所特有的

光环 距离（千米） 宽度（千米）

1986U2R 38000 2,500

6 41840 1-3

5 42230 2-3

4 42580 2-3

Alpha 44720 7-12

Beta 45670 7-12

Eta 47190 0-2

Gamma 47630 1-4

Delta 48290 3-9

1986U1R 50020 1-2

Epsilon 51140 20-100

（距离是指从天王星的中心算到光环的内边的长度）

7、海王星

英文名： Neptune

海王星是环绕太阳运行的第八颗行星，也是太阳系中第四大天体（直径上）。海王星在直径上小于天王星，但质量比它大。

基本参数

公转轨道： 距太阳 4,504,000,000 km (30.06天文单位）

自转方向：自西向东

行星半径： 24,718 km（赤道）

质量： 1.0247e26 kg

卫星数： 14颗

名称来源

在古罗马神话中海王星（古希腊神话：波塞冬(Poseidon））代表海神。

探测历史

发现：海王星是一个人们通过公式推算发现的行星，而并非有目的的观测。在天王星被发现后，人们注意到它的轨道与根据牛顿理论所推知的并不一致。因此科学家们预测存在着另一颗遥远的行星从而影响了天王星的轨道。Galle和d'Arrest在1846年9月23日首次观察到海王星，它出现的地点非常靠近于亚当斯和勒威耶根据所观察到的木星、土星和天王星的位置经过计算独立预测出的地点。一场关于谁先发现海王星和谁享有对此命名的权利的国际性争论产生于英国与法国之间（然而，亚当斯和勒威耶个人之间并未有明显的争论）；将海王星的发现共同归功于他们两人。后来的观察显示亚当斯和勒威耶计算出的轨道与海王星真实的轨道偏差相当大。如果对海王星的搜寻早几年或晚几年进行的话，人们将无法在他们预测的位置或其附近找到它。

访问：仅有一艘宇宙飞船旅行者2号于1989年8月25日造访过海王星。几乎我们所知的全部关于海王星的信息来自这次短暂的会面。

轨道及成分

由于冥王星的轨道极其怪异，因此有时它会穿过海王星轨道，自1979年以来海王星成为实际上距太阳最远的行星，在1999年冥王星才会再次成为最遥远的行星。

海王星的组成成份与天王星的很相似：各种各样的“冰”和含有15%的氢和少量氦的岩石。海王星相似于天王星但不同于土星和木星，它或许有明显的内部地质分层，但在组成成份上有着或多或少的一致性。但海王星很有可能拥有一个岩石质的小型地核（质量与地球相仿）。它的大气多半由氢气和氦气组成。还有少量的甲烷。

大黑斑

在旅行者2号造访海王星的期间，行星上最明显的特征就属位于南半球的大黑斑（The Great Dark Spot）了。黑斑的大小大约是木星上的大红斑的一半（直径的大小与地球相似），海王星上的疾风以300米每秒（700英里每小时）的速度把大黑斑向西吹动。旅行者2号还在南半球发现一个较小的黑斑极一以大约16小时环绕行星一周的速度飞驶的不规则的小团白色烟雾，得知是“The Scooter”。它或许是一团从大气层低处上升的羽状物，但它真正的本质还是一个谜。

然而，1994年哈博望远镜对海王星的观察显示出大黑斑竟然消失了。它或许就这么消散了，或许暂时被大气层的其他部分所掩盖。几个月后哈博望远镜在海王星的北半球发现了一个新的黑斑。这表明海王星的大气层变化频繁，这也许是因为云的顶部和底部温度差异的细微变化所引起的。

其他性质

海王星的蓝色是大气中甲烷吸收了日光中的红光造成的。

作为典型的气体行星，海王星上呼啸着按带状分布的大风暴或旋风，海王星上的风暴是太阳系中最快的，时速达到2000千米。

和土星、木星一样，海王星内部有热源－－它辐射出的能量是它吸收的太阳能的两倍多。

海王星的磁场和天王星的一样，位置十分古怪，这很可能是由于行星地壳中层传导性的物质（大概是水）的运动而造成的。

通过双目望远镜可观察到海王星（假如你真的知道往哪儿看），但假如你要看到行星上的一切而非仅仅一个小圆盘，那么你就需要一架大的天文望远镜。Mike Harvey的行星寻找图表指出此时海王星在天空中的位置（及其他行星的位置），再由Starry Night这个天象程序作更多更细致的定制。

海王星的卫星

海王星有9颗已知卫星：8颗小卫星和海卫一。

卫星 距离（km）半径（km）质量（kg）

发现者 发现日期

海卫三 48000 29 旅行者2号 1989

海卫四50000 40 旅行者2号 1989

海卫五 53000 74 旅行者2号 1989

海卫六 62000 79 旅行者2号 1989

海卫七 74000 96 旅行者2号 1989

海卫八 118000 209 旅行者2号 1989

海卫一 355000 1350 2.14e22 Lassell 1846

海卫二 5509000 170 Kuiper 1949

海卫九 4820000 16×14 2003

海王星光环

海王星也有光环。在地球上只能观察到暗淡模糊的圆弧，而非完整的光环。但旅行者2号的图像显示这些弧完全是由亮块组成的光环。其中的一个光环看上去似乎有奇特的螺旋形结构。

同天王星和木星一样，海王星的光环十分暗淡，但它们的内部结构仍是未知数。

人们已命名了海王星的光环：最外面的是Adams（它包括三段明显的圆弧，今已分别命名为自由Liberty，平等Equality和互助Fraternity），其次是一个未命名的包有Galatea卫星的弧，然后是Leverrier（它向外延伸的部分叫作Lassell和Arago），最里面暗淡但很宽阔的叫Galle。

光环 距离（千米） 宽度（千米）另称

Diffuse 41900 15 1989N3R,Galle

Inner 53200 15 1989N2R，勒威耶

Plateau 53200 5800 1989N4R,Lassell,Arago

Main 62930 < 50 1989N1R,Adams

9、被除名的冥王星

1930年由美国天文学家汤博发现的冥王星曾被认为是行星，但2006年8月24日召开的国际天文学联合会第26届大会，经两千余天文学家表决通过———太阳系只有八大行星，不再将传统九大行星之一的冥王星视为行星，而将其列入“矮行星”。

冥王星被排除在大行星之外的原因：

作为行星，要满足三个条件：

一、以近似圆形的轨道围绕恒星运转。

二、质量足够大，能依靠自身引力使天体呈圆球状。

三、能逐渐清除其轨道附近的天体。

冥王星因为第三条不符，且冥王星的卫星（冥卫一）过于巨大，形成了双行星系统，所以根据这个定义，冥王星被除名为矮行星。

10、怀疑行星

柯伊伯带是处于海王星轨道以外的一个太空区域，在这个区域里，到处是冰冷、岩石状的天体。公认的太阳系理论认为，海王星轨道以外天体轨道分布应该是随机的，加上观测偏差，轨道半长轴接近150天文单位，轨道倾角几乎为0°，近日点辐角也要接近0°或者180°，在柯伊伯带已发现的卡戎星、阋神星、塞德娜等十多颗极端海外天体中的轨道半长轴相差极大（介于150天文单位和525天文单位之间），轨道倾角的平均值约为20°，近日点辐角则是–31°，没有任何一个天体接近180°。

这些星体的轨道参数似乎受到其他星体的影响，在海王星和冥王星以外可能还有其他未知的行星。2015年，美国的两位科学家在奥尔特云中发现了一颗矮星行星，名为2012VP113。两位发现者认为，它的轨道可能受到一颗又黑又冰的超级地球的影响，它的大小可以达到地球的10倍。 

记忆方法

简单记法：五行（金木水火土）+海陆空（海王、地球、天王）

其他记法是：水金地火木土天海。虽然有些长但是很好记。

还有一种记法，虽然有些牵强，但是记忆保存的时间很长：“水晶球，火烧木，变成了土，天涯海角。”

还有一个记法，“水漫金山地，火烧木焦土，天海成一体，浩浩太阳系”。

“火烧木焦土”，所以火星和木星之间有小行星带。

【012、被冷落的信使——水星及其探索史】

▲前言摘要

太阳系里离太阳最近的类地行星——水星（Mercury），直径4878km，表面重力0.4g，自转周期58.646地球日，公转周期87.9691地球日，近日点46,001,200km，远日点69,816,900km，白昼地表温度452℃，夜间地表温度-173℃，轨道倾角（黄赤交角）7°，由于其地表发现大量陨石坑和挥发性元素如硫和钾，极端稀薄的大气中含有氢、氦、氧、钠、钾和钙，以及其占据60%质量的铁质核心（地球地核只有30%）和极其微弱的磁场，再加上它偏心的椭圆轨道和离太阳如此近的距离，使其成为太阳系中起源最有争议的一颗行星。

关键词：水星、内行星带、星子碰撞、行星核心、行星磁场

▲正文

●水星的起源及其演化史

50亿年前，当年轻的太阳刚刚点燃其核聚变核火球核心时，其周围并没有组成太阳的物质被强烈的太阳风吹向远离太阳的虚空，但在太阳系早期，这些物质还没有被吹的太远时，这些物质共同构成了早期太阳的原始行星盘。

在离太阳较近的内行星带上，由于太阳的照射和炙烤，使得这个区域内的物质温度升高至水冰无法存在，并且很多轻元素所组成的物质都被太阳风吹散，因此只有一些相对比较重的元素和物质可以留在这里并逐渐形成原始的尘埃盘。

原始尘埃盘里的尘埃在气体的作用下和低速的碰撞中不断融合，形成了越来越大的石块，这些石块又逐渐聚集在一起，当石块的总质量达到一定的阈值时，这些石块便会在自身的引力作用下收缩形成原始行星胚胎——星子。原始尘埃盘里的尘埃在气体的作用下和低速的碰撞中不断融合，形成了越来越大的石块，这些石块又逐渐聚集在一起，当石块的总质量达到一定的阈值时，这些石块便会在自身的引力作用下收缩形成原始行星胚胎——星子。

这些直径达数百千米的星子会产生足够多的引力吸引周边的气体、尘埃、石块甚至是其它星子，在经过数百万年的演化后，在内太阳系里，已经有许多个行星胚胎。

45亿年前，在距离太阳1.7亿公里的轨道上，有数十个行星胚胎在环绕太阳公转，其中一个便是原始的水星，在一片混乱之中，一个相对较大的行星胚胎，在于原始水星的引力相互作用下，靠近彼此，并最终以相切的角度发生了表面摩擦。

这次擦撞导致了原始水星的全部地壳和大部分地幔被剥离，这些剥离下来的物质后来参与了金星的形成，而生下来的行星核心和一小部分没有被剥离的地幔则由于速度下降而向太阳坠落，形成了一个延椭圆轨道绕太阳公转的行星，并最终演化成了今天的水星。

顺便说一下，在原始水星形成的这个距离范围内的轨道也是后来火星诞生的区域。

●对水星的探索历程

到目前为止，只有两个行星探测器探索过水星：1974-1975美国的“水手”10号（Mariner 10）和2011-2015年美国的“信使”号（Messenger）。

1974年，当“水手”10号行星探测器进入环绕水星的轨道后，拍摄了第一组水星表面的照片，发现水星表面布满了陨石坑，就像月球背地面的陨石坑那样，使人们对水星失去了不少兴趣，并且不仅在水星上并没有发现正在进行的火山活动，而且也没有过去火山活动的痕迹，与之对应在月球上则有很多覆盖着冷却岩浆的古老盆地，使得很多行星科学家都对水星逐渐失去兴趣并转向研究其它行星。

在“水手”10号的观测结果中，唯一引起了人们兴趣的是水星拥有自己的磁场，尽管非常的微弱，只有地球磁场强度的1.1%，足以使太阳风所携带的离子和电子流发生偏转并形成磁层，这就给科学家们留下了一个问题：水星的磁场究竟是一个由熔融岩石凝固时保留下来的磁场还是一个活跃的磁场。

于是，便有了后面的“信使”号。

经过了一次地球弹射、两次金星弹射和3次水星弹射的减速弹射飞行后，“信使”号水星探测器终于于2011年进入环绕水星的轨道，“信使”号上的仪器设备证实了水星上的磁场是活跃的，并且与地球磁场拥有相同的性质。

但这就意味着水星的磁场是由其内部的液态铁核产生，这些液态铁核在旋转、对流和湍流时会产生发电机效应从而产生磁场，从而引出了一个新的问题：金星失去磁场是因为它的自转速度过慢，火星失去磁场是因为它的内核已经冷却，其热量已经以红外辐射的形式逸散到太空中去了，剩下的核心热量差已经不足以引起液态铁核的对流，而比火星要小的水星仍旧保存这样的磁场，这仍旧令人难以解释。

并且还发现了水星内部富含的重元素在其表面含量非常低，甚至比月球还要低，并且在水星表面还富含挥发元素。由于水星暴露在太阳风中，并且白昼面的表面温度可高达430℃左右，这使得这些元素会很快的挥发掉，因此这也是水星的独特之处。

并且还发现了水星表面的反射率只有月球的一半，目前推测为水星表面覆盖有一层含碳物质，这些物质在水星早期形成之初表面还是一片熔岩的时候就漂浮在岩浆之上，当岩浆冷却、凝固之后，这些含碳物质便留在了水星表面。

同时，“信使”号还在水星表面上发现了如熔岩凝结成的平原等能够支持证明水星上曾经由火山运动的证据特征，以及如一种被称为叶状悬崖的地貌可以说明水星过去曾经发生过地质活动的证据特征。

最后，“信使”号在水星上还发现了一些被称之为“洼地”的不规则浅坑，这些浅坑可能是由某些物质从地下移动至地表然后升华而形成的，表明了水星表面还在不断演变。

●未来对水星的探测计划

为了进一步对水星进行探测研究，欧洲空间局和日本宇宙航空研究开发机构打算合作，将两个行星探测器——日方的探测器“水星磁层轨道飞行器MMO”和欧洲的探测器“水星行星轨道飞行器MPO”固定在一起送至水星轨道，然后在分开，前者进入距离水星较远的椭圆轨道，在水星磁场之外运行，后者进入一个较低的轨道，在水星的磁层内运行。这两个探测器将会携带更加先进的仪器设备，从两个不同的视角来观测水星磁场，研究它的动态变化并观察太阳风对它的影响。这一计划被称之为“贝比科隆博”水星探测计划。

并且，哈雷西博射电望远镜发现在水星的两极可能存在水冰，并且水星拥有极为稀薄的大气，由于过于稀薄，这也被称之为“外逸层”，在“外逸层”中发现有如氢、氦、氧、钠、钾和钙等元素，这些元素在水星的不同位置分布不均匀且随着时间变化。

虽然外逸层在不断地丢失物质，但也有大量的物质得到了补充，如太阳风带来了氢和氦，其他元素可能是从水星内部释放出来的，而且外逸层还会与太阳风、行星磁层想发生相互作用，例如太阳的辐射压把钠从水星的外逸层中剥离，形成一道超过200万千米的“尾迹”，这些也是“贝比科隆博”水星探测计划要核实的假说。

并且“贝比科隆博”水星探测计划还准备通过测量水星轨道上的时空曲率来验证广义相对论，并测试耐高温的材料、设备和仪器，还有对离子发动机的测试工作。

并且，该计划还会通过进行校园宣传，来激发年轻的学子们对知识探索的兴趣，以促进天文学、行星科学和航天技术专业的教育，并强调空间探索项目的国际合作性质。

全文终

【013、比地球体积大1300多倍的木星，原来是“虚胖”？】

2021年03月14日 科技综合

“地球、月亮还有人类的起源，我们要解答千百年来古人的这些疑问，只在地球上寻找是不够的。”

刘勇，中国科学院国家空间科学中心研究员

各位同学，大家好，我是来自中国科学院国家空间科学中心的研究员，刘勇。我分享的是关于太阳系的那些事。

在太阳系，有很多很有趣、很好玩，也有很多值得同学们跟我们一起去探索去研究的事。

首先来看这张太阳系的图，最里边是太阳，绕着太阳转的从里到外的有水星、金星、地球、火星，然后再往外是木星、土星、天王星和海王星。

除了这八个比较大个头的叫行星之外，还有一些小个头的，比方说在火星和木星之间有小行星带。

在海王星以外，还有一个柯伊伯带，这些都是由小天体组成的。

为什么行星绕着太阳转？

我们先来看看太阳，大家有没有想过一个问题，为什么大家都绕着太阳转？为什么太阳系这些行星不绕着地球转或者不绕着木星转呢？

有同学说，如果绕着地球转，就叫地球系而不叫太阳系了。

太阳是一颗会发光的恒星，很多同学可能都知道恒星是会自己发光的。

那么现在我的问题来了，为什么大家都绕着恒星转？为什么太阳它就是一颗恒星？太阳系不可以有第二颗恒星吗？

刘慈欣的《三体》小说里讲过了在它们那个星系里，有三个恒星相互之间绕着，谁也搞不清楚是谁绕着谁转。

为什么在太阳系中大家都很整齐地绕着太阳转？

关于第一个问题，我给大家的回答是因为太阳足够重，相比较而言，太阳是整个太阳系里面最重的天体。

因为太阳重，所以它的引力就特别大，是它拽着别人、主导着别人，其余的行星都绕着它转。

同学们如果不信，可以在班上找一个个头特别大的同学，然后拉着他一起转，最后你会发现是你绕着他转而不是他绕着你转。

这就是为什么大家都绕着太阳转。

还有一个问题，为什么恒星自己会发光呢？

我以前听过一个说法，有人怀疑太阳上是不是在烧煤？

太阳那么大个火球那得用多少煤啊？

而且太阳存在到现在已经有几十亿年了，所以有人就做过计算，说这得烧好多好多吨的煤。

后来发现太阳上，如果是在烧煤的话，太阳上的煤早就已经烧光了，那么太阳的热和光从哪里来？

这里我给大家介绍一点，这个叫热核反应。

说起热核反应、原子、分子，可能同学们都会觉得有点陌生。

其实就是组成物质的基本的元素叫原子，通常我们说的化学反应，比方说煤的燃烧它是化学反应。

只是原子和原子之间发生反应，原子核是不动的。

热核反应是原子核也会发生变化，两个小个头的原子核挤在一起变成一个大个头原子核，同时还会产生能量。

这就是太阳上能量的来源，这个产生的能量效率非常高，只需要一点点，可能就顶得上几吨煤的量。

所以，太阳到目前为止还一直在发出光和热，它上面的热核反应还没有停止。

我们也不用担心，太阳会马上消失，太阳的能量马上会枯竭，这都不会的。

我们地球上人类也用同样的方法制作出了氢弹，氢弹的爆炸瞬间能产生出巨大的能量。

也有同学问，我们能不能用这个能量来发电？

咱们就用热核反应，利用氢弹能量。

发电，我们需要很好地控制它。

氢弹是所有的能量在一瞬间产生，这个时候的能量是不可控的，而我们需要可控的就是让它慢慢地一点一点地把能量发出来。

我们要停下来的时候，还可以让它停下来，这就是可控热核反应。

人类的科学家们，现在还在继续研究，也许有一天我们就能够实现热核反应，就能够实现地球上有取之不竭、用之不尽的能量。

但是到目前为止，我们还没能做到，我们只能更好地利用太阳能。

我经常说，太阳像一个油炸冰淇淋。

大家都知道太阳的能量是来自于太阳内部的热核反应，但是太阳表面就是我们看到的那一个太阳的表面。

科学术语叫光球层。

光球层的温度是多少？

光球层的温度大概是6000度已经很高了，大家说这个怎么会是油炸冰淇淋？

大家不要担心，再往外太阳周围的大气有几十万度到一百万度。

科学家把这一层叫日冕，同学们如果有兴趣看到日食的照片，就会看到很清晰的日冕。

日冕的温度是几十万度甚至到几百万度，所以太阳就像一个冰块放在热油里一样，因此叫油炸冰淇淋。

为什么会这样？

太阳的能源来自于太阳内部，为什么会形成这样一个油炸冰淇淋的结构？

到目前为止，科学家也没有一个完整的答案。

太阳系中的小兄弟

讲完太阳，我们再回过头来看太阳系。

太阳系除了太阳以外，还有这些小兄弟。

如果我们把太阳系看作一个班的话，这个班上有太阳就是老师，坐在最前排的有四位同学，水星、金星、地球、火星。

坐在后排的是四个大个子同学，木星、土星、天王星、海王星。

我们后排的四个大个子同学有个专有名词叫类木行星。

类木行星跟前面的四个小个同学有很明显的区别，这四个同学个头都特别大。

即使个头最小的天王星、海王星 ，它们个头实际上差不多都有60多个地球那么大，而其中最大个头的就是木星。

木星有1300个地球那么大，同学们总觉得这个数字不好记，我告诉大家一个方法。

如果把木星放在这里的话，要摞10个地球才跟这个木星差不多高。

木星跟太阳相比，木星虽然有1000个地球那么大，但木星跟太阳相比木星还是比太阳要小的多。

我们要在这边摞10个木星才跟一个太阳差不多高，所以我想这样大家可能都记住了。

虽然木星有1000多个地球那么大，但是木星有点虚胖，它只有300多个地球那么重。

大家可以想像一下，木星的体积是1300个地球，但它的重量只有300个地球那么大，所以它有点虚胖，它的密度不如地球。

我们这里看的是木星和地球的比较，木星还有一些很好玩的特性，比方说木星叫气态行星。

而后面这几个大个子，除了个子大以外，它们都是气态的。

它的所谓气态行星跟地球相比，地球有个岩石表面，咱们都站在这个岩石表面上。

我们都生活在地球上，这个岩石表面叫地壳，但是木星周围的外层是一团厚厚的大气。

有些人可能就会问，我知道地球有大气层，但是地球为什么不叫气态行星？

第一是地球大气层非常的薄相比地球的半径有6400公里，地球大气层也就只有100公里，基本上是小于10%，小于十分之一的木星的大气。

木星周围的气态成分接近木星半径的三分之一到四分之一。

从这个图上还可以看出来木星的内部结构，像一个鸡蛋，它外面有一层蛋壳是大气。

往里，有液态的液氢，相当于鸡蛋的鸡蛋清。

再往里，木星还有一个内核，我们现在猜测可能有铁，有这样一些东西在里头。

但是到底是什么？科学家现在也无法知道。

所以，关于木星还有很多很有趣的谜，而其中有一个谜就是这个大红斑。

木星这个大红斑存在已经有数百年之久了。

地球上的风暴就是台风，台风持续的时间，通常也就是一个星期左右。

很少听说过一个台风持续两三个星期或者超过一个月的。

木星上的风暴已经持续了几百年的时间了，自从发现时候它有时会变淡一点儿，有时候会加深一点儿，它会有这种变化，但是一直就在那里，而且在同一个位置。

为什么？到目前为止也还是个谜，也等着同学们去探索。

木星因为个儿大，所以它周围有些小兄弟。

比方说这是木星最早发现的叫伽利略卫星，靠它最近的是伊奥，红红的。

它上面有火山，而且还时不时会爆发。

再往外一颗叫欧罗巴，欧罗巴的名字，听起来有点像欧洲人名字，但是欧罗巴里面含有大量的水。

我们把地球的含水量和木卫二的含水量对比，可以看到地球的个头比木卫二要大很多，但是它们的含水量是差不多的。

在木卫二厚厚的冰层下面有很大片的地下湖，有科学家怀疑就在木卫二的湖泊里，有可能存在着生命的迹象到底有没有，现在还是个谜。

这也等着我们去探索。

其他的气态行星都是这样的，有气态、个头大这样两个特点，当然它们周围还有一些卫星土星有环。

天王星它的最大的特点是它躺着转，它的自转轴是平行于这个黄道面，其他的都是垂直或者接近于垂直这个黄道面。

所以我们说天王星应该是躺着转的。

类地行星

我接下来就给大家讲类地行星，因为生命要存在，通常还是希望有一个像地球表面那样的硬壳，即固态的表面，还要有有液态水的存在。

这就意味着要处在宜居带里头，所谓宜居带就是在这个星系里的温度，正好能够存在液态水。

比方说0到100度，正好在液态水能够存在的范围，这个时候就最容易诞生生命。

我们首先来看水星，水星是个头最小又靠太阳最近的，就像班里坐在前排的小朋友。

实际它还有个特点，因为它靠太阳近，所以它几乎被太阳锁定住了。

这里锁定住的意思，就是说它的自转非常慢，水星自转一圈需要很长时间，水星的一个白天和一个晚上加起来是180多天，

这就造成了水星上一面长期照着太阳，而另外一面长期照不到太阳，形成了两种极端的温度。

一个是特别的热，另外一面特别冷。

热的那面400多度，冷的那面可以达到零下200多度，水星因为靠近太阳，本来应该是个非常热的星球，结果因为另外一面长期照不到太阳，所以温度非常低。

这就造成了水星上，不可能有生命的存在，在这么恶劣的环境中，我们再来看金星。

金星意味着是天空中最亮的那颗星星，同学们可能有时候看课外书或者看到有些书上讲说最亮的星星是天狼星。

我告诉大家那是错的，那是一个翻译错误。

有的老师直接翻译说The brightest star is 天狼星，这里star应该是恒星，翻译成最亮的恒星，那是天狼星没有错。

我们在地球上看到最亮的星星绝对是金星，而且金星是只在早晨和黄昏的时候才出来，很容易观测。

金星有一个特点就是它表面非常热，为什么呢？

因为金星周围有厚厚的大气，像盖了一层厚厚的被子，所以表面非常热。

也因为周围的大气的密度非常高，有很高的大气压，所以金星更像一个超级大的高压锅。

在这么恶劣的环境下，高等级生命是很难存在的，但是最近有科学家说在金星的大气中发现有种化学物质叫磷化氢。（注：该说法已被否认）

我们不能排除金星上有生命的可能，但是我们更希望找到像地球上的动物、植物那样大型的高等级的生命。

我们最早是希望火星上有生命。

我看过很多的科幻小说讲过火星人占领地球、火星人进攻地球、火星人跟地球发生了战争，甚至有科学家看到火星的南北两极都有冰盖，这个跟地球的环境非常像。

然后再看到火星还有一些道道就类似运河，推测火星人修了运河就把南北两极冰盖的水引到赤道地区，供那里的人们饮用。

等我们真正到达火星就发现火星其实跟沙漠是一样的是一片荒漠，没有任何生命的迹象，而且火星上非常冷，平均温度是零下60度。

这是我们看到所谓的宜居带三兄弟，从里到外，金星很热，地球温度刚好合适。

火星又特别冷，自转一圈需要的花费的时间跟地球差不多，大概是25个小时，因为火星的大气非常稀薄，所以火星晚上的温度非常低，可以达到零下60度。

火星的南北两极甚至可以达到零下100多度，在火星这样的环境，现在我们怀疑有可能有生命存在。

但是也是那种非常简单、非常原始的生命，就像细菌、病毒一样的，不会是像我们人类这种高等级的生命，也不会有火星人。

那么火星为什么会变成这样？

火星在亿万年前可能有水，像地球一样是一颗蓝色的星球。

火星为什么会失去了水？火星的大气又是怎么演化变成现在这样的？

地球会不会未来也变成像火星一样，这些就是我们要探索火星的目的。

除了火星以外，我们还有小行星带还有柯伊伯带。

大家看这个小行星带，小行星带其实很有意思。

我觉得小行星带它就是一些碎石，如果我们把地球看成岩石星球的话，那小行星带就是一些比地球这样的星球要小的天体，甚至有些小得多，比方说几十公里甚至有几公里，甚至只有几百米。

这样的一些小的天体的存在当然也有个头大的，有一些个头甚至比冥王星还要大，这就导致当年冥王星因为个头太小被踢出局了。

因为小行星带保存了它在太阳系，刚刚形成之初的一些信息，所以现在也是一个研究的热点就像柯伊伯带一样。

就是在太阳系的形成过程中，很多碎石小的星子都聚合，形成了今天的太阳还有八大行星，但是还有一些没用上。

没有机会给它们聚在一块儿，尤其是在柯伊伯带的小天体，它们还保存了当初太阳系形成最初的化学成份，当初形成的最初的形态。

所以我们要寻找太阳系的起源，寻找地球的起源。

我们经常读一首诗：“江畔何人初见月，江月何年初照人。”

这首诗说的无非就是地球、月亮还有人类的起源，我们要解答千百年来古人的这些疑问，只在地球上寻找是不够的。

我们还要去更远的地方去探索，说到更远的地方，前一段时间有报道，我们已经有一艘飞船飞出了太阳系。

我来告诉大家不是这样的，还没有飞出太阳系，它也就飞到了离地球大概100个天文单位的地方。

事实上这个边界是太阳风的边界，是太阳发出的蒸汽。

我们就把它叫蒸汽好了就只是飞出太阳风的边界，而在这之外太阳系的范畴，天文学家的定义是只要绕着太阳转的地方都叫太阳系。

还有一个离地球几万，甚至接近十万个天文单位的地方叫奥尔特云。

而奥尔特云也汇聚着很多小的星体，这也是太阳系的一部分，这艘飞船要飞出奥尔特云还需要几万年的时间。

所以我们现在还活着的人类都看不到，我们还需要技术的进步才可能去奥尔特云去探索。

宇宙很广大，我们所生活的太阳系只不过是银河系中的诸多星系中的一个。

我们现在探索的范围也就仅仅是太阳系中的一部分，当然我们能够用天文望远镜看到银河系，甚至能看到银河系以外。

【014、比想象的还复杂：发现土卫二内部的二氧化碳，受到海底化学控制！】

2021-03-13 天文

西南研究院的科学家开发了一个新化学模型，该模型揭示了土星的卫星土卫二内部二氧化碳(CO2)可能受到其海底化学反应的控制。研究通过土卫二冰面裂缝释放的气体羽流和冰冻的海雾表明，土卫二内部比之前想象的要复杂得多。研究作者、西南研究院的克里斯托弗·格莱因博士说：通过了解羽流的组成，可以了解海洋是什么样子。

它是如何变成这样的，以及它是否提供了我们所知生命可以生存的环境。其研究发现发表在《地球物理研究快报》期刊上，研究提出了一种分析羽流成分的新技术，以估计海洋中溶解的二氧化碳浓度，这使得建模能够探索更深层次的内部过程。对美国国家航空航天局卡西尼号宇宙飞船的质谱数据分析表明：月球岩石内核和来自其地下海洋液态水之间的地球化学反应最能解释二氧化碳丰度。

将这一信息与之前发现的二氧化硅和分子氢(H2)相结合，可以发现一个更复杂、地球化学更多样化的核心。 根据研究发现，土卫二似乎展示了一个大规模的碳封存实验。 在地球上，气候科学家正在探索是否可以利用类似的过程来减少工业二氧化碳排放。使用两个不同的数据集，科学家得出了有趣的二氧化碳浓度范围，这与海底某些含硅和含碳矿物混合物的溶解和形成预期结果非常相似。

造成这种复杂性的另一个现象是土卫二内部可能存在热液喷口。在地球海底，热液喷口释放出热的、富含能量、富含矿物质的流体，使独特的生态系统得以蓬勃发展，这些生态系统中充斥着不同寻常的生物。卡西尼号离子中性质谱仪(INMS)的首席研究员、斯威特研究所的亨特·韦特博士说：

复杂核心和海水的动态界面可能会产生可能支持生命的能源。虽然还没有发现土卫二海洋中存在微生物生命的证据，但越来越多的化学不平衡证据，提供了一个诱人的暗示，即月球冰壳下可能存在宜居条件。在卡西尼号任务结束之前，科学界继续收获卡西尼号近距离飞越土卫二的很多数据。质谱仪在卡西尼号航天器穿过羽流时检测到了H2。

另一台仪器早些时候检测到了微小的二氧化硅颗粒，这两种化学物质被认为是热液过程的标志。观测到的二氧化碳、二氧化硅和氢的不同来源表明，在一个不均匀的岩石核心中，矿物学和热学上的环境是不同的。研究人员认为内核由碳酸化的上层和蛇纹状的内部组成。碳酸盐在地球上通常以沉积岩的形式出现，如石灰岩，而蛇纹石矿物是由富含镁和铁的火成岩海底岩石形成。

岩心深处还原铁的热液氧化生成H2，而与含石英碳酸盐岩相交的热液活动则产生富硅流体。这类岩石还有可能通过涉及海底硅酸盐和碳酸盐的低温反应影响海洋二氧化碳化学。异质核心结构对可能的生命影响耐人寻味，这个模型可以解释行星的分化和改造过程是如何产生地下生命所需化学（能量）梯度的。

【015、地貌形塑方式與地球雷同 土星最大衛星有山有湖】

2019/11/19

科學家說，土星有眾多衛星，最大衛星泰坦「從地質角度而言是太陽系中最多樣的」。

（中央社巴黎18日綜合外電報導）科學家今天說，土星有眾多衛星，最大的一顆有大片平原、由冰冷有機物質形成的沙丘與液態甲烷聚集而成的湖泊，在與塑造地球相同的許多力道作用下，表面有鑿刻痕跡。

加州理工學院（California Institute of Technology）科學家羅培斯（Rosaly Lopes）率領的團隊說，土星最大衛星泰坦（Titan，又稱土衛六）可觀察到的外觀，「從地質角度而言是太陽系中最多樣的」。

美國國家航空暨太空總署（NASA）加州噴射推進實驗室（Jet Propulsion Laboratory）的行星地質學家羅培斯說：「有機物對於泰坦可能形成生命而言至關重要，我們之中有許多人認為，泰坦冰冷外殼下的液態海洋可能發展出生命。」

羅培斯又說：「我們認為，有機物質可以往下滲透到液態海洋，如果有生命演化，將可提供形成生命所需的營養物質。」

科學家在發表於「自然天文學」（Nature Astronomy）的文章中表示：「儘管地球與泰坦的物質、氣溫與重力場有所差異，許多表面特徵卻很相似，可以解讀為相同地質作用的產物。」

科學家說，他們使用卡西尼太空探測船（Cassini）取得的雷達與紅外線資料，填補繪製泰坦地圖中的許多空白。卡西尼太空探測船2017年完成20年任務後墜毀於土星。

他們說，泰坦的沙丘與湖泊相對年輕，而山地形成時間似乎較早。泰坦距地球約12億公里。

【016、地球和火星，木星和土星，由不相同的物质组成，太阳系被分割了？】

2021-03-07 天文

科学家终于“登上”了太阳系相当于落基山脉的高度，在发表在《自然天文学》期刊上的一项研究中，来自美国和日本的科学家揭示了我们宇宙邻居“大鸿沟”的可能起源。这种众所周知的分裂，可能在太阳刚形成时就把太阳系分开了。这一现象有点像落基山脉将北美分为东西两部分。一边是“地球”行星，如地球和火星。它们是由与更遥远的“木星”(如木星和土星)大不同类型的物质组成。

东京理工学院地球生命科学研究所(ELSI)的研究员，主要作者Ramon Brasser说：问题是如何创造出这种成分上的区别？如何确保来自太阳系内外的物质在其历史早期就不会混合在一起呢？布拉瑟和合著者、科罗拉多大学博尔德分校地质科学系教授斯蒂芬·莫伊齐斯(Stephen Mojzsis)认为：我们已经找到了答案，这可能会为地球上生命的起源提供新线索。

太阳圆盘上有重要的线索

早期太阳系至少被一个环状结构分割成两个区域，该结构在年轻的太阳周围形成了一个圆盘。这个圆盘可能对行星和小行星的演化，甚至对地球上生命的历史有着重大影响。这种成分差异最可能的解释是：它来自这个气体和尘埃圆盘的内在结构。研究人员创造出了一个术语“大鸿沟”，今天看起来并不太像。这是一片相对空旷的空间，位于木星附近，恰好在天文学家所说的小行星带之外。

但是仍然可以在整个太阳系中探测到它的存在，从这条线向太阳移动，大多数行星和小行星倾向于携带相对较低的有机分子丰度。然而，向木星和更远的方向走去，就会出现一幅不同的图景：太阳系这个遥远部分的，几乎所有东西都是由富含碳的物质组成。这种区别当它第一次被发现时真的是一个惊喜，许多科学家认为木星是造成这一意外的原因。

当时的想法是，这木星的质量如此之大，以至于它可能起到了引力屏障的作用，阻止了来自太阳系外部小行星和尘埃螺旋向太阳系内部旋转。科学家们使用了一系列计算机模拟来探索木星在太阳系演化中的作用。发现，虽然木星很大，但它在形成之初可能从来没有大到足以完全阻止岩石物质向太阳内移动的程度。如果木星不是负责创造和维持这种成分区别的原因，那还能是什么呢？

显而易见的解决方案

多年来，在智利阿塔卡马大毫米/亚毫米阵列(ALMA)天文台的科学家们注意到，遥远恒星周围有一些不寻常的东西：年轻恒星系统经常被气体和尘埃组成的圆盘包围，在红外线下，它们看起来有点像老虎的眼睛。如果太阳系在数十亿年前就存在类似的环，那么从理论上讲，它可能是造成大鸿沟的原因。这是因为这样的环会产生高低压气体和尘埃交替带。反过来，这些带可能会将太阳系最早的“积木”拖入几个截然不同的下沉：

其中一个将会产生木星和土星，以及另一个地球和火星。在山区，大分水岭导致水以这样或那样的方式流失，这类似于这种压力冲击会如何分割太阳系中的物质”。但是，太空中的障碍可能并不完美。一些太阳系外物质可能仍在攀越分水岭。而这些外围物质可能对地球的演变起到了重要作用。那些可能进入地球的物质将是那些挥发性、富含碳的物质，这给了地球水和有机物等等，剩下的就是地球历史了。

【017、地外行星】

地外行星（superior planet）即太阳系内轨道在地球外的行星。地内行星有水星，金星，地外行星包含火星，木星，土星，天王星，海王星。地外行星相对于太阳的动态位置变更在合——西方照——冲——东方照——合之间。除在合附近不可见，在其它位置均能被看到。

1 预测

行星保持恒温状态的能量从何而来

哈佛-史密斯天文物理中心天文学家罗伯特-诺耶斯是加斯帕研究小组的成员，他说理论家们关于行星结构和发展的模型无法解释为什么会有密度这样小的巨大行星。美国宇航局行星专家杰克-里索尔称，问题不是这样的行星由什么物质构成，关键是他们怎样才能保持自己的温度并且不收缩。行星诞生时都很温暖而且形体很大，但是要保持这样的状态需要能量。这些能量来自哪里，无人知道。

天文学家经过一年的跟踪观察，发现了一颗拥有最大固体核心的太阳系外行星。该行星直径是木星的3/4，其核心相当于地球的70倍，其质量的1/2至2/3都来自集中在核心的重元素。相关论文将发表在《天体物理学》杂志上。

发现怪异天体

由日本国立天文台、神户大学、东京工业大学和美国旧金山大学的科学家组成的联合观测小组，利用设置在夏威夷的“昴”天文望远镜，首次发现了这颗位于编号HD149026恒星附近的行星，它以极小的轨道半径绕HD149026旋转，周期为2.87天。

科学家使用美国亚利桑那的一个较小的望远镜发现，在其公转周期中恒星的亮度有一个0.3%的下降，这表明该行星公转轨道直接经过了其环绕的恒星到地球的连线。科学家借此通过“掩星法”测出了该行星的大小和质量，并由此计算出了它的密度。经过计算，要达到这一密度，这颗行星不可能仅由气体组成，内部有大于70倍地球质量的巨大固体核才能形成。

该行星的温度高达1200℃。它距环绕恒星的距离只有地球到太阳的1/25。可能是由于摩擦力使其速度下降，恒星的引力将它拖到了目前这个距离更近的轨道上。

美国加州大学圣克鲁斯分校的格雷格·拉夫林说：“这是一个很怪异的天体。”东京工业大学的井田茂博士则认为，这是自发现飞马座51号行星以来最重要的发现，突破了星核质量达地球质量30倍为极限的理论。

怪异天体引发的挑战

实际上，这一发现对两个主要的行星形成理论提出了挑战。根据“核心增长模型”，行星形成就像滚雪球，连续的随机碰撞逐渐集结成一个固体核心，生长中的核心重力不断增加，开始吸引更多的物质和气体。而在“重力不稳定模型”中，气体巨星则通过围绕在一个年轻恒星周围的尘埃和气云直接冷凝而快速形成。

拉夫林认为，“重力不稳定模型”中的气体巨星可以通过与彗星或小行星碰撞获得重元素，但其获得的物质却不可能像现在观测到的这么多。他认为，这颗行星是一个例外，对这个高密度核心的一种解释是，它可能与一个或更多的行星发生过碰撞。如果是这样的话，这种碰撞可能会使该行星脱离了其环绕恒星的赤道平面。科学家目前正在研究其自转轴，以查明真相。

地外行星发现屡破纪录

科学家在太阳系以外又发现了二十多颗行星的踪影，其中包括迄今为止最为怪异的一些。天文学家对外介绍了迄今发现的质量最小的太阳系外行星――OGLE-2005-BLG-390Lb。它的质量约是地球的5.5倍，最有可能是覆盖着冰的岩石球体，围绕一颗距地球约21000光年远的冰冷红矮星旋转。9月，另一颗新发现的太阳系外行星HAT-P-1再次改写了历史纪录。它是至今为止发现的体积最大、密度最小的行星，直径大约是木星直径的1.5倍左右。

更令人吃惊的是，HAT-P-1的质量只有木星的一半。由于密度比软木还小，可以漂浮在水中。接着，天文学家又在10月发现了已知运行速度最快的行星――SWEEPS-10，它一年只有十个小时，表面温度可能有3000华氏度。如果其母恒星(home star)温度比它高，那么SWEEPS-10可能会被汽化。

预测

一个美国天文小组在距地球15光年处宝瓶星座发现的一颗行星，是迄今发现的太阳系外行星中与地球最相似的，但这颗行星温度不适合已知的生命形式。

这颗行星是围绕宝瓶座恒星“格里斯876”的第三颗行星。“格里斯876”属于银河系中最常见的恒星类型红矮星，其质量约为太阳的三分之一。除新发现的这颗行星之外，还有两颗巨大的气体行星围绕着它运转。这颗行星半径相当于地球的2倍，质量相当于地球的7．5倍，先前发现的质量最轻的太阳系外行星其质量至少是地球的15倍。由于它距恒星“格里斯876”只有120万公里的距离，大约只相当于恒星本身半径的10倍，导致其公转周期只有约2个地球日。

天文学家认为，这颗行星的内核可能有铁或镍构成，表面覆盖硅，大气层中甚至可能有水蒸气。但是，科学家们估计，这颗行星表面温度高达二百到四百摄氏度，地球生命无法存活。

最近10年以来，天文学家们已经在太阳系外发现了170多颗行星，不过，它们中的大部分都属于木星这样的巨型气态行星，根本不具备孕育生命的条件。其中有6颗结构类似于我们的地球。在这6颗类地行星中，有2颗非常寒冷，剩下的其它4颗由于距离其恒星太近而几乎没有存在生命的可能性。

【018、如果将地球增大6500万亿倍，地球会变成什么样子，生命还存在吗？】

2021-04-11 宇宙v空间

地球增大

如果将地球增大6500万亿倍，会变成什么样子？拿我们的太阳来说，它是一个巨型的庞然大物，它的体积是地球的130万倍，也就是说能够装下130万个地球。那么如果我们将地球增大6500万亿倍，其体积肯定会超过太阳，如果土地平均分配，地球人也会拥有用不完的领土。但是事实真的如此吗？

仅有的土地

我们居住在地球上，而地球只不过是太阳系的一颗行星，在这颗星球上生存了将近70亿的人类，而这么多的人仅仅生存在占地球总面积29%的陆地上。那么，如果我们将地球变大一些，地球是否会变得不再拥挤呢？

银河系

我们居住在银河系中，银河系是宇宙中非常普通的一颗星系，而银河系中孕育了将近2000亿——4000亿颗恒星，每颗恒星都是一颗太阳，所以我们的太阳显得是那么的普通。太阳目前的年龄，处于人类的中年时期，再过80亿年，它将会膨胀近100倍，成为红巨星。不过这依然无法和变大后的地球相比。

盾牌座UY

地球如果膨胀6500万亿倍，会变成什么样子呢，有一个对象正好符合我们的目标，它就是位于盾牌座的红超巨星，盾牌座UY，目前来看，虽然盾牌座UY已经不是人类已知最大的恒星了，最大的恒星是斯蒂文森2-18。但是盾牌座UY的体积对于人类来说，依旧是无法想象的。

据悉，盾牌座UY能够容纳6500万亿颗地球，那么，我们把地球变得和盾牌座UY一样大不就行了？其实，这在物理学中，是绝对不会被允许的。我们拿地球和木星来举例子就知道了。

转换恒星

在太阳系中的八大行星中，分为四大气态行星和四大类地行星，但是气态行星的质量总是比类地行星要大，而我们的太阳其质量占据了太阳系总体质量的99.5%，这就意味着，如果将地球增大6500万亿倍，体积和质量肯定超过太阳。

在物理学中，任何天体的质量一旦达到或者超过，75倍木星质量的时候，其核心就会在高温和高压的情况下，产生核聚变，整颗天体转换为矮恒星甚至是恒星。所以真的要把地球变这么大的话，它也会变成一个巨大的火球，而生存在上边的一切生物都会被高温，化作蒸汽。

地球变大

那么，如果我们真的将地球变大了，并且和盾牌座UY一样巨大的话，地球半径将接近12亿公里，周长更是达到了75亿公里。即使光速环绕一周也需要，将近3.5个小时，这是一个什么概念呢？假设你和你的朋友打电话，你们分别在两端，你打出去的电话，你的朋友需要3.5个小时后才能收到。这也就意味着，人类的通讯手段将会受到严重的阻碍。

无尽土地

再比如，如果将70亿人类分散在地球的平均位置，每个人都有一块领地，每个人都有一架民航飞机。那么如果你某天想要去探亲的话，乘坐速度为每小时900KM的民航飞机的话，环绕它飞行一圈需要花475年，也就是说，你从出门到你的亲戚家，你的亲戚很可能在你来的路上，就不在了。

超强重力

其实从物理学来看，如果将地球增大6500万亿倍，并且地球还是岩质态的类地行星的话，其表面的重力也会增大185000倍，这个重力相当于白矮星的一半，这也意味着在这个重力下，所有的物质都会回归为气态，人类乃至生命根本不可能存在。

总结

最后宇宙要说的是，人类没有必要将地球变得那么大，而地球更不会去变得那么大，宇宙中也绝对不存在体积超过恒星的巨大行星。而我们要做的就是，在人生有限的百年时光内，享受生活，足矣。那么你认为宇宙中真的存在这么大的天体吗？

【019、飞马座51b：引领太阳系外行星研究领域变革的行星】

2020-12-24 阅读

本文由中山大学物理与天文学院马波副教授和余聪教授撰写，发表于《科学通报》2020年第34期，对改变世界的十篇Nature论文之一“A Jupiter-mass companion to a solar-type star”进行解读。

飞马座51b是第一颗被证实的围绕类太阳恒星运转的太阳系外行星。它的发现开创了一个新的天文学研究领域。经过25年的发展，太阳系外行星研究在国际上已经成为天文学的一个重要分支，各个国家都在此研究领域投入了大量的资源。我们在这里简要介绍飞马座51b的发现历史，以及此发现激起的行星形成理论和行星探测领域的变革.

1 第一颗太阳系外行星飞马座51b的发现

1995年10月6日，Mayor和Queloz[1]在Nature杂志发表论文，宣告了飞马座51b的发现，改变了人类对自身在宇宙中位置的认识，让人类初步认识到地球和太阳系在宇宙中并不是独一无二的，并因此被授予了2019年度诺贝尔物理学奖。飞马座51b(51 Pegasi b，51 Peg b)是一颗位于飞马座、距离地球约50.9光年的太阳系外行星(extra-solar planet，exoplanet)。它是人类发现的第一颗围绕类似太阳的恒星运转且被证实的系外行星。该行星的质量约是木星的一半，体积约是木星的2倍，轨道周期大约为4个地球日，表面温度约1000°C.

在此发现之前，日内瓦大学(University of Geneva)天文系的Mayor教授常年利用多普勒视向速度法从事双星系统的天文科学研究。他们使用天文望远镜和高分辨率光谱仪收集恒星的光谱数据，利用恒星谱线的多普勒效应探测恒星视向速度的变化，此方法被称为视向速度法。两颗恒星的视向速度会因为相互的万有引力扰动产生周期性的变化。同样的道理，一颗恒星与一颗行星放到一起，相互的万有引力扰动也会造成恒星视向速度周期性变化，只不过因为行星质量比恒星小上千倍，因此其中恒星视向速度的变化幅度要比双星系统中恒星视向速度的变化幅度小上千倍，极其不易被探测到.

利用视向速度法探测系外行星，在可查的文献中最早是由Struve教授[2]于1952年提出的。但是，由于探测仪器精度上的限制，一直未能成功。1990年初，Mayor教授发现法国上普罗旺斯天文台(Haute-Provence Observatory)的望远镜没有合适的亮月夜观测目标,便提议建造一台高分辨率光谱仪(名为ELODIE)放到天文台，使用视向速度法搜寻围绕明亮恒星运转的系外行星。作为Mayor博士生的Queloz在该天文台度过了他大部分的博士研究生涯，负责做仪器测试和观测数据处理。Mayor和Queloz[1]使用ELODIE得到了好于10 m/s的视向速度精度，并于1995年发现了飞马座51b(图1).

图1 飞马座51b的视向速度图。点代表飞马座51的视向速度观测数据,实线是观测数据的最佳开普勒运动速度拟合曲线[1]

当Mayor和Queloz在1995年向全世界公布了飞马座51b这个重大发现之后，由于这个行星系统的构型过于奇异，以及此前学界有不少错误的系外行星发现，大部分天文同行都怀疑此结果的真实性。但是，他们的竞争对手——美国加州大学的Marcy研究小组在1995年10月只花了4个晚上的天文望远镜观测时间，就证实了飞马座51b的存在，宣告了系外行星研究这一新的天文学研究领域的诞生。这一奇特发现也很好地体现了科学研究的魅力所在，每隔几年，总会出现一些不符合“标准模型”的新结果

2 飞马座51b的构型特征

与太阳系内的行星相比，大多数系外行星系统都是异类。由于质量与木星类似，轨道周期短，距离宿主恒星近，表面温度高，因此飞马座51b被归类为“热木星”，也是“热木星”的原型星。截至2020年8月，约有300颗“热木星”被发现(数据来源: exoplanets.org).

飞马座51b的轨道周期约为4个地球日，其轨道与中心宿主恒星的距离比水星与太阳的距离近得多。一颗如此靠近其宿主恒星的类木巨行星的存在与当时盛行的行星形成理论相矛盾，因此被认为是一种异常现象。传统的行星形成理论认为，要形成大质量的巨行星，需要低温的气体和尘埃，因此巨行星理应在恒星系统的“雪线”(snow line)之外形成.这里的“雪线”是指原行星盘上易挥发物质(如水)的挥发交界面。“雪线”的位置主要由原行星盘的温度决定，在其附近，固态颗粒面密度的增强可促进星子的形成，进而使星子加速生长最终形成气态巨行星。Mayor和Queloz提出了两种可能解释飞马座51b这种奇异轨道构型的理论: 一是飞马座51b是被吹掉外包层，损失了大部分质量的褐矮星的内核，二是飞马座51b的初始形成位置与其最终被发现时所处的位置不同。

在飞马座51b之后，又有数量众多的“热木星”(如巨蟹座55b)被发现，迫使天文学家开始系统地研究系外行星的轨道迁移现象，并尝试修改当时流行的行星形成理论。目前比较流行的“热木星”形成理论认为，“热木星”初始时刻在远离中心宿主恒星的轨道上形成，之后通过某种迁移机制迁移到了距离宿主恒星很近的轨道上。关于轨道迁移的理论机制又分为盘迁移理论和高偏心率迁移理论两种[3~8].

盘迁移理论认为，巨行星和原行星盘存在相互作用，使巨行星向内缓慢迁移，最终变成“热木星”。由于这种迁移方式比较温和，最终形成的“热木星”轨道偏心率几乎为零，轨道轴与恒星自转轴夹角很小。高偏心率迁移方式则认为，行星与其他天体(包括系统中的其他行星和恒星)的引力摄动使其获得高偏心率轨道，之后恒星与行星之间的潮汐作用使得行星轨道向内迁移，最终形成“热木星”。这种迁移方式比较剧烈，最终形成的“热木星”有着较高的偏心率，且行星轨道轴与恒星自转轴有明显的夹角。目前人们观测到的“热木星”既有近圆轨道，又有高偏心率轨道，行星轨道轴和恒星自转轴之间的夹角也是大小均有。这些观测证据表明，这两种迁移方式很可能同时存在。

之后的研究发现，“热木星”的存在比例其实相当稀少(每200颗类太阳恒星周围只有一颗左右的“热木星”)，因此“热木星”的存在其实并没有颠覆太阳系行星系统构型作为标准行星系统构型的地位。然而，最近美国航空航天局(National Aeronautics and Space Administration，NASA)的Kepler系外行星探测望远镜发现了大批太阳系内并不存在的短轨道周期的“超级地球”(大小介于地球和海王星之间的行星，轨道周期在几十个地球日)。几乎每两颗类太阳恒星周围就有一颗这样的“超级地球”[9~11]，以致于科学同行都开始质疑，是不是我们自己所处的太阳系才是行星系统中的异类

3 飞马座51b在系外行星研究历史上的地位

尽管在飞马座51b被发现之前，天文学家就已经证实了太阳系外行星的存在[12]，但是作为首颗被证实的围绕类太阳恒星运转的系外行星，飞马座51b大大改变了我们对行星系统形成方式的认识，并且拉开了系外行星探索黄金时代的序幕。在这里，有必要介绍一下与Mayor研究小组处于竞争关系的美国加州大学(University of California)的Marcy研究小组。Marcy小组更早开始从事系外行星探测的研究，并且有灵敏度更高的探测仪器，但是没有成功发现第一颗系外行星。根据当事人事后的分析，主要原因有两个: 一是搜寻策略的选择问题。当时Marcy小组正在努力寻找类似太阳系中存在的周期为12年的木星系统，而忽视了极短轨道周期上(例如几个地球日)可能存在类木行星系统的可能性。在Mayor和Queloz发现飞马座51b之后，Marcy小组利用自己的仪器，只花了一周时间就重新“发现”和确认了这颗行星的存在，足见他们的仪器精度、观测手段和数据处理方法都没有问题。二是由于当时的科学界认为寻找太阳系外行星属于过于怪异和科幻的研究课题，同时由于长期没有研究成果发表，因此Marcy小组得不到美国自然科学基金的资助。没有科研经费，小组便无法购买先进的计算机来做数据处理，导致大批的观测数据躺在数据磁带上，没有机会处理。在飞马座51b被发现之后，美国开始投入大量经费给Marcy小组。在之后的几年，Marcy小组陆续从躺在服务器上的数据中发现了多颗系外行星，并且在与Mayor研究小组的竞争中开始占据上风。

飞马座51b的发现引领和开创了一个新的行星研究的黄金时代。在此之后，随着越来越多天文学家的加入，以及新的地面和空间搜寻项目(如HARPS、HATNet、SuperWASP、Kepler和TESS)的开启[13,14]，每年都有新的系外行星系统被发现。目前，探测系外行星的主要技术方法有视向速度法、凌星法、微引力透镜法和直接成像法，其中视向速度法和凌星法成果最丰富。未来随着技术的发展，微引力透镜法和直接成像法有望迎头赶上。新发现的系外行星数目从最初的每年几颗增加到近几年的每年几百颗(图2)。截至2020年8月底，人们已经发现并证认了超过4200颗系外行星。如果将现有的系外行星画在同一个轨道半长径-质量分布图上(图3)，可以看到，目前发现的系外行星主要分为三大族群: “热木星”、“冷木星”和“超级地球”。飞马座51b属于“热木星”族群，与太阳系内存在的木星大不相同。

图2  每年探测发现的太阳系外行星数目统计。图片来自NASA

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图3  已知系外行星的轨道半长径-行星质量分布图。数据来源: 

4 结语

作为系外行星研究领域最为重要的观测成果，飞马座51b的发现有以下几方面的重要意义.

(1) 开创了一个新的天文学研究领域。太阳系外行星研究，一个25年前还不存在的天文学科方向，从无到有，已经成长为天文学一个重要的研究分支。世界各国都投入了越来越多的人力、物力到这个研究领域。美国、欧洲国家与中国都计划发射空间望远镜项目做太阳系外行星研究，包括美国的JWST和WFIRST，欧洲的CHEOPS、PLATO和ARIEL，中国的空间站巡天望远镜等，凸显了系外行星研究在天文学研究领域中越来越重要的地位。我国中国科学院各大天文台以及有天文系的高等院校，如南京大学、清华大学、北京大学、中山大学、上海交通大学等，都在加紧建设系外行星这一学科方向，并且对这一领域作出过重要科学贡献，如国家天文台学者发现的系外巨行星[15]，以及我国在南极发现的上百颗系外行星候选体[16].

(2) 改变了人类对行星系统如何形成的认知。在飞马座51b之前，天文学家认为，如果宇宙中存在其他的行星系统，它们的构型都将与太阳系类似。飞马座51b的出现揭示了传统行星形成理论的缺陷，新的理论不断出现。随着几千颗系外行星的发现，行星系统形成理论修改得越来越完善，关于太阳系行星系统在宇宙中是否独一无二的争论也越来越多.

(3) 使发现系外星球上的生命特征变为可能。以前只存在于科幻小说中的情节和内容正在慢慢变为可能，越来越多的天文学者，尤其是天体生物学家在探索如何使用天文望远镜从类地系外行星的大气光谱中寻找外星生命的痕迹。美国航空航天局在过去10年资助成立了若干天体生物学研究中心，任务就是寻找外星上的生命特征。我国在这方面的研究才刚刚起步，尚没有大的专门从事此方面研究的机构成立，亟需加大资助和投入力度.

致谢 感谢国家自然科学基金委员会-中国科学院天文联合基金(U1931102)、国家自然科学基金(11521303，11733010，11873103，12073092)、广州市基础与应用基础研究项目和中山大学中央高校基本科研业务费专项资金(20lgpy169)资助。

[推荐阅读文献]：

1Mayor M，Queloz D。A jupiter-mass companion to a solar-type star。Nature，1995，378: 355–359

2Struve O。Proposal for a project of high-precision stellar radial velocity work。Observatory,1952，72: 199–200

3Howard A，Marcy G，Bryson S，et al。Planet occurrence within 0.25 AU of solar-type stars from Kepler。Astrophys J Suppl Ser，2012，201: 15

4Zhu W。Influence of stellar metallicity on occurrence ratesof planets and planetary systems。Astrophys J，2019，87: 8

5Yang J，Xie J，Zhou J。Occurrence and architecture of Kepler planetary systems as functions of stellar mass and effective temperature。Astron J，2020，159: 164

6Latham D，Mazeh T，Stefanik R，et al。The unseen companion of HD114762: A probable brown dwarf。Nature，1989，339: 38–40

7Mayor M，Pepe F，Queloz D，et al。Setting new standards with HARPS。ESO Messenger,2003，114: 20

8Borucki W，Koch D G，Basri G，et al。Kepler planet-detection mission: Introduction and first results。Science，2010，327: 977–980

9Lin D，Bodenheimer P，Richardson D。Orbital migration of the planetary companion of 51 Pegasi to its present location。Nature，1996，380: 606

10Ida S，Lin D。Toward a deterministic model of planetary formation。IV。Effects of type I migration。Astrophys J，2008，673:487

11Ford E B，Rasio F A。On the relation between hot jupiters and the Roche limit。Astrophys J，2006，638: L45–L48

12Chatterjee S，，，et al。Dynamical outcomes of planet-planet scattering。Astrophys J，2008，686: 580

13Wu Y，Lithwick Y。Secular chaos and the production of hot jupiters。Astrophys J，2011,735:109

14Xu W，Lai D。Disruption of planetary orbits through evection resonance with an external companion: Circumbinary planets and multiplanet systems。Mon Not of Roy Astron Soc，2016，459: 2925  

15Liu Y，Sato B，Zhao G，et al。A planetary companion orbiting the intermediate-mass G Giant HD 173416。Res Astron Astrophys，2009，9: 1–4

16Zhang H，Yu Z，Liang E，et al。Exoplanets in the antarctic sky。II。116 Transiting exoplanet candidates found by AST3-II (CHESPA) within the southern CVZ of TESS。Astrophys J Suppl Ser，2019，240: 17

【020、格利泽436】

格利泽436是一颗距离地球33光年，位于狮子座的红矮星。格利泽436比太阳的年龄大了几亿年，但是它的金属含量却远比太阳小，目前格利泽436已发现一个行星叫格利泽436b。

简介

格利泽436是一个位在狮子座的恒星，距离地球33光年，由于它的半径只有太阳的42%，而表面温度也只有3318 K，因此被归类于红矮星。虽然格利泽436比太阳的年龄大了几亿年，但是它的金属含量却远比太阳小(在天文学上金属是指原子量比氦更大的元素)，这表示它才核融合了微量的氢。目前格利泽436已发现一个行星叫格利泽436b。

恒星

由恒星模型估计，这颗恒星的半径是42%太阳半径；同一个模型预测表面的温度大约是3318K。格利泽436比太阳老数十亿年，但他的重元素(原子量比氦-4大的元素) 丰度只相当于太阳的44%。投影自转速度低于3公里/秒，并且在色球层只有低程度的磁场活动。

这颗恒星是"老星盘成员"，在银道坐标系的速度是U=+44，V=20和W=+20公里/秒。

行星系统

已知有一颗行星环绕着这颗恒星公转，命名为格利泽436b。这颗行星的轨道周期是2.6地球日，是从地球上以凌日法测量出轨道周期的。它的质量是22.2地球质量，直径大约是55,000公里，这样的质量和半径类似于我们太阳系的冰巨星天王星和海王星。一般情况下，多普勒光谱测量不能得到行星真实的质量，取而代之的是测量msini的乘积，此处m是真实的质量，i是轨道的倾角 ( 视线和行星轨道平面法线的夹角)，但这个数直通常是未知的。但是，对格利泽436b，凌日法可以测量出倾角，显示这颗行星的轨道平面与视线方向非常接近 (也就是说，倾角接近90度)，因此这个质量很接近真实的质量。这颗行星的外层被认为主要是由氢和氦组成的热冰，因此称为"热海王星"。这颗行星的轨道不是正圆，但是因为潮汐力倾向于在短时间内将轨道正圆化，因此认为格利泽436b受到在轨道上的另一个天体摄动。

行星系

已知有一颗行星环绕著这颗恒星公转，命名为格利泽436b。这颗行星的轨道周期是2.6地球日，是从地球上以凌日法测量出轨道周期的。它的质量是22.2地球质量，直径大约是55,000公里，这样的质量和半径类似于我们太阳系的冰巨星天王星和海王星。一般情况下，都卜勒光谱测量不能得到行星真实的质量，取而代之的是测量m sin i的乘积，此处m是真实的质量，i是轨道的倾角 (视线和行星轨道平面法线的夹角)，但这个数直通常是未知的。但是，对格利泽436b，凌日法可以测量出倾角，显示这颗行星的轨道平面与视线方向非常接近 (也就是说，倾角接近90度)，因此这个质量很接近真实的质量。这颗行星的外层被认为主要是由氢和氦组成的热冰，因此称为"热海王星"。这颗行星的轨道不是正圆，但是因为潮汐力倾向于在短时间内将轨道正圆化，因此认为格利泽436b受到在轨道上的另一个天体摄动。

可能的第二颗行星

在2008年，声称发现了第二颗行星，命名为"格利泽436c"，轨道周期为5.2天，轨道半长轴是0.045天文单位，这颗行星的质量大约是5地球质量，半径大约大于1.5地球半径。尽管在媒体上宣称这是已知质量最小的行星，但它仍然比1992年发现，环绕著脉冲星PSR B1257+12的三颗行星的质量还要大。而以其大小，这颗行星被认为是岩石的类地行星。西班牙的科学家在2008年4月宣称分析过格利泽436c对格利泽436b轨道的影响。在该系统最大可能配置规则的情形下，进一步的分析显示内侧行星凌的长度没有改变。此外，如果这些轨道参数是正确的，这个系统在UA的Extrasolar Planet Interactions （页面存档备份，存于互联网档案馆）图表上只有不稳定的轨道。因此，认为"格利泽436c"不太可能存在，并且此一发现在2008年波士顿举行的行星凌日会议中被撤销。

尽管撤回了，但研究指出还是存在著有其它行星环绕著格利泽436的可能性。借助在2005年1月11日在NMSU上自动纪录的一次，被业馀天文学家观测到，但被忽略的凌日事件，认为格利泽436b的轨道倾角有增加的趋势，仅管这一趋势仍未获得证实。但这种趋势与一颗质量少于12地球质量，轨道半径在0.08AU以内的行星轨道是相容的。这也仍然未被证实。

UCF 1.01

2012年7月20日美国国家航空航天局宣布，中佛罗里达大学的天文学家使用斯皮策太空望远镜在GJ 436行星系内发现一颗新的行星UCF-1.01，这颗行星仅有地球的2/3大小。是目前发现的所有地外行星中最小的一颗岩石行星。据估计，UCF-1.01距离母星太近，只有0.0185天文单位，公转周期1.36日，以至于其表面温度接近摄氏600度，很可能是一颗岩浆行星。该团队的科学家也相信他们发现了第三颗行星存在的证据，目前编号UCF-1.02，质量和体积与UCF-1.01类似。

【021、格利泽876b】

基于开普勒第三定律，在已知行星轨道长半轴和中央恒星质量（格利泽876的质量为太阳的0.32倍）的情况下，可得出行星的轨道周期。

格利泽876b是一颗位于宝瓶座、距离地球约15光年的系外行星，其母星为红矮星格利泽876，轨道周期为60.940地球日。科学家于1998年6月发现该行星，它是首颗被发现环绕红矮星运行的系外行星。格利泽876b位于格利泽876行星系的最外层。

发现

格利泽876b是由两只团队分别发现的，其中一支由杰佛瑞·马西所领导（其观测数据来自凯克天文台和利克天文台），另外一支由泽维尔·佛希所领导（观测点为日内瓦天文台）。和大部分已知系外行星一样，科学家是通过探测由行星引起的恒星视向速度的变化来确定该行星的存在——也即通过探测格利泽876谱线的多普勒频移来发现该行星。

轨道和质量

格利泽876b和内层的另一颗行星格利泽876c处于1:2的轨道共振状态，这种状态导致两颗行星相互间强烈的引力作用，从而使得行星在轨道进动过程中，其轨道根数会发生快速变化。类似于太阳系中的行星，该行星的轨道离心率较低。其轨道长半轴仅0.207天文单位，小于水星至太阳的距离。但是由于格利泽876是一颗暗星，所以处于此位置上的格利泽876b已经接近于适居带的外缘。

由于视向速度法的局限性，科学家只能探测到格利泽876b的质量下限，其质量下限为木星质量的1.93倍。一般情况下，行星真实质量的计算须基于其轨道倾角，但在现有技术下则很难探测到行星的轨道倾角，因此通常无法得知系外行星的真实质量。不过就格利泽876b来说，由于该行星与内层行星处于1:2的共振状态，结合天体测量手段，科学家探测出了该行星的轨道倾角，并进一步得出其真实质量为2.64MJ。

物理特性

由于该行星的质量较大，因此它可能和格利泽876b一样是一颗并不拥有固体表面的类木行星。由于科学家只是间接探测到了该行星，因此它的各种物理特性，如半径、物质构成和表面温度都还不为人知。科学家预测，假如该行星拥有和木星类似的物质构成以及接近于化学平衡的环境，那么它的大气层将会是比较清澈的，不过在行星较冷的地区也可能存在着水蒸汽云。

格利泽876b位于格利泽876的适居带内，适居带即意味着在该区域内，一颗地球大小的行星表面可能会存在水分。尽管适居带内的类木行星上是否可能存在生命还是个未知数，但是环绕其运转的大型卫星表面则可能存在支撑生命的环境。科学家模拟的假定存在的大型卫星、行星及其中央恒星三者之间的潮汐引力效应模型表明在格利泽876b的附近有可能存在着这样的卫星。但是科学家还不确定最初这种卫星是否有可能形成。

【022、格利泽876d】

格利泽876d（Gliese 876 d）是围绕着红矮星格利泽876公转的太阳系外行星。当它在2005年被发现时，它是除围绕PSR B1257+12公转的脉冲星行星之外的已知质量最小的太阳系外行星。格利泽876d在它的行星系统中位置最靠内，它和母星格利泽876之间的距离只有地球到太阳之间距离的五十分之一。因此格利泽876d只用不到两天的时间就完成一次公转。由于低质量的缘故，格利泽876d可以被归类为超级地球。

发现

像绝大多数已知的太阳系外行星一样，格利泽876d是根据分析因其重力引起母星视向速度的变化而被发现的。视向速度可以用观察恒星光谱线的多普勒效应来衡量。在它被发现时，人们已知格利泽876有两颗行星，分别是格利泽876b和格利泽876c，成2：1轨道共振。当两颗行星的因素都被考虑在内时，视向速度依然显示出多余的大约是两天的周期。这可以解释为还有一颗其它的质量至少为地球的5.9倍的行星存在。这颗被指定为格利泽876d的行星，于2005年由尤金尼亚·里维拉（Eugenio Rivera）带领的科学小组宣告发现。

轨道和质量

格利泽876d位于半长轴只有0.0208个天文单位（311万公里）的轨道中。用视向速度法发现格利泽876d的局限性在于只有它质量的下限是可获知的。在这种情况下，它质量的下限是地球的5.88倍。它真实的质量与轨道的倾角相关，可倾角却是未知的。但是格利泽876d的两颗共振的外行星的相互重力作用显示两颗外行星相对于天空平面的倾角大约是50°。假设格利泽876d的轨道面和两颗外行星相同，那么它的真实质量为地球的7.5倍。另一方面，对外行星格利泽876b的天体测量结果显示其倾角为84°左右（假设行星系统具有共面性），这意味着它的真实质量只是稍微大于质量下限。

特征

既然格利泽876d是根据其对母星的重力影响而间接发现的，它的一些参数诸如半径，构成和温度是未知的。不过由于其太接近母星这一点可以推测出格利泽876d的表面温度很可能非常之高。由它的低质量则可断定其可能是类地行星。假设它的密度为8,000 kg/m3，质量为地球7.5倍的类地行星的半径则应该比地球半径长出73％。这种类型的巨型类地行星可能由向内迁移的气体行星推向母星的物质所构成。

另一种解释是格利泽876d可能进一步组成扩大。这样会造成行星构成中拥有丰富的挥发性物质比如水。在这个模型中，格利泽876d上有一个水（以超临界流体的形式存在）的海洋并由行星内部的压力造成的冰层把其与硅酸盐地核隔离开。这样的一颗行星会有含水蒸气和自由氧气成分（由紫外线辐射下水分分解产生）的大气层。

区分这两个模型需要获得更多有关行星半径和构成的信息。不巧的是看上去格利泽876d目前没有行经其母星前方 (星凌)，使得获取以上信息超出我们当前的观察能力。

【023、关于土卫六，科学家给出了5个知识点，其中最后一个最吸引人】

2019-10-30

土卫六是土星的卫星中最大的一颗。它同时也是我们的太阳系中第二大的卫星。土卫六比水星这颗恒星还要大，虽然它并不如水星密度大。大概是地球的一般大小。

土卫六的表面均温为零下178摄氏度，在此温度下那里的水常常结成冰，沼气常常会以液态形式流动。土卫六每16天围绕土星旋转一周。土卫六上的“一天”与它的自转周期一样长为地球上的15.9天，这意味着在土卫六自转的期间是它的同一边面朝着土星。与木星的大多数卫星不同，土卫六缺少磁场。毕竟它确实不具有熔融的内核。

一、土卫六的历史

土卫六于1655年被克里斯蒂安·惠更斯发现。大约在伽利略发现木星的卫星的45年后，他发现了土卫六。由于土卫六大气的高反射率，他的工作其实有点容易。这颗卫星在1847年被约翰·赫歇尔正式命名为土卫六。

泰坦族是希腊奥林匹亚众神的先辈。塞特恩与克洛诺斯分别是朱庇特与宙斯的父亲。卫星土卫六是因为泰坦神族而被命名，比我们太阳系中大部分因为希腊众神而命名的其他星球都要早。

土卫六被认为有45亿岁了，与土星年龄一样大。然而，土卫六的大气却要年轻得多。阳光被分解为沼气。如果那里没有地下其他来源去补充土卫六的大气，那么那的大气已经存在大概有16亿年了。如果那有地下海洋或是碳氢化合物补充大气，那么那的大气可能与这颗星球同样大小。美国西南研究院的调查表明土卫六上的大气要比该行星自身年轻得多，它大概存在了3500万年至13.5亿年左右；如果是这样的话，它的大气层只在卫星自身形成后发生的大规模甲烷喷发后才能形成。

二、土卫六的大气层

土卫六是我们太阳系中唯一具有浓密大气层的卫星。土卫六的大气是不时分布着云朵的稠密的黄色烟雾。事实上，那里的大气压粗略估计要比地球高60%左右。它也是除地球之外唯一表面存在液体的天体。卡西尼号探测器发现是土卫六的大气导致了这颗星球上的液态碳氢化合物模拟出了类似于地球上的水循环产生了乙烷雾气和甲烷雨水。

但是，大气层的绝大部分是由氮气组成的。2012年。卡西尼号同样证实了土卫六的大气存在微弱的气辉现象，那的大气由土星的磁场或是其内部的化学变化过程支持的。土卫六表层400英里高的光是由于土星的磁场分解了其大气中的原子导致的。卡西尼号还在其表面190英里的高度发现了光线，虽然这个更深一些的光线的成因还尚未揭晓。

土卫六北极和南极的上空一直都能看到涡旋。北极上空的涡旋在2004年首次被发现。南极上空的涡旋在2012年7月被观测到。这些涡旋被拿来与地球上海洋上方形成的对流风暴相对比，并且它们可能与季节性降温有关。

土卫六的大气能够上升至表层以上600千米左右，远远高于地球上的大气。这是由于土卫六上更小的重力。巨型的大气层事实上真的骗过了天文学家们，让他们认为这颗卫星要大的多，直到1980年旅行者号掠过土卫六并且测量出了这个实心球体的真正尺寸。

三、土卫六的表面

土卫六上存在甲烷湖和乙烷湖，大部分都分布在赤道和南极附近。卡西尼号探测器已经证实了这些湖在土星的一年中都会存在，并且在土星上的夏天也不会挥发。大多数这种hi分集中在土卫六赤道附近一个叫做“香格里拉”的区域。惠更斯号探测器在2005年降落在了一个有大盐湖一半大小的甲烷湖上。惠更斯号探测的这个湖至少有1米深。

相比于这些湖泊向大气蒸发的速度，土卫六上看起来比并没有足够的雨水去补充它们；这表明它们由地下含水层的碳氢化合物补给。卡西尼号探测器采集到了甲烷河和乙烷河在这颗行星上冲刷出的三角洲的图像。来自麻省理工学院和田纳西大学诺克维尔分校的研究者们研究了这颗行星的图像后预测有些河道有上百万年的历史了。这支持了液体已经在土卫六的表面存在了上百万年的理论，但这也显示了那的液体流动速度要远比地球上水的流动慢得多。

在土卫六上的涡旋附近存在着风沙丘。土卫六上有山，虽然只有几百米高。土卫六上的几座山被怀疑是冰火山。冰火山并不喷出滚热的岩浆。取而代之的则是冰冻的水冰、像氨一样的氮化合物或是像甲烷一样的碳氢化合物。冰火山可能是更新土卫六的大气，涌出甲烷、乙烷和氮化合物的事物。当过去还没有记录下来的土卫六上的冰火山图象时，它们一直在土卫二——另一颗土星的卫星和海卫一——海王星一颗冰冻的卫星上有所记录。土卫六的表面上几乎没有环形山。这是由其大气控制下的天气影响和其表面的液体流动决定的。惠更斯号探测器在降落到土卫六上的固体物质上时似乎被反弹了一下并且投掷出了碳氢化合物组成的气雾。无论如何，惠更斯号探测器在土卫六表面探索时曾发现了湿的软块。这显示了在土卫六上经常下雨。

四、对土卫六的探索

旅行者一号在1980年略过了土卫六。它的摄像头在穿过它的大气时没能够得到土卫六表面清晰的图象。哈勃太空望远镜在1994年拍摄下的照片才发现了在土卫六的表面上发现了陆地。

土卫六内部结构

美国航空航天局在1997年向土星发送了卡西尼号太空探测器。这个探测器在2004年到达土星。欧洲航天局负责惠更斯号在降落在土卫六表面后的补给。

五、土卫六上有生命吗？

土卫六上没有已知的生命。如果真的有生命存在，它会适应与地球相比低的多的温度和与地球生命完全不同的生物化学结构。土卫六上具有与过去的地球上富含碳的海洋相似的碳氢化合物液体和大气。如果生命真的存在，它会以甲烷和乙烷代替以水为基础的化学。地球上没有已知的生物能够在土卫六上生存。

【024、还想殖民宇宙？别做梦了，人类永远无法离开太阳系】

怪奇菌2020-07-30 

回顾几十万年漫长而又艰辛的演化和发展历程，人类之所以能够站在食物链顶端，取得今天这种辉煌的成就，一方面离不开灵活的肢体末端，而另一方面则得益于不断聪慧的大脑。

在这两个堪比“外挂”的优势下，人类逐渐演化出了关键的语言，并且依靠着语言传承，进而产生了氏族、部落以及国家，文明之火开始在地球熊熊燃起。

经过数千年的探索发展，人类文明终于在18世纪下半叶迎来了变革，机器的轰鸣声引领人类推开了工业社会的大门。

工业社会超高的生产力，虽然给人们提供了便捷而又舒适的生活，但也让人类面临一个严峻的考验——能源。

我们都知道，能源是人类社会赖以生存和飞速发展的物质基础，它决定着整个上层建筑，一旦失去了能源基础，人类文明将停滞不前。

迄今为止，能源的种类虽然多种多样，但是人类主要使用的还是化石能源。而这些化石能源并不是取之不尽的，属于不可再生资源的它们，总有一天会有消耗殆尽的时候。

正如前文所说，能源是人类社会发展的物质基础，一旦失去了这种基础，那么导致的后果想必不用多说，肯定是人类难以承受的。

更为主要的是，无数科学家早已认识到，人类的未来必定在浩瀚的宇宙，但是探索宇宙需要海量的能源作为基础，所以失去了能源就等于失去了未来。

如此严重的问题当然引发了许多科学家的关注，而我们此时可以将这个问题暂且搁置一边，只看“人类的未来在宇宙”这个问题。

放眼整个太阳系，连同地球在内一共八颗行星无数颗卫星，这些行星卫星上蕴含了大量的矿物资源，例如月球就有大量的氦-3，这是人类未来最理想的能源之一。

可别看这些行星卫星上蕴含大量的资源，其实从某种意义上来说，整个太阳系和单个地球没什么区别，这些资源也并不是无穷无尽的。

随着人类发展速度越来越快，对能源等级和数量的需求越来越高，太阳系的能源也总有耗尽的一天，这就意味着想要一劳永逸地解决这个问题，人类必须要走出太阳系。

但让人遗憾的是，走出太阳系可并不像走出家门那么简单，至少在可预见的未来内，人类根本无法走出太阳系。导致这种结果的原因主要有三个，它们分别是距离尺度、能源等级以及人类身体。

首先来看最致命的距离尺度。或许跟宇宙中其他恒星相比，我们的太阳略显“娇小”，但是跟人类相比它大的超乎想象，因为它的实际引力范围可达4光年左右。

可能听惯了宇宙中动辄几千几百甚至上亿光年，4光年似乎显得那么的微不足道，但是只要将这4光年的距离用熟悉的方法转换一下，立刻就能感受到其中让人绝望的一面。

如果此时有一辆时速为120km/h的汽车想离开太阳系，那么它需要在茫茫宇宙中行驶1800万年，才算彻底脱离太阳系。

目前为止，人类在宇宙中最快的飞行器是1974年发射的太阳神1号（Helios-1），它在1980年12月时曾达到过96200米/秒的相对地球速度，而以这个速度飞离太阳系，也需要4000多年的时间。

可以想象一下，在这样的距离尺度下，人类真的能离开太阳系吗？答案必然是否定的。更让人绝望的是，即便历经千难走出了太阳系，距离下一个落脚点还有4.22光年的距离，这又是一道难以逾越的天堑。

所以从理论上来说，在可预见的范围内人类根本无法离开太阳系，让人恐惧的距离尺度，将人类的活动范围死死地限制着。

除了距离这座大山，能源等级也是阻止人类离开太阳系的障碍。对人类发展史有一定了解的朋友应该知道，在近万年的发展过程中，人类一共经历了三次重大的生产力变革，分别是农业变革、工业变革以及现在的信息变革。

这三次生产力变革可能乍看起来互不相干，但是我们对其抽丝剥茧之后不难发现，它们本质上都是对化学能量的利用，也就是仅停留在分子层面上，对于比分子更进一步的原子，了解和利用的都非常的少。

然而，原子层面的能量利用，恰恰是人类离开太阳系的关键，因为原子层面能量的利用上限，是普通的化学能源远远无法媲美的，简单来说就是化学能上限太低。

被誉为“航天之父”的苏联科学家齐奥尔科夫斯基，曾用齐奥尔科夫斯基公式得出一个结论：即便将地球所有的化石能源都利用起来，也不能将一座大山送到宇宙，可见其能量转化率多么的低下。

看到这里可能有些人会有一个疑惑：是不是忽略能源等级和距离，人类就能离开太阳系了呢？答案是否定的，因为人类的身体也是离开的阻碍之一。

正如文章开头所说，几十万年前人类凭借得天独厚的身体优势，奠定了其食物链霸主的地位，但是此时这种身体却成为了探索宇宙的累赘和负担。

因为相比其他野生生物，人类的身体在漫长的演化过程中已经变得太脆弱，受不了热、耐不了寒、不能挤着还不抗辐射，对生活环境的要求真的太高了。

退一万步来说，即便是基本的生存环境满足了，人体还需要进食、需要每天补充大量的维生素，不然没有几天就会产生严重的后果。在这些限制条件下，人类的身体根本不适合在宇宙中进行长时间的星际飞行。

再退一万步来说，即便这些东西同样都满足了，一个人类近乎不可能跨越的鸿沟就出现了，它就是寿命限制。

离开太阳系最快也需要4000多年的时间，而人类最高只有100年左右的寿命，这其中巨大的时间差靠什么弥补呢？靠一代代接力？这显然更不现实，因为这无限拔高了对飞船的要求。

总的来说，在可预见的未来内，人类根本没有任何可能离开太阳系，所以还憧憬着人类未来能殖民宇宙？醒醒吧。

【025、海王星（太阳系八大行星之一）】

海王星（英语：Neptune）是太阳系八大行星之一，也是已知太阳系中离太阳最远的大行星。海王星的轨道半长轴为30.07天文单位，公转周期为164.8年，质量为17.147地球质量（第3位，比它的近邻天王星稍大），半径为3.86地球半径（第4位）。

海王星的视星等最高约为7.67等，需要借助天文望远镜才能观察。海王星对肉眼呈蓝色，西方人据此按罗马神话中的海神尼普顿（Neptune）的名字而命名。李善兰等人于1859年翻译《谈天》时，将其中文译文定为海王星。

海王星的大气层的化学组成以氢分子和氦为主。此外，海王星大气中还有微量的甲烷，这是使行星呈蓝色的原因之一。海王星有着强烈的风暴，测量到的风速高达2100km/h。海王星云顶温度是-218摄氏度（55K），比天王星云顶温度稍高。据推测，海王星很可能有一个炽热的内部，其核心的温度约7000℃，和大多数已知的行星相似。由于质量稍大于天王星，海王星的密度稍大于天王星，而半径稍小于天王星。

海王星在1846年9月23日被发现，是仅有的利用数学预测而非观测意外发现的行星。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。迄今只有美国国家航空航天局的旅行者2号探测器曾经在1989年8月25日飞掠过海王星。

发现

在最早的观测记录中，伽利略·伽利雷（Galileo di Vincenzo Bonaulti de Galilei）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（海王星与木星处在合的位置），这两次机会伽利略都误认海王星是一颗恒星。因此，海王星的发现并不归功于他。1612年12月，他第一次观测海王星时，海王星在天空中几乎是静止的，因为那天它刚好逆行了。这种明显的反向运动是当地球的轨道经过一颗外行星时产生的。因为海王星才刚刚开始它的年度逆行周期，这颗行星的运动太微弱了，伽利略的小型望远镜无法观测到。2009年，墨尔本大学的物理学家大卫·杰美生宣称，有新的证据表明伽利略至少知道他看见的星星相对于背景的恒星有微量的相对运动。

在1821年，法国天文学家亚历斯·布瓦尔（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，使得布瓦尔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，亚当斯虽然草拟了答案但未曾回复。在1846年，法国工艺学院的天文学教师奥本·勒维耶（Urbain Le Verrier）在得不到同行的支持下，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（Johann Gottfried Galle）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，可以作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。

由于民族优越感和民族主义的影响，使得发现海王星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奥林·艾根（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，明显是被奥林·艾根窃取近三十年，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。 

命名

在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（雅努斯，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，阿拉贡（Franois 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作为新行星的名字。斯特鲁维（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。

内部构造

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（尼普顿）等同于希腊神话的Poseidon（波塞冬），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。中文及韩文、日文和越南文的汉字写法都是“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Poseidon或Neptune的意义是相同的。在蒙古，海王星称为Dalain Van(Далайнван)，反映了其同名神的角色是大海的统治者。在现代希腊，人们仍旧将海王星称为波塞冬（Poseidonas）。在希伯来语中，2009年希伯来语学院投票将海王星的名称称为Rahab，来自《圣经》中提到的海怪，尽管现有的拉丁词Neptun更为常用。在纳瓦特尔语中，海王星被以雨神Tlāloc的名字命名为Tlāloccītlalli。

从1846年发现海王星到1930年发现冥王星之前，海王星是已知最远的行星。当冥王星被发现时，冥王星被认为是一颗行星，因此海王星成为已知的第二远的行星，除了在1979年到1999年之间，冥王星的椭圆轨道使它比海王星离太阳更近。1992年柯伊伯带的发现导致许多天文学家争论冥王星应该被认为是一颗行星还是柯伊伯带的一部分。2006年，国际天文联合会首次定义了“行星”一词，将冥王星踢除太阳系重新归类为“矮行星”，使海王星再次成为太阳系最外层的行星。

星体运动

公转

海王星与太阳之间的平均距离为45亿公里，约30.1个天文单位（AU）。海王星的轨道周期（年）大约相当于164.79地球年,轨道倾角约为1.77°。海王星于2011年7月12日回到绕日公转轨道上它被发现时的那个点。由于地球处于其365.25天周期轨道的不同地点，届时从地球看到的海王星并不会处在它被发现时在天空中的那个位置。从地球上观察，海王星冲日周期为367天，这些周期使它在2010年4月和7月以及2011年10月和11月接近1846年它被发现时的坐标。在2010年8月20日，海王星于发现它的1846年中的同一天再度冲日。 

自转

海王星的轴向倾角为28.32°，与地球（23°）和火星（25°）的倾角相似，因此，海王星经历了与地球相似的季节变化。海王星的长轨道周期意味着四季持续40地球年。海王星的自转周期（日）是15小时57分59秒。 

因为海王星不是一个固体，它的大气层会发生差速旋转。宽赤道带的自转周期约为18小时，比星体磁场的16.1小时自转慢。相反，在极性区域，旋转周期为12小时，反之亦然。海王星的较差自转是太阳系中最明显的，它会导致强烈的纬向风切变。

物理特性

质量

天王星与地球的大小比较（1:1）

海王星的质量为1.0247e+26千克，是介于地球和巨行星（指木星和土星）之间的中等大小行星：它的质量是地球质量的17倍，是木星质量的1/18。因为它们质量较典型类木行星小，而且密度、组成成分、内部结构也与类木行星有显著差别，海王星和天王星一起常常被归为类木行星的一个子类：冰巨星。在太阳系外行星研究领域，海王星被用作一个通用代号，指所发现的有着类似海王星质量的系外行星，就如同天文学家们常常说的那些系外“木星”。

温度

因为轨道距离太阳很远，海王星从太阳得到的热量很少，所以海王星大气层顶端温度只有-218℃（55K），而由大气层顶端向内温度稳定上升。和天王星类似，星球内部热量的来源仍然是未知的，而结果却是显著的：作为太阳系最外侧的行星，海王星内部能量却大到维持了太阳系所有行星系统中已知的最高速风暴。对其内部热源有几种解释，包括行星内核的放射热源，行星生成时吸积盘塌缩能量的散热，还有重力波对平流圈界面的扰动。

成分

海王星内部结构和天王星相似。行星核是一个质量大概不超过一个地球质量的由岩石和冰构成的混合体。海王星地幔总质量相当于10到15个地球质量，富含水，氨，甲烷和其它成分。作为行星学惯例，这种混合物被叫作冰，虽然其实是高度压缩的过热流体。这种高电导的流体通常也被叫作水-氨海洋。大气层包括大约从顶端向中心的10%到20%，高层大气主由80%氢和19%氦组成。甲烷，氨和水的含量随高度降低而增加。更内部大气底端温度更高，密度更大，进而逐渐和行星地幔的过热液体混为一体。海王星内核的压力是地球表面大气压的数百万倍通过比较转速和扁率可知海王星的质量分布不如天王星集中。

海王星内部结构

地幔

海王星的地幔相当于10到15个地球质量，富含水、氨和甲烷。按照行星科学的惯例，这种混合物被称为冰，即使它是一种热的、致密的流体。一个由氢分子组成的导电性很强的水，它有时被称为水的氢离子层，在更深层的高级离子水中，氧结晶，而氢离子在氧晶格中自由漂浮。

另有一些研究人员对钻石熔点进行了详细测量，当钻石融化时就像是水冷冻和融化的过程，在液态形式之上漂浮着固定形式钻石是一种非常坚硬的物质，它很难被融化。由于当钻石在高温下加热熔化容易变成石墨，因此研究人员很难测量钻石在变成石墨之前具体的熔点。科学家将钻石暴露于高压下使用激光轰击钻石表面，4000万倍零海拔压力的作用下，钻石变成了液态。当压力降低至零海拔1100万倍，温度降低至5万摄氏度，固体成块的钻石便开始形成。

科学家发现一些事情并非他们之前所预计的那样，当温度降低至形成固态钻石的状态下，形成的固态钻石并未沉下去，而是漂浮在液态钻石的顶层，就像是钻石冰川一样。在海王星和天王星这样的超大气态行星上，存在着类似钻石液化的超高温度和压力。如海王星，在7000千米的深度，甲烷分解成钻石晶体，像冰雹一样向下滴落。科学家还认为，这种钻石雨还会发生在木星、土星和天王星上。劳伦斯利弗莫尔国家实验室的超高压实验表明，地幔顶部可能是液态碳的海洋，上面漂浮着固体钻石。

科学家唯一能确定海王星和天王星表面是否存在液态钻石的方法就是发射科学探测器，或者在地球模拟这些气态行星的环境特征但以上的方法成本都很高，需要多年时间进行准备。据悉，这项研究报告已发表在《自然物理学》期刊上。 

核心

海王星的核心可能由铁、镍和硅酸盐组成，内部的质量大约是地球的1.2倍。中心的压力为7 Mbar（700 GPa），大约是地球中心的两倍，温度可能为5400 K。

大气层

海王星及其卫星影像，可见光与近红外合成图片，显示甲烷吸收谱线

海王星及其卫星影像，可见光与近红外合成图片，显示甲烷吸收谱线

海王星的大气占总质量的5%到10%，并向核心延伸了约10%到20%。在高海拔处，海王星的大气层80%是氢，19%是氦，也存在着微量的甲烷。主要的吸收带位于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，对流层在气压为0.1巴（10kPa，1巴=0.1MPa=100kPa，约等于地球上1个标准大气压）处。平流层在气压低于10至10微巴（1至10Pa）处成为热成层，热成层逐渐过渡为散逸层。

旅行者2号拍摄的风暴

旅行者2号拍摄的风暴

模型表明海王星对流层的云带取决于不同海拔高度的成分。高海拔的云出现于气压低于1帕之处，该处的温度使甲烷可以凝结。压力在1巴至5巴（100kPa至500kPa），被认为氨和硫化氢的云可以形成。压力在5巴以上，云可能包含氨、硫化氨、硫化氢和水。更深处的水冰云可以在压力大约为50巴（5MPa）处被发现，该处的温度达到0℃。在下面，可能会发现氨和硫化氢的云。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至150千米，并且在低层云顶之上50至110千米。海王星的光谱显示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。

由于一些尚不清楚的原因，这颗行星的热成层有着大约750K的异常高温。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。一个假设的加热机制是行星的磁场与离子的交互作用；另一个假设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。 

气候

海王星和天王星之间的一个区别是典型气象活动的水平，海王星的天气特点是极端活跃的。1986年当旅行者2号航天器飞经天王星时，该行星视觉上相当平淡，而在1989年旅行者2号飞越期间，海王星展现了著名的天气现象。海王星的大气有太阳系中的最高风速，据推测源于其内部热流的推动，其风速达到超音速速度直至大约2100千米/小时。在赤道带区域，更加典型的风速能达到大约1200千米/小时。根据蒲福风级即世界气象组织所建议的分级地球风速最大为12级风，约118千米/小时。通过跟踪持续云的运动测得，海王星风速在向东方向的风速为20米/秒，向西风速为325米/秒，盛行风的速度从赤道的400米/秒到两极的250米/秒不等。海王星上的大多数风都朝着与地球自转相反的方向移动。风的一般模式显示，在高纬度地区是顺行旋转，而在低纬度地区则是逆行旋转。流动方向的差异被认为是一种“趋肤效应”，而不是由任何更深的大气过程造成的。在纬度70°S处，高速射流的速度为300米/秒。

海王星赤道的甲烷、乙烷和乙炔的丰度是两极的10-100倍。这被解释为赤道上升流和两极附近下沉的证据，因为没有经向环流，光化学无法解释这种分布。

大黑斑

1989年，美国航空航天局的旅行者2号航天器发现了大黑斑（The Great Dark Spot）。在海王星表面的南纬22度，有的类似木星大红斑及土星大白斑的卵状气旋，以大约16天的周期一反时钟方向旋转，称为“大黑斑”。由于大黑斑每18.3小时左右绕行海王星一圈，比海王星的自转周期还要长，大黑斑附近的纬度吹着速度达300米每秒的强烈西风。旅行者2号还在南半球发现一个较小的黑斑极一以大约16小时环绕行星一周的速度飞驰的不规则的小团白色烟，得知是“The Scooter”。它或许是一团从大气层低处上升的羽状物，但它真正的本质还是一个谜。然而在1994年11月2日，哈勃望远镜对海王星的观察发现大黑斑竟然消失了。它或许就这么消散了，或许暂时被大气层的其他部分所掩盖。几个月后哈勃望远镜在海王星的北半球发现了一个新的黑斑。这表明海王星的大气层变化频繁，这也许是因为云的顶部和底部温度差异的细微变化所引起的。

滑行车

滑行车（Scooter）是位于大黑斑更南面的另一场风暴，是一组白色云团。当1989年旅行者2号造访海王星之前的几个月，科学家发现了它并用这个绰号命名，因为它比大黑斑移动得更快。随后图像显示出还有比滑行车移动得更快的云团。小黑斑是一场南部的飓风风暴，在1989旅行者2号访问期间，风速强度排在第二位。它最初是完全黑暗的，但在旅行者2号接近过程中，一个明亮的核心逐渐形成，大多数最高分辨率的图像上都有。2007年又发现海王星的南极比其表面平均温度（大约为-200℃）高出约10℃。这样高出10℃的温度足以把甲烷释放到太空，而在海王星其它区域的上层大气层中甲烷是被冻结着的。

海王星在类木行星中的一个独有特点就是高层云彩在其下半透明的云基区域投下阴影。虽然海王星的大气远比天王星的活跃它们都是由相同的气体和冰组成。天王星和海王星都不是木星和土星那种严格意义上的类木行星而属于另一类的远日行星，即它们有一个较大的固体核而且还含有冰作为其组成成分。海王星表面温度非常低，1989年测到的顶端云层的温度低至-224℃（49K）。由于季节的变化，海王星南半球的云带的大小和反照率都在增加。这种趋势最早发生在1980年，预计将持续到2020年左右。海王星的长轨道周期导致四季持续40年。

风暴

海王星上的风暴是太阳系类木行星中最强的。考虑到它处于太阳系的外围，所接受的太阳光照比地球上微弱1000倍（仍然非常明亮，视星等-21），这个现象和科学家们的原有的期望不符。曾经普遍认为行星离太阳越远，驱动风暴的能量就应该有越少。木星上的风速已达数百千米/小时，而在更加遥远的海王星上，科学家发现风速没有更慢而是更快了（1600千米/小时）。这种明显反常现象的一个可能原因是，如果风暴有足够的能量，将会产生湍流，进而减慢风速（正如在木星上那样）。然而在海王星上，太阳能过于微弱，一旦开始刮风，它们遇到很少的阻碍，从而能保持极高的速度。海王星释放的能量比它从太阳得到的还多因而这些风暴也可能有着尚未确定的内在能量来源。

2007年又发现海王星的南极比其表面平均温度（大约为-200℃）高出约10℃。这样高出10℃的温度足以把甲烷释放到太空，而在其它区域海王星的上层大气层中甲烷是被冻结着的。这个相对热点的形成是因为海王星的轨道倾角使得其南极在过去的40年受到太阳光照射，而一海王星年相当于165地球年。随着海王星慢慢地移近太阳，它南极将逐渐变暗，并且换成北极被太阳光照亮，这将使得甲烷释放区域从南极转移到北极。

海王星的磁层

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13500千米。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微特斯拉（0.14高斯）海王星的偶磁矩大约是2.2×10T·m（14μT·RN，此处RN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。

海王星的弓形激波，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。

海王星环

海王星也有光环。在地球上只能观察到暗淡模糊的圆弧，而非完整的光环。但旅行者2号的图像显示这些弧完全是由亮块组成的光环。其中的一个光环看上去似乎有奇特的螺旋形结构。同天王星和木星一样，海王星的光环十分暗淡，但它们的内部结构仍是未知数。人们已命名了海王星的光环：最外面的是Adams（它包括三段明显的圆弧，今已分别命名为自由Liberty，平等Equality和友爱Fraternity），其次是一个未命名的包有Galatea卫星的弧然后是Leverrier（它向外延伸的部分叫作Lassell和Arago），最里面暗淡但很宽阔的叫Galle。

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。其起因如今不明，但也许可以归结于附近轨道上的小卫星的引力相互作用。

20世纪80年代中期，认为海王星环不完整的证据首次出现，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，如今名为“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。如今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2号的相机发现了其他几个环。除了狭窄的、距海王星中心63000千米的亚当斯环之外，勒维耶环距中心53000千米，更宽、更暗的伽勒环距中心42000千米。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57000千米的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。

五道明亮的弧线

海王星有14颗已知的天然卫星。海卫一是仅有的一颗大型卫星，被威廉·拉塞尔发现于发现海王星17天后，与其他大型卫星不同，海卫一运行于逆行轨道，说明它是被海王星俘获的，大概曾经是一个柯伊伯带天体。它与海王星的距离足够近使它被锁定在同步轨道上，它将缓慢地经螺旋轨道接近海王星，当它到达洛希极限时最终将被海王星的引力撕开。海卫一是太阳系中被测量的最冷的天体，温度为-235℃（38K）。海王星第二个已知卫星（依距离排列）是形状不规则的海卫二，它的轨道是太阳系中离心率最大的卫星轨道之一。从1989年7月到9月，“旅行者2号”发现了六个新的海王星卫星。其中形状不规则的海卫八以拥有在其密度下不会被它自身的引力变成球体的最大体积而出名。尽管它是质量第二大的海王星卫星，它只是海卫一质量的1/400。最靠近海王星的四个卫星，海卫三、海卫四、海卫五和海卫六，轨道在海王星的环之内。第二靠外的海卫七在1981年它掩星的时候被观察到。起初掩星的原因被归结为行星环上的弧，但据1989年“旅行者2号”的观察，才发现是由卫星造成的。2004年宣布了在2002年和2003之间发现的五个新的形状不规则卫星。由于海王星得名于罗马神话的海神，它的卫星都以低等的海神命名。SETI协会研究员马克·肖华特（Mark Showalter）2013年发现了围绕海王星的一颗新卫星，编号为海王星卫星S/2004N1，直径约为19千米，距地球约48亿千米。

形成与迁移

冰质巨行星海王星和天王星的形成，已经证明很难精确模拟。模型表明，太阳系外部区域的物质密度太低，无法用传统的核心吸积方法来解释如此大的天体的形成，因而人们提出了各种假说来解释它们的形成。一种说法是，冰巨星不是由核心吸积形成的，而是由原行星盘内的不稳定性形成的，后来它们的大气层被附近一颗大质量OB型星的辐射炸飞了，其中一部分形成了天王星和海王星。

另一个假说是，它们在离太阳更近的地方形成，那里的物质密度更高，然后在移除气态原行星圆盘之后迁移到它们当前的轨道上。这种形成后迁移的假设是有利的，因为它能够更好地解释在跨海王星区域观察到的小型天体的构成比例。最为广泛接受的对这个假设细节的解释被称为尼斯模型，它探索了迁移的海王星和其他巨行星对柯伊伯带结构的影响。右图是一个显示外行星和柯伊伯带的模拟：（a）在木星和土星达到2:1共振之前；（b）在海王星轨道移动后柯伊伯带物体向内散射后；（c）在木星射出散射的柯伊伯带天体之后。 

观测和探测

肉眼看不到海王星，其亮度介乎视星等+7.7和+8.0，比木星的伽利略卫星，矮行星、谷神星和小行星、灶神星、智神星、虹神星、婚神星和韶神星都暗。在天文望远镜或优质的双筒望远镜中，海王星显现为一个小小的蓝色圆盘，看上去与天王星很相似。蓝色来自在于它大气中的甲烷。它在视觉上的细小给研究造成了困难；多数从望远镜中获得的数据是相当有限的，直到出现哈勃太空望远镜和大型地基望远镜与自适应光学技术才获得改观。对无线电频段内海王星的观测表明，它既是连续发射又是不规则爆发的来源。这两种辐射源都被认为是由其旋转磁场产生的。在光谱的红外部分，海王星的风暴在较冷的背景下显得明亮，使得这些特征的大小和形状很容易被跟踪。

1989年8月25日，美国航天局发射的旅行者2号探测器飞越海王星，这是人类首次用空间探测器探测海王星。它在距海王星4827千米的最近点与海王星相会，从而使人类第一次看清了远在距离地球45亿千米之外的海王星面貌。它发现了海王星的6颗新卫星，使其卫星总数增至8颗；首次发现海王星有5条光环，其中3条暗淡、2条明亮。从旅行者2号拍摄的6000多幅海王星照片中发现，海王星南极周围有两条宽约4345千米的巨大黑色风云带和一块面积有如地球那么大的风暴区，它们形成了像木星大红斑那样的大黑斑。这块大黑斑沿中心轴向逆时针方向旋转，每转360°需10天。海王星也有磁场和辐射带，大部分地区有像地球南北极那样的极光。海王星的大气层动荡不定，大气中含有由冰冻甲烷构成的白云和大面积气旋，跟随在气旋后面的是时速为640千米的飓风。海王星上空有一层因阳光照射大气层中的甲烷而形成的烟雾。

海王星与太阳的平均距离为44.96亿公里，是地球到太阳距离的30倍。海王星接收到太阳的光和热只有地球的19%于是其表面覆盖着延绵几千公里厚的冰层，外表则围绕着浓密的大气，海王星的直径49500公里，是地球的3.88倍体积有57个地球那么大，质量只是地球的17倍多，所以其密度也相当小，海王星以每秒5.43公里的速度绕着太阳公转公转一周需要花上164.8年，自转一周15小时57分59秒。

海王星的磁场和天王星的一样，位置十分古怪，这很可能是由于行星地壳中层传导性的物质（大概是水）的运动而造成的。 

未来探测计划

美国宇航局正在研究可能进行的海王星探测任务。

美国宇航局在2005年提出发射海王星轨道探测器的构想，计划于2016年发送一个或两个探测器登陆海卫一，并探测海王星的大气层，类似伽利略号探测器的大气探测器。

旗舰或基石任务是另一个可能进行的海王星探测任务，需要超过10亿美元的资金。这些任务经费由美国宇航局和欧洲空间局共同负担，这个未来计划目标可能变成木卫二或土卫六，预计不会在2040年之前发射。

由于天文学家对于探测海王星系统的兴趣浓厚，一些学者认为美国宇航局负责的新疆界计划任务（如新视野号和朱诺号）可以提供10亿美元资金，而探测器可以在2010年发射。这个探测器不仅可以研究海王星及其系统而且也将经过木星及土星，并借由其重力节省燃料，然后接近柯伊伯带中两个或三个天体。新地平线号在通过冥王星后也将探测其他目标。

世界纪录

海王星是太阳系中离太阳最远的行星，创造了太阳系中速度最快的风、一个航天器到访过的最多行星纪录。（吉尼斯世界纪录）

【026、海王星：笔尖上发现的行星】

2017-08-02 新华网

海王星是八大行星中距离太阳最远的行星，虽然它的直径在太阳系八大行星中排名第4，不过由于它的亮度不够，所以只能在天文望远镜里才能观察到它的“一举一动”。海王星散发着幽幽的蓝光，就像大海的颜色一样，因此被人们命名为海王星。

海王星，会“躲猫猫”的行星

自从牛顿发现万有引力之后，天文学家就开始利用它来计算行星的运动轨迹，甚至能够计算出木星、土星或火星在天空中的具体位置。不过，当天文学家利用同样的方法来计算天王星的位置时，却出现了一定的误差。这让天文学家感到苦恼，难道是牛顿的万有引力出了问题吗？大多数人都相信万有引力是没有问题的，他们猜测在天王星的轨道外，肯定有一颗没有发现的行星，它正和人类玩着“躲猫猫”的游戏，而且不断用引力影响着天王星的运动。

这颗和天文学家玩着“躲猫猫”游戏的行星，离地球非常遥远，甚至比天王星还遥远，它的光芒也很微弱，想要在茫茫宇宙中找到它的踪影，肯定是一件很困难的事情。谁也没有想到，居然有三位年轻的天文学家攻克了这一难题，而且他们是用笔和纸“找”到了这颗遥远的行星，而不是用望远镜观察到的。所以，海王星又称被为“笔尖上的星球”。这三个年轻人就是伽勒、亚当斯和勒威耶。

由于海王星离太阳十分遥远，几乎是地球到太阳的30倍。所以它在自己的轨道上绕太阳公转一周大概需要164.8年的时间。从1846年被发现到2011年，海王星正好围绕太阳公转一圈了。

海王星的大黑斑与小黑斑

“大黑斑”的秘密——1989年，美国航天局发射的“旅行者2号”航天器在海王星上发现了一个“大黑斑”，它位于海王星表面的南纬22度，形状和土星大白班以及木星大红斑有点相似。整体形状呈蛋型旋涡，以约16天为周期的速度反时钟方向旋转。

这个“大黑斑”左右绕行的速度比海王星本身的自转周期还要长，在“大黑斑”附近的纬度吹着高达300米每秒的强烈西风。然而，时间到了1994年11月2日，天文学家再用哈勃望远镜观察海王星时，却发现它表面的“大黑斑”居然不见了。天文学家纷纷猜测：它是就这样凭空消散了？还是短暂地被海王星的大气层所掩盖了呢？几个月之后，哈勃望远镜又在海王星的北半球发出了一个新的“大黑斑”。这说明海王星的气候变化比较频繁，这也是云底部温度和顶部温度的细微差异造成的。

海王星上的“钻石海”

经过多年的研究探测，天文学家发现海王星表面可能覆盖着大面积的“钻石海”，而海面上还漂浮着形状像冰山一样庞大的固体钻石。

天文学家通过实验模拟海王星高温高压环境对于钻石的影响，并且检测钻石的前后变化，最终得到了这样的结论：如果压力能够提高到零海拔4000万倍时，钻石将转化为液体形态；当压力降低至零海拔1100万倍，温度降低至50000℃，部分液态钻石又会再次变成固体。

【027、海王星级系外行星正在快速蒸发消散】

2019-02-02 搜狐

瑞士日内瓦大学（University of Geneva）天文学家Vincent Bourrier等人透过哈伯太空望远镜（Hubble Space Telescope）观测发现一颗很靠近母恒星的系外行星GJ 3470b，这是颗海王星级系外行星，但离母恒星仅约600万公里，相当于水星到太阳距离的1/10左右，其大气被母恒星强烈辐射炙烤至超过摄氏930度的程度，导致大气被快速蒸发，脱离行星重力掌控，使行星直径逐渐缩减。

目前已知的非常靠近母恒星的系外行星中，绝大部分要嘛就大到热木星（hot Jupiter）等级，要嘛就是小到热超级地球（hot super-Earth，小于1.5倍地球直径）等级，很少有介在中间的热海王星（hot Neptune）等级。热海王星之所以这么罕见的原因，天文学家认为或许是因为这类热海王星本来就很稀少，或是因为只在某一时期数量很多但之后却消失的缘故。事实上，绝大部分已知的海王星级系外行星都只是“温暖”的程度，其公转距离远离了天文学家认为能发现热海王星的区域，是谓“暖海王星（warm Neptune）”。

天文学家们不知道热海王星都到哪去了。如果绘制行星大小相对于至母恒星距离的分布图，会发现图中出现一个空白地带（下图中标示Hot Neptune Desert之处），让天文学家疑惑不已。天文学家们并不确定大气蒸散对这个空白地带的影响有多重要，但至少哈伯观测显示有许多暖海王星在空白地带边缘，所以这是大气蒸散的确与空白地带有关的直接证据。

系外行星半径相对于至母恒星距离的分布图。

由于被蒸散的大气会在行星周围形成庞大的气体云茧，行星经过母恒星前方时，气体云茧中的氢元素吸收恒星星光，致使恒星光谱中的紫外波段出现吸收特征。因此Bourrier等人就是利用哈伯上的光谱相机（Space Telescope Imaging Spectrograph）搜寻这个氢的紫外特征，以兹为行星大气流失的铁证。

到目前为止，天文学家已发现2颗大气正在逸散至太空中的暖海王星。在最近的GJ 3470b发现之前，前几年发现的GJ 436b曾是表面温度最高的暖海王星。测量出的温度更高的GJ 3470b，其大气蒸散速度约是GJ 436b的100倍，是目前已知行星中质量流失速度最快者之一！Bourrier等人估计：GJ 3470b存在至今，大约已流失35%的原始物质；在它的红矮星母星更年轻、发出更多辐射的时期，质量流失速率可能比现在还高。

GJ 3470b蒸散速度比GJ 436b快的原因，可能是因为GJ 3470b大气比较没那么稠密，导致其被母星加热之后，受到的重力束缚也比较少，所以比较容易逸散。另一个原因可能是因为GJ 3470b的母恒星只有20亿岁，比GJ 436b母恒星的40～80亿岁年轻多了；虽然这两颗恒星都是红矮星，但年轻恒星释放能量比较强烈，GJ 3470b受到的冲击自然会比GJ 436b多。

这些发现让天文学家更加确信：这些炽热的系外行星可能属于生命期很短暂的罕见类型，其最终命运就是会缩减至绝大部分常见的已知系外行星类型—“迷你海王星（mini-Neptunes）”，这种行星比地球大但比海王星小，且拥有以氢为主的浓厚大气。甚至，迷你海王星的大小还会继续缩减成“超级地球”的程度，成为质量以地球大的岩质行星。如果GJ 3470继续快速地流失质量，估计或许在在约几十亿年之后，也会缩减成一颗迷你海王星。

氢并不是GJ 3470b大气唯一逃跑的元素，但却可作为其他流失物质的示踪器（tracer）。这些天文学家认为蒸散的氢拽着诸如原本在大气比较深层的碳等其他元素跟着一起流失至太空中，因此它们计划利用哈伯捕捉比氢和氦还重的其他流失元素。不过他们遇到一个难题，那就是受到星际气体的屏蔽，150光年外的暖海王星无法侦测到氢流失的现象。GJ 3470b距离地球只有97光年，还在可侦测范围内。

因为氦不会被太空中的星际物质屏蔽，所以氦可作为暖海王星大气流失物质的另一个示踪元素。这些天文学家利用哈伯和未来的韦伯太空望远镜在红外波段搜寻氦元素特征，如此一来便可拓展搜寻的范围，而且韦伯非常灵敏，或许还可侦测到迷你海王星流失大气中的氦元素。

【028、好奇的天文问题：土卫六的表面看起来像什么？或许有些抽象】

2021-05-17 天文在线

在遥远的类地行星之外，巨行星区域内，我们可以看到太阳系中的巨型瑰宝——土星。自从1610年伽利略发明了第一台天文望远镜，几百年来，壮观的土星环让无数观星者为之神魂颠倒。其实不仅仅因为土星是一颗体积巨大的气体行星，或因为它拥有气势磅礴的土星环，才使其在众多星球中脱颖而出。同样不容忽视的还有被这颗壮丽行星巨大引力捕获的卫星之一——泰坦。

泰坦星的名字来源于古希腊历史上的众神——克罗诺斯和他的兄弟姐妹们。根据古希腊的神话记载：他们是宙斯之前的世界统治者，在宙斯率领的奥林匹亚众神打败他们后，宙斯才成为了第三代天神。泰坦星是太阳系的第二大卫星，它的直径大约5150千米，因此它比水星还要稍大些，大约是月球的两倍宽。拥有极具象征意义的大气层，泰坦一度被人们认为是披着卫星皮囊的行星。泰坦的大气层主要由氮和甲烷组成。

这层厚厚的橙色浓雾从它寒冷贫瘠的地表向天空延伸了约595公里，遮挡住人类想要一探究竟的视线。终于，在2005年的1月，泰坦的奇特景观千呼万唤始出来。那年，欧洲航天局的惠更斯号探测器从著名的卡西尼号分离出来，掠过泰坦的大气层，为我们拍摄了一幅让人不可思议的泰坦地表图。通过携带的绘测雷达，卡西尼号也能透过浓厚的大气层窥探到泰坦的“真容”。

十三年间，卡西尼号飞掠泰坦127次，发现泰坦的表面布满了大型湖泊，但湖泊里不是水，是液态甲烷。为了让科学家们能够看清并详细研究云层下泰坦的复杂地貌，卡西尼号几乎探测了泰坦的整个地表。泰坦是整个太阳系中与地球最相像的天体。然而，就人们目前所知，它仍然是完全不适合人类居住的。在那里，大气温度会骤降到负179摄氏度，也就是零下290华氏度，水结了冰会比岩石还要坚硬。

泰坦被一层类似大气层的迷雾包裹着，站在这颗星球上，你会感觉像是潜在水下十五米那样喘不过气来，那是因为泰坦上的大气压比地球上强60%。泰坦表面十分平坦，没有坑坑洼洼的火山口。从它的赤道，我们能观察到大片的沙丘。然而，这些高耸的沙丘并非由沙子构成。相反，它们来自于天空中的黑色碳氢化合物微粒。

在大风吹拂的堆积物中安顿下来。这种奇怪的地形也被液态甲烷和乙烷所塑造，当它们流入海洋和大型湖泊时，液态甲烷和乙烷在卫星冰冻的表面上刻出排水沟。研究表明，这个奇特的蓄水池的深度甚至可以达到525英尺160米，当土卫六的云层降下的甲烷雨浸透卫星表面时，这个蓄水池可能会被填满。土卫六甚至有可能是太阳系中唯一可以让你体验一道壮丽彩虹的其他天体，因为除地球外，没有任何已知的星球表面存在这种液体活动。

尽管目前还没有存在生命的证据，土卫六依然是一颗极为稀有的卫星。有学者认为，大量的液态甲烷和乙烷可以构成一个宜居环境，为与地球上任何生物都不同的外来生物提供家园。然而，土卫六极度寒冷，即使是地球上最耐寒的单细胞生物也会即刻冻结，因此土卫六上的任何生物都一定与地球生物完全不同，这样才能在巨大而寒冷的卫星表面生存。

虽然我们对土卫六了解较多，但它仍旧有许多奥秘等待着我们解答，这也是NASA（美国宇航局）计划在2026年发射一种特殊飞行机器人的原因，这艘被命名为“蜻蜓”的机器人飞船将通过土卫六稠密的大气层，探索卫星上包括复杂的有机沙坑、大型湖泊群甚至是罕见的撞击坑等的方方面面，这颗遥远而寒冷的复杂卫星作为太阳系中最为独特的存在之一，将给太空探索领域带来革命性的变化。希望当2034年“蜻蜓”号带着使命着陆后，我们能够再次观测到隐藏在土卫六云层下的奇迹。

相关知识

太阳系太阳及直接或间接地绕太阳运行的天体组成的引力束缚系统。在直接围绕太阳运行的天体中，最大的是八大行星，其余的是较小的天体、矮行星和太阳系小天体。在间接围绕太阳运行的天体中，有两颗天然卫星比八大行星中最小的水星还要大。

【029、花43年飞越太阳系 旅行者1号首次侦测到嗡嗡声】

2021-05-11 自由时报

美太空总署（NASA）无人探测船“航海家1号”持续向无人深空飞行，在行经太阳系边境之际，竟侦测到连续的嗡嗡声，令科学家们又惊又喜。

《CNN》报导，航海家1号于1977年9月发射，原先的设计目标是维持运作5年，没想到这一飞就是长达43年的旅程，是太空中距离地球最遥远的人造设备，且至今仍会传送资料回到地球。

航海家1号已在2012年穿越“太阳圈”（太阳所能支配或控制的太空区域），进入到星际介质之中。科学家当地时间周一在《自然·天文学》期刊发表的研究成果指出，航海家1号侦测到了电浆波频率，康乃尔大学领导的研究团队分析数据后，从中发现微弱但持续性的星际气体声响。

这些发现让研究员相信，在星际气体中有更多低程度的活动在进行，促使他们进一步探究电浆在空间中的分布情形，并帮助科学家深入理解星际介质及太阳风彼此间的作用。康乃尔研究员查特吉（Shami Chatterjee）表示，“我们过去没有机会评估，如今我们知道，不需要靠运气或偶发事件才能测量星际电浆”、“无论太阳在做什麽，航海家都会把资料送回来。”

【030、彗星（太阳系中的一类小天体）】

彗星（Comet），是指进入太阳系内亮度和形状会随日距变化而变化的绕日运动的天体，呈云雾状的独特外貌。彗星分为彗核、彗发、彗尾三部分。彗核由冰物质构成，当彗星接近恒星时，彗星物质升华，在冰核周围形成朦胧的彗发和一条稀薄物质流构成的彗尾。彗星的质量、密度很小，当远离太阳时只是一个由水、氨、甲烷等冻结的冰块和夹杂许多固体尘埃粒子的“脏雪球”。当接近太阳时，彗星在太阳辐射作用下分解成彗头和彗尾，状如扫帚。

简介

彗星（Comet），是指进入太阳系内亮度和形状会随日距变化而变化的绕日运动的天体，呈云雾状的独特外貌。彗星分为彗核、彗发、彗尾三部分。彗核由冰物质构成，当彗星接近恒星时，彗星物质升华，在冰核周围形成朦胧的彗发和一条稀薄物质流构成的彗尾。由于太阳风的压力，彗尾总是指向背离太阳的方向形成一条很长的彗尾。彗尾一般长几千万千米，最长可达几亿千米。彗星的形状像扫帚，所以俗称扫帚星。彗星的运行轨道多为抛物线或双曲线，少数为椭圆。目前人们已发现绕太阳运行的彗星有1700多颗。著名的哈雷彗星绕太阳一周的时间为76年。

2014年2月21日，日本京都产业大学的研究小组发现彗星上有氨的存在。根据最新报道称：科学家们近日在追踪“67P/楚留莫夫－格拉希门克”彗星的罗塞塔号飞行器上发现了属于该彗星的一些化学残留物。科学家使用探测器对这些化学物质进行分析后，发现其主要成份为氨、甲烷、硫化氢、氰化氢和甲醛。由此，科学家得出结论称，彗星的气味闻起来像是臭鸡蛋、马尿、酒精和苦杏仁的气味综合。

结构

彗星没有固定的体积，它在远离太阳时，体积很小；接近太阳时，彗发变得越来越大，彗尾变长，体积变得十分巨大。彗尾最长竟可达2亿多千米。彗星的质量非常小，彗核的平均密度为每立方厘米1克。彗发和彗尾的物质极为稀薄，其质量只占总质量的1%～5%，甚至更小。彗星物质主要由水、氨、甲烷、氰、氮、二氧化碳等组成，而彗核则由凝结成冰的水、二氧化碳（干冰）、氨和尘埃微粒混杂组成，是个“脏雪球”！

彗星核的表面是由凝结成冰的水加上干冰、尘埃、氨和岩石混杂而成。 

一般彗星是由彗头和彗尾两大部分组成。彗头又包括彗核和彗发两部分。后来自1920年探空火箭、人造卫星和宇宙飞船对彗星近距离的探测，又发现有的彗星在彗发的外面被一层由氢原子组成的巨云所包围，人们称为“彗云”或“氢云”。这样我们就可以说彗头实际是由彗核、彗发和彗云组成的。

彗核是彗星最中心、最本质、最主要的部分。一般认为是固体，由石块、铁、尘埃及氨、甲烷、冰块组成。彗核直径很小，有几公里至十几公里，最小的只有几百米。

彗发：是彗核周围由气体和尘埃组成星球状的雾状物。半径可达几十万公里，平均密度小于地球大气密度的十亿亿分之一。通过光谱和射电观测发现，彗发中气体的主要成份是中性分子和原子，其中有氢、羟基、氧、硫、碳、一氧化碳、氨基、氰、钠等，还发现有比较复杂的氰化氢（HCN）和甲基氰（CHCN）等化合物。这些气体以平均1～3千米/秒的速度从中心向外流出。

彗云：在彗发外由氢原子组成的云，人们又称为氢云。直径可达100万～1000万公里，但是有的彗星就没有彗云。

根据彗头的形状和组成特点，可分为“无发彗头”、球茎形彗头、锚状彗头等等。

彗尾是在彗星接近太阳大约3亿公里（2个天文单位）开始出现，逐渐由小变大变长。当彗星过近日点（即彗星走到距太阳最近的一点）后远离太阳时，彗尾又逐渐变小，直至没有。彗尾的方向一般总是背着太阳延伸的，当彗星接近太阳时，彗尾是拖在后边，当彗星离开太阳远走时，彗尾又成为前导。彗尾的体积很大，但物质却很稀薄。彗尾的长度、宽度也有很大差别，一般彗尾长在1000万至1.5亿千米之间，有的长得让人吃惊，可以横过半个天空，如1842Ⅰ彗星的彗尾长达3.2亿千米，可以从太阳伸到火星轨道。一般彗尾宽在6000～8000千米之间，最宽达2400万千米，最窄只有2000千米。

根据彗尾的形状和受太阳斥力的大小，彗尾分为二大类。一类为“离子彗尾”由离子气体组成，如一氧化碳、氢、二氧化碳、碳、氢基和其他电离的分子。这类彗尾比较直，细而长，因此又称为“气体彗尾”或Ⅰ型彗尾。另一类为“尘埃彗尾”，是由微尘组成，呈黄色，是在太阳光子的辐射压力下推斥微尘而形成。彗尾是弯曲的，弯曲较大，较宽的又称为Ⅱ型彗尾；弯曲程序最大，又短又宽的又称为Ⅲ型彗尾。此外还有一种叫“反常彗尾”，彗尾是朝向太阳系方向延伸的扇状或长钉状。一般一颗彗星有两条以上的不同类型彗尾。

轨道

彗星的轨道有椭圆、抛物线、双曲线三种。

椭圆轨道的彗星又叫周期彗星，另两种轨道的又叫非周期彗星。周期彗星又分为短周期彗星和长周期彗星。一般彗星由彗头和彗尾组成。彗头包括彗核和彗发两部分，有的还有彗云。并不是所有的彗星都有彗核、彗发、彗尾等结构。我国古代对于彗星的形态已很有研究，在长沙马王堆西汉古墓出土的帛书上就画有29幅彗星图。在晋书“天文志”上清楚地说明彗星不会发光，系因反射太阳光而为我们所见，且彗尾的方向背向太阳。彗星的体形庞大，但其质量却小得可怜，就连大彗星的质量也不到地球的万分之一。由于彗星是由冰冻着的各种杂质、尘埃组成的，在远离太阳时，它只是个云雾状的小斑点；而在靠近太阳时，因凝固体的蒸发、气化、膨胀、喷发，它就产生了彗尾。彗尾体积极大，可长达上亿千米。它形状各异，有的还不止一条，一般总向背离太阳的方向延伸，且越靠近太阳彗尾就越长。

宇宙中彗星的数量极大，但观测到的仅约有1600颗。彗星的轨道与行星的轨道很不相同，它是极扁的椭圆，有些甚至是抛物线或双曲线轨道。轨道为椭圆的彗星能定期回到太阳身边，称为周期彗星；轨道为抛物线或双曲线的彗星，终生只能接近太阳一次，而一旦离去，就会永不复返，称为非周期彗星，这类彗星或许原本就不是太阳系成员，它们只是来自太阳系之外的过客，无意中闯进了太阳系，而后又义无反顾地回到茫茫的宇宙深处。周期彗星又分为短周期（绕太阳公转周期短于200年）和长周期（绕太阳公转周期超过200年）彗星。

已经计算出600多颗彗星的轨道。彗星的轨道可能会受到行星的影响，产生变化。当彗星受行星影响而加速时，它的轨道将变扁，甚至成为抛物线或双曲线，从而使这颗彗星脱离太阳系；当彗星减速时，轨道的偏心率将变小，从而使长周期彗星变为短周期彗星，甚至从非周期彗星变成了周期彗星以致被“捕获”。

彗尾的产生

彗尾被认为是由气体和尘埃组成；4个联合的效应将它从彗星上吹出：

当气体和伴生的尘埃从彗核上蒸发时所得到的初始动量。

阳光的辐射压将尘埃推离太阳。

太阳风将带电粒子吹离太阳。

朝向太阳的万有引力吸力。

慧尾往往不止一条

这些效应的相互作用使每个彗尾看上去都不一样。当然，物质蒸发到彗发和彗尾中去，消耗了彗核的物质。有时以爆发的方式出现，比拉彗星就是那样；1846年它通过太阳时破裂成两个，1852年那次通过以后就全部消失。

起源

除了一些周期性的彗星外，不断有开放式或封闭式轨道的新彗星造访内太阳系。新彗星来自何处？这个问题就要从太阳系的形成谈起了。

太阳系的起源

太阳系的前身，是气体与尘埃所组成的一大团云气，在46亿年前，这团云气或许受到超新星爆炸震波的压缩，开始缓慢旋转与陷缩成盘状，圆盘的中心是年轻的太阳。盘面的云气颗粒相互碰撞，有相当比率的物质凝结成为行星与它们的卫星，另有部份残存的云气物质凝结成彗星。

当太阳系还很年轻时，彗星可能随处可见，这些彗星常与初形成的行星相撞，对年轻行星的成长与演化，有很深远的影响。地球上大量的水，可能是与年轻地球相撞的许多彗星之遗产，而这些水，后来更孕育了地球上各式各样的生命。

太阳系形成后的四十多亿年中，靠近太阳系中心区域的彗星，或与太阳、行星和卫星相撞，或受太阳辐射的蒸发，已消失殆尽，我们所见的彗星应来自太阳系的边缘。如假设残存在太阳系外围的彗星物质，历经数十亿年未变，则研究这些彗星，有助于了解太阳系的原始化学组成与状态。

彗星的起源

彗星的起源是个未解之谜。有人提出，在太阳系外围有一个特大彗星区，那里约有1000亿颗彗星，叫奥尔特云，由于受到其它恒星引力的影响，一部分彗星进入太阳系内部，又由于木星的影响，一部分彗星逃出太阳系，另一些被“捕获”成为短周期彗星；也有人认为彗星是在木星或其它行星附近形成的；还有人认为彗星是在太阳系的边远地区形成的；甚至有人认为彗星是太阳系外的来客。因为周期彗星一直在瓦解着，必然有某种产生新彗星以代替老彗星的方式。可能发生的一种方式是在离太阳105天文单位的半径上储藏有几十亿颗以各种可能方向绕太阳作轨道运动的彗星群。这个概念得到观测的支持，观测到非周期彗星以随机的方向沿着非常长的椭圆形轨道接近太阳。

随着时间的推移，由于过路的恒星给予的轻微引力，可以扰乱遥远彗星的轨道，直至它的近日点的距离变成小于几个天文单位。当彗星随后进入太阳系时，太阳系内的各行星的万有引力的吸力能把这个非周期彗星转变成新的周期彗星（它瓦解前将存在几千年）。另一方面，这些力可将它完全从彗星云里抛出。如果这说法正确，过去几个世纪以来一千颗左右的彗星记录只不过是巨大彗星云中很少一部分样本，这种云迄今尚未直接观察到。与个别恒星相联系的这种彗星云可能遍及我们所处的银河系内。迄今还没有找到一种方法来探测可能与太阳结成一套的大量彗星，更不用说那些与其他恒星结成一套的彗星云了。彗星云的总质量还不清楚，不只是彗星总数很难确定，即使单个彗星的质量也很不确定。估计彗星云的质量在10.13～10.3地球质量之间。

彗星的故乡

欧特云。长周期彗星可能来至欧特云（Oort cloud）而短周期彗星可能来自柯伊伯带（Kuiper Belt；凯伯带）。

欧特云理论（Oort cloud theory）：在1950年，荷兰的天文学家Jan Oort提出在距离太阳30,000AU到一光年之间的球壳状地带，有数以万亿计的彗星存在，这些彗星是太阳系形成时的残留物。有些欧特彗星偶尔受到“路过”的星体的影响，或彼此间的碰撞，离开了原来的轨道。大多数的离轨彗星，从未进入用大型望远镜可侦测的距离。只有少数彗星，以各式各样的轨道进入内太阳系。不过到目前为止，欧特云理论仅是假设，尚无直接的观测证据。

柯伊伯带（Kuiper Belt）：欧特云理论可以合理的解释，长周期彗星的来源和这些彗星与黄道面夹角的随意性。但短周彗星的轨道在太阳系行星的轨道面上，欧特云理论无法合理解答短周期彗星的起源。

1951年，美国天文学家Gerard Kuiper提议在距离太阳30～100AU之间有一柯伊伯带（或称为凯伯带），带上有许多绕行太阳的冰体，这些冰体的轨道面与行星相似，偶尔有些柯伊伯带物体受到外行星的重力扰动与牵引，而向太阳的方向运行，在越过海王星的轨道时，更进一步受海王星重力的影响，而进入内太阳系成为短周期彗星。

天文学家David Jewitt与Jane Luu自1988年起，以能侦测极昏暗物体的高灵敏度电子摄影机，寻找柯伊伯带物体。他们在1992年找到第一个这类物体（1992 QB1），1992 QB1距太阳的平均距离为43AU，而公转的周期为291年。柯伊伯带天体又常被称为是海王星外天体（List of Transneptunian Objects）。自1992年至2002年10月为止，陆续又发现了600多个柯伊伯带天体（最新的列表可参见MPC的List of Transneptunian Objects）。在现阶段，天文学家认为冥王星、冥卫一和海卫一，可能都是进入太阳系内部的柯伊伯带天体，而发现的瓜奥瓦（Quaoar），其大小约有冥王星的一半。

性质

彗星的性质还不能确切知道，因为它藏在彗发内，不能直接观察到，但我们可由彗星的光谱猜测它的一些性质。通常，这些谱线表明存在有OH、NH和NH基团的气体，这很容易解释为最普通的元素C、N和O的稳定氢化合物，即 CH，NH和HO分解的结果，这些化合物冻结的冰可能是彗核的主要成分。科学家相信各种冰和硅酸盐粒子以松散的结构散布在彗核中，有些像脏雪球那样，具有约为0.1克/立方厘米的密度。当冰受热蒸发时它们遗留下松散的岩石物质。当地球穿过彗星的轨道时，我们将观察到的这些粒子看作是流星。有理由相信彗星可能是聚集形成了太阳和行星的星云中物质的一部分。因此，人们很想设法获得一块彗星物质的样本来作分析以便对太阳系的起源知道得更多。这一计划理论上可以做到，如设法与周期彗星在空间做一次会合。这样的计划正在研究中。

观测

除了离太阳很远时以外，彗星的长长的明亮稀疏的彗尾，在过去给人们这样的印象，即认为彗星很靠近地球，甚至就在我们的大气范围之内。1577年第谷指出当从地球上不同地点观察时，彗星并没有显出方位不同：因此他正确地得出它们必定很远的结论。彗星属于太阳系小天体。每当彗星接近太阳时，它的亮度迅速地增强。对离太阳相当远的彗星的观察表明它们沿着被高度拉长的椭圆运动，而且太阳是在这椭圆的一个焦点上，与开普勒第一定律一致。彗星大部分的时间运行在离太阳很远的地方，在那里它们是看不见的。只有当它们接近太阳时才能见到。大约有40颗彗星公转周期相当短（小于100年），因此它们作为同一颗天体会相继出现。

历史上第一个被观测到相继出现的同一天体是哈雷彗星，牛顿的朋友和捐助人哈雷（1656～1742年）在1705年认识到它是周期性的。它的周期平均为76.1年。历史记录表明自从公元前240年也可能自公元前466年来，它每次通过太阳时都被观测到了。离太阳很远时彗星的亮度很低，而且它的光谱单纯是反射阳光的光谱。当彗星进入离太阳8个天文单位以内时，它的亮度开始迅速增长并且光谱急剧地变化。科学家看到若干属于已知分子的明亮谱线。发生这种变化是因为组成彗星的固体物质（彗核）突然变热到足以蒸发并以叫作彗发的气体云包围彗核。太阳的紫外光引起这种气体发光。彗发的直径通常约为10千米，但彗尾常常很长，达10千米或1天文单位。

科学家估计一般接近太阳距离只有几个天文单位的彗星将在几千年内瓦解。公元1066年，诺曼人入侵英国前夕，正逢哈雷彗星回归。当时，人们怀有复杂的心情，注视着夜空中这颗拖着长尾巴的古怪天体，认为是上帝给予的一种战争警告和预示。后来，诺曼人征服了英国，诺曼统帅的妻子把当时哈雷彗星回归的景象绣在一块挂毯上以示纪念。中国民间把彗星贬称为“扫帚星”、“灾星”。像这种把彗星的出现和人间的战争、饥荒、洪水、瘟疫等灾难联系在一起的事情，在中外历史上有很多。彗星是在扁长轨道（极少数在近圆轨道）上绕太阳运行的一种质量较小的云雾状小天体。

观测方法

彗星的目视观测是青少年业余爱好者的主要观测项目，其方法简单易做，经费少，大多数的业余观测者都能进行，而且也为部分专业观测者所运用。尽管照相观测已较普遍，但由于历史上保留有大量多颗彗星目视观测资料，因此，目视观测资料可同以前的联系起来，保持目视观测的连续性，并能很直观地反映彗星所在的状态，这对研究彗星演化有重要意义，一直受到国际彗星界的重视。

目视观测有彗星的亮度估计、彗发的大小和强度测定，以及彗尾的研究和描绘等几方面的内容。

彗星的亮度估计

彗星需要测光的有三个部分：核、彗头和彗尾。由于彗尾稀薄、反差小，呈纤维状，对它测光是十分困难的，因此彗尾测光不作为常规观测项目。通常所谓彗星测光是测量彗星头部（即总星等M1）和核（即核星等M2）的亮度。彗核常常是看不到的，或者彗头中心部分凝结度很高，彗核分辨不清等等原因，彗核的测光相对来说要困难些。另外，我们所指的彗星测光不仅是测量它的光度，记录测量时刻，而且要密切监视彗星亮度变化，记下突变时刻，所有这些资料对核性质的分析是十分有用的。估计彗星亮度的几种方法：

博勃罗尼科夫方法（B法）使用这个方法时，观测者先要选择几个邻近彗星的比较星（有一些比彗星亮，有些比彗里暗）。然后按下面步骤：（A）调节望远镜的焦距，使恒星和彗星有类似的视大小（即恒星不在望远镜的焦平面上，成焦外像，称散焦）。（B）来回调节焦距，在一对较亮和较暗恒星之间内插彗星星等（内插方法见莫里斯方法）。（C）在几对比较星之间，重复第二步。（D）取第二和第三步测量的平均值，记录到0.1星等。

西奇威克方法（S法）当彗星太暗，用散焦方法不能解决问题时，可使用此法。（A）熟记在焦平面上彗发的“平均”亮度（需要经常实践，这个“平均”亮度可能对不同观测者是不完全一样的）。（B）对一个比较星进行散焦，使其视大小同于对焦的彗星。（C）比较散焦恒星的表面亮度和记住的对焦的彗发的平均亮度。（D）重复第二和第三步，一直到一颗相配的比较星找到，或对彗发讲，一种合理的内插能进行。

莫里斯方法（M法）这个方法主要是把适中的散焦彗量直径同一个散焦的恒星相比较。它是前面两种方法的综合。（A）散焦彗星头部，使其近似有均匀的表面亮度。（B）记住第一步得到的彗星星像。（C）把彗星星像大小同在焦距外的比较星进行比较，这些比较星比起彗星更为散焦。（D）比较散焦恒星和记住的彗星星像表面亮度，估计彗星星等。（E）重复第一步至第四步，直到能估计出一个近似到0.1星等的彗星亮度。

另外，还有拜尔（Bayer）方法，由于利用这个方法很困难，以及此法对天空背景亮度非常灵敏，一般不使用它来估计彗星的亮度了。

当一个彗星的目视星等是在两比较星之间时，可用如下的内插方法。估计彗星亮度同较亮恒星亮度之差数，以两比较量的星等差的1/10级差来表示。用比较星星等之差乘上这个差数，再把这个乘积加上较亮星的星等，四舍五入，就可得到彗星的目视星等。例如，比较星A和B的星等分别是7.5和8.2，其星等差8.2－7.5=0.7。若彗星亮度在A和B之间，差数约为6×1/10，于是估计的彗星星等为：0.6×0.7+7.5=0.42+7.5=7.92，约等于7.9。

应用上面三种方法估计彗星星等时，应参考标注大量恒星星等的星图，如AAVSO星图（美国变星观测者协会专用星图）。该星图的标注极限为9.5等，作为彗星亮度的比较星图是合适的。那些明显是红色的恒星，不用作比较星。使用该星图时，应注意到星等数值是不带小数位的，如88，就是8.8等。另外，星等数值分为划线和不划线两种，划线的表示光电星等。如33，表示光电星等3.3等，在记录报告上应说明。

另外，SAO星表或其它有准确亮度标识的电子星图中的恒星也可作为估计彗星亮度的依据。细心的观测者，还可以进行“核星等”的估计。使用一架15厘米或口径再大一些的望远镜，要具有较高放大率。进行观测时，观测者的视力要十分稳定，而且在高倍放大情况下，核仍要保持恒星状才行。把彗核同在焦点上的比较星进行比较，比较星图还是用上述星图。利用几个比较星，估计的星等精确度可达到0.1等。彗星的核星等对研究彗核的自转、彗核的大小等有一定的参考价值。

彗星与生命

彗星是一种很特殊的星体，与生命的起源可能有着重要的联系。彗星中含有很多气体和挥发成分。根据光谱分析，主要是C、CN、C，另外还有OH、NH、NH、CH、Na、C、O等原子和原子团。这说明彗星中富含有机分子。许多科学家注意到了这个现象：也许，生命起源于彗星！1990年，NASA的Kevin。J。Zahule和Daid Grinspoon对白垩纪－第三纪界线附近地层的有机尘埃作了这样的解释：一颗或几颗彗星掠过地球，留下的氨基酸形成了这种有机尘埃；并由此指出，在地球形成早期，彗星也能以这种方式将有机物质像下小雨一样洒落在地球上－这就是地球上的生命之源。

命名规则

在1995年前，彗星是依照每年的发现先后顺序以英文小楷排列。如1994年发现第一颗彗星就是1994a，按此类推，经过一段时间观测，确定该彗星的轨道并修正后，就以该彗星过近日点的先后次序，以罗马数字Ⅰ、Ⅱ 等排在年之后（这编号通常是该年结束后二年才能编好）。如舒梅克·利维九号彗星的编号为1993e和1994Ⅹ。

除了编号外，彗星通常都是以发现者姓氏来命名。一颗彗星最多只能冠以三个发现者的名字，舒梅克·利维九号彗星的英文名称为Shoemaker－Levy 9。

由1995年起，国际天文联合会参考小行星的命名法则，采用以半个月为单位，按英文字母顺序排列的新彗星编号法。以英文全部字母去掉I和Z不用将剩下的24个字母的顺序，如1月份上半月为A、1月份下半月为B、按此类推至12月下半月为Y。

其后再以1、2、3……等数字序号编排同一个半月内所发现的彗星。此外为方便识别彗星的状况，于编号前加上标记：

A/ 可能为小行星

P/ 确认回归1次以上的短周期彗星，P前面再加上周期彗星总表编号（如哈雷彗星为1P/1982 U1或简称1P亦可）

C/ 长周期彗星（200年周期以上，如海尔·波普彗星为C/1995 O1）

X/ 尚未算出轨道根数的彗星

D/ 不再回归或可能已消失了的彗星（如舒梅克·利维九号彗星为D/ 1993 F2）

附 S/新发现的行星之卫星

如果彗星破碎，分裂成个以上的彗核，则在编号后加上－A、－B……以区分每个彗核。回归彗星方面，如彗星再次被观测到回归时，则在P/（或可能是D/）前加上一个由IAU小行星中心给定的序号，以避免该彗星回归时重新标记。例如哈雷彗星有以下标记：1P/1682 Q1=1P/1910 A2=1P/1982 U1=1P/Halley=哈雷彗星。

中国人发现的彗星

截至2015年4月共计14颗：

60P Tsuchinshan 2（紫金山2号彗星）/发现者：张钰哲团队

62P Tsuchinshan 1（紫金山1号彗星）/发现者：张钰哲团队

142P Ge－Wang（葛汪彗星）/发现者：葛永良、汪琦

153P Ikeya－Zhang（池谷张彗星）/发现者：张大庆

172P Yeung（杨彗星）/发现者：杨光宇

292P Li（李彗星）/发现者：李卫东

C/1977 V1 Tsuchinshan（紫金山彗星）/发现者：紫金山天文台员工

C/1997 L1 Zhu-Balam（朱巴拉姆彗星）/发现者：朱进

P/1999 E1 Li（李彗星）2 /发现者：李卫东

P/2007 S1 Zhao（赵彗星）/发现者：赵海斌

C/2007 N3 Lulin（鹿林彗星）/发现者： 叶泉志 林启生

C/2008 C1 Chen-Gao（陈-高彗星）/发现者：陈韬 高兴

P/2009 L2 Yang-Gao（杨-高彗星）/发现者：杨睿 高兴

C/2015 F5 SWAN-XINGMING（斯万-星明彗星）/发现者：孙国佑 高兴

陨石流星关系

流星和彗星没有必然联系，但大都是彗星尾迹产生的。流星是行星际空间的尘粒和固体块（流星体）闯入地球大气圈同大气摩擦燃烧产生的光迹。若它们在大气中未燃烧尽，落到地面后就称为“陨星”或“陨石”。流星体原是围绕太阳运动的，在经过地球附近时，受地球引力的作用，改变轨道，从而进入地球大气圈。许多流星从星空中某一点（辐射点）向外辐射散开，这就是流星雨。

地球会经常遭遇外来小天体。这些小天体进入地球大气层后会和地球大气剧烈摩擦并燃烧。这就是流星。如果流星还没有燃烧完就落到了地面上，那就是陨石。陨石按照其主要化学成分分为石陨石、铁陨石和石铁陨石三种。陨石给我们带来丰富的太阳系天体形成演化的信息，是受人欢迎的不速之客。每天都约有数十亿、上百亿流星体进入地球大气，它们总质量可达20吨。它们的半径和质量彼此相差很大，不能一概而论。如果撞击地球的小天体直径在10公里以上，那么其造成的破坏将和当年恐龙灭绝那次一样。

彗星各类

酒精彗星

“科学家发现酒精彗星每秒喷500桶酒”报道：科学家观测发现，“洛夫乔伊”上喷射出来的是酿酒用的乙醇，彗星活跃时，每秒钟喷出20吨饱含乙醇的液体，大约相当于500桶酒。

周期彗星

在给予周期彗星一个永久编号之前，该彗星被发现后需要再通过一次近日点，或得到曾经通过的证明，方能得到编号。例如编号“153P”的池谷·张彗星，其公转周期为360多年，因证明与1661年出现的彗星为同一颗，因而获得编号。其他未有编号的周期彗星请参阅网站。

彗星通常是以发现者来命名，但有少数则以其轨道计算者来命名，例如编号为“1P”的哈雷彗星，“2P”的恩克彗星和“27P”的克伦梅林彗星。同时彗星的轨道及公转周期会因受到木星等大型天体影响而改变，它们也有因某种原因而消失，无法再被人们找到，包括在空中解体碎裂、行星引力、物质通过彗尾耗尽等。

编号/命名 中文名称发现者/再发现者 周期（年）

1P/Halley哈雷彗星哈雷 76.01

2P/Encke恩克彗星Johann Franz Encke 3.30

3D/Biela比拉彗星Biela 6.62

4P/Faye法叶彗星Faye 7.34

5D/Brorsen布罗森彗星Brorsen 5.46

6P/d'Arrest达雷斯特彗星d'Arrest 6.51

7P/Pons-Winnecke庞斯·温尼克彗星Pons & Winnecke 6.38

8P/Tuttle塔特尔彗星塔特尔13.51

9P/Tempel 1坦普尔1号彗星坦普尔5.52

10P/Tempel 2坦普尔2号彗星坦普尔 5.38

11P/Tempel-Swift-LINEAR 坦普尔·斯威夫特·林尼尔彗星

坦普尔、斯威夫特、LINEAR小组 6.37

12P/Pons-Brooks 庞斯·布鲁克斯彗星Pons & Brooks 70.92

13P/Olbers奥伯斯彗星Olbers 69.56

14P/Wolf沃尔夫彗星Wolf 8.21

15P/Finlay芬利彗星Finlay 6.76

16P/Brooks 2布鲁克斯2号彗星Brooks 6.89

17P/Holmes霍尔姆斯彗星Holmes 7.07

18D/Perrine-Mrkos佩伦·马尔科斯彗星Perrine & Mrkos 6.72

19P/Borrelly 博雷林彗星Borrelly 6.88

20D/Westphal威斯特普哈尔彗星Westphal 61.86

21P/Giacobini-Zinner 贾科比尼-津纳彗星Giacobini & Zinner 6.62

22P/Kopff 科普夫彗星Kopff 6.46

23P/Brorsen-Metcalf 布罗森-梅特卡夫彗星布罗森 & 梅特卡夫70.54

24P/Schaumasse 肖马斯彗星Schaumasse 8.22

25D/Neujmin 2 诺伊明2号彗星Neujmin 5.43

26P/Grigg-Skjellerup 格里格-斯克杰利厄普彗星Grigg & Skjellerup 5.31

27P/Crommelin 克伦梅林彗星Crommelin 27.41

28P/Neujmin 1 诺伊明1号彗星Neujmin 18.19

29P/Schwassmann-Wachmann 1 施瓦斯曼·瓦茨曼1号彗星施瓦斯曼、瓦茨曼 14.70

30P/Reinmuth 1 莱马斯1号彗星Reinmuth 7.32

31P/Schwassmann-Wachmann 2 施瓦斯曼·瓦茨曼2号彗星施瓦斯曼、瓦茨曼 8.72

32P/Comas Sola 科马斯-索拉彗星Comas Sola 8.78

33P/Daniel丹尼尔彗星Daniel 7.06

34D/Gale盖尔彗星Gale11.17

35P/Herschel-Rigollet Herschel & Rigollet赫歇尔-里高莱特彗星155.91

36P/Whipple惠普尔彗星Whipple 8.51

37P/Forbes福布斯彗星Forbes 6.35

38P/Stephan-Oterma 史蒂芬·奥特玛彗星Stephan & Oterma 37.71

39P/Oterma 奥特玛彗星Oterma 19.5

40P/Vaisala 1 维萨拉1号彗星Vaisala 10.8

41P/Tuttle-Giacobini-Kresak 塔特尔-贾科比尼-克雷萨克彗星塔特尔 & Giacobini & Kresak 5.46

42P/Neujmin 3 诺伊明3号彗星Neujmin 10.7

43P/Wolf-Harrington 沃尔夫·哈灵顿彗星Wolf & Harrington 6.45

44P/Reinmuth 2 莱马斯2号彗星Reinmuth 6.64

45P/Honda-Mrkos-Pajdusakova 本田-马尔克斯-帕贾德萨科维彗星

本田实& Mrkos & Pajdusakova 5.27

46P/Wirtanen 沃塔南彗星Wirtanen 5.46

47P/Ashbrook-Jackson 阿什布鲁克-杰克逊彗星Ashbrook & Jackson 8.16

48P/Johnson约翰逊彗星Johnson 6.96

49P/Arend-Rigaux 阿伦-里高克斯彗星Arend & Rigaux 6.62

50P/Arend 阿伦彗星Arend 8.24

51P/Harrington 哈灵顿彗星Harrington 6.78

52P/Harrington-Abell 哈灵顿·阿贝尔彗星Harrington & Abell 7.53

53P/Van Biesbroeck 范比斯布莱特彗星Van Biesbroeck 12.5

54P/de Vico-Swift-NEAT 德威科-斯威夫特-尼特彗星de Vico & 斯威夫特& NEAT 7.31

55P/Tempel-Tuttle 坦普尔·塔特尔彗星坦普尔、塔特尔 33.22

56P/Slaughter-Burnham 斯劳特-伯纳姆彗星Slaughter & Burnham 11.59

57P/du Toit-Neujmin-Delporte 杜托伊特-诺伊明-德尔波特彗星

du Toit & Neujmin & Delporte 6.41

58P/Jackson-Neujmin 杰克森- 诺伊明彗星Jackson & Neujmin 8.27

59P/Kearns-Kwee 基恩斯-克威彗星Kearns & Kwee 9.47

60P/Tsuchinshan 2紫金山2号彗星紫金山天文台6.95

61P/Shajn-Schaldach 沙因-沙尔达奇彗星Shajn & Schaldach 7.49

62P/Tsuchinshan 1紫金山1号彗星紫金山天文台6.64

63P/Wild 1怀尔德1号彗星怀尔德 13.24

64P/Swift-Gehrels 斯威夫特·格雷尔斯彗星斯威夫特 & 格雷尔斯9.21

65P/Gunn 冈恩彗星Gunn 6.80

66P/du Toit 杜托伊特彗星 du Toit 14.7

67P/Churyumov-Gerasimenko 丘留莫夫-格拉西缅科彗星Churyumov & Gerasimenko 6.57

68P/Klemola 凯莫拉彗星Klemola 10.82

69P/Taylor泰勒彗星Taylor 6.95

70P/Kojima 小岛彗星小岛信久 7.04

71P/Clark克拉克彗星Clark 5.52

72P/Denning-Fujikawa 丹宁-藤川彗星Denning & 藤川繁久9.01

73P/Schwassmann-Wachmann 3 施瓦斯曼·瓦茨曼3号彗星施瓦斯曼、瓦茨曼 5.34

74P/Smirnova-Chernykh 斯默诺瓦-切尔尼克彗星Smirnova & 切尔尼克8.52

75D/Kohoutek科胡特克彗星Kohoutek 6.67

76P/West-Kohoutek-Ikemura 威斯特-科胡特克-池村彗星West & Kohoutek & Ikemura 6.41

77P/Longmore 隆莫彗星Longmore 6.83

78P/Gehrels 2 格雷尔斯2号彗星Gehrels 7.22

79P/du Toit-Hartley 杜托伊特-哈特雷彗星 du Toit & Hartley 5.21

80P/Peters-Hartley 彼得斯-哈特雷彗星Peters & Hartley 8.12

81P/Wild 2 怀尔德2号彗星怀尔德 6.40

82P/Gehrels 3 格雷尔斯3号彗星Gehrels 8.11

83P/Russell 1拉塞尔1号彗星拉塞尔 6.10

84P/Giclas 吉克拉斯彗星Giclas 6.95

85P/Boethin 波辛彗星利奥波辛 11.23

86P/Wild 3 怀尔德3号彗星怀尔德 6.91

87P/Bus巴斯彗星Bus 6.52

88P/Howell霍威尔彗星Howell 5.50

89P/Russell 2 拉塞尔2号彗星拉塞尔 7.42

90P/Gehrels 1 格雷尔斯1号彗星Gehrels 14.8

91P/Russell 3 拉塞尔3号彗星拉塞尔 7.67

92P/Sanguin 桑吉恩彗星Sanguin 12.4

93P/Lovas 1 洛瓦斯1号彗星Lovas 9.15

94P/Russell 4 拉塞尔4号彗星拉塞尔 6.58

95P/Chiron 奇龙彗星Kowal 50.78

96P/Machholz 1麦克霍尔兹1号彗星Machholz 5.24

97P/Metcalf-Brewington 梅特卡夫-布鲁英顿彗星Metcalf & Brewington 7.76

98P/Takamizawa 高见泽彗星高见泽今朝雄7.21

99P/Kowal 1科瓦尔彗星Kowal 15.1

100P/Hartley 1 哈特雷1号彗星哈特雷 6.29

101P/Chernykh 切尔尼克彗星切尔尼克 13.90

102P/Shoemaker 1 舒梅克1号彗星C。Shoemaker & E。Shoemaker 7.26

103P/Hartley 2 哈特雷2号彗星哈特雷 6.41

104P/Kowal 2 科瓦尔2号彗星Kowal 6.18

105P/Singer Brewster 辛格-布鲁斯特彗星Singer Brewster 6.44

106P/Schuster舒斯特彗星Schuster 7.29

107P/Wilson-Harrington 威尔逊-哈灵顿彗星Helin & Wilson & Harrington 4.30

108P/Ciffreo 西弗里奥彗星Ciffreo 7.25

109P/Swift-Tuttle 斯威夫特·塔特尔彗星斯威夫特、塔特尔 135.00

110P/Hartley 3 哈特雷3号彗星哈特雷 6.88

111P/Helin-Roman-Crockett 赫林-罗曼-克罗克特彗星Helin & Roman & Crockett 8.12

112P/Urata-Niijima 浦田·新岛彗星浦田武、新岛恒男6.65

113P/Spitaler 斯皮塔勒彗星Spitaler 7.10

114P/Wiseman-Skiff 怀斯曼-斯基夫彗星Wiseman & Skiff 6.66

115P/Maury莫里彗星Maury 8.79

116P/Wild 4 怀尔德4号彗星怀尔德 6.48

117P/Helin-Roman-Alu 1 赫琳-罗曼-阿勒1号彗星Helin & Roman & Alu 8.25

118P/Shoemaker-Levy 4 舒梅克·利维4号彗星C。Shoemaker, E。Shoemaker & Levy 6.49

119P/Parker-Hartley 帕克尔-哈特雷彗星Parker & Hartley 8.89

120P/Mueller 1米勒1号彗星Mueller 8.43

121P/Shoemaker-Holt 2 舒梅克-霍尔特2号彗星C.Shoemaker, E.Shoemaker & Holt 8.01

122P/de Vico 德威科彗星 de Vico 74.41

123P/West-Hartley 威斯特-哈特雷彗星West & Hartley 7.58

124P/Mrkos 马尔科斯彗星Mrkos 5.74

125P/Spacewatch 太空观察彗星Spacewatch 5.54

126P/IRAS艾拉斯彗星IRAS卫星 13.29

127P/Holt-Olmstead 霍尔特-奥尔斯特德彗星Holt & Olmstead 6.34

128P/Shoemaker-Holt 1 舒梅克-霍尔特1号彗星C。Shoemaker, E。Shoemaker & Holt 6.34

129P/Shoemaker-Levy 3 舒梅克·利维3号彗星C。Shoemaker, E。Shoemaker & Levy 7.24

130P/McNaught-Hughes 麦克诺特-哈根斯彗星McNaught & Hughes 6.67

131P/Mueller 2 米勒2号彗星Mueller 7.08

132P/Helin-Roman-Alu 2 赫琳-罗曼-阿勒2号彗星Helin & Roman & Alu 8.24

133P/Elst-Pizarro 厄斯特-匹兹阿罗彗星Elst & Pizarro 5.61

134P/Kowal-Vávrová科瓦尔-瓦洛瓦彗星 Kowal & Vávrová15.58

135P/Shoemaker-Levy 8 舒梅克·利维8号彗星C。Shoemaker, E。Shoemaker & Levy 7.49

136P/Mueller 3 米勒三号彗星Mueller 8.71

137P/Shoemaker-Levy 2 舒梅克·利维2号彗星C。Shoemaker, E。Shoemaker & Levy 9.37

138P/Shoemaker-Levy 7 舒梅克·利维7号彗星C。Shoemaker, E。Shoemaker & Levy 6.89

139P/Vaisala-Oterma 维萨拉-奥特马彗星Vaisala & Oterma 9.57

140P/Bowell-Skiff 鲍威尔-斯基夫彗星Bowell & Skiff 16.18

141P/Machholz 2 麦克霍尔兹2号彗星Machholz 5.23

142P/Ge-Wang 葛·汪彗星葛永良、汪琦11.17

143P/Kowal-Mrkos 科瓦尔-马尔科斯彗星Kowal & Mrkos 8.94

144P/Kushida 串田彗星串田嘉男 7.58

145P/Shoemaker-Levy 5 舒梅克·利维5号彗星C。Shoemaker, E。Shoemaker & Levy 8.69

146P/Shoemaker-LINEAR 舒梅克·林尼尔彗星C。Shoemaker, E。Shoemaker & LINEAR 7.88

147P/Kushida-Muramatsu 串田·村松彗星串田嘉男、村松修 7.44

148P/Anderson-LINEAR 安德逊·林尼尔彗星Anderson & LINEAR 7.04

149P/Mueller 4 米勒4号彗星Mueller 9.01

150P/LONEOS 罗尼斯彗星LONEOS小组 7.67

151P/Helin 赫琳彗星Helin 14.1

152P/Helin-Lawrence 赫琳-劳伦斯彗星Helin & Lawrence 9.52

153P/Ikeya-Zhang 池谷·张彗星池谷薰、张大庆367.17

154P/Brewington 布鲁英顿彗星Brewington 10.7

155P/Shoemaker 3 舒梅克3号彗星C。Shoemaker & E。Shoemaker 17.1

156P/Russell-LINEAR 罗素·林尼尔彗星罗素、LINEAR小组 6.84

157P/Tritton特里顿彗星Tritton 6.45

158P/Kowal-LINEAR 科瓦尔-林尼尔彗星Kowal、LINEAR小组 10.3

159P/LONEOS 罗尼斯彗星LONEOS小组 14.3

160P/LINEAR 林尼尔彗星LINEAR小组 7.95

161P/Hartley-IRAS 哈特雷·艾拉斯彗星哈特雷、IRAS卫星 21.5

162P/Siding Spring 塞丁泉彗星Siding Spring

163P/NEAT 尼特彗星NEAT小组

164P/Christensen 克里斯坦森彗星克里斯坦森

165P/LINEAR 林尼尔彗星LINEAR小组

166P/NEAT 尼特彗星NEAT小组

167P/CINEOS 西尼奥彗星CINEOS小组

168P/Hergenrother 赫詹若斯彗星Carl W。Hergenrother

169P/NEAT 尼特彗星NEAT小组

170P/Christensen 2 克里斯坦森2号彗星克里斯坦森

171P/Spahr 斯帕尔彗星Timophy B。Spahr

172P/Yeung 杨彗星杨光宇

173P/Mueller 5 米勒5号彗星Jean Mueller

174P/Echeclus 太空监测

175P/Hergenrother 赫詹若斯彗星Carl W。Hergenrother

176P/LINEAR 林尼尔彗星LINEAR小组

177P/Barnard 2巴纳德2号彗星巴纳德

178P/Hug-Bell 胡格·贝尔彗星胡格、贝尔

179P/Jedicke 詹迪克彗星

180P/NEAT 尼特彗星NEAT小组

181P/Shoemaker-Levy 6 舒梅克·利维6号彗星

182P/LONEOS 罗尼斯彗星LONEOS小组

183P/Korlevic-Juric科莱维克-尤里奇彗星

184P/Lovas 2 洛瓦斯2号彗星

185P/Petriew帕特雷彗星

186P/Garradd杰拉德彗星

187P/LINEAR 林尼尔彗星

188P/LINEAR-Mueller 林尼尔-米勒彗星

189P/NEAT 尼特彗星NEAT小组

190P/Mueller 米勒彗星

191P/McNaught麦克诺特彗星

192P/Shoemaker-Levy 1 舒梅克-利维1号彗星

193P/LINEAR-NEAT 林尼尔-尼特彗星

194P/LINEAR 林尼尔彗星

195P/Hill希尔彗星

196P/Tichy 迪奇彗星

197P/LINEAR 林尼尔彗星

198P/ODAS奥达斯彗星

199p/Shoemaker 舒梅克彗星

200P/Larsen拉森彗星

201P/LONEOS 罗尼斯彗星

202P/Scotti斯科特彗星

203P/Korlevic (P/1999 WJ7 = P/2008 R4) 科莱维克彗星

204P/LINEAR-NEAT (P/2001 TU80 = P/2008 R5) 林尼尔-尼特彗星

205P/Giacobini (P/1896 R2 = P/2008 R6) 贾科比尼彗星

206P/ Barnard-Boattini 巴纳德-博阿蒂尼彗星

207P/ NEAT 尼特彗星

208P/ McMillan 麦克米尔兰彗星

209P/ LINEAR 林尼尔彗星

210P/ Christensen 克里斯坦森彗星

211P/ Hill 希尔彗星

212P/NEAT 尼特彗星

213P Van Ness

214P LINEAR 林尼尔彗星

215P NEAT 尼特彗星

216P LINEAR 林尼尔彗星

217P LINEAR 林尼尔彗星

218P LINEAR 林尼尔彗星

219P LINEAR 林尼尔彗星

220P McNaught 麦克诺特彗星

221P LINEAR 林尼尔彗星

222P LINEAR 林尼尔彗星

已分裂的彗星

* 51P/ 哈灵顿彗星

* 57P/杜托伊特-诺伊明-德尔波特彗星

* 73P/ 施瓦斯曼·瓦茨曼3号彗星

* 101P/ 切尔尼克彗星

* 128P/舒梅克-霍尔特彗星

* 141P/麦克霍尔兹2号彗星

已消失的彗星

* 3D/ 比拉彗星

* 5D /布罗森彗星

* 18D/ 佩伦·马尔科斯彗星

* 20D/威斯特普哈尔彗星

* 25D/ 诺伊明2号彗星

* 34D/ 盖尔彗星

* 75D/科胡特克彗星

以下是国际天文联合会列出的1935年以来出现的明亮彗星亮度排行榜

总星等 彗星编号/命名中文名称

(-10) C/1965 S1 (Ikeya-Seki)池谷-关彗星

(-5.5) C/2006 P1 (McNaught) 麦克诺特彗星

-3.0 C/1975 V1 (West)威斯特彗星

(-3) C/1947 X1 (Southern comet) 南天彗星

-0.8 C/1995 O1 (Hale-Bopp)海尔-波普彗星

(-0.5) C/1956 R1 (Arend-Roland) 阿伦-罗兰彗星

(-0.5) C/2002 V1 (NEAT) 尼特彗星

0.0 C/1996 B2 (Hyakutake)百武彗星

0.0 C/1969 Y1 (Bennett)贝内特彗星

(0) C/1973 E1 (Kohoutek) 科胡特克彗星

(0) C/1948 V1 (Eclipse comet)

(0) C/1962 C1 (Seki-Lines) 关-林恩斯彗星

0.5 C/1998 J1 (SOHO) 索霍彗星

1．0 C/1957 P1 (Mrkos) 马尔科斯彗星

(1) C/1970 K1 (White-Ortiz-Bolelli)

1．7 C/1983 H1 (IRAS-Araki-Alcock) 艾拉斯-荒贵-阿尔科克彗星

(2) C/1941 B2 (de Kock-Paraskevopoulos)

(2.2) C/2002 T7 (LINEAR) 林尼尔彗星

2．4 1P/1982 U1 (Halley) 哈雷彗星

(2.4) 17P (Holmes) [Oct。2007] 霍尔姆斯彗星

2．5 C/2000 WM_1 (LINEAR) 林尼尔彗星

2．7 C/1964 N1 (Ikeya) 池谷彗星

2．8 C/2001 Q4 (NEAT) 尼特彗星

2．8 C/1989 W1 (Aarseth-Brewington) 阿塞斯-布鲁英顿彗星

2．8 C/1963 A1 (Ikeya) 池谷彗星

2．9 153P/2002 C1 (Ikeya-Zhang) 池谷-张彗星

3．0 C/2001 A2 (LINEAR) 林尼尔彗星

3．3 C/1936 K1 (Peltier)佩尔提尔彗星

(3.3) C/2004 F4 (Bradfield) 布雷得菲尔德彗星

3．5 C/2004 Q2 (Machholz)麦克霍尔兹彗星

3.5 C/1942 X1 (Whipple-Fedtke-Tevzadze)

3．5 C/1940 R2 (Cunningham)坎宁安彗星

3．5 C/1939 H1 (Jurlof-Achmarof-Hassel)

海尔波普彗

3．5 C/1959 Y1 (Burnham)3．5 C/1969 T1 (Tago-Sato-Kosaka) 多胡-佐藤-小坂彗星

3．5 C/1980 Y1 (Bradfield) 布雷得菲尔德彗星

(3.5) C/1961 O1 (Wilson-Hubbard) 威尔逊-哈巴德彗星

(3.5) C/1955 L1 (Mrkos) 马尔科斯彗星

3．6 C/1990 K1 (Levy) 利维彗星

3．7 C/1975 N1 (Kobayashi-Berger-Milon) 小林-博尔格尔-米伦彗星

3．9 C/1974 C1 (Bradfield) 布雷得菲尔德彗星

3．9 C/1937 N1 (Finsler)

最亮彗星列表

目视亮度近日点（AU）绝对亮度 年份名称

-18 0.006 +4.0 1680 (Kirch)

-10 0.008 +0.8 1882 九月大彗星

-10 0.008 +6.0 1965 池谷－关彗星

-8 0.177 -1.8 1577 第谷彗星

-8 0.026 +3.8 1865南天大彗星(Abbott)

-7 0.585 +0.0 66 哈雷彗星此次回归近地点只有 0.033 AU

-7 0.091 +3.4 1821 Nicollet-Pons

-7 0.006 +4.9 1843 三月大彗星

-6 0.222 +0.5 1744 歇索彗星有6-7条彗尾

-6 0.123 +3.2 1769梅西耶彗星

-6 0.005 +7.1 1880 南天大彗星(Gould)

-5 0.38 +0.5 1402

-5 0.067 +6.0 1668 (Gottignies)

-5 0.042 +6.0 1695 (Jacob)

-5 0.043 +6.8 1847 Hind

-5 0.061 +7.0 1882 Wells

-4 0.486 +2.0 1472 (Regiomontanus)

-4 0.089 +6.0 1593 (Ripensis)

-4 0.106 +4.9 1665 (Hevelius)

-4 0.005 +6.3 1887 南天大彗星(Thome)

-4 0.129 +5.0 1910 白日彗星

-3 0.169 +4.8 1582 第谷彗星

-3 0.215 +4.0 1758 (De la Nux)

-3 0.126 +6.2 1830 (Herapath)

-3 0.176 +5.2 1927斯基勒鲁普－马里斯塔尼彗星

-3 0.110 +6.0 1947 南天彗星

-3 0.135 +5.5 1948日食彗星

-3 0.142 +5.2 1973 科胡特克彗星

-3 0.197 +4.6 1976 威斯特彗星

-2 0.77 +3.5 1092

-2 0.255 +3.0 1533 (Apian)

-2 0.223 +4.0 1737 (Bradley)

-2 0.342 +4.0 1819 (Tralles)

-2 0.227 +4.2 1823 (De Breaute-Pons)

-2 0.192 +5.2 1895 Perrine

-2 0.031 +6.6 1962关－莱恩斯彗星

-1 0.825 +3.5 1264

-1 0.493 +1.2 1433

-1 0.519 +1.8 1532 (Fracastor)

-1 0.281 +4.5 1558 (Hesse-Gemma)

-1 1.026 +2.4 1664 (Hevelius)

-1 0.281 +4.4 1677 (Hevelius)

-1 0.674 +7.7 1770 梅西耶彗星近地点仅0.0015AU 历史第二

-1 0.250 +4.9 1844 (Wilmot)

-1 0.909 +6.0 1853 Schweizer 近地点仅0.089AU

-1 0.307 +4.8 1853 Klinkerfues

-1 0.822 +3.9 1861 Tebbutt

-0.7 0.914 -0.8 1997海尔波普彗星

-0.5 0.316 +5.1 1957 阿仑德-罗兰彗星

0.0 0.230 +5.5 1996 百武彗星近地点仅0.1AU

love joy彗星

21p

历史上绝对亮度最大的彗星近日点远达 4.1 AU，所以并不算亮

地球“送水工”

乌鸦座周围发生的一场“彗星风暴”

乌鸦座周围发生的一场“彗星风暴”

大约45亿年前地球形成的时候，太阳的热量把太阳系里的大部分水分赶到了星系的外围地区，这些水分至今还以冰冻的形式存在于土星环，木星的卫星欧罗巴，海王星、天王星以及数以十亿计的彗星之中。但是地球上也有足够的水分，一直以来科学家们都很好奇这些水是怎么来的 [6]  。

目前有一种主流理论认为：这些水是地球形成约5亿年之后，一连串呼啸撞向太阳的彗星带来的。上周科学家发现至少部分彗星拥有和地球上的水相同化学特性的物质，这一理论的研究取得了重大进展。

就在这一研究进展公布后不久，美国天文学家又发现了支持上述理论的另一个重要证据。这一证据来自北半球能观测到的一颗明亮恒星－乌鸦座的Eta Corvi，这颗恒星距离地球约400万亿英里远。美国约翰·霍普金斯大学的首席研究员凯里·利斯说：“在那里我们观测到一场原始彗星‘风暴’，它猛烈地撞击了离它比较近的一个星体。”

利斯和他的同事们观测到的实际上是一些宇宙尘埃的红外特征，这些尘埃与乌鸦座的距离大约3个天文单位远，也就是3个从地球到太阳的距离。斯皮策红外太空望远镜的详细观测表明，它们是巨大岩石星体发生强烈撞击而产生的。利斯说：“我们观测到了纳米钻石和非结晶体的硅，这表明与彗星相撞的天体最小体积相当于小行星谷神星，最大则是地球的几倍。”

由这一观测结果还不足以得出宇宙尘埃是由撞击产生的结论。利斯承认除了由小彗星组成的“风暴”外，他也观测到一个大体积星体的残迹。“结果我们还不能确定，现在只知道有大量物质喷射到周围。”利斯及其同事并不能观测到所有的物质，他们所观测到的是只包含冰粒和有机化合物的特殊物质，而这些物质只有粉碎的彗星才有。

除此之外，这些遥远的尘埃所具有的化学特征和2008年落入苏丹的Almahata Sitta陨星非常吻合。该陨星很可能来自海王星以外的柯伊柏带（Kuiper Belt），那里分布着数十亿颗彗星，冥王星和阋神星等矮行星也分布在那个区域，事实上它们本身就属于巨大的彗星。

汇集所有的发现，你就会得到一幅描绘太阳系诞生10亿年之后，水分甚至是形成生命的基础物质是如何出现在地球上的画面。因为乌鸦座的星系已经形成10亿年了，自然而然地就会产生这样一个问题：那里是否有可能存在生命？一开始你可能不会这样认它有利于生命形成的彗星“风暴”的证据。然而当前的答案是：没有。“我们研究了大约1000个星系，满足这个条件的就只有乌鸦座。”但他同时也强调这并不意味着其他区域没有这种证据。如果得到美国国会的批准，詹姆斯·韦伯太空望远镜最早能在2018年投入使用，那么这架更加灵敏的望远镜可以找到更多令人期待的线索。也就是说，得出“地球上的生命源于一次宇宙意外相撞事故”的结论还为时过早。

【031、彗星比我们想象的更危险】

2021年04月16日 新浪科技

错过再等6800年！延时拍摄新智彗星越过长城

看，划过天际的新智慧星~它是北半球继1997年的海尔-波普彗星后……

恐龙灭绝的真正原因是它，彗星撞地球不止你想象的那么简单！

哈雷彗星撞击月球，对地球有何影响，人类会灭绝吗？

如果出一部名为《犯罪现场调查：希克苏鲁伯陨石坑》的美剧，你猜剧情会如何发展？没错，调查恐龙灭绝的原因。毫无疑问，这里的“犯罪”现场就是墨西哥的优卡坦半岛，研究人员在那里发现了一个超级大陨石坑。但是，凶器是什么呢——小行星还是彗星？你可能会觉得这其中没有太大区别，就好比洒在路边的士力架巧克力酱和奇巧巧克力条，都是巧克力，仅有细微差别而已。但是，弄清楚到底是什么东西在希克苏鲁伯附近砸出一个大坑，为哺乳动物的繁荣发展扫清障碍，对天文学家评估地球面临的宇宙危险十分重要。

有没有可能，使恐龙灭绝的，不是小行星，而是彗星呢？有没有可能，使恐龙灭绝的，不是小行星，而是彗星呢？

如你所知，彗星来自遥远的地方，它们在内太阳系停留的时间也十分短暂。基于数十年的研究，科学家认为，彗星撞地球的可能性很小。然而，一项最新研究却表明，彗星对地球的威胁可能比我们之前认为的大很多。特别是，我们尤其需要留意长周期彗星的威胁，而短周期彗星对地球的威胁确实不大。

人们认为，长周期彗星最不可能会撞击我们的地球，因为它们极少穿过内太阳系（通常只出现一次），而且经过时的速度极快。所以，对长周期彗星而言，地球是一个极小的目标。长周期彗星被认为起源于奥尔特云。奥尔特云位于柯伊伯带外，延伸几光年（最远可达20万天文单位）一直到太阳系的边缘。大多数来自奥尔特云的物体永远不会靠近太阳，但仍有极少数会滑过我们的天空。当它们接近太阳时，它们会被加热进而携带的冰物质开始蒸发，形成明亮的慧发和慧尾。1997年，海尔-波普彗星经过内太阳系时为地球人带来了壮观景象。

1997年复活节期间，一名摄影师拍摄到的位于克罗地亚帕津上空的海尔-波普彗星1997年复活节期间，一名摄影师拍摄到的位于克罗地亚帕津上空的海尔-波普彗星

这些彗星受到太阳引力的影响十分微小。正是银河系的力量，比如分布不均匀的尘埃和气体云的综合引力，将它们推向内太阳系。但是，短周期彗星（或者说木星族彗星），则被认为起源于柯伊伯带，是经过海王星轨道时留下的结冰物质。在朝向内太阳系前进的过程中，海王星的引力会将它们向外“弹射”。等它们再次返回向着内太阳系奔去时，它们最终会朝向天王星运动，然后在土星的协助下，重复“弹射”的过程，把这些物体抛给木星。木星是除太阳之外最大的扰动源，因为木星的质量是其他行星质量总和的两倍。一旦进入木星的影响力范围，彗星留在内太阳系的时间便进入倒计时，当彗星足够接近木星时，便会被弹出太阳系。在此期间，有那么一小段时间，存在彗星撞击地球的可能，但是时间窗口很小很小，撞击率极低。

在这项发表于《科学报告》上的新研究中，哈佛大学的天体物理学家阿米尔·西拉杰和阿维·勒布为彗星的故事带来了新的涟漪。他们通过计算得出，大约有20%的掠过地球轨道的长周期彗星，它们因为太靠近太阳，而有可能被潮汐引力撕裂。这个过程会产生很长的彗星碎片链，大大地增加了彗星碎片撞击地球的几率。

彗星在十分靠近太阳时被潮汐引力撕裂，这样的情况并不罕见。科学家也知道有几组彗星十分有可能是潮汐碎片。例如，克鲁兹族彗星包含上千颗在太阳周围沿着相似轨道运动的彗星，人们认为它们都是某一颗在一千多年前分裂的大彗星的碎片。

根据对希克苏鲁伯陨石坑的研究，科学家可以推测撞击物体的直径大约为12公里。陨石坑下面发现的沉积物中包含的物质，通过与小行星有关。这并不奇怪。从天文学角度来说，大多数撞击地球的物质，来自于小行星带内部附近，小行星最密集的区域。事实上，地球陨石中，大部分的岩石在光谱上与小行星相关。

这些陨石因为太过常见而被称为“普通”球粒状陨石，或石陨石。大多数陨石反射的光，与我们用望远镜观察小行星带内部时看到的光类似。不稳定的轨道共振掠过小行星带，当某个小行星进入这些共振区域时，行星（通常是木星）会强烈地扰动小行星的轨道，逐渐拉伸该小行星的轨道直至其变得越来越椭圆状。这会将小行星从小行星带内部推离，推向行星的领域范围，而小行星带外缘的小行星往往会因为太接近木星，而被彻底弹出太阳系。大部分接近中心的小行星会撞向太阳，只有很少一部分会撞击地球。

2007年的一项研究提出，一颗来自小行星带内部、与巴普提斯蒂娜族（Baptistina family）有关的小行星或许是造成空了灭绝的元凶。根据该研究，1.6亿前，一颗更大的母小行星与其他小行星碰撞后，产生的残骸形成了巴普提斯蒂娜族小行星。接着，巴普提斯蒂娜族小行星中的一员偶然闯入木星导致的不稳定轨道共振区域，于是被弹入内太阳系，最终在6500万年前撞击地球。然而，撞击后留下的沉积物显示，撞击地球的物体与普通的球粒状陨石不太一样，反倒更像碳质球粒状陨石，这便涉及另一种类型的小行星（通常来自外小行星带）。

起先，人们认为，巴普提斯蒂娜族小行星在组成上，与碳质球粒状陨石相似。但后来的研究表明，这些小行星更接近普通球粒状陨石。而且巴普提斯蒂娜形成的时机也往后推迟了很多，大约发生在8000万年前，进而给6500万年前的撞击事件留下的时间机会大幅缩小。所以，巴普提斯蒂娜小行星撞击致使恐龙灭绝的猜想不再盛行。当然，人们并没有完全排除小行星的可能性。或许，另一个碳质小行星撞击了地球，杀死了恐龙，也不是不可能。

最近一项发表在《科学进展》上的研究便探讨了另一颗碳质小行星撞击地球的可能性。论文的共同作者乔安娜·摩根表示，直径约12公里的小行星撞击地球，导致恐龙灭绝，这一点如今“无可争议”。论文的研究人员写道，从撞击坑取回的湖底岩芯之一“完好地保存了希克苏鲁伯撞击事件后在陨石坑内留下的直接后果痕迹，使用不同的地球化学示踪物可以解开这些痕迹的谜团。借助这些示踪物，小行星撞击在最初几个月到新生代数千年内对生物圈和全球环境的影响，以及希克苏鲁伯撞击物体的命运，这些细节可以无比清晰地呈现在我们眼前。”

已有证据表明，能够导致恐龙灭绝的小行星，大约每3.5亿年撞击地球一次。如果不考虑潮汐破坏，长周期彗星撞击地球的概率极低，可能灭绝恐龙级别的彗星撞地球事件仅那么一次而已。但是，在考虑了潮汐破坏之后，西拉杰和勒布发现，这种撞击频率与小行星的撞击频率几乎在一个水平上。但是，相同的潮汐破坏过程不会提高小行星的撞击频率，因为小行星太过密集，不容易受到潮汐破坏。

西拉杰和勒布提出的彗星分解模型前提是，需要一颗直径至少为40公里到60公里的彗星，朝向内太阳系运动。这颗彗星无疑是一个庞然大物，相当于纽约市的大小——从史泰登岛最南端到布鲁克斯最北端（理想情况下，大约一小时的车程）。不过，这么庞大的彗星，我们也不是没见过，海尔-波普彗星就有这么大。但是，这么大的彗星在潮汐撕裂后，产生的碎片大小，很难推测。即便如此，西拉杰和勒布通过计算认为，碎片的直径大约在七公里左右，足够导致恐龙灭绝。

虽然新颖，但这个模型仍存在很大的不确定性。种种迹象表明，内太阳系的多数撞击事件的“肇事者”均是小行星，至少，我们看到的那些撞击坑，大多是小行星造成的。水星、火星还有月球上的陨石坑大小分布与近地小行星的大小分布吻合，说明撞击行星的物体就是这些近地小行星。（地球上也有这些大大小小的陨石坑，不过它们要么被地质活动掩盖，要么被侵蚀覆盖了而已。）

另外，彗星分解模型还要求，每一次大彗星因为过于接近太阳而被撕裂时，须产生大量碎片。模拟发现，撕裂的物体会在潮汐力的作用下，被拉成长条，重新聚集成10到20个物体。1992年，休梅克-利维9号彗星在太靠近木星时，被木星的强大引力扯裂成大约20个碎片。这些模拟过程与休梅克-利维9号彗星的自然现象吻合。值得一提的是，克鲁兹族彗星中的数千颗彗星也被认为，来自一系列的彗星分解事件，而非单个彗星的分解。相反，新模型需要产生数百至上千个碎片，才能将彗星撞击的概率提高到与小行星撞击概率相同的水平。

图中的冰冻碎片链（包含21个碎片，未全部展示）属于休梅克-利维9号彗星，长约710000公里，是地球到月球距离的三倍图中的冰冻碎片链（包含21个碎片，未全部展示）属于休梅克-利维9号彗星，长约710000公里，是地球到月球距离的三倍

接着是铱元素。全世界广泛的地质挖掘表明，撞击之后，会有一层富含铱元素的物质沉积下来。由于铱元素是“非常亲铁的”元素，所以地球上的铱元素几乎都在地核内，而在地球的其他地方，铱元素极其稀有。因此，科学家认为，这些富含铱元素的物质来自太空。灭绝恐龙的凶手必然含有丰富的铱元素，足以在地球上留下一个覆盖全球的富含铱元素的物质层。

那么，彗星的铱元素含量够吗？这取决于彗星的构成。虽然能用来检测的彗星碎片不多，但NASA的星尘号飞船从维尔特二号彗星带回的样本告诉我们，它们与碳质球粒状陨石飞船相似，而已知碳质球粒状陨石含有铱元素（尽管含量比普通球粒状陨石的少）。按道理说，彗星撞击物体的铱元素含量不会比小行星的少很多，但具体情况仍有待进一步研究。

这就使得我们一只脚踏上了无人之地。虽然巴普提斯蒂娜族小行星理论已经成为过去，但碳质小行星的数量足够丰富，仍可以成为可信的小行星撞击物体，并且也能匹配所有数据。但这并不能完全排除西拉杰和勒布提出的彗星撞击物体理论，因为潮汐破坏在（通过产生彗星碎片）提高彗星数量时，也大大增加了彗星碎片撞击行星的几率。至少，在未来计算撞击概率的时候，我们需要考虑彗星碎片的因素。

但显而易见的是，哪怕彗星撞击没有灭绝恐龙，被太阳引力撕扯成碎片的彗星，对地球的威胁，远比我们以前想象的要大。（匀琳）

【032、彗星的有机物质早于我们的太阳系】

2017-09-12 新视界

罗塞塔号(Rosetta)空间探测器在彗星“Chury”的核心中发现了大量的有机物质。现在研究人员提出了这个理论，即有机物起源于星际空间，早于太阳系诞生。

在2016年9月份结束的欧空局的Rosetta任务发现有机物质占彗星67P Churyumov-Gerasimenko（又名Chury）星核的40％（质量）。结合碳，氢，氮和氧的有机化合物是地球上生命的基石。然而，根据Jean-Loup Bertaux和Rosine Lallement的观察这些有机分子在太阳系形成之前就已在星际空间存在，Bertaux和Lallement进一步断言，很多天文学家都已经熟知了这样一种事实。

70年来，科学家们通过恒星光谱分析已经知道，在整个星际空间特定波长处存在未知的吸收带被称为弥漫星际带（DIB）。美国天体物理学家西奥多·雪认为这里可能是构成宇宙中最大的已知有机物的复杂有机分子存储层。这种星际有机物质通常以相同的比例存在。然而，在这些星云的中间，物质更密集，DIB吸收停滞甚至下降。这是因为负责DIB的有机分子聚集在一起。结块物质比在空间中自由浮动时吸收的辐射少。

这些原始星云最终形成了像我们一样的太阳系，伴随着行星和彗星。Rosetta任务告诉我们，彗星核的形成是由晶粒逐渐增大而变得平缓的。首先，小颗粒粘在一起成为更大的颗粒。这些反过来又结合成更大的块，等等，直到它们形成几公里宽的彗星核。

因此，以前存在原始星云中负责DIB的有机分子可能不会被破坏，而是并入到构成彗星核的颗粒中。而他们已经存在了46亿年。一个采样返回任务让彗星有机材料进入实验室分析，并最终揭示恒星光谱中观察到的吸收谱线下的神秘星际物质的身份。

如果彗星有机分子确实在星际空间中产生的，如果它们在地球上的生命的出现中发挥了作用，科学家相信它们也有在很多其他行星上播撒了生命种子。

【033、火卫一到海卫十三 人类有望造访的六颗卫星藏着哪些秘密】

2019-08-05 科技日报

50年前，人类首次踏足地球的卫星——月球，实现了彪炳史册的壮举。下个十年，人类将再接再厉，探索月球资源，为登上火星做准备。

美国亚利桑那大学官网近日报道称，太阳系中还存在许多我们未来也许能造访的神秘卫星，包括火卫一、土卫一、木卫一等。这些未知领域或许会给人类带来更多惊喜，并加深我们对自身的认知。

火卫一：有助研究火星起源

火星拥有两颗天然卫星——火卫一和火卫二。火卫一是太阳系最暗的天体之一，它离火星非常近，约9380公里，相比之下，月球离地球约384.5万公里。

火卫一的起源仍有争议，科学家认为，它可能是一颗被火星引力捕获的小行星。火卫一地表下存在丰富的水，这是太空探索和采矿的宝贵资源。

火卫一的重力只有地球的1%，如果有人有幸在这个直径11千米的天体上探险，就会发现其景观很像地球上的峡谷。其表面覆盖着令人吃惊的尘土，和我们的月球类似。

此外，火卫一拥有一个直径约8公里的巨大陨石坑——斯蒂克尼（Stickney）。2016年3月，美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室（LLNL）进行的计算机模拟表明，这个陨石坑是被直径约250米、速度21595千米/小时的天体以某种方式碰撞后产生的。

据日本共同社此前报道，日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）将在2024年发射火星探测器，访问火星的两颗卫星并将采集的岩样送回地球。探测器还将分析沙土和岩石成分，探索卫星成因和火星的形成过程。

此外，火星的这两颗卫星是太阳系内最原始的天体，由于自身质量较轻，没有任何地质活动，很好地保留了太阳系形成和早期演化的遗迹，因而是帮助人类了解地球和太阳系起源和演变的重要天体。

木卫一：太阳系内火山最活跃的天体

木星最内侧的卫星木卫一（Io，伊娥）恍如地狱，只适合那些最极端的、寻求刺激的探险家。

人类关于木卫一的大部分知识来自“伽利略”号探测器，它于1995年至2006年期间，对木星系统进行了详细研究。直径达3642千米的木卫一是太阳系中第四大卫星，也是木星的4颗伽利略卫星之一。由于木星引力产生的强大潮汐作用，木卫一的地质活动极端活跃，是太阳系中火山最活跃的天体。其表面星罗棋布地散落着超过400座活火山，每个火山都比地球上最活跃的火山——基拉韦厄火山更活跃。

因此，木卫一不是去旅游的地方，它有多种方式使人丧命，就如“伽利略”号任务科学家艾尔弗雷德·麦克尤恩所言，宇航员可能降落到某个火山口就被蒸发了，也可能降落到偏僻的地方受冻而死。

但严苛的环境阻挡不住科学家们探索的决心。美国国家航空航天局（NASA）计划2026年向木卫一发射“伊娥火山观测器”（IVO），2031年到达木卫一。它将收集更多数据，以便科学家更好地了解木卫一的潮汐加热和火山活动。

木卫二：冰下海洋或能孕育生命

木卫二（Europa，欧罗巴）是一个温和的世界，其表面被冰层覆盖，底层是一片海洋。科学家认为，地球海洋孕育了生命，而与地球有类似环境的木卫二，也有可能孕育生命。因此，木卫二的冰下海洋成为科学家寻找地外生命的目标之一。

哈勃太空望远镜曾发现，木卫二拥有含氧的稀薄大气层，并拍摄到木卫二上可能是由水蒸气喷发形成的羽流画面，这意味着科学家不需要钻开冰层，只需分析喷射出的羽流成分，就能对冰下的神秘深海有所了解。

为了厘清木卫二的冰下海洋内是否有生命存在，NASA设计了“欧罗巴快帆”（Europa Clipper）和“欧罗巴着陆器”（Europa Lander）两款航天器，希望揭开木卫二的秘密。

据悉，“欧罗巴快帆”最早将于2023年发射，携带9台仪器前往木星系统，围绕木卫二运行3年以上，收集关于这颗卫星的地质、组成和隐藏的内部海洋的重要信息，并评估该卫星的宜居性。在这次任务中，航天器将到达距木卫二表面仅25公里的范围。

“欧罗巴着陆器”也将紧随其后，在这个冰冻星球上着陆，然后钻入冰层。它可能会对下面看不见的水进行采样，以更好地调查生命出现于这颗卫星上的可能性。自2013年以来，这两项任务已获得20多亿美元的资助，然而仅“欧罗巴快帆”的成本就将至少达到28亿美元。

土卫二：太阳系中最亮卫星

土星已被确认的卫星有62颗，其中比较著名的是最大的土卫六（Titan，泰坦）和第六大的土卫二（Enceladus，恩克拉多斯），科学家认为那里可能存在地外生命。

早在2009年，“卡西尼”号（Cassini）探测器就发现土卫二南半球的冰层下存在海洋，并且发现含有冰粒和盐分的蒸汽从冰层裂缝喷出。

2017年，“卡西尼”号传回的数据显示，土卫二表面冰层下喷出的水气羽流中含有大量氢分子，研究人员推测，这源于土卫二的海洋与岩石内核产生的热液反应。若推测无误，土卫二的海洋可能也存在孕育生命的重要化学物质甲烷。

此外，土卫二也是太阳系中最亮的卫星。

为进一步探索土卫二表面的羽状物及其内部，NASA决定向这个系统发射另一项探测任务，该任务包括最近由NASA研发的一种新仪器——亚毫米土卫二生命原理仪（SELFI）。

SELFI首席研究员戈登·秦表示，一旦部署，SELFI将测量从土卫二南部的裂缝中周期性喷发出的水和冰的化学成分，还可以扫描并分析土卫二表面所有的羽状物。

土卫六：或拥有巨大的地下海洋

土卫六泰坦是土星最大的天然卫星。“卡西尼”在飞掠土星过程中对它的观察表明，这颗卫星是由令人着迷的山脉、连绵起伏的丘陵和高低错落的山谷组成的异域景观，还有蜿蜒的溪流和湖泊。在这样的表面下，泰坦被认为拥有巨大的液态水地下海洋。因此科学家们认为，泰坦是太阳系中可能宜居的几个天体之一。

NASA于今年6月27日宣布，如果一切按计划进行的话，“蜻蜓”号（Dragonfly）将于2026年发射，航行8年后在泰坦上着陆，之后探测器会在这5150公里宽的卫星上巡航至少2.5年，期间进行24次飞行，总航程约180公里。

这次任务的目标就是详细记录泰坦的化学成分。一些科学家认为，泰坦上的碳氢化合物海洋可能孕育着其独有的奇特生命形式。此外，由于泰坦的环境与早期地球的环境非常相似，所以此次任务的观测结果还可能有助于了解地球生命出现的化学过程。

海卫十三：远到鲜为人知

海卫十三是海王星几十个卫星当中最奇特的，也是距离海王星最远的一颗卫星。它非常遥远，以至于没有人准确知道它的表面是怎样的，它有多大，它的一天是多长时间。

根据测算，海卫十三的直径约为64千米，所以它的重力很低，但可以进行降落和行走（更确切地说是跳跃）。而且，如果手机掉在海卫十三上也不用担心摔碎，因为落到地面需要三十秒钟，足够人抓住手机。

此外，海卫十三的夜间非常寒冷。海王星的另一颗卫星海卫一（崔顿，Triton）上，温度会下降到零下235摄氏度，虽然海卫一保持着太阳系最冷天体的纪录，但海卫十三不太可能更温和。所以，前往该处的旅客们一定要带上毛毯。

向这些奇异之地发射探测器，不仅能深化我们对它们的认识，而且有助于我们弄清地球自己的大气层和地质历史。从某种意义上来说，人类对太阳系甚至地球本身的探索才刚刚开始。（记者 刘霞）

【034、假如木星突然没了，地球会发生什么？物种大灭绝或许会重来多次 】

2021-01-09

在过去的46亿年里，八大行星一直围绕太阳运转，从未停歇，它们和太阳一起构建稳定的太阳系，给地球孕育生命带来了契机。木星是八大行星之首，是太阳系质量最大的一颗气态行星，假如木星突然哪一天没了，那么地球上会发生什么？或许物种大灭绝重来多次。

太阳系八大行星分别为水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星，距离太阳最近行星是水星，平均距离为5790万公里，距离太阳最远的行星是海王星，平均距离为45亿公里，孕育生命的地球距离太阳1.5亿公里，而木星距离为7.78亿公里。

八大行星每分每秒都在围绕太阳旋转，因此行星之间距离时近时远，木星与地球最远距离达9亿多公里，最近距离6亿多公里，木星与地球的距离是如此遥远，即便木星立即消失了，按理说不会对地球带来影响，毕竟木星引力影响范围不超过5亿公里，况且中间还隔着火星。

但事实上并没有这么简单，太阳系除了8大行星和太阳外，还运行大量其他天体，有多颗矮行星，比如众所周知的冥王星和谷神星，有数以万计的小行星和小石头，从美国宇航局近地天体监测机构公布数据可以看出，几乎每天都有小行星造访地球，有时一天到来多颗。

而在太阳系中，小行星最多的地方并不是地球附近，也不是太阳附近，而是在木星与火星轨道中间的小行星带和海王星之外的柯伊伯带，柯伊伯带过于遥远，具体有多少小行星目前还是未知状态，不过小行星带中有超50万颗小行星，已被天文学家编号了12万颗。

据了解，小行星带位于黄道面上，是一个环绕太阳运行的圆环区域，介于木星轨道与火星轨道之间，与太阳距离约为3.3亿公里至5.4亿公里之间，该区域聚集了50万颗以上小行星，谷神星，灶神星都是其中的一员，小行星带包括海王星轨道以内，98%以上的小行星质量。

为什么小行星带非要运行在木星与火星轨道之间，而不是木星与土星轨道之间呢？这不难解释，之所以这么多小行星能够被凝聚在该圆环区域中，主要是受到两个大型天体引力的牵引，一种是太阳引力，另一种是木星引力。

太阳是太阳系中最大的天体，引力影响范围超过100亿公里，因此不论是八大行星，还是八大行星外的柯伊伯带，都受到太阳引力的牵引，柯伊伯带中，那么移动速度无法抗衡太阳引力的小天体，自然会缩小与太阳距离，从柯伊伯带来到八大行星的地盘。

但是引力巨大的木星阻止了小行星继续向太阳接近的脚步，将它们牵制在小行星带，只有极少数小行星挣脱木星引力跨过木星轨道，来到地球附近，给地球生命带来潜在威胁，如果木星不在了，那么超过50万颗小行星跨过火星轨道，来到地球附近。

有专家认为，如果没有了木星守护，那么大量小行星就会脱离小行星带，接近太阳，来到近地轨道，地球很快就会迎来小行星群的袭击，最后变得千疮百孔，地球是没什么可怕，但地球生命会被覆灭，物种大灭绝或许会重来多次。

大约在6,500万年前，一颗直径超过7公里的彗星撞上了地球，引发了第5次物种大灭绝，恐龙王朝顷刻颠覆。如果像第5次物种大灭绝这样的天体碰撞事件重来多次的话，相信没有一个物种能够幸存下来，包括高智慧的人类，就算人类躲到了外太空和火星，没有了地球物资补给，相信也活不长久。

在太阳系中，不仅仅是拥有生命的地球扮演着重要的角色，其实每一颗行星都很重要，尤其是八大行星之首的木星，有人说，八大行星和太阳之间的关系用“相互制衡”4个字来形容，每一颗行星位置决定了质量和公转速度，形成一个完整的恒星系。

所以，木星所起的作用是其他行星无法代替的，它可以说是地球生命的守护神，没有它，地球生命或许就不会出现，没有它，人类或许不会出现，木星突然不在的后果可能是地球生命全部覆灭。太阳系看似是一个稀松平常的恒星系，但事实上是银河系中最巧夺天空的一个星系，大家对此怎么看？

【035、金星（太阳系八大行星之一）】

金星（英语、拉丁语：Venus，天文符号：♀），在太阳系的八大行星中，是从太阳向外的第二颗行星，轨道公转周期为224.7天，没有天然的卫星。金星在中国古代称为太白、明星或大嚣，早晨出现于东方称启明，晚上出现于西方称长庚。到西汉时期，《史记·天官书》作者司马迁从实际观测发现太白为白色，与“五行”学说联系在一起，正式把它命名为金星。英文名称源自罗马神话的爱与美的女神维纳斯（Venus），古希腊人称为阿佛洛狄忒，也是希腊神话中爱与美的女神。金星的天文符号用维纳斯的梳妆镜来表示。

金星在夜空中的亮度仅次于月球，是第二亮的天体，视星等可以达到-4.7等，足以在地面照射出影子。由于金星是在地球内侧的内行星，它永远不会远离太阳运行：它的离日度最大值为47.8°。金星是一颗与地球相似的类地行星，常被称为地球的姊妹星。它有着四颗类地行星中最浓厚的大气层，其中超过96%都是二氧化碳，金星表面的大气压力是地球的92倍。其表面的平均温度高达735 K（462 °C），是太阳系中最热的行星，比最靠近太阳的水星还要热。

金星被一层高反射、不透明的硫酸云覆盖着，阻挡了来自太空中，可能抵达表面的可见光。它在过去可能拥有海洋，但是随着失控的温室效应导致温度上升而全部蒸发掉。水最有可能因为缺乏行星磁场而受到光致蜕变分解成氢和氧，而自由氢被太阳风吹散，逃逸到星际空间。2020年9月15日，科学家在金星大气层中侦测到磷化氢存在，这可能是地外生命存在的迹象。

历史文化/中国神话

金星在中国古代称为太白，早上出现于东方时又叫启明、晓星、明星，傍晚出现于西方时也叫长庚、黄昏星。由于它非常明亮，最能引起富于想象力的中国古人的幻想，有关它的传说也特别多。

在中国本土宗教——道教中，太白金星是核心成员之一，论地位仅在三清（玉清元始天尊、上清灵宝天尊、太清道德天尊）之下。最初道教的太白金星神是位穿着黄色裙子，戴着鸡冠，演奏琵琶的女神，明朝以后形象变化为一位童颜鹤发的老神仙，经常奉玉皇大帝之命监察人间善恶，被称为西方巡使。在中国古典小说中，多次出现太白金星的传奇故事，可见他的人气之旺。在脍炙人口的《西游记》中，太白金星就是个多次和孙悟空打交道的好老头。

传说李白的出生不同寻常，乃是他的母亲梦见太白金星落入怀中而生，因此取名李白，字太白。长大后的李白也确有几分“仙气”，他漫游天下，学道学剑，好酒任侠，笑傲王侯。他的诗，想象力“欲上青天揽明月”，气势如“黄河之水天上来”，无人能及。李白在当朝就享有“诗仙”的美名，后来更被人们尊为“诗中之仙”。

西方神话

Venus是爱神、美神，同时又是执掌生育与航海的女神，这是她在罗马神话中的名字；在希腊神话里，她的名字是阿弗洛狄忒。在希腊与罗马神话中，金星是爱与美的化身——维纳斯女神。维纳斯（Venus）是罗马人对她的美称，意思是“绝美的画”，阿佛洛狄忒（Aphrodite）在希腊语种的意思是“上升的泡沫”，因为传说她是在海面上起的泡沫之中诞生的。维纳斯的美貌使得众女神羡慕不已，也让无数天神为之着迷，甚至连她的父亲宙斯也曾追求过她。但宙斯的求爱遭到拒绝后，十分气恼，便把她嫁给了瘸腿的匠神伏尔甘（希腊神话称为赫菲斯塔司）。不过维纳斯后来却爱上了战神马尔斯，并为他生下了几个儿女，其中包括小爱神丘比特。

美洲神话

金星历法是一种以金星的周期活动为标准的历法规则。然而，金星历法并不是什么科幻小说的作品，而是切切实实曾在古代玛雅文明出现过的历法系统。基于某种不知道的原因，玛雅人同时采用两套历法系统，而其中一套历法系统就是基于金星的周期运转而制成。

金星虽然观测耀目，但并非总是代表着吉祥。它时而在东方高悬，时而在西方闪耀，让人捉摸不透，恐惧也就因此而生。对玛雅人和阿兹特克人来说，它既隐喻死亡，又象征复活。它是阿兹特克人的神魁扎尔科亚特尔，能使灭绝的人借着从死人王国中偷来的骨架复活，并用这位神灵赐予的血再生。古代腓尼基人。犹太人都认为它是恶魔的化身，是一颗恶星，古代墨西哥人也害怕金星，在黎明时总要关闭门窗，挡住它的光芒。他们认为，金星的光芒会带来疾病。当然这些传说都是因为古人不了解天体运动规律而臆想出来的唯心主义观念，其实金星就是金星，无关人间祸福。总之，福星也好，祸星也罢，金星永远是夜空中最亮的明星。

行星运动

公转

金星属于内行星，它的绕日公转导致不同相位

金星绕轴自转的方向与太阳系内大多数的行星是相反的。金星绕太阳公转周期为224.701天，半长径约为10850万千米。虽然所有的行星轨道都是椭圆的，但金星轨道的离心率小于0.01当金星的位置介于地球和太阳之间时，称为下合（内合），会比任何一颗行星更接近地球这时的平均距离是4100万千米，平均每584天发生一次下合。由于地球轨道和金星轨道的离心率都在减少，因此这两颗行星最接近的距离会逐渐增加。而在离心率较大的期间，金星与地球的距离可以接近至3820万千米。

自转

金星的自转周期是243天，是主要行星中自转最慢的。金星的恒星日比金星的一年还要长（243金星日相对于224.7地球日），但是金星的太阳日比恒星日为短，在金星表面的观测者每隔116.75天就会看见太阳出没一次，这意味着金星的一天比水星的一天（176地球日）短。太阳会从西边升起，然后在东边落下。金星在赤道的转速只有6.5千米/小时，而地球在赤道的转速大约是1600千米/小时。

如果从太阳的北极上空鸟瞰太阳系，所有的行星都是以反时针方向自转，但是金星是顺时针自转，金星的顺时针转是逆行的转动。当行星的自转被测量出来时，如何解释金星自转的缓慢和逆行，是科学家的一个难题。当他从太阳星云中形成时，金星的速度一定比原来更快，并且是与其他行星做同方向的自转，但计算显示在数十亿年的岁月中，作用在它浓厚的大气层上的潮汐效应会减缓它原来的转动速度，演变成当前的状况。

金星与地球平均584天的会合周期，几乎正好是5个金星的太阳日。金星逆向自转现象有可能是很久以前金星与其它小行星相撞而造成的，除了这种不寻常的逆行自转以外，金星还有一点不寻常。金星的自转周期和轨道是同步的，这么一来，当两颗行星距离最近时，金星总是以同一个面来面对地球（每5.001个金星日发生一次）。这可能是潮汐锁定（tidal locking）作用的结果--当两颗行星靠得足够近时，潮汐力就会影响金星自转。

位相变化

金星同月球一样，也具有周期性的圆缺变化（相位变化），但是由于金星距离地球太远，肉眼是无法看出来的。金星的相位变化，曾经被伽利略作为证明哥白尼的日心说的有力证据。

金星相位变化

金星凌日

2004年的金星凌日

由于水星、金星是位于地球绕日公转轨道以内的“地内行星”。因此，当金星运行到太阳和地球之间时，可以看到在太阳表面有一个小黑点慢慢穿过，这种天象称之为“金星凌日”。天文学中，往往把相隔时间最短的两次“金星凌日”现象分为一组。这种现象的出现规律通常是8年、121.5年，8年、105.5年，以此循环。据天文学家测算，这一组金星凌日的时间为2004年6月8日和2012年6月6日。这主要是由于金星围绕太阳运转13圈后，正好与围绕太阳运转8圈的地球再次互相靠近，并处于地球与太阳之间，这段时间相当于地球上的8年。公元17世纪，著名的英国天文学家哈雷曾经提出，金星凌日时，在地球上两个不同地点同时测定金星穿越太阳表面所需的时间，由此算出太阳的视差，可以得出准确的日地距离。可惜，哈雷本人活了86岁，从未遇上过“金星凌日”。在哈雷提出他的观测方法后，曾出现过4次金星凌日，每一次都受到科学家的极大重视。他们不远千里，奔赴最佳观测地点，从而取得了一些重大发现。1761年5月26日金星凌日时，俄罗斯天文学家罗蒙诺索夫，就一举发现了金星大气。19世纪，天文学家通过金星凌日搜集到大量数据，成功地测量出日地距离1.496亿千米（称为一个天文单位）。

1769年金星凌日记录的黑滴效应

人们用10倍以上倍率的望远镜即可清楚地看到金星的圆形轮廓，40～100倍率左右的望远镜观测效果最佳。虽然观测这次“金星凌日”难度不算很大，但天文专家提醒，在观看时，千万不能直接用肉眼、普通的望远镜或是照相机观测，而要戴上合适的滤光镜，同时观测时间也不能过长，以免被强烈的阳光灼伤眼睛。金星入凌和出凌时，细心的观察者可能会发现所谓的“黑滴”现象。实际上，当对着亮光将两个手指逐渐靠近，当很接近的时候，可以发现尽管手指还没有接触，就能够看到上下手指之间有阴影把它们联系了起来，像是手指间有水滴一样，这就是所谓的“黑滴”现象。在凌始内切和凌终内切时，即太阳边缘和内行星边缘互相靠得很近即将接触时，会发现有非常细的丝将两个边缘连接，这就是凌日时的黑滴现象。成因是大气层的视宁度、光的衍射以及望远镜“极限分辨率”的等多种作用造成的视轮边缘的模糊。除此之外，在入凌和出凌阶段，有时候金星视面边缘会镶上一丝极细的“晕环”或“光环”。这个“晕环”是由于金星大气层顶部反射、散射阳光形成的。使用目镜投影方式可看到它，但如果将望远镜加滤光片，则会更清楚。“晕环”大小的变化，环亮度是否均匀，是否能在太阳圆轮的背景下看到，这些都是很有意思的。

物理特性

金星与地球十分相似，被视为一对姐妹星。

金星是一颗类地行星，因为其质量与地球类似，有时也被人们叫做地球的“姐妹星”。也是太阳系中仅有的一颗没有磁场的行星。在八大行星中金星的轨道最接近圆形，偏心率最小，仅为0.006811。以地球为三角形的顶点之一，分别连结金星和太阳，就会发现这个角度非常小，即使在最大时也只有48.5°，这是因为金星的轨道处于地球轨道的内侧。因此，当看到金星的时候，不是在清晨便是在傍晚，并且分别处于天空的东侧和西侧。

内部结构

关于金星的内部结构，还没有直接的资料，从理论推算得出，金星的内部结构和地球相似，有一个半径约3100千米的铁-镍核，中间一层是主要由硅、氧、铁、镁等的化合物组成的“幔”，而外面一层是主要由硅化合物组成的很薄的“壳”。科学家推测金星的内部构造可能和地球相似，依地球的构造推测，金星地函主要成分以橄榄石及辉石为主的矽酸盐，以及一层矽酸盐为主的地壳，中心则是由铁镍合金所组成的核心。金星的平均密度为5.24g/cm3，次于地球与水星，为八大行星（冥王星已于2006年划归为矮行星，故称八大行星）中第三位的。一个直径3000千米的铁质内核，熔化的石头为地幔填充大部分的星球。就像地球，在地幔中的对流使得对表面产生了压力，但它由相对较小的许多区域减轻负荷，使得它不会像在地球，地壳在板块分界处被破坏。

地质地貌

在金星表面的大平原上有两个主要的大陆状高地。北边的高地叫伊师塔地（Ishtar Terra），拥有金星最高的麦克斯韦山脉（大约比喜马拉雅山高出两千米），它是根据詹姆斯·克拉克·麦克斯韦命名的。麦克斯韦山脉（Maxwell Montes）包围了拉克西米高原（Lakshmi Planum）。伊师塔地大约有澳大利亚那么大。南半球有更大的阿芙罗狄蒂地（Aphrodite Terra），面积与南美洲相当。这些高地之间有许多广阔的低地，包括有爱塔兰塔平原低地（Atalanta Planitia）、格纳维尔平原低地（Guinevere Planitia）以及拉卫尼亚平原低地（Lavinia Planitia）。除麦克斯韦山脉外，所有的金星地貌均以现实中或神话中女性命名。由于金星浓厚的大气让流星等天体在到达金星表面之前减速，所以金星上的陨石坑都不超过3.2千米。 

金星全球雷达图

大约90%的金星表面是由不久之前才固化的玄武岩熔岩形成，当然也有极少量的陨石坑，金星的内部可能与地球是相似的：半径约3000千米的地核和由熔岩构成的地幔组成了金星的绝大部分。来自麦哲伦（Magellan）号的最近的数据表明金星的地壳比起原来所认为的更厚也更坚固。可以据此推测金星没有像地球那样的可移动的板块构造，但是却有大量的有规律的火山喷发遍布金星表面。金星上最古老的特征仅有8亿年历史，大多数地区都很年轻（但也有数亿年的时间）。那时广泛存在的山火擦洗了早期的表面，包括几个金星早期形成的大的环形山口金星的火山在隔离的地质热点依旧活跃。

金星本身的磁场与太阳系的其它行星相比是非常弱的。这可能是因为金星的自转不够快，其地核的液态铁因切割磁感线而产生的磁场较弱造成的。这样一来，太阳风就可以毫无缓冲地撞击金星上层大气。最早的时候，人们认为金星和地球的水在量上相当，然而，太阳风攻击已经让金星上层大气水蒸气分解为氢和氧。氢原子因为质量小逃逸到了太空。金星上氘（氢的一种同位素，质量较大，逃逸得较慢）的比例似乎支持这种理论。而氧元素则与地壳中物质化合，因而在大气中没有氧气。金星表面十分干旱，所以金星上岩石要比地球上的更坚硬，从而形成了更陡峭的山脉、悬崖峭壁和其它地貌。一条从南向北穿过赤道的长达1200千米的大峡谷，是八大行星中最大的峡谷。

另外，根据探测器探测，发现金星岩浆里含有水。金星可能与地球一样有过大量的水，但都被蒸发，消散殆尽，如今变得非常干燥。地球如果再离太阳近一些的话也会有相同的命运。

来自麦哲伦飞行器映像雷达的数据表明大部分金星表面由熔岩流覆盖有几座大屏蔽火山，如Sif Mons，类似于夏威夷和火星的Olympus Mons（奥林匹斯山脉）。不过集中在几个热点。大部分地区已形成地形，比过去的数亿年要安静得多了。

金星上没有小的环形山，看起来小行星在进入金星的稠密大气层时没被烧光了。金星上的环形山都是一串串的看来是由于大的小行星在到达金星表面前，通常会在大气中碎裂开来。

火山分布

金星也是太阳系中离地球最近的行星，也被云层和厚厚的大气层所包围。同地球一样，金星的地表年龄也非常年轻，约5亿年左右。

金星上可谓火山密布，是太阳系中拥有火山数量最多的行星。已发现的大型火山和火山特征有1600多处。此外还有无数的小火山，没有人计算过它们的数量，估计总数超过10万，甚至100万。金星与地球有许多共同处。它们大小、体积接近。金星火山造型各异。除了较普遍的盾状火山，这里还有很多复杂的火山特征，和特殊的火山构造。科学家尚未发现活火山，但是由于研究数据有限，因此，尽管大部分金星火山早已熄灭，仍不排除小部分依然活跃的可能性。不过这些基本的类似中，也存在很多不同点。金星的大气成分多为二氧化碳，因此它的地表具有强烈的温室效应，其大气压大约是地球的90倍，这差不多相当于地球海面下1千米处的水压。

金星地表没有水，空气中也没有水分存在，其云层的主要成分是硫酸，而且较地球云层的高度高得多。由于大气高压，金星上的风速也相应缓慢。这就是说，金星地表既不会受到风的影响也没有雨水的冲刷。因此，金星的火山特征能够清晰地保持很长一段时间。

金星没有板块构造，没有线性的火山链，没有明显的板块消亡地带。尽管金星上峡谷纵横，但没有哪一条看起来类似地球的海沟。

玛亚特山的假色照片，垂直方向放大了22.5倍

迹象表明，金星火山的喷发形式也较为单一。凝固熔岩层显示，大部分金星火山喷发时，只是流出的熔岩流没有剧烈爆发、喷射火山灰的迹象，甚至熔岩也不似地球熔岩那般泥泞粘质。这种现象不难理解。由于大气高压爆炸性的火山喷发，熔岩中需要有巨大量的气体成分。在地球上，促使熔岩剧烈喷发的主要气体是水气，而金星上缺乏水分子。另外，地球上绝大部分粘质熔岩流和火山灰喷发都发生在板块消亡地带。因此，缺乏板块消亡带也大大减少了金星火山猛烈爆发的几率。玛亚特山，金星上最大的火山之一，比周围地区高出9000米，宽200千米，火山及火山活动金星表面为数很多。至少85%的金星表面覆盖着火山岩除了几百个大型火山外，在金星表面还零星分布着100000多座小型火山从火山中喷出的熔岩流产生了了长长的沟渠，范围大至几百千米，其中最长的一条超过7000千米。

盾状火山

金星有150多处大型盾状火山。这些盾状直径多在100千米至600千米之间，高度约有0.3～5千米。其中最大的一座直径700千米，高度5.5千米。比起地球上的盾状火山，金星火山显得更加平坦。事实上，最大的金星盾状火山其基底直径已经接近火星上的Olympus火山，但是由于高度不足体积比起Olympus要小得多。

火星盾状火山与地球上的盾状火山有相似之处。它们大都被长长的呈放射状的熔岩流所覆盖，坡度平缓。大部分火山中心有喷射孔。因此，科学家猜测这些盾状是由玄武岩构成的，类似夏威夷的火山。

金星上的盾状火山分布零散，并不像地球上的火山链。这说明金星没有活跃的板块构造。

金星约有10万个直径小于20千米的小型盾状火山。这些火山通常成串分布，被称为盾状地带。已被科学家在地图上标出的盾状地带，超过550个，多数直径在100～200千米之间。盾状地带分布广泛，主要出现于低洼平原或低地的丘陵处。科学家发现，许多盾状地带已经被更新的熔岩平原覆盖，因此他们推测，盾状地带的年龄非常古老，可能形成于火山活动初期。

大气

2018年拍摄的金星紫外照片显示了云层结构

金星的天空是橙黄色的。金星上也有雷电，曾经记录到的最大一次闪电持续了15分钟。金星的大气主要由二氧化碳组成，并含有少量的氮气。金星的大气压强非常大，为地球的92倍，相当于地球海洋中1千米深度时的压强。大量二氧化碳的存在使得温室效应在金星上大规模地进行着。如果没有这样的温室效应温度会下降400℃。在近赤道的低地，金星的表面极限温度可高达500℃。这使得金星的表面温度甚至高于水星虽然它离太阳的距离要比水星大的两倍，并且得到的阳光只有水星的四分之一（高空的光照强度为2613.9W/m2，表面为1071.1W/m2）。尽管金星的自转很慢（金星的“一天”比金星的“一年”还要长，赤道地带的旋转速度只有每小时6.5千米），但是由于热惯性和浓密大气的对流，昼夜温差并不大。大气上层的风只要4天就能绕金星一周来均匀的传递热量。

麦哲伦号雷达扫描的的金星地表假色照片

金星浓厚的云层把大部分阳光都反射回了太空，所以金星表面接受到的太阳光比较少，大部分阳光都不能直接到达金星表面。金星热辐射反射率大约是60%，可见光反射率就更大。虽然金星比地球离太阳的距离要近，它表面所得光照却比地球少。如果没有温室效应作用，金星表面温度就会和地球很接近。人们常常会想当然的认为金星的浓密云层能够吸收更多的热量，事实证明这是非常荒谬的。与此正相反，如果没有这些云层，温度会更高。大气中二氧化碳的大量存在所造成的温室效应才是吸收更多热量的真正原因。2004年金星凌日在云层顶端金星有着每小时350千米的大风，而在表面却是风平浪静，每小时不会超过数千米。然而，考虑到大气的浓密程度，就算是非常缓慢的风也会具有巨大的力量来克服前进的阻力。金星的云层主要是由二氧化硫和硫酸组成，完全覆盖整个金星表面。这让地球上的观测者难以透过这层屏障来观测金星表面。这些云层顶端的温度大约为-45℃。美国航空及太空总署给出的数据表明，金星表面的温度是464℃。云层顶端的温度是金星上最低的，而表面温度却从不低于400℃。

金星表面的温度很高，是因为金星上强烈的温室效应，温室效应是指透射阳光的密闭空间由于与外界缺乏热交换而形成的保温效应。金星上的温室效应强得令人瞠目结舌，原因在于金星的大气密度是地球大气的100倍，且大气97%以上是“保温气体”——二氧化碳；同时，金星大气中还有一层厚达20～30千米的由浓硫酸组成的浓云。二氧化碳和浓云只许太阳光通过，却不让热量透过云层散发到宇宙空间。被封闭起来的太阳辐射使金星表面变得越来越热。温室效应使金星表面温度高达465至485℃，且基本上没有地区、季节、昼夜的差别。它还造成金星上的气压很高，约为地球的90倍。浓厚的金星云层使金星上的白昼朦胧不清，天空是橙黄色的。云层顶端有强风，大约每小时350千米，但表面风速却很慢，每小时几千米不到。十分有趣的是，金星上空会像地球上空一样，出现闪电和雷暴。

金星大气成分吸收光谱

金星的大气压力为90个标准大气压（相当于地球海洋深1千米处的压力），大气大多由二氧化碳组成，也有几层由硫酸组成的厚数千米的云层。这些云层挡住了对金星表面的观察，使得它看来非常模糊。这稠密的大气也产生了温室效应，使金星表面温度高达400度，超过了740开（足以使铅条熔化）。金星表面自然比水星表面热虽然金星比水星离太阳要远两倍。

金星大气层主要为二氧化碳，占约96%，以及氮3%。在高度50至70千米的上空，悬浮着浓密的厚云，把大气分割为上下两层。云为浓硫酸液滴组成，其中还掺杂着硫粒子，所以呈现黄色。在气候良好的地球上，应该很难想像在太阳系中竟然有这样疯狂的世界。

金星接近地表大气时速较为缓慢，只有每小时数千米，但上层时速却可达数百千米，金星自转速度如此的缓慢243个地球日才转一圈，但却有如此快速转动的上层大气，仍是个令人不解的谜团。在照片中观察到金星表面的云层呈现倒V型的形状，这种云系统称为带状风系统。这种带状风的其实是太阳照射所造成的对流。

当地球或金星云层形成时，太阳贮存在空气中的能量可以在非常强大的放电中被释放出来。随着云粒子发生碰撞，电荷从大粒子转移到小粒子，大粒子下降，小粒子上升。电荷的分离导致了雷击。这对行星大气层是个很重要的过程，因为它使大气层一小部分的温度和压力提升到一个很高的值，使分子可以形成，而在标准大气的温度和压力下，这本来是不会出现的。因此，有些科学家据之推测，闪电可能有助于地球上生命的出现。

为了分析金星闪电，研究团队过去3.5个（地球）年以来，每天使用“金星快车号”收集低空数据近10分钟，借由比较两个行星电磁波生成的异同而发现，金星上的磁信号比较强，但是将磁信号转换为能量流通量后，闪电强度很类似日间的闪电似乎比夜间普遍，而在太阳光穿透入金星大气层中最强的较低纬度地区，闪电发生频率则更高。

不存在的卫星

人们曾经认为金星有一个卫星，名叫尼斯，以埃及女神塞斯（没有凡人看过她面纱下的脸）命名。它的首次发现是由意大利出生的法国天文学家乔凡尼·多美尼科·卡西尼在1672年完成的。天文学家对尼斯的零星观察一直持续到1982年，但是这些观察之后受到了怀疑（实际上是其它昏暗的星体在巧合的时间出现于恰好的位置上）所以认为金星没有卫星。

虽然小行星2002 VE68维持着与它相似的轨道，但金星还没有天然的卫星。依据加州理工学院的Alex Alemi和David Stevenson两人对早期太阳系研究所建立的模型显示，在数十亿年前经由巨大的撞击事件，金星曾至少有过一颗卫星。依据Alemi和Stevenson的说法，大约过了一千万年后，另一次的撞击改变了这颗行星的转向使得金星的卫星逐渐受到螺旋向内，直到与金星碰撞并合而为一。如果后续的碰撞创造出卫星，它们也会被相同的方法吸收掉。Alemi和Stevenson的研究，科学界是否会接纳，也依然是情况未明。

观测与探测/地面观测

金星是一颗内层行星，从地球用望远镜观察它的话，会发现它有位相变化。伽利略对此现象的观察是赞成哥白尼的有关太阳系的太阳中心说的重要证据。在太空探测器探测金星以前，有的天文学家认为金星的化学和物理状况和地球类似，在金星上发现生命的可能性比火星还大。20世纪50年代后期，天文学家用射电望远镜第一次观测了金星的表面。

金星的轨道比水星的要大。当进行处于西方（在太阳之右）或东方（在太阳之左）的最大距角时，看起来它距太阳比水星距太阳远一倍。金星是天空中最亮的天体之一，观察它的最佳时间可能是当太阳恰好位于地平线以下的时候。必须注意，千万不能用眼睛直接看太阳。太阳落山金星随后落下，此时它位于太阳之左；太阳升起前金星首先升起，此时它位于太阳之右。很容易分辨出金星，它明亮而略呈黄色。当金星呈大“新月”形时，用双筒望远镜观测它是最合适的。此时金星位于最大距角点与下合点之间在下合点时金星位于地球与太阳之间，便看不到它了，注意调好望远镜的焦距使之能观察遥远的物体。

探测简史

人类对太阳系行星的空间探测首先是从金星开始的，前苏联和美国从20世纪60年代起，就对揭开金星的秘密倾注了极大的热情和探测竞争。迄今为止，发往金星或路过金星的各种探测器已经超过40个，获得了大量的有关金星的科学资料。

金星号

前苏联于1961年1月24日发射巨人号金星探测器，在空间启动时因运载火箭故障而坠毁。1961年2月12日试验发射金星1号，这个成功飞往金星的探测器重643千克，在1965年11月12日和5日发射“金星2号和金星3号均告失败，金星3号重达963千克，当它在金星上硬着陆后，一切通信遥测信号全部中断，估计是仪器设备摔毁了。尽管如此，前苏联科学家认为还是有收获的，因为取得可直接“命中”金星的首战告捷。

1967年1月12日，成功发射了金星4号探测器，同年10月抵达金星，向金星释放了一个登陆舱，在它穿过大气层的94分钟时间里，测量了大气温度、压力和化学组成。1969年发射了金星5号和金星6号，再次闯入金星大气探测，探测器最后降落在金星表面上，由于硬着陆仪器设备损坏，因此不能探测金星表面情况。1970年8月17日金星7号探测器成功发射，它穿过金星浓云密雾，冒着高温炽热，首次实现金星表面的软着陆。“金星7号”测得金星表面大气压力强至少为地球的90倍，温度高达470℃。

前苏联金星9号着陆器拍摄的金星表面180度拼合照片

前苏联金星9号着陆器拍摄的金星表面180度拼合照片

1978年9月9日和9月14日，前苏联又发射了金星11号和12号，两者均在金星成功实现软着陆，分别工作了110分钟。特别是金星12号在12月21日向金星下降的过程中，探测到金星上空闪电频繁、雷声隆隆，仅在距离金星表面11千米下降到5千米的这段时间就记录到1000次闪电，有一次闪电竟然持续了15分钟。

1981年10月30日和11月4日先后上天的“金星13号”和“金星14号”，其着陆舱携带的自动钻探装置深入到金星地表，采集了岩石标本。研究表明，金星上的地质构造仍然很活跃，金星的岩浆里含有水分。从二者发回的照片知道，金星的天空是橙黄色，地表的物体也是橙黄色的。金星13号着陆区的温度是457℃，金星14号的着陆地点比较平坦，是一片棕红色的高原，地面覆盖着褐色的沙砾，岩石层比较坚硬，各层轮廓分明。金星13号下降着陆区的气压是89个大气压；金星14号下降着陆区为94个大气压，这样大的压力相当于地球海洋900米深处所具有的压力。在距离地面30千米到45千米的地方有一层像雾一样的硫酸气体，这种硫酸雾厚度大约25千米，具有很强的腐蚀性。探测表明，金星赤道带有从东到西的急流，最大风速达每秒110米。金星大气有97%是二氧化碳，还有少量的氮、氩及一氧化碳和水蒸气。主要由二氧化碳组成的金星大气，好似温室的保护罩一样，它只让太阳光的热量进来，不让其热量跑出去，因此形成金星表面的高温和高压环境。

1983年6月2日和6月7日，金星15号和金星16号相继发射成功，二者分别于10月10日和14日到达金星附近，成为其人造卫星，它们每24小时环绕金星一周，探测了金星表面以及大气层的情况。探测器上的雷达高度计在围绕金星的轨道上对金星表面进行扫描观测，雷达的表面分辨率达1～2千米，可看清金星表面的地形结构，成功绘制了北纬30度以北约25%金星表面地形图。1984年12月前苏联发射了金星-哈雷探测器，1985年6月9日和13日于金星相会，向金星释放了浮升探测器——充氦气球和登陆舱，它们携带的电视摄像机对金星云层进行了探测，发现金星大气层顶有与自转同向的大气环流，速度高达320千米/小时，登陆设备还钻探和分析了金星土壤。金星-哈雷探测器在完成任务后利用金星引力变轨，飞向哈雷彗星。综观前苏联金星探测的特点在于，主要是投放降落装置考察，以特殊的工艺战胜金星上高温高压，取得了金星表面宝贵的第一手资料。

水手号

20世纪60年代初，美国宇航局根据肯尼迪总统提出的登月计划，全力开展探月活动；但又看到前苏联对金星的探测活动，格外着急。美国当局立即决定分兵两路，在实施登月的同时，拿出一部分力量来探测金星。美国于1961年7月22日发射“水手1号”金星探测器，升空不久因偏离航向，只好自行引爆。1962年8月27日发射“水手2号”金星探测器，飞行2.8亿千米后，于同年12月14日从距离金星3500千米处飞过时，首次测量了金星大气温度，拍摄了金星全景照片，但由于设计上的缺陷，在探测过程中，光学跟踪仪、太阳能电池板、蓄电池组和遥控系统都先后出了故障，未能圆满执行计划。1967年6月14日发射“水手5号”金星探测器，同年10月19日从距离金星3970千米处通过，作了大气测量。1973年11月3日发射“水手10号”水星探测器，1974年2月5日路过金星，从距离金星5760千米处通过，对金星大气作了电视摄影，发回上千张金星照片。

1978年起，美国把行星探测活动的重点转移到金星。1978年5月20日和8月8日，分别发射了“先驱者-金星1号和2号”其中1号在同年12月4日顺利到达金星轨道，并成为其人造卫星，对金星大气进行了244天的观测，考察了金星的云层、大气和电离层，研究了金星表面的磁场，探测了金星大气和太阳风之间的相互作用；还使用船载雷达测绘了金星表面地形图。1988年1月两位美国地质学家报告说，金星表面的阿芙洛狄忒高原地区具有与地球上洋脊十分相似的特征，他们分析了美国“先驱者-金星1号”宇宙飞船环绕金星时用雷达信号测量金星表面的结果，发现金星阿芙洛狄忒高原的岩层断裂模式与地球上洋中脊附近的情况很相似，其主脊两侧的特征近似呈镜像对称，这也正是洋中脊的重要特征。那里的高山、峡谷以及断层诸方面的分布特征表明金星的地壳在扩张，其每年几厘米的扩张速度与地球的海（洋）底扩张相仿。

“先驱者-金星2号”带有4个着陆舱一起进入金星大气层，其中一个着陆舱着陆后连续工作了67分钟，发回了一些图片和数据。在金星的云层中不同层次具有明显的物理和化学特征，金星上降雨时，落下的是硫酸而不是水，探测还表明，金星上有极其频繁的闪电；金星地形和地球相类似，也有山脉一样的地势和辽阔的平原；存在着火山和一个巨大的峡谷，其深约6千米、宽200多千米、长达1000千米；金星表面有一个巨大的直径达120千米的凹坑，其四周陡峭，深达3千米。

麦哲伦号

为了在探测金星方面取得更大的成就，美国宇航局决定要利用其在雷达探测技术方面的先进设备，透过金星浓密的云层，详细勘察金星的全貌和地质构造。1989年5月4日，亚特兰蒂斯号航天飞机将麦哲伦号金星探测器带上太空，并于第二天把它送入金星的航程。麦哲伦号金星探测器重量达3365千克，造价达4.13亿美元。后来的事实说明，“麦哲伦”号是迄今最先进最为成功的金星探测器。“麦哲伦”号装有一套先进的电视摄像雷达系统，可透过厚厚的云层测绘出金星表面上小如足球场的物体图像，其清晰度胜过迄今所获金星图像的10倍。它装载的高分辨率综合孔径雷达，其发射、接收天线与著名的“旅行者”号探测器定向天线相似，也是3.65米直径的抛物面形天线，但其性能比前者提高了许多，它在金星赤道附近250千米高空时，分辨率也可达到270米。“麦哲伦”的中心任务是对金星作地质学和地球物理学探测研究，通过先进的雷达探测技术，研究金星是否具有与河床和海洋构造，因前苏联有科学家推测，大约40亿年前金星上有过汪洋大海。

麦哲伦号经过15个月的航行，于1990年8月10日点燃反向制动火箭，使其速度由每小时3.96万千米减至2.79万千米，进入围绕金星的轨道。“麦哲伦”探测器运行中沿金星子午线绕一圈约需要189分钟，扫描宽度为20～25千米；从北极区域到南纬60度计划进行37分钟的观测，行程约1.5万千米。8月16日“麦哲伦”发回第一批进行照片。

麦哲伦号拍摄到金星上一个40千米×80千米大的熔岩平原，雷达的测绘图像非常清晰，可以清楚地辨认出火山熔岩流、火山口、高山、活火山、地壳断层、峡谷和岩石坑。金星火山数以千计，火山周围常有因陨石撞击而形成的沉积物，像白色花朵。麦哲伦号发现金星上的尘土细微而轻盈，较易于被吹动，探测表明金星表面确实是有风的，很可能像“季风”那样，时刮时停，有时还会发生大风暴。金星表面温度高达280℃～540℃。它没有天然卫星，没有水滴，其磁场强度也很小，大气主要以二氧化碳为主，一句话，它不适宜生命存活。它的表面70%左右是极为古老的玄武岩平原，20%是低洼地，高原大约占了金星表面的10%，金星上最高的山是麦克斯韦火山，高达12000米。在金星赤道附近面积达2.5万平方千米的平原上，有3个直径为37～48千米的火山口。金星上环绕山极不规则，总共约有900个，而且痕迹都非常年轻。

“麦哲伦”拍摄了金星绝大部分地区的雷达图像，它的许多图像与前苏联“金星15号”和“金星16号”探测器所摄雷达照片经常可以重合拼接起来，使判读专家得以相互印证，从而使得人们对金星有进一步的了解。“麦哲伦”号从1990年8月10日至1994年12月12日一直围绕金星进行探测，最后在金星大气中焚毁。1990年2月飞往木星的“伽利略”号探测器途径金星，成功地拍摄金星的紫外。红外波段的图像，照片上显示金星大气顶部的硫酸云雾透过紫外光非常突出。虽说金星空间探测硕果累累，但仍然有许多待解之谜。据报道，2001年日本文部科学省宇宙科学研究所制定出一个金星探测计划，准备在2007年用M5火箭发射金星探测器，预计它在2009年进入围绕金星的大椭圆轨道，其近地点约300千米，远地点约60000千米；它通过携带的5台可穿透金星大气的特殊红外摄像机、紫外摄像机探测金星大气和地质构造。未来的金星探测需要长寿命的登陆舱、专门的下降探测装置、遥控探测气球以及监视金星大气的轨道器等。

晓号

日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）在2010年5月发射的金星探测器晓号，原定在2010年12月7日进入金星轨道，但晓号开始进行引擎反向喷射、准备减缓速度进入金星轨道时，通讯设备却发生故障，与地面指挥中心短暂失联，以至于引擎停摆，与金星擦身而过。晓号必须等到2016年后才能再度接近金星轨道，运作小组表示，届时晓号若仍完好无损，将再次挑战进入金星轨道。

存在生命的迹象

2020年9月14日，《自然天文学》杂志上的发表一项研究，夏威夷和智利的两台望远镜在金星厚厚的云层中发现了可能的生命迹象——磷化氢的化学特征，这是地球上的一种只与生命有关的有毒气体。在金星大气层的新发现表明，在这颗温室行星满载硫酸的云层中，可能正生活着微生物。该研究的作者和一些外部专家表示，这远不能作为第一个在其他星球上存在生命的铁证。相对地，他们称它为“一种对（生命存在的）可能性的暗示”——虽然他们都同意这一发现并不满足已故的卡尔·萨根所提出的，“特殊结论需要显著证据支撑”的严格要求，但是他们无论在化学还是地质学上，都无法找到一个更好的解释。

【036、金星曾是地球「雙胞胎」 今成死亡星球疑是木星害的】

2020/10/03 即時新聞

探索外星生命一直是天文學的重要項目之一，一項新研究指出，地球的鄰居「金星」在數十億年前有著跟地球類似的環境，甚至可以說是地球的「雙胞胎」，後來卻在木星的影響下改變了軌道運行，自此轉變為與地球天差地遠的不毛之地。

《CNN》報導，美國加州大學河濱分校的研究員在《行星與空間科學》期刊發表研究成果，木星是太陽系最大行星，在形成的初期逐漸遠離太陽，其強大的重力劇烈地改變了金星的生態環境，地表溫度達攝氏471度，比最接近太陽的水星還要熱。加大河濱分校天文學和行星天體物理學者凱恩（Stephen Kane）在聲明中寫道，「木星的遷移讓金星經歷了一段劇烈氣候變化，水資源不斷消逝在大氣中。」

凱恩提到，金星今日的運行軌道呈現近乎完美的圓形，研究員便創造了一個太陽系模型，來了解每個行星的軌道是如何影響彼此，並用0到1來評估，數字越接近0的話代表軌道越圓，若是1的話，不但代表軌道不成圓形，甚至還會直接衝出軌道，無法繞行恆星。

木星的質量是所有太陽系行星總合的2.5倍，有能力影響周邊行星的軌道。研究員發現，當木星在數十億年前較為靠近太陽時，金星的軌道數值為0.3，意味著有高度的可能是一顆宜居星球；然而，木星開始遷移後把金星推向太陽，導致金星的軌道數值變為0.006，是所有行星中最圓的軌道。

去年一項研究指出，金星在數十億年前可能有著穩定的氣溫及水資源，但在經歷巨大的變化後，如今已成為一顆相當致命的星球，有毒氣體濃度是地球的90倍。

【037、金星登陆史】

金星是太阳系中大小和质量最接近地球的行星，也是地球最近的行星邻居。但是它的面貌与地球截然不同，其上硫酸云遍布且温度和气压甚高，因此登陆其上的探测器要面临严峻的考验。

登陆金星的任务主要是由前苏联的金星（包括顺路探访哈雷彗星的维加1号和2号）系列探测器实现的。金星计划始于1961年，最早一批探测器包括于1961年飞掠金星的金星1号，还有因发射失败并未正式被赋予金星序列号的1VA原型机、金星2MV-1、2MV-2等，它们都没能离开地球轨道，其中有相当一部分原因是运载火箭第四级在轨道上屡次爆炸。而金星1号也不能算是成功：它在抵达金星之前失去了与地球的联系。

由于爆炸事件频出，科罗廖夫在1963年重新设计了SL-6运载火箭，并在1964年重新开始了尝试。但是最开始的金星3MV-1与宇宙27号也没有好到哪里去，其中一架没能到达地球停泊轨道，另一架也是毁于运载火箭故障。1965年前苏联4度尝试飞往金星，11月12日发射的金星2号算是小有所成，不过在飞掠金星之后不久准备拍照的时候也丢掉了通信信号；11月16日发射的金星3号也是遭遇了通信中断，所以没能传回任何数据。11月底的另两次发射都以探测金星大气并降落在星球表面为最终目标，但是都没能成功。顺带一提，金星3号的真实身份扑朔迷离，根据塔斯社的报道，它的结构与金星2号相同，只是将照相模块用着陆器替换。一般认为它第一次尝试进入了金星大气，一度人们还认为金星3号是第一架在其他行星上登陆的航天器，但是由于通信中断发生在着陆器与母探测器的分离之前，它究竟是否完成了分离过程都是个问题，登陆一事更要打问号了。又有前苏联科学院院士Leonid Sedov宣称，金星3号的配备与2号一致，它的任务是拍摄金星2号视野不可及的另一个半球。不过现在关于金星3号的资料少得可怜，连照片都找不到一张，其中孰是孰非已无从考证，通常还是以塔斯社的官方说法为准。

接下来登场的是1967年6月发射、同年10月中旬抵达金星的金星4号，它可以算是前苏联第一架成功的深空探测器。吸取金星2号和3号因过度受热导致通信中断的教训，金星4号装备了新式的热量控制系统。由于当时人们并不清楚金星地表的状况，它携带有可以漂浮在液体上的着陆器，着陆器还备有绝热罩和双重降落伞系统，保证可以进行软着陆。金星4号在10月18日以每秒10.7千米的速度进入金星大气，最后借助降落伞减速到了每秒3米。

起先前苏联宣称，金星4号成功抵达了金星表面，测得气压为20巴，温度为270摄氏度，且周围的大气成分以二氧化碳为主，与先前的光谱分析差异甚大。但是美国的水手5号探测器紧随金星4号之后飞掠金星，它的测量结果表明，金星的表面温度至少达到了430摄氏度，气压可能高达75巴以上，与金星4号的结果有所出入。后来的分析表明，金星4号着陆器最终因电力耗尽与地球失去联系的时候高度计也发生了故障，所以当时的高度存疑，根据水手5号的测量数据，它失去联系时高度可能是在27千米左右。考虑那时探测器的设计者对金星表面的高温高压一无所知，这样的结果也不算坏。在登陆之外，金星4号的母探测器还率先测量了金星的磁场，发现它比行星际磁场强不了多少。

稍后在1969年1月发射、5月抵达的金星5号和6号算是金星4号的升级版。但由于1967年和1969年两个发射窗之间没有足够的时间，两架新探测器只是稍作改进。金星4号的测量结果表明了高温高压大气的存在，金星5号和6号就略略提升了抗压标准，从金星4号的20巴提高到了27巴，同时为了减少暴露在高温大气中的时间，保证在着陆器被摧毁的时候还可以有剩余电力留存，这两架探测器的降落伞面积也有所缩小。两架着陆器坚持到了气压27巴、温度320摄氏度的地方，其上测量大气组分的仪器证实了金星4号的发现。金星6号最后失去信号的时候与地面的距离只有11千米，距离最终登陆已经很近了。

接下来的发射窗是在19个月之后的1970年夏季，前苏联的研究者在此期间对金星号的结构进行了大幅度改动，以满足水手5号测得的严苛环境的要求。那年8月发射、12月抵达的金星7号第一次成功实现了在登陆其他行星的同时保持通信。为了挺过金星大气中的高温，金星7号的着陆器先与母探测器一道下降，借助母探测器充分致冷，然后借助大气的抖振解锁。着陆器的降落伞起初如期打开，但在半途似乎发生了故障，着陆器是加速撞到金星表面上的。最开始人们猜测所有的仪器都毁于撞击，但后来发现实际上硬着陆后其上部分仪器还是工作了23分钟，只是撞击过程中高增益天线偏离地球，无法传回清晰的信号而已。

金星7号最终证实，金星大气的97%都是二氧化碳，而且第一次测量了表面温度——475摄氏度，与水手5号的结果吻合。不过着陆期间遥测装置被毁，地表气压是根据降落过程中的测量数据推算而得的，约合90巴。这架探测器的成果证实多于发现，但是着陆本身已经是里程碑式的成就了。

在1972年发射窗升空并抵达金星的金星8号同样是着陆器，进入大气层的方式也类似于金星7号。金星8号在金星昼半球距离昼夜分界线不到500千米的地方成功软着陆，并在此后又坚持了50分钟11秒。在测量大气组分、温度和压强并证实了金星7号的结果之外，金星8号还携带有光度计，下降过程中发现金星上在亮度在地表高度35至30千米的范围内骤减，说明云层中止于此，其下空气相对清澈，亮度与地球上的阴天相当，可以进行拍摄。探测器还发现，金星大气屏蔽了绝大多数高能宇宙线，而着陆点的地表岩石可能由火山岩组成，暗示金星过往温度更高，内部物质已经像地球一样分层。

金星8号顺利完成任务标志着金星计划告一段落。在1973年的发射窗期间，前苏联并没有向金星发射任何东西，而是集中精力开发全新的探测器。在1975年发射窗期间亮相的金星9号和10号与前辈相比就称得上是脱胎换骨了。它们要大得多也重得多，母探测器在释放着陆器之后还要继续在大偏心率轨道上环绕金星运行，一边充当着陆器的通信中继站，一边进行自己的测量。

金星9号和10号的轨道器携带有高增益天线、从紫外到红外的全套照相机和光谱仪，外加偏振计、磁力计、测绘雷达和低能质子探测器，金星10号又额外配备了半导体计数器、气体放电计数器、切伦科夫探测器以及低能电子探测器。着陆器携带有温度和压力传感器、加速度计、红外和可见光光度计、质谱仪、全景照相机、风速计、能见度计、伽玛射线光谱仪以及光密度等，为了保证工作时间足够长，还配备了循环液冷系统，进入大气层之前又预先经过了致冷；球形防护罩、盘状阻尼减速系统以及金属减震垫在着陆期间提供了额外的防护。

金星9号的着陆器在贝塔地区的Aikhulu深谷侧壁着陆，着陆点附近存在覆盖着砾石的陡坡；金星10号在距离金星9号2200余千米的地方着陆，发现地表分布着饼状的火山岩，之间散布着风化岩石，但缺乏细碎的沙尘。二者都在金星表面坚持了1小时左右，测量了金星的云层厚度（30至40千米，可分为3层）、云层高度、大气的痕量化学组分（如溴、碘、氢氟酸、盐酸等）、地表温度、亮度、风速（每秒几米）以及岩石组分（以慢冷却玄武岩为主）等。在下降过程中，金星9号和10号还都发现了无线电信号，据信是由闪电产生的。它们还率先拍摄了金星地表的黑白照片，为了防止金星表面亮度不足无法拍照，着陆器自备泛光灯，不过实际拍摄过程虽然用到了光照，但是这并非必需。美中不足的是，由于两架着陆器都发生了镜头盖未能打开的故障，原计划的360度全景拍摄没能实现。与着陆器相比，金星9号和10号的轨道器亮点不多，值得一提的是它们证实了金星夜半球存在辉光，其成因应该与高层大气中的氧分子有关。

在1978年发射的金星11号和12号由于轨道构型不理想，母探测器被迫减重，只能进行金星飞掠，在完成数据中继任务之后即开展额外的行星际研究，因此其载荷也进行了大换血，可见光照相机和光谱仪被换成了极紫外光谱仪、等离子谱仪、各种计数器以及质子望远镜，以监测行星际磁场和太阳风；又携带了前苏联约飞研究所提供的Konus以及法国提供的SNEG两种伽玛暴探测器，在飞掠金星之后共获取了143个伽玛暴的光变曲线并为之编目。两架探测器的着陆器配置与前任基本相同，只是照相机换成了彩色的，又额外增加了土壤分析仪、低频无线电传感器以及太阳能电池等。金星11号和12号的着陆器在金星表面都坚持了将近100分钟，不过由于设计问题，其上的彩色照相机与土壤分析仪都没能正常工作，所以它们没有采集任何的照片，原定的土壤研究也没有进行（根据NASA的说法，有人认为虽然金星11号和12号的照相机出了问题，但还是传回了少量数据，具体细节未见其详）。

除了证实前任探测器的发现，金星11号和12号还测定了云团中的酸滴成分，发现了闪电的证据，在低空发现了一氧化碳，还发现氩36与氩40的比例较地球更高（接近1，地球大气中氩40含量更高）。氩36据信起源于形成太阳系的太阳星云，而氩40是星球内部钾40衰变的结果，因此它们的含量比可以为大气的来源提供线索。金星上较高的氩36含量说明，它的大气成分更为古老，不过行星自身的火山或地质活动也发挥了很大的作用。

在金星9号/10号与金星11号/12号之间，美国的先驱者—金星2号探测器也向金星大气释放了一大三小4架子探测器，大型探测器用于测量大气组分、光照、红外辐射以及颗粒性质，小型探测器用于构建金星风力以及大气传播的模型。不过这4架子探测器的设计目标只是穿过大气，没有考虑对地表进行拍照或者从事岩石土壤分析，分别在北半球高纬度区域、夜半球以及昼半球释放的3架小探测器甚至没有携带降落伞。最后昼半球小探测器在撞击地表之后仍旧传回了信号，持续时间超过1小时。

1981年秋发射的金星13号到14号于翌年抵达目标，它们也由着陆器与飞掠金星的母探测器组成，在菲比地区的东缘着陆，下降期间在大气中发现了硫化氢以及羰基硫。金星13号在地表挺过了127分钟，创下了记录，还第一次拍摄了金星地表的彩色照片。两架探测器携带了采样岩石的机械臂，并通过X射线荧光光谱仪分析出了样本的成分——分别是暗色碱性辉长岩以及类似于地球洋中脊成分的拉斑玄武岩。

金星13号拍摄的金星地表彩色照片，后来麦哲伦号探测器的雷达图像即参考上图着色。（图片提供：NASA）

最后两架在金星上着陆的探测器是1985年的维加1号和2号。在着陆器之外，这两架探测器的亮点是释放了探空气球。气球在进入金星大气时是折叠的，在54千米的高度充气，在略略下降并上浮后在此高度稳定下来。这一高度对应金星3层云层中最活跃的一层。它们都在金星大气中随风向西飘过了上万千米，穿过昼夜分界线，工作时间接近2天。气球的探测结果是，金星高层大气中的风力要强于预期，且没有找到闪电等活动的迹象。

考虑维加的母探测器要在飞掠金星后与哈雷彗星汇合，对时间要求很高，着陆器必须在金星夜半球着陆，因此它们没有携带照相机。两架着陆器都在阿佛洛狄特台地北侧着陆。由于维加1号下降过程中遭遇乱流，部分仪器被提前启动，其上只有质谱仪返回了有用的结果。维加2号对地表岩石进行了分析，发现其主要成分是在地球上很罕见但是在月球高原区域较多的橄长岩，说明这里的地表应该较为古老，但考虑人们对金星的了解不多，所以也不好下定论。

维加之后，再也没有探测器造访过金星表面。这其中部分原因是雷达技术的进步，人们完全可以在大气之外一窥金星地表的景观；另外也是登陆金星的技术难度，金星地表的高温高压以及强腐蚀大气让探测器难以像在火星上那样工作数月乃至数年，但2小时的探测时间很难获取较多的数据。不过俄罗斯计划重拾金星探测任务，并在2016年发射金星-D号探测器。金星-D的首要任务是像金星15号、16号或麦哲伦号那样对金星进行雷达遥感测量，它也计划携带更坚固的着陆器，至少在金星地表挺过1个半小时。这架新探测器的具体情况还没有公布，其能力如何还拭目以待。

【038、金星上发现潜在的生命迹象】

科学家在"地狱行星"-金星上发现了一种独特的气体，这表示金星上可能存在着生命迹象。虽然目前还无法绝对证实，研究人员仍为之鼓舞。

中国探测器“天问一号”启程前往火星

中国的火星探测器“天问一号”7月23日搭乘长征五号火箭从海南文昌发射升空，顺利进入飞往火星的霍曼转移轨道。此次火星任务的目标是什么？为什么叫作“天问一号”？中国对火星探索有着怎样的雄心？

"毅力"号今启程 寻找火星古老生命迹象

(德国之声中文网）周一（9月14日），天文学家在《自然天文学》（Nature Astronomy）杂志上宣布在邻近地球的金星上发现了潜在的生命迹象。

位于夏威夷和智利的科学家透过望远镜发现了含有磷化氢的云层，而磷化氢在地球上是与生命有关连的有毒气体。

研究的共同作者，伦敦帝国理工学院天文物理学家戴维·克莱门茨（David Clements）表示："这项发现还只是间接证据，还无法证明真的有生命存在，但是空气中明显飘散着堇青石（cordite），这可能暗示着某种东西。"

尽管克莱门茨推估了金星存在生命只有约10％的可能性，他对这种可能性仍感到兴奋。

在地球上，磷化氢气体是一种工业过程的产物，第一次世界大战期间被用于化学战。同时它也是某些动物和微生物在某种未知过程中产生的气体。

克莱门茨解释，人们发现磷化氢存在于"池塘底部的淤泥，獾等某些生物的肠子中，或是成堆的企鹅粪便中。"

地狱行星-金星

金星是一个荒凉的星球，表面温度高达华氏800度（摄氏425度），并且缺水。

但是，天文学家解释说，在地表以上30英里（48公里）处，厚厚的二氧化碳云层冷却至室温左右，并包含带有少量水滴以及大部分的硫酸。

研究人员推测，潜在的生命很可能是那些酸性水滴中存在的单细胞生物。

休斯敦月球与行星研究所的行星地球化学家贾斯汀·弗里伯托（Justin Filiberto）认为，金星上的磷化氢气体的另一种可能解释是火山活动。对于这个发现，他说："我并不怀疑，但我很犹豫。"

华盛顿行星科学研究所的天文生物学家戴维古樱David Grinspoon）表示："我很兴奋，但我也很谨慎。我们发现了一个令人鼓舞的迹象，我们一定会采取后续行动。"

美国宇航局NASA目前正在考虑自1989年以来首次前往金星执行任务。

杨宇/达扬(法新社、美联社、路透社)

【039、金星上一天有多长？一项新的研究显示，它总是在变化】

2021-05-11 天文在线

科学家们无法进行测量是有原因的。

天文学家长期以来一直在努力确定金星上的一天能持续多久，但新的研究表明，困难不是来自有缺陷的测量，而是来自金星本身自转的真实变化。

在一项新的研究中，科学家们在十多年的时间里利用一个巨大的雷达系统来反射我们邻近星球的光波。由此，研究人员能够测量出金星地轴倾斜程度，它的核心有多大，以及它完成一个完整的旋转需要多长时间。

“金星是我们的姐妹行星，但这些基本属性仍然未知”，加州大学洛杉矶分校的行星科学家，这项新研究的主要作者Jean-Luc Margot在一份声明中说道。

为了解开这些无尽的谜团，Margot和他的同事们借助于两个强大的雷达设备：美国国家航空航天局(NASA)位于加利福尼亚的戈德斯通(Goldstone)天线和西弗吉尼亚州绿堤天文台(Green Bank Observatory)的大型主天线。

在2006年至2020年期间，该团队使用该雷达系统将一束光线从戈德斯通反射到金星。研究人员随后研究了返回地球上两个地点的信号，比较了每个地点接收到回声的时间差，间隔约20秒。

声明中，Margot将这项技术比作向一个球面镜照射光线，“我们把金星看成是一个巨大的迪斯科球，用一个能量极大的手电筒去照射它，这种亮度大约是一般手电筒的100,000倍。通过分析迪斯科球的反射，我们能够推断这个球体的旋转特征”。

研究人员用这个系统一共观察了金星121次。这种技术要求极为苛刻，保证所有的设备都处于完美的状态，所有的尝试中研究人员仅21次获得了有用的数据。

Margot说到“要使一切在短短30秒时间内运行是一种挑战，大多数我们能获得一些数据，但是想要获得所有需要的数据是很罕见的”。

但是通过分析观察到的现象，科学家能够精准计算金星自转的倾斜角度（2.6392°，远小于地球倾角23°）。同时，科学家也分析测出金星核大小约为4350英里（7000公里），大约为金星直径的58%，但是科学家强调计算结果是不确定的。

但是，科学家能够十分准确地计算金星一天的时间，并且计算结果解释了为什么以往数据不匹配的问题。研究人员准确地认为金星上一天的时间平均为243.0226个地球日。但是，从一个金星日到另一个金星日，金星完成一次完整的自转时间差最多能达到20分钟。

Margot说：“这或许解释了为什么之前的测试并不一致的现象”。

研究人员认为这种差异是由金星快速移动且浓厚的大气层引起的。地球的大气层会影响地球的自转，但相对于金星来说，地球云层中物质更少，一天的时间差仅为毫秒级别。金星上浓密的大气层只需四天的时间使缓慢转动的金星转起来，科学家还并不理解这种现象，但这确实会影响行星的自转。

但是如果我们想向金星发射更多的航天器，我们需要进行清除的工作，否则航天器的着陆点将会偏离科学家预计点的19英里（30公里）远。

Margot说：“如果没有这些测量，我们完全就是在盲目地飞行”。

相关研究4月29发表于Nature Astronomy期刊上。

相关知识

金星是离太阳第二近的行星。它以罗马神话中爱与美的女神命名。作为夜空中除月亮外最亮的自然物体，金星会产生相位变化（类似月相）并且在特殊情况下在白天肉眼可见。金星轨道在地球轨道之内，所以从来不会出现在离太阳较远的位置，要么于黄昏后的西方落下，要么于破晓前的东方升起。金星的一年相当于224.7个地球日。金星自转一周需243个地球日，比太阳系中所有其他行星自转周期都长，且其自转方向与除了天王星的其他所有行星都相反（这意味着太阳在金星上是西升东落的）。金星没有卫星，在太阳系行星中仅有金星和水星有此特点。

金星是一颗类地行星，由于其大小、质量、与太阳距离及主要成分构成均与地球类似，因此有时也被称为地球的姊妹星。但它在其他方面与地球有着本质上的不同。金星有着四颗类地行星中最浓密的大气，其中超过96%的气体为二氧化碳。金星地表大气压为地球海平面大气压的92倍，大约相当于地球900米（3000英尺）深的海底压力。

尽管水星离太阳更近，金星表面温度却是太阳系所有行星中最高的，平均温度为737开（464摄氏度；867华氏度）。金星表面被不透明且高反光的硫酸云层所覆盖，因此无法从可见光段对其表面进行观测。它在过去可能有过海洋，但是可能由于温室效应导致的温度升高最终蒸发殆尽。金星上的水可能被光离解，产生的自由氢原子由于行星磁场太弱导致被太阳风吹散至太阳系空间中。

BY： Meghan Bartels；FY：Astronomical volunteer team

【040、金星探测器】

金星探测器，是一种用来探测金星的人造航天器，包括从金星附近掠过的飞掠器、环绕金星运行的轨道器、下坠过程中探测或登陆金星表面探测的着陆器，以及未来可在金星表面自由行动的巡视器和载人飞船等。

外文名Venus detector，探测目标金星。最早探测器金星1号。

介绍

金星(希腊语: 阿佛洛狄特；巴比伦语: Ishtar)是美和爱的女神，之所以会如此命名，也许是对古代人来说，它是已知行星中最亮的一颗。（也有一些异议，认为金星的命名是因为金星的表面如同女性的外貌。）

金星在史前就已被人所知晓。除了太阳与月亮外，它是最亮的一颗。就像水星，它通常被认为是两个独立的星构成的：晨星叫Eosphorus，晚星叫Hesperus，希腊天文学家更了解这一点。

既然金星是一颗内层行星，从地球用望远镜观察它的话，会发现它有位相变化。伽利略对此现象的观察是赞成哥白尼的有关太阳系的太阳中心说的重要证据。

20世纪60年代，美国宇航局（NASA）的水手2号和水手5号飞船借助它的射电掩星实验得到金星大气的成分、气压和密度。1978年先后发射先锋者金星轨道器（Pioneer Venus Orbiter，即先锋者金星1号）和先锋者金星2号（先锋者金星多探测器）测量金星的大气、云层、磁场和表面。1989年5月4日，美国发射麦哲伦（Magellan）探测器，载综合口径雷达（SAR）、测高仪（ALT）和辐射计（RAD），测绘金星的98%表面图和95%的重力场图，分辨率约达100m。美国飞往木星的伽利略探测器和飞往土星的卡西尼惠更斯探测器在飞越金星时也进行了金星的探测。2005年11月9日，欧洲空间局（ESA）发射“金星快车（Venus Express）”号探测器，它携带7种科学仪器的探测资料将揭示金星大气、云和表面的一些谜，诸如是否有活火山活动、金星大气的特性、大气环流、大气结构和成分跟高度的关系、大气与表面的关系以及金星的空间环境等。 

金星结构特点

金星的自转非常不同寻常，一方面它很慢（金星日相当于243个地球日），另一方面它是倒转的。另外，金星自转周期又与它的轨道周期同步，所以当它与地球达到最近点时，金星朝地球的一面总是固定的。这是不是共鸣效果或只是一个巧合就不得而知了。（其实原因在于金星被太阳潮汐锁定，就像月亮对地球一样，只有一面永远正对。） 

金星有时被誉为地球的姐妹星，在有些方面它们非常相像：

1、金星比地球略微小一些（95%的地球直径，80%的地球质量）；

2、在相对年轻的表面都有一些环形山口；

3、它们的密度与化学组成都十分类似。

由于这些相似点，有时认为在它厚厚的云层下面金星可能与地球非常相像，可能有生命的存在。但是不幸的是，许多有关金星的深层次研究表明，在许多方面金星与地球有本质的不同。

金星的大气压力为90个标准大气压（相当于地球海洋深1千米处的压力），大气大多由二氧化碳组成，也有几层由硫酸组成的厚数千米的云层。这些云层挡住了我们对金星表面的观察，使得它看来非常模糊。这稠密的大气也产生了温室效应，使金星表面温度上升400度，超过了740开（足以使铅条熔化）。金星表面自然比水星表面热，虽然金星比水星离太阳要远两倍。 云层顶端有强风，大约每小时350千米，但表面风速却很慢，每小时几千米不到。

金星可能与地球一样有过大量的水，但都被蒸发，消散殆尽，使如今变得非常干燥。地球如果再比太阳近一些的话也会有相同的运气。我们会知道为什么基础条件如此相似但却有如此不同的现象的原因的。

大部分金星表面由略微有些起伏的平原构成，也有几个宽阔的洼地：Atalanta Planitia, Guinevere Planitia, Lavinia Planitia；还有两个大高地：在北半球的与澳大利亚一般大的Ishtar Terra和在沿赤道的与南美洲一般大的Aphrodite Terra。Ishtar内主要由Lakshmi Planum高原组成，由金星上最高的山脉所包围，包括巨型山Maxwell Montes。

探测器型号

飞掠器

金星1号、金星2号、金星11号、金星12号、金星13号、金星14号·、水手2号、水手5号、水手10号、织女星1号 、织女星2号

轨道器

金星9号、金星10号、金星15号 、金星16号 、先驱者金星1号、先驱者金星2号、麦哲伦号、金星快车、拂晓号

坠落探测

金星3号、金星4号、金星5号、金星6号、先驱者金星1号、先驱者金星2号

软着陆

金星7号、金星8号、金星9号、金星10号、金星11号、金星12号、金星13号、金星14号、织女星1号、织女星2号

气球探测

织女星1号、织女星2号

前苏联编辑

金星系列探测器

金星系列探测器

1961年2月12日，前苏联发射了金星1号探测器，但却在距地球756万公里时通信中断，无法得到探测的结果。1967年6月12日发射的金星4号探测器，经过了大约35000万公里的飞行， 进入金星大气层，成功登陆金星表面。由于金星大气的压力和温度比预想的高得多，使着陆舱受损，未能发回金星探测结果。在1970年12月15日，金星7号在金星实现软着陆， 成功传回金星表面温度等数据资料。测得金星表面温度为摄氏447度，气压为90个大气压，大气密度约为地球的100倍。此后，前苏联又相继发射了九个金星号探测器。金星9号和10号在金星表面各拍摄了一张金星全景照片，首次向人们展露出金星的容颜；金星13号和14号拍得四张金星表面彩色照片，从这些照片上发现，金星表面覆盖着褐色的砂土，岩石结构像光滑的层状板块；金星15号和16号通过雷达对金星表面进行综合考察，获得许多宝贵资料，为人们认识金星、了解金星作出了巨大贡献。

苏联最早向金星发射探测器，曾于1961年1月24日，进行了一次试验性发射，但因探测器失去控制而失败。20天后，2月12日，苏联第一个金星探测器“金星”1号发射上天。这个探测器重643千克，装有轨道测量系统、发动机校正装置和首次启用的远程通信装置、新型耐高温太阳能电池等先进设备。飞到距金星10万千米后这个探测器与地面的通信中断。

1965年11月12日和15日，苏联又成功发射了“金星”2号和3号探测器，它们均重963千克，装有电视摄像系统和考察金星的全套设备。“金星”2号在翌年的2月27日飞到距金星2.4万千米处掠过时，通信中断；“金星”3号在次年的3月1日接近金星时遥测失灵，无法判明它的着陆舱是否抵达金星表面。

1967年6月12日，“金星”4号发射升空，探测器重达1106千克，飞行128天后与金星交会，放出着陆舱。1个半小时后，它探测了金星大气层的密度、温度及化学成分，但着陆舱还未到达金星表面就被高气压压瘪了。

1969年1月5日和10日，苏联发射了“金星”5号和6号探测器，它们分别于同年5月16日和17日在金星着陆，测量了大气的数据，但未能发回金星表面的资料。

1970年8月17日发射的“金星”7号，终于在同年12月15日实现在金星的软着陆，首次向地球传回了金星表面的情况。“金星”7号重1 180千克，其中着陆舱约500千克。它在23分钟的降落过程中，考察了金星大气层的内部情况及表面结构。传回的数据表明，着陆舱受到的压力达90个大气压，温度高达摄氏470度。大气组成主要是二氧化碳，还有少量的氧、氮等气体。“金星”7号成为第一个到达金星实地考察的人类使者。此后，苏联又发射了9个金星探测器。1972年3月27日升空的“金星”8号，同年7月22日着陆舱探测了金星表面的土壤，从发回的图像表明，金星表面十分明亮。

1975年6月8日和14日，“金星”9号和10号启程，4个月后的10月22日和25日，它们分别进入不同的金星轨道，两个探测器的着陆舱重量均增加到1 560千克。

1978年9月9日和14日发射的“金星”11号和12号，在金星表面软着陆后工作110分钟。这两个探测器由一个金星着陆器和金星轨道飞行器组成，当金星-11和金星-12靠近金星时，将从星上分离出一个着陆器，着陆器在降落到金星表面之前，不断地把它拍摄的照片通过飞临金星的金星-11或-12中继到地球。

1981年10月30日和11月4日上天的“金星”13号和14号，携带有自动钻采装置，在金星上采集了岩石样品。1983年发射的“金星”15号和16号，发回了金星图像。

1984年12月，苏联发射两个“韦加”号探测器，于1985年6月11日和15日先后向金星表面投放探测装置，对金星土壤和云层进行了考察，向地面发回了宝贵资料。“金星”号系列探测器总共进行了24年的飞行考察。

美国

水手2号

美国NASA的水手号系列里第一个成功的探测器，是世界上第一只成功的星际间探测器。做为“水手1号”太空船备份的“水手2号”（MARINER 2）重量为202.80 kg，其任务在于试图飞越金星并传回此行星之大气、磁场以及质量等数据。在1962年12月14日“水手2号”以距金星34773 km的距离通过金星，并于1963年1月3日前持续不断地传回所侦测之资料，整体而言此行之任务算是极为成功，“水手2号”仍然运行于太阳轨道中。

水手5号

原本是水手4号的备份探测器，其原任务目标同样为火星。因为水手4号成功得完成了任务，水手5号的目标被更改为了金星。在1967年10月17日达到距离金星最近处，此时它与金星的距离为4000公里。由于安装了比水手2号更先进的探测器，它传回的数据更加丰富和详细。

先驱者金星探测器1、2号

1978年5月和 8月发射的“先驱者-金星”1号和2号探测器相继进入绕金星轨道，探测器上的雷达拍摄了金星背面图像。“先驱者-金星”2号进入绕金星轨道后释放了4个锥形金星大气探测器，分别从4个方向降落在金星表面，发现金星云中有大量二氧化碳和硫酸，含硫气体喷射到离金星表面70公里高处。

麦哲伦号

如果说木星探测器的经典是“伽利略”，土星探测器的经典是“卡西尼-惠更斯”，太空望远镜的经典是“哈勃”，长途跋涉的经典是“旅行者”，那么金星探测器的经典就是“麦哲伦”。这个1989年从航天飞机上发射的庞然大物，是人类迄今为止最成功的金星探测器。 麦哲伦号探测器重3365千克，装有一套先进的电视摄像雷达系统，能透过厚实的云层测绘出金星上一个足球场大小的物体图像。它经过462天的太空飞行，于1990年8月10日飞临金星，每隔40分钟向地球传回测得的数据和拍摄的照片。 麦哲伦号探测器首次获得第一张完整的金星地图，对研究认识金星上的地质地貌，提供了影像资料。

美和俄合作勘测

据英国每日邮报报道，目前，美国宇航局和俄罗斯太空研究中心合作，计划2025-2026年发射探测器和登陆器至金星。

近日，美国宇航局和俄罗斯太空研究中心的科学家将共同探讨金星探索计划，这项太空任务被命名为“韦内拉-D”，科学家计划发射俄罗斯太空探测器3年时间抵达金星轨道，携载的登陆器将在金星恶劣表面环境操作几个小时。这项国际联合太空计划将有助于揭晓金星的远古气候，分析这颗星球是否具备孕育生命的条件，1月底，美国宇航局总部对金星探索任务进行了报告评估，并精炼了任务目标。

美国宇航局行星科学部主管吉姆-格林(Jim Green)说：“虽然金星是地球的‘姊妹行星’，我们仍需进行深入探索，其中包括：分析是否金星曾拥有海洋，是否孕育生命等。通过理解金星和火星，将进一步完善我们对类地行星进化历史的认知，洞悉地球过去、当前和未来的变化。”同时，研究小组将研究发射一艘太阳能动力飞艇至金星顶端大气层的可行性，该飞艇进入金星大气层，对金星探索大约3个月时间。金星的体积和成分类似于地球，但是旋转缓慢，与地球自转方向相反，即自东向西旋转。 

金星密集大气层能诱捕热量，形成一种溢出温室效应，最终导致它成为太阳系最炽热的行星，表面温度非常高，足以熔化铅。美国“韦内拉-D”科学定义小组联合主席大卫-塞斯克(David Senske)说：“在太阳系，地球和金星非常相似，它们具有类似的体积和成分，这项太空探索计划旨在寻找合作伙伴，共同研究分析金星气候变化机制，通过该机制或将发现抑制地球温室效应的有效措施。” 

欧洲航天局

金星快车是欧洲对金星的第一次任务，发射日期是2005年11月9日。发射器是欧洲/俄罗斯联合公司斯塔瑞森（Starsem）制造的联盟号飞船。发射质量1270千克，包括93千克轨道器有效载荷和570千克燃料。轨道器设备包括：金星监视照相机、空间等离子体和活性原子分析器等。宇宙飞船由位于德国达姆施塔特市的欧洲太空控制中心操纵。

据国外媒体报道，科学家认为5亿年前在一次熔岩流灾难事件中金星表面覆盖了大量熔岩流，但天文学家之前未发现当前金星火山活跃性的确凿证据。目前，“金星快车”探测器最新发现金星火山喷发的迹象，这将有助于揭晓金星是如何形成的。德国马普太阳系研究所尤金-夏伊金(Eugene Shalygin)说：“我们观测发现金星表面热点区域会多次突然变热，之后再冷却下来。”通过雷达影像数据可发现这4个热点区域位于地质断裂带，但这是第一次探测到热点区域的温度逐天发生显著变化。这是迄今发现金星火山活动性最有说服力的证据，这几个热点区域沿着Ganiki Chasma断裂带接近奥扎蒙斯和马特蒙斯火山。

断裂带是表面结构断裂的结果，经常与地壳之下岩浆上涌密切相关。这一过程将使炽热物质涌至表面，很可能熔岩流通过断裂带释放出来。研究人员测定“目标A”热点区域面积大约1平方公里，温度高达830摄氏度，比金星全球平均温度480摄氏度高许多。这项最新研究与“金星快车”探测器其它勘测数据相吻合，暗示着近期该星球表面存在火山活跃性。2010年，对金星几座火山的红外观测图像显示曾有数百万年前形成的熔岩流结构。几年之后，科学家报道称，金星高层大气二氧化硫出现短暂峰值，暗示着这颗星球存在火山活动。

但这是首次科学家发现几天之内金星表面亮度的显著变化，欧洲航天局“金星快车”项目科学家哈肯-思维汉姆(Hakan Svedhem)说：“看来我们最终可以将金星列入太阳系具有火山活跃性的星球成员之一，我们的研究表明当前金星表面火山仍处于活跃状态，这对我们研究分析地球和金星不同进化历史提供了重要线索。”

日本

由日本宇宙航空研究开发机构研发的“拂晓”号（Akatsuki）金星探测器将在今年12月再次尝试进入金星轨道，这是自2010年12月以来，“拂晓”号探测器第二次获得进入金星轨道的机会。在五年前，“拂晓”号抵达金星附近，但是由于主发动机的故障没能进入金星轨道，于是“拂晓”只能围绕太阳公转，等待进入金星轨道的机会。今年12月，“拂晓”号有望与金星再次擦肩而过，由于主发动机故障依然存在，因此探测器只能使用侧推进器控制方向，等待进入金星轨道的机会。

“拂晓”号探测器是日本航天机构研发的首个地外天体气候飞船，旨在研究金星的大气情况。在抵达金星附近时，日本科学家发现探测器上的主发动机出现故障，无法进行完成推力输出，因此“拂晓”号没有能够进入金星轨道。在此后的五年时间里，“拂晓”号无法完成科学任务，只能等待今年12月的机会。日本科学家认为如果这次成功，那么“拂晓”号将进入一个高椭圆轨道，环绕金星运行一周需要八至九天的时间。

日本宇宙航空研究开发机构的官员在今年二月份的任务更新上提到，“拂晓”号进入的轨道高度相当于金星10倍半径，“拂晓”号能够对金星的云层和大气成分进行探测，并研究其表面状况。当“拂晓”号的轨道高度低于10倍金星半径时，就可以近距离研究云层上的对流活动和微小的波动，掌握金星厚厚云层的奥秘。“拂晓”号还能对金星表面火山进行探测，目前探测器上的天线也存在故障，与地球的联系时断时续。“拂晓”号耗资为3亿美元，日本科学家试图利用该探测器对金星进行全面研究。本次发射任务中，还有IKAROS太阳帆飞船，该探测器已经利用太阳光压进行飞行，太阳帆也有望成为未来航天器的新动力来源。

北京时间2015年12月9日消息，在经过长达5年时间的延迟和磨难之后，日本“晓”(Akatsuki)号金星探测器终于成功进入了金星轨道。日本标准时间12月7日上午8:51(北京时间7:51)，“晓”号金星探测器的4台小型发动机开始点火，连续启动大约20分钟。这一动作提供的微弱推进力成功地降低了探测器的飞行速度，并使其被金星引力场捕获。

【041、九大行星】

“八大行星”是太阳系的内行星，按照离太阳的距离从近到远，它们依次为水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星*。

注*：2006年8月24日下午，在第26届国际天文联会通过第5号决议，由天文学家以投票正式将冥王星划为“矮行星”，从“行星”之列中除名。

八大行星自转方向多数也和公转方向一致。只有金星和天王星两个例外。金星自转方向与公转方向相反。而天王星则是在轨道上“横滚”的。

行星表面积：水星7480万平方公里 金星4亿6千万平方公里 地球5.11亿平方公里 火星1亿4千万平方公里 木星614.19亿平方公里 土星457.15亿平方公里 天王星81.16亿平方公里 海王星76.93亿平方公里。

中文名八（九）大行星，外文名The Solar System（实际上指的是太阳系），包括地球、火星、木星、土星等行星，现况太阳系暂时只有8颗大行星，冥王星被排除。

定义

新的天文发现不断使“九大行星”的传统观念受到质疑，美国天文学家错估了冥王星的质量，将冥王星列入了”九大行星“之内。后来，发现冥王星的不符合行星定义，于是它被踢出了“九大行星”之列，太阳系剩下八大行星。

天文学家先后发现冥王星与太阳系其他行星的一些不同之处。冥王星所处的轨道在海王星之外，属于太阳系外围的柯伊伯带，这个区域一直是当今太阳系小行星和彗星聚集的地方。

20世纪90年代以来，天文学家发现柯伊伯带有更多围绕太阳运行的而且各项数值都比冥王星大的天体。比如，美国天文学家布朗发现的“2003UB313”，就是一个直径和质量都超过冥王星的天体。因此，从“九大行星”改为“八大行星”就不难理解了，不然太阳系会“行星泛滥”。

“九大行星”在各自的轨道上不停地围绕着太阳运转，它们的轨道大小不同，运行的速度和周期也不一样，通常它们散布在太阳系的不同区域中。经过一定的时期，九颗行星会同时呈螺旋状汇聚在一个角度不大的扇形区域中，人们把这一现象称为“联珠”。

新定义

2006年国际天文大会给行星一个明确的定义

一是必须是围绕恒星运转的天体。

二是质量足够大，能依靠自身引力使天体呈圆球状。

三是其轨道附近应该没有其他天体,或在30亿年之内可以自行“清理”轨道内的天体

冥王星对第三条不符，冥王星的轨道是和海王星有所交集的（有争议，如果这样，那海王星也与冥王星轨道交叉了），且太阳系中另有多个与冥王星体型大致相等的天体。

根据这个定义，冥王星被归为矮行星。

【042、卡西尼号】

卡西尼号（英文：Cassini）是卡西尼惠更斯号探测器的一个组成部分。卡西尼-惠更斯号是美国国家航空航天局、欧洲航天局和意大利航天局的一个合作项目，主要任务是对土星系进行空间探测。该探测器以意大利出生的法国天文学家乔凡尼·多美尼科·卡西尼的名字命名，其任务是环绕土星飞行，对土星及其大气、光环、卫星和磁场进行深入考察。

1997年10月，重六吨的卡西尼号星际探测器被发射到飞往土星的轨道。这是二十世纪最后一艘行星际探测的大飞船。

参加卡西尼号计划的国家一共有17个，它是人类进入空间时代以来最大型国际合作课题之一。卡西尼号直径3米，高7米，重6.4吨，携带了27种最先进的科学仪器设备。

400年前，意大利科学家伽利略在人类历史上第一次把望远镜对准了天空中的星星，把古老的天文学推进到了一个全新的时代。伽利略在用望远镜观测土星的时候，发现土星的圆面两侧有好像人耳朵一样的东西。1659年，荷兰科学家惠更斯在经过更精细的观测之后确定，土星的这两个像耳朵一样的东西，实际上是连在一起的，是一个环绕土星的扁平圆环。

卡西尼出生在意大利，后到法国，担任巴黎天文台首任台长。1675年，他在对土星光环进行观测时，发现在这个光环的中间有一条黑暗的缝隙，把光环分为内外两部分。后来，天文学家就把这条缝隙称为卡西尼环缝。

1989年10月18日，美国和欧洲合作发射了“伽利略号”太空探测器。1995年12月7日，“伽利略号”进入绕木星飞行的轨道，开始对木星和木星的四颗大卫星进行科学研究。当年，正是伽利略用望远镜发现了这四颗木星卫星。把太空探测器取名为“伽利略号”，就是为了纪念伽利略的这一发现。

受到“伽利略号”成功的鼓舞，美国和欧洲进一步合作，又研制了一个飞向土星的太空探测器，并且为了纪念卡西尼当年发现土星光环的环缝，就把这颗太空探测器取名为“卡西尼号”。

参加“卡西尼号”土星探测计划的国家一共有17个，它是人类进入空间时代以来最激动人心的大型国际合作课题之一。“卡西尼号”直径3米，高7米，重6.4吨，携带了27种最先进的科学仪器设备。“卡西尼号”还携带了一个专门用于探测土星最大卫星土卫六的探测器，取名为“惠更斯号”。

名称来源

卡西尼（Giovanni Domenico Cassini,1625–1712），天文学家。1625年6月8日生于意大利佩里纳尔多，1712年9月14日卒于法国巴黎。

卡西尼一生对天文学贡献良多，其中包括发现土星的四颗卫星——土卫五（Rhea）、土卫八（Iapetus）、土卫四（Dione）和土卫三（Tethys），又观测火星、木星的自转及土星环的结构，1666年他测定火星自转周期为24小时40分（误差约3分）；1668年公布第一个木星历表。1679年发现土星光环中的一道暗缝 - 后称“卡西尼环缝”（Cassini's Division）。1683年起，他系统观测和研究了黄道光(zodiacal light），是最早有系统地观察研究黄道光的人。

另外，他还计算出地球跟火星间的距离，又精确地推算出地球与太阳间的距离。

探索历程

“卡西尼号”在北京时间1997年10月15日16时43分发射升空。如果仅仅依靠火箭的推力直接飞向土星，并要求它像现在这样在7年之内飞到土星，那么使用的燃料决不能少于70吨。然而，人类至今还不能制造可以携带这么多燃料的火箭。因此，“卡西尼号”采用了与“伽利略号”类似的办法，借用行星的引力即引力弹弓效应来加快速度。

“卡西尼号”发射后，首先于1998年4月在距金星284千米处飞掠，利用金星引力获得加速。之后，它绕太阳一圈，于1999年6月再次在距金星600千米处飞掠，获得金星引力的第二次加速。同年8月，“卡西尼号”在距地球1171千米处飞掠，被地球引力再次加速。

“卡西尼号”第二次离开地球后，才飞往太阳系的外层。2000年12月，它在距木星约1000万千米处飞掠，获得了木星引力的加速。这时，它的速度超过了每秒30千米。然后，它才向目的地土星飞去。

土星离开地球的距离，最近时不到13亿千米，最远时也不超过16亿千米，然而“卡西尼号”由于采用了上述迂回的飞行路线，飞往土星的行程长达35亿千米。不过，磨刀不误砍柴功，飞行的时间并没有因此增加，而燃料却大大节省了。

“卡西尼号”太空探测器在经过6年8个月、35亿千米的漫长太空旅行之后，于北京时间2004年7月1日12时12分按计划顺利进入环绕土星转动的轨道，开始对土星大气、光环和卫星进行历时4年的科学考察。

“卡西尼号”的任务之一就是对土星的光环进行探测。尽管它初来乍到，然而入轨过程本身，就是在预期4年的探测运行中一个绝好的与土星距离最近的机会，它与土星表面云层顶部的距离最近时只有大约2万千米。科学家自然不会放过这个机会开展对土星光环的探测，因此在它入轨的过程中安排了两次穿越土星光环。

“卡西尼号”是从F环和G环之间的缝隙穿越土星光环的。这道环缝是土星光环中最宽的一道环缝，宽达3万千米。环缝中，仍然可能弥漫着一些微粒。“卡西尼号”从环缝中穿过，如果有微粒撞击到它的要害部位或者携带的科学仪器，将有可能造成非常坏的后果。为此，“卡西尼号”在穿越土星光环之前，首先调整姿态，转身180度，把原来位于尾部朝向地球的直径4米的盘状天线，转到前进方向，成为对付环缝中微粒的“盾牌”。

9时11分，“卡西尼号”调整姿态。10时08分，它开始从光环下面穿越光环；10时11分，它到达光环上方，穿环成功。然后，它再把身子转回来，让发动机的喷气管朝向前方，以便点火后形成减速阻力。10时21分，“卡西尼号”再次转身成功；10时36分，发动机点火，“卡西尼号”开始减速。在土星引力的作用下，减速后的“卡西尼号”转过一个大弯，逐渐进入预定的运行轨道。

12时12分，“卡西尼号”的发动机熄火。这时，它已由原来的飞向土星的路线完全转到环绕土星运行的轨道。然后，它开始对土星和土星光环进行近距离的探测，包括用磁力计测量土星磁场的强度和方向，检测穿越光环时所碰到的微粒大小和光环厚度，以及估测光环的组成、温度和结构。

13时32分，“卡西尼号”再次调整姿态；13时58分，它再次穿越光环，从光环上方回到光环下方。然后，它把盘状天线转到朝向地球方向，进入正常运行状态。

“卡西尼号”在环绕土星运行的4年中，将近距离地纵览土星全貌，对土星和它众多的卫星进行全面考察。

“卡西尼号”从2004年1月起，就开始拍摄土星家族全面、完整的照片。“卡西尼号”携带的照相机，比哈勃太空望远镜上的同类照相机性能更好。

在临近入轨之前，2004年6月11日，它对土卫九进行了探测，拍摄了这颗卫星极其清晰的照片。土卫九是土星距离最远的一颗卫星，半径110千米，科学家猜想它是被土星俘获的一颗小行星。“卡西尼号”在离开它2000千米处经过，对它的质量和密度进行了测量。

2005年2月17日，“卡西尼号”将在离开土卫二1179千米处经过，而同年3月9日，距离更近到499千米。土卫二半径250千米，表面非常明亮，几乎能反射百分之百的阳光。科学家怀疑它的表面是光滑的冰层，“卡西尼号”将探测它的磁场，以判断它的表层下面是否有含盐分的水存在。

2005年4～9月，“卡西尼号”的轨道将从土星赤道面改变到与这一平面成22度夹角，居高临下对土星光环和大气进行测量，进一步探测光环结构、组成光环的物质粒子和土星大气物理特性。

2005年9～11月，“卡西尼号”将逐个接近土卫四、土卫五、土卫七和土卫三，分别对它们进行观测。土卫四半径560千米，土卫五半径870千米，它们的外表很像我们的月亮，密布环形山。土卫七位于土卫六与土卫八之间，形状不规则，最长处直径175千米，很像一颗小行星。土卫三半径530千米，密度和水一样，很可能是一个冰球。

2006年7月到2007年7月，“卡西尼号”将系统地监视和拍摄土星、土星光环、土星磁层的图像。2007年7～9月，它将再次拍摄土星及其家族的影像，并在9月10日到距离土卫八约1000千米处对土卫八进行观测。土卫八半径为720千米，其表面一面颜色很暗，另一面却接近白色，很为奇特。

2007年10月到2008年7月，“卡西尼号”将进一步增大轨道与土星赤道平面的夹角，最后达到75.6度。这样，“卡西尼号”就能更好地观测土星的光环，测量远离土星赤道平面处的磁场和粒子、监视土星的两极地区和观测土星极光现象。其间，在2007年12月3日和2008年3月12日，它将两次接近土卫十一，分别在离开土卫十一6190千米和995千米处对这颗卫星进行观测。

2015年8月17日，是该探测器第五次掠过土卫四表面，距离这颗卫星474公里。 

在离开地球近20年后，该探测器于2017年4月26日正式进入任务“大结局”，首次在土星和土星环之间穿越，近距离观测土星。

2017年9月15日，卡西尼号土星探测器燃料将尽，科学家控制其向土星坠毁，卡西尼号与地球失去联系，它进入土星大气层燃烧成为土星的一部分。“卡西尼号”的任务至此结束。

2019年1月，美国研究人员利用“卡西尼”土星探测器此前发回的数据最新测算得出，土星上一天的时长是10小时33分38秒，比20多年前的测量值短了约6分钟。

设备组成

卡西尼号等离子体分光计（CAPS) ：用于探测土星的电离层和磁场。

宇宙尘埃分析仪（CDA) ：用于探测土星附近的宇宙尘埃。复合红外分光计（CIRS) ：用于测量被测物体的温度和成分。

离子和中性粒子质谱仪（INMS) ：用于探测土星附近的离子和中性粒子。

成像科学子系统（ISS) ：用于拍摄照片。

双重技术磁场强度计（MAG)

磁场成像仪（MIMI)

无线电探测和测距仪（RADAR)

无线电波和等离子体波科学仪器（RPWS)

无线电科学子系统（RSS)

紫外成像摄谱仪（UⅥS)

可见光和红外线测绘分光计（ⅥMS)

卡西尼号携带有"惠更斯"号子探测器，它在充满液态甲烷的土卫六上登陆。"惠更斯"在土卫六工作24小时，重点探测土卫六上可能存在的生命迹象。土卫六是科学家认为的太阳系除地球外最有可能存在生命的星球。它是土星最大的"月亮"，叫作泰坦。

探测任务

随着“卡西尼”号飞船成功进入土星轨道，太阳系第二大行星周围首次多出了一颗人造“卫星”。“卡西尼”号的探测被认为是迄今实施的最为复杂的行星际探测计划，它为期至少4年的近距离观测，不仅将加深科学家对土星的了解，也有助于揭开地球和生命形成的秘密。

4年中围绕土星运行76周

土卫六可能有地下海洋

土卫六可能有地下海洋

按计划，“卡西尼”号在未来4年围绕土星运行76周的过程中，将52次“亲近”土星的7颗卫星。其中，对土星最大的卫星———土卫六的探测尤其让人期待。“卡西尼”号在4年中将45次飞经土卫六表面约950公里的上空，并计划向这颗卫星投下“惠更斯”号探测器。科学家认为，人类可能会在土卫六上找到地球如何形成有利于生命生长环境的线索。

惠更斯号探测器于2004年12月24日（圣诞夜那天）正式脱离“卡西尼”号，开始了奔向土卫六的长达400万公里的行程。经过20天的长途跋涉，探测器于2005年1月14日穿过土卫六外围大气层，展开降落伞着陆，并对土卫六进行两个半小时的科学探索（因为自身携带的能源有限）。探索结果将通过“卡西尼”号，传回给地球上的科学家。“惠更斯”号探测器是首个在月球以外的一颗天然卫星上登陆的人造探测器。

地球和土卫六大气层中富含氮

在太阳系各大行星及其卫星中，只有地球和土卫六大气层中富含氮。据推测，早期地球上也许存在大量类似甲烷的碳氢化合物。科学家们说，土卫六上可能冷藏着很多化合物，一些类似化合物也许在生命诞生之前就存在于地球上。甚至有科学家认为，“卡西尼”以及“惠更斯”的探测结果将会显示，土卫六将比现阶段的地球与早期地球更为相似。

参与这次探测计划的欧洲航天局科学家让。皮埃尔。勒布雷顿说：“在某种意义上，‘卡西尼’号和‘惠更斯’号就像时间机器一样，带我们去探测以前从来没有见过的世界，那个世界就像45亿年前我们的地球。”

据新浪科技讯 北京时间2012年7月2日消息，据美国宇航局网站报道，来自卡西尼探测器的最新数据显示土星最大的卫星土卫六冰封的地下可能存在一个液态水层。卡西尼号还在勤勤恳恳地工作，为我们送来关于遥远行星的信息。

热点问题

不登陆土星

问：“卡西尼”号探测器的计划只是绕土星飞行，它为什么不登陆土星。

答：因为土星本身是一个“气球”。它的大气层厚达几万公里，内核很小。既然表面没有陆地，飞船也就无法登陆了。即使飞抵土星，飞船也可能被它巨大的气压所挤扁，烧毁。

虽然这次不会深入土星大气，飞船携带的“惠更斯”号探测器将登陆土星最大的卫星——土卫六。土卫六与40亿年前冰天雪地的地球有些相似，它能带给我们惊喜。

人类能否到达土星

问：人类已经登上月球，并计划进军火星。那我们人类有可能到达土星吗？

答：人类到土星上去是不可能的，也没有这个必要，因为土星不是固体星球。当然，派遣宇航员前往土星环绕它飞行和观测的计划是可能的，也迟早会实现，只是还面临许多不能解决的问题：

第一，飞行时间太长，宇航员的日常生活怎么办？

第二，如前文所说，飞船无法在土星上着陆。

第三，“卡西尼”号探测器买的是一张“单程车票”，再也无法回到地球，而对于宇航员来说，安全返回是第一位的。

怪异航行路线

根据引力助推原理，科学家们为“卡西尼”号设计了一条通往土星的智慧曲线，这条智慧曲线的奇特之处在于：首先是它没有直接向土星飞去，而是先向内跑到了金星上空；其次是它围绕地球绕了好几个圈子，才把目的地对准土星，整个行程达到了35.2亿千米，是地球与土星的实际距离的2.5倍以上。它的飞行轨迹是一条旋转的曲线，是若干条双曲线截线的组合，看起来就像田螺背上的螺旋。

助推

第一次金星引力助推时间：1998年4月26日

助推高度：337千米

助推前速度：37.2千米/秒

助推后速度：40.9千米/秒

引力助推速度：3.7千米/秒

金星第二次引力助推时间：1999年6月24日

助推高度：598千米

助推前速度：39.2千米/秒

助推后速度：42.3千米/秒

引力助推速度：3.1千米/秒

（以下是逆太阳引力场方向飞行，速度渐慢）

地球引力助推时间：1999年8月18日

助推高度：1166千米

助推前速度：35千米/秒

助推后速度：39.1千米/秒

引力助推速度：4.1千米/秒

木星引力助推时间：2000年12月30日

助推高度：1000万千米

助推前速度：11.6千米/秒

助推后速度：13.7千米/秒

引力助推速度：2.1千米/秒

入轨土星轨道时间：2004年7月1日

发射

1997年10月15日，“卡西尼”号发射升空，以12.4千米/秒的速度摆脱地球引力向太空飞去。但“卡西尼”号却没有对准远离太阳的土星轨道，而是“南辕北辙”，向地球公转轨道的内侧飞去，原来它是去金星借力去了。金星是距地球最近的行星，平均距离约4150万千米，作为探测器借力的第一站最为合适。

“卡西尼”号的发射时间也是经过精心安排的，以便它在合适的时候、以适当的角度与金星会合，借到金星的引力。“卡西尼”号发射后要通过霍曼转移轨道恰好飞越金星上空，而它飞越时金星又要恰好处于太阳的东北方向(从地球上看去)，以便“卡西尼”号借力后顺势向太阳系外侧飞去。

飞向金星

“卡西尼”号1997年10月15日发射升空时，金星正好在与地球相对位置的太阳另一侧(这叫“上合”)，“卡西尼”号离开地球之初以约26千米/秒的速度(探测器离开地球后的速度是以太阳为参照系计算的)向金星轨道飞去，由于是顺着太阳引力场方向飞行，“卡西尼”号的速度在渐渐加快，最终达到了约37千米/秒。

第一次金星借力

1998年4月26日，“卡西尼”号在金星上空300千米处第一次掠过金星，获得了3.7千米/秒的加速。使其速度从37.2千米/秒增加到40.9千米/秒。另外，“卡西尼”号之所以和金星这么近距离的接触，是因为它想从金星的这次引力助推中获得更大的转弯角，一般而言，在近处慢速飞越一行星，比在远处快速飞越时所产生的转弯角大得多。当“卡西尼”号飞出金星的引力范围时，不仅速度增加了，而且还被金星的引力改变了飞行方向，往太阳系外侧飞去。

第二次金星借力

在“卡西尼”号和金星擦肩而过后，增大的速度能支持它飞到离太阳更远一些轨道，怎奈金星引力实在太小了，“卡西尼”号无法借助一次的引力助推把自己送到更高一层的行星轨道上，因此当“卡西尼”号在1998年12月飞至地球轨道与火星轨道之间后，速度又渐渐变慢，再次被太阳引力拉回内侧，并且在1999年6月24日再度回到金星轨道，再一次藉由金星的引力加速。

回到地球借力

在科学家的精密计算里，也许这样还不够支撑“卡西尼”号到达外行星，于是，“卡西尼”号下一个借力目标是地球和木星。因此，在第二次借力前，要计算好金星与地球之间的霍曼转移轨道，同时还要一并计算此后“卡西尼”号从地球到木星的霍曼转移轨道。这样才能不差分毫地从金星到地球再到木星进行连贯借力。

第二次飞掠金星后，经过两个月的时间，“卡西尼”号在1999年8月18日飞掠地球，在获得了地球的引力加速后，最终告别地球，独自奔向了寒冷而漆黑的外行星际空间。2000年1月，它成功穿越荆棘丛生的小行星带。

木星借力

2000年12月，“卡西尼”号在距木星约1000万千米处飞掠。木星太大了，如果条件合适，对它进行绕越飞行的航天器，可能会在它强有力的助推下永远飞离太阳。因此对于飞往土星的“卡西尼”号，木星的加力绝对是不可或缺的。最后，它才向真正目的地土星飞去。

终于来到土星

2004年5月18日，来自土星的引力首次超过来自太阳的引力，“卡西尼”号正式进入土星系； 2004年7月1日，“卡西尼”号开始了进入土星轨道扣人心弦的“最后一跳”：为了不被土星重力场“捕获”而直坠土星，它启动了减速火箭，进行了最后一次关键性减速，时间长达96.4分钟。随后，“卡西尼”号成功进入预定轨道，成为土星的第一颗人造卫星。

“卡西尼”号在这次漫长的7年飞行过程中定位精准，所进入的土星轨道非常接近原计划轨道。这么复杂的加速、飞行路线，就决定在开始发射的那一瞬间，发射的方向和力量都要计算得准确无误，而且向金星、地球、木星借力的时间、位置都要一次性计算完成，科学家的精准计算真是令人感慨！这里，还要感谢人类的一份幸运，因为太空中随便哪个不期而遇的小石块都可能把卡西尼撞得粉碎。 

探测成果

卡西尼号环绕土星路线，不同颜色代表不同年份

卡西尼号环绕土星路线，不同颜色代表不同年份

据美国宇航局官方网站17日报道，2012年10月15日是美国宇航局的“卡西尼”号飞船升空15周年。自1997年10月15日发射以来，这颗行星际探测器的飞行距离已超过38亿英里(约合61亿公里)，足以环绕地球15.2万次。在两次飞越金星、地球和木星之后，“卡西尼”号朝着土星进发，2004年进入土星轨道。迄今为止，这颗探测器对土星及其星环和卫星的观测已有8年时间。

卡西尼号“亲密接触”土卫五 超清晰拍摄冰冻表面

据英国每日邮报3月17日报道，上图是美国宇航局“卡西尼”号探测器近距离靠近土卫五表面时拍摄的原始照片。从照片中，我们可以清晰的看到土卫五的冰冻表面，并且有数以百万计的太空岩石碰撞形成的大陨石坑。“卡西尼”拍摄这些照片时，大约距离地球12亿公里。

当卡西尼号抵达土卫五表面上空997公里处时，拍摄到了土卫五崎岖不平的表面。据悉，土卫五是土星系统62颗卫星中的第二大卫星，直径有1500公里。第一大的土卫六体积是土卫五的3.5倍，土卫五的发射性非常好，它的表面有大量的冰层物质，同时也有许多陨石坑。据介绍，土卫五是太阳系内陨石碰撞最严重的星球之一。

土卫五是由岩石和冰水物质构成，表面温度较低，在零下218摄氏度至零下173摄氏度之间，其岩石硬度大于地球。除了测量土卫五引力场作用力，卡西尼探测器在飞越这颗卫星时还搜寻灰尘样本，从而确定微小陨石碰撞其表面的等级。

金星表面

卡西尼号探测器捕捉金星从土星环中穿过

美国宇航局的“卡西尼”号飞船以前公布了这张壮观的土星图片，这是它从土星的阴影处飞过时拍摄的。相机面向土星和太阳的方向，因此这颗行星以及它的环是背光的

这是经常被称之为“地球的孪生兄弟”的那颗行星的独特肖像照。美国宇航局的“卡西尼”号飞船捕捉到的这张令人惊叹的金星图片显示，它正从土星环里穿过。

距离土星非常遥远意味着金星在图片中看起来只是一个白点，它位于图片的右上方。尽管金星拥有的由二氧化碳组成的大气温度高达近900华氏度(500摄氏度)，地表压强是地球的100倍，但是它被认为是我们绿色家园的孪生兄弟，这是因为它们的大小、质量、岩石成分和轨道都相差无几。与水星、地球和火星一样，金星是太阳系里围绕太阳相对较近的轨道运行的一颗岩质“陆地”行星。它被一层厚厚的硫磺酸云团包裹住，因此显得很明亮。

土卫五表面

美国宇航局表示，这个视角是从土星环下方大约17度角向土星环昏暗的一侧看。该图是在2012年11月10日用“卡西尼”号飞船上的广角相机从可见光范围拍摄的。该局称：“图中明亮的弧线是土星的一部分。从图上可以看到土星背后的一部分环的轮廓，土星正面被土星环散射的阳光稍微照亮。

“卡西尼号”在土卫六发现微型“尼罗河

美国航天局“卡西尼”项目的科学家发现，地球之外似乎存在着一条与尼罗河相似但要小很多的河流：这条河位于土星的卫星土卫六上，从“源头”通向一片巨大的海洋，长度超过400公里。这是首次有如此高清的图像显示地球之外存在这样庞大的“水系”。

科学家推断这条位于土卫六北极地区的河流充斥着液态烃，因为在高清的雷达图像中，整条河流都呈暗色，说明表面很平坦。

拍地球

担负拍照重任的是“卡西尼”号土星探测器和“信使”号水星探测器。美国航天局18日发表声明说，这两个探测器正在调整状态，将于2013年7月19日和20日将镜头对准地球。美国航天局还专门在其官网上建立了一个“向土星挥手”专题，呼吁人们走出家门，迎接这一难得的“星际照相”机会。

“卡西尼”号给地球照相的时间是美国东部时间19日5时27分至5时42分（北京时间17时27分至17时42分），持续15分钟。届时，土星将遮挡住太阳刺眼的光芒，为“卡西尼”给地球照相提供了绝佳机会。当然，如果你届时没有做好拍照的姿势也没有关系，因为拍照时“卡西尼”距地球14．4亿公里，地球最终在照片上也只会是一个小点。

发现土星光环

“卡西尼-惠更斯”号土星探测器上实现了环绕土星运行轨道飞行的计划，并发回了一组关于土卫六“泰坦”号的最新、最清晰的照片。科学家们为此感到既兴奋，又迷惑。

土星的光环和土卫六“泰坦”成了科学家们最为关注的两个热门话题，并且，他们还发现了也许能帮助其发现土星光环产生及将来消亡的一些新线索。关于土星的最新发现使科学家们进行了更多动作：指挥“卡西尼-惠更斯”号探测器再次接近土星。第二次接近土星的行动也许会在2012年12月底左右展开，那时候，来自欧洲的“惠更斯”号探测器将耗时2个半小时，穿越土卫六“泰坦”号的大气层，降落在土卫六的表面。

尽管没有发现土卫六有水的证据，但“卡西尼-惠更斯”号的最新发现已经让行星科学家们大开眼界了。负责“惠更斯”号探测器登陆土卫六表面项目的计划管理人员马克-李斯说：“在仅仅一个周末的时间内，我们改变了过去的看法，推翻了从地基观测站和哈勃天文望远镜所观测到的一些数据资料。” 

研究土卫六构造

利用装有特殊滤光器的光学照相机，科学家们探测到了被厚厚云雾遮盖着的大片或明或暗的土卫六表面。很明显，这些明暗不同的地方是土卫六地表崎岖不平的一个证据。科学家们从“卡西尼”号发回的照片中，发现了至少一个圆形的图案，这也许是土卫六遭受太空不明来客撞击所留下的一个大坑。除了圆形轮廓，照片上还有一些布满宽线条的图案。

不一样的云层

科学家们发现，除了一片特别炫目的云外，“泰坦”号的天空几乎没有一丝云的痕迹。这片特别炫目的云面积跟美国的亚利桑那州大小差不多，位于“泰坦”号的南极，在土星的夏季，这里一天都可以得到光线的照射。这块罕见的云需要四五个小时才能形成，类似于地球上夏季出现的堆积云。但“泰坦”号上的云层主要由甲烷组成，而不是主要水组成。

“卡西尼”号探测器还通过分光计拍到了“泰坦”号的一些照片，分光计的波长从可见到红外线光不等。照片显示，土卫六表面到处分布着冰块和碳氢化合物。令科学家们感到奇怪的是，土卫六上发出碳氢化合物信号的地方，能够以某一波长向其它有冰块的地方“发报”。

稍早时候，研究人员对环绕土星的光环竟然如此美丽感到大为惊奇。鲍科博士表示，即便自己事先就有心理准备，但还是没想到土星的光环有那么漂亮，而且那么清晰，“实在令人震惊”。

科学家们还发现，位于土星光环之间的“卡西尼缝”充满了灰尘，这是迄今所发现的土星的最外层光环。就是这层光环，每秒可引发680次土星物质间的碰撞，也就是说，每秒可给土星留下10万个左右的大小土坑。

土星巨大氧气流

在“卡西尼”号探测器这次靠近土星的时候，科学家们发现土星的光环突然向外喷射出一股巨大的氧气流。这股氧气流来自何方，命归何处，科学家们觉得这是个新的谜团，需要今后逐步找到答案。负责收集“卡西尼”号探测器发回数据的科学小组成员唐纳德-谢曼斯基懊悔不已地说：“如果这是(土星上所发生的)一件大事，我们就错过了。”

谢曼斯基推测认为，这股巨大的氧气流也可能是土星光环中的两个三四英里长的物体发生碰撞后产生的。

另外一个问题：土星光环有多大年纪？各方对这一问题肯定会有不同的见解。据粗略计算显示，如果土星光环所具有的质量按照一定的比例逐渐消失，同时没有其它物质对其进行补充，象E环这样的土星光环将在未来1亿年内彻底消亡。 

未来

美国科罗拉多州布尔德太空科学协会研究员、“卡西尼”号探测器图片小组组长卡洛林-鲍科认为，土卫六照片上的线条图案的东西，可能是研究“泰坦”号基本构造及其基本特征的最初资料。鲍科指出，太阳系里其它体积较大的月亮照片也有线条状图案，但“泰坦”号所具有的线条状图案非常独特。

研究人员警告说，从20多万英里的地方观察“泰坦”号，人们不可能将其表面的山脉、海洋或湖泊等地形特征分辨得十分清楚。“泰坦”号表面究竟是什么样的地形，还有待人类探测器更近距离的观测。不过，美国亚利桑那大学“卡西尼”号探测器光学成像小组行星科学家伊丽莎白-特托尔认为，既然没有从“泰坦”号上发现大量环形印痕，这表明“泰坦”号的地质活动十分活跃。

2016年11月起，“卡西尼”号将开始一系列变轨机动，进一步靠近土星。这些机动将从F环(最外侧的土星主环)外开始。2017年4月，与“泰坦”的最后一次亲密接触将把“卡西尼”号飞船送上在土星最内侧星环飞越土星的轨道。经过22次近距离飞越，与远处“泰坦”最后一次接触受到的重力摄动将让“卡西尼”号进一步靠近土星。

结束使命

2017年9月，“卡西尼号”燃料将用尽，科学家们担心卡西尼号可能失控坠毁在土星周围可能存在生命的卫星上，对其造成影响，于是控制“卡西尼号”接近土星，令其焚毁于土星的大气层中。“卡西尼号”进入土星大气层，并尽可能多地回传土星大气的数据。

最终，太平洋时间2017年9月15日凌晨4时55分（北京时间9月15日19时55分），“卡西尼号”的信号消失，这意味着这颗探测器在83分钟前于高压和高温下蒸发殆尽，完全投入土星的怀抱。这也标志着“卡西尼号”土星探测任务的结束。NASA在场人员始终平静地监控信号直到最后一刻，在现场负责人宣布信号消失后，全体起立鼓掌。这些最后信号的分析工作，可能要持续数年，这颗探测器的最后信号仍有可能带来新的发现。

总体评价

“卡西尼”号在这次漫长的7年飞行过程中定位精准，所进入的土星轨道非常接近原计划轨道。这么复杂的加速、飞行路线，就决定在开始发射的那一瞬间，发射的方向和力量都要计算得准确无误，而且向金星、地球、木星借力的时间、位置都要一次性计算完成，科学家的精准计算真是令人感慨！这里，还要感谢人类的一份幸运，因为太空中随便哪个不期而遇的小石块都可能把卡西尼撞得粉碎。

【043、卡西尼-惠更斯号】

卡西尼-惠更斯号（英语：Cassini–Huygens）是前往土星系统的一架旗舰级空间探测器，也是由美国宇航局（NASA）、欧洲空间局（ESA）和意大利航天局（ASI）合作进行的任务。整个任务分为两部分：环绕土星的卡西尼号（Cassini）与在土星最大卫星土卫六登陆的惠更斯号（Huygens）。两具探测器由泰坦四号B型运载火箭搭载，于1997年10月15日一同发射升空，并于2004年7月初抵达土星轨道，随后在同年12月25日分离。卡西尼号自入轨后持续运作超过13年，直到2017年9月15日进入土星大气层焚毁；惠更斯号则于2005年1月14日成功于土卫六的阿迪立地区着陆并传回数据，是首具在外太阳系天体完成登陆的探测器。

卡西尼-惠更斯号虽然是第四架前往土星的空间探测器，但却是当中第一个环绕土星者。

该计划于1980年代开始。它的设计包括绕行土星的人造卫星（卡西尼号）和登陆泰坦（惠更斯号）。这两艘航天器是以天文学家乔瓦尼·多梅尼科·卡西尼和克里斯蒂安·惠更斯的名字命名。航天器于1997年10月15日使用泰坦VB/半人马发射升空，在2004年7月1日进入环绕土星的轨道。在前往的星际航行途中，曾两度飞越金星，一次飞越地球与木星。在2004年12月25日，惠更斯号与卡西尼号分离，并在2005年1月14日降落在泰坦。它利用卡西尼号中继，成功的将资料传送回地球。这是有史以来第一次在外太阳系的天体上着陆。

卡西尼号在抵达后就持续的研究土星系统，并两度延展计划直至2017年4月。 然而，因为航天器用于调整与校正轨道的燃料因消耗而不断减少，在2016年11月30日决定进入专案的最后阶段。卡西尼号将驶入土星环的内圈，每7天绕行土星一次。航天器将一点一点地深入这过去从未触及的区域，以得到最接近土星环的外观。在2016年12月4日，航天器首度通过土星环。

卡西尼号已在2017年9月15日潜入土星大气层中销毁，并在结束前传送回最后的图像。选择这样的处置方法，为的是避免污染可能有生物存在的土卫。

回顾

欧洲的16个国家和美国组成负责设计、制造、飞行和收集来自卡西尼号轨道器和惠更斯号探测器的资料。这项任务由美国宇航局（NASA）设在美国的喷射推进实验室负责管理，卡西尼号轨道器也在此制造。惠更斯号由欧洲太空研究与技术中心（ESTEC）开发，主要的承包商是法国的法国航太（现在的泰雷兹阿莱尼亚航太公司），并汇集的许多欧洲国家提供的设备和仪器（惠更斯号的电池和两件仪器是由美国制造）。意大利航天局（ASI）提供卡西尼号的高增益雷达天线，与并网的低增益天线（确保在任务期间与地球的通讯），还有一个也使用高增益天线的紧致轻量雷达，并且担当合成孔径雷达、雷达高度计、辐射计、无线电科学子系统（RSS）、VIMS光谱仪的可见光通道（VIMS-V）。VIMS红外线对应的部分由NASA提供，还有主要的电子装配，也包括法国的法国国家太空研究中心（CNES）提供的电子元件，由NASA安装。

在2008年4月16日，NASA宣布再投资两年这项任务在地面所需的经费，同时更改任务名称为卡西尼分点任务（Cassini Equinox Mission）。在2010年2月，任务再度被延长，并再改称为卡西尼至点任务（Cassini Solstice Mission）。

名称

惠更斯于1659年解释土星系统的图说。

这个任务包括两个主要的元素：ASI/NASA的卡西尼号轨道器，是以发现土星环的卡西尼缝与四颗卫星的意大利-法国天文学家乔瓦尼·多梅尼科·卡西尼的名字命名；ESA发展的惠更斯号探测器是以发现土卫泰坦的荷兰天文学家克里斯蒂安·惠更斯之名命名。这项任务在酝酿的期间，通常被称为土星轨道泰坦探测器（SOTP，Saturn Orbiter Titan Probe），就如同被笼统称呼的Mariner Mark II任务。

卡西尼-惠更斯号是前往外太阳系行星的旗舰任务。其它旗舰级的行星任务还有伽利略号、旅行者号和维京人号 。

目的

卡西尼号有几个目标：

测量土星环的三维结构和动态行为。

测量卫星表面的组成和每一科的地质历史。

测量土卫八在前导半球的暗物质性质和起源。

测量磁层的三维结构和动态行为。

研究土星的大气层在各个层面的动态行为。

研究泰坦的云和霾随着时间的变异性。

研究泰坦表面在局部区域尺度上的特征。

卡西尼-惠更斯号于1997年10月15日从卡纳维拉尔角空军基地的40号综合发射台，使用美国空军的泰坦4VB/半人马火箭发射。完整的发射是由两节的泰坦4V助推火箭、两个捆扎的固态火箭，半人马火箭是上一节，和有效载荷的外壳或整流罩。

这个科学探测任务的总经费约是美金32亿6000万，包括发射前发展所耗用的14亿，以及7亿400万的任务操作，5400万用于追踪，还有4亿2200万用于发射的运载火箭。美国承担了26亿（80%）费用，ESA负担了5亿（15%），ASI负担1亿6000万（5%）。

卡西尼号的主要任务已经于2008年7月30日完成；但因资源尚足够便延长至2010年6月（分点任务）。土星于2009年8月经过春分点，这段时间对土星做了详细的研究。

在2010年2月3日，宣布卡西尼号的任务再度延长约6.5年，直到2017年9月。结束任务的时间是土星北半球的夏至，所以任务名称为至点任务。延伸的任务让卡西尼号多绕行土星155圈，并飞越泰坦54次、恩克拉多斯11次。 在2017年，在与泰坦邂逅后，卡西尼号将改变它的轨道型态。它将在土星环最内侧的D环之内，以距离土星云层顶端3,000千米接近土星。这一连串的“近端轨道”最后将卡西尼号像探测土卫六的探测器一样，进入土星的大气层来结束任务。

旅程

选择的目标

土卫六（泰坦）

月球（地球的卫星）

土卫五（Rhea）

土卫八（Iapetus）

土卫四（Dione）

土卫三（Tethys）

土卫二（Enceladus）

土卫一（Mimas）

土卫七（Hyperion）

土卫九（Phoebe）

土卫十（Janus）

土卫十一（Epimetheus）

土卫十六（Prometheus）

土卫十七（Pandora）

土卫十二（Helene）

土卫十五（Atlas）

土卫十八（Pan）

土卫十三（Telesto）

土卫十四（Calypso）

土卫三十二（Methone）

历史

卡西尼-惠更斯号的起源可以追溯到1982年，当欧洲科学基金会和美国美国国家科学院组成一个探讨未来合作任务的工作组之际，两位欧洲的科学家建议土星轨道器和泰坦登陆器组合的联合任务。在1983年，NASA的太阳系探索委员会建议相同的轨道飞行器和探测器作为美国宇航局的核心任务。NASA和欧洲空间局（ESA）从1984年至1985年研究联合执行潜在任务派遣的可行性。欧洲空间局在1986年仍继续自行研究，而美国太空人莎莉·莱德在1987年提出自身研究的报告：NASA Leadership and America's Future in Space ，也审查和核准了卡西尼任务。

虽然莱德的报告是叙述NASA独立派遣绕行土星的航天器和探测器，而在1988年NASA的太空科学和应用协会的理事长Len Fisk 带回了NASA和ESA联合派遣任务的想法。他写信给在ESA的欧洲联络人，Roger Bonnet，强烈建议从当时的三项候选任务中选择卡西尼任务，并承诺尽快让NASA选择同意与ESA合作执行。

当时，NASA对欧洲和美国在太空计划上的发展，因为欧洲有不同的看法，已经不像以前那样的平等合作，而变得更为敏感。NASA参与卡西尼-惠更斯计划的官方和顾问都试图扭转这种趋势，强调他们渴望均匀分享由此任务所产生的任何科学成就和利益。这种与欧洲合作新趋势的另外一部分原因是受到欧洲与苏联已经开始更密切的合作，这会使得ESA与NASA渐行渐远，因而增加了NASA的竞争意识。

合作不仅改善了两个集团的太空计划，也让卡西尼-惠更斯号在美国国会削减预算之后仍然能够执行。该计划在1992年和1994年两度遭到政治之火波及，但NASA成功说服美国国会停止该专案计划是不明智的，在EAS已经将资金投入发展之后，因为受到挫折而伤害到执行太空探险计划的承诺，可能影响到其他领域的对外关系。在1994年之后，虽然有关注其对环境影响的民间团体试图通过抗议和诉讼破坏，但直到1997年发射之前，都未再受到政治干扰而能顺利进行。

航天器设计

航天器原先计划使用辅助的三轴稳定、拟前往火星轨道的Mariner Mark II 放射性同位素热电机（RTG，Radioisotope thermoelectric generator）做为动力。

卡西尼与彗星会合小行星飞掠（CRAF）航天器同时发展，但预算削减和专案的重审，迫使NASA终止CRAF的发展，而保留卡西尼；Mariner Mark II系列也被取消。

包括轨道器和探测器，他是曾建造第二大的无人行星际航天器，也是最复杂的其中一艘。轨道器的质量为2,150千克（4,740磅），探测器是350千克（770磅）。在发射时与运载火箭对接时携带着3,132千克（6,905磅）的推进剂，总重量达到5,600千克（12,300磅）。只有苏联发射的两艘火卫一和火卫二航天器比它大。

卡西尼航天器高6.8米（22英尺），宽4米（13英尺）。由于它是以弹道（飞行路径）前往土星，以及雄心勃勃的科学目的，使这艘航天器变得非常复杂。卡西尼有1,630件互联的电子元件，以22,000 条导线连接，总长度达到14千米（8.7英里）的配线。控制电脑的CPU核心是有备份组件的MIL-STD-1750A 系统。主推进系统包括一个主火箭和1个备用的R-4D火箭引擎。每个引擎的推力是490牛顿，航天器整体的速度变化是每秒2,040米。

卡西尼的电力是由32.7千克的钚-238提供，将从材料的放射性衰变热能转化成电能。在巡航期间，惠更斯的电力也由卡西尼提供；分离后则使用化学电池。

直到2017年9月，卡西尼号持续的在绕行土星的轨道上运转，与地球的距离在8.3至10.2天文单位之间变动着。无线电讯号从地球到航天器需要68至84分钟的到达时间，反之亦然。因此，地面控制不能对于日常或突发的事件给予“即时”的指示。当卫星出现问题，即使接收的工程师们是立即回应，之间的传递时间也将超过两个小时。

仪器

由VISM揭露的泰坦表面。

在土星前面的丽亚。

土星的北方极区六角。

航天器的3D模型。

为了能够收集到尽可能多的科学数据，卡西尼-惠更斯号携带了18台科学仪器，其中卡西尼号轨道器携带12台，惠更斯号着陆器携带6台。

摘要

仪器：

光学遥感仪器（安装在遥感平台上）

复合红外光谱仪（CIRS，Composite Infrared Spectrometer）

成像科学子系统（ISS，Imaging Science Subsystem）

紫外成像光谱仪（UVIS，Ultraviolet Imaging Spectrograph）

可见光和红外映射分光计（VIMS，Visible and Infrared Mapping Spectrometer）

场、粒子和波

卡西尼等离子体分光计（CAPS，Cassini Plasma Spectrometer）

宇宙尘分析（CDA，Cosmic Dust Analyzer）

离子和中性质谱仪（INMS，Ion and Neutral Mass Spectrometer）

磁强计（MAG，Magnetometer）

磁层成像仪（MIMI，Magnetospheric Imaging Instrument）

无线电和等离子体波科学（PRWS，Radio and Plasma Wave Science）

微波遥感仪器

雷达（Radar）

无线电科学（RSS，Radio Science）

说明

卡西尼的仪器包括：合成孔径雷达制图、感光耦合元件成像系统、可见光/红外映射光谱仪、复合红外光谱仪、宇宙尘分析仪、无线电和等离子体波实验、等离子体光谱仪、紫外成像光谱仪、磁层的成像仪器和离子/中性质谱仪。遥测资讯的通报天线和其它特别的发射机（S波段发射机和双频Ka波段系统），也将用于观测土星和泰坦的大气层，和测量土星和它的卫星的重力场。

VIMS 透过泰坦的大气层朝向太阳研究，有助于了解系外行星的大气层（艺术家的概念，2014年5月27日）。

卡西尼等离子体分光计（CAPS）：CAPS是直接的遥测仪器，用于测量仪器遭遇到的电荷粒子和能量（电子和质子的数量）。CAPS将测量来自土星电离层的分子，和确定土星磁场的配置。CAPS还将调查在这些领域以及在土星磁场内太阳风的等离子体。CAPS在2011年6月因为仪器中的电器短路而关闭。在2012年3月，仪器被再度充电，但78天后再度短路，仪器再度被迫关闭。

宇宙尘分析（CDA）：CDA是直接测量的遥感仪器，测量在土星附近的微小尘埃颗粒的大小、速度和方向。这些粒子有一部分在轨道上环绕着土星，而有一些可能来自其它的恒星系统。在轨道器上的CDA被设计来了解更多有关的这些粒子，来自其它天体的粒子可能潜藏着有关宇宙起源的线索。

复合红外光谱仪（CIRS）：CIRS是遥测来自物体红外辐射的仪器，以了解它们的温度、热性质和成分。整个卡西尼-惠更斯任务期间，CIRS将测量来自土星大气层、环、和土星系统中广大表面的红外线辐射。它将映射土星大气三度空间的海拔高度、气体成分、温度和压力，以及气溶胶和云的分布。他还将测量热特性和卫星表面及环的组成。它还将测量热特性和卫星表面及环的组成。

离子和中性质谱仪（INMS）：INMS是直接测量和分析靠近泰坦和土星的带电粒子（像质子和重的离子）与中性粒子（像原子），已对它们的大气层有更多的认识。INMS预期测量土星的冰卫星和环中的正离子和中性环境。

成像科学子系统（ISS）：ISS是遥感仪器，用于捕获可见光的大多数影像，还有一些红外线和紫外线的影像。ISS已经获得数以十万计的土星、它的光环和卫星的图像。ISS有广角相机（WAC，wide-angle camera）拍摄大面积的影像；和窄角相机（NAC，narrow-angle camera）拍摄小面积和细致的影像。每个相机都有灵敏的感光耦合元件（CCD）做为电磁波探测器。每个边长12μm的CCD都有1,024平方阵列的图元。这两款相机允许许多的资料收集模式，包括线上压缩资料。这两款相机配置的旋转轮光谱滤波器——可以查看从0.2到1,1微米的电磁波谱。

双重技术磁强计（MAG）：MAG是一种直接测量环绕土星的磁场强度和方向的遥感仪器。磁场是由土星核心熔融的部分核心产生，测量磁场是探讨核心的途径之一。MAG旨在开发土星磁层的三维模型，并确定泰坦和它大气层的磁化状态，以及冰卫星在土星磁层内的作用。

磁层成像仪（MIMI）：MIMI是直接和遥感均可产生被陷在土星强大磁场或磁层内的粒子图像和其他资料的仪器。这些资讯被用于太阳风、土星大气层、泰坦、土星环、和冰卫星整体的配置，以及它们与磁层交互作用的动力学研究。MIMI包括离子和中性相机（INCA，Ion and Neutral Camera），用以捕获离子和高能中性原子（ENAs）。

雷达：航天器上的雷达是产生泰坦地图的主动和被动的遥感仪器。主动雷达可以发送能穿透泰坦周围阴霾厚重面纱的雷达波，通过测量信号发送和返回的时间就可以确定大的表面特征，如火山和峡谷的高度。被动雷达侦听土星或其它卫星可能发出的无线电波。

无线电和等离子体波科学（PRWS）：RPWS是接收并测量来自土星的信号，包括太阳风和土星其它卫星交互作用发出的无线电波，的直接和遥感仪器。RPWS测量行星际空间物质和行星磁层中的电子和磁波场。它也测量靠近泰坦和土星磁层一些地区的电子密度和温度。RPWS研究土星磁场和它的千米辐射（SKR，Saturn Kilometric Radiation）之间的关联性和结构，以及监测和测绘土星的电离层、等离子体和来自土星（也可能是泰坦）大气层的闪电和配置。

无线电科学子系统（RSS）：RSS是一种遥感的工具，使用地球上的无线电天线来观察航天器发出的无线电信号，因为通过不同的物件而发生的改变，如泰坦的大气层或土星的光环，甚至从太阳的后面发送的方式。RSS也研究大气层和电离层的成分、压力和温度，环内的径向结构和粒子大小的分布，天体和系统质量和引力波。仪器采用航天器的X-波段通讯以及S-波段下行链接和Ka-波段上行链接和下行链接。

紫外成像光谱仪（UVIS）：UVIS是捕捉被像是土星的云/或它的光环等物体反射的紫外线影像的遥感仪器，以对它们的结构和组成有更多的了解。设计测量的紫外线波长从55.8～190nm，这件仪器也是协助测量成分、分布、气溶胶粒子的含量，以及大气温度的工具。不同于其它类型的光谱仪，这个灵敏的仪器可以获得光谱和空间中的读数。他特别擅长于测定气体的成分，空间的观测由宽至窄，可以由一个图元至跨越64个图元。光谱的尺度是每个空间图元对应1,024图元。此外，当物体因为其它的力量移动时，它可以组合许多影像创造出影片的方式。

可见光和红外映射分光计（VIMS）：VIMS是使用可见光和红外线捕捉影像，以对卫星表面、环、土星和泰坦的大气层结构与组织有更多了解的遥感仪器。它是由两架照相机结合在一起：一个用来测量可见光，另一个测量红外线。VIMS测量来自大气层、环和表面反射与发射的辐射，在波长350至5,100nm的范围内测量它们的成分、温度和结构。它也观察穿过环的阳光和星光，以对它们的结构有更多的了解。科学家们计划使用VIMS研究土星系统中云的长期运动和形态，以确定土星的天气模式。

钚能源

安装之前的卡西尼放射性同位素热电机。

由于土星与太阳的距离较远，使得以太阳能电池阵列作为这艘航天器的动力来源是行不通的。要产生足够的能量，这种阵列将会太大也太重。取而代之的是卡西尼号探测器由三个放射性同位素热电机（RTGs，radioisotope thermoelectric generators）供应能量。这是使用大约33千克（73磅）的钚-238（以二氧化钚的形式）以自然衰变的热通过热电发电产生直流电。卡西尼任务所使用的能源装置与使用在新视野号、伽利略号、和尤利西斯号探测器的设计都完全一样，它们都有很长时间的运转寿命。在卡西尼完成11年的任务时，它们仍然能够产生600至700瓦的电力（为卡西尼准备的备用RTGs之一被用在稍后推出的新视野号任务，设计和发射前往探测冥王星和柯伊伯带）。

炽热的钚丸就是探测器的放射性同位素热电机的动力源。

为了让已经在飞行中的探测器获得动量，卡西尼任务的弹道轨道包括几次的重力助推部署：两次低空飞掠金星，然后飞掠地球一次，再飞掠木星一次。最后一次飞掠地球时，可以想像卡西尼号对人类构成的危险。这个部署是成功的，卡西尼号在1999年8月18日以1,171 km（728 mi）的距离从地球上空掠过。幸好没有任何故障导致卡西尼号与地球发生碰撞。NASA以最坏的碰撞情况（使卡西尼号会燃烧的锐角重返大气层）研究对整体环境影响的评估：RTGs内的 33千克钚-238，只要有可以察觉的一部分散布进入地球的大气层，50亿人（当时地球上的总人数）当中，因罹癌而死亡的人数可能会增加5,000人（预期因其它各种原因造成癌症的死亡的几率是0.0005%，即百万分之五。也就是10亿人中有50万人，这样的计算无论怎么说都是不正确的）， 但是这种情况发生的机会低于百万分之一。

遥测术

卡西尼号航天器可以用几种不同格式的遥测术进行传输。遥测术子系统是最重要的子系统，因为没有它就不可能有资料传送回来。

遥测术是在地面发展的，而由于航天器使用比之前更现代化的整套电脑。因此，卡西尼是第一艘采取迷你包来降低遥测辞典的复杂性，这是任务管理团队的软件发展过程导致的创作。

目前约有1088个通道（在67个迷你包内）组合在卡西尼的遥测术辞典内。在这67个低复杂性的迷你包之外，6个迷你包的子系统包含系统共变数和卡尔曼增益元素（161个测量）不在任务正常的状态下使用。其余的947个测量是在61个迷你包完成。

共七个遥测地图对应 7 AACS 遥测方式被建造。这些模组是（1）纪录；（2）巡航计划；（3）中慢速巡航；（4）慢速巡航；（5）轨道Ops；（6）Av；（7）ATE（姿态估计）校准。这七组遥测地图涵盖了所有航天器的遥测方式。

惠更斯探测器

惠更斯号探测器是由欧洲空间局提供的，并由发现泰坦的17世纪荷兰天文学家克里斯蒂安·惠更斯之名命名。它于2005年1月15日降落在泰坦的表面，并仔细观察泰坦的云、大气层和表面。它被设计成无人的全自动检测机器人实验室，进入泰坦的大气层，并且利用大气层刹车，以降落伞降落到表面。

探测器的系统包含探头系统本身，降落至泰坦的表面；探针支援设备（PSE，probe support equipment）仍然附着在轨道上的航天器。PSE包括追踪探测器的电子仪器，收集降落时获得的资料，并处理和传递资料给轨道器，再传送回地球。控制系统的核心电脑CPU是冗余的MIL-STD-1750A。

选择的事件和发现

1997年10月15日，泰坦4号运载火箭载着卡西尼-惠更斯号从卡纳维拉尔角发射。

1997年10月15日，卡西尼-惠更斯号从卡纳维拉尔角航天基地第40号发射台成功发射升空。固体火箭发动机在起飞时开始点火，直到第143秒才停止，当时高度是68,300米。第一级火箭在升空第131秒开始点火，当时高度是58,500米。卡西尼-惠更斯号升空后第323秒，第一级火箭分离，第二级火箭点火，当时高度是167,300米。卡西尼-惠更斯号升空后207秒内，覆盖物保护卡西尼-惠更斯号以免暴露在阳光直射下。

飞掠金星、小行星与木星

卡西尼-惠更斯号分别于1998年4月26日与1999年6月4日接近金星，进行两次重力助推调整，确保探测器有足够的动能可以抵达小行星主带。之后卡西尼-惠更斯号受到太阳牵引，1999年8月18日，探测器近距离通过地球进行重力助推调整，距离月球只有377,000千米。

2000年1月23日，卡西尼-惠更斯号接近小行星2685，并进行一系列观测。卡西尼-惠更斯号距离该小行星1,600,000千米，并估计其直径为15－20千米。

2000年12月30日，卡西尼-惠更斯号与木星距离最近，并进行一系列观测，总共拍摄26,000张木星影像。这些照片是当时最清晰的木星影像, 分辨率可达60千米。2003年3月6日，科学家发布卡西尼-惠更斯号这次接近木星的一些主要发现。

2003年10月10日，卡西尼-惠更斯号科学家团队宣布爱因斯坦相对论的实验结果显示相对论与实际观测互相吻合。

2004年6月11日，卡西尼-惠更斯号飞掠土卫九，也是旅行者2号之后最接近该卫星的一次。这也是卡西尼-惠更斯号唯一一次近距离飞掠土卫九。

到达土星

2004年7月1日，卡西尼-惠更斯号通过F环与G环之间抵达绕行土星轨道，成为首艘绕行土星的探测器，展开四年的探测任务。卡西尼号将会到达距离土星最近位置，距离土星上层大气只有20,000千米，这个距离不足土星半径的三分之一。

2004年7月1日，卡西尼-惠更斯号启动主发动机减速，使飞船被土星引力俘获进入轨道。卡西尼号预计将完成74圈公转，44次近距离掠过 土卫六，以及多次掠过土星其它冰卫星。

2004年7月2日，卡西尼-惠更斯号首次近距离接近土卫六，距离该卫星339,000千米，并获得有史以来最清楚的土卫六照片。2004年12月25日，惠更斯号脱离母船卡西尼号，飞向土卫六。2005年1月14日，惠更斯号在降落土卫六过程中拍摄土卫六照片，并测量风速及压力，分析大气层气体，并将数据会传回卡西尼号轨道器。惠更斯号最终降落在上都地区，并拍摄人类历史上第一张土卫六表面照片，惠更斯号在土卫六上运作90分钟。

2005年，卡西尼-惠更斯号首次近距离观测土卫二，成像科学子系统拍摄到土卫二冰晶喷射活动。（其实，卡西尼-惠更斯号在2005年2月已经拍摄到羽状物，只是仍需要进一步对高相位角度拍摄的照片进行研究，这些照片还需要同其他卫星的高相位照片进行对比。）于是土卫二成为太阳系第四颗被证实存在火山活动的天体，其余三颗分别是地球、海卫一和木卫一。

2006年7月21日，科学家从雷达照片中发现土卫六北半球存在碳氢化合物湖泊，也是科学家首次在地球以外的星球发现湖泊。这座湖泊直径估计为100千米。2007年3月13日，喷气推进实验室宣布土卫六北半球存在碳氢化合物海洋，其中至少有一个比北美洲五大湖还大。

2006年11月10日，美国宇航局宣布，卡西尼上的高清晰度照相机记录下了土星南极发生的带眼风暴，这是人类首次在地球以外的行星上观测到这种现象。风暴顺时针方向的风速达到了每小时550千米。

2007年3月13日，美国宇航局卡西尼项目小组报告说，卡西尼飞船上几部观测仪器拍摄发回的土卫六图像都显示，土卫六北纬高纬度地区存在海洋。7月20日，美国宇航局说，卡西尼飞船发现了土星的一颗新卫星。这使得土星的卫星数目达到60个。

2013年7月19日，卡西尼号在距离地球约15亿千米由高清晰度照相机拍摄了由土星回望地球照片。

2008年3月12日，卡西尼-惠更斯号仅仅以50千米的距离飞掠土卫二，发现羽状物中含有更多的化学物质，包括复杂的碳氢化合物（丙烷、乙烷、乙炔）。这项发现提高土卫二存在生命的可能性。2009年11月21日，卡西尼-惠更斯号第八次飞掠土卫二。

2008年4月15日，卡西尼-惠更斯号确定展开两年延伸任务，将绕行土星60次、21次近距离探测土卫六、7次近距离探测土卫二、6次近距离探测土卫一、8次近距离探测土卫三及分别接近土卫四、土卫五与土卫十二各一次。这次延伸任务于2008年7月1日展开。第二次延伸任务于2010年10月2日展开并一直持续至今，卡西尼号预计将绕行土星155次、54次近距离探测土卫六、11次近距离探测土卫二。卡西尼号预计于2017年进入土星大气层，结束所有任务。

2012年10月25日，卡西尼-惠更斯号观测到土星出现大白斑，这种现象约30年出现一次。

2012年12月21日，卡西尼-惠更斯号观测到金星凌日。

2013年7月19日，卡西尼号使用高清晰度照相机拍摄土星回望地球与月球照片，美国宇航局于拍摄照片前事先告知社会大众，也是人类历史上的首例。科学家认为想要人们朝向天空挥手，科学家卡洛琳·波尔科（Carolyn Porco）认为这次拍摄是庆祝居住在暗淡蓝点上的生命。

2014年4月3日，美国宇航局科学家宣布土卫二南极地底存在液态水海洋，土卫二成为太阳系有可能存在生物的星球之一。

2017年4月，美国宇航局宣布卡西尼号，最后任务是进入土星与土星环之间区域，探索土星环“年龄”及起源。为了避免卡西尼号可能附有地球微生物，污染土星卫星，即使完成使命，卡西尼号亦会于同年9月15日坠落土星，自我销毁。

发现新卫星

拍摄于2013年4月15日，可能会形成一颗新的卫星。

卡西尼号总共发现7颗绕行土星的新卫星。使用卡西尼号在2004年拍摄的影像，研究人员发现Methone、Pallene和 Polydeuces。然而，稍后的分析发现旅行者2号在1981年飞越土星时就拍到了Pallene。

2005年5月1日，卡西尼号在基勒环缝中发现Daphnis（达佛涅斯），它的临时名称是S/2005 S1，这颗卫星也导致缝隙边缘的波纹。卡西尼号在2007年5月30日发现第五颗新卫星，临时名称是S/2007 S4，他现在已经被命名为Anthe。2009年2月3日，在一份电子报中透漏卡西尼号发现第六颗新卫星。这颗卫星位于土星的G环内，直径只有大约500米（0.3英里），它的临时名称是S/2008 S1，被命名为Aegaeon（埃该翁）。2009年11月2日的新闻发布会上提到卡西尼号在2009年7月26日发现第七颗新卫星。它的位置在B环中，直径仅约300米（984英尺），暂定的名称是S/2009 S1。

在2014年4月14日，NASA的科学家报告可能有一颗新卫星在土星的A环内开始形成。

轨道

为了顺利抵达土星，卡西尼-惠更斯号空间探测器曾多次进行重力助推，曾两次飞掠通过金星，之后再一次飞掠通过地球，并飞掠通过木星，并最终到达土星。

卡西尼号相对于太阳的速度变化情况，时间介于1997年10月16日—2008年8月9日之间，速度的单位为千米/秒。卡西尼-惠更斯号多次的重力助推形成图表左部显著的波峰，而图表右部波形的周期性变化则是探测器在绕行土星轨道的速度变化，数据来自喷气推进实验室线上历书系统。探测器在环土星轨道上的最低速度约为5千米/秒，约略相当于土星的公转轨道速度，同时也是卡西尼号切入环土星轨道的速度。

卡西尼任务重要项目 开始日期 日数

在泰坦4号运载火箭发射 1997-10-15 0

飞经金星上空 1998-04-21  198

绕转再向金星 1998-12-02  423

飞经金星上空 1999-06-20  622

飞经地球上空 1999-08-16  680

飞经木星上空 2000-12-30  1,181

开始科学观测 2004-01-01  2,277

进入土星轨道 2004-06-25  2,484

探测泰坦 2004-09-12  2,533

探测器与航天器分离 2004-11-06 2,588

惠更斯转弯向泰坦 2004-11-08 2,590

惠更斯登陆泰坦 2004-11-27 2,609

航天器飞经泰坦上空 2004-11-27 2,609

主要任务结束 2008-07-01 3,921

延伸任务结束 2017-09-15

纪念

2017年4月26日，Google首页展示了以卡西尼-惠更斯号为主题的Google涂鸦，以纪念卡西尼号探测器穿越土星与土星环内缘。

【044、卡西尼-惠更斯号13年土星之旅 人类发现了什么】

BBC 2017年9月16日

卡西尼号飞船（Cassini）9月15日结束了长达13年的土星探索之旅。2005年，它向土星最大的一颗卫星"土卫六"（Titan）发射了惠更斯号（Huygens），惠更斯号在2005年1月14日降落在土卫六。这是人类有史以来第一次在外太阳系的天体上着陆。

卡西尼号于1997年10月15日从卡纳维拉尔角空军基地发射。它的设计包括绕行土星的飞船"卡西尼号"和登陆土卫六的航天器"惠更斯号"。这两艘航天器以天文学家乔凡尼·多美尼科·卡西尼和克里斯蒂安·惠更斯的名字命名。航天器在2004年7月1日进入环绕土星的轨道。在前往土星的星际航行途中，曾两度飞越金星，一次飞越地球与木星。

发回的照片 453,000

执行的指令 250万

搜集的数据 635GB

发表的科学文章 3,948

数据来源：美国航空航天局

以下是这次探索之旅的一些精彩时刻及重大发现。

"土卫二"上发现了水

卡西尼号之前的航天器在1980年代传回的照片显示，直径约为500公里的土星卫星"土卫二"（Enceladus）表面非常光滑，因此相对比较年轻。它的光滑表面可能和一种未知的刷新过程有关。卡西尼号则在这颗小卫星的南极点发现了喷涌而出的刨冰。

这种刨冰以1300公里的时速从喷发口喷出，并且和冰壳下面的盐水海洋相连。水被认为是诞生生命的必要成分，这一发现使得土卫二成为了研究外星生物的目标样本。

此外，卡西尼号在飞越这些"喷泉"和土星环（由喷泉中的物质形成）过程中还利用搭载的设备"品尝"其成分，进而检测到了岩石颗粒、甲烷以及氢分子。

对这些发现最好的解释是，土卫二上的海洋表面有流动喷口的存在。在地球上，这种从海床上延伸出来的热水喷口往往能够孕育生命。

2005年1月14日，欧洲国家联手建造的惠更斯号穿过"土卫六"稠密的大气层，降落到这颗土星最大的卫星上进行科学研究。

惠更斯号在超音速中成功进入，打开降落伞，并在向地面降落的2小时27分钟里搜集了数据。惠更斯号随后将搜集到的图片和空气资料数据通过卡西尼号中转传回地球，包括温度、气压、密度以及构成等。

惠更斯项目科学家勒布雷顿（Jean-Pierre Lebreton）对BBC表示，"在60-70公里的大气层中风速降到了零，往下风速则开始增加。这一现象至今未得到合理解释。"

在卡西尼号消失在地平线之前，惠更斯号还从土卫六表面传回了90分钟的调查资料。

根据卡西尼号和惠更斯号的发现，土卫六似乎是地球的镜花水月版本。它的的表面温度是零下179摄氏度，这意味着液态碳氢化合物将承担起水在地球上的很多角色。它有季节转换，有风，有甲烷雨和甲烷海水，有冰雪覆盖的山川和塑料沙丘。

在土卫六的北极点周围发现了三片甲烷海洋。其中最大的一个面积超过北美的苏必利尔湖（Lake Superior）。这些海洋被为数众多的小液体湖包围。

卡西尼号在其中一片海洋表面发现了小型的波浪，在另一片海洋上发现一个岛屿被以一种神秘方式拍打。冰山、海浪以及从海床里上升的气体都可能是后者的成因。

土卫六上还发现了令人吃惊的复杂有机化合物。科学家们认为这可能和地球上早期孕育生物的气体类似，这也为分析地球原始时期提供了帮助。

土卫二不是唯一一颗拥有大海的卫星，土卫六上也发现了地表下的业态海洋，不同之处在于这里的水里含有氨气。

活跃的土星环

卡西尼号发现，土星环非常活跃。事实上，这可能为研究环绕年轻恒星的行星成长过程提供实验室。科学家认为，卫星制造缝隙的过程可能和数十亿前环绕太阳的大行星利用气体和灰尘壮大体积相似。

卡西尼号观察到了这些环的"螺旋桨"结构，可能还见证了小卫星的诞生过程。它传回的数据可能解释关于土星最大的神秘问题——土星环什么时候形成？如何形成？

今年，就在卡西尼号的任务即将终止的时候，科学家们宣布了一项初步结论——这些土星环相对年轻，只有1亿年左右。这也意味着我们正好生活在一段刚好存在土星环的特殊时期。

土星北极点上空的六角形飓风

美国宇航局在土星的南北两极观察到了巨大的风暴。土星北极风暴眼的直径达到了2000公里。这个规模比地球上飓风的平均规模大了50倍。风速则达到每秒150米左右。

科学家们还发现，土星北极的飓风呈现出奇怪的六角形状。

但通过电脑模拟，科学家们已经能够展示这种形状可能的成因——这是不同气旋相互影响的结果。和地球上的飓风一般持续数日不同的是，这些暴风可以存在数十年。

【045、柯伊伯带】

柯伊伯带（英语：Kuiper belt），又称作伦纳德-柯伊伯带，另译柯伊伯带、古柏带，是位于太阳系的海王星轨道（距离太阳约30天文单位）外侧，在黄道面附近的天体密集圆盘状区域，柯伊伯带的假说最先由美国天文学家弗雷德里克·伦纳德提出，十几年后杰拉德·柯伊伯证实了该观点，柯伊伯带类似于小行星带，但范围大得多，它比小行星带宽20倍且重20至200倍。外文名Kuiper belt，别名艾吉沃斯-柯伊伯带，库柏带，库珀带，古柏带，凯伯带。

Gerard Kuiper，杰拉德·柯伊伯（1905.12.7―1973.12.24），荷兰裔美国天文学家，提出在太阳系边缘存在一个由冰物质运行的带状区域，为了纪念柯伊伯的发现，这个区域被命名为“柯伊伯带”。

发现历史

1987年，当时在麻省理工学院工作的天文学家大卫·朱维特，对于“太阳系外围的明显空虚”越来越疑惑，使用在亚利桑那州基特峰国家天文台和在智利托洛洛山美洲际天文台的望远镜，朱维特和刘丽杏以与克莱德·汤博和查尔斯·科瓦尔几乎相同的方式进行自己的搜索，与进行比较，经过五年的搜索。

1992年8月30日，朱维特和刘丽杏宣布“发现候选的柯伊伯带天体”：小行星15760，半年后，他们在该区域又发现了第二个天体，(181708) 1993 FW。 

位置信息

柯伊伯带位于太阳系的海王星轨道（距离太阳约30天文单位）外侧，在黄道面附近的天体密集圆盘状区域。

结构组织

以最完整的范围，包括远离中心最外侧的区域，柯伊伯带大约从30天文单位伸展到55天文单位。然而，一般认为主要的部分只是从39.5天文单位的2:3共振区域延展到48天文单位的1:2共振区域。柯伊伯带非常的薄，主要集中在黄道平面上下10度的范围内，但还是有许多天体散布在更宽广数倍的空间内。总之，它不像带状而更像花托或甜甜圈（多福饼），而且，这意味着柯伊伯带对黄道平面有1.86度的倾斜。 

由于存在着轨道共振，海王星对柯伊伯带的结构产生了重大的作用。在与太阳系年龄比较的时标上，海王星的引力使在某些轨道上的天体不稳定，不是将她们送入内太阳系内，就是逐入离散盘或星际空间内。这在柯伊伯带内制造出一些与小行星带内的柯克伍德空隙相似的空白区域。例如，在40至42天文单位的距离上，没有天体能稳定的存在于这个区间内。无论何时，在这个区间内被观测到的天体，都是最近才进入并且会被移出到其他的空间。

经典柯伊伯带天体

大约在~42至~48天文单位，虽然海王星的引力影响已经是微不足道的，而且天体可以几乎不受影响的存在着，这个区域就是所谓的传统柯伊伯带，并且目前观测到的柯伊伯带天体有三分之二在这儿。 

因为近代第一个被发现的柯伊伯带天体是1992 QB1，因此它被当成这类天体的原型，在柯伊伯带天体的分类上称为QB1天体。

统的柯伊伯带向来是两种不同族群的综合体，第一类是"dynamically cold"的族群，比较像行星：轨道接近圆形，轨道离心率小于0.1，相对于黄道的倾角低于10度（它们的轨道平面贴近黄道面，没有太大的倾斜）。第二类是"dynamically hot"的族群，轨道有较大的倾斜（可以达到30度）。这两类会有这样的名称主要并不是因为温度上的差异，而是以微小的气体做比喻，当它们变热时，会增加它们的相对速度，这两种族群不仅是轨道不同，组成也不同，冷的族群在颜色比热的红，暗示它们在不同的环境形成。热的族群相信是在靠近木星的地区形成，然后被气体巨星抛出。而另一方面，冷的族群虽然也可能是海王星在向外迁徙时清扫出来的，但无论是较近或较远，相信是在比较靠近目前所在的位置形成的。 

共振

当一个天体的轨道周期与海王星有明确的比率时（这种情况称为平均运动共振），如它们的相对基线是适当的，它们可能被锁定在与海王星同步的运动，以避免受到摄动而使轨道变得不稳定。如果天体在这种正确的轨道上，在实例上，如海王星每绕太阳三周它便会绕行二周，则每当它回到原来的位置时，海王星总比它多运行了半条轨道的距离，因为这时海王星在轨道上绕行了1.5圈。这就是所谓的2:3（3:2）的轨道共振，这种轨道特征的半长轴大约是39.4天文单位，而已知的2:3共振天体，包括冥王星和他的卫星在内，已经超过200个以半长轴为准的轨道分类。

而这个家族的成员统统归类为冥族小天体。许多冥族小天体，包括冥王星，都会穿越过海王星的轨道，但因为共振的缘故，永远不会与海王星碰撞， 其有一些，像是欧侉尔和伊克西翁的大小，都已经大到可以列入类冥天体的等级。冥族小天体有高的轨道离心率，因此它们当初原本应该不是在现在的位置上，而是因为海王星的轨道迁徙被转换到这儿的，1:2共振（每当海王星转一圈，它才完成半圈）的轨道半长轴相当于47.7天文单位，但数量稀稀落落的这个族群有时会被称为twotino。较小的共振族群还有3:4、3:5、4:7和2:5海王星也有特洛伊小行星，它们位于轨道前方和后方的L4和L5的重力稳定点上。海王星特洛伊有时被称为与海王星1:1共振。海王星特洛伊在它们的轨道上是稳定的，但与被海王星捕获有所不同，它们被认为是沿着轨道上形成的。 

柯伊伯断崖

1:2共振之外已知的数量非常少，看起来是个边界，但还不能确定这是传统柯伊伯带外侧的边界，还是只是一个宽阔的空隙。观测到2:5共振的距离大约在55天文单位，被认为在传统柯伊伯带之外；然而，预测上在传统柯伊伯带与共振带之间的大量天体尚未被观测到。 

早期的柯伊伯带模型认为在50天文单位之外的大天体数量应该增加二个数量级，因此，这突然的数目下降，被称为“柯伊伯断崖”，是完全未被预料到的，并且它的原因至今仍不清楚。伯恩斯坦和屈林（Trilling）等人发现直径在100公里或更大的天体在50天文单位的距离上确实突然减少的证据，并不是观测上造成的偏差。可能的解释是在那个距离上的物质太缺乏或太分散，因此不能成长为较大的天体；或者是后续的过程摧毁了已经形成的天体。 

物理特征

柯伊伯带大约从30天文单位伸展到55天文单位，从39.5天文单位的2:3共振区域延展到48天文单位的1:2共振区域。柯伊伯带非常的薄，主要集中在黄道平面上下10度的范围内，但还是有许多天体散布在更宽广数倍的空间内，而且，这意味着柯伊伯带对黄道平面有1.86度的倾斜，由于存在着轨道共振，海王星对柯伊伯带的结构产生了重大的作用。在与太阳系年龄比较的时标上，海王星的引力使在某些轨道上的天体不稳定，不是将她们送入内太阳系内，就是逐入离散盘或星际空间内。这在柯伊伯带内制造出一些与小行星带内的柯克伍德空隙相似的空白区域，例如，在40至42天文单位的距离上，没有天体能稳定的存在于这个区间内。无论何时，在这个区间内被观测到的天体，都是最近才进入并且会被移出到其他的空间。 

观测资料

2014年8月1日天文学家宣称在太阳系边缘的柯伊伯带发现了两个新的冰冻天体，这是他们在利用哈勃太空望远镜进行观测仅两周后就取得的发现。柯伊伯带被认为是太阳系的尽头所在，遍布着直径从几公里到上千公里不等的冰封微行星。发现的两个天体距离地球约64亿公里，名称是1110113Y和0720090F。

2006年1月19日，第一艘以探索柯伊伯带为任务的航天器新视野号发射升空。该任务是由美国西南研究院首席研究员艾伦·斯特恩所领导的一个团队提出。新视野号航天器已于2015年7月14日抵达了冥王星，如果条件允许，它将继续对另外尚未确定的柯伊伯带天体继续研究。任何选择的柯伊伯带天体将是40和90公里（25至55英里）的直径，在理想情况下是白色或灰色，与冥王星的偏红颜色有对比。

2014年10月15日，NASA宣布发现一些柯伊伯带天体，可能会成为新视野号的研究目标。 

美国东部标准时2019年1月1日，新视野号在距离太阳43.4天文单位处飞掠名为“天涯海角”的柯伊伯带小行星2014 MU69。

【046、科学家发现：一颗流氓行星突然闯入太阳系并永远改变了天王星】

2018-07-04

这是一颗太阳系内最神秘的行星，同时也是太阳系内唯一一颗被闻起来做屁臭味的行星，因此天文学家不对它进行一番研究实在对不住大家的好奇心。最近科学家发现：一颗流氓行星突然闯入太阳系并永远改变了这颗星球。

不好意思说了半天忘报行星大名了，这颗行星就是在八大行星中体积排在第3位，质量却排在了第4位的天王星。它还有一个响亮的外号“冰巨人”。自今年4月份以来，一个一直被科学家怀疑天王星上可能存在的物质硫化氢刚刚得到了证实。没想到2个月后的今天又有一个困惑了多年谜团再次被科学家破解，这个谜团就是为什么天王星南北轴线竟与太阳轨道平面倾斜98度。没想到“好事成双”这句成话也适用于科学领域。

我们知道一般存在于太阳系内行星的南北轴线基本和太阳相同，不过奇怪的是这颗蓝色天王星的南北轴线竟与太阳轨道平面倾斜98度。奇怪的倾斜角度不得不让科学家对它产生了疑惑，同时也激发了进一步探索和研究的兴趣。科学家认为如果没有超强外力的帮助，天王星的南北轴线不可能会自动发生倾斜。到底是何种力量才让这颗体积为地球65倍的天王星发生倾斜呢？不过科学家敢肯定的一点是：这绝对是一种超强力量。经过多方探索，最后科学家把天王星的南北轴线倾斜的原因锁定在星球撞击上。

为了寻找真正的原因，来自英国达勒姆大学的物理学家Jacob Kegerreis使用了计算机的模拟软件。在模拟中科学家假设了50多种不同撞击场景，并制造了各种大小的物体撞击天王星并观察其结果。模拟结果显示最有可能的结果是：一颗由岩石和冰构成的流氓行星突然闯入太阳系，而天王星恰恰被这颗质量为地球两倍的流氓星球横向撞击。灾难性的撞击撼动天王星的南北轴线。

猛烈碰撞还将很多岩石和冰块抛向外太空，不过在天王星引力作用下一部分碎片重新组合形成了天然卫星，而另一部分碎片刚形成现在直径小于10米由黑暗颗粒组成的暗淡行星环。而且科学家还发现，天王星被流氓星球撞击的时间并不是发生在现在，而是发生在大约40亿年前的太阳系早期阶段——如果天王星上存在生命，那么会因为这次的撞击而全部灭绝。

看来天王星的这种毁灭性灾难不但解释了南北轴线倾斜谜团，还巧妙地解释了关于天王星其他方面的秘密，比如天王星存在着暗淡行星环，还有天王星存在同一运行方向的天然卫星等。看来人类在探索地外行星上面又前进了一小步。

【047、科学家分析观测数据发现土卫六上水冰存在的证据】

2020年10月05日 快科技 

长期以来，土星的第一大卫星，土卫六“泰坦”，一直都令人着迷，因为它拥有大气层，也是地球以外唯一在其表面上具有液态河流、湖泊和海洋的地方，还有活跃的天气，俨然就是生命的摇篮。但和地球不同的是，它上边的液体不是水，而是甲烷。最新的一项研究分析了土卫六的化学元素组成，找到了一些有意义的线索，发现它可能拥有组成生命的关键成分——水。

科学家们研究了土卫六上的流星撞击，发现了水冰存在的证据。

根据卡西尼号探测器的观测数据，位于土卫六赤道附近的沙丘火山口，似乎纯粹是由有机物质组成，而中纬平原的众多陨石坑都在有机混合物中富含水冰。

这暗示着，土卫六上古老的生态系统可能会被这些撞击坑暴露出来。

这些陨石坑中存在水冰非常重要，因为这是星球过去或现在仍具有生命的最佳暗示。现在，NASA已开始计划执行泰坦探测任务，说不定哪一天，我们就能在上边找到真正的外星生命！

【048、科学家计算出金星上的一天：持续近6000个小时！相当于地球上的243天！】

2021-05-21 前瞻网

如果你曾经疲惫地躺在床上，哀叹“这是有史以来最长的一天”，那你现在可能要庆幸——幸好你不是在金星上。

对这颗行星进行了15年的研究之后，科学家们最终计算出了这颗地球大小的行星上一天的长度，比我们的24小时周期长了不是一点点。

事实上，金星上的一天总共需要5832.5个小时，基本相当于我们的243天！

由于酸雨和地表温度可以液化铅，金星不是最适宜居住的行星。加州大学洛杉矶分校的研究小组花了数年时间用雷达探测火星表面，以弄清楚它是如何工作的。除了一天的长度，他们的研究还揭示了金星地轴的倾斜程度和地核的大小。

“金星是我们的姐妹行星，但这些基本属性仍然未知，”研究作者，加州大学洛杉矶分校地球、行星和空间科学教授Jean-Luc Margot在一份声明中说。“如果没有关于地球运动的精确数据，任何未来的着陆尝试都可能会偏离30公里。没有这些测量，我们基本上就是在瞎飞。”

地球和金星有很多共同点，因为这两个岩石行星的大小、质量和密度几乎相同。然而，它们是沿着截然不同的路径进化的。

从2006年到2020年，玛格特和他的同事在21个不同的场合中，通过位于加州莫哈韦沙漠的70米宽的戈德斯通天线（Goldstone antenna）会将无线电波对准了金星。几分钟后，这些无线电波从金星反弹回到地球。

“我们把金星当作一个巨大的迪斯科球，无线电天线就像一个手电筒，而金星的景观就像数百万个微小的反射器，”玛戈特解释说。“我们用一个非常强大的手电筒照亮它——比一般的手电筒要亮10万倍。如果我们追踪迪斯科球的反射，我们可以推断出旋转的性质。”

研究人员说，复杂的反射不规则地照亮和减弱返回信号，扫过地球。戈德斯通天线首先看到回声，然后Green Bank大约20秒后才看到。两个装置接收到信号之间的确切时间间隔，提供了金星旋转速度的洞见，而回声最相似的特定时间窗口，则揭示了金星的倾斜程度。

金星上一天有多少小时这样的基本原理，为理解这些相邻世界的不同历史提供了关键数据。金星自转和方向的变化揭示了金星内部的质量分布情况。对其内部结构的了解反过来又有助于我们了解地球的形成、火山爆发的历史以及时间是如何改变地表的。

新的雷达测量显示，金星上的平均一天持续243.0226个地球日——大约是地球年的三分之二。他们还发现，金星的自转速率总是在变化，所以在某一时刻测量到的值会比之前的值略大或略小。

研究小组根据每次测量结果估计了一天的时间，他们观察到的差异至少有20分钟。“金星大气层的质量大约是地球大气层的93倍，这可能是造成这种变化的原因。当它绕着地球晃动时，它与固体地面交换了大量动量，从而使其旋转加速或减速。”

研究人员还发现，金星的倾斜角度正好是2.6392度，而地球的倾斜角度是23度，比之前估计的精度提高了10倍。反复的雷达测量进一步揭示了金星自转轴方向变化的冰川速率，很像一个旋转的陀螺。

在地球上，这种“岁差”周期大约需要26000年。金星需要更长的时间大约为29000年。

通过对金星旋转方式的精确测量，该团队计算出该行星的核心直径约为3500公里，与地球的相似，尽管他们还不能推断它是液体还是固体。

科学家们现在希望将注意力转向木星的卫星木卫二和木卫三。许多研究人员强烈怀疑，特别是木卫二，在厚厚的冰壳下隐藏着液态水海洋。地面雷达测量可以证实海洋的存在，并揭示冰壳的厚度。

该团队将继续在金星上发射雷达，每一次无线电“回声”都将揭开金星的更神秘面纱。

译/前瞻经济学人APP资讯组

【049、类地行星】

内行星，水星、金星、地球和火星，大小的比较。

类地行星（英语：terrestrial planet），又称地球型行星（telluric planet）或岩石行星（rocky planet）都是指以硅酸盐岩石为主要成分的行星。这个项目的英文字根源自拉丁文的“Terra”，意思就是地球或土地。由于大众媒体的流行，加上对象是行星，因此在二合一下采用“类地”行星这个译名。类地行星与气体巨星有极大的不同，气体巨星可能没有固体的表面，而主要的成分是氢、氦和存在不同物理状态下的水。截至2013年11月4日，根据开普勒太空任务的数据，银河系估计共有逾400亿围绕着类太阳恒星或红矮星公转，位于适居带内，且接近地球大小的类地行星存在。其中110亿颗是围绕着类太阳恒星公转。而最近的一个距离地球12光年。

构造

类地行星的构造都很相似：中央是一个以铁为主，且大部分为金属的核心，围绕在周围的是以硅酸盐为主的地凾。月球的构造也相似，但核心缺乏铁质。类地行星有峡谷、撞击坑、山脉和火山。类地行星的大气层都是再生大气层，有别于类木行星直接来自于太阳星云的原生大气层。

理论上，类地行星或是岩石可以分为两类，一类以硅化合物为主，另一类以碳化物为主，像是含碳球粒陨石的小行星。这两类分别称为硅酸盐行星和碳行星（或钻石星）。

太阳系的类地行星

太阳系类地行星的质量比例

地球所在的太阳系有四颗类地行星：水星、金星、地球和火星，和一颗类地矮行星，谷神星。而像冥王星虽然有像类地行星的固体表面，但是以冰为主要的成分（参考冰矮星）。当太阳系形成时，应该还有很多这样的天体（微行星），但是她们可能都在太阳星云形成四颗气体巨星的过程中被合并或毁灭。类地行星中，只有地球现在仍有活跃的水圈。

密度趋势

一个地行星的密度是指在零压力下的平均质量。密度越高，则金属含量越高。类地行星的密度会随着与恒星的距离增加而逐渐下降。

除了卫星外，所有类地星体均符合密度趋势的定律。而类地星体卫星的密度不同，是因为它们的形成方式与类地星体不同。

太阳系外的类地行星

超级地球和脉冲星行星

太空干涉测量任务将能侦测到有如这幅艺术家的揣摩的地球尺度的行星。

迄今，天文学家在太阳系外发现的外太阳系行星几乎都是气体巨星，因为气体巨星较大而容易观测或推断其存在。但是还有一定数量的系外行星被怀疑或确认是类地行星。

亚历山大·沃尔兹刚侦测到第一颗外太阳系的类地行星，发现三颗环绕脉冲星PSR B1257+12的行星，质量分别是地球的0.02、4.3和3.9倍。这是个意外的发现，它们的凌中断了脉冲星的电波辐射。（如果不是轨道经过脉冲星的前方，不可能被发现。）

当第一颗环绕熔合星的系外行星飞马座51b被发现时，许多天文学家都假设它是一颗硕大类地行星，因为如果是巨大的气体行星，不可能在如此的距离上紧挨着恒星（0.052AU）。然而随后一颗相似的系外行星（HD 209458 b）直径被测量出来，由凌的现象显示这些行星的确是气体巨星。

2005年6月，天文学家在距离15光年的红矮星Gliese 876旁发现了第一颗几乎可以确定是类地行星的系外行星。这颗行星的质量是地球的5至7倍，公转恒星的周期只有两个地球日的时间。

2005年8月10日，探测透镜异常网络/自动望远镜网络和光学重力透镜实验在天蝎座距离地球21,000光年处，观测到一颗命名为OGLE-2005-BLG-390Lb的低温行星，质量是地球的5.5倍。新发现的这颗行星，环绕母恒星运转的距离相当于太阳系的小行星带，经由重力微透镜的技术显露了这颗行星的存在。目前这种独特的能力可以发现质量低至地球的行星。

在2007年4月，由11位欧洲的科学家组成的一个小组宣布发现了一颗在适居带的地外行星，有着与地球相似的温度。这项发现使用的是欧洲南方天文台位于智利拉西拉天文台的望远镜，那儿有一架特制的光谱仪，可以分辨出光谱中只有几个波长幅度的摆动，而这种摆动可能透露出其他世界的存在。她们揭露了环绕红矮星Gliese 581的行星，新发现的行星被命名为Gliese 581 c，并鼓舞天文学家对同样昏暗恒星摆动的研究，因为与地球类似的行星有80%是在红矮星旁发现的。这颗新发现的行星质量是地球的5倍，被归类为超级地球。发现者还不能肯定他是像地球一样的岩石行星，还是表面被冰冻的液体水行星。如果他是像地球一样的岩石，以目前主流的理论推测他的直径会是地球的1.5倍，如果是颗冰球，则其直径会更大。

在2015年7月，美国航空航天局对开普勒太空望远镜的分析发现，开普勒452b很可能是岩石行星。 开普勒452b的直径比地球大60%，这是开普勒的观测数据能够精确测定的。基于它的直径，以及它所环绕的恒星类型，开普勒452b是岩石星球的可能性，高于以往开普勒发现的其他行星。 这颗行星距离地球1400光年，绕着一颗与太阳非常相似的恒星运行。那颗恒星的质量比太阳多4%，亮度则要多出10%。开普勒452b到那颗恒星的距离，跟地球到太阳的距离相同。按照模型，这样一颗大质量的岩石行星，很可能至今仍然有活跃的火山活动。

未来，将有一定数量的望远镜有能力直接观察到类地行星，包括类地行星搜寻者（Terrestrial Planet Finder）、太空干涉测量任务、达尔文任务、新世界任务、开普勒计划和猫头鹰天文望远镜（Overwhelmingly Large Telescope）。而天文学家也认为许多或大多数的近似太阳的恒星附近可能都存在类地行星。

【050、罗塞塔号发现彗星水蒸气与地球海洋大不相同】

2014-12-12 手机凤凰网 

据科学日报报道，欧洲航天局罗塞塔号宇宙飞船发现它的目标彗星上的水蒸气与地球上的水存在重大不同。这项发现或可能加剧有关地球海洋起源的争论。罗塞塔宇宙飞船在今年8月6日到达67P/丘留莫夫-格拉西缅科彗星后对彗星水蒸气进行了测量，这是这项任务中最被期待的早期结果之一，因为地球上的水的起源仍是个存在争议的问题。

罗塞塔号发现彗星水蒸气与地球海洋大不相同

地球形成的一个主要假说便是46亿年前当地球形成时它非常炙热，任何原始的水都将蒸发。但现在地球表面2/3都被水覆盖了，它们究竟是从何而来？在这个假说设定的情景里，水很可能是在地球冷却后从其它地方传递而来，很可能来自于彗星或者小行星的撞击。而每一种类型的天体对地球表面水形成的贡献却仍备受争论。

确定水的起源的关键在于它的“调味”，在这里是指重氢——一种氢和额外中子组成的形式——与正常的氢的比例。这一比例是太阳系形成和早期进化的一个重要指示，理论模拟显示它应该随着与太阳的距离以及时间的推移发生改变。研究的一个关键目标就在于对比不同类型天体与地球海洋的这一比例值，从而确定有多少天体参与了地球水的形成。

彗星是探测早期太阳系的一个独特工具：它仍保留着原行星盘里残留的物质——行星形成于原行星盘——因此应该反映了彗星起源地的原始组成物。多亏了早期太阳系的动态性，这并非一个直接的过程。出生于遥远奥尔特云的长周期彗星最初形成于天王星-海王星地区，因为距离太阳足够远因此表面能够存在水冰。然而由于在轨时与气体巨星之间的引力相互作用，这些彗星散落至太阳系更远的外围。

相反的，木星家族的彗星，例如罗塞塔宇宙飞船的目标彗星，被认为形成于更远处，在海王星以外的柯伊伯带。这些天体偶尔受到扰乱并移动至内太阳系，在那里它们的运行轨道受到了木星的引力影响。

的确，罗塞塔的彗星现在运行到太阳附近，近日点介于地球和火星轨道之间，远日点刚好超出木星轨道，公转周期为6.5年。之前对其它彗星重氢/氢比率的测量显示了不同的值。在进行了测量的11个彗星里，只有木星家族的彗星“哈特雷2号”彗星(103P/Hartley 2)与地球上水的组成部分相匹配。

相比之下，源于小行星带里的小行星的陨石也与地球上水的组成相匹配。因此，尽管小行星的整体水含量较低，但大量小行星撞击地球仍可能导致产生地球现在的海洋。罗塞塔的测量结果却有所不同。有趣的是，罗塞塔轨道器离子和中性分析光谱仪（ROSINA）测量的重氢/氢比率是地球海洋以及木星家族的哈特雷2号彗星的重氢/氢比率的三倍。事实上它甚至高于任何测量过的奥尔特云彗星。

“这项令人惊讶的发现可能暗示了木星家族彗星的多样化起源——它们可能形成于年轻太阳系更广泛的范围，” ROSINA项目首席调查员、研究首席作者凯瑟琳·艾特维格(Kathrin Altwegg)这样说道。“我们的发现还排除了木星家族彗星只包含类似地球海洋的水的观点，间接的支持了那些将研究重心关注于小行星作为地球海洋主要传输机制的模型。”

“我们早就预料罗塞塔号宇宙飞船对彗星的原地分析将为太阳系科学带来新的惊喜，而这次观测给有关地球水起源的辩论火上浇油，”欧洲航天局罗塞塔号项目科学家马特·泰勒（Matt Taylor）这样说道。“随着罗塞塔号在未来继续跟踪在轨彗星，我们将密切关注彗星的进化和行为，这将为我们提供彗星的神秘世界以及它们对理解太阳系进化所作出的贡献的独特见解。”这项研究被发表在期刊《科学》上。（编译/严炎刘星）

【051、旅行者2号：我飞出太阳系了吗？】

2018-12-13 新京报

史上第二次，人造物体到达了恒星之间的星际空间。经过41年的飞行，旅行者2号探测器脱离了太阳风的范围，进入一片人类陌生的太空。

美国东部时间12月10日，在美国地球物理联合会（AGU）年度会议上，NASA旅行者号团队宣布了这一消息。

那么，旅行者2号飞出太阳系了吗？2012年，与旅行者2号同年发射的旅行者1号也飞出了日光层。但是对于这两个探测器是否飞出太阳系，一直有不同看法。这取决于对太阳系边界的定义。

NASA此次表示，太阳系的边界被认为在奥尔特云外缘之外，奥尔特云是一组仍然受太阳引力影响的小型物天体。旅行者2号需要大约300年才能到达奥尔特云的内部边缘。而飞越奥尔特云，则可能需要3万年。

旅行者2号11月5日飞越日光层外缘

旅行者2号目前距离地球超过110亿英里（180亿公里），相当于321个地球到火星的距离，4.7万个地球到月球的距离。研究人员仍可以与其通信，但以光速传播的通信信号，从旅行者2号到达地球大约需要16.5小时。而相比之下，从太阳出发的光只需要大约8分钟就能到达地球。

对比航天器上仪器的数据，NASA科学家确定旅行者2号于11月5日飞越了日光层的外缘。最重要的证据，来自其等离子体科学仪器（PLS），旅行者1号上同样的仪器在1980年就停止了工作。

仪器数据显示，直到最近，旅行者2号周围空间中弥漫的还主要是从太阳流出的等离子体。这种被称为“太阳风”的流出物形成了一个“泡沫”（即日光层），将太阳系中的行星包围在其中。

日光层的边界被称为太阳风层顶，是炎热的太阳风与寒冷、密集的星际介质相遇的地方。旅行者2号的“孪生兄弟”旅行者1号已经在2012年越过了这一边界，是目前飞得最远的航天器，旅行者2号的飞行距离紧随其后。

转折点发生在今年11月5日。科学家发现，这一天，PLS探测到的太阳风粒子速度急剧下降，而银河宇宙射线则相应增加。从那时起，等离子仪器观测到旅行者2号周围环境没有太阳风流动，这使得科学家有理由认为，探测器离开了日光层。

除了等离子体数据，NASA科学团队成员还得到了来自其他三种仪器的证据。宇宙射线子系统、低能带电粒子仪器和磁力计的数据，都说明旅行者2号越过了日光层。

“在日光层之外的星际空间区域，还有很多值得研究的地方。”NASA报道援引旅行者项目科学家艾德·斯通的话表示。

“我们的研究始于太阳，并延伸到太阳风所接触的一切。”NASA太阳物理学部主任尼古拉·福克斯说：“旅行者发回有关太阳影响边缘的信息，让我们对从未涉足的疆域实现了前所未有的一瞥。”

旅行者2号不会很快离开太阳系

太阳风尽处，恒星际空间开始了。

北京天文馆馆长朱进告诉记者，当宇宙射线量远远高于太阳风辐射量时，就可以说是进入了恒星际空间。“例如在太阳系8大行星的范围内，叫作行星际空间，而出了太阳风范围，就是恒星际空间。”对于星际空间的解释，NASA认为是“每个恒星等离子体影响领域之间的空间”。

然而，NASA也表示，进入恒星际空间后，旅行者1号和旅行者2号尚未离开太阳系，并且不会很快离开。

旅行者2号距离飞出太阳系还有多远？NASA称，太阳系的边界被认为超出了奥尔特云的外缘，奥尔特云的厚度估计从太阳开始大约1000个天文单位，并扩展到大约100000个天文单位。一个天文单位是从太阳到地球的距离，旅行者2号需要大约300年才能到达奥尔特云内部边缘，并且可能需要3万年才能超越它。

关于太阳系边界的界定，多位天文学家表示，目前定义并不确切。天文专家寇文表示，太阳系边界可以从很多角度来看，最保守的是八大行星的影响范畴。目前比较普遍接受的观点，是有太阳引力覆盖即为太阳系范畴，而朱进说，太阳引力理论上可以抵达无穷远。

中国航天科工二院研究员、国际宇航联合会空间运输委员会副主席杨宇光认为，即使飞出奥尔特云，也不能说是飞出了太阳系，因为奥尔特云之外仍有物体绕地球运转。

自20世纪60年代以来，大多数科学家将太阳系定义为奥尔特云边界之内。“当然，非正式地说，太阳系通常意味着太阳周围的行星区域。”NASA在一篇文章中也提出了这样的观点。

航天专家庞之浩表示，行星科学家认为，离开太阳风的范围，就可以算飞出太阳系了。“我个人倾向于飞出太阳风层就可以说飞出太阳系，这样可以激起人们探索太空的兴趣，尤其是激发青少年对太空的热情。而且，再过一些年，人类就会失去与旅行者的通信，飞出去也没什么意义了。”庞之浩说。

随着旅行者探测器越来越“老”，科学家将陆续关闭一些仪器。旅行者探测器使用放射性物质衰变产生的热量供电，放射性物质包含在称为放射性同位素热发生器（RTG）的装置中。RTG的功率输出每年减少约4瓦，旅行者的部分仪器，包括两个航天器上的摄像机，随着时间的推移已被关闭以节约电力。NASA项目团队希望两个旅行者探测器还可以再继续工作10年。

携带人类文明的金唱片沟通外星文明

旅行者2号的旅程起源于1977年8月20日，16天后，旅行者1号也发射升空了。在那时，NASA的科学家们还无法预料，两者的征程将远远超出原定目的地。

旅行者原计划是对木星和土星进行近距离探测。随着探测圆满结束，科学家发现，它们还有能力执行更多的任务。于是旅行者2号受控飞往天王星和海王星进行探测，旅行者1号则对土卫六进行了近距离观测，之后，两兄弟继续向深空远征。它们的寿命从5年延长到了至今的41年。

据NASA消息，两个旅行者探测器向人类解释了日光层如何与来自外部的星际风相互作用。它们的观测结果，补充了NASA星际边界探测器（IBEX）的数据。未来，NASA还准备增加一项任务，于2024年发射星际测绘和加速探测器（IMAP），以充分利用旅行者探测器的观测资料。

旅行者探测器的“旅行”故事不仅影响了几代科学家和工程师，也影响了地球的文化，包括电影、艺术和音乐。

每个旅行者探测器都带有一张铜镀金激光唱片，记录了地球的音乐、语言、图片等信息，包括普通话和中国古琴曲“流水”，图片则以模拟信号收录。

当时的科学家希望金唱片能代表人类与宇宙星系沟通。NASA表示，由于探测器可能持续飞行数十亿年，有朝一日，这些“圆形时间胶囊”可能是人类文明的唯一痕迹。

旅行者计划对人类宇宙探索影响持续至今

作为人类飞得最远的两个航天器，旅行者探测器在人类宇宙探索的历史中无疑是两座里程碑。

“旅行者计划对人类意义非常重大。尤其是旅行者2号，直到现在人类还没有重访过天王星和海王星，我们对于这两颗行星最深入的了解都来自它。”杨宇光说。

首次对木星成像、首次观测到天王星和海王星的环、首次发现地球以外的活火山、首次观测到地外行星上的闪电（来自木星）……这些成就都由旅行者探测器达成。在初期的探测中，它们一共发现了木星的3颗、土星的4颗卫星，天王星的11颗和海王星的5颗新卫星。

旅行者号的探索，也为后来的很多航天任务铺平了道路。美国宇航局行星科学部主任詹姆斯·格林说，伽利略、木星探测器对木星的探测、卡西尼探测器对土星的探测，都起源于旅行者的探索，“旅行者的探测数据曾显示了木星动荡的大气。由于旅行者号的事先探测，今天，我们的朱诺号在极近距离范围内观测到木星的风暴，并在极地两侧发现了几乎是地球大小的旋风。”

计划于2022年前后实施的Europa Clipper（欧罗巴快船）任务，将去往木卫二寻找冰下海洋；未来的欧罗巴着陆器将去寻找地外生命痕迹。这些计划也都基于旅行者号的经验。

旅行者号的发现还启发了人类未来的使命，例如，去往木星迷人的火山卫星Io。关于卫星lo探测计划已被列为NASA重要科学优先事项之一。

茫茫宇宙中，除了两个旅行者探测器，先驱者10号、先驱者11号和新视野号3个探测器也处于最终将离开太阳系的轨道，也正向太阳系边缘进发。人类已经失去了与先驱者10号、先驱者11号的联系，新视野号2015年飞掠了冥王星，正飞往柯依伯。

由于新视野号飞行速度较快，不久的将来，我们也将见证它进入恒星际空间。（记者 倪伟）

【052、每年7个：来自太阳系外的“不明飞行物”正在频繁穿越太阳系】

2021-03-17 星空天文

2017年奥陌陌来访，2019年鲍里索夫来访。这些来自外星的“不明飞行物”不属于我们这个太阳系，而是来自别处。

星际来客的出现，勾起了天文学家对究竟有多少类似天体在穿越太阳系的好奇。逻辑上讲，这样的天体应该为数众多，只是因为宇宙空间的浩瀚，以及人类有限的搜索能力，大部分我们都没有发现。

而据“星际研究促进会（Initiative for Interstellar Studies）”科学家的最新研究，穿越太阳系——特别是内太阳系，并且能够被人类追踪到的星际来客数量，大约是平均每年7个。这7个星际来客大部分是奥陌陌那样的星际小行星。像鲍里索夫那样的星际彗星数量较少，穿越内太阳系并被人类发现的概率大约为每10到20年1个。

要知道星际天体穿越内太阳系的概率和速度，首先要知道它们穿越太阳系时的速度大约会是多少。它们的速度受银河系恒星、气体、尘埃和太阳相对运动的影响。鉴于它们离开原生环境后，它们和银河系的动力学特点会保持一致，研究人员动用盖亚探测器的恒星运动参数就行了计算。结果发现大部分星际小天体穿越太阳系时的速度会比奥陌陌的26公里/秒高。

研究这样的星际来客对天文学家来说有极大的吸引力。因为它们不属于太阳系，身上带有其他行星系统的特征，研究它们，就相当于通过第一手资料研究其他恒星及其周围的行星系统。

可惜的是人类在发现第一个星际来客奥陌陌时，它已经通过了近日点并神秘地加速远去，很快消失在茫茫宇宙中。第二个星际来客鲍里索夫出现时人们虽然有充足的时间去研究它，但仍然只能通过望远镜观测，而不是像人们已经对太阳系小行星和彗星做过的那样——发射探测器靠近它们，甚至提取样本带回地球。

研究人员认为，尽管全球各地的研究机构提出了一些方案，希望当这样的星际来客来访时，有探测器能够近距离探测，但是无论是哪种方案，想要接近这样的高速天体，环绕它们飞行甚至着陆，仅靠现有的技术仍然可能是不够的。

【053、美国“新视野”号探测器成功飞越太阳系边缘“天涯海角”】

BBC 2019年1月2日

约翰霍普金斯大学应用物理实验室的控制人员用热烈的掌声和欢呼庆祝飞越成功。

美国航空航天局（NASA）“新视野”号（New Horizons）探测器周二（1月1日）飞越一个昵称为“天涯海角”（Ultima Thule）的太阳系边缘天体。目前，探测器已与地球取得联系，确认其飞越成功。

“天涯海角”位于太阳系边缘，距离地球65亿公里。这是迄今为止人类对太阳系天体探测距离最远的一次。

“新视野”号探测器在飞越期间，捕获了数GB的照片和数据，在未来数月内，它将把数据逐步回传。

由于“天涯海角”和地球距离遥远，信号需要6小时8分钟才能传回地球。

2018年12月31日拍摄的"天涯海角"——约翰霍普金斯大学（Johns Hopkins University）应用物理实验室的控制人员用热烈的掌声和欢呼庆祝飞越成功。

“我们有一个健康的飞船，”任务执行总监艾利斯·鲍曼（Alice Bowman）说。“我们刚刚完成了最远的飞越。”

“新视野”号探测器传回的第一条无线电信息是有关飞船状态的工程信息，包括探测器按照指令执行了观测，以及探测器的内置储存卡已满。

当地时间周二晚些时候，一些选定的图像将会开始回传。

“天涯海角”宽约30公里，“新视野”号探测器在其表面3500公里的高度擦过。当收到报告后，控制人员得以了解“新视野”号的具体表现。

“新视野”号探测器以每秒14公里的速度运行，即使是米粒大小的颗粒也会击碎飞船内部构件。如果一切顺利，“新视野”号将开始传输储存的字节数据，首批近距离图像将于周三发布。

“新视野”号探测器发射的无线电信号，被NASA在马德里的一个巨型天线接收。

“天涯海角”位于柯伊伯带（Kuiper belt）。柯伊伯带是一串由冰冻物质组成的盘状区域，它环绕太阳运行的距离比第八大行星海王星要远20多亿公里，也比“新视野”号在2015年造访的矮行星冥王星还要远出15亿公里。

据估计，像“天涯海角”这样的柯伊伯带成员有成千上万个，它们长期处于严寒状态，因此为46亿年前太阳系如何形成提供了线索。

“新视野”号自去年8月以来，就开始练习对“天涯海角”远程拍照，但只有在近距离擦过前夕，才会正式储存“天涯海角”的照片。

科学家约翰·斯宾塞（John Spencer）展示了周日从190万公里外拍摄的一张照片。它是当时对“天涯海角”最佳的的画面。

“它是一个色斑，只有几个像素宽，”他说。“但你可以从那个斑点看出，它是一个拉长的斑点，它不是圆的。所以我们已经看到这个东西有着有趣的形状。”

当近距离拍摄的照片被传回时，它们应该达到每像素33米左右的最佳分辨率——足以追踪“天涯海角”表面的具体特征。

为何“新视野”号要造访“天涯海角”？

美国航空航天局一直想要探索冥王星以外可以到达的天体。

值得注意的是，“天涯海角”是四年前才被哈勃太空望远镜发现的。

它最初被编号为(486958) 2014 MU69。在一次公众咨询之后，它被赋予了一个更吸引人的绰号“Ultima Thule”（天涯海角）。

这是一个拉丁短语，意思是“一个超越已知世界的地方”。

就像很多柯伊伯带类似大小的天体一样，它很可能是由大量的冰、尘埃和一些更大的岩石碎片组成的，这些碎片在太阳系形成初期聚集在一起。

理论表明，这样的天体将呈现长条或叶状，类似土豆或花生。斯宾塞博士的最新图像似乎支持了这一点，但时间会最终证明。

远距离望远镜观测表明，“天涯海角”的表面非常晦暗，有一点红色。这种黑暗（它只反射10%的表面光）很可能是被宇宙射线和X射线等高能辐射“燃烧”数十亿年的后果。

“新视野”号将研究“天涯海角”的形状、旋转、质地、成分和环境。

科学家们想知道这项遥远的星球是如何组成的。一种观点认为，它们是由大量卵石大小的颗粒堆积而成。

我们能从这次飞行中得到什么？

别眨眼，你会错过的。正如我们看到的，此次飞越不同于冥王星那次。飞掠冥王星时，图像持续变得清晰。但“天涯海角”将一闪而过，最好的照片需要在非常狭小的窗口获得。

“新视野”号探测器基本信息

探测器与“天涯海角”之间的距离将大大缩小（此前，“新视野”号距离冥王星12500公里，但此次，将从表面3500公里飞过)，这意味着最终可能观测到更精细的表面细节，但这一切都取决于精确的定位。

此外，别忘了，由于“新视野”号必须旋转以调整其仪器对准目标，它无法在收集数据的同时将天线对准地球。

因此，控制人员必须等到新年第一天的晚些时候，才能让探测器“打电话回家”更新状态，并开始传输精选图片。

在近距离擦过4小时后，一条名为“嗨，我很健康，我拿到了宝贵的数据宝藏”的信息将在格林尼治时间05:33发送。

这次飞越到底有多大的挑战？

从某些方面来看，这次飞跃比“新视野”号飞越冥王星还要困难。

首先，取景器中的物体几乎小了一百倍。

“新视野号”必须准确定位，否则它可能只会传回空白的照片。

接下来的问题是，在距离地球66.2亿公里（41.1亿英里）的地方做任何事情，无线电信号需要6小时8分钟才能传回地球。

更重要的是，遥远的距离加上探测器的15瓦发射机，意味着数据传输非常缓慢——大约每秒1000位（1kb = 8000 bits）。

在周二（1月1日）晚些时候，第一批选定的图像将被下载。直到今年2月，地球或许才能接收到第一张分辨率较高的照片。到2020年9月，飞行的所有数据才会被提取完毕。

【054、美国NASA宣布：第二个离开太阳系人造物体即将产生！】

徐德文科学频道

大，很大，非常大，难以言表地大！这就是我们的宇宙。

你没法说清它有多大，有一种说法是，宇宙是无限的。那么对有限尺度的人类来说，我们就是渺小的，极为渺小，太阳系都成了囚禁我们的樊笼。迄今为止，只有一个人造物体飞出了太阳系，它就是1977年美国发射的旅行者1号探测器，用了35年时间，穿过太阳系边缘的日球层顶，冲进了浩瀚无垠的星际空间，成为自由的精灵。

不过现在，即将有第二个人造物体要离开太阳系，去投奔自由世界了。它就是旅行者1号的同胞兄弟，比1号还要早发射半个月的旅行者2号。美国宇航局（NASA）10月5日宣布，旅行者2号正在接近太阳系边缘，目前已到达离地球177亿公里的地方。

NASA的声明基于两种不同仪器测得的数据得出。8月底，旅行者2号上的宇宙射线系统测得宇宙射线撞击航天器的频率比8月初增加了约5％，低能带电粒子仪也检测到高能宇宙射线的类似增加。这些宇宙射线是起源于太阳系外的快速移动粒子，到达太阳系边缘时会被日球层顶阻挡，因此如果宇宙射线撞击频率增加，意味着旅行者2号正在靠近太阳系边缘。

目前旅行者2号的情况和2012年旅行者1号即将冲出太阳系前3个月的经历非常相似，不过科学家们并不能确定它什么时候会到达日球层顶并离开太阳系。日球层顶是太阳风在银河系氢氦等星际介质内吹出的巨大气泡，是太阳风无法突破星际介质而被迫停止吹拂的地方，通常被认为是太阳系的外层边界。由于太阳风在11年的太阳磁场活动周期中起伏不定，这个气泡本身会收缩和膨胀，因而科学家们在旅行者2号穿过日球层顶之前，并没有办法确定这个边界究竟在哪儿。

旅行者2号是目前唯一拜访过天王星和海王星的探测器，拍摄了天王星的月亮米兰达，发现了太阳系最高的断崖——高达20公里的维罗纳断崖。

NASA的科学家们将启用旅行者2号的4个备用推进器，40年来它们一直处于休眠状态，这些小型设备以脉冲形式喷射，每次仅持续几毫秒，可以巧妙地旋转天线，使之指向我们地球，以便更好地通信。

由于旅行者2号和1号分别航向不同的方向，科学家们可以获得太阳系两个方向的日球层顶数据，对太阳系边缘进行更深入的研究。

旅行者2号预计会在2030年关闭最后一个科学仪器，成为星际空间孤独的流浪者，彻底消失在我们的视野里。

【055、冥王星（太阳系矮行星）】

冥王星（ Pluto，小行星编号为134340）是柯伊伯带中的矮行星。冥王星是被发现的第一颗柯伊伯带天体，第一颗类冥天体，是太阳系内已知体积最大、质量第二大的矮行星。

在直接围绕太阳运行的天体中，冥王星体积排名第9，质量排名第10。冥王星是体积最大的外海王星天体，其质量仅次于位于离散盘中的阋神星。与其他柯伊伯带天体一样，冥王星主要由岩石和冰组成，质量相对较小，仅有月球质量的1/6、月球体积的1/3。冥王星的轨道离心率及倾角皆较高，近日点为30天文单位（44亿千米），远日点为49天文单位（74亿千米）。冥王星会周期性进入海王星轨道内侧，但因与海王星的轨道共振而不会碰撞。按平均距离计算，太阳光需要5.5小时才能到达冥王星。

1930年，克莱德·汤博发现冥王星，并将其视为第九大行星。1992年后在柯伊伯带发现的一些质量与冥王星相若的天体开始挑战其行星地位。2005年发现的阋神星质量甚至比冥王星质量多出27%，国际天文联合会（IAU）因此在2006年正式定义行星概念，将冥王星排除出行星行列，重新划为矮行星。

冥王星有五个已知的卫星，轨道由内到外为：冥卫一（最大的卫星，直径略大于Pluto的一半）、冥卫五、冥卫二、冥卫四、冥卫三。冥王星和冥卫一的质心不在其中任何一个天体之内，被非正式看做双矮行星系统。2015年7月14日，美国宇航局发射的新视野号探测器飞掠冥王星系统，并进行了详细的测量和观测，成为人类首颗造访冥王星的探测器。

命名

冥王星，这个在过去的几十年里只是望远镜里一个小亮点的矮行星，终于在新视野号探测器的帮助下，呈现出它表面令人惊讶的丰富细节。

历史发现

在1840年代，奥本·勒维耶（Urbain Le Verrier）在分析天王星轨道的扰动后，利用牛顿力学来预测当时未被发现的行星——海王星的位置。随后在19世纪后期对海王星的观测，使天文学家推测天王星的轨道正受到海王星以外的另一个行星的干扰。1906年，珀西瓦尔·洛厄尔（Percival Lowell），一位富有的波士顿人，于1894年在亚利桑那州弗拉格斯塔夫成立了罗威尔天文台（Lowell Observatory）。1906年，他开始搜索第九大行星——行星X。到1909年，罗威尔和威廉·亨利·皮克林（William H。Pickering）提出了这种行星的几种可能的天球坐标。此项搜索一直持续到1916年罗威尔逝世为止，但是没有任何成果。1915年3月19日的巡天已拍摄到了两张带有模糊的冥王星图像的照片，但是这些图像并没有被正确辨认出来。已知的此类前向重建照片还有15张，最早可追溯至叶凯士天文台于1909年8月20日拍摄的照片。帕西瓦尔·罗威尔的遗孀康斯坦斯·罗威尔（Constance Lowell）企图获取天文台中其夫所有的份额，为此展开了十年的法律诉讼。对X行星的搜索因由此产生的法律纠纷直至1929年才恢复。时任天文台主管的维斯托·斯里弗（Vesto Melvin Slipher）在看到克莱德·汤博（Clyde Tombaugh）的天文绘图样品后，将搜索X行星的任务交与汤博。

汤博的任务是系统地成对拍摄夜空照片、分析每对照片中位置变化的天体。汤博借助闪烁比对器快速调换感光干板搜索天体的位置变化或外观变化。1930年2月18日汤博在经历近一年的搜索后在当年1月23日与1月29日拍摄的照片中发现了一可能移动的天体。1月21日的一张质量不佳的照片确认了该天体的运动。在天文台进一步拍摄了验证照片后，发现第九大行星的消息于1930年3月13日由电报发往哈佛大学天文台。冥王星的公转周期是247.68年，自从被发现以来，冥王星还没有完整的绕太阳公转一周。

命名

发现第九大行星的消息在全世界产生轰动。罗威尔天文台拥有对该天体的命名权，他们从全世界收到了超过一千条命名建议，从Atlas到Zymal。克莱德·汤博敦促维斯托·斯里弗尽快在他人起名前提出一个名字。康斯坦斯·罗威尔提出了宙斯（Zeus），然后是珀西瓦尔（Percival），最后是康斯坦斯（Constance），这些建议被无视了。英国牛津的10岁女学生威妮夏·伯尼（Venetia Burney）因其对古罗马神话的兴趣建议以罗马神话中的冥界之神普鲁托（Pluto）命名此行星。伯尼在与其祖父福尔克纳·梅丹（Falconer Madan）交谈中提出了这个名字。原任牛津大学博德利图书馆馆员的梅丹将这个名字交给了天文学教授赫伯特·霍尔·特纳（Herbert Hall Turner），特纳将此事拍电报发给了美国同行。 

该天体正式于1930年7月12日命名。所有罗威尔天文台成员允许在三个候选命名方案中投票选择一个：密涅瓦（Minerva，已被一小行星使用）、克罗诺斯（Cronus，宙斯之父第一代泰坦十二神的领袖，因被不受欢迎的天文学家托马斯·杰斐逊·杰克逊提出而落选）、普鲁托（Pluto）。最后普鲁托以全票通过，该命名于1930年5月1日公布。梅丹在得知此消息后奖励其孙女威妮夏5英镑（相当于2014年的300英镑或450美元）。Pluto获选的部分原因是头两个字母P和L为帕西瓦尔·罗威尔的首字母缩写。该天体的天文符号（Unicode为U+2647）是由字母P和L构成的花押字。

普鲁托（Pluto）这个名字迅速被大众文化所接受。1930年华特·迪士尼（Walt Disney）似乎受普路托启发设计了米老鼠的宠物狗布鲁托（Pluto），但是迪士尼动画师本·夏普斯廷无法确认布鲁托名字的来源。1941年格伦·西奥多·西博格（Glenn T。Seaborg）按照铀（Uranium）以天王星（Uranus）命名、镎（Neptunium）以海王星（Neptune）命名的传统将新创造的元素钚（Plutonium）以冥王星（Pluto）命名。

大多数语言以Pluto的不同文化的意译变体称呼该天体。日本天文学、民俗研究者野尻抱影提议在日语中以“冥王星”（Meiousei）称呼。汉语、韩语直接借用了该名称。越语（Sao Diêm Veng）意为阎罗王星，源于汉语中的阎王（Yánwáng）。部分印度语言使用Pluto称呼该冥王星，但是包括印地语在内的其他印度语言使用印度教中的阎摩或佛教的阎罗王（都称Yama）来称呼冥王星。波利尼西亚语言也倾向于使用本土文化中的地狱之神称呼冥王星，例如毛利语中的Whiro。

行星X争议

冥王星一经发现，它的模糊且不好分辨的圆面就使人们怀疑它是罗威尔定义的行星X。在整个20世纪，冥王星的质量估计值都在向下修正。天文学家最初根据其对海王星和天王星的影响来计算其质量。1931年，粗略计算得到的冥王星质量大约等于地球的质量，1948年又进行了进一步的计算，使质量下降到了大约火星的质量。1976年，夏威夷大学的戴尔·柯雷萨恩克（Dale Cruikshank）、卡尔·皮尔彻（Carl Pilcher）和大卫·莫里森（David Morrison）首次计算了冥王星的反照率，发现与甲烷冰的反射情况相匹配。这意味着冥王星特别反光，鉴于它的大小，因此不会超过地球质量的1％。冥王星的反照率是地球的1.4–1.9倍。

1978年，冥王星的卫星冥卫一（Charon）的发现，使冥王星的质量首次得以测量，结果大约是地球质量的0.2％，质量太小无法解释天王星轨道的问题。随后寻找替代行星X的尝试都失败了，其中最著名的是罗伯特·萨顿·哈灵顿（Robert Sutton Harrington）的研究。1992年，迈尔斯·斯坦迪什（Myles Standish）使用了旅行者2号于1989年飞掠海王星时所获得的数据，使得海王星质量的估算值下调了0.5％（与火星质量相当）。根据新的数据重新计算海王星对天王星的引力效应时，与之前计算的差异使得对行星X的需求消失了。之后，大多数科学家都认为罗威尔定义的行星X并不存在。罗威尔在1915年对行星X的轨道和位置做出了预测，该预测与冥王星当时的实际轨道及位置相当接近。欧内斯特·布朗（Ernest W。Brown）很快得出结论，冥王星的发现只是个巧合。

分类

“行星”有两个主要定义。忽略通常不一致的技术细节，第一个要求天体是否像行星一样运转（例如其轨道和与其他物体的关系），第二个要求天体看起来像行星一样（例如其是否具有行星地质）。冥王星符合第二个定义，但不符合第一个定义。

从1992年起，发现了许多与冥王星相同体积的天体，这表明冥王星仅是柯伊伯带天体的其中一员。这使它的行星地位成为争议，许多人质疑冥王星是否应该与周围天体一起考虑还是分开考虑。博物馆和天文馆馆长有时会通过在太阳系的行星模型中忽略冥王星，从而引起争议。 2000年2月，纽约海登天文馆（Hayden Planetarium）展示了只有八个行星的太阳系模型，一年后成为头条新闻。 [33] 

最大的外海王星天体，冥王星、阋神星、妊神星、鸟神星、共工星等

最大的外海王星天体，冥王星、阋神星、妊神星、鸟神星、共工星等

争论在2006年8月达到顶峰，国际天文学联盟的一项决议为“行星”一词创建了正式定义。根据该决议，将太阳系中的物体视为行星有三个条件：1.天体必须绕太阳公转。 2.天体必须足够大，才能通过其自身引力形成球形。更具体地说，其自身的重力应将其拉成流体静力平衡所定义的形状。 3.天体必须清除其轨道附近的区域。

冥王星不符合第三个条件。它的质量远小于其轨道上其他物体的总质量，只占后者的7%。与之相比，地球质量是地球轨道上其他小天体质量总和（不包括月球）的170万倍。 国际天文学联合会进一步决定，像冥王星一样满足标准1和2但不满足标准3的天体将被称为矮行星。2006年9月，国际天文学联合会将冥王星、阋神星及阋卫一编入小行星星表，并为其正式编号为（134340）Pluto，（136199）Eris和（136199）Eris I Dysnomia。如果冥王星在1930年被发现时就被编入小行星星表，那么它可能会被安排在早一个月发现的1163 Saga之后，编为1164号小行星。 

在天文学界内部，不少人对重新分类冥王星有所抵触。美国宇航局新视野号冥王星任务的首席研究员艾伦·斯特恩（Alan Stern）嘲笑了国际天文学联合会的决议，指出“由于技术原因，该定义令人讨厌”。斯特恩争辩说，按照新定义的行星概念，地球、火星、木星和海王星都将因为与小行星共享轨道，被排除在行星之外。他认为，所有大型球形卫星，包括月亮，也应视为行星。他还指出，由于只有不到5％的天文学家对此表示赞成，因此该决定并不代表整个天文学界。当时在罗威尔天文台的马克·布伊（Marc W。Buie）反对该定义。其他人则支持国际天文学联合会。发现阋神星（Eris）的天文学家迈克·布朗（Mike Brown）说：“人们通过完全疯狂的、类似于马戏团的程序，以某种偶然的方式找到了正确的答案。即便这决定早就该来了。即使涉及到强烈的情绪，科学最终还是会自我纠正。“公众对国际天文学联合会的决定反应复杂。加利福尼亚州议会通过的一项决议开玩笑地将国际天文学联合会的决定称为“科学异端”。新墨西哥州众议院通过了一项纪念该州长期居民克莱德·汤博的决议，该决议宣布在新墨西哥州的天空中，冥王星将一直被视为行星，并将2007年3月13日设为冥王星行星日。伊利诺伊州参议院在2009年通过了一项类似的决议，理由是冥王星的发现者克莱德·汤博（Clyde Tombaugh）出生在伊利诺伊州。该决议声称，国际天文学联合会将冥王星“不公平地降级为'矮行星'。” [50]  一些公众人士也拒绝了这一改变，理由是科学界内部对此问题或出于情感原因存在分歧，坚持认为他们一直将冥王星称为行星，并且无论国际天文学联合会的决定如何，都将继续这样做。 

2006年，美国方言协会第17届投票将“plutoed”定为年度单词，“pluto”变动词后意为“使某人或某物，降级或贬值”。2008年8月在约翰·霍普金斯大学应用物理实验室举行了一场辩论，双方研究人员就国际天文学联合会现行行星定义进行了背靠背的辩论。会议发表了题为“大行星辩论”的会后新闻稿，指出科学家无法就行星的定义达成共识。2008年6月，国际天文学联合会在一份新闻稿中宣布，类冥行星（Plutoid）一词从此以后将用来指称冥王星和其他轨道半长轴大于海王星的行星质量天体，尽管该术语尚未得到广泛使用。

轨道

冥王星的轨道周期约为248年。它的轨道特性与行星的轨道特性大不相同，行星靠近被称为黄道的参考平面以近似圆形的轨道围绕太阳运动。相比之下，冥王星的轨道相对于黄道略微倾斜（超过17°），偏心率略大（椭圆）。这种偏心率意味着冥王星的一小部分轨道比海王星的轨道更靠近太阳。冥王星-冥卫一质心于1989年9月5日到达近日点，并在1979年2月7日至1999年2月11日之间比海王星更靠近太阳。

从长期来看，冥王星的轨道是混乱的。使用计算机模拟可以向前和向后来预测数百万年间冥王星的位置，因冥王星会受太阳系内细微因素的影响改变轨道，超过李雅普诺夫时间（Lyapunov Time，一千万年到两千万年）后，预测的不确定性会变大，难以预测的因素将逐渐改变冥王星在其轨道上的位置。冥王星轨道的半长轴在39.3至39.6天文单位之间变化，周期为19,951年，对应于246至249年之间的轨道周期。冥王星的半长轴和公转周期在变得越来越长。 

与海王星的关系

尽管从正上方看，冥王星的轨道似乎与海王星的轨道交叉，但两个天体的轨道是关联的，因此它们永远不会碰撞甚至接近。冥王星轨道与海王星轨道并没有交点。从极面上看冥王星与海王星的距离在冥王星处于近日点时最近，但此时冥王星因与海王星轨道相隔8天文单位而不会产生碰撞。冥王星的升交点和降交点与海王星的对应交点相隔超过21°。光靠这还不足以保护冥王星。冥王星的轨道可能受到其他行星的摄动（拱点进动）而最终与海王星相撞。因此还有其他机制防止两颗天体相撞。其中最主要的机制是冥王星与海王星的2：3平均运动轨道共振：冥王星完成两次公转时，海王星完成三次公转。该过程以495年的周期周而复始。在每个周期中，冥王星第一抵达近日点，海王星比冥王星落后50°。冥王星到达第二个近日点，海王星将完成其自身轨道的一半左右，比冥王星领先130°。因此冥王星与海王星的最近距离是17天文单位，大于冥王星与天王星的最近距离（11天文单位）。实际上，冥王星和海王星之间的最小距离发生在冥王星到达远日点时。

两个物体之间的2：3共振高度稳定，并已保持了数百万年。该机制防止两颗天体改变相对位置，使其无法靠近对方。即使冥王星的轨道与海王星轨道共面，这两个天体也永远不会碰撞。平均运动共振的长期稳定性归因于相位保护。如果冥王星的周期略短于海王星的3/2，则会发生相对于海王星轨道的漂移，从而使它更靠近海王星的轨道。两者之间的强烈引力使海王星的角动量转移到冥王星。根据开普勒第三定律，这将使冥王星进入稍大的轨道，并在其中运行得稍慢一些。经过多次此类重复之后，冥王星被充分减速，海王星也被充分加速，以至于冥王星相对于海王星的轨道向相反方向漂移，直到过程逆转。整个过程大约需要20000年。

其他机制

数值研究表明，冥王星和海王星轨道在数百万年内没有太大变化。除了2：3平均运动共振之外，还有其他一些共振和相互作用可以增强冥王星的公转稳定性。这些主要来自两个额外的机制。

首先，冥王星的近日点幅角，也就是轨道和黄道的交点与最接近太阳的点之间的夹角，平均约为90°。这意味着当冥王星最靠近太阳时，它位于太阳系平面上方最远的位置，从而防止与海王星的相遇。这是古在机制（Kozai mechanism）的结果，该机制将轨道倾角和离心率的周期性变化与更大的扰动体（在本例中为海王星）相关联。冥王星近日点幅角相对于海王星变化的幅度为38°，冥王星近日点因此与海王星轨道的角距离总是大于52°(90°–38°)。两颗天体的角距离大约每一万年达到最小值。 

其次，两个物体的升交点经度（它们与黄道相交的点）与以上近似共振。当两者经度相同时（也就是说，可以通过两个节点和太阳绘制一条直线时），冥王星的近日点正好位于90°，因此当冥王星最接近太阳时，则位于海王星轨道上方的最高点。这就是所谓的1：1超共振。所有的类木行星，特别是木星，都在超共振的产生中发挥作用。 

准卫星

在2012年，有人假设15810号小行星Arawn可能是冥王星的准卫星，这是一种特殊类型的共轨状态。根据该假设，该天体将在每两百万年中的约35万年成为冥王星准卫星。根据新视野号航天器在2015年进行的测量，可以准确地计算出Arawn的轨道。这些计算证实了假设中描述的整体动态。但是，天文学家之间尚无共识，是否应根据这一运动将Arawn归类为冥王星的准卫星，因为Arawn的轨道主要是由海王星控制的，冥王星引起一些较小的扰动。

自转

冥王星的自转周期，即它的一天，等于6.387地球日。像天王星一样，冥王星在轨道平面的侧着旋转，转轴倾角120度，因此季节性变化非常大。到了至日（夏至和冬至），它的四分之一表面处于极昼之下，而另一四分之一处于极夜之中。这种不寻常的自转方向的原因已经引起争论。亚利桑那大学的研究表明，这可能由于天体会自转始终的以最大程度地减少能量的方式调整自转方向。这可能意味着天体会改变自转方向，以在赤道附近放置多余的质量，而缺乏质量的区域会趋向两极。这被称为极移。根据亚利桑那大学发表的一篇论文，这可能是由于矮行星阴影区域积聚的大量冻结的氮冰所致。这些质量会导致天体改变自转方向，从而导致其异常的120°转轴倾角。由于冥王星距离太阳很远，赤道温度可能降至-240°C（33.1 K），导致氮气冻结成氮冰，就像水会在地球上结冰一样。在南极冰盖增大数倍的情况下，地球上也会观察到与冥王星的相同影响。

地质表面

冥王星表面的平原由98％以上的氮冰、微量的甲烷和一氧化碳组成。氮和一氧化碳在冥王星的背对冥卫一的表面上最丰富，位置在经度180°心形汤博地区（Tombaugh Regio）的西瓣斯普特尼克平原（Sputnik Planitia），而甲烷在其东部经度300°附近最丰富。山脉则是由水冰构成的。冥王星的表面变化很大，亮度和颜色都有很大差异。冥王星是太阳系中反差最大的天体之一，与土卫八一样具有强烈的反差。颜色从炭黑色到深橙色和白色不等。冥王星的颜色与木卫一的颜色更相似，橙色比火星稍多，红色比火星少。著名的地理特征包括汤博区域或心形区域（背对冥卫一的一个较大明亮区域），克苏鲁斑（Cthulhu Macula）或鲸形区域（在后随半球的一个较大的黑暗区域），以及“黄铜指环”（Brass Knuckles，前导半球上的一系列赤道暗区）。

斯普特尼克平原是心形区域的西瓣，一个1000千米宽覆盖氮冰和一氧化碳冰的盆地，分布着多角形对流单体，对流单体携着水冰壳和升华坑的漂浮块向其边缘移动，有明显的冰川流入和流出盆地的迹象。斯普特尼克平原没有新视野号可见的撞击坑，表明它的年龄不到1000万年。最新研究表明，该表面的年龄为18万年左右。新视野科学团队将初步发现总结为：“冥王星显示出令人惊讶的多种多样的地质地貌，包括由冰川学、地表-大气相互作用，以及撞击，构造，可能的冰火山和质量损失过程产生的地貌。”在斯普特尼克平原的西部地区，由平原中心向周围山脉方向吹的风形成了横向沙丘。沙丘的波长在0.4-1千米范围内，很可能由200-300微米大小的甲烷颗粒组成。

内部结构

冥王星的密度为1.860±0.013 g/cm3。由于放射性元素的衰变最终将加热冰物质，使岩石从冰中分离出来，因此科学家认为冥王星的内部结构与众不同，岩石物质沉降到被水冰幔包围的致密核心中。新视野号之前对核心的直径估计为1700千米，占冥王星直径的70％。这种加热有可能持续进行，在地幔边界处形成100至180千米厚的液态水地下海洋。2016年9月，布朗大学的科学家模拟了据认为形成了斯普特尼克平原的撞击，并表明这可能是碰撞后液态水从下方上升的结果，这意味着存在至少100千米深的地下海洋。冥王星没有磁场。2020年6月，天文学家报告了冥王星首次形成时可能存在内部海洋的证据。

质量与大小

冥王星的直径为2376.6±3.2千米，其质量为（1.303±0.003）×1022kg，是月球的17.7％（地球的0.22％）。其表面积为1.779×107 km2，与俄罗斯面积大致相同。它的表面重力为0.063 g（地球为1 g，月亮为0.17 g）。由于冥王星太暗太小，发现后很长时间不能确定它的大小。最早估计它的直径是6600千米，1949年改为10000千米。1950年杰拉德·柯伊伯用新建的5米望远镜将其直径修正为6000千米。1965年杰拉德·柯伊伯用冥王星掩暗星的方法定出直径的上限为5500千米。1977年发现冥王星表面存在冰冻甲烷，按其反照率测算，冥王星的直径缩小到2700千米。

1978年冥卫一发现后，可以通过开普勒第三定律的牛顿公式计算冥王星-冥卫一系统的质量。对冥王星与冥卫一掩星的观测使科学家能够更准确地确定冥王星的直径，而自适应光学的发明也使他们能够更准确地确定冥王星的形状。当时一些天文学家观测指出，冥王星的直径约为2400千米，比月球（3475千米）还小，而卡戎直径为1180千米，它与冥王星直径之比是2:1，是九大行星中行星与卫星直径之比最小的。所以，有人认为冥王星和冥卫一更像一个双行星系统。冥王星小于月球质量的20%，比类地行星的质量小得多，也小于太阳系中七个卫星的质量，包括木卫三，土卫六，木卫三，木卫一，月球，木卫二和海卫一。冥王星质量远小于冥卫一被发现之前的估算。冥王星的直径是谷神星的直径的两倍以上，质量是谷神星的质量的12倍，谷神星是小行星带中最大的天体。它比2005年发现的外海王星天体矮行星阋神星的质量要小，尽管冥王星的直径略大于阋神星的直径2326千米。但由于没有近距离探测过阋神星，因此无法确定阋神星一定比冥王星小。

冥王星大小的确定因其大气和碳氢化合物薄雾而变得复杂。2014年3月，Lellouch，de Bergh等人发表的论文发现了冥王星大气中甲烷混合比，因此得出冥王星直径大于2360千米的结论，“最佳猜测”值为2368千米。2015年7月13日，来自美国国家航空航天局（NASA）的新视野号远程侦察成像仪（LORRI）的图像以及其他仪器的数据确定了冥王星的直径为2370千米（1,470英里）。7月24日更新为2372千米（1,474英里），后来又更新为2374±8千米。根据新视野号无线电科学实验装置（REX）的无线电掩星观测数据，结果为直径为2376.6±3.2千米。

大气

冥王星拥有由氮气（N2），甲烷（CH4）和一氧化碳（CO）组成的薄弱大气，这层大气与冥王星表面的冰处于平衡状态。根据新视野号的测量，表面压力约为1 Pa（10μbar），约为地球表面大气压的一百万分之一到十万分之一。最初认为，随着冥王星不断远离太阳，它的大气层应该逐渐冻结在表面上。后来，通过新视野数据和地面掩星的研究表明，冥王星的大气密度却在增加，并且可能在整个冥王星轨道周期中维持气态。

新视野号的观测表明，大气中氮气的逸出量比预期的少10,000倍。艾伦·斯特恩（Alan Stern）争辩说，即使冥王星的表面温度略有升高，也可能导致冥王星的大气密度呈指数增长。从18 hPa到280 hPa（百帕，从火星的三倍到地球的四分之一）。在这样的大气密度下，氮气会以液体形式流过整个表面。就像汗水从皮肤上蒸发时会冷却身体一样，冥王星的大气升华也会使其表面冷却。大气气体的存在可以追溯至1670千米高度，没有明确的上边界。

冥王星大气中甲烷（一种强大的温室气体）的存在会引起温度反转，其大气的平均温度比其表面高几十度，尽管新视野号的观测表明冥王星的高层大气要冷得多（70 K，而不是大约100 K）。冥王星的大气层被分成大约20个规则间隔的薄雾层，最高可达150千米，这被认为是冥王山脉上的气流产生压力波的结果。

2015年7月，新视野号探测器陆续发送冥王星冰山、冰块、陨坑，甚至积雪的图像，显示冥王星有存在云层的证据。左侧图片显示斯普特尼克平原东南部上空有一道非常明亮的低空烟雾，图片右侧Krun Macula区域阳光照射表面存在一个离散模糊云层，但是新视野号研究团队无法证实云层的真实存在。约翰斯·霍普金斯大学应用物理实验室发言人称，研究小组认为这是冥王星大气层存在的证据，其中包括复杂的雾霾，科学家继续分析和讨论输入数据。

这项研究产生一个疑问——是否冥王星应当恢复行星地位。如果冥王星存在云层，则意味着它存在着一个活跃的表面物质循环，像地球的水循环或者土卫六的甲烷循环。这项研究产生了关于冥王星表面和大气层的新疑问，英国皇家天文学会主席马丁·巴斯托（Martin Barstow）教授说：“这是新视野号探测器飞越冥王星时令人兴奋的新发现，虽然我认为需要一些时间来理解我们所观测到的信息。与地球相比，冥王星大气层更稀薄，因此是否有云层存在较大的不确定性。巴斯托说：“地球大气云层是大气层中悬浮水滴形成的，我们可能看到（冥王星上的）一个类似效应，但不一定是水，尤其当温度非常低时，或者表面释放物质形成云层，因此我们看到的区域存在更多气体，看上去比周围区域更加不透明。但是物理学家强调称，即使冥王星存在某种类型的活跃周期，它并不会恢复行星身份。巴斯托指出，太阳系其它星球也存在着活跃周期，例如：土卫六（土星最大的卫星），我并不认为这项最新研究会成为恢复冥王星行星身份的有力证据。 

卫星

冥王星有五颗已知的自然卫星，其中最大最接近冥王星的是冥卫一。冥卫一（Charon）于1978年由天文学家詹姆斯·克里斯蒂（James Christy）发现，是冥王星仅有的可能处于流体静力平衡状态的卫星。冥卫一的质量足以使冥王星–冥卫一系统的质心位于冥王星星体之外。在冥卫一之外，有四个较小的外接卫星。按照与冥王星距离的顺序，它们是冥卫五（Styx），冥卫二（Nix），冥卫四（Kerberos）和冥卫三（Hydra）。冥卫二和冥卫三都在2005年被发现， 冥卫四发现于2011年，冥卫五发现于2012年。卫星的轨道是圆形的（偏心率小于0.006），且与冥王星的赤道共面（轨道倾角小于1°），但与冥王星公转轨道面大约倾斜了120°。 冥王星系统高度紧凑，五颗已知的卫星在稳定升轨的区域的内部3％内运行。 

所有冥王星卫星的轨道周期都在轨道共振和近共振系统中。考虑到轨道进动，冥卫五，冥卫二和冥卫三轨道周期的比例精确为18：22：33。冥卫五，冥卫二，冥卫四和冥卫三与冥卫一的周期之间存在一系列近似比率3：4：5：6。卫星轨道越靠外，比率就越接近精确。

冥王星-冥卫一系统质心位于中心天体外部，是太阳系中的少数案例之一。617号小行星及其卫星系统（Patroclus–Menoetius）是一个较小的案例，而太阳-木星（Sun–Jupiter）系统是仅有的较大案例。冥卫一和冥王星的大小相似，因此一些天文学家称其为双矮行星。该系统在行星系统之中也很不寻常，因为它们相互潮汐锁定，冥王星和冥卫一始终用相同的半球面向彼此。在一个天体的任何位置上来看，另一个总是在天空中相同的位置，或者总是被遮掩无法看到。这也意味着它们每个自转周期等于整个系统围绕其质心的公转周期。

冥王星卫星大小对比

2007年，双子星天文台观察到冥卫一表面有氨水合物和水晶体的斑块，表明存在活跃的低温间歇泉。据推测，在太阳系历史早期，冥王星与类似大小的天体碰撞形成了冥王星的卫星。碰撞释放了大量物质，这些物质聚集形成冥王星周围的卫星。

起源

冥王星的起源和身份一直困扰着天文学家。一个被否定的早期假设认为冥王星是海王星的逃逸卫星，被海王星当前最大的卫星海卫一（Triton）挤出轨道。动力学研究表明这个假设是不可能的，因为冥王星从未在轨道上接近过海王星。直到1992年冥王星在太阳系中的真实定位才开始明确，当时天文学家开始发现较小且冰冷的外海王星天体（TNO），它们不仅在轨道上而且在大小和组成方面都与冥王星相似。这种外海王星的天体被认为是许多短周期彗星的来源。冥王星是柯伊伯带中最大的成员之一，柯伊伯带是位于距太阳30到50天文单位之间的天体聚集的稳定带状区域。截至2011年，对柯伊伯带中视星等21等以上的天体调查已接近完成，此外任何剩余的冥王星大小的天体预计都将距离太阳100天文单位以上。像其他柯伊伯带天体（KBO）一样，冥王星也与彗星有类似的特征。例如，太阳风会逐渐将冥王星的表面物质吹向太空。假设冥王星与地球一样靠近太阳，它将像彗星一样长出一条尾巴。这一说法也存在争议，因为冥王星的逃逸速度太高以至于气体无法逃脱。有人提出，冥王星可能是由众多彗星和柯伊伯带天体的聚集而形成的。 

冥王星是最大的柯伊伯带天体。海王星的卫星海卫一，稍大于冥王星，在地质和大气上都与它相似，被认为是海王星捕获的柯伊伯带天体。阋神星也与冥王星不相上下，但严格来说并不是柯伊伯带的成员，一般被视为离散盘天体的成员。冥王星等大量柯伊伯带天体与海王星处于2：3的轨道共振中。因冥王星最先被发现，具有这种轨道共振的柯伊伯带天体称为“类冥天体”（plutinos）。

与柯伊伯带的其他成员一样，冥王星被认为是行星形成后剩余的微行星（Planetesimal）。这些微小天体属于太阳周围的原行星盘的一部分，但未能完全融合成一个完整的行星。大多数天文学家都认为冥王星处于当前位置，是由于海王星在太阳系形成初期突然发生行星迁移所致。当海王星向外迁移时，靠近原始柯伊伯带中的天体，俘获其中的一个绕其旋转（海卫一），将部分天体锁定为共振状态，并将其他天体推入混沌轨道。离散盘是一个与柯伊伯带重叠的动态不稳定区域，离散盘天体被认为是通过与海王星迁移的共振相互作用而被推至当前位置的。2004年，位于法国尼斯的蔚蓝海岸天文台的亚历山德罗·莫比德利（Alessandro Morbidelli）创建了一个计算机模型，海王星向柯伊伯带的迁移可能是由木星与土星之间的1：2共振形成触发的。引力推动天王星和海王星进入更高的轨道，并导致它们互换轨道位置，最终使海王星到太阳的距离增加了一倍。由此产生的物体从原始柯伊伯带被逐出，也可以解释太阳系形成六亿年后的后期重轰炸期和木星特洛伊小行星的起源。在海王星迁移之前，冥王星在一个离太阳大约33天文单位的近圆形轨道上运行，之后海王星迁移干扰了冥王星的初始轨道并将其共振捕获。尼斯模型计算时需要在原始微行星盘中包含约1000个冥王星大小的天体，其中包括海卫一和阋神星。

观测与探测

冥王星与地球的距离过于遥远，使其难以被深入研究和探索。2015年7月14日，NASA的新视野号太空探测器飞越了冥王星系统，提供了许多信息。

观测

冥王星的视星等平均为15.1，在近日点增亮至13.65。要想看到它，需要大约30厘米（12英寸）口径的望远镜。冥王星看起来像星星，即使在大型望远镜中也看不到圆盘，它的角直径只有0.11秒。冥王星最早的地图是1980年代后期制作的，在冥卫一对其近距离掩食期间，通过对冥王星-冥卫一系统的总体平均亮度的变化进行观测。例如，掩盖冥王星上表面的亮区比掩盖暗区的总亮度变化更大。大量观察结果数据交由计算机处理，创建亮度地图。这种方法也可以跟踪亮度随时间的变化。更好的地图是由哈勃太空望远镜（HST）拍摄的图像生成的，有更高的分辨率并且显示更多细节，亮度变化精确到数百千米范围，包括极地地区和大的亮区。这些地图是通过复杂的计算机处理生成的，通过哈勃太空望远镜提供的像素点找到了最合适的投影。直到2015年7月新视野号飞越冥王星系统之前，这些地图仍然是冥王星最详细的地图，因为哈勃太空望远镜上用于拍摄这些照片的两个镜头已不再使用。

探测

新视野号飞船于2015年7月对冥王星进行了飞掠观测，这是首次也是仅有的一次直接探索冥王星的尝试。新视野号于2006年发射，2006年9月下旬，在对其搭载的远程侦察成像仪进行测试时，拍摄了冥王星的第一张遥远图像。这些图像是从约42亿千米的距离拍摄的，证实了该航天器能够追踪远距离目标的能力，这对于向冥王星和其他柯伊伯带天体的航行至关重要。2007年初，飞船通过木星的引力弹弓效应进行加速。

在经过3462天的飞越太阳系的旅行之后，新视野号于2015年7月14日完成对冥王星近距离的飞掠。对冥王星的科学观测始于飞掠之前五个月，并且在飞掠之后持续了至少一个月。使用包括成像仪器和无线电测量工具在内的遥感组件包进行了观察，也开展了光谱分析及其他实验。新视野号的科学目标是测量冥王星及冥卫一的全球地质和形态，绘制其表面组成，分析冥王星的中性大气及其逃逸速率。在2016年10月25日，美国东部时间下午05:48，地面从新视野号收到了冥王星系统的最后数据（总共500亿比特即6.25 GB数据）。

自新视野号飞掠冥王星以后，科学家一直倡导执行一次新的轨道探测任务，发射新的轨道探测器到冥王星以实现新的科学目标。其中包括以每像素9.1米的精度绘制表面，观测冥王星的小卫星，观察冥王星自转轴如何变化，以及绘制因轴向倾斜而长期处于黑暗的区域的地形图。最后一个目标可以使用激光脉冲实现，生成冥王星的完整地形图。新视野号首席研究员艾伦·斯特恩（Alan Stern）提倡研制一种类似卡西尼号的轨道探测器，该轨道器将于2030年左右发射（发现冥王星100周年），到达冥王星系统后根据需要使用冥卫一的引力来调整其轨道以实现科学目标。 在完成所有冥王星探测的科学目标之后，轨道探测器可以利用冥卫一的引力离开冥王星系统，并研究更多的柯伊伯带天体。由美国国家航空航天局创新先进概念（NIAC）计划资助的一项概念研究，该项目基于普林斯顿场反转结构的聚变反应堆，包括冥王星轨道探测器和着陆器。

图像精度

由于新视野号最接近背向冥卫一的冥王星半球，面向冥卫一半球的赤道区域仅以低分辨率成像。新视野号拍摄了冥王星北半球以及赤道地区以南约30度的图像。冥王星南半球高纬度地区仅有从地球观测到的图像，分辨率非常低。 1996年哈勃太空望远镜拍摄的影像覆盖了冥王星表面的85％，包括南纬75度的大型反照率特征。这足以显示温带区黄斑的程度。由于哈勃太空望远镜仪器的细微改进，后来的图像分辨率稍好一些，但不包括冥王星最南端部分。

【056、冥王星，一颗曾经的行星，这才是它表面真正的样子】

2021-05-17 天文在线

在地球，火星和庞大的气态巨行星以外的遥远太空，在那被称为柯伊伯带的疆域内，隐藏着一处小小的冰雪世界——冥王星和他的5个卫星。1930年的二月，冥王星被美国科学家克莱德·汤博发现，并曾经被认为是太阳系最遥远的第九大行星。在此后的近70年内，冥王星都被归类为主行星之一，但是在2006年，这个遥远的冰雪世界被重新归类为矮行星，这一变动引起了广泛争议，时至今日仍未平息。在冥王星被发现的数十年后，人类对它仍了解甚少。

因为它距离太阳十分遥远，被普遍认为是一颗毫无生机的荒星，潜伏在太阳系的边境。直到2015年的六月，在近十年穿越幽暗虚空的旅途后，一架令人惊叹的宇宙探测器——"新地平线”号，永远地改变了人们对冥王星的看法。在"新地平线”抵达冥王星之前，这是我们拥有的这颗矮行星最好的一张照片——一个像素化的斑点，由哈勃太空望远镜在1996年拍摄（冥王星近似影像）。"新地平线”历史性的飞跃，在另一方面，能捕捉上千张高分辨率近距离图像。

它揭开了一个复杂，进化中的，和并且其他太阳系行星截然不同的世界的神秘面纱。"新地平线”号在它与冥王星的短暂相遇中收集了约6.25个G的数据，这些数据的下载花了15个月才正式完成。因为这些海量的数据，现在的科学家们对这个神秘的世界有了更广泛的认知，并且给予我们前所未有的探索冥王星那令人惊奇的表面的机会。对冥王星的研究为我们揭示了一个多彩但复杂的世界，这个世界有着高耸的冰山，深邃的峡谷，重叠的陨石坑和广阔但千篇一律的平原。它是一颗虽小但惊人的珍宝。

冥王星最大也是最显著的特征就是它那标志性的“心”，被称为“Tombaugh Regio（冥王星之心）”，这块明亮的区域由两块不同的表面组成，东部表面是一个混乱的山脉，由比花岗岩还要坚硬的冰组成。然而西部表面是一大片相当平坦的氮冰原，这块冰原被认为是一个巨大的远古陨石撞击坑。“冥王星之心”的这块区域被称为Sputnik Planitia，可能形成自一个1200英里，也就是1930千米宽的庞大的物体。人们认为在成百上千年里，因为冰川运动的缘故，撞击盆地缓慢地被巨量的软但冰冻的氮冰填充满。

但斯普特尼克号平原最令人感到惊奇的地方,是将其分割开来的的特殊的纹理以及深深的裂缝。这些不断重复的模式意味着在厚冰之下正在发生对流过程，而对流的产生原因是流体受热不均。这也就意味着在冥王星内部深比表面的温度更高，这就使其广阔的冰冻氮气缓慢地流动，可能隐藏着融化了的海洋。在冥王星壮丽的中心之南，存在着另一个奇异的特征，那就是一座巨大的冰火山——莱特山。与地球上的火山不同，莱特山曾将熔化的挥发物——诸如水和氨气——喷发到冥王星的冰冷表面上。

这一巨大的冰火山宽约90英里（145公里），高2.5英里（4公里），是迄今在外太阳系中发现的最大的冰火山。莱特山最令人困惑的地方之一在于其斜坡上只有一个经勘测确定的陨石坑，这就意味着这座强大的冰火山是近期才形成的。沿着斯普特尼克号平原的西部边缘，冰火山莱特山之上就是冥王星最高最险峻的山区——丹增山脉。这一巨大无比的山脉冰峰从地面耸立而起，高达3.9英里（6.2公里），平均坡度达到了19.2度。

虽然冥王星大部分为甲烷和氮冰所包裹，但要形成如此巨大的山脉还需要更为坚硬的物质，因此，形成丹增山脉的物质最为可能是冰冻水，因为在冥王星的极低的温度环境下，冰冻水展现出的材质更像岩石。与冥王星上的其他大型特征一样，这些高耸的山峰还较为年轻，形成时间应该不超过一亿年，且可能还处于形成期。冥王星上最引人注目的一个特征之一就是环绕其赤道的巨大红色斑块。这一奇特而美丽的区域被命名为“克苏鲁斑”，是由一系列平原、斜坡、山脉和陨石坑形成的地貌。“克苏鲁斑”长约1860英里（2990公里），是冥王星这颗矮行星上最暗最大的特征。“克苏鲁斑”上还布满许多斑驳的陨石坑，意味着它已经形成了数十亿年，比我们之前探索的没有陨石坑的特征要古老得多。

冥王星上的这个奇异的地区是深红色的原因还未被完全理解，但这很有可能是冥王星稀薄大气层中甲烷和氮气与太阳的紫外线相互作用的结果，这个过程创造了被称为托林的有机粒子。另一个巨大的特征是一个横跨超过1000英里或1600公里的壮观峡谷。然而该地质深痕不是位于冥王星，而是位于这个矮行星的大卫星，冥卫一上。直径超过冥王星直径一半，冥卫一是太阳系中相对于它的行星最大的天然卫星，使得这两个天体更像是一个双星系统。这个深渊裂缝比亚利桑那州的大峡谷至少长四倍，深两倍。

它从巨大的冥卫一的一侧伸展到另一侧，很可能是由过去的剧烈地质事件导致的。可是，这场事件是什么，它是如何发生的仍旧成谜。对于罗马人来说，冥王普鲁托是冥府之神，对我们来说，这是一个远在十亿英里以外的复杂的，冰冻的天体，它已经俘获了数百万人的想象和兴趣。许多人依然把冥王星认为是第九大行星，并且公开指责已被评定的矮行星头衔。然而无论它的行星地位如何，冥王星迄今是太阳系的明珠，一个拥有了一些已发现的最重大的地质特征的小而伟大的世界。

相关知识

冥王星（小行星编号：134340 Pluto）是柯伊伯带（海王星轨道外的小行星带）中的矮行星。 它是被发现的第一个和最大的柯伊伯带天体。冥王星在1930年被发现后，它被宣布为太阳系第九大行星。自1990年代始，随着柯伊伯带的若干相似体积天体的发现，包括矮行星阋神星, 它的行星地位遭到质疑。这引发了国际天文联合会(IAU)在2006年正式定义术语“行星”—— 排除冥王星并将它重新归类为矮行星。

冥王星在直接绕太阳运行的行星中体积排名第九，已知天体质量排名第十。它是进入海王星轨道的已知天体中体积最大的，质量仅次于阋神星。如同柯伊伯带的其他天体，冥王星主要由冰和岩石构成，并且比较小—— 是月亮质量的六分之一，体积的三分之一。它中度离心并倾斜的轨道在运行期间距离太阳的范围在30到49天文单位之间（4.4 – 7.4 km）。这意味着冥王星周期性地比海王星离太阳更近，但稳定的与海王星的轨道共振阻止了它们相撞。在冥王星与太阳的平均距离上（39.5 天文单位），光从太阳到达冥王星需要5.5小时。

【057、冥王星冰层表面之下可能隐藏着液态海洋】

腾讯太空2016年06月24日

[摘要]目前，科学家对冥王星表面最新分析显示，冥王星表面之下可能潜在着一个液态海洋，或许隐藏着神秘生命形式。

这是新视野号探测器拍摄的冥王星深色崎岖高地Krun Macula。最新研究表明，冥王星表面冰层之下潜在着一个液态海洋。

据英国每日邮报报道，2015年美国宇航局新视野号探测器近距离飞越冥王星，揭晓这颗矮星冰壳表面之下可能隐藏着一个液体海洋。这个神秘次表层海洋可能孕育生命形式，但是科学家认为这个海洋数百万年前已冰冻。目前，最新分析数据显示，冥王星表面之下的海洋可能仍处于液态，暗示着这颗矮行星可能有孕育生命的迹象。

该研究报告作者、布朗大学研究生诺亚-哈蒙德(Noah Hammond)指出，基于新视野号探测器的勘测数据，我们能够观测冥王星表面构造特征，使用新数据更新热演化模型，从而推断目前冥王星很可能拥有一个次表层海洋。

这项研究发现如果冥王星海洋冰冻数百万年或者数十亿年时间，将导致整个星球萎缩，但是迄今并未发现冥王星收缩的任何迹象，事实上，新视野号探测器观测数据显示冥王星正处于膨胀阶段。

图像显示冥王星比之前预期的更加有趣，它并非仅是一颗冰冻岩石星球。它的表面是由不同类型的冰层构成——水、氮和甲烷，同时，冥王星表面还有数百米高的山脉，以及一个广阔的心形平原。

冥王星也具有较大的地质构造特征，蜿蜒的断层延伸数百公里，深度达到4公里，这些地质特征使科学家认为冥王星可能真实存在一颗次表面海洋。哈蒙德说：“新视野号观测数据表明这些是外延地质特征，从而表明冥王星经历了一段时期的全球性膨胀。次表面海洋缓慢冰冻，导致这种类型的膨胀。”

物理学家布莱恩-考克斯(Brian Cox)认为，如果冥王星在表面之下存在一个海洋，其温度足够温暖，或许能够适应有机生命幸存。研究报告合著作者、资深科学家艾米-巴尔(Amy Barr)说：“我们的模型显示冥王星近期地质活跃性可驱使冰层出现相变，如果冥王星近期地质构造变化是外延的，意味着冥王星当前可能存在一个海洋。

科学家认为，冥王星岩石内核具有充足的致热放射性元素，从而能够融化冥王星的部分冰壳。随着时间的流逝，融化部分将最终开始再冰冻，冰的密度低于水，因此当它冰冻时就会膨胀，如果冥王星的次表面海洋已冰冻或者处于冰冻过程中，将产生表面的外延地质构造，正如新视野号探测器所观测到的。（悠悠/编译）

【058、冥王星十大发现！“新视野”号几乎推翻了科学家的所有猜想】

腾讯科技2016年07月15日

[摘要]“新视野”号飞掠冥王星之际，NASA官方公布了关于冥王星及其卫星系统的十大科学发现。

冥王星十大发现！“新视野”号几乎推翻了科学家的所有猜想

冥王星和其卫星“卡戎”

一年前，2015年7月14号，“新视野”号经过了近50亿公里的漫长旅程，近距离飞掠冥王星。

美国宇航局行星科学首席科学家吉姆·格林介绍说：“‘新视野’号的不仅仅完成了拜访所有大行星的探测这一跨时代任务，它还带给我们更多的惊喜和启迪。在此之前，谁能想到冥王星表面有居然一颗爱心呢？现在，飞翔在太空深处的“新视野”号依然在不断传回令人激动的图像，激发我们探索宇宙的好奇心，让我们相信宇宙中存在无限的可能。”

下面是这一年来，“新视野”号关于冥王星及其卫星系统最重要的十项科学发现：

1、冥王星及其卫星系统的复杂性大大超出了天文学家之前的预测。

2、冥王星地表活动的剧烈程度，以及某些地区的地质构成年代之新，令科学家震惊。

3、冥王星的大气结构比预想的更低更朦胧，其逃逸比率和之前预测的模型都不一样。

4、卡戎赤道地区存在明显外延地质结构，显示在远古时期，这里有可能存在过冰海洋。新视野号传回的其他证据显示今天的冥王星地表之下有可能存在内部海洋。

5、冥王星的卫星中，能够由陨石坑确定年龄的那些均是同时诞生的，这验证了科学家的一个设想：这些卫星是在远古时期由冥王星和另一颗柯伊伯带天体发生的一次猛烈撞击中形成的。

6、卡戎拥有一个阴暗红色的北极，这在太阳系其他已知天体中从未出现，科学家猜测这是从冥王星逃逸的大气物质重新聚集在卡戎地表形成的。

7、“冥王星之心”所在的史波尼克平原由氮冰强烈对流形成，宽达1000公里，这也是太阳系中已知最大的冰川结构。

8、“新视野”号证据显示，冥王星的大气存在巨大的压力差，这意味着在冥王星表面可能曾有过液体挥发现象，目前我们只在地球、火星和土卫六“泰坦”几颗太阳系星球上观测到这个现象。

9、“新视野”号的拜访大大丰富了科学家们关于冥王星其它几颗小卫星的认识。

10、冥王星的大气是蓝色的。大概吧。

“难以置信，仅仅在一年之前，我们对冥王星系统的认识竟是如此之少，”“新视野”号任务科学家赫·韦弗介绍说，“然而今天，我们认识到冥王星竟然是如此的特别，它推翻了我们之前的种种设想。更让人激动的是，它还在持续不断给我们带来惊喜的发现。”（腾讯太空 张乐/编译）

【059、木卫二、土卫二成寻找生命“希望之星”】

2020-03-05 科技日报

“伽利略”探测器提供的数据表明，木卫二冰冷的外壳下存在一个巨大的海洋。图片来源：美国太空网

在地球上，从地表以上的云层到地壳深处，几乎有水的地方就有生命。“逐水而居”是从古至今人类生存与发展一直遵循的基本规则，正因如此，科学家在地外天体寻找生命时，通常会“逐水而行”，聚焦有水的天体。

据美国太空网近日报道，在外太阳系中存在大量液态水，这些液态水潜藏于卫星冰壳下。其中最引人瞩目的是土星卫星——土卫二“恩克拉多斯”和木星卫星——木卫二“欧罗巴”，据信这两颗卫星的地下海洋都可能与岩心接触，从而使各种复杂的化学反应得以发生。

许多科学家相信，在木卫二和土卫二黑暗、寒冷的海洋内，可能有微型生物在其中游弋，他们也希望派机器人前往这些卫星的地下海洋，搜寻生命的“蛛丝马迹”。美国国家航空航天局（NASA）喷气推进实验室（JPL）行星保护工程师艾米莉·科洛尼克接受太空网采访时表示：“这是‘逐水而行’剧情的高潮。”

前往“欧罗巴”

拜访木卫二的“欧罗巴快帆”任务目前正有条不紊地进行中，拟于20年代中期发射。到达木星轨道后，将数十次飞越木卫二，绘制其海洋特征图谱，详细研究其冰面，并执行其他任务。此外，欧洲空间局（ESA）的“木星冰月探测器”（JUICE）也将研究木卫二、木卫三和木星本身。JUICE是木星轨道器，计划2022年发射。

“欧罗巴快帆”这一任务将为未来的木卫二着陆器铺平道路，美国国会已指示NASA开发木卫二着陆器，目前还处于概念研究阶段。它将深入木卫二表面之下10厘米的地方，寻找生命。NASA官员说，在这样的深度下，任何生物分子都会在其上方冰层的保护下免受辐射危害。

科学家指出，木卫二上的大多数生物分子最终可能都源于其宽阔的海洋，海洋拥有的水量约为地球所有海洋总水量的两倍。因此，科洛尼克等人希望派遣一个寻找生命的机器人前往，机器人可能是一只会游泳的“乌贼”，也可能是一个可以沿着海洋冰层滚动的机器人。

钻探系统很关键

但是，木卫二的冰壳厚达15—25公里，因此探险任务必须携带一台功能强大的钻机。NASA正尝试通过“欧罗巴科学探索地下访问机制”（SESAME）计划来促进这一先进技术。SESAME的终极目标是研制出一种由核动力驱动的“钻探系统”，能在运行3年内下降约15公里。该“钻探系统”不超过200公斤，届时将由着陆器运送到木卫二表面，此外，着陆器还将为钻探设备和地球之间的通信提供中继。

目前，JPL、乔治亚理工学院、约翰·霍普金斯大学、“石头航空航天”公司和“蜜蜂机器人”公司等都在研究这一大型系统的各个方面，而且均获得了SESAME的资助。

约翰·霍普金斯大学专注于研究钻探器与着陆器之间如何通讯；“蜜蜂机器人”公司正在开发一种混合钻探系统——使用水下加热的生命搜寻系统（SLUSH），该系统同时使用热方法和机械方法凿开冰层。

“蜜蜂机器人”公司主管克里斯·扎克尼表示：“最大的问题是热，如果不以某种方式散热，钻头会变得过热。”

当然，还有其他潜在的困难。一旦钻具钻探得够深，钻具与着陆器之间的通信可能很难通过系绳进行。JPL的汤姆·克维克指出，有鉴于此，研究人员正在研究当钻头下降时在其后面部署圆盘状调制解调器的可能性。

此外，对钻探器和海洋探测机器人消毒也至关重要，这可以最大程度地减少地球微生物对木卫二上环境的污染。但鉴于硬件非常复杂，这种灭菌将很难实现。

SESAME联合研究员萨姆·霍维尔表示，钻探器所需的大多数技术可能要花10—15年才能准备就绪。如果从现在开始研制，可能到本世纪30年代后期才能前往木卫二探测其海洋，“木卫二远征任务的确存在风险，但值得冒风险”。

远征土卫二

土卫二的海洋可能比木卫二的更“和蔼可亲”，但远征木卫二使用的一些策略也可以在土卫二上使用。

土卫二南极地区有许多巨大的“虎纹”裂口，这数十个间歇泉将水冰、有机分子和其他物质从这些裂缝喷入太空，这些间歇泉创造出的羽流组成了土星的E环。

间歇泉的物质很可能来自土卫二的海洋，所以，这些虎纹裂口可能是探测器进入的入口，如此以来，就省去了钻探冰层进入海洋的麻烦，一些科学家和工程师正在开发利用此便利裂口的技术。

JPL的一个小组正研制“外星生物现存生命勘探者”（EELS）装置——一个4米长的蛇状机器人，它将沿虎纹裂缝向下盘旋直至到达液态水内。研究人员解释说，一条长绳会让EELS与地面上的着陆器相连，为海洋“探险家”提供动力。

EELS和一个着陆器是土卫二总体探测任务的一部分，该任务还将包括一个融解探测器和一个轨道飞行器，轨道飞行器可以将数据传回地球。

JPL的贾森·霍夫加特纳及其同事表示：“这一‘旗舰’任务将在土卫二表面、冰壳内和地下海洋深处寻找生命，这可能是未来十年内天体生物学领域最好的机会。”

“旗舰”任务是NASA“身价”最高的一类任务，如“好奇号”火星探测器、“卡西尼”号土星探测器都属于“旗舰”类项目，这些项目的投资一般都超过10亿美元。

即便NASA最终没有批准这一任务，科学家们也在研究间接取样海洋的方法。此前，“卡西尼”号曾多次飞越土卫二的羽流，未来寻找生命的探测器也可以做到这一点。“卡西尼”号任务已于2017年9月结束。目前，已经有几个研究小组提交了土卫二羽流采样任务的设计思路，但NASA仍未敲定一项开展深入研发。

这两颗表面高冷的冰冻星月会给人类带来什么惊喜呢？我们拭目以待。

《木卫二具有诞生生命四个必要条件》

（高博新视野2020/09/23）报道：

根据对地球上生命研究与分析。

组成生命有机体的基本元素主要有4种:C.H.O.N.占组成元素总量的90%.在组成生命的元素中。根据其含量的多少分为大量元素和微量元素.大量元素有C.H.O.N.P.S.K.Ca.Mg等.其中C.H.O.N.P.S占95%,微量元素有Fe.Mn.Zn.Cu.B.Cl.Mo等。

而这些元素经美国宇航局寻找地球以外生命物质存在证据的科研小组研究发现，普遍存在于我们地球以外的浩瀚宇宙中。

诞生生命四个必要条件，元素+水（生命摇篮）+能量+大气（呼吸），在宇宙中也并不稀缺。

那为什么生命和智慧生命如此稀缺？迄今为止人类没有找到？

木卫二可能的海底生命

按照这三个条件，我们来研究下适合产生生命的星球（木卫二）。

木卫二比地球的卫星月球稍微小一点，直径达到3100公里，是太阳系天体系统中的第六大卫星和第十五大天体。哈勃望远镜的观察揭示出木卫二有一个含氧的稀薄大气。

2013年12月11日，美国NASA宣布，木卫二表面发现黏土质矿物或可育成新生命。木卫二表面布满了冰层，冰层温度在零下26度左右冰层下有海洋，木卫二海洋深度约为160公里。

NASA科学家伽利略号探测器的数据中找到了欧罗巴（木卫二）将液态水喷射到太空的证据。

木卫二，生命摇篮为地底海洋，也有地底火山能量，海洋喷发能给海洋融入氧气，而且具备组成生命所需要的元素。

科学家说“尽管目前还不能说那里肯定存在生命，但我们至少知道那里的物理环境支持生命的存在。”

木卫二极可能存在类似鱼类的生命。

木卫二有生命不是怪事，没有诞生生命才是怪事。

太阳系内可能存在生命的星球

人类现在只剩下一问题了，如何揭示木卫二生命之谜。

a，派遣宇宙飞船登陆木卫二实地考察跟取样，目前的科技水平不够。太空探测器拍摄到的木卫二附近神秘的飞行物

b，发生木卫二探测器，人类目前所获得木卫二的知识全来自探测器。不过人类还是足够幸运，殖民火星跟木卫二只是一个技术问题，而技术问题的解决只需要足够的金钱投入跟时间。在可以预计的未来，木卫二一定是人类的另一个家园。

【060、木卫二】

木卫二Europa，在1610年被伽利略发现，是木星的第六颗已知卫星，是木星的第四大卫星，在伽利略发现的卫星中离木星第二近。

木卫二（Europa，欧罗巴）是一个温和的世界，其表面被冰层覆盖，底层是一片海洋。科学家认为，地球海洋孕育了生命，而与地球有类似环境的木卫二，也有可能孕育生命。因此，木卫二的冰下海洋成为科学家寻找地外生命的目标之一。

简介

木卫二Europa (英语发音"yoo Roh puh")，在1610年被伽利略发现，是木星的第六颗已知卫星，是木星的第四大卫星，在伽利略发现的卫星中离木星第二近。木卫二比地球的卫星月球稍微小一点，直径达到3100公里，是太阳系天体系统中的第六大卫星和第十五大天体。哈勃望远镜的观察揭示出木卫二有一个含氧的稀薄大气（1e-11巴）。

太阳系中大约165颗卫星里只知道有7颗卫星（木卫一、木卫二、木卫三、木卫四、土卫二、土卫六和海卫一）拥有大气层。不像地球的大气中的氧，木卫二的氧并不是生物形成的。它最可能是由于太阳光中的电荷粒子撞击木卫二的冰质表面而产生水蒸气，然后分成氢气和氧气。氢气脱离，留下了氧气。

木卫二与木卫一的组成与类地行星相似：主要由硅酸盐岩石组成。但是与木卫一不同，木卫二其外层分布着厚度达100公里的冰层，由于其存在内部能量源，冰下深处或拥有液态水世界，该天体表面非常“光滑”，撞击坑数量较少，这说明“欧罗巴”星球的地质构造比较活跃，从伽利略号发回的数据表明木卫二有内部分层结构，并可能有一个小型金属内核。

2013年12月11日，美国NASA宣布，木卫二表面发现黏土质矿物或可育成新生命。木卫二表面布满了冰层，冰层温度在零下26度左右冰层下有海洋，比地球最深的海洋还要深96公里。

2016年9月26日消息，美国宇航局专家杰夫·尤德称，木卫二的地下海洋被认为是太阳系中最有希望存有生命的地方。

命名

木卫二由伽利略和马里乌斯（Marius,Simon）于1610年发现，伽利略号还发现了一些木卫二拥有微弱磁场的证据（相当于木卫三的四分之一）。

木卫二（Europa）：希腊神话中腓尼基（Phoenicia）公主欧罗巴（Europa），阿革诺耳（Agenor）的女儿。大神宙斯（Zeus）化作一头白色的公牛将其劫至克里特岛（Crete），并与她生下了三个儿子：弥诺斯（Minos）、拉达曼堤斯（Rhadamanthys）和萨耳佩冬（Sarpedon）。

欧罗巴是希腊神话中的一位美丽的腓尼基公主，其他三颗伽利略卫星也被马里乌斯以希腊神话人物分别命名为伊奥（Io，木卫一）、盖尼米德（Ganymede，木卫三）和卡利斯托（Callisto，木卫四），这四个人物皆以俊美著称。但是在20世纪中叶以前，相当长的一段时期内，这一套命名并未被天文学家所认可。早期的文献中多以位置编号将“欧罗巴”称作“木卫二”。1892年发现了木卫五，比之前已知的所有木星卫星都更靠内。1979年旅行者号探测器又发现了三颗内侧卫星，至此，“欧罗巴”的位置排到了第六。尽管如此，编号名仍然承袭下来，并偶有使用中文因对音等问题，亦通行以“木卫二”指称“Europa”。

特征

组成

木卫二与木卫一的组成与类地行星相似：主要由硅酸盐岩石组成。但是与木卫一不同，木卫二有一个薄薄的冰外壳。从伽利略号发回的数据表明木卫二有内部分层结构，并可能有一个小型金属内核。但是木卫二的表面不像一个内层太阳系的东西，它极度的光滑：只能看到极少的数百米高的地形。凸出的记号看来只是反照率特性或是一些不大的起伏。

外观

木卫二的表面照片与地球海洋上的冰的照片相似。这可能是因为木卫二表面的冰以下有一层液态的水，或许有50千米深，由引潮力带来的热量保持液态。若假设成立，这将是除地球之外，太阳系中唯一一个有大量的液态水存在的地方。

木卫二最醒目的外观是遍布全球的一串串十字条纹。较大的一个向外扩散到淡色物质地带，长近20千米。最近的有关它们的起源理论是：它们由一连串火山喷出物或喷泉产生。

来自伽利略号两次接近木卫二发回的图片看来验证了早期的理论：木卫二上的环形山很少，只发现三个直径大于5千米的环形山。这表明它有一个年轻又活跃的表面。然而，旅行者号做了一小部分的表面高清晰度地图，木卫二的表面精确年龄是一个悬而未决问题。但一些活动很显然正在发生，有些区域看来很像春天到来时两极海洋处冰块融化的情景。木卫二表面和内部的确切性质还不很清楚，但有一个表面“海洋”的确切证据。

木卫二是太阳系中另一颗与众不同的卫星。木卫二是太阳系中最明亮的一颗卫星，它之所以显得如此明亮是由于它表面有一层厚厚的冰壳，这层冰壳上布满了陨石撞击坑和纵横交错的条纹。木卫二的内部很可能是非常活跃的，在冰壳下面很可能隐藏了一个太阳系中最大的液态水海洋，这个海洋中极有可能存在着生命。

大气

1994年，哈勃空间望远镜的Goddard高解释度光谱仪观测到，木卫二的表面包裹着一层主要由氧构成的极其稀薄的大气（1地表气压约1微帕）。在已知的太阳系的所有卫星当中只有七颗具有大气层（其他六星为木卫一、木卫四、土卫二、木卫三、土卫六 和 海卫一）与地球不同，木卫二大气中的氧是非生物来源的。很可能是带电粒子的撞击和阳光中的紫外线线的照射使木卫二表面冰层中部分水分子分解成氧和氢，氢因原子量低而逃逸，原子量相对较高的氧则被保留下来。

轨道

木卫二与木星之间的平均距离为 670,900 千米，公转一周只须三天半的时间。它的轨道十分接近正圆，偏心率仅0.009。跟其他的伽利略卫星一样，木卫二也被潮汐锁定，因而有一个半球永远朝向木星。由木星和其他卫星不同方向的重力牵引所转化成的热和能量为有可能发生的，冰层内部液化成海洋，以及驱动表层下的地质运动提供了必要的条件。

地质结构

木卫二的主体构成与类地行星相似，即主要由硅酸盐岩石构成。它的表面由水覆盖，据推测厚可达上百千米（上层为冻结的冰壳，冰壳下是液态的海洋），1995到2003年期间环绕木星进行科学考查的伽利略号飞船所采集到的磁场数据表明，木卫二在木星磁场的影响下自身能够产生一个感应磁场，这一发现暗示着，其表层内部很可能存在与咸水海洋相似的传导层，木卫二可能还有一个金属性的铁核。

表面特征

木卫二的表面大体光滑，很少有超过几百米的起伏，不过在某些地区也可以观测到接近一公里的落差。木卫二是太阳系中最光滑的天体。它那些显眼的纵横交错的纹路，也就是所谓的返照特色，是由低浅的地形所造成。由于撞击坑非常少，木卫二是返照率最高的卫星之一。这也暗示了它的表面是相当“年轻”和“活跃”的；基于对木卫二可能经受的彗星撞击频度的估算，它的“表面”年龄大概在2千万到1亿八千万年之间。

木卫二表面最突出的特征就是那些张牙舞爪地布满整个星球的暗色条纹。近距离观测表明，条纹两侧的板块有相向移动的现象。大一点的条纹横向跨度可达20公里，可以观察到这些宽条纹的深色部分和板块外缘有模糊过渡。规则的纹路，以及宽条纹夹有浅色的细纹，这些形态很可能是由表层冰壳开裂较温暖的下层物质暴露而引起的冰火山喷发或间歇泉所造成。这与在地球上的海脊有着相似的效果。据推想，大部分的裂痕是由木星所施加的强大的潮汐压力所造成；由于木卫二已被潮汐锁定，它总是保持一个方向对着木星，固定的压力模式应该可以形成特定的可预测的破例式样。然而在木卫二表面上只有新近出现的裂痕才符合预测的式样，其他的裂痕可以向各个方向延伸，年代越久远的就越是如此。一个较合逻辑的解释是，木卫二其表层的自转速度要略快于其内部，冰面下的海洋将外壳与更下层的地幔分隔开，冰壳在木星的重力牵扯下被撕裂。对比旅行者号和伽利略号拍摄的照片可测算出，大约每10,000年木卫二的外壳会比其内部多自转一周。

木卫二另一个显著的特征就是遍布四野的或大或小或圆或椭的暗斑，拉丁文作lenticulae，义为“雀斑”。这些暗斑有的突起如穹有的凹陷如坑有的平坦如镜，也有的纹理纷糅粗糙。突起的小丘多顶部平整，显见着原本是与周遭的平原一体，受推挤上抬而形成。据推想，暗斑的形成是下层温度较高的“暖冰”在透刺（diapir）作用下向上涌升而穿透表层的“寒冰”所致，其运动机理与（地球）地壳内部的熔岩窨（magma chamber）相似。光滑的暗斑是“暖冰”冲破表壳时有融水渗出所造成，那些粗糙杂错的斑痕（又被称作“混沌”（chaos）区域，如康纳马拉混沌）是由大量细小的表壳碎片镶嵌在暗色的圆丘中所构成，就像是极地海洋中漂浮的冰山（地球）。

冰下海洋

木卫二的表面温度在赤道地区平均为110K（-163 ℃）——木卫二上可以看到高达200千米的壮观喷泉——两极更低，只有50K(-223 ℃)，所以表面的水是永久冻结的。但是潮汐力所提供的热能可能会使表面冰层以下的水保持液态。这个猜想最初由针对潮汐热的一系列推测所引发（略为偏心的轨道和木卫二与其他伽利略卫星之间的轨道共振所产生的后果）。

据推测木卫二的地形特征意味着冰下海洋的存在。有学者将木卫二表面极富特色的混乱地带解释为下层海水渗出地表而造成。但是这一解释争议极大，多数对木卫二进行研究的地质学家更倾向于支持一个被称作“厚冰”模型的理论，他们认为即便存在这样的海洋，也几乎不可能对表面造成直接的影响。对冰壳厚度的估算也存在相当大的分歧，有认为是几千米的，也有认为是数十千米的。

如果身处木星的卫星木卫二，可以看到高达200千米的壮观喷泉。这可能是木卫二冰冻表面下隐藏着一个巨大海洋的最好证据。美国和德国研究人员2013年12月12日在《科学》杂志上报告说，他们利用哈勃太空望远镜于2012年11月和12月以及1999年所拍摄的图像，确定在木卫二南半球的两个不同区域有着过多的氢和氧，而解释只有一个，那就是这些氢和氧是从木卫二喷射出来的水被电解而来。

木卫二上的喷泉间歇性地喷发，每次喷发时间约7小时。由于这种现象在木卫二距离木星最远处出现，在最接近木星时消失，研究人员推测，木星对木卫二的潮汐引力发挥了重要作用，它可能导致木卫二表面冰层在最远点时出现裂缝，而喷泉就从这些裂缝中喷射而出，当到达木星近点，这些裂缝则逐渐闭合。喷泉的出现说明木卫二冰冻表层的部分区域可能很容易被内部的海洋“突破”，而这对将来探索木卫二是否宜居具有重要意义。因为这种间歇性的喷泉会将木卫二表面和深层的物质喷向高空，将来研究木卫二成分就无需在冰层上钻孔。

木卫二上的喷泉可能类似于土星的卫星土卫二上的喷泉，土卫二上的喷泉是从非常狭窄的裂隙中逃逸出的高压水汽排放所致。不过木卫二上的重力比土卫二大12倍，因而木卫二的喷泉不会像土卫二那样大部分逃逸到太空中，而是喷发到201千米的高度时落回木卫二表面。

长久以来，许多科学家认为木卫二是太阳系中除地球外最有可能存在生命的星球，这是因为在木卫二表面冰层下隐藏着一个巨大海洋，而有液态水就有可能存在生命。美国航天局2013年12月11日还宣布，在木卫二表面首次发现了黏土型矿物，这意味着木卫二可能存在对形成生命至关重要的有机物。 

撞击坑

木卫二表面为数不多的几个大形的撞击坑就是支持“厚冰”模型的最佳证据。最大的一个撞击坑被若干同心圆圈所环绕，坑内被新鲜的冰填充得相当平整。以此为基础再结合对潮汐力所生成的热能的估算，所推测出冰壳厚度在10到30千米之间，这就意味着冰下的海洋可能深达100千米。

伽利略号轨道飞行器还观测到，木卫二在通过木星巨大的磁场时自身会产生一个强度呈周期性变化的弱磁场（其强度与木卫四接近，约为木卫三磁场的四分之一）。有猜测认为，冰下咸水海洋中的极性离子是该磁场的成因。 另有光谱分析的证据表明，木卫二表面裂痕中微显淡红色的物质有可能是从冰下渗出的海水挥发后沉积下来的盐（比如硫酸镁），硫化氢也是这一现象的一个合理的解释。但是，由于这两种物质的纯净物都是无色或白色的，别的一些物质也被用于解释淡红色的成因，比如含有硫磺的混合物等。

冰火山

木卫二的质量太小，以至于木星的其他卫星的引力严重影响到它。在木星和木星其他卫星的引力牵引下，在木卫二上出现了潮汐摩擦力，使木卫二升温，从而使冰和液态水从木卫二表面喷发，场面非常壮观。就像地球上的火山那样，只不过，木卫二上的冰火山喷发的是冰和液态水。

冰川

木星的第一颗卫星上有火山，而第二颗卫星木卫二上却有冰川，与木卫一截然相反，这使科学家们感到困惑不解。木卫二是一个宁静的世界。它的地势非常平坦，最高的丘陵才50米。它的表面覆盖着一层晶莹剔透的冰层。科学家收到了宇宙探测器“旅行者”2号发回的照片，通过研究，推测木卫二有一个带冰壳的固体核心，而且在冰壳和核心之间，可能有一层液态水。正是这样的构造，形成了木卫二平坦的地形，并使它承受了陨石以及小行星的撞击而不变形。天文学家史蒂文森等人计算了木卫二的热耗散，证实在核心和冰壳之间确实存在一个液态水层。他们通过几种不同模式的实验，得出了木卫二在25千米深的冰层下，存在着一个地下海洋的结论。

海洋

美国航宇局伽利略号木星探测器最新发回的图像表明，木星的卫星木星二上有大量的液态水，它表面上的冰幔只有1～2公里厚，并有内部火山热源存在。这是迄今为止关于某个地外天体上有液态水存在的最强有力的证据，也增大了人们搜寻到地外生命的可能性。如果木卫二真如科学家们设想的那样还存在着有机化合物，那么它就满足了生命存在的条件。

伽利略探测器在离木卫二仅586公里处飞过时拍摄的照片显示，似乎有是一些冰山漂浮在被冰覆盖的海面上。这些冰山最大的有13公里宽，可以明显地看出是从带沟槽的地带上断裂下来的。科学家们对于照片上的特征与地球北极区照片的相似程度感到吃惊。伽利略早先发回的图像曾表明木卫二有表面运动现象，但运动特征的尺度约有80公里，可能归结于无液体参与的板块运动。这次发现的冰山是漂浮在液体上，而不是在具有可延性的地幔上。

从冰山投下的阴影可以算出它们比周围的冰海高出100～200米。假定同地球上一样，冰的密度比液态水低约10%，那么冰山约90%的部分应在冰面以下。这就是说，冰山的厚度应在1～2公里。

在照片上这片冻结的海面上只找到了两处撞击坑，说明这里的形成年代可能还不到100万年。这增加了这片区域是新形成的、还存在液态水的可能性，而且这种现象在木卫二的其它地方可能也存在。新发现的证据表明，木卫二的整个表面年轻几个数量级。估计是利用分辨率不足1公里的大范围图像，根据大型撞击坑（直径约10公里左右）的数目做出的，但某些这种 “撞击”坑的近视图像显示它们实际上是由木卫二内部现象引起的表面再造过程形成的。例如，在70米分辨率的近视图像上看得很清楚的一个多边形凹陷在大范围图像上就被错认为是一处撞击坑。

高分辨率还使得研究人员能够数出数量较多的小型撞击坑（直径0.1～1公里）的数目，这些数据使撞击坑尺寸/ 密度分布比按10亿年表面寿命估计的数值低3个数量级。这意味着该卫星的某些区域比原来估计的年龄低1000倍。要把撞击坑数目转化为木星表面年龄数据不是件容易的事，原因是人们对木星附近流星通过量的了解不像对地球附近那样充分。

地下盐湖

美国宇航局发现在木星的卫星——木卫二的冰层下方存在一个巨大的咸水湖泊，其水量大致相当于北美地区著名的五大湖的水量总和。

这个新发现的湖泊位于木卫二的地表冰层下方大约3公里处，它代表了太阳系中人类发现的最新一处潜在的生命孕育所，同时也被认为是除了地球之外太阳系中最适合生命生存的环境之一。

科学家利用伽利略号探测器拍摄的图像与地球上高纬度冰山漂浮地区和冰盖地区图像进行对比分析，初步证实“混杂地貌”(由伽利略号探测器所拍摄的图像上那些曾经让人困惑的两个大致呈现圆形，似乎崎岖不平的区域)是漂浮的冰山相互碰撞形成的无规则聚合体，但是要想进一步确认这一发现，科学家们还需要更加详尽的数据，这就需要借助携带有能够穿透冰层雷达的探测器进行近距离观察。美国宇航局正在考虑在2022年之前发射一艘这样的飞船，携带专门设备抵近木卫二展开考察。

木卫二的冰层下方可能还存在更多其它未被发现的湖泊。考虑到这些冰下湖的上覆冰层在某些地区可能比较薄，厚度仅有数十米，这就为未来探寻这些湖泊中潜在的生命迹象提供了很大的便利。这种较小的冰层厚度可能意味着未来或许将有更多的机会可以在这里着陆，并获得来自这些冰下湖的沉积取样用以研究。

光滑解释

木卫二是不是像木卫一一般被引潮力“摩擦”加热？多少程度？是不是在冰下隐藏了什么火山作用呢？据英国有关媒体报道称，为了更深入地研究这颗木星的天然卫星，科学家们还计划发射探测器前往木卫二进行近距离观测研究。科学家们之所以对木卫二存在着浓厚的研究兴趣，是因为他们认为木卫二厚密的冰层底下存在着大量的液态水。美国科学家们绘制出的这张木卫二地质图将帮助科学家们更多地了解这颗卫星的地质演化史和确定今后对其进行深入研究的基本方向。这张地质图是科学家们依据“伽利略”号和“旅行者2号”探测器获取的资料绘制的。

众所周知，1998年-2003年，“伽利略”号和“旅行者2号“分别对木星及其卫星进行了较近距离的探测研究。根据获取的资料科学家们推断称，木卫二表面的地质历史相对年轻但富于变化，同时木卫二上很少有火山活动。它上面存在的诸多巨型裂谷很可能是木星强大的引力所致。据亚利桑那大学行星地质学教研室主任劳恩-格里利表示，绘制木卫二地质图最大的困难在于科学家们是否信任探测器发回的有关探测资料。

“旅行者-2”号探测器所拍摄的木卫二表面照片清晰度为每像素2公里。而“伽利略”号在围绕木星及其卫星飞行时所拍摄的照片清晰度可达每像素12.6-0.23公里。在绘制这张木卫二地质图时科学家们综合了这两枚探测器提供的数据资料。 认为木卫二上存在有关生命的科学家们还持有这样的观点，木卫二拥有生命诞生所必需的一切条件，那就是它上面存在着液态水、丰富的能源(主要指木星的强大引力)和有机化合物。如果木卫二上真存在生命，那么这些生命将类似于地球深海热水条件下生存的有机体。 2015年后科学家们将向木星及其卫星发射一枚专门的探测器。劳恩-格里利和来自美国局喷气推进实验室的罗伯特-帕帕拉尔多将率领数十名天文专家来研究如何去探测木星系统，包括探测器沿怎样的飞行轨道飞行、将搭载哪些科研仪器和设备等。科学家们还希望向木卫二发射一枚配备有机器人的探测器，以便于能够深入木卫二冰层以下研究其地下水。不过，这一想法实施起来非常困难，因为木卫二表面覆盖的冰层可能达20公里厚。

据英国科学家们约翰-扎尔涅茨基称，欲研究木卫二必须得先发射轨道探测器以探知冰层以下到底是什么，然后再利用其它探测器去探个究竟。科学家们发现木卫二的极地旋转轴偏移了近90度，像这样的极端变化表明在木星冰壳表面之下蕴藏着液态海洋，这将进一步说明木卫二很可能孕育着地外生命体。这项研究是由卡内基研究所、月球和行星研究协会和加州大学圣克鲁兹分校的科学家联合负责的，该研究报告发表在《自然》杂志上。

卡内基研究所地磁部的伊萨姆氰禚苏亚马是该联合研究小组成员之一，他使用“航行者”号、“伽利略”号和“新地平线”号宇宙飞船拍摄的图片绘制了木卫二表面上直径超过500公里的大型弧状盆地。据悉，木卫二的半径为1500公里，略微地比月球要小一些。

通过对比木卫二极地旋转轴偏移施压形成的盆地断裂地形特征，研究人员测量极地旋转轴偏移了80多度，之前旋转轴位于当前赤道旁10度左右位置。

木卫二极地旋转轴猛烈的偏移很可能是由于极地表面以下存在着厚厚的冰层。马特苏亚马说，“旋转体需要在最大程度的旋转轴变化基础上寻求稳定平衡。对于木卫二而言，其外壳的厚度不一致将导致很大程度上的不平衡，因此木卫二在运行中必须改变旋转轴寻求新的稳定状态。”

像这样的变化被称为“真实极地偏移”，并不像由于板地筑造学上的视觉漂移。在地球、火星和土星的土卫二上也存在着真实极地偏移。马特苏亚马称，我们的研究也将木卫二列入其中，这说明我们需要对这颗行星进行更多的重新定位研究。

同时这项研究暗示着木卫二内部有液态水存在，科学家基于宇宙飞船拍摄的照片曾猜测这颗行星有广阔的地下海洋，这些照片揭示木卫二表面以下有断裂的冰表面。木卫二重力作用形成的潮汐力可将地下冰壳海洋加热成为热态水，即使地下海洋切断了太阳能来源，但是热量和液态水也有可以孕育生命。

木卫二可能存在鱼类生命

2009年11月，美国亚利桑那大学科学家理查德-格林博格等人经研究发现，木卫二可能存在类似于鱼类的生命。如今许多科学家都相信，木卫二表面没有陆地，而在厚厚的冰层之下存在着一个覆盖全球的海洋，海洋深度大约为160公里。格林博格的最新研究表明，木卫二的海洋正在吸收大量的氧气，它所吸收的氧气量比此前的模拟预测结果还要多得多。科学家认为，这些氧气足够支持多种生命形态的存在，从理论上讲，木卫二海洋中至少应该存在300万吨类鱼生物。格林博格解释说，“尽管目前还不能说那里肯定存在生命，但我们至少知道那里的物理环境支持生命的存在。”

美国伍兹海尔深海生态学家蒂莫西-尚克认为，木卫二的海底环境与地球海洋底部的“热液出口”具有极大的相似性。众所周知，地球海底热液出口处存在着许多生命形态。因此尚克坚持认为，“如果木卫二上没有生命，那才是奇怪的事。”

探索发现

飞掠观测

有关木卫二的大多数知识都获取自旅行者和伽利略两次任务中的飞掠观测（flyby）。

计划一

雄心勃勃的木星轨道器计划已于2005年取消，但是还有各种各样针对木卫二的未来探索任务的议案被不断的的提出。

2006年NASA（美国航空暨太空总署）的预算中编列了应美国国会的口头提请为未来的环航木卫二计划而建立基金。在设想中，该计划的任务包括：通过重力和高度的测量手段确认木卫二的表面冰壳下是否存在海洋；大范围地对地表进行高解析拍摄，通过光谱分析以确认其表面物质的化学成分；以及利用穿冰雷达对冰层进行穿透探测等。该计划甚至考虑让飞船携带一个小型的着陆装置，利用此装置直接分析木卫二表面的化学成分，同时采集地震波数据以确定冰层的厚度和活跃程度。然而不可确知该计划是否有切实启动的可能，NASA2007年度的预算编列中就没有这项资金。

计划二

另一个可行的计划是使用与深度撞击（DI）计划相似的撞击器。用撞击器猛烈撞击木卫二表面以激起碎屑烟雾，让一艘小型飞船穿过烟雾收集碎屑。因无须从木星或木卫二的环航轨道上发射着陆器——当然也省略了从卫星上重新起飞的步骤——燃料的消耗将大大缩减，故而该设想被看成是最经济的方案之一。

其他

还有一些更大胆的设想，比如发射一个着陆器寻找冻结在冰壳浅层的可能的生命迹象，或者直接深入内部对冰下海洋进行探查。提案之是派遣一个被称作“融探”（Melt Probe）的巨型核动力探测器（穿冰机器人——cryobot），用它融冰打孔，一直钻入到冰下海洋，接触到水后再释放一个自主运行的水下行走器（涵泳机器人——cryobot）。这个装置可以将收集到信息传送回地球。穿冰和涵泳机器人都要经过严格的消毒，以避免将可能从地球携带的有机质误认作当地的生物，并杜绝对冰下海洋的污染。这一议案尚未进入严肃筹划的阶段。

Cryobot在南极洲经过了测试。随着钻头通过产生的热量融化冰层，探测器会“越陷越深”。融化冰层从理论上讲是个不错的概念，但如果探测器碰到冰层深处的东西，比如大块石头，它将陷入其中不可自拔。如果不能融化冰层，那么探测任务将就此走向终结。香港理工大学和匈牙利格拉兹威尔特劳姆福斯特研究所设计出将钻探技术和融化方法完美融为一体的创新方法。他们提出的“热钻”（thermal drill）系统原型机在实验中表现不俗，实验结果刊登在2008年7月出版的《行星和空间科学》杂志上。

重大发现

2016年9月27日，NASA宣布了一个重大发现，科学家们观测到木星的第四大卫星“木卫二欧罗巴”有水汽喷发，而有水就有可能有生命存在。

哈勃望远镜观测到欧罗巴表面的水蒸气柱沿7点钟方向向外喷出。这是木卫二冰层下有液态海洋的强有力证据，能为孕育生命创造有利条件。

研究者们计算了欧罗巴的海洋中，当海水与岩石相互作用时可能产生的氢气的含量，这个过程被称为蛇纹石化作用。在此过程中，水渗透入矿物颗粒之间的空隙并与岩石发生反应，形成新的矿物质并释放氢气。

研究者们认为：随着时间的推移，欧罗巴海底会有一些裂缝，因为从这颗星球形成数十亿年以来，它的岩石内部依旧保持着低温。新的裂缝将新鲜的岩石暴露给海水，然后更多的产生氢气的化学反应就此发生。

生命之谜

人类移居的可能性

2009年年底，美国亚利桑那大学科学家理查德

格林伯格发表论文指出，木卫二的海洋中至少应该存活着300万吨似鱼复杂生物。这将13年前科学家们提出的木卫二生命假说又向前推进了一步。木卫二是1610年由伽利略发现的，航天器对木卫二的探测表明，它的外壳冰层下可能有海洋，有了海洋就意味着其中可能有生命存在。科学家们一直在设法揭开其生命之谜，

人类能否在木卫二“欧罗巴”星球上生活？来自美国宇航局的专家认为这颗木星具有较大的“宜居”潜力，未来可能适合人类居住。下一步，科学家将发射探测器对木卫二的冰下海洋进行调查，确定其厚度和分布情况，有研究认为木卫二的海洋可能与地球相似，也具有一定的盐度。美国宇航局喷气推进实验室博士罗伯特·帕帕拉多认为派遣探测器降落木卫二表面是一个非常有远见的行星科学目标，同时也是一个困难的技术挑战。

一篇来自《天体生物学》期刊的文章详细描述了未来木卫二探索任务的三个主要目标：第一，至少要在两个不同深度上监测木卫二海水盐度、有机物质以及其他污染物等；第二，调查木卫二冰壳、海洋物理环境以及表层物质磁学特性；第三，科学家希望探测器能传回木卫二表面地表特征的照片。木卫二被称为“欧罗巴”星球，其表面有着各种各样奇怪的地形，酷似仙境，根据伽利略探测器的观测数据，科学家依然不了解该天体表面上错综复杂并交织在一起的“神秘细线”，派遣探测器登陆木卫二可以解决许多关键问题。

2013年3月，科学家认为有充分的证据显示木卫二的冰冻表面下拥有巨大的咸水海洋，冰下海洋与表面还存在化学物质的交换，使得海洋中的化学物质更加丰富。加州理工学院天文学家麦克·布朗教授认为能量可以从这些化学循环通道中进入木卫二的冰下海洋中，这对生命而言是非常重要的。

木卫二上是否有海洋

航天器对木卫二的探测表明，其上可能有海洋。正因如此，在对木星卫星的探测中，科学家们最重视的就是木卫二。

早在1979年，旅行者1号和2号探测木星时就发现，木卫二像个冰与奶油巧克力混合的大球体，表面上分布着弯曲条纹。科学家们分析研究木卫二的照片和探测资料后提出，该卫星表面覆盖着5000米厚的冰层，冰层下面可能有一个深达50千米的海洋。

从1996年伽利略号在距离木卫二16万千米处拍摄的照片上看，这颗星球呈现出冰壳状，表面裂缝交错，像地球两极的浮冰，说明冰层曾受到巨力的作用。科学家们研究后认为，这种力是由木卫二和木星及其他三颗伽利略卫星之间的引力形成的潮汐力，其作用不仅形成木卫二的表面特征，还使其内部的水以液态存在。

1996年末，伽利略号从距离木卫二688千米处经过时拍摄的照片显示，木卫二表面有水流存在。科学家们说，这种现象表明木卫二内核很热，大量热能从火山口或热泉眼喷发出来，导致表面部分冰层融化。

1997年1月，伽利略号用磁强计对木卫二的磁场进行的探测显示，木卫二只能有一个内磁场才能解释获得的结果。这个内在导电层的导电率必须和含盐海水一样强。由此科学家们再次得出木卫二上可能有海洋的推论。同时，发回的新照片表明，木卫二表面裂缝位置发生了变化，说明很可能是表层下的海洋流动造成的。

“冰激凌”内热外冷“夹层”是海洋

1997年2月，伽利略号从距离木卫二586千米处飞过时拍摄的照片显示，木卫二表面最大的冰山宽达13千米，高为100～200米。美国科学家史蒂文等人认为，由于木星对木卫二内核的引力作用，使其冰幔下面的水保持液体状态，成为深达几千米的海洋。1998年12月伽利略号拍摄的照片显示，木卫二南部有一条长达800米的裂缝。

2000年1月，伽利略号从距离木卫二351千米处掠过时发现，木卫二地磁北极点位置频繁移动。科学家们认为，这是木卫二含盐海洋在冰层下流动形成电磁场引发的结果。

在研究了木卫二表面裂缝照片之后，2002年9月格林伯格研究小组宣称，木卫二冰层较薄，观测到的表层裂缝可使气体、热量和有机物质接触到表层下面可能存在的水。这种情况显示，木卫二可能存在的海洋同地球上的北冰洋相似。既然北冰洋能通过冰层的裂缝接触空气和热量，那么木卫二上的海洋也能通过冰层裂缝与外界接触。

科学家们依据旅行者2号和伽利略号获取的资料，于2007年绘制出的首张木卫二全球地质构造图揭示，其表面地质构造比较年轻且富于变化。2008年，科学家们发现，木卫二极地旋转轴偏移了80多度。这样的极端变化表明木卫二表面冰壳厚度不一致，在其下面有广阔的海洋。科学家们还用多种航天器获得的照片，绘制了木卫二表面直径达500千米以上的大型弧状盆地图像。经综合分析研究，科学家们认为，木卫二内部有一个金属核，核外是石质的壳，壳外是液态水海洋，海洋表面是冰层。

是否具备生命存在的三个基本要素

由于水是孕育生命的重要条件，故而科学家们在发现木卫二上可能有海洋之后，就推断其海洋中可能有生命。

1979年旅行者号发现木卫二表面广泛分布着弯曲的褐色条纹之后，有的科学家就认为，这意味着该星球上存在着有机分子，因为多种有机聚合物是呈褐色的。同时对可能存在的海洋来说，其环境可以维持有机体的生存，因而估计木卫二上可能存活细菌一类的低级生物。

1996年8月，美国科学家提出，木卫二的海底也可能存在火山，其喷发提供的热量足以使某些不需要阳光和空气的微生物生存下去，这一论点被称为木卫二生命假说。木卫二冰层下面有水、充足的热量和有机化合物这三个生命存在的基本要素，其环境很有可能符合宇宙生物学的标准。地球海洋深处一些火山口的周围，没有阳光和氧气的极端恶劣的自然环境中都有原始微生物繁衍生息，就是因为这些地方都具备上述三个条件。提出和赞同木卫二生命假说的科学家们认为，从环境条件推断，其生命形态只能是低级的海洋生物。

这些科学家认为，地球生命源于海洋里的火山喷口，此一原理也适用于木卫二。他们猜测，受木星引力影响，木卫二内部亦有火山活动。当木卫二从木星一侧飞向另一侧时，木星会挤压木卫二，导致后者的核心处于熔融状态，从而引起火山活动。火山虽未喷发出表面，但却加热了冰层下面的水，使其呈液体状态，形成海洋。木卫一由于距离木星更近，受到的挤压更大，故而火山喷出表面，并留下硫磺和其他化学物质。地球海底热液喷口处也有很多同类化合物，且与地球早期生命有关。由此科学家们推断，木卫二海底火山活动也会喷发类似化合物，并造成温暖的环境，从而孕育并存活了生命。

揭开生命之谜的四个探测方案

人类寻找地外生命的具体目标，排在第一位的是火星，排在第二位的就是木卫二。怎样利用航天技术揭开木卫二生命之谜呢？科学家们已提出四种可行的方案。

一是用导弹轰击取样

人类将从地球向木卫二发射一艘宇宙飞船，当其飞临木卫二近空时，适时发射一枚导弹，猛烈轰击目标的表面，使冰层碎块飞向高空，随即飞船穿越炸出的冰块云团，伸出“凝胶”收集部分碎冰，并运回地球，供科学家们研究，以便确定有无生命信息。

二是用航天器进行近空探测

美国宇航局和欧空局正在研制名为木卫二木星系任务的探测器，计划将于2020年发射升空，2026年到达探测区域，预定工作期限为三年。探测器由两个轨道器组成。美国负责携有相机、光谱仪和强大雷达系统的木卫二轨道器。当其进入环绕木卫二轨道开展探测工作时，雷达系统可以穿透木卫二冰层，计算出冰层厚度，其他仪器将研究海洋生物迹象。它将帮助科学家缩小可能存在生命区域的范围，为以后的探测提供依据。欧空局负责携有相机、光谱仪、尘埃分析器、质谱仪或者磁力计的轨道器，届时主要是对木星卫星进行探测。

三是用航天器着陆探测

俄罗斯将参与欧空局2015年至2025年的一项空间研究计划，以便登陆研究木卫二，寻找简单的生命形式。这一项目的航天器以法国天文学家皮埃尔缰馉拉普拉斯的名字命名。俄罗斯将研制一个登陆探测器，搭载在该航天器上。届时登陆探测器将降落在木卫二表面冰层的一个裂缝处，并融化一些冰，开始寻找生命踪迹，随即将探测结果通过拉普拉斯航天器传回地面。

四是用机器人钻入海洋探测

其方案是向木卫二发射两个着陆机器人，一个能钻穿冰层开辟一条通往海洋的孔道，另一个能沿着孔道进入海洋开展探测工作。水下机器人携带的科学仪器能够进行环绕考察并找出微生物，包括不同于地球上的生命形态。其探测结果将适时发回地球。为保证探测效果不受木卫二以外的任何因素影响，两个高度自动化的机器人必须完全灭菌。

木卫二将验证或修正宇宙生物学标准

探测木卫二有无生命的意义在于，除弄清真相外，还可验证或修正宇宙生物学标准。如果发现了木卫二上有生命，那就证明了宇宙生物学标准至少适用于太阳系天体。如果推断条件属实而未发现生命，则需修正这一标准。如果推断条件不存在，则另当别论。无论获得何种真实情况，都能深化人类对木卫二乃至太阳系天体的认识，促进空间科学的发展。

其他疑惑

移居木卫二？

极度深寒还有点儿挤在太阳系八大行星中，木星是最大的。木卫二是木星的四大卫星之一，直径为2920千米，只有地球直径的约四分之一，体积比地球的卫星月球稍微小一点。科学家推测木卫二的表面温度在赤道地区平均约为-163℃，两极更低，只有-223℃，所以表面的水是永久冻结的。但是潮汐力所提供的热能可能会使冰层下的水保持液态，另外木卫二上长达60小时的白昼，也使得表面冰层的裂口有可能接受到充足的阳光。即便这样，假如有一天人类能征服木卫二，也恐难以长久移居。

火星和木卫二，地球人先到哪一个？

除了木卫二之外，火星被认为是另一个可能存在生命形态的星体，因为科学家研究发现，火星的地下深处仍可能有液态水。与木卫二相比，火星距离地球更近，因此，对于火星生命之谜的探索，科学家也一直高度关注。未来的太空任务已经把火星和木卫二同时作为发射新遥控探测器的最终目的地。火星和木卫二，谁会被最先证明，是地球的兄弟或者陌生人？木卫二发现黏土型矿物美国航天局11日宣布，在最可能有生命存在的木星卫星——木卫二的表面首次发现了黏土型矿物，这意味着木卫二可能存在对形成生命至关重要的有机物。

美国航天局当天在一份声明中说，在木卫二表面发现了一种叫做层状硅酸盐的黏土型矿物，这种矿物很有可能是由彗星或小行星撞击木卫二带来，而带来黏土型矿物的彗星或小行星通常也携带有机物。

可能的生命

据猜想，冰下的海洋中可能有生命存在，其生存环境可能与地球上的深海热液口或南极的沃斯托克湖（Lake Vostok）相似，其生命的形态可能与地球上的某些嗜极生物相似。尽管还没有任何证据，但基于可能存在的液态水，相继有若干项向木卫二派遣空间探测器议案曾被提出（详探索一节），2013年12月11日美国国家航空航天局（NASA）宣布，探测器在被冰雪所覆盖的木卫二上发现了其与彗星及小行星撞击后形成的类似黏土状的矿物质。根据“伽利略”号探测器1998年拍摄到的木卫二近红外线图片来看NASA研究小组认为，木卫二上有一种与酰基氯类似的矿物。由于小行星或彗星的中心核中蕴含可形成生命的有机物NASA研究者表示，木卫二的冰雪表层下极有可能隐藏广袤的海洋，历经漫长时间后或许有育成生命的可能性，

发现喷泉

美国和德国研究员发表报告称，在木星的卫星之一“木卫二”上，发现有间歇性喷发的喷泉，这是木卫二冰冻表面下隐藏着一个巨大海洋的最好证据。一旦有了水，也就意味着可能有生命！长久以来，科学家们都认为“木卫二”可能存有生命。

外媒称，新的研究显示，木星的一个卫星—木卫二有丰富的重要矿物质，还有从地下海洋里喷发的壮观水柱这可能是太阳系里又一个宜居之地。

据英国《独立报》12日报道，哈勃望远镜确认了木卫二上间歇性喷发的两处巨大羽状水柱，高达两百千米,另一项研究在该星球冰冻表面发现了散落的泥土似的矿物质。

《科学》杂志上发表的文章说，通过对哈勃望远镜的数据进行分析发现，水柱通常在木卫二围绕木星轨道运行时的某些特定时刻喷发，这表明喷发原因是周期性的巨大潮汐力使该星球地下海洋的压力增大，使其液体从表面的冰缝喷涌而出。报道指出，在已知的63个木星的卫星中，木卫二是最重要的一个。天文学家认为，它的冰层表面之下有海洋存在这是由于潮汐力的热量使其保持液态。一些科学家认为这片海洋中可能有生命，而矿物质和潮汐热能可以为其提供能量。

另一项对美国航天局伽利略项目收集的数据的研究显示，在木卫二表面发现的重要泥土类矿物质可能是该星球此前与小行星或彗星相撞产生的。

美国航天局喷气推进实验室的吉姆·雪利说：“我们经常在彗星或原始小行星上找到构成生命的重要物质—有机矿物质在木卫二的表面发现与这类彗星相撞的残留物可能为我们在该星球寻找生命开启新的篇章。”

据报道，很多科学家认为木卫二可能是太阳系里除地球外最适宜生命存在的星球。

未来探索

“欧罗巴快帆”最早将于2023年发射，携带9台仪器前往木星系统，围绕木卫二运行3年以上，收集关于这颗卫星的地质、组成和隐藏的内部海洋的重要信息，并评估该卫星的宜居性。

【061、木卫二：地球以外最有可能存在生命的星球 】

2020-06-05 

木星卫星总共有79颗，其中木卫一、木卫二、木卫三、木卫四是意大利天文学家伽利略在1610年用自制的望远镜发现的，这四个卫星后被称为“伽利略卫星”。木卫二是木星的第六颗已知卫星，木星的第四大卫星，在伽利略发现的卫星中离木星第二近。

“木卫二”

木卫二是一个温和的世界，表面被冰层覆盖，底层是一片海洋。它比地球的卫星月球稍微小一点，直径3100公里，是太阳系天体系统中的第六大卫星和第十五大天体。木卫二还有一个十分动听的名字，叫“欧罗巴” （Europa）。据说欧罗巴在希腊神话中是腓尼基的公主，美丽动人，艳压群芳，深得众神之王宙斯的宠爱。木卫二是一个神秘的星球，成为科学家心中搜寻地外生命的“最爱”。

木卫二与木卫一主要由硅酸盐岩石组成，与类地行星相似。由于其存在内部能量源， 冰下深处或拥有液态水世界，该天体表面非常“光滑”，撞击坑数量较少，这说明星球的地质构造比较活跃。 NASA认为，地球海洋孕育了生命，而与地球有类似环境的木卫二是最有可能孕育外星生命的星球之一，将其作为在太阳系内寻找地球之外生命的“高度优先调查目标”。

由于存在内部能量源，冰下深处或拥有液态水世界，木卫二表面非常“光滑”

“伽利略”号木星探测器1989年从“亚特兰蒂斯”号航天飞机上发射，是NASA第一个直接专用探测木星的航天器。“伽利略”号1995年—2003年一直在围绕木星的轨道飞行，绕木星飞行了34圈，观测结果大大增进了人们对木星和4颗“伽利略卫星”的了解。1997年，探测器首次发现， 木卫二的表面被一个厚厚的冰壳覆盖，厚度可能超过20公里。而巨大的冰壳之下很可能存在一个全球性海洋，深度可能高达80公里，这比地球上已知海洋的最深处马里亚纳海沟（最深处约11公里）还要深。从“伽利略”号发回的数据表明木卫二有内部分层结构，并可能有一个小型金属内核。

人类航天器和哈勃望远镜的观察揭示出木卫二有着极为稀薄的大气层，大气成分以氧气、二氧化碳、甲烷为主，氧气通常被认为来自于大气中被阳光分解的水分子。随后发现木卫二表面会喷发一种神秘的羽流，但是对于喷发物的性质和成分，一直无法弄清楚。尽管大多数科学家倾向于认为其很可能是它地下的水，但是没有直接的证据支持该结论。

首次确认木卫二大气中存在水

2019年11月18日，美国研究人员在英国《自然天文学》杂志（Nature Astronomy）上发表的一篇论文称， 他们首次在木卫二直接探测到了一个羽流喷出的水蒸气，为木卫二冰面数英里之下可能存在海洋提供了证据。

首席研究员和NASA行星科学家卢卡斯·帕加尼尼对媒体表示：“科学家在整个太阳系内发现了生命必需的两大要素：化学元素（碳、氢、氧、氮、磷、硫）和能源，但第三大要素液态水一直求之不得。虽然此次研究中，我们还没有直接在木卫二上探测到液态水，但已经找到了第二好的东西：蒸汽形式的水。我们认为，木卫二水汽的释放水平比先前估计的要低，只有罕见的局部性强活动事件。多年来，科学家们一直怀疑木卫二的表面上有水，现在的观察结果有力地支持了这个怀疑。”

有多种证据表明木卫二上存在羽流，包括最新研究结果以及哈勃望远镜探测到的氢和氧原子（可能由于水分子被辐射分解而来）等。科学家也越来越确信，木卫二上的羽流并不那么频繁地出现，与从土卫二南极持续不断飘出的羽流截然不同，后者由100多个持续不断的强大间歇泉产生。科学家此前一直推测木卫二冰面下的液态水会以间歇泉的方式喷发，但由于现有探测器的探测能力有限，地面望远镜又会受到地球大气中水分子的干扰，一直以来很难在木卫二的大气中找到水。

为了最大程度减少这种干扰，帕加尼尼研究团队建立了一套复杂的数学和计算机模型，用以模拟地球大气条件，从而将地球上的水分子从木卫二的观测数据中剔除出去。2016年2月至2017年5月，他们利用位于美国夏威夷的WM凯克天文台的一台光谱仪(可检测行星大气中化学组分吸收或辐射红外光的情况)，对木卫二进行了17次夜间观测，并于2016年4月26日晚，发现了以强烈红外光形式出现的水蒸气信号。“研究团队虽然只发现了一次水汽喷流，但检测到释放的水量（每秒5202磅或每秒2360千克）足以装满一个奥运会标准游泳池。”NASA表示，“这听起来已经很多了，但这也只是从地球上观测到的情况。”

对天体生物学家来说，土卫二和木卫二喷出的羽流非常重要，因为它们将潜在宜居环境的“免费样品”喷射到太空中，机器人或许可抓捕到它们，获取更多关键信息。科学家认为，这项研究为木卫二冰面数英里之下可能存在海洋提供了证据，这些水分子的另一个可能来源是木卫二浅表下的融冰水库。发现木卫二上喷射出水汽是一个令人兴奋的消息，再次坚定了科学家对于木卫二上可能存在某种形式外星生命的判断。人类身体的70%都是水，水是孕育生命的载体，如今在木卫二上发现了水，那是不是说明木卫二上有很大可能会存在生命呢？

那么木卫二大气层中的水气是从哪里来的呢？分析认为有两种可能，一种是木卫二表面冰层的水气蒸发现象，另一种是木卫二表层冰层缝隙中喷出的水汽喷泉导致的。木卫二表层冰层的部分地方有裂缝，冰层的本身压力以及内部气体增多和温度变化等都会导致木卫二的表层发生喷泉现象，和地球上的地热喷泉以及火山喷发现象类似，只是由于木卫二本身引力较小，使得这些喷泉可以喷到非常高的高度，通常可以超过200公里，是珠穆朗玛峰高度的20多倍。而在我们地球上，地热喷泉和火山熔岩（不是火山灰）喷出的高度一般都很难超过100米。可以想象，大量的水分子弥散于空气中，当然会增加空气中的水汽含量，由于木卫二的表层温度非常寒冷，这些水汽会结成冰晶，以冰晶或雪花的方式降到木卫二的表层，因此木卫二的表面环境看着就像是茫茫雪原一样。

研究团队强调，如果木卫二上的羽流确实存在，它可能与从土卫二南极地区飘出的、已获证实的羽流大相径庭。土卫二的羽流由强大的间歇泉产生，这些间歇泉不断将来自土星卫星地下海洋的物质抛射到太空中。而木卫二的物质可能来自其海洋，也可能来自这颗卫星冰壳内的液态水湖。

此外，科学家们认为，木卫二的海洋会与这颗卫星的岩心“亲密接触”，因此有可能引发各种有趣而复杂的化学反应。如此一来，木卫二被广泛认为是太阳系内“庇护”外星生命的最佳选择之一，是我们未来星际航行的充满希望的基地。因为上面有水，而且很可能曾经有液态水甚至海洋。现在又显示它拥有活跃的“喷泉”——地球生命起源就有赖于这类动力结构。如果我们能搞清楚木卫二的水文地理和资源分布，下一步就可以派遣机器人远征勘察，看看它是不是合适的落脚点。

探寻木卫二生命的蛛丝马迹

NASA正在设计“欧罗巴快帆”和“欧罗巴着陆器”，以进一步揭示笼罩着木卫二的神秘面纱， 研究这颗冰冷卫星的地下海洋以及生命在此繁衍生息的潜力，破解人类在茫茫宇宙中是否是一个孤独的存在这个千古谜题。根据计划，“欧罗巴快帆”将在2023年发射，国会要求使用强大的太空发射系统（SLS）巨型火箭来完成发射任务，这将使探测器可以直接飞往木星并在飞行2.4年后到达那里。SLS经历了多次延迟，成本也不断上涨，目前仍在开发中。椐NASA监察长办公室（OIG）披露，最先研制出的SLS将用于其“阿尔忒弥斯”（Artemis）月球探测计划，供“欧罗巴快帆”使用的SLS火箭至少要等到2025年才能准备就绪。为此OIG建议国会应该允许NASA使用商业公司研制的火箭来完成发射任务，这些火箭的功能不如SLS的那么强大，因此如果“欧罗巴快帆”借助这些商业火箭升空，那么将借助“引力辅助”技术，总飞行时间预计需要6年。“欧罗巴着陆器” 将于2025年发射，在木卫二着陆，钻入冰层下面看不见的水进行采样，以更好地调查生命出现于这颗卫星上的可能性。如果有生命正在木卫二上黑暗、寒冷的海洋中畅游，那么“欧罗巴着陆器”或许能将其逮个正着，有望给人类带来更多惊喜。

在数十次飞掠木卫二的过程中，探测器可能会穿越其中一个或多个羽流，近距离观测和分析这些喷发物的具体成分，以描绘木卫二及其海洋的特征，并寻找可供未来搜寻生命的着陆器降落的地点。研究团队希望，收集的样品来自这颗冰冷卫星稀疏的大气和来自表面飘出的水蒸气和其他物质的羽流。科学家已多次发现这种羽流的证据，但它们的存在尚未得到证实。

“在任务执行初期，我们将搜索羽流并试图理解它们是否真的存在，厘清它们在哪里？它们是偶然出现的还是一直很活跃？”帕帕拉多指出，“也许航天器会偶然穿越羽流，或者我们能略微调整航天器的轨道以使其穿越羽流。如果我们做到这一点，那么，质谱仪和灰尘检测仪将能对这些羽流进行详细采样，以寻找有机材料并了解木卫二内部的详细化学结构。”（编译/李忠东）

【062、木卫二被生命霸占了! 为何科学家坚信地外生命存在! 有何证据!】

2020-11-01 第一学科

一直以来科学家们对木卫二充满好奇心，它作为木星的卫星，自然饱受众人争议，自从伽利略带领大家发现木卫二后，科学家们坚信木卫二这颗卫星上，一定还存在其他生命，甚至在木卫二内部有可能蕴藏一片海洋，难道地外生命一直隐藏在木卫二的内部吗？

1、水是人类重要资源，如果没有水存在，人类难以出现，这几十亿年中，地球从最开始没有生命慢慢进化出微生物，再到现在出现如此众多生物，主要因为水资源的出现。地球的生命慢慢从无氧生物变成有氧生物，因为地球历史才让所有人相信，如果一旦在太阳系内发现有海洋的星球，极有可能会发现外星生命。

2、根据NASA最新研究，他们发现木卫二很有可能存在生命，目前还没有国家向木卫二发射探测器，这位NASA的科学家又是怎样发现，木卫二的变化呢？由于它距离地球过于遥远，这颗星球常年被各种冰盖覆盖，甚至它还有一个称号叫做冰球，可是科学家却突然说木卫二有可能存在大量海洋，要知道木卫二的核心已经冷却，这些海洋又是怎样在木卫二上存在呢？

3、首先关于木卫二地表照片，根据照片我们能够知道这颗卫星上冰层存在很多明显裂缝，这就意味着在冰层下面很有可能存在其他物质，可能是受到温度影响，才让冰层发生变化，甚至还有一项关键证据，能够证明木卫二内部很有可能存在其他生命。

4、地球上冰密度特别小，水的密度高于冰，利用这种方法我们知道木卫二冰层下面的物质，很有可能存在水资源，可是木卫二不是早已冷却多年吗？这些水资源又是如何出现呢？首先可能和木卫二附近卫星有关系，天体和天体之间存在巨大作用力，时间一久让木卫二表面冰层慢慢化成水。

5、当然也有另一种可能，在木卫二这颗星球内部，有可能存在放射性元素，而放射性元素的出现和木卫二生命存在一定联系，正是这些放射性物质，才让冰慢慢变成了水，甚至还有科学家们大胆猜测，木卫二内部已经存在微量海洋生物，对此你有何看法呢？

【063、木卫二上很可能有生命，或许能达到章鱼的智力级别！】

2021-03-30 天文

天文学家相信木星的卫星木卫二上，可能存在外星生命，火星上也可能隐藏着原始微生物。这是英国著名空间科学家莫妮卡·格雷迪教授的观点，我们银河系中未被发现的生命，也许并不像我们想象的那样牵强，木卫二冰盖下寒冷海洋可能栖息着类似章鱼的生物。与此同时，在火星上发现的深洞和洞穴也可能隐藏着地下的生命形式，因为它们提供了躲避强烈太阳辐射的庇护所，同时也可能拥有残余的冰块。

格雷迪教授在利物浦希望大学发表讲话：当谈到地球外生命的前景时，很可能木卫二（欧罗巴）冰层下有生命。在其他地方，如果火星上会有生命，那就是在地表面之下。在那里不会受到太阳辐射的影响，这意味着岩石的孔隙中可能会留有冰，这可能会成为水源。如果火星上有什么东西，那很可能是非常小的（如细菌）。

但更有可能在木卫二上存在稍高一些的生命形式，或许类似于且能达到章鱼的智力。 格雷迪教授并不是第一个将木卫二定位为外星生命潜在来源的人。 月球距离地球超过38万千米也一直是科幻小说的主题。 木卫二是木星已知的79颗卫星之一，它被厚达15英里的冰层覆盖，在生命可能居住的地方下面可能有液态水。 冰层起到了抵御太阳辐射和小行星撞击的保护屏障作用。

与此同时，海底热液喷口的前景，以及木卫二咸水中的氯化钠，也增加了生命的可能。至于银河系之外有什么，格雷迪教授表示：导致地球生命存在的环境条件“极有可能”在其他地方复制。这位居住在开放大学的专家也曾与欧洲航天局(ESA)合作，据我们所知，太阳系并不是一个特别的行星系统，我们仍然没有探索过银河系中的所有恒星。

但其他地方极有可能存在生命，而且它们极有可能是由相同的元素组成。人类是从毛茸茸的小哺乳动物进化而来，因为恐龙是被小行星撞击引起的一系列灾难灭绝的，所以才有了机会进化。这可能不会发生在每个星球上，但至少基于纯粹的统计论证是可能的。我们是否能够接触到外星生命是每个人的猜测，纯粹是因为距离太远了。至于从太空接收到的所谓外星人‘信号’，恐怕没有任何真实或可信的东西。

去年夏天向火星发射三个不同的任务。ExoMars 2020将于7月发射，是欧洲航天局(ESA)和俄罗斯航天局航天局(Roscosmos)的联合项目。NASA火星2020任务，计划于2021年2月降落在这颗红色星球上。与此同时，希望火星任务是一个计划中的太空探索探测器，由阿联酋资助，将于今年夏天发射。格雷迪教授说：不仅仅是火星上可能的“病毒”被带回地球，地球细菌污染火星的可能也是最重要的。

格雷迪教授是Euro-Cares项目的成员，该项目旨在整理从小行星、火星、月球和彗星任务中返回的样本，来自世界各地的太空机构正在努力最终将人类送上火星。而且至少需要有一个很好的机会再带回来，所以这个过程中的一个重要步骤实际上是从火星带回一块石头。NASA任务将收集试管中的样本，并将其留在火星表面。然后，在2026年，欧空局将向火星发送另一次任务收集这些样本并将它们放入围绕火星的轨道上，然后，另一艘飞船会来取那个太空舱。这是为了打破火星和地球之间的接触链，以防我们带回一些可怕的新病毒。当我们准备将第一批人送上火星时，最棘手的部分将会到来。目前，我们将所有设备放在酸中煮沸，或者在我们将其送上火星之前，我们会将其加热到非常高的温度。但是，人类对这些治疗有点抵触，所有这些方案仍有待确定。

与此同时，通过从更大的星际图景来看，地球自身生态状况得到了尖锐的关注。我们可能是银河系里的一切，如果只有我们，那么我们就有责任保护地球。很多科学家相当肯定，在这个行星系统中，我们的智力水平都达到了这一水平。即使欧罗巴上有章鱼，也不能给我们毁灭地球的理由。格雷迪教授还着眼于更大的图景，将重点放在细微之处，一颗句号大小的单一岩石颗粒。这个斑点是2010年由日本“燕鸟”任务带到地球的

在那次任务中，一艘机器人航天器被送到了近地小行星“25143伊藤川”上，以便收集样本。通过分析这个“一粒沙子里的世界”来揭开宇宙奥秘。当科学家观察这个颗粒时，可以看到它的大部分是由硅酸盐组成，但它也含有少量的碳，而且碳是外星的，因为它也含有氮和氢，这不是地球上的特征。在这个几微米大小的样本中，可以看到它受到了其他陨石、小行星和星际尘埃的撞击。

【064、木卫三史上最近距离观测照片来了！木星探测器“朱诺”号传回】

2021年06月09日 澎湃新闻

“朱诺”号木星探测器于北京时间时间6月8日近距离拍摄木卫三的照片传回。当日，“朱诺”号与木卫三表面的最近距离小于1038 公里，这是有史以来最接近木卫三的飞行。

木卫三是木星最大的卫星，是太阳系最大的卫星，也是太阳系中唯一拥有自己磁层的卫星。两张照片显示了木卫三表面的丰富细节，包括陨石坑、清晰的明暗地面，以及可能与断层相关的长构造特征。

公布的照片是“朱诺”号拍摄的照片中的前两张，分别由“朱诺”号的JunoCam 成像仪和Stellar Reference Unit(SRU)导航相机拍摄。

实际上，两个相机各有专职。JunoCam相机旨在带给观众木星探索的美丽照片，而SRU相机的任务是使探测器保持航向，并在飞越期间通过拍摄特殊图像来收集木卫三附近高能辐射环境的信息。

JunoCam拍摄的这张照片只是通过绿色滤镜看到的木卫三，图像分辨率约为每像素1 公里。要生成最终的彩色图像，需要红色、绿色和蓝色过滤器分别捕获的图像合在一起。

“‘朱诺’号是一代人以来最靠近木卫三的航天器，” “朱诺”号首席研究员Scott Bolton表示，“我们会慢慢花时间得出科学结论。但在此之前，我们只能惊叹于此天体奇迹——太阳系中唯一比水星还大的卫星。”

此外，“朱诺”号的SRU相机拍摄了木星散射光线下的木卫三暗面(背对太阳)的黑白照片，图像分辨率在每像素 600 到 900 米之间。

“木卫三暗面图像的拍摄条件非常适合SRU这样的低照度相机，”“朱诺”号辐射监测负责人Heidi Becker表示，“这与 JunoCam 拍摄阳光照射下的表面不同。看看两者能拼凑出什么将会很有趣。”

接下来的几天，“朱诺”号会发送更多在其飞越木卫三时拍摄的图像。除此之外，“朱诺”号将深入了解木卫三的组成、电离层、磁层和冰壳。同时，它还提供辐射环境的测量数据，这将有利于未来的木星系统任务。

Scott Bolton表示，“通过如此近距离的飞行，我们将木卫三的探索带入21世纪。既用我们独特的传感器补充未来的任务，也为下一代木星系统的任务——美国航天局的克利伯号和欧空局的木星冰月探测器(JUICE)任务做准备。”

“朱诺”号于2011年发射，2016年7月4日抵达木星。今年1月，美国航天局对“朱诺”号的任务进行拓展，拓展任务包括近距离飞过木星北极气旋，飞越木卫三、木卫二和木卫一，以及对木星环进行首次广泛探索。

【065、木星（太阳系八大行星之一）】

木星（Jupiter）是距离太阳第五近的行星，也是太阳系中体积最大的行星，截至2019年已知有79颗卫星。古人早已认识这颗行星，罗马人以主神朱庇特命名这颗行星。古代中国则称木星为岁星，取其绕行天球一周约为12年，与地支相同之故。到西汉时期，《史记·天官书》作者司马迁从实际观测发现岁星呈青色，与“五行”学说联系在一起，正式把它命名为木星。

从地球看木星，视星等最高可达-2.94等，已经可以在地面照出物体阴影。木星是继月球和金星之后，是夜空平均亮度第三的天体（火星在其轨道的特定点上时能短暂超过木星的亮度）。

木星是颗巨行星，质量是太阳的千分之一，但却是太阳系其他行星质量总和的2.5倍。木星的主要成分是氢，但只占十分之一分子数量的氦，却占了总质量的四分之一；它可能有岩石核心和重元素，但没有可以明确界定的固体表面。由于快速地自转，木星的外观呈现扁球体。大气层依纬度成不同的区与带，在彼此的交界处有湍流和风暴作用着。最显著的例子就是大红斑，这是17世纪第一次被望远镜见到后就未曾停歇过的巨大风暴。环绕着木星的还有微弱的行星环和强大的磁层，包括4颗1610年发现的伽利略卫星，至2019年12月已经发现79颗卫星。木卫三是其中最大的一颗，其直径大于行星中的水星。

早期飞掠木星的探测器有先驱者号和旅行者号各2艘，后来环绕木星探测的伽利略号、朱诺号，以及借用木星引力加速飞往冥王星的新视野号。未来仍将有不少探测木星系统的太空任务。

发现和命名

木星，因为在夜晚以肉眼很容易就看见它，当太阳的位置很低时，偶尔也能在白天看见，因此自古以来就为人所知。在巴比伦，这个天体代表他们的神马尔杜克（Marduk）。他们用木星轨道大约12年绕行黄道一周来定义它们生肖的星宫。罗马人依据神话将它命名为木星（拉丁语：Iuppiter, Iūpiter，也称为Jova），是罗马神话中主要的神，它的名字来自原始印欧语系的呼格合成*Dyēu-pater（主格：*Dyēus-patēr，意思是“O天神之父”或“O日神之父”）。相对而言，木星对应于希腊神话是宙斯，也被称为Dias，其中的行星名称仍然保留在现代的希腊语中。在英语，周四（Thursday）是源自“雷神日”（Thor's day），是出在日耳曼神话。相较于罗马神话就是朱庇特。罗马星期四的Jovis也重新命名为Thursday。

在中、日、韩语系中，基于中国的五行，这颗行星被称为木星。李商隐在《马嵬》中那句“如何四纪为天子，不及卢家有莫愁”中的“纪“即为木星的公转周期。中国的道教将它拟人化成为福星。在吠陀占星学中，木星被称为祭主仙人（Brihaspati），是启发灵性的宗教导师，通常称为上师（Guru），字面的意思是"重人"。在突厥神话，木星称为“Erendiz/Erentüz”。

公转与自转

木星与太阳的共同质心实际上是位于距离太阳中心的1.07倍太阳半径之外——或者说是位于太阳表面之外的7%太阳半径的位置。木星至太阳的平均距离是7亿7800万千米（大约是地球至太阳距离的5.2倍，或5.2天文单位），公转太阳一周要11.8地球年。这是土星公转周期的五分之二，也就是说太阳系最大的两颗行星之间形成5：2的共振轨道周期。木星的椭圆轨道相对于地球轨道倾斜1.31°，因为离心率0.048，因此近日点和远日点的距离相差7,500万千米。木星的转轴倾角相较于地球和火星非常小，只有3.13°，因此没有明显的季节变化。木星的自转是太阳系所有行星中最快的，对其轴完成一次旋转的时间少于10小时；这造成的赤道隆起，在地球以业余的小望远镜就可以很容易看出来。这颗行星是颗扁球体，意思是它的赤道直径比两极之间的直径长。木星的赤道直径比通过两极的直径长9275千米。因为木星没有固体表面，上层大气有着较差自转。木星极区大气层的自转周期比赤道的长约5分钟，有三个系统作为参考框架，特别是在描绘大气运动的特征。系统I适用于纬度10°N至10°S的范围，是最短的9小时50分30.0秒。系统II适用于从南至北所有的纬度，它的周期是9小时55分40.6秒。系统III最早是电波天文学定义的，对应于行星磁层的自转，它的周期就是采用的木星自转周期。

物理性质

木星是一个巨大的液态氢星体。随着深度的增加，在距离表面至少5000千米深处，液态氢在高压和高温环境下形成。据推测，木星的中心是一个含硅酸盐和铁等物质组成的核区，物质组成与密度呈连续过渡。木星是气态行星（又称类木行星），即以非固体物质为主要组成的行星，它是太阳系中体积最大的行星，赤道直径为142984千米。木星的密度为1.326g/cm3，在气体行星中排行第二，但远低于太阳系中四个类地行星。

组成成分

木星的高层大气是由体积或气体分子百分率约88%～92%的氢和约7%～11%的氦所组成，剩余1%是其他气体。由于氦原子的质量是氢原子的四倍，探讨木星的质量组成时比例会有所改变：大气层中氢和氦分别占了总质量的75%及24%，余的1%为其他气体物质，包括微量的甲烷、水蒸气、氨以及硅的化合物。另外木星也含有微量的碳、乙烷、硫化氢、氖、氧、磷化氢、硫等物质。大气最外层有冷冻的氨的晶体。木星上也透过红外线及紫外线测量发现微量苯和烃的存在。

木星大气层中氢和氦的比例非常接近原始太阳星云的理论组成，然而，木星大气中的惰性气体是太阳的二至三倍，高层大气中的氖只占了总质量的百万分之二十，约为太阳比例的十分之一，氦也几乎耗尽，但仍有太阳中氦的比例的80%。这个差距可能是由于元素降水至行星内部所造成。

由光谱学分析而言，土星被认为和木星的组成最为相似，但另外的气体行星、天王星与海王星相较之下所含氢和氦的比例较低，由于没有太空船实际深入大气层的分析，除了木星之外的行星仍没有重元素数量的精确数据。

质量大小

木星的质量是太阳系其他行星质量总和的2.5倍，由于它的质量是如此巨大，因此太阳系的质心落在太阳的表面之外，距离太阳中心1.068太阳半径。虽然木星的直径是地球的11倍，非常巨大，但是它的密度很低，所以木星的体积是地球的1321倍，但质量只是地球的318倍。木星的半径是太阳半径的十分之一，质量只为太阳质量的千分之一，所以两者的密度是相似的。“木星质量”（MJ或MJup）通常被作为描述其它天体（特别是系外行星和棕矮星）的质量单位。因此，例如系外行星HD 209458 b的质量是0.69MJup，而仙女座κb的质量是12.8MJup。

理论模型显示如果木星的质量比现今更大，而不是318个地球质量，它将会继续收缩。质量上的些许改变，不会让木星的半径有明显的变化，大约要在500地球质量（1.6MJup）才会有明显的改变。尽管随着质量的增加，内部会因为压力的增加而缩小体积。结果是，木星被认为是一颗几乎达到了行星结构和演化史所能决定的最大半径。随着质量的增加，收缩的过程会继续下去，直到达到可察觉的恒星形成质量，大约是50MJup的高质量棕矮星。

然而，需要75倍的木星质量才能使氢稳定的融合成为一颗恒星。最小的红矮星，半径大约只是木星的30%。尽管如此，木星仍然散发出更多的能量。它接受来自太阳的能量，而内部产生的能量也几乎和接受自太阳的总能量相等。这些额外的热量是由开尔文-亥姆霍兹机制通过收缩产生的。这个过程造成木星每年缩小约2厘米。当木星形成的时候，它要比当前观测到的要略大一点。 

内部结构

木星有一个石质的内核，由铁和硅组成。向外是由岩石与氢的混合颗粒物组成，无明确的边界，在向外被一层含有少量氦，主要是氢元素的液态金属氢包覆着。内核上则是大部分的行星物质集结地，以液态氢的形式存在。这些木星上最普通的形式基础可能只在40亿帕压强下才存在，木星内部就是这种环境（土星也是）液态金属氢由离子化的质子与电子组成。在木星内部的温度压强下氢气是液态的，而非气态，这使它成为了木星磁场的电子指挥者与根源，木星的磁场强度大约10高斯，比地球大10倍。同样在这一层也可能含有一些氦和微量的冰。木星还是天空中已知的最强的射电源之一。

木星内部的温度和压力，由于开尔文-亥姆霍兹机制稳定地朝向核心增加。在压力为10帕的“表面”，温度大约是340K（67℃；152℉）。在氢相变的区域——温度达到临界点——氢成为金属，相变温度是10000K（9700℃；17500℉），压力为200GPa。在核心边界的温度估计为36000K（35700℃；64300℉），同时内部的压力大约是3000～4500GPa。

内热

木星正在向其宇宙空间释放巨大能量。它所放出的能量是它所获得太阳能量的两倍。这说明木星释放能量的一半来自于它的内部。木星内部存在热源。有人认为它的热能可能是木星形成时，由引力势能转变而来，被液态氢大规模对流到表面上。太阳之所以不断放射出大量的光和热，是因为太阳内部时刻进行着核聚变反应，在核聚变过程中释放出大量的能量。木星是一个巨大的液态氢星球，本身已具备了无法比拟的天然核燃料，加之木星的中心温度已达到了28万K，具备了进行热核反应所需的高温条件。至于热核反应所需的高压条件，就木星的收缩速度和对太阳放出的能量及携能粒子的吸积特性来看，木星在经过几十亿年的演化之后，中心压可达到最初核反应时所需的压力水平。木星和太阳的成分十分相似，但是却没有像太阳那样燃烧起来，是因为它的质量太小。木星要成为像太阳那样的恒星，需要将质量增加80倍才行，根据天文学家的计算，只有质量大于太阳质量的7%，才能进行氘聚变反应，发出光和热。

磁场

木星的磁场强度是地球的14倍，范围从赤道的4.2高斯（0.42mT）到极区的10至14高斯（1.0～1.4mT），是太阳系最强的磁场（除了太阳黑子）。环绕着行星的是松弱的行星环系统和强大的磁层（木星磁场十分强大，其背对太阳一面的磁场甚至延伸至土星轨道）。这个场被认为是由涡流产生的——旋流运动的导电材料——核心的液态金属氢。在埃欧卫星的火山释放出大量的二氧化硫，形成沿着卫星轨道的气体环。这些气体在磁层内被电离，生成硫和氧的离子。它们与源自木星大气层的氢离子，在木星的赤道平面形成等离子片。这些片状的等离子与行星一起转动，造成进入磁场平面的变形偶极磁场。在等离子片内的电流产生强大的无线电讯号，造成范围在0.6至30MHz的爆发。

木星极光

木星磁层的范围大而且结构复杂，在距离木星140万～700万千米之间的巨大空间都是木星的磁层；而地球的磁层只在距地心5万～7万千米的范围内。木星的五个大卫星（木卫一至木卫五）都被木星的磁层所覆盖，使之免遭太阳风的袭击。地球周围有条称为范艾伦带的辐射带，木星周围也有这样的辐射带。旅行者1号还发现木星背向太阳的一面有3万千米长的北极光。1981年初，当旅行者2号早已离开木星飞奔土星的途中，曾再次受到木星磁场的影响。由此看来，木星磁尾至少拖长到了6000万千米以外。

木星的磁气圈分布范围比地球磁气圈的范围大上100多倍，是太阳系中最大的磁气圈。由于太阳风和磁气圈的作用木星也和地球一样在极区有极光产生，强度约为地球的100倍。

大气

云层

木星有着太阳系内最大的行星大气层，跨越的高度超过5000千米。由于木星没有固体的表面，它的大气层基础通常被认为是大气压力等于1MPa（10bar），或十倍于地球表面压力之处。木星的大气层被分为四个层次：对流层、平流层、增温层和散逸层。不同于地球的大气层，木星没有中气层，没有固体的表面，大气最底层的对流层，平稳地转换进入行星的流体内部。这是温度和压力在氢和氦的临界点之上造成的结果，意味着气体和液体的相位之间没有明确的界限存在。

木星的大气组成按分子数量来看，81%是氢，18%是氦，按质量则分别是75%和24%。只有约1%左右的其他气体，其中包括甲烷、水蒸气、氨气等。这与太阳系的前身——原始太阳星云的组成相近，但木星中较重元素的比例却比原始太阳星云多数倍。同为气体行星的土星也是类似的组成，但天王星及海王星中的氢和氦就少得多。由于木星有较强的内部能源，致使其赤道与两极温差不大，不超过3℃，因此木星上南北风很小，主要是东西风，最大风速达130～150米/秒。木星大气中充满了稠密活跃的云系。各种颜色的云层像波浪一样在激烈翻腾着。在木星大气中还观测到有闪电和雷暴。由于木星的快速自转，因此能在它的大气中观测到与赤道平行的、明暗交替的带纹其中的亮带是向上运动的区域，暗纹则是较低和较暗的云。 

木星表面有红、褐、白等五彩缤纷的条纹图案，可以推测木星大气中的风向是平行于赤道方向，因区域的不同而交互吹着西风及东风，是木星大气的一项明显特征。大气中含有极微的甲烷、乙炔之类的有机成分，而且有打雷现象生成有机物的概率相当大。

木星的大红斑位于南纬23°处，长2万千米，宽1.1万千米。探测器发现，大红斑是一团激烈上升的气流，呈深褐色。这个彩色的气旋以逆时针方向转动。在大红斑中心部分有个小颗粒，是大红斑的核，其大小约几百千米。这个核在周围的反时针漩涡运动中维持不动。大红斑的寿命很长，可维持几百年或更久。早在1665年，意大利天文学家卡西尼就发现了它。大红斑艳丽的红色令人印象深刻，颜色似乎来自红磷。大红斑的自转是逆时针方向，周期大约是六天。大红斑的长度是24000至40000千米，宽度是12000至14000千米。它的直径大到可以容得下2至3颗地球。这个风暴的最大高度比周围的云层高出约8千米。风暴通常都发生在巨行星大气层的湍流内，木星也有白色和棕色的鹅蛋形风暴，但较小的那些风暴通常都不会被命名。白色的鹅蛋倾向于包含大气层上层，相对较低温的云。棕色鹅蛋形是较温暖和位于普通云层。这种风暴持续的时间可以只有几个小时，也可以长达数个世纪。

行星环

木星有一个同土星般的环，不过又小又微弱。早在1974年先锋11号探测器访问木星时，就曾在离木星约13万千米处观测到高能带电粒子的吸收特征。两年后有人提出这一现象可用木星存在尘埃环来说明。可惜当时无人作进一步的定量研究以推测这一假设环的物理性质。木星环的发现纯属意料之外，只是由于两个旅行者1号的科学家一再坚持应该去看一下是否有光环存在。其他人都认为发现光环的可能性为零，但事实上木星环是存在的。1979年3月，旅行者1号探测器穿越木星赤道平面时，这时它所携带的窄角照相机在离木星120万千米的地方拍到了亮度十分暗弱的木星环的照片。同年7月，后到达的旅行者2号探测器又获得了有关木星环的更多的信息，证实了这个结论。

木星光环的形状像个薄圆盘，其厚度约为30千米，宽度约为9400千米，离木星128300千米。光环分为内环和外环，外环较亮，内环较暗几乎与木星大气层相接。光环的光谱型为G型，光环也环绕着木星公转，7小时转一圈。根据对空间飞船所拍得照片的研究，现已知道木星环系主要由亮环、暗环和晕三部分组成。亮环在暗环的外边晕为一层极薄的尘云，将亮环和暗环整个包围起来的厚度不超过30千米亮环离木星中心约13万千米，宽600千米。暗环在亮环的内侧，宽可达5万千米，其内边缘几乎同木星大气层相接。亮环的不透明度很低，其环粒只能截收通过阳光的万分之一左右。靠近亮环的外缘有一宽约700千米的亮带它比环的其余部分约亮10%，暗环的亮度只及亮度环的几分之一。晕的延伸范围可达环面上下各1万千米它在暗环两旁延伸到最远点，外边界则比亮环略远。据推算，环粒的大小约为2微米，真可算是微粒。这种微米量级的微粒因辐射压力、微陨星撞击等原因寿命大大短于太阳系寿命。为了证实木星环是一种相对稳定结构这一说法人们提出了维持这种小尘埃粒子数量的动态稳定的几种可能的环粒补充源。

如果光环要保持形状，它们需被不停地补充。两颗处在光环中公转的小卫星：木卫十六和木卫十七，是光环物质来源的最佳候选。木星的两极有极光，这似乎是从木卫一上火山喷发出的物质沿着木星的引力线进入木星大气而形成的。木星有光环，光环系统是太阳系巨行星的一个共同特征，主要由黑色碎石块和雪团等物质组成。木星的光环很难观测到它没有土星那么显著壮观，但也可以分成四圈。木星环约有9400千米宽，但厚度不到30千米，光环绕木星旋转一周需要大约7小时。伽利略号飞行器对木星大气的探测发现木星光环和最外层大气层之间另存在了一个强辐射带，大致相当于电离层辐射带的十倍强。

卫星

木卫一、木卫二、木卫三、木卫四在1610年被伽利略用望远镜发现，称为伽利略卫星。1892年巴纳德发现了木卫五，其他卫星都是1904年以后用照相方法陆续发现的。旅行者号飞船于1979年发现了木卫十四，1980年又先后发现木卫十五和木卫十六。除四个伽利略卫星外，其余的卫星半径多是几千米到20千米的大石头。木卫三半径为2631千米，是卫星中最大的一颗，直径大于水星。木卫二可能存在液态的海洋。木星的四个伽利略卫星和木卫五的轨道几乎在木星的赤道面上。

木星运动正逐渐地变缓。同样相同的引潮力也改变了卫星的轨道，使它们慢慢地逐渐远离木星。木卫一、木卫二、木卫三由引潮力影响而使轨道共振固定为1：2：4，并共同变化。木卫四也是这其中一个部分，在未来的数亿年里，木卫四也将被锁定，以木卫三的两倍公转周期，以木卫一的八倍来运行。

木星有众多卫星，2018年已发现79颗，木星的卫星由宙斯一生中所接触过的人来命名（大多是他的情人）。它们大致分为三群：第一，顺行的规则卫星，最靠近木星，木卫十六、木卫十四、木卫五、木卫十五和四颗伽利略卫星共8颗，轨道偏心率都小于0.01。第二，顺行的不规则卫星，离木星稍远的一群，包括木卫十三、木卫六、木卫十及木卫七等，偏心离为0.11～0.21。第三，逆行的不规则卫星，离木星最远的一群，包括木卫十二、木卫十一、木卫八及木卫九等，偏心率0.17～0.38。

木星的卫星群

规则卫星

内侧群

内侧的4颗小卫星，直径小于200千米，轨道半径小于200000千米，轨道倾角小于0.5度。

伽利略卫星

由伽利略和西门·马里乌斯同时期发现的4颗卫星，轨道在400000千米至2000000千米，有一些是太阳系中较大的卫星。

不规则卫星

撒米斯图群

这是单独一颗卫星的群组，轨道介于伽利略卫星和希马利亚群半途的中间位置。

希马利亚群

一个紧密的族群，轨道距离在11000000千米至12000000千米。

卡普群

另一个单一卫星的群，在亚南克群的内缘，以顺行方向绕着木运转。

亚南克群

逆行卫星群，边界相当模糊，平均距离木星21276000千米，平均轨道倾角为149度。

加尔尼群

相当明显的逆行卫星群，平均距离木星23404000千米，平均轨道倾角165度。

帕西法尔群

分散、特征含糊的逆行卫星群，涵盖所有最外层的卫星。

观测与探测

地面观测

1610年，伽利略·伽利雷（Galileo di Vincenzo Bonaulti de Galilei）和西门·马里乌斯（Simon Marius）各自独立的发现木星的4颗大卫星（伽利略卫星），这是首次发现不属于地球的卫星，也是当时首次发现显然不以地球为中心运动的天体。这是对尼古拉·哥白尼（Mikoaj Kopernik）日心说最主要的支撑，伽利略直言不讳的支持哥白尼学说，使他被置于教会的威胁下。1660年代，乔凡尼·多美尼科·卡西尼（Giovanni Domenico Cassini）使用一架新的望远镜发现木星的斑点和彩色的区带，并且观察到这颗行星出现扁平形；就是在两极扁平。他也估计出这颗行星的自转周期。在1690年，卡西尼发现大气经历较差自转。大红斑是在木星南半球的一个显著鹅蛋形特征，可能早在1664年就被罗伯特·胡克（Robert Hooke）和卡西尼在1665年观测过；虽然这仍有争议。已知最早的绘图来自药剂师海因利希·史瓦贝（Samuel Heinrich Schwabe），他在1831年显示大红斑详细的资讯。据说，大红斑在1878年变得很显眼前，在1665年至1708年曾经有多次从视线中消失的场合。它在1883年和20世纪初，再度被记录到衰退。乔瓦尼·阿尔方多·波雷里（Giovanni Alfonso Borelli）和卡西尼两人都细心地做出木星卫星的运动表，可以预测这些卫星经过木星前方或背后的时间。在1670年代，人们观测到当木星与地球在相对于太阳的两侧时，卫星运动事件的发生会比预测的慢达17分钟。丹麦天文学家奥勒·罗默（Ole Romer）推论视线看到的不是即时发生的事情（卡西尼在此之前曾经拒绝这样的结论），而这个时间上的差异可以用来估计光速。1892年，爱德华·爱默生·巴纳德（Edward Emerson Barnard）在加利福尼亚州使用利克天文台 36-英寸（910-毫米）的折射望远镜观察到木星的第5颗卫星。发现了这颗相对较小的卫星，证明了他敏锐的视力，使他很快的成名。这颗卫星后来被命名为木卫五（Amalthea）。这是最后一颗以人眼视觉发现的行星卫星，之后的卫星均从照片发现。

1932年，鲁珀特·沃尔特根据木星的吸收光谱确定木星大气中含有甲烷和氨。1938年，观察到3个长寿的白色鹅蛋形反气旋特征。几十年来，它们是独立存在木星大气层的特征，有时会互相靠近，但永远不会合并。最后，两个在1998年合并，并在2000年吸收了第三个，被称为长圆形BA。在1955年，巴纳德柏克和肯尼斯·佛兰克林侦测到来自木星的22.2MHz的无线电信号爆发。这些爆发与木星的自转周期匹配，也能够用这些资讯来改进自转速率。发现来自木星的无线电爆发有两种形式：长达数秒的长爆发（L爆发）和持续时间短于百分之一秒的短爆发（S爆发）。

科学家发现来自木星的无线电讯号有三种传输的形式：第一、随着木星旋转的十米无线电爆发（波长10米的无线电波），并且受到木卫一与木星磁场交互作用的影响。第二、厘米无线电辐射（波长为厘米的无线电波）于1959年首度由弗兰克·德雷克（Fank Drake）和Hein Hvatum观测到。这个信号起源于木星赤道附近的圆环带状，是由木星磁场中被加速电子引起的回旋辐射。第三、辐射热是由大气中的热产生的。

先驱者号探测

美国宇航局于1972年3月发射了先驱者10号探测器，这是第一个探测木星的使者，它穿越危险的小行星带和木星周围的强辐射区，经过一年零九个月，行程10亿千米，于1973年10月率先飞临木星，探测到木星规模宏大的磁层研究了木星大气传回了三百多幅木星图像。1973年4月美国又发射了先驱者11号探测器，1974年12月5日到达木星，距离木星表面最少只有4.6万千米，比先驱者10号更近。送回了有关木星磁场、辐射带、中立、温度、大气结构等情况，并观测到了木星南极地带。

旅行者号探测

1977年8月20日和9月5日，美国先后发射了旅行者2号和旅行者1号探测器这两个姊妹探测器沿着两条不同的轨道飞行。担负探测太阳系外围行星的任务发射一百天后，旅行者1号超过旅行者2号，并先期到达木星探测。1979年3月5日，旅行者1号在距木星27.5万千米处与木星会合，拍摄了木星及其卫星的几千张照片并传回地球。通过这些照片可以发现木星周围也有一个光环，还探测到木星的卫星上有火山爆发活动。旅行者2号于1979年7月9日到达木星附近，从木星及其卫星中间穿过，在距木星72万千米处拍摄了几千张照片。 

伽利略号探测

伽利略号探测器于1989年升空，1995年12月抵达环木星轨道。它旅行了28亿英里，它的终结日期比原来预计的晚了六年。伽利略号绕木星飞行了34圈，获得了有关木星大气层的第一手探测资料，在1995年将一个探测器放到了木星上。它发现木星的卫星木卫二、木卫三、木卫四的表面下有咸水海洋，还发现木星卫星上有剧烈的火山爆发。

伽利略号木星探测器

伽利略号的首要任务是要对木星系统进行为期两年的研究，而事实上，伽利略号从1995年进入木星的轨道直到2003年坠毁，它一共在木星工作了8年之久。它环绕木星公转，约两个月公转一周。在木星的不同位置上，得到其磁层的数据。此外它的轨道也是预留作近距观测卫星的， 在1997年12月7日，它开始执行其额外任务，多次近距在木卫一和木卫二上越过，最近的一次是于2001年12月15日，距卫星表面仅180千米。因为为了节约燃料，所以伽利略号并未灭菌处理，为了避免其与可能存在生命的木卫二接触，伽利略号探测器在2003年年9月21日坠毁于木星，以此结束其近14年的太空探索生涯。这将是美国宇航局自1999年以来首次控制探测器在地球之外的天体上坠毁。 伽利略号对研究木星的卫星作出了很大的贡献。在伽利略号到达木星之前，人们一共只发现了16颗木星的卫星。伽利略号到达后又发现了多个卫星，使这个数字已经上升到了63个。

朱诺号探测

朱诺号是NASA新疆界计划前往木星探测的太空船。于2011年8月5日从卡纳维拉尔角空军基地发射升空，预定于2016年7月抵达。探测器将放置在绕极轨道，研究木星的组成、重力场、磁场和磁层和磁极。朱诺号也要搜索和寻找这颗行星是如何形成的线索，包括是否有岩石的核心、存在大气层深处的水量、质量的分布、风速可以达到618千米每小时(384英里每小时)的深度。

朱诺号探测器2011年8月5日发射，2013年10月9日利用地球引力弹弓加速飞往木星，在2016年7月5日到达木星轨道，展开对木星的深入探测。此后，朱诺号每年大约绕木星运转32圈，探测木星内部的结构情况；测定木星大气成分；研究木星大气对流情况以及探讨木星磁场起源和磁层。通过它的探测，科学家希望了解木星这颗巨行星的形成、演化和本体内部结构以及木星卫星等。

1993年3月24日，美国天文学家尤金·苏梅克（Eugene Merle Shoemaker）和卡罗琳·苏梅克（Carolyn Shoemaker）以及天文爱好者戴维·列维（David H。Levy），利用美国加州帕洛玛天文台的46厘米天文望远镜发现了一颗彗星，遂以他们的姓氏命名为苏梅克-列维9号彗星。这颗彗星被发现一年零两个多月后，于1994年7月16日至22日，断裂成21个碎块，其中最大的一块宽约4千米，以每秒60千米的速度连珠炮一般向木星撞去。

哈勃太空望远镜拍摄的2009年木星撞击，痕迹长约8000千米。

2009年7月21日，澳大利亚一位业余天文爱好者安东尼·卫斯理，在凌晨1点利用自家后院的14.5英寸反射式望远镜发现木星被彗星或者小行星撞击，在木星表面留下地球般大小的撞击痕迹。美国航空航天局喷气推进实验室在20日晚上9点证实了卫斯理的发现，并于21日证实木星在过去相当短一段时间内再次遭遇其他星体撞击，使木星南极附近落下黑色疤斑撞击处上空的木星大气层出现一个地球大小的空洞。2010年6月3日，澳洲的业余天文学家天文爱好者观测到一颗彗星的撞击，造成小于以前观测到的事件。另一位菲律宾的业余天文学家也录影捕捉到这次事件。

生命可能

在1953年，米勒-尤里实验证明了闪电和存在于原始地球大气中的化合物组合可以形成有机物（包括氨基酸），可以作为生命的基石。这模拟的大气成分为水、甲烷、氨和氢分子；所有的这些物质都在现今的木星大气层中被发现。木星的大气层有强大的垂直空气流动，运载这些化合物进入较低的地区。但在木星的内部有更高的温度，会分解这些化学物，会妨碍类似地球生命的形成。

世界纪录

木星是太阳系中最大的行星、一天时长最短的行星、被最多航天器到访过的外行星、拥有最多特洛伊小行星的行星、太阳系中拥有最活跃火山的天体以及太阳系中密度最大的卫星，木星拥有卫星上最多的陨石坑、最强的磁场、太阳系中最强大的极光、太阳系中最大的反气旋风暴。（吉尼斯世界纪录）

【066、木星：太阳系的塑造者和行星杀手】

David Crookes　文　Shea　编译

通过对火星的影响和对超级地球的破坏，木星深刻地改变了太阳系的格局。

关于木星，我们知道许多事情。这颗气态巨行星的质量是地球317.8倍。这个数字也相当于太阳系中其他行星总质量的2倍。它拥有4颗大型的卫星和许多的小卫星，它的自转速度惊人，木星上的一“天”不足10个小时。

不过，在木星身上也有一些东西在不断给我们带来惊喜。例如，谁曾想到这颗由氢和氦构成的巨行星其实有着惊人的破坏力，帮助塑造了今天我们所知的整个太阳系？

如现在所见，8颗行星正在以规则且固定的轨道绕太阳公转。水星位于最内侧，向外依次是金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星。然而，这一排列并非一贯如此。虽然现在的一切看似有序，但有一些异常已经困扰了天文学家好一段时间。

其中的一个问题就是火星。当天文学家试图利用计算机来模拟太阳系最内层4颗行星的形成时，火星的质量要么会比现在大10倍，要们它会远比实际的更加靠近太阳。科学家们一直在思考，是什么东西扼制了火星的生长并改变了它的轨道。一些天文学家认为，答案就是木星。

木星是太阳系中最大的行星。它的质量是地球317.8倍，是其他行星总质量的2倍。哈勃空间望远镜发现在木星的两极还存在极光活动。

多年来，不同的研究一直在尝试为这个问题提供解答。2009年，美国加州大学洛杉矶分校的布拉德·汉森（Brad Hansen）提出了一个理论，认为太阳系中的固态物质仅分布达在一个特定的范围之内。他认为这个边界在距离太阳1个天文单位处，在这之外的行星会因为缺少物质而无法生长。

这个想法很有效——1个天文单位是地球到太阳的距离，这可以解释为什么地球和金星的质量都远大于火星。火星到太阳的距离为1.5个天文单位，位于汉森提出的边界之外。这使得火星会因为缺少固态物质而无法生长变大，这听起来似乎是一个完美的解释。然而，有一个关键要素缺失了。“汉森并没有解释他是如何得出这一边界所在位置的，”天文学家亚历山德罗·莫尔比代利（Alessandro Morbidelli）说。它也无法解释远在1个天文单位之外的气态行星和小行星带。

为了解释火星的低质量，莫尔比代利与肖恩·雷蒙德（Sean Raymond）、凯文·沃尔什（Kevin Walsh）、阿维·曼德尔（Avi Mandell）和戴维·奥布莱恩（David O'Brien）一起，开始更加仔细地审视太阳系中最大的行星——木星。他们最终提出了一个大迁徙假说，认为木星是太阳系中形成的第一颗行星，它在其一生中进行了2次迁移：一开始是向内朝太阳运动，然后又向外迁移到它今天的位置。这正是事情变得相当有趣的地方。为了形成一颗质量较小的火星，必须要削减它的引力俘获区。这是一个非常基本的想法是，火星要体型小，就不得不挨饿，而地球和金星则不必这样。所以这些天文学家在想木星会如何？如果它一直位于火星现在的位置会发生什么情况？

他们提出木星曾穿行于内太阳系中，从初始时距离太阳3.5个天文单位运动到了仅1.5个天文单位处，后者正好是目前火星轨道所在的位置。在太阳系历史的早期，年轻的太阳周围存在着一个原行星盘，其中浓密的气流和引力会把木星向内推。这个盘中的稠密气体使得木星不会太过靠近而最终掉入太阳，但这同时也意味着木星会吸积掉该区域中大量的物质，对此后火星的形成和生长产生深远的影响。

在这个阶段，类地行星还都没有形成。水星、金星、地球和火星要比气态巨行星更为年轻，它们诞生的时间要晚得多。大迁徙假说提出，在太阳系形成的最初一千万年里，土星会随着木星一起朝太阳方向迁移，并且它们会进入轨道共振状态。这意味着土星和木星会对彼此产生规律且周期性的引力作用，由此它们会清除掉位于它们之间的所有气体，并最终使得这两颗气态巨行星朝外太阳系迁移。

木星最终达到了其目前5.2个天文单位的位置，但由于之前在火星今天的轨道上吸积了大量的物质，直接导致火星生长受阻，无法长到金星和地球的大小。更重要的是，在迁移的过程中，由于木星到太阳的距离始终没有小于1.5个天文单位，因此它没有对更靠近太阳的物质产生影响。这也意味着最内层的3颗类地行星——水星、金星和地球——能够如预期地形成。

要看到它是如何影响火星的，只需把它和地球做个比较。在形成的起始阶段，地球和火星都会快速地生长，但这个过程在地球身上得以继续，而火星则没有。虽然火星被认为形成于距离太阳约1个天文单位处，在那里它能够形成其核心，但引力相互作用把它推到了约1.5个天文单位的地方，使得它位于了一个缺乏物质的区域，无法进一步生长。因此，火星也远在地球之前就被迫停止生长了。

一些科学家认为，太阳系中曾经存在过超级地球，它们的质量可达地球的10倍，但木星的引力使得这些超级地球发生相撞并最终瓦解。超级地球格利泽876d的艺术概念图。

行星之王的杀戮历史

木星先向内、后向外的迁移对太阳系产生了重大而深远的影响。

0年：木星形成

在早期太阳系中，原行星盘中有浓密的气体和尘埃在绕太阳转动。木星最早形成于原行星盘中距离太阳3.5个天文单位的地方。

70 000年：主要引力源

木星从原行星盘中吸积气体，使之成为一颗气态巨行星。在这个盘中打开了一道巨大的缝，随后木星开始朝着太阳向内迁移。

80 000年：超级地球碰撞

有一种理论认为，木星的引力使得形成于太阳附近的超级地球发生相撞。撞出的碎片残骸掉入了太阳，但留存下的物质形成了今天所看到的类地行星。

100 000年：土星形成

土星形成于木星迁移到4.5个天文单位之前。在接近其目前的质量时，它与原行星盘中气体的引力相互作用使得它向内迁移。

120 000年：气态巨行星彼此靠近

在盘中气流的推动下，土星逐渐靠近木星，进入轨道共振的状态。土星每绕太阳公转2周，木星则绕太阳公转3周。

300 000年：向外迁移

在这个阶段，木星位于距离太阳1.5个天文单位处，与今天火星所占据的轨道一致。之后，木星调头，它和土星开始远离太阳向外迁移。

500 000年：清除小行星

随着木星和土星向外迁移，木星会沿途清除掉它所遇到的15%的小行星。这解释了为什么存在两类小行星以及小行星带的质量缺失。

600 000年：木星止步 由于原行星盘中的气体耗尽，木星向外迁移的速度放缓并最终止步于现在的5.2个天文单位处。天王星和海王星通过共振被俘获。它们都生长到了现有的质量。

火星形成的时标要比地球的短得多。地球在其最初的500～1000万中积聚了约50%的质量。地球形成花了1亿年的时间，而火星只花了400万年。因此，在开始的时候，火星积聚质量，然后突然停了下来。木星清空这一区域、仅留下少量物质的想法可以解释火星的质量，也可以解释火星的生长过程何以戛然而止。

在塑造太阳系的过程中，木星的潜在作用并不仅限于此。一些科学家认为，太阳系中曾经存在过超级地球，它们的质量可达地球的10倍，但要小于海王星。就像在其他许多行星系统中所观测到的，它们都十分靠近宿主恒星。不同于今天我们所见的太阳系，它们帮助形成了最早的太阳系，但它们很可能已经被所向无敌的木星破坏了。

这听起来很稀奇，但却是由美国加州理工学院的行星科学家康斯坦丁·巴特金（Konstantin Batygin）和美国加州大学圣克鲁斯分校的天文学家格雷格·劳克林（Greg Laughlin）所提出的一个理论。他们的这个想法使用了大迁移假说，提出它的灵感则来自于开普勒空间望远镜。该空间望远镜发现，银河系中的恒星普遍都拥有非常靠近它自身的岩质行星，这些行星的质量比地球大并且拥有稀薄的大气。

这一发现暗示，在内太阳系有行星不见了踪影。在其他行星系统中的气态巨行星到其宿主恒星的距离往往只有水星到太阳距离的十分之一。这着实让人思考，木星是如何形成的，以及大迁徙又是如何清空内太阳系的。巴特金和劳克林的想法是，如果太阳系与其他的行星系统相似，那么在短周期的轨道上应该有一些超级地球存在。但是，如果曾经确实是这样的话，那么今天天文学家将不得不解释这些超级地球又去往了什么地方。

巴特金和劳克林认为超级地球形成于木星向内迁移之前。在最早的阶段，超级地球会快速形成。由于表面密度高，也因为轨道周期短，它们可以获得大量的物质，进而迅速生长。

当木星在大迁徙假说中向太阳运动时，巴特金和劳克林认为这会迫使超级地球的轨道发生交叠，使得它们发生碰撞并瓦解，这意味着在木星向内迁移的过程中，超级地球首当其冲遭到破坏。它也会把木星送入了一条在其他许多行星系统中非常典型的轨道。木星会触发级联式碰撞，位于目前地球所在区域中正在试图形成的所有天体都会开始发生碰撞并解体。

其结果是，在气体阻尼力下，超级地球的残骸会被推入太阳，由此清空了水星和太阳之间的区域，这也解释了那里鲜有物质存在的缘由。如果被证实，这一理论有助于解释为什么太阳系会变得如此不同于其他的行星系统，以及为什么今天所看到的类地行星是如此之小。它认为第一代行星已被摧毁，使得更小的行星在第二波形成浪潮中取而代之。

“大迁徙会破坏最初的行星构形，”劳克林说，“然后，一旦进入共振状态，木星和土星会向外迁移，最终地球和其他类地行星得以在木星先向内、后向外的迁移过程所留下的残骸中诞出。”

这正是类地行星的年龄要小于气态巨行星的原因。类地行星只有在木星“碾碎”了其沿途的行星体之后才能形成。这构建了一个框架，由此我们可以理解为什么类地行星要比气态巨行星更加年轻。在这个框架下，太阳系曾经拥有着奇特和不寻常的特征，和目前所见的迥然不同，而这全都是由木星在其早期的破坏作用所导致的。

根据大迁徙假说，在太阳系早期因巨行星的迁移，会引发大规模的天体碰撞事件。

一颗以近圆轨道运动的巨行星并非是在每个行星系统中都能普遍见到的事情。事实上，其发生的概率只有百分之几。在水星轨道之内空无一物也是十分不寻常的，这很可能是因为类地行星形成时间较晚且缺少物质所致。

这可能意味着，有着与地球相似固体表面和大气压强的行星也许是比较罕见的。基于现在对太阳系演化所做出的更为清醒的认识和判断，由此对于在其他行星上存在生命的猜测可能需要回归审慎的态度。

即便如此，莫尔比代利并不相信太阳系中曾存在过超级地球。他认为巴特金和劳克林的工作仍很初步，有些方面还需要深入。他表示，原行星盘存在内边界，行星是无法越过这一界线的。“存在着一些作用会把行星维持在这一边界上，”他说，“这些作用也会推动对尘埃。”出于这个原因，行星是无法迁移并掉入太阳的。当然，也有人反对大迁徙假说，如果它被证实，将会产生巨大的影响。

“这会使得太阳系再次变得特殊，”莫尔比代利说。“这表明，我们是因为一系列特定的事件才存在于这里的，而很明显这些事件并不会在任何时候都发生。例如，如果木星向内迁移得更加靠近太阳，那么我们就不会在这里，因为地球的大小会和现在的火星相当。不要误会我的意思，我并不是说这多亏了‘上帝之手’，而是说这一系列事件恰到好处发生的概率绝对不会高。”

大迁徙假说的证据

火星的质量小于预期。当在计算机中模拟太阳的原行星盘时，火星的质量要大于现在的数值，因为在其轨道附近有充足的物质。大迁徙假说认为，木星吸积掉了这些物质中的大部分。

小行星带中存在不同类型的天体：冰质小行星和干燥的岩质小行星，这向天文学家提出了挑战。大迁徙假说认为，木星向外的迁移把小行星带向内推，并且把冰质的小天体输送到更靠近太阳的地方。

地球的表面具有“合适”的含水量。太阳系形成的经典模型显示地球上的水要么太多，要么太少。大迁徙假说提出，碳型冰质小行星是地球上水的来源。

小行星带质量小于预期。当木星向内迁移进入、然后又向外迁移出小行星带时，它会把小行星带的质量削减到目前的水平。

[All About Space 2015年总第45期]

【067、木星到底有多恐怖？木星能够撼动太阳，但木星的恐怖远非如此】

2021-02-04 聊科学

很早的时候人们就发现，天上有5颗星星的位置是会经常发生变化的。人们把它们叫做行星。这5颗行星就是水星、金星、火星、木星和土星。

太阳系中的行星除了这5颗肉眼可见的行星之外再加上天王星、海王星这两颗肉眼看不到的行星以及地球一共是8颗。其中木星是这8颗大行星中最大的一颗。今天咱们一起来聊一聊太阳系中最大的行星——木星。

我们怎样才能够找得到木星呢？2月份的星空是非常有趣的。为什么会这么说呢？最近这段时间，太阳系中5颗肉眼可见的行星除了火星之外，其它的四颗行星都聚到一块去了。木星和水星、金星、土星扎堆出现在清晨的地平线上。不过在清晨太阳升起前要看到木星可不容易。因为这时候天很快就要亮了。天亮了什么星星都看不到了。

随着我们对太阳系探索的不断深入，我们对木星越来越了解。有人说，面对木星会让人产生一种莫名的恐惧感。我们为什么会对木星产生恐惧感呢？木星到底有多恐怖呢？我觉得以下几个地方是木星让我们觉得恐怖的地方。

第一点，木星的大小让我们产生了恐惧感。木星有多大呢？木星可不是我们在地球上肉眼看见的那样“眨眼”的小星星。它是太阳系中最大的行星。木星的直径有14万公里，大约是地球直径的11倍。木星大的可以装得下1300多个地球。

木星的质量更是大得惊人。它的质量是地球的318倍，是太阳系其他八大行星质量总和的2.5倍，太阳质量的千分之一。木星的质量达到了什么程度呢？严格的说木星不是在围绕着太阳旋转，而是木星和太阳围绕着一个共同的质心旋转。这个质心不在太阳的内部而是在太阳表面之外4.8万公里的位置上。这意味着木星能够撼动太阳。

为了能够让大家更好地体会下木星有多大？咱们再来想象一下将木星放在月球轨道上，我们在地球上会看到怎样的景象呢？此时木星的视直径达到了20.42°，而满月时的视直径则是0.52°。木星的视直径要比满月大39倍。是不是觉得很恐怖呢？

如果你觉得木星的恐怖之处仅限于此的话，那就太小瞧木星了。木星的恐怖之处远非如此。它还有很多我们看不到的危险，

第二点，木星上面的坏天气让我们无法忍受。木星上面有许多平行的红色、白色和褐色相间的五彩条纹，看上去很美丽。但实际上，这些美丽的条纹是木星上永不停止的风暴。它们的风速可达每小时468~540公里。这至少是地球上17级超级台风风速的两倍。

木星大红斑和地球

木星大红斑是我们熟知的风暴。它是木星上最大的风暴，也是太阳系中最大的风暴。它长约2.5万公里，宽约1.2万公里。木星大红斑大的足以放下一个地球。木星大红斑风暴至少已经刮了300年。

试想一下，如果我们身处木星大红斑风暴中会怎样呢？

除了没完没了的风暴，木星上还有比地球上强上万倍的闪电。这也是相当恐怖的啊。

木星上的闪电

第三点，木星的强烈的磁场让我们无法靠近。地球的磁场保护了地球上的生命免受太阳风暴的侵害。木星也有磁场。木星的磁场要比地球磁场要强100倍。当太空飞船距离木星大约700万公里的时候就会受到木星磁场的强烈干扰。稍有不慎，探测器就会和地球失去联系。这里是木星的范艾伦辐射带。此处聚集了大量的来自太阳和宇宙空间的高能辐射粒子，对于人类来讲极为致命。

受木星磁场的影响，即使我们在木星的卫星上活动也是非常危险的，稍有不慎就会受到致命的伤害。

木星的磁场

第四点，木星内部强大的压力和温度也会让我们觉得它很恐怖。曾经有网友脑洞大开认为“木星是一颗气态行星，那我们岂不是很容易就穿过木星了呢？”有这种想法的朋友可能没有见识到木星内部强大的压力和高温。科学家根据木星探测器传回来的数据得知，木星内核的温度可到达2万~3万℃，压力相当于1亿~3亿个地球大气压。在木星上，氢气都被压成了液态和固态的。

伽利略号木星探测器曾经释放了一个子探测器进入木星大气层。这个全副武装的探测器在木星大气中仅仅下降了一个小时就被木星大气给摧毁了。

现在你还觉得木星是一个气态行星就想穿过就穿过了吗？

木星内部结构

最后，木星有时候也会威胁到地球生命。我们常说木星是地球生命的守护神，但是有时候木星也会对地球生命造成威胁。木星强大的引力会把小行星带的小行星从原来的轨道上弹射出去。这样它们很可能会撞上地球，从而对地球上的生命造成严重威胁。

【068、木星环】

2019-03-09

木星环（Rings of Jupiter），是指围绕在木星周围的行星环系统。它是太阳系第三个被发现的行星环系统，第一个和第二个分别是土星环及天王星环。

木星环首次被观测到是在1979年，由航海家一号发现及在1990年代受到伽利略号进行详细调查。木星环亦可由哈勃太空望远镜及地球观察。在地上需要现存最大的望远镜才能够进行木星环的观察。

隐约的木星环系统主要由尘埃组成。木星环分成四个部分：厚厚的粒子环面内晕层称为“光环”；一个相对光亮的而且特别薄的“主环”；以及两个外部既厚又隐约的“薄纱环”（或称“蛛网环”），其名称由形成她们的物质的卫星而来：木卫五（阿马尔塞）和木卫十四（底比斯）。

木星环的主环及光环由卫星木卫十六（墨提斯）、木卫十五（阿德剌斯忒亚）及其他不能观测的主体因为高速撞击而喷出的尘埃组成

在2007年二月至三月由新视野号取得的高分辨率图像显示主环有丰富的精细结构。

可见光及近红外线光线下，除了光环呈现灰色或蓝色外，木星环会呈现红色。在环内的尘埃大小不定，但是所有环除了光环以外的尘埃横切面面积最大为半径约15微米的非球体粒子。

光环主要由亚微米级尘埃组成。环状系统的主要质量（包括不可见的主体）约为10公斤。环状系统的年龄不详，可能在木星形成时已经存在。

观测记录

旅行者1号：初遇木星环

1979年3月5日，旅行者1号最近飞掠木星。在此一天前，旅行者1号在穿过木星赤道面的过程中首次拍到了木星环。那么旅行者1号和木星环的初遇，又是怎样的呢？这短暂的初遇告诉了我们什么呢？

1979年3月5日，旅行者1号最近飞掠木星。在此一天前，旅行者1号在穿过木星赤道面的过程中首次确认发现了距木星1.8个木星半径外的木星环。

很难说这是旅行者1号出人意料的新发现。因为尽管极其微弱的木星环之前并没有被任何地基设备观测到过，人们也确实很长一段时间认为木星并没有环，但早在1976年，NASA哥达德空间飞行中心地外物理实验室的两位天文学家Mario H。Acuna和Norman F。Ness就已经通过先驱者11号的磁场和带电粒子数据预测1.83个木星半径之外应当有一个环或者未发现的卫星了。

所以更准确地说，是旅行者1号首次观测到木星环，并证实了之前的理论预测。

那么旅行者1号和木星环的初遇，又是怎样的呢？这短暂的初遇告诉了我们什么呢？

惊鸿一瞥

旅行者1号的窄角相机（narrow-angle frame）在木卫五（Amalthea）和木星外缘（limb）之间首次拍摄到了木星环，此时距离旅行者1号最近飞掠木星并从木星系统的赤道面穿过还有16个小时52分钟。

旅行者1号相机在拍摄木星环是与木卫五（Amalthea）和木星环的位置关系——这是一次持续了11分钟12秒的长曝光，因此照片中还显示出了视场随着探测器移动的运动和探测器本身的微弱抖动。

尽管旅行者1号无法准确估计木星环的亮度，不过大致的星等估计值在每弧秒13等。

离开视野

在旅行者1号最近飞掠木星42分钟后，位于木星赤道面以下0.16°时的旅行者1号的两个相机中都已经几乎看不到木星环了。

此后，木星环永远消失于旅行者1号的视野之中。

主环阔度为～6,500km。主环的外貌依观察角度而改变。受正面散射（scattering）的光线（即光线散射的角度相对太阳光的为小）照射的主环的光度在128,600km急速下降（刚好在木卫十五轨道的内部）并在129,300km达到背景等级（backgroundlevel）（刚好在木卫十五轨道的外部）。所以位于129,000km的木卫十五可以清楚指示出主环位置。除了位于128,000km的木卫十六轨道附近的部分显著的缺口外，光度越接近木星便越会增加，并在环的中心点128,000km达至最高光度。主环的内部边界与此相反，由124,000至120,000km慢慢地变得暗淡，与光环融合。所有木星环在受到正面散射的光线照射下都会变得特别光亮。

木星环的形成

情况在背向散射光线（即光线以相对于太阳光的180°作出散射）照射的情况下变得不同。位于129,100km，即略为在木卫十五轨道外的主环外部边界变得十分陡峭。卫星的轨道被主环的一个裂口所标示，所以有一个薄薄的小环刚好在轨道外。另外一个小环位于木卫十五轨道内，接着又有一个成因不明的裂口位于～128,500km。第三个小环在被发现在木卫十六的轨道外的中央裂口内部。主环的光度在木卫十六轨道外部急速下降，形成“墨提斯裂口”（Metisnotch)。

主环的光谱特征

由哈勃太空望远镜、凯克天文台、伽利略号和卡西尼·惠更斯号取得的主环的光学频谱，显示出组成主环的粒子是红色的，所以她们的反照率在较长的波长较高。现存的光谱横跨0.5–2.5μm的范围。现阶段无任何光谱特征可以指出那些粒子是那一种个别的化合物。主环的光谱特征与木卫十五及木卫五的十分类似。

尝试解释主环光谱特征的假说

主环的性质可以由它包含显着数量的0.1–10μm粒子大小的尘埃假说得到解释。以上假说解释了为何主环的正面散射比背向散射较强。但是需要有较大的物体才能解释主环光亮外部的强背向散射及精细构造。

光环介绍

光环是木星环中最内部及最厚的。其外部边界与主环内部边界在半径122,500km(1.72RJ)重叠。由此半径开始光环向木星快速增厚。光环的实际纵向伸延不明但其物质可以在距环面高度高至10,000km侦测到。光环的内部边界十分清晰并位于半径100,000km(1.4RJ)处，但部分物质被发现在92,000km的更深入地区。所以光环的宽度约为30,000km。

外观

形状类似一个缺乏清楚内部结构的厚环面。与主环相对，光环的外观与观察角度只有少量关联性。

亮度

在伽利略号广泛拍摄的光环在正向散射光线中显得最亮。虽然光环的表面光度比主环小很多，其与环平面垂直的综合光子通量（Flux）则因为其较大的厚度而可以与主环比较。虽然她有一个号称长于20,000km的垂直伸延，光环的光度在环面最为集中并遵守幂次法则，而z是环面垂直的高度。光环由凯克天文台及哈勃太空望远镜在背向散射光线下观察的外表基本相同，但其总光子通量比主环小几倍，并在越接近环面便越集中。

光谱性质

光环的光学频谱性质与主环不同。其在0.5–2.5μm级别的通量分布比主环较平；光环不是红色而可能甚至是蓝色。

光环的起源

光环的光学性质可以由她只由粒子大小小于15 μm 的尘埃构成的假设得到解释。光环远离环平面的部分可能包含超微米的尘埃。此含尘的成分解释了光环的较强正向散射、蓝色及缺乏可见结构。

高厚度与木星磁圈

光环的高厚度的原因在于木星磁圈的电磁力刺激到尘埃的轨道倾角及轨道离心率。光环的外部边界与强力洛伦兹共振（Lorentz Resonance）（洛伦兹共振是一个粒子轨道运动与行星磁圈转动之间，当它们的轨道周期比例是一个有理数时产生的共振）的位置重叠。当波印廷·罗伯森效应（Poynting-Robertson effect）把粒子缓慢拉往木星，她们的轨道倾角在经过时会受到刺激。繁盛的主环可能正是光环的开始。

明确内部边界与罗伦兹共振 光环的内部边界距离最强的2:1洛伦兹共振不远。在此共振下刺激可能十分显著，令粒子冲入木星大气层内，所以光环有一个明确的边界。根据主环的推算，光环和主环有相同的年龄。

薄纱光环

范围

底比斯薄纱光环是木星环中最暗淡的，显示出十分暗淡和有一个矩形横切面的结构，由位于226,000 km (3.11 RJ)的木卫十四轨道伸延至129,000 km (1.80 RJ)。其内部边界因为光亮很多的主环及光环存在而不能明确界定。厚度在约距木卫十四轨道8400km开始，越接近木星就越薄。底比斯薄纱光环实际上在顶部及底部为最亮，其光度在越接近木星时越会上升。其外部边界并不特别陡峭，伸延超过15,000km。

底比斯延伸

在木卫十四外勉强可见一个连续的环，伸延至260,000km (3.50 RJ)，被称为“底比斯延伸”（Thebe Extension）。在正向散射光线下比阿马尔塞薄纱光环暗淡3倍。在背向散射光射下其只能够由凯克天文台的望远镜所侦测到。背向散射图像显示她在木卫十四内部不远有一个光度的上升。

质量与光深度性质

底比斯薄纱光环的光深度约为3×10·8（比阿马尔塞薄纱光环低3倍），但尘埃总质量相同（约为107–9 kg）。在2002年至2003年间伽利略号经过底比斯薄纱光环，令它的尘埃初次被侦测到。其测量度透露其粒子大小为0.2–3 μm ，所以确定了薄纱光环的尘埃成分。

薄纱光环的起源

薄纱光环中的尘埃与主环及光环的来源基本相同。它的来源分别为木星木卫十四及木卫五。由木星系统以外而来的抛射体（projectiles）的高速撞击由其表面放射出尘埃粒子。那些粒子一开始与其轨道相同，但渐渐的因为波印廷-罗伯森效应而以螺旋状向内移动。薄纱光环的厚度由木星卫星的垂直游移决定，因为木星卫星有一个非零的轨道倾角。以上假设基本上解释了几乎所有的薄纱光环的可见性质：矩形横切面、厚度依照往木星方向而下降与及在顶部及底部的光度。但有部分性质仍然未能解释，例如"底比斯延伸"（其出现可能是因为在木卫十四外的不可见物体）及在背向散射光线下的可见结构。

观测历史

随着行星际空间探测器的发射，不断揭示出太阳系天体中许多前所未知的事实，木星环的发现就是其中的一个。早在1974年"先锋11号"探测器访问木星时，就曾在离木星约13万公里处观测到高能带电粒子的吸收特征。

1976年有人提出这一现象可用木星存在尘埃环来说明。可惜当时无人作进一步的定量研究以推测这一假设环的物理性质。1977年8月20日和9月5日美国先后发射了"旅行者1号"和"旅行者2号"空间探测器。经过一年半的长途跋涉，"旅行者1号"穿过木星赤道面，这时它所携带的窄角照相机在离木星120万公里的地方拍到了亮度十分暗弱的木星环的照片。同年7月，后其到达的"旅行者2号"又获得了有关木星环的更多的信息。

根据对空间飞船所拍得照片的研究，现已知道木星环系主要由亮环、暗环和晕三部分组成。环的厚度不超过30公里。亮环离木星中心约13万公里，宽6000公里。暗环在亮环的内侧，宽可达5万公里，其内边缘几乎同木星大气层相接。亮环的不透明度很低，其环粒只能截收通过阳光的万分之一左右。靠近亮环的外缘有一宽约700公里的亮带，它比环的其余部分约亮10%，暗环的亮度只及亮度环的几分之一。晕的延伸范围可达环面上下各1万公里，它在暗环两旁延伸到最远点，外边界则比亮环略远。据推算，环粒的大小约为2微米，真可算是微粒。这种微米量级的微粒因辐射压力、微陨星撞击等原因寿命大大短于太阳系寿命。为了证实木星环是一种相对稳定结构这一说法，人们提出了维持这种小尘埃粒子数量的动态稳定的几种可能的环粒补充源。

看不见的木星环

1979年3月，旅行者1号探测器穿越木星赤道平面时，在离地球6亿千米处发回大量的珍贵照片。出乎人们所料，发现木星和土星一样也拥有光环。4个月后，旅行者2号探测器飞临木星证实了这个结论。但木星光环和土星光环有很大不同，木星光环是弥散透明的，由亮环、暗环和晕三部分组成。亮环在暗环的外边，晕为一层极薄的尘云，将亮环和暗环整个包围起来。木星环离木星中心约12.8万千米，环宽9000千米，环的厚度只有几千米左右，是由大量的尘埃和黑色的碎石组成。这些碎石的大小从1/1000毫米到数十米不等，不反光，肉眼无法看到，以周期为7小时左右的速度围绕木星旋转。暗淡单薄的木星环套在庞大的木星身躯上，发现它确实是极不容易的。它对研究行星的起源和演化有着重要的启示，或许其它行星也有不易看到的环。

探索历史

木星环的存在是在1975年由先锋11号对于行星辐射带（radiation belt）的观察所推演出来的。在1979年，旅行者1号拍摄了木星环系统的一张过度感光图片。更广泛的拍摄由旅行者2号在同年进行，容许了对木星环系统结构的一个粗略估计。由伽利略号在1994年至2003年间拍摄取得的极佳质素图像大大的增加了对木星环的现有知识。由凯克天文台在1997年及2002年对木星环进行的地面观测及哈勃太空望远镜在1999年的观测透露了木星环在背向散射光线下的丰富可见结构。由新视野号在2007年二月至三月期间传送的图像令主环精细结构可以被首次观察。在2000年，卡西尼-惠更斯号往土星的旅程中对木星环系统进行了广泛观察。对木星系统的任务将可提供对木星环更多的资讯。

【069、木星究竟有多少行星环？天文学家的回答让人意外】

天文在线

我们知道土星有行星环，但你知道木星也有行星环吗？1979年旅行者一号空间探测器经过木星时，首次发现了木星的行星环。上世纪90年代，美国宇航局的伽利略号宇宙飞船对这些行星环进行了更详细的研究。正是在二十世纪90年代，伽利略号和地面观测系统对木星行星环的数量做进行了一个完整的统计。那么，木星到底有多少环呢？

现已知木星环有四个部分组成：光环，主环，阿马尔塞薄纱环和底比斯薄纱环。

光环最接近木星，半径由92000千米延伸至122500千米。光环的总宽度为12500千米。

其次是主环，半径由1225000千米延伸至129000千米，它的总宽度只有6500千米。

在这两个主要的环之外是薄纱环。这些非常模糊的环是由木星的两颗卫星引导的。第一个是阿马尔塞（Amalthea）薄纱环，由木星的卫星阿马尔塞（Amalthea）引导，它以129000千米的半径从木星开始，并在182000千米处到达阿马尔塞（Amalthea）的轨道。

与阿马尔塞环重叠的是底比斯薄纱环。它的半径由129000千米延伸至226000千米。

木星有多少行星环呢？答案是四个。当然，随着新的、更好的航空器和望远镜对木星的研究，在木星周围发现新环的可能性总是存在的。

今天我们已经写了很多关于木星与木星环的文章。这是一篇关于木星光环是如何在阴影下形成的文章。以下是美国宇航局的新地平线号飞船在抵达木星时的一些有趣发现。

宇宙之窗有更多关于木星环的信息。这里有更多来自美国宇航局关于行星环的信息。

我们已经记录了一整个关于木星的天文学节目，在那篇文章里我们谈到了木星的行星环。

相关知识阅读

行星木星有一个由环组成的系统，称为木星环或木星环系统。这是在太阳系中发现的第三个行星环系统，第一个和第二个分别是土星环及天王星环。1979年，旅行者一号太空探测器首次观测到它，二十世纪九十年代，伽利略人造卫星对它进行了研究。它也被哈勃太空望远镜从地球观测了好几年，对木星环的地面观测需要使用现有最大的望远镜。

木星环系统很微弱，主要由尘埃组成。它有四个主要的组成部分:厚厚的粒子环面内晕层称为"光环"，一个相对光亮的而且特别薄的"主环"，以及两个外部既宽厚又隐约的"薄纱环"。其名称由形成它们的物质的卫星而来:木卫五（阿马尔塞）和木卫十四（底比斯）。

木星的主环以及光环由卫星木卫十六（墨提斯）、木卫十五(阿德剌斯忒亚）及其他不能观测的主体因为高速撞击而喷出的尘埃组成。在2007年二月至三月由新视野号取得的高分辨率图像显示主环有丰富的精细结构。

可见光及近红外线光线下，除了光环呈现灰色或蓝色外，木星环会呈现微红色。在环内的尘埃大小不定，但是所有环除了光环以外的尘埃横切面面积最大为半径约15微米的非球体粒子。光环主要由亚微米级尘埃组成。环状系统的主要质量（包括不可见的主体）是鲜为人知的，但可能在10^11到10^16公斤之间。环状系统的年龄不详，但它可能在木星形成时已经存在。

一个行星环可能存在于木卫六(希玛利亚)的轨道上，一种可能的解释是，一颗小卫星撞上了木卫六，撞击的力量导致物质爆炸。

【070、木星可能保守了一个宇宙中最黑暗的秘密】

2021-04-13 星空天文

集齐七颗“龙珠”，可以召唤“神龙”。

木星是太阳系最大的行星，也是距离我们最近的巨行星。木星可能保守了一个宇宙中最黑暗的秘密。

来自斯坦福大学和斯德哥尔摩大学的两位科学家Rebecca Leane和Tim Linden近日表示，木星也许可以帮助我们解开暗物质之谜。

暗物质是当今物理学中最大的谜团之一。科学家在观测宇宙的过程中发现所有星系都受到了一种看不见的引力源支配，否则它们就会分崩离析。这种引力源就是所谓的暗物质。

为了找到暗物质，科学家绞尽了脑汁。最流行的看法认为，暗物质是一种粒子。这种粒子要么很小，要么产生的力很弱，所以很难被看到。科学家期待粒子加速器和对撞机能够在亚原子粒子的碰撞中发现些什么，比如某种意料之外的能量缺失，这样就意味着存在某种未知的粒子。但是到目前为止仍然没有确凿的发现。

离开人类的实验室，大自然中也存在着许多天然的实验场所。宇宙中有许多引力陷阱，比如地球，比如太阳，又比如木星。这些引力阱可能会俘获暗物质粒子，保存在它们体内。一旦它们搜集到了足够多的暗物质粒子，这些粒子就有可能互相碰撞，发生湮灭。虽然我们可能不能直接看到暗物质，但是我们可以看到它们湮灭时发出的“闪光”。这种“闪光”就是高能伽马射线辐射。

因此，两位科学家指挥费米伽马射线太空望远镜对木星进行了观测，期待能够发现暗物质在木星内部湮灭产生的超量伽马射线。

木星的体积和温度使之成为了一个理想的天然暗物质收集器。木星的个头很大，表面积也很大，这使它有能力捕获更多的暗物质粒子。木星的内部温度相对比较低，这又能够让它收集到的暗物质粒子不至于很快就跑掉。

虽然到目前为止，两位科学家还没有在木星内部发现暗物质。但是他们却意外地发现，木星能够产生一种神秘的低能伽马射线。费米望远镜没有能力分析这种超量的低能伽马射线，因此它来自何方是个谜。

科学家表示，相同的技术可以运用到系外行星和褐矮星身上，在它们体内寻找暗物质。银河系中心的暗物质密度较高，因此假如这些天体靠近银河系中心，它们就有更高的几率捕获暗物质粒子，我们也就更容易在它们身上观察到暗物质粒子湮灭产生的超量伽马射线。

宇宙有时候很循规蹈矩，有时候又不按常理出牌。虽然不能保证一定能发现什么，但是这样的努力却值得一试。

【071、木星在未来会成为恒星吗？】

木星常被天文学家们称为“失败的恒星”，就是因为它没有成为像太阳那样有核聚变燃烧的星体。那么木星有可能被引燃成为一颗恒星吗？理论上当然有可能，而且技术上也很容易，因为只要给它增加质量就行了！然而现实中却基本没有实现的可能性，也可以说在可预见的未来，木星永远不会成为一颗恒星。

这是为什么呢？

其实原因也很简单，就是我们太阳系中可供木星利用的物质太少了，根据恒星的最低质量来看，木星还差得很远，目前木星的质量只是太阳的1‰，那最小的恒星的质量也要达到太阳的8%才可以，因此木星要想成为恒星，质量至少需要增加到目前的80倍，但是在我们的太阳系中，太阳就占据了99.86%的物质总量，太阳系除木星之外的七大行星和一些矮行星小行星加起来，质量也只有木星的2/5，所以即便把太阳之外，所有太阳系中的物质都补充到木星上，木星的质量都上涨不了一倍，更何况它需要增加80倍才能成为恒星呢？

木星在未来会成为恒星吗？

所以从现实中来看，木星几乎永远成为不了恒星，虽然木星上近90%的物质都是氢元素，但是由于质量太小，它不单成为不了恒星，就是连褐矮星也形成不了，因为褐矮星要引发内部的氘核聚变，其质量最低也需要在木星的13倍左右。

那么木星在将来也没有成为恒星的可能吗？有人认为，当太阳在几十亿年后成为红巨星，其体积会庞大到吞并地球的轨道，同时它还会向外抛单大量的物质，其中大都是外围的氢气，这些氢气中会有一部分被木星吸收，届时木星的质量很可能会变大，那它有可能变成恒星吗？

基本上仍然是不可能的，通常认为届时太阳向外抛散的物质不会超过自身的10%，但是这些物质是向着太阳系外四面八方抛散的，不可能会被木星自己吸收，而且木星有着强大的磁场，当太阳风吹的木星附近的时候，都会被他的磁场屏蔽掉，只有一小部分会通过激光的方式进入木星的两极，所以预估木星吸收的物质质量不会超过太阳抛洒物质质量的万分之一，因此届时木星虽然会变大一点，但是仍然距离成为恒星十分遥远，就是成为褐矮星也是不可能的。

【072、那颗带来诺奖的“怪”行星 刷新了我们对太阳系形成的认知】

2019-10-10 科技日报

今年的诺贝尔物理学奖揭晓，又双叒叕一次花落天文领域。

其中，米歇尔·马约尔和迪迪埃·奎洛兹凭借1995年首次在太阳系外发现一颗围绕主序星的行星分享一半奖金。

这颗行星的名字叫飞马座51b（51 Pegasi b），它在银河系中绕一颗和太阳类似的恒星公转。

说白了，不过是一颗遥远的行星而已，发现它凭啥获奖？

颠覆了科学家对太阳系和行星形成理论的认知

“直接观测系外行星并非易事。”在耶鲁大学专门从事系外行星研究的王松虎告诉科技日报记者。由于系外行星离地球都非常远，相比之下它离绕着公转的恒星又比较近。探测这颗行星就好比，某天夜晚，你站在北京，去寻找一只位于南京的灯塔下的萤火虫。不难想象，萤火虫的光会被灯塔所淹没。

飞马座51b是王松虎的重要研究目标之一。此外，王松虎还是首批“飞马座51b学者”（51 Pegasi b Fellow）之一，这是国际上系外行星研究领域知名的学者资助项目，就以飞马座51b命名。

王松虎介绍，飞马座51b的发现主要依赖高精度视向速度技术的间接探测。在1995年的时候，人类已经有能力探测到几十光年外恒星产生的小至十几米每秒的视向速度了。

不过发现飞马座51b能够斩获诺奖，靠的不仅仅是技术突破。更重要的一点是，它彻底颠覆了科学家对太阳系和行星形成理论的认知。

它，真的不是一颗普通的行星。

火堆边上的大雪球

王松虎介绍，飞马座51b是一颗气态巨行星，和太阳系中的木星非常类似。

木星大家都不陌生，它是太阳系里的大块头，质量是地球的300多倍。木星绕太阳公转一圈，需要约12年。木星和太阳的距离，是日地距离的5倍，也就是5个天文单位。

而飞马座51b呢？它的块头和木星差不多大，但这颗行星的公转时间，只有短短几天！它和主恒星的距离，只有木星距离太阳的百分之一！

天文学家之前从没想到，竟然会有像木星这么大的家伙，距离主恒星这么近。

王松虎解释说，一般认为，大行星应该距离主恒星比较远。因为离恒星比较远的地方，温度较低，固体物质较多，大行星容易形成。

可以把行星的形成理解成滚雪球，离火堆越远的地方，越有可能滚出大雪球。然而，飞马座51b的发现，却相当于在离火堆非常近的地方，找到一颗大雪球。

你说奇怪不奇怪？

太阳系在行星系统中属于“少数派”？

这种行星是怎么出现在离主恒星很近的地方的，天文学界依然莫衷一是。

一种观点认为，飞马座51b可能是个“搬迁户”。也就是说，它原本在距离主恒星很远的地方形成，后来搬到了主恒星身边。

怎么搬进来的？有人认为它在跟其他天体相互激烈作用时，一脚被踢进来了。也有人认为，它在和行星盘相互作用的过程中，慢慢搬进来了。

还有一种观点认为，飞马座51b就是一颗“本地星”，人家就是在主恒星旁边形成的。毕竟，上千年来，人们对行星系统的认知主要基于太阳系，但万一其他行星系统和太阳系不一样呢？

后一种观点虽然小众，但并非没有依据。目前天文学家已经找到4000多颗系外行星，他们越来越发现，太阳系可能并非行星系统的“经典模式”。

比如，太阳系中不存在比水星公转周期短的行星。但在银河系中，很多系外行星系统却存在这样的行星。再比如，像木星这样的行星，在系外行星系统中的出现概率不超过10%，也就是说太阳系在行星系统中属于“少数派”。

数据极其反常，没错过诺奖真的需要勇气

可以说，飞马座51b的发现，不仅仅是技术突破，更是人类对宇宙认知、人类对自己认知的突破——宇宙真的不是按照人类想象的方式设计的。

言归正传，从技术条件来看，科学家本应在更早些时候发现类似飞马座51b的行星。之所以没有发现，一方面是因为像飞马座51b这样的系外行星并不常见，约100个恒星周围，才有机会出现1个；但另一个很重要的因素是，它真的是个超乎想象的“怪咖”。

实际上，1992年至1993年前后，美国系外行星研究前重要人物杰夫·马西（Geoff Marcy）的观测数据中，就已出现类似飞马座51b这样的行星信号。然而他并不认为那是一颗行星，遗憾地与重大发现失之交臂。

米歇尔·马约尔和迪迪埃·奎洛兹最终凭借发现飞马座51b夺得诺奖，很大程度上是因为：虽然他们观测到的数据极其反常，超出人们常识，然而二人敢于打破固有思维，并通过科学观测证实，这就是一颗行星！

你以为斩获诺奖只需要科研实力吗？不，勇气也同样珍贵。（记者 刘园园）

【073、欧罗巴星球（木卫二）解析，是否真的会有生命存在？】

公众号: 人类旅程 ，探索存在、起源、未来～

木卫二这颗以希腊神话中腓尼基公主欧罗巴命名的冰封星球，在太阳系形成之初就可能存在与岩石接触的海洋，具备液态水、能量来源和有机化合物这三种地球人所了解的生命基本元素，是我们当前探测能力范围内最有可能发现生命的地方。研究结果将会从事实上证明地外生命是不是真正的存在，从而就不必再举着大喇叭四处喊：“亲，你到底搁哪呢～”，而是需要严肃认真的对这一问题进行审慎思考。

伽利略于1610年1月8日在帕多瓦大学，使用自制的20倍折射望远镜发现了木星的四颗大卫星。而在前一天的观察中由于望远镜的倍数太小，竟然没有将木卫一和木卫二区分开，两者被记录成了一个单点，直到第二天才正式确认了欧罗巴是独立存在的物体。之后的三百多年间比月球略小的欧罗巴一直都平淡无奇，20世纪60年代的地基望远镜观测结果表明，与外太阳系寒冷区域的行星没有什么不同，木卫二也仅是一个被水冰所包裹的、透心凉的“死星”而已；赤道黑暗处的温度最高是-133℃，极地明亮区域温度最低为-223℃。

70年代初，仅重260KG的先锋10号和11号在飞掠木星时由于太过遥远，并没有获得其卫星的清晰图像；直到822KG重的旅行者1号和2号在1979年终于对伽利略卫星进行了首次精确成像，虽然因距离还是很远分辨率只有每像素2公里，但仍然揭开了欧罗巴的神秘面纱。下面来自于旅行者2号的图片中，这些迥异于以往认知的、如同血管筋脉一样错综复杂的地表纹理令科学家们震惊了。

木卫二就像一个线绳缠绕的玻璃球，也像一个破裂的鸡蛋，其表面要比我们所熟知的月球光滑、明亮得多。研究人员发现一些深色的条状地带，有着轮廓边缘彼此吻合的两个对立面，就像由于某种原因被撕裂分开之后、下面的深色物质涌出填补了空隙一样，这说明星球表面一直是比较活跃的。更令人意外的是，旅行者号在木卫二上发现的大撞击坑非常少，按道理来说经过数十亿年的陨石轰炸，其表面应该陨坑密布才对；除非是在相对较近的时期内，被火山活动或地质构造运动重新给抹平了。这些迹象表明，卫星表面是比较年轻的、在地质上是活跃的。

可是，如此之小的天体在地质上怎么可能是活跃的呢？哪里来的能量在支撑持续不断的地质活动？与之大小相近的星球，例如月球等都是地质上不再活跃的岩石星体，在很久以前就失去了大部分内在的放射性热能量来源，木卫二本应也是一颗冰冷的死寂星球才对。

旅行者号的另外一项重大发现带来了启示：人类首次在地球以外的天体上发现了活动火山。直径不过3600公里的木卫一上却有400多座活火山，超级火山和超强地震活动频繁，喷发出的热能是地球的100倍，这说明其内部活动是非常剧烈的，科学家们就需要思考如此巨大的能量究竟从何而来？

起初认为木卫一的能量来源可能是放射性元素的衰变或者是电流的欧姆耗散（磁加热），但这些因素都远不足以解释木卫一所拥有的巨大能量，斯坦·皮尔等人在1979年首先提出潮汐加热是木卫一最可能的能量来源。

木卫一、木卫二和木卫三3颗卫星处于拉普拉斯共振状态，这也是太阳系中唯一的三体共振现象。木卫三每绕母星一圈（7.2个地球日），木卫二就绕行两圈（3.6个地球日），而木卫一则绕行四圈（1.8个地球日）。它们之间的引力相互拉扯，将公转轨道变成了拉长的椭圆形有较大的偏心率，在每一次绕行木星的过程中，先是距离母星越来越近，然后又越来越远。结果就是每颗卫星都被时而拉伸、时而挤压，就像一个被不断搓圆按扁的面团一样，反复屈伸导致的摩擦产生了热量。木卫一在这个过程中地面的起伏幅度高达100米，就像是在不停的颤抖。在地球上潮汐最强的地方，高低潮的落差只有18米，然而这只是水并不是坚实的地壳。

潮汐加热效应随着与母星距离的增加而显著下降，最近的木卫一温度高到足以使其内部物质融化而存在一个液体核；较远的木卫二受热虽然没有那么强烈，但仍可能驱动海底火山活动。理论计算表明其内部温度有可能使得接近岩石层的冰保持融化状态，从而拥有一个全球性的海洋。

与水直接接触、富含矿物的温暖的热岩石非常重要，因为这可以发生水热化学反应，能够提供氢气和还原性化学物质（电子供体）。而被木星强于地球16~54倍的磁场从太阳风和木卫一火山喷发物中捕获的粒子，会以极高的能量撞击到木卫二冰冷的表面，产生氧化性化合物（电子受体）；紫外线辐射和高能粒子还会将地表水分子分解产生氧气；这些物质都可能会通过地质活动被运送到冰壳下的海洋中，由此就具备了和地球原始生命模式相似的能量循环过程的环境条件。木星拥有太阳系中最大的磁气圈，充满了高能粒子、辐射极强，环境恶劣的如同地狱，其发出的“嚎叫”在地球上都能听得见（用收音机）。

科学家还发现表面上一些最长的线性条带的特征，并不符合由轨道运行引起的潮汐模式预测的结果。但如果欧罗巴的表面可以独立移动，没有与整个星球完全锁定在一起，也就是说地表与内部的自转是不同步的；表层若旋转的略快那么就能更好的符合应力模型，就好象冰壳与内部深层之间存在一层液体或稍微加温的更软的冰在润滑一样。

木卫一与木卫二独特的形态和反常的性状，引起了科学家们的强烈兴趣，对此的研究在80年代初进入了高潮，这些惊人的发现直接促成了伽利略探测计划的实施。主要目标是探测木星和其卫星的化学组成、物理状态和磁场等数据。

2吨多重的伽利略号探测器1989年在亚特兰蒂斯号航天飞机上释放进入太空，历经6年的长途跋涉于1995年12月飞临木星。探测器每一次接近木卫二时，科学家都仔细跟踪其发出的无线电信号，以探测木卫二的重力场。被潮汐力影响的卫星会发生形变，所以其重力场也不是完美的球形，这种不规则的力会使探测器相对于地球地面站的运动速度产生轻微变化，而这种运动速度改变可以通过地面站接收信号频率的变化（多普勒频移）来进行测量。

依据重力场数据，研究人员量化了木卫二的内部质量分布，金属核心的外部是岩石层，再由一层水冰壳体包裹。参照金属核与岩石幔密度值的大概分布范围，计算出水冰层的厚度在80KM～170KM之间，最有可能是在100KM左右。若木卫二上很大一部分水是液态的，那么其体积将是地球所有海洋总和的两倍。但是，重力探测数据并不能确定水冰层是完全固态的还是部分液态的。

接下来伽利略探测任务的磁强计研究小组提供出了更为有力的证据：木卫二存在感应磁场。

伽利略号测量木卫二的磁场时，发现在绕行木星的过程中磁场产生了周期性偏移，这就表明木卫二本身的磁场是一个感应磁场，而不是固有磁场。太阳系中已知的拥有自身固有磁场的卫星只有木卫三，它的直径有5262公里，比水星和冥王星都大。因为处在木星强大的磁场内，若要诱发感应磁场，木卫二需要拥有一个靠近表面的全局导电层；测量分析结果表明，导电物质存在于距地表约30KM下方，那么最可能的原因就是木卫二的冰壳之下存在着导电的含盐海洋层。

在潮汐加热和感应磁场之外的第三方面重要证据来自于地质学上的分析。在木卫二上取得的发现是如此诱人，以至于将伽利略号原计划3次飞掠木卫二的任务增加到了12次，获得了很多高分辨率的清晰图像。下图是木卫二上的四个大陨石坑：Pwyll、Cilix、Mannann'an和Tyre。

Pwyll陨坑的直径约26公里，中心峰约600米高，底部很平。而月球上的陨石坑直径动辄数百公里，虽然不管坑有多大深浅都差不多，但也有几公里深；木卫四上面也密布着满满的撞击坑。根据研究人员建立的太阳系彗星和小行星模型分析，撞击木星卫星的主要是彗星，小行星的数量非常少，所以撞击的强度并不是非常高。

Tyre陨坑的形态很能说明问题，这像同心环一样的结构就如同往池塘里扔进了一块石头，只不过是冰冻的。科学家根据裂痕估算出了撞击的大小，推测从表面到较软下层的厚度约为6～15公里，这与潮汐加热和透镜结构模型的数值大致相符。一些科学家认为，木卫二冰壳的某些区域可能大大薄于其它地方，只有几公里的厚度，但对于这一点仍存争议。

陨石坑的形态学特征表明，木卫二的外部圈层是有弹性的或粘度较低，能够在陨击后恢复均衡的松弛状态。木卫二表面一些区域有大量圆形或椭圆形的坑、穹窿和深色斑点状结构，被称为“微透镜”（雀斑、斑点的拉丁语lenticulae转译）。

它们的大小相似（直径7～15公里）、间距均匀（5～20公里），显然具有相似的形成过程。这可能是一些温暖的冰团因密度较小而上升的底辟作用，拱起或刺穿了较冷的冰壳并挤入、褶曲以及表面冷冰块下沉形成的构造。研究模型显示，这一对流搅动过程需要木卫二的冰壳厚度大于约15公里才行。

木卫二名为Conamara区域的地形，就像很多个大冰块漂浮在海洋上。

Conamara区域的高分辨率图像，错落的冰峭壁有100多米高。

冰壳上的巨大折线裂缝和山脊，与地球北冰洋上的海冰裂缝非常相似，只是要宽出10多倍，更像是板块构造运动的结果。

双山脊的三维视图，之间的山谷宽1.5公里。

下图中最大的红色条带宽度超过了15公里，木卫二上这种细条带、粗条带、超宽条带形成的地质构造实在是太复杂了，尤其是可能含有盐类的红褐色区域为什么会呈现出这样的分布形式，其冰壳下的结构和活动过程也许比我们现在认为的要复杂得多。

而这两块深红色的混乱区域，有可能是整块冰壳融化塌陷之后，下部的软冰或海水涌入形成的；也有理论认为是存在于冰壳之中的湖泊塌陷造成的。但木卫二的海水是否有些过于浑浊了？还是其底部火山活动非常剧烈？左边的Thera区域约70×85公里大小，右边的Thrace更长，似乎都略低于周围的冰原。

宽窄不一的条带和表面上有所变形的区域都带有颜色，这种微红色的物质与许多材料有关，光谱分析表明可能主要成份是硫酸镁。虽然盐类通常是无色或白色的，但其中可能混杂有硫或铁化合物，这些物质都应该来源于冰壳之下。这些杂质既可能因暴露于辐射而变红，也会随着时间的推移因辐射损伤或霜冻沉积而褪色变亮。至今为止，仍无法确定它们究竟是什么成份。

通过伽利略号的观察测量结果和理论分析表明，木卫二的冰壳厚度约为15～25公里，液态海洋深度约为60～150公里。表面的地质年龄可能在2000万～1.8亿年之间，最有可能是6500万年，这与星球形成的几十亿年相比是非常年轻的，部分地表区域至今仍然可能是活跃的。

但是一个关键之处在于，所有的理论分析都无法最终确定木卫二的水冰层，究竟是存在液态海洋还是仅为更温暖、更软一些、能够像地球上的冰川一样流动的冰？或者是曾经拥有过一个液态海洋，但是现在已冻结了？

这主要是因为所能获得的数据仍然太少，尚未发现木卫二当前正在进行地质活动的直接证据。若想找到明确的答案，就只有发射环绕木卫二轨道运行的探测器。这样就可以精确的获得其重力场数据，在随着木卫二绕行木星的过程中测量它的潮起潮落。如果存在理论分析中的液态海洋，那么在每个公转周期内，木卫二表面上升和下降的幅度将会达到30米，否则只有1米。并且可以携带透冰雷达，进行更精确的冰壳厚度测量。甚至可以再带一枚导弹，让探测器从炸起的水汽冰羽中穿过，直接捕获少许的冰壳物质分析木卫二的成份。

自从伽利略号于2003年结束了为期14年的探测任务，主动坠毁于木星之后，虽然科学家们对于木卫二的兴趣极为浓厚，NASA也一直在试图对其展开更进一步的研究，并且做了发射单独探测器的规划，但终未成行。

直到2016年NASA憋出了一个大招，神秘兮兮的提前造势说要发布一个重大新闻，搞得大家还以为要正式透露外星人消息了呢。没错，就是木卫二喷发出了200公里高的水汽冰羽。

就是上图7点钟位置的那个小小的尖尖角，这是哈勃望远镜的成像光谱仪在2014年拍摄的，图中的木卫二是为了清晰直观而叠加上去的。说实话，对于不了解的大众来说，这只不过是一颗平淡无奇的星球上一个微不足道的天文现象而已，真的没什么可关注的。以至于评价NASA也开始标题党了，要是现在的话都可以入选UC震惊部了。

但实际上，对于科学家和爱好者们而言，这的确是一个激动人心的发现，因为这将意味着不必打穿冰壳也可能会探测到生命的信息。只要将探测器精确的降落在喷发的位置，就可以获得来自木卫二冰壳之下海洋中的物质进行分析。否则，以目前的技术水平而言，数十人的专业队伍携带着重装备在南极，想要打穿3000多米厚的冰盖在冰下湖泊中取出水样，都是一件异常困难的事情；而要在外星球上打穿十几公里厚的冰层进行取样，就得指望下一代人了。

除非核电池技术有重大突破，无人探测器登陆之后释放出一个机器人，依靠自身源源不断产生的热能一直融化到冰壳之内。不过这样一来通讯就成了大问题，在水下无论发现什么传不回地球也没用，还得开发出每下降几百米就留下一个楔入冰层的通讯中继器的技术才行。

而水汽冰羽的喷发，第一是直接确认了木卫二有极大的可能性存在液态海洋，第二是使得无人着陆器采集来自冰壳下海洋物质的可行性变为了现实。这给所有关注木卫二的科学家打了一剂强心针，促使NASA高层严肃认真的对待这一问题，将有限的经费向欧罗巴探测任务大幅倾斜。所以，当时这条消息还是非常令小部分人振奋的。

NASA在2017年3月初宣称，木卫二探测任务“欧罗巴快船（Europa Clipper）”正在设计之中，预计在2020年发射，之后几年可能会发射着陆探测器。无论最终的研究结果如何，都可能会改变我们对于宇宙和生命的认识。

1。没有发现任何生命存在的迹象。

A。产生生命确实是异常困难、概率极小的、随机性的偶然事件，地球生命在一定程度上来说的确是独一无二的，人类真的很孤独；

B。生命形式可能差异极大、甚至完全不同，我们使用地球生命的检测方法难以探测出来；相似的物质和能量环境，形成的生命却截然不同，表明生命在本质上确实没有内在的规则体系，完全是顺应各自的环境随机、巧合而成；

2。发现了单细胞生命体。

既然是使用地球科技探测出来的，那么将表明木卫二生命体的DNA、蛋白质、代谢产物等分子结构与地球生命的相似程度很高。

A。两者的生命可能拥有一个共同的来源，是属于一个种系的；至于起源于何处、还是相互传播的则需要进一步探寻；

B。两者的生命体系是完全相互隔离、各自独立产生的，那么将表明生命的产生不完全是随机、机缘巧合的，而是具有一种或多种特定的起源与进化的自然规律，在合适的环境中就能生根发芽；截然不同的环境可能会匹配不同的规律；至于这个尚且一无所知的生命法则，可能会使我们对于生命的认知进入一个全新的领域；

3。发现了多细胞甚至更高等级生物的存在迹象。

这个么，大家可能会问木卫二上的鱼到底好不好吃啊……

40～50亿年后，太阳将膨胀成红巨星，或许会一直膨胀到火星轨道，地球可能早已被完全吞没消失了；而木卫二的冰壳则可能会彻底融化，形成自给自足的全球性海洋。在太阳逐渐死去的过程中，木卫二或许会成为最后的生命存在之处，孤独的守望着太阳系的谢幕。

【074、去太阳系的小行星定居是否可行】

彼得·雷·埃里森Peter Ray Allison 2018年7月2日

科幻小说《苍穹浩瀚》系列设想在200年后：人类已经在月球和火星上建立了殖民地，并且开始在小行星带定居。

人类想要殖民小行星带有很多令人信服的理由，但最主要的原因还是采矿。地球上的贵金属大都埋藏于地下，但小行星的表面即存在大量贵金属，比如金和钯。而且小行星也可以用作人类研究太空的科学前哨站。

小行星带在火星和木星之间围绕太阳运转，有科学家认为它们是某颗行星的残骸。小行星分布在整个太阳系，其中大部分位于小行星带，共分为石质、碳质和金属这三种基本类型。它们有的大到直径数百米而有的却小到只有一间小房子那么大。

行星资源和深空工业等公司已经开始在小行星矿业上投资，预计2025年能够开始采矿作业。然而，在小行星上建立人类定居点要比在小行星上采矿来得复杂多了。

国际空间站距离地球不到200英里，而地球距离小行星带则有数百万英里。

其中一个主要风险是小行星殖民地将受到的高辐射量，诸如太阳辐射、木星的辐射带以及其他宇宙射线。哈佛——史密森尼天体物理中心的埃尔维斯（Martin Elvis）解释道，"宇宙射线是高能粒子，大部分是质子或高能原子核。这些高能粒子能直接穿透物体，非常危险"。在地球上，我们的大气层吸收了最危险的射线，而太空殖民地也需要类似的保护盾。 "可以利用厚重的水层或冰层（作为保护），但厚度最好能有几米。"

除了辐射，长期处于失重或微重力下对人体也是有害的。北卡罗莱纳州立大学助理教授天体物理学家麦克（Katie Mack）说："国际空间站上的宇航员必须每天用阻力机器锻炼两小时，但最终还是会因为长期处于失重状态而出现健康问题。"任何长期的小行星定居都需要某种形式的人造重力来缓解这种影响——有可能的话最好是能旋转整个定居结构。

还需要想办法发电。大多数探测器和卫星依靠太阳能电池阵列来获得能量，但这对小行星来说可能不太管用。科幻小说作者和前天文学家雷诺兹说："距离太阳越来越远，光的'平方反比定律'作用开始生效。如果你离太阳两倍远，那么你只能通过太阳能集热板一块区域收集到四分之一的能量，当越过火星轨道进入木星和土星的领域时，你必须有非常大面积的太阳能集热板，但我并不认为这是一个主要问题。"

适宜定居的小行星的理想类型是碳质的，因为碳通常含有10％的水。埃尔维斯说，"水在宇宙中很常见，因为水是由宇宙中最常见的元素组成的，水也可以被分解成氧气和氢气，因此可提供呼吸的氧气。"小行星还需要至少100米厚的防护盾用来屏蔽辐射。

定居点可以隐藏在小行星表面以下，以屏蔽辐射。然而，开采和挖掘小行星比想象中要难得多。雷诺兹解释道，"我们看到的很多小行星都是非常松散的碎石堆，它们没有任何内在的完整结构——它们不是巨大的砾石，而更像是由自身重力结合在一起的一大团碎石堆。"

缺乏物质的凝结也意味着让小行星旋转的任何尝试——如在小行星内部形成人造重力，都会因额外的作用力导致小行星有分解的风险。因此，我们需要引入一些增强小行星耐久性的机制。麦克说："首先必须在不弄乱小行星本身结构完整性的前提下将核心部分挖空，然后在确保不会对剩余部分施加过大压力的前提下再去旋转这枚小行星。"

为了防止小行星解体，建议搭建一个金属网或笼子将小行星包裹起来。这种做法并没有想象中那么遥不可及，因为小行星带上就有大量的金属小行星可提供需要的材料。

小行星定居点面临的许多挑战与拟议中的月球基地类似。除了重力不同之外，唯一的主要区别是距离。月球和国际空间站距离相对较近。月球距离国际空间站最近的点只有225,623英里（约361,000公里），而且国际空间站就在地球大气层内；但是小行星带距离国际空间站大约1.6亿英里（约2.56亿公里）。

任何小行星定居点都必须是一个封闭的生态系统，并且能够自给自足，因为能得到来自地球的支持将非常有限。埃尔维斯说："到达小行星再返回地球可能需要几个月的时间，如果遇到紧急情况，我们将不得不在小行星上解决。我们需要巨大的人力支持，因为这不是走出去拿一个（星际迷航）复制器那么简单。即使是向地球发送一个消息也可能需要一个小时。"

小行星的一个主要缺点是没有重力场——长远看来，这对人类健康是非常有害的。

在小行星上定居在技术上似乎是可行的，但却面临重大的工程挑战。但通过自动化系统和无人机进行远程开采小行星可行性则比较大，其中一个选择可以在火星上建立一个基地用来协调小行星采矿系统。

麦克说："火星和月球在重力方面人类都比较适宜一些，而且可使用这两个星体现有的地下隧道，因此辐射屏蔽效果也更好。"现在已经有六颗卫星可以用于通信，并且我们对火星和月球的环境也已经进行了仔细的研究。

有一些小行星在太阳附近的椭圆轨道上运行，它们运行的轨道靠近地球和火星。这些小行星可以挖空作为运输渠道，同时也保护宇航员免受辐射危害并减少对燃料的需求。埃尔维斯说："我们现在已经知道，几年后的技术可以轻松地把十几个或更多的小行星推进入这些轨道。"

在小行星上建定居店比在火星上定居要困难得多。

还有人建议在火卫一（又称为"福波斯"）上建造一个太空港。火卫一是火星的月亮，有人认为它曾经是一颗小行星。这个太空港可以作为将来在火星上定居的一个中转点。

虽然行星有重力和大气层的保护，是人类在太空建殖民基地的的首选，但我们也可以在小行星上很好地定居下来，虽然住起来不是很舒服，但给我们带来的好处是远远大于令人怯步的挑战。

【075、人类永远无法离开太阳系，这里或许真的是高等文明的监狱】

2021-04-14 爱追剧的我

人类对于宇宙的探索自古就有，人们梦想着离开地球，前往其它星球居住。但即使到了今天，人类踏足地球以外的星球只有月球，并没有再向其他星球进发。

上世纪七十年代，美国人成功登陆月球，本以为接下来人类将会高歌猛进，继续踏足其他星球。可是美国突然停了下来，不但没有继续登陆其他星球，就连月球也再没有人光顾。

虽然停止了人类登陆其他星球的计划，但是一直没有停止对于太空的探索。人类不断向太空发射无人探测器，其中旅行者1号和旅行者2号走得最远，而且现在还能和地球保持联系。人们期望它们能够飞出太阳系，向宇宙宣告，在太阳系有一个文明向往着宇宙。但是现在看来，旅行者1号和旅行者2号想要飞出太阳系十分困难。

从1977年到现在，距离地球最远的旅行者1号已经在太空航行了44年，但是它仍然处于太阳系之中。按照现在的飞行速度它还要多久才能离开太阳系呢？10年、50年还是100年，都不是，它大约还需要2-3万年才能离开太阳系。

如果要飞出太阳系，首先就要明确太阳系的边缘在哪里。

太阳系以太阳为中心，最近的行星是水星，最远的曾经是冥王星，但是冥王星被踢出了行星家族，现在是海王星。曾经人们认为冥王星是太阳系的边界，在那里有柯伊伯带，里面有许多小天体。人们认为飞离了冥王星就离开了太阳系。按照这个标准，旅行者号可以说已经飞出了太阳系。

但是，科学家们的发现打破了这个设想。一位叫奥尔特的天文学家发现，在柯伊伯带的外界，还有数千亿甚至上万亿，由冰体构成的球体。这些球体像一道厚厚的墙，全方位、立体式的包裹在我们周围，整个太阳系就包裹在这个大的球体中。这个地带被命名为奥尔特云。

奥尔特云为什么是属于太阳系呢？这是因为奥尔特云中的小天体的运动受到太阳引力的影响，而定义是否处于太阳系之中的标准，就是天体是否被太阳引力影响。

按照现在的速度，旅行者1号飞过柯伊伯带到达奥尔特云还需要300年，而奥尔特云的直径有1光年，想要穿过奥尔特云还需要3万年的时间。

人类文明也不过两三万年，现在人类对于地球的破坏越来越严重，资源消耗越来越多，3万年之后，沧海桑田，不知道人类是否存在。我们只能寄希望于有和善的外星文明访问我们，或者有黑科技可以帮助我们。

【076、人类有没有可能将土星的卫星“土卫六”，改造成一个宜居星球？ 】

2020-09-08

我们的太阳系围绕着太阳公转的大行星有八个，距离太阳由近及远分别是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星。在太阳系八大行星中，水星和金星没有卫星，地球拥有一颗天然卫星，那就是月球，火星拥有两个个头比较小的卫星，分别是火卫一和火卫二。距离太阳较远的四颗气态行星拥有的卫星数量比较多，木星目前已知拥有79颗卫星，土星目前已知拥有82颗卫星，天王星目前已知拥有27颗卫星，海王星目前已知拥有14颗卫星。

也就是说目前太阳系的卫星家族总数有205颗，这些卫星的物质组成、体积质量、运行周期等差异巨大。如果从个头上来看，太阳系体积最大的五个卫星分别是木卫三、土卫六、木卫四、木卫一和月球。土卫六是太阳系第二大卫星，也是土星卫星家族中最大的卫星，直径达到了5151千米，比太阳系的行星水星的个头还要大。土卫六英文名为“Titan”，翻译过来就是“泰坦”，或者叫“泰坦星”。我们为什么对土卫六会有那么大的兴趣呢？除了土卫六的个头大之外，还有一个重要的原因就是土卫六是太阳系卫星中，唯一拥有牢固的永久大气层的卫星。

土星和土卫六

一颗卫星拥有大气层，这就与地球状况有了很大的相似性，土卫六表面的大气压大约为地球表面大气压的1.5倍，而太阳系中拥有大气层的两颗类地行星，金星表面的大气压是地球的90倍，火星表面的大气压不足地球的1%，从大气压这个角度来看土卫六的条件要优于金星和火星。不过，土卫六要改造成适宜人类居住的星球，有一个致命的劣势，那就是土卫六距离太阳十分遥远，土卫六距离太阳大约10个天文单位（一个天文单位等于1.5亿千米），是地球和太阳距离的十倍，因此土卫六只能获得很少的太阳辐射能量，土卫六表面温度只有-179℃。

蜻蜓探测器登陆土卫六

所以，改造土卫六成为宜居星球，主要的目标就是提高土卫六表面温度和改造土卫六大气成分。当然，对于目前来看是难以实现的，但是在将来也并非不可能，土卫六的大气主要是氮气，不过其表面可能拥有甲烷和乙烷海洋，甲烷和乙烷是温室气体，如果能够想办法提高土卫六表面的温度，让甲烷和乙烷进入大气层，或许能够产生温室效应，从而提高大气温度，而温度的上升能够使更多的温室气体进入大气，说不定能够产生连锁反应。

太阳系前二十大卫星

至于，如何提高土卫六的温度，那就需要人类的高科技了，比如人造太阳技术，不过，在几十亿年之后，当太阳变成红巨星不断膨胀之后，土卫六或许就会获得更多的热量，从而变得宜居，不过那时候地球已经被太阳吞没了。除了改变土卫六大气温度之外，还需要改变土卫六大气成分，只有提高氧气含量，才能适宜人类呼吸，而氧气的获得，只能通过绿色植物的种植，通过光合作用释放，不过这一步估计需要在提高了土卫六表面温度之后进行。

【077、日鞘】

日鞘是在日球层顶和终端震波之间的区域，是太阳系外面的边界，分布在太阳风创造出的气泡边缘。日鞘与太阳的距离在80到100天文单位，目前还处于工作状态的旅行者1号和旅行者2号正在对日鞘进行研究。

在2005年5月，美国宇航局宣布旅行者1号已经在2004年12月，在距离太阳94天文单位的地方越过终端震波进入日鞘中，而在稍早的2002年8月，在距离85天文单位的报告，则言之过早了。

观测

太阳圈的外围结构取决于太阳风和星际空间风的作用。太阳风由太阳的表面向四面八方流出，在地球附近的速度大约是每秒数百公里（大约是时速一百万英里）。在远离太阳的某个距离上，至少超越过海王星的轨道，这股超音速的带电粒子流必然会减速并遭遇到星际介质。在这儿有几个阶段将发生，在太阳系内，太阳风以超音速的速度向外传送。在产生终端激波时，一种停滞的震波，太阳风的速度降低至音速（大约340米/秒）之下，成为亚音速。一旦低至亚音速，太阳风也许会受到周围星际介质的流体影响，压力导致太阳风在太阳後方形成像彗星的尾巴，称为日鞘（heliosheath），即介乎太阳系与星际物质之间的终端震波区域。

日鞘的外层表面，也就是太阳圈与星际介质遭遇的表面，称为太阳层顶。这是整个太阳圈的边缘。当太阳环绕银河中心运转时，太阳层顶造成星际介质的动荡。在太阳层顶之外的弓形激波，是因为往前推进的太阳层顶施加在星际介质上的压力造成的扰动区域。太阳圈是太阳大气的最外层，密度非常稀薄，并且至少越过冥王星的轨道，在与星际物质遭遇的边界处称为日鞘(heliopause)，并形成激波前缘。

探测

“旅行者”1号探测器已进入太阳系最外层边界，处于太阳影响范围与星际介质之间。截至2009年2月1日，“旅行者”1号离太阳的距离约为162．47亿公里，正处于被称为“日鞘”的区域。日鞘之外的区域被称作“太阳风层顶”，“旅行者”1号正在向这一区域进发。如果旅行者1号最终在离开太阳风层顶后仍能有效运作，科学家们将有机会首次量度到星际物质。

精确的日鞘形状和距离迄今仍不能决定，行星际太空船，像先驱者10号、先驱者11号、旅行者1号和旅行者2号都朝向太阳系的边缘前进，最终都将穿越日球层顶。

《答：旅行者2号刚刚飞出的“日球层”是什么，是太阳系边界吗？》

根据美国国家航天航空局（NASA）消息，旅行者2号探测器（Voyager 2）也已经步1号探测器的后尘，经过了日球层顶（Heliospause）、离开了日球层（Heliosphere）的范围，进入了星际空间（Interstellar Space）。据悉旅行者2号探测器距离地球的距离已经超过了180亿公里（110亿英里），这大大超过了冥王星距离太阳最远时的距离（约74亿公里）。

【078、如何根据结构特征区分八大行星？】

天文在线

八大行星各自都有什么结构特征？

我们根据八大行星的结构，可分为类地、类木、冰巨行星三大类。简单说，类地行星基本是固体岩石行星，类木行星是气态行星，冰巨行星是冰状固态行星。

太阳系的行星大家族

我们太阳系的行星成员目前主要包括：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星等八大行星，早期的冥王星已经被降级为矮行星系列。至海王星外围轨道上是否还存在满足行星定义的天体，目前还未发现。几乎所有的行星都在同一平面附近上围绕太阳公转，我们称之为黄道。

这些行星成员我们又分为三大类，第一种是类地行星（岩石行星），主要由硅酸盐岩石组成，它们分别是水星、金星、地球、火星。第二种是类木行星（气态巨行星），主要由氢和氦组成的气态（“主要由氢和氦组成的气态”改为“主要由氢和氦组成的气体构成”），它们分别是木星和土星。第三种是冰巨行星，主要由水、氨与甲烷组成的冰状固态（“主要由水、氨与甲烷组成的冰状固态”改为“主要由水、氨与甲烷组成的冰状固体构成），分别是天王星和海王星。

位于太阳系最内的类地行星

类地行星主要是由岩石和硅酸盐组成的固体行星，它们分别是水星、金星、地球、火星。之所以称为类地，是因为其它行星都类似于地球，是个岩石固体的行星。

水星是我们太阳系行星家族中体积最小的一颗行星，距离太阳最近，其表面有点类似于月球，毫无生机，基本是岩石固体。依次往外是金星，其表面有着浓密的大气层且体积与地球差不多，环境十分恶劣，大气层下面也是岩石固体。接下来是地球，我们生活的地方，大气层加岩石。随后是火星，较为稀薄的大气层，红色的表面以及岩石固体。

类木行星主要是由气体组成的行星，有时候也称为气态巨行星。它们分别是木星和土星，之所以称为类木，是因为土星和木星类似。

木星是太阳系体积最大的行星，木星没有固体表面，它的表面是气态的。木星表面最为显著的是它那美丽的大红斑（即木星表面的超级风暴气旋），已经存在数百年之久。

土星，是我们太阳系最为迷人的天体，之所以迷人之处，是它那般美丽的光环。不过肉眼不可见，只能借助望远镜。土星也没有固体的表面，拥有浓厚的大气层。

冰巨行星

冰巨行星是一种主要由比氢和氦更重的气体组成的巨行星，例如氧，碳等。它们分别是天王星以及海王星。

之所以要与气态巨行星区分开，是因为在1990年科学家发现这些行星上含有的氢气成分太少了，只有20%左右，然而木星和土星有90%以上。这些冰巨行星的主要成分为“冰”，这里的“冰”是指比氢和氦更重的元素。但是与气态巨行星不同的是，这些冰巨行星的核心缺少金属氢。

木星、土星、天王星和海王星的内部结构。木星和土星均有着氢气外层和金属氢内层，而天王星和海王星则有着氢气与氦气外层和“冰”内层。图片作者：Lunar and Planetary Institute

编辑用时：2018年09月21日-2018年09月21日

审核用时：

最后更新：2018年12月20日星期四

【079、山海经中的“日金乌负日”与太阳黑子】

太阳并不完美，脸上竟有雀斑，原来是因为光球层中出现的太阳黑子！

来源：中国国家天文

我国古人对太阳黑子的观测

远古时期，人们想要解释太阳的运行，似乎只有飞鸟能够承担此任务，所以古代的《山海经·大荒东经》提到“汤谷上有扶木，一日方至，一日方出，皆载于乌”。是说在汤谷这地方有扶桑树，每天太阳都会到这里来，它是由乌来载着在天空中运动，所以也就有“金乌负日”这种说法。在现存汉代的帛画或墓画都可以看到金乌负日的图片。

马王堆帛画的二足金乌

后人推测，古人应该不是只看到鸟在空中飞翔而有这种想象，而是在太阳上真的看到了有像乌鸦一样的东西，所以在后来西汉的《淮南子·精神训》当中会有“日中有踆乌”的记载，不过在这里踆乌的意思不大明确。到了东汉的王充就明确说出太阳上有种黑色的东西，但他不认为是乌鹊，而是位于太阳表面的“黑气”，所以之后如果有古人再看到现在所认识的黑子时，通常就会有“黑气”等说法。皇权制度认为太阳等其它天体与皇权有密切联系，它们的变化也就意味着天意。如果太阳上出现黑子，那就在一定程度上意味着天子、皇权有问题，所以皇权当中要有专责机构来观测天体现象，这就使我国历朝历代一直会对太阳黑子或其它天体持续观测和记载。比如在《汉书·五行志》中就保存了现今公认最早的有明确日期的太阳黑子记录：“河平元年三月乙未（公元前28年5月10日），日出黄，有黑气，大如钱，居日中央”。这里的日期、时间、大小、位于日面位置等信息都较为清楚。

伽利略的观测

在欧洲，由于受到亚里士多德的影响，在17世纪前，人们通常会认为天体是静态的，只有地面万物才会变化，所以对于肉眼可观察到的黑子会视而不见。到望远镜发明后，人们才开始对黑子进行观测和记载，最具代表性的当属伽利略（Galileo Galilei， 1564-1642）。伽利略对太阳黑子所做最有意义的观测，是在1612年夏天对黑子持续观测数月。然而当时虽有望远镜的帮助，可做详细的记载，但仍有人不相信那是圣洁无暇的太阳所有的现象，而认为那是行星。伽利略持续数月的观测说明那些黑点不可能是行星，而是太阳表面或大气的东西。这时他还发现太阳会旋转，周期大约是27天。

阴错阳差的发现

在伽利略后的一百多年，人们对黑子并不重视。等到19世纪有一个叫做施瓦布（Samuel H。 Schwabe， 1825-1867）的德国药剂师想要藉由行星凌日的方式，寻找比水星轨道更靠近太阳的行星，于是从1825年开始做太阳黑子的手绘记录。经过43年总共绘制了四千多张太阳黑子的图片。

施瓦布没有找到他所期待的行星，但长时间的观测发现黑子数目会随着时间增加、减少、再增加，他得出这数量存在一个10年周期的变化，这就是后人熟知的“太阳活动周期”，不过数值要修正为11年。

太阳黑子的变化会影响地球

另外一个同时期的英国业余科学家卡林顿（Richard Carrington， 1826-1875），他对黑子本身很感兴趣，每天只要天气允许就观测太阳黑子。在1859年9月1日这天早上，他把太阳影像投影在板上描绘黑子时，突然发现黑子中间区域瞬间增亮，又慢慢恢复，这让他非常兴奋。他事后把这现象汇报给英国皇家学会，当时他虽然对此现象感到激动，但不太了解其中意义。18个小时后，9月2日，格林尼治地磁台站探测到非常强烈的地磁扰动，事后还发现在地球中低纬度都可见到极光的记录。

卡林顿观测到太阳黑子的A区与B区瞬间增亮（Carrington，1859）

这里对照看一下当时在河北省石家庄附近所留下的记载：“秋八月，癸卯夜，赤气起于西北亘于东北” （引自《栾城县志》），这对应的时间就是1859年9月2日晚，可见在当时中国纬度40度处也产生极光，相当罕见。这就引人好奇：这些现象之间会有什么关系？不过最初发现时并没有人对此深入研究。

卡林顿的另外重要发现

卡林顿对太阳观测还有另外两个贡献。他发现黑子出现在日面的位置并非随机，而是有规律可循，在一个新周期中，这些黑子会随时间从中纬度向低纬度迁移。如果把历年黑子出现的纬度沿着时间轴绘出，就会得到下面的蝴蝶图。

太阳黑子在日面位置变化的图形，随着时间绘出，即可得到蝴蝶图

第三个重要的发现是卡林顿看到不同纬度的黑子转一圈的时间不一样，赤道自转的比较快，极区转的比较慢，现在精确测量显示赤道大约25天转一圈，极区则要35天才转一圈。这种现象被称为“较差自转”。

太阳的较差旋转

将耀斑与地表现象关联起来

当年卡林顿看到黑子耀斑以及耀斑对地球的影响，并没有受到重视，没人意识到这些现象的关联。在这之间建立起关联的关键人物是德国科学家洪堡（A。 von Humboldt， 1769-1859），他是近代地理学的创建人之一。他曾在西伯利亚旅行中测量不同地方的地磁强度，也呼吁欧洲各国一起来做地磁监测。洪堡在哥廷根大学和他的朋友高斯一起组织一个跟地球磁场相关的协会，还在生前编纂了五卷本的巨著《宇宙》。

萨拜恩（Edward Sabine， 1788-1883）是英国皇家学会的负责人，当他看到洪堡的《宇宙》这本书，读到书中描述施瓦布有关太阳11年周期的记载，他对照自己的地磁暴记录，发现地磁暴总是和极光有很好的对应，这些频繁出现的时段刚好是施瓦布报导黑子数目多的时期。这就使他得到一个结论：太阳爆发活动会造成地磁的扰动。这就使得科学家开始对太阳黑子持续监测，并且还有人去编纂前人对太阳黑子的监测结果。

历时最长的科学实验

这工作主要由苏黎世天文台台长沃尔夫（Rudolf Wolf， 1816-1893）来承担，他在19世纪50年代开启持续对太阳的观测并整理过去的记录，这就使人类有了持续最长的科学实验：四百多年的太阳黑子记录。

从这记录中可以看到施瓦布所提到的大约11年的周期现象。研究还发现在1700年之前的数十年黑子数量都很少，那阶段被称为蒙德（Maunder）极小期，大约等到1755年数量的变化才恢复11年的周期，因此就把1755年开始称为第一个太阳周，目前前一个周期刚结束，在2019年无黑子的天数达274天，现在新的周期正开始，被称为“第25太阳周”，预期近几年会看到越来越多的黑子，还会有大黑子出现。

基于数代科学家持续积累的、四百多年的数据，所绘制的太阳黑子数随时间的变化图

从磁场切入对黑子的物理研究

想要理解黑子的本质，需要用物理学的知识来理解。1896年荷兰物理学家塞曼（Pieter Zeeman， 1865-1943）发现，由原子能级间跃迁所产生的谱线，在足够强的磁场中会分裂，分裂大小与外加磁场成正比，这就提供了通过谱线去测量磁场的有效方法。

美国天文学家海尔（George Ellery Hale， 1868-1938）最先把这项新的物理学发现用到黑子观测上，从1908年开始，透过光谱仪观测黑子，看到谱线分裂而得知黑子区域所对应的磁场是上千高斯，这是人们第一次在地球之外发现磁场。相较之下，地球的磁场不到1高斯，可见黑子区域的磁场相当大。

借由塞曼效应探测太阳黑子区域的磁场

后续的研究告诉我们，不只是太阳，许多天体都会有磁场，这被认为是20世纪天文的重要发现之一。磁场有个特性，即一定会南北极成对的出现，在太阳上也是。下图是国家天文台怀柔太阳观测基地利用塞曼效应所得的太阳磁图，图上黑白的区域对应的就是正负极性的黑子，成对出现，自然会让我们想到磁铁的南北极。

太阳全日面磁图/国家天文台怀柔太阳观测基地的观测

另外可以注意的是，这些正负极排列基本上是大致平行赤道，但同时呈现一定的倾角，这就给我们一些提示来思考黑子与磁场的产生机制。根据黑子的观测，我们可以判断，黑子应该是来自太阳内部的磁通量往外浮现。

既然它来自内部，而它的结构基本上与赤道平行，这就暗示说有个像环一样的磁流管，从内部往上升到表面，两个足点对应着南北极。而根据我们对马蹄形磁铁的了解，它的磁场会从足部延伸到很远的区域，因此推测太阳的磁场应该也会延伸到表面外的区域。那就得针对太阳不同高度大气去观测，实际观测发现的确有这迹象，类似马蹄形磁铁的外延磁场。用X射线拍摄可以看到日冕的磁环，我们可以把它类比为日冕的“骨架”。

观测到的日冕磁环类似于马蹄形磁铁外由铁屑构成的磁力线

太阳活动区上方不同高度大气的观测

太阳极区的磁场

如果把太阳表面的磁场在经圈方向做平均，再把不同时刻的数据连接在一起，就可以得到类似前述“蝴蝶图”的结果。从该图可以看出，极区也有磁场，也有大约11年的周期性变化，极区磁场是由黑子所在区域的磁场向极区漂移而产生的。

太阳表面经圈方向平均的磁场在纬度方向的分布随时间的演化

日球层

太阳磁场能延伸多远，这大致对应日球层的概念。其边界可理解为太阳磁场和星际磁场势均力敌的地方，尺度大约120 AU。太阳的磁赤道上下会有相反极性的磁场，这会产生延伸到整个日球层空间的电流片。在太阳自转带动下，产生如同芭蕾舞裙一样的结构。太阳的磁场就像地球的磁场保护地球减少受到外来高能粒子的影响一样，日球层的磁场也会屏蔽太阳系外的天体高能粒子进入。

[AU是天文单位（Astronomical Unit）的简写，这是指太阳到地球的平均距离，通常用于表达太阳系或行星系统中的距离。120AU代表太阳到地球距离的120倍。]

日球层的主要结构

磁场的作用

太阳光球层的物质流动造成磁场的挤压、扭曲、拉伸、变形，这些过程会把动能转化成为磁能，当能量累积到一定程度，满足一定条件时就会产生耀斑或日冕抛射，释放巨大能量。因为磁场对高层大气加热，不同高度会对应不同的信息，下图横坐标是从光球层往外的不同高度，纵坐标则是对应温度，从中可看到一开始原本往外是缓慢下降，但在距离日面约2千公里的高度，温度从几万度迅速上升到百万度，什么原因造成的日冕高温，这是太阳物理一直在探索的重大科学问题之一。

太阳大气的温度随高度的变化，急剧升温的地方是色球与日冕之间非常薄的过渡区

太阳表面的逃逸速度大约是600 km/s，而在日冕高温下，会有一定比例的做无规则热运动的粒子的速度超过这一数值，而形成太阳风。美国太阳物理学家帕克（Eugene N。 Parker， 1927-）在1958通过流体静力学模型，从理论是预见太阳应该会有持续的物质往外流，等到1959年人造卫星升空观测，很快得到证实。这显示太阳是可以用理论去理解与预测，这也是空间科学的魅力所在。

黑子和太阳周的成因

太阳的物质形态是等离子体，又因为它有磁场，因此称之为“磁化的等离子体”，当等离子体磁雷诺数足够大时，会产生“磁冻结”现象，简单的说就是随等离子体一起运动的任何封闭回路所围曲面的磁通量是不变的。磁场足够强时，磁场主导，这是能看到前述日冕磁环的原因；当流场足够强时，流场主导，磁力线像橡皮筋一样被流场拉伸、扭曲，进而动能转换为磁能。

解释太阳磁场产生机制的理论我们称之为太阳发电机，与我们日常生活中所熟悉的产生电流的发电机既有相同也有不同之处。太阳发电机具体是指通过一定的运动（旋转、对流等），维持具有观测到的周期性变化特征的太阳磁场的磁流体力学过程。

[等离子体：气体形态下，部份原子及原子团的电子被剥夺后的物质，宏观下仍保持电中性。这被视为固态、液态、气态之外的物质存在的第四态，太阳就是属于等离子体。]

此外，观测给我们的启发是，黑子应该来自太阳内部。我们通过恒星结构模型可以推测恒星内部结构，中心是氢聚变反应的区域，持续提供恒星发光发热的能量来源，称为核反应区。核反应产生的能量会以辐射和对流等方式持续向外输运，根据不同区域主导的能量传输方式的不同，人们把太阳内部分为辐射区和对流区。磁流管的存在会抑制能量传输，使得局部区域的温度偏低，相较于旁边温度较高的区域而言，这些地方就会显现较暗。

黑子磁场的产生和由较差自转的作用而产生的环向场有关。太阳有连接南北极的极向磁场，在较差自转情况下，磁场会被扭曲拉伸，产生环向的磁场，这过程中因为磁冻结不断拉伸，有磁流管的局部地区磁场也会增强，造成磁压强在内部的会比外部小，如果里外温度一样的话，所对应内部的密度会比较低，因此会往上，浮现到太阳表面，形成太阳黑子。

在较差自转的作用下，从极向场产生环向场的过程

因为南北半球磁流管的方向相反，当它浮现时就可以看到前导-后随相反的情况。太阳有黑子所对应的环向磁场，也有连接南北半球的极向磁场，这两部分的磁场在一定的速度场作用下周期性的互相产生，就可以看到一个大约11年周期的变化。

不同年龄的太阳活动

旋转的太阳持续产生太阳风，还会有间歇性的物质抛射，这些物质的丢失，在磁场的影响下，就会使太阳的角动量持续的损耗，产生“磁制动现象”，使得太阳在一百亿年的岁月中，旋转速度不断减小，这也连带会使磁活动或黑子有所变化。

由于我们的观测相较于太阳的漫长寿命太短暂，因此这方面得参考其他跟太阳类似的低质量恒星的观测综合来看。研究发现磁活动的特征会随着年龄增大而减小，同时其旋转速度也会降低。越年轻的太阳/恒星，其旋转会比较快，同时黑子面积所占的恒星表面面积可能越大，日冕等磁活动也会越剧烈。虽然我们不能直接看到恒星的黑子的详细情况，但是通过恒星表面的黑子对亮度的影响，知道黑子或磁活动的情况。下图显示的就是叶永烜老师和他学生对不同光谱型的恒星的光度变化、耀斑能量的研究结果，对于不同恒星、黑子尺度与耀斑能量都不尽相同，但这些黑子活动是普遍存在的。

不同类型恒星（红色质量最低，再次依序为绿色、蓝色）的耀斑能量，可见其差异（Lin， Ip et al。， 2019）

结语

渺小的人类对偌大的宇宙探索，常会问：我们在宇宙中是否孤独？我们会希望找到跟地球一样的地方，跟太阳一样的恒星。虽然目前还没找到，就算找到也不一定能过去。然而爱因斯坦曾说：这个世界最不可理解的事情是这个世界是可以被理解的。这话鼓舞着我们，希望通过物理、通过空间科学的相关知识，可以认识不同的天体、认识我们的宇宙。

这里借由介绍太阳黑子的相关研究，让我们看到不同的学者在各自的时代中做出贡献，一代代人不断积累知识，再去创造新的知识，恰巧对应着横渠四句教的其中两句：为往圣继绝学，为万世开太平。我们在继承前人的自然科学知识的基础上发展自己的知识，探索宇宙。

问答部分

1） 山海经的“黑子大如钱”，这是多大？

答：这问到了中国古代文献的核心问题，虽然有持续的记载，但很难被国际同行接受的原因在于这些记载相对定性，没有量化。我们虽可通过模拟、实验来估计，但很难给出个准确的数值。

2）（蒙德）极小期会不会再发生？

答：太阳周的产生过程涉及到随机性机制，因此未来应该还会发生，但很难预测到来的时间。

3）古代人怎么观测太阳黑子？

答：伽利略时代是通过投射到纸上来将其绘制出来，这种做法延续到现在。望远镜发明以前只能通过肉眼在清晨或傍晚时去观察。

4）大质量恒星的外层是辐射层，那黑子表面温度是怎么变低的呢？

答：我们目前研究集中在光谱类型在F型之后的，也就是外层是对流层的低质量恒星。对于更大质量的恒星，由于结构条件跟太阳不一样，虽有共识它们仍有磁场，但许多细节仍不确定，有待深入研究。

5）将来中国首次发射的太阳卫星“先进天基太阳天文台”（ASO-S），有什么载荷？

答：这颗卫星有三个载荷，分别是：全日面矢量磁像仪（FMG）、莱曼阿尔法太阳望远镜（LST）、太阳硬X射线成像仪（HXI）。

6）第25个太阳周会不会有很多太阳活动？

答：这涉及到太阳活动的预报，目前有很多预报模型，预报结果有强有弱，现在主流观念认为25太阳周比前一周相对强一点。

主讲 姜杰，撰稿 范贤娟，编辑 恩丽娟

国际空间科学研究所-北京（ISSI-BJ）

【080、神秘的水星：一个不完整的世界】

2017年01月02日 科学原理一点通

原来水星这么像月球

水星同太阳的距离仅5790万千米，所以水星同太阳的角距离不会超过28°，很容易被淹没在阳光里，所以人们对水星的了解并不多。1973年，美国发射了一枚名为“水手10号”的探测器，拍摄了大约5000张水星照片，人类才逐渐认识了水星。

水星地形图

水星外观和月球十分相似，不仅在其表面遍布环形山，而且辐射纹、盆地、平原、山脊等地形也都和月球非常相似。科学家解释：由于水星表面大气稀薄，无法抵御来自宇宙间的陨石，所以水星经常受到陨星的撞击，撞击后所产生的痕迹也不容易被抹去，所以在水星表面留下了很多陨星坑。到目前为止，水星表面最大的地貌是卡路里盆地，可能是一颗直径超过100千米的小行星撞击造成的。盆地的底部和月海平原较为相似，是由陨石撞击水星时引发岩浆喷溢而形成的。

另外，和其他行星相比，水星的体积较小，比月球稍大一些，水星的大小相当于三个月球。同时水星有一个熔融的核心，这个核心占到了水星体积的百分之四十二；相比之下，地球的地核只占到了地球体积的百分之十五。因此有人认为：水星并不是一个完整的行星，它更像一个被剥掉外壳的行星核。

关于这个论点，科学界流行着三种假说。第一种认为水星的前身是一颗2.25倍于目前水星质量的石质星球，在太阳系形成的早期遭受到了一个质量约为水星质量六分之一的小行星的撞击；在撞击之下，水星被剥去了原有的外壳和大部分地幔，所以残留的部分中核心就占了很大的比例。第二种假说认为，在太阳稳定点火之前，水星的前身行星就形成了；在太阳发光的过程中，水星前身的表面温度高达2000～3000℃，高温将水星前身的表面岩石由固态变成了气态，之后被太阳风带走了。第三种假说认为，水星是从太阳系的原始星云中形成的。由于水星形成的位置距离太阳比较近，而太阳的星云引力非常强，所以那些本来被水星吸引的元素被太阳的引力吸走，只有那些较重的金属元素没有被太阳吸走，留在了水星中，这就是水星金属元素比例很高的原因。

水星是创纪录的行星

水星被称为“创纪录的行星”，是因为它在八大行星中获得了几个“最”记录。

它是距离太阳最近的行星。水星和太阳之间距离为5790万公里，比其他任何一个太阳系中的行星距离都近。到目前为止，人类还没有发现比水星更接近太阳的行星。

它是轨道速度最快的行星。因为水星距离太阳最近，所以它受到的太阳引力最大；在这种情况下，水星在自己轨道上速度比其他任何行星都快。水星的轨道速度为每秒48千米，比地球的轨道速度快18千米。如果我们以这种速度来环绕地球的话，仅仅十五分钟就可以环绕地球一周。

它是表面温差最大的行星。水星表面没有大气的调节，距离太阳又是如此的近；在太阳高温的烘烤之下，水星向阳表面温度甚至可达430℃，背阳表面在夜间可下降到零下160℃，昼夜温差近600℃。可以说，水星是一个冰火两重天的星球。

它是卫星最少的行星。现在人类在太阳系中发现了很多卫星，总数超过60个。但水星和金星并没有自己的卫星。

水星年是太阳系中最短的年。地球围绕太阳公转一周需要一年时间，而水星公转太阳一周只需要88天，这是因为水星公转速度快的原因。水星年虽然很多，但水星日也比其他行星长，水星自转一周大约需要59天，在水星上度过一昼夜，相当于在地球上度过了176天，同时水星也完成了公转两周。所以水星上的一天等于两年。

水星凌日是怎么回事？由于水星和地球的绕行轨迹不在同一个平面上，而是有一个7度的倾角当水星运行到太阳和地球之间的时候，我们能够在太阳圆面上看到一个小黑点经过，这种现象就叫做水星凌日。其实水星凌日的道理和日食道理类似，所不同的是水星距离地球比月球到地球的距离远，水星能够遮挡住的太阳面积太小了，完全不足以令太阳的亮度减弱。所以我们的肉眼是无法直接看到水星凌日现象的，只能借助望远镜来进行观测。科学家研究发现，每一百年中水星凌日平均发生13次。

开普勒

在人类历史上，第一个发现水星凌日的是德国天文学家开普勒，他还发现了“行星运动的三大定律”。从1631年到2003年之间，人类记载共发生了50次水星凌日。在今后的十几个世纪里，水星凌日只会发生在5月或11月。

为什么会有水星文化？

水星表面和月球很像，到处都是环形山、大平原、盆地等地理地貌。水星上的环形山和月球上的环形山一样，都被人类命名了名字。水星表面的环形山都是以那些著名文学家的名字命名的，为什么不用科学家的名字呢？因为科学家的名字早就被我们用在了月球环形山上。这些名人的名字将永远与日月共存，以此来彰显他们为人类做出的杰出贡献。

现在水星表面的300多个环形山已经被国际天文联合会命名了，其中15个是以中国的人物名字命名的。有俞伯牙（春秋时期著名音乐家）、蔡琰（东汉女诗人）、李白（唐代著名诗人）、白居易（唐代大诗人）、董源（南唐画家）、李清照（南宋时期著名女词人）、姜夔（南宋杰出的音乐家）、曹雪芹（清代著名文学家）、鲁迅（中国近代文学家）等等。

【081、史上最坚固金星探测器】

BBC 2016年7月22日

很长时间以来，人类都在努力试图登陆太阳系中环境最恶劣的金星。金星表面覆盖硫酸云雾，地表温度接近460 度（860 F），且大气压强为地球的90倍。铅、锌和锡都以液态存在，而二氧化碳的重量大致相当于海洋深处一公里的程度，足以摧毁一艘潜艇。

随着日本AKATSUKI（“拂晓”号）探测器于2015年12月成功进入金星轨道，登录金星问题重新得到了关注，美国航天局和欧洲航天局也有计划在2020-2030间发射探测器造访金星。俄罗斯甚至也计划继续推进他们在1970和80年代大获成功的Venera和 Vega金星探测任务。所有这些探测任务都涉及人造卫星，将研究金星大气层、磁场和地理环境。

而要真正了解金星的环境需要一个登陆器。登陆器可以测试空气中的化学成分和岩石构造，进行地球介质研究以了解金星内部结构。VeneraD探测器搭载有一个登陆器，根据携带的电池的情况，登陆器的使命是持续工作三小时。前苏联的Venera 13探测器曾经在1982年登陆火星，并在这种有毒害的环境下生存了127分钟，创造了当时最长生存记录。

金星的大气层热到足以融化正常的电路的程度。因此制造一个使用寿命更长，比如能够持续一天或更长时间的探测器需要打造耐高温的电子设备，或者找到可以为相当于处于烤炉上的探测器降温的办法，或者两者兼而有之。它必须要在没有太阳能电池板的情况下持续工作，因为金星上通常是阴天，因此太阳能电池并不高效。使用电池很难持续工作，也不能产生足够的动能。

对于电子产品，美国航天局的科学家们正在寻找能够在高温下持续工作的新材料来制造计算机芯片。“在近500度高温（932 F）的环境下能工作的要求注定是要不一样的，”美国宇航局的研究工程师加里.亨特（Gary Hunter）说，“我们需要不同的绝缘体和不同的接触面……我们必须彻底改造这些电路。”

亨特认为问题的关键在于，很多材料在高温情况下的特性变化很大。例如，硅是一种半导体，但在高温下——约300度时（572 F）——它开始成为一个导体，因此不能应用在电子设备中。另一个问题是，即使硅电路本身能够在高温下稳定工作，也很难找到耐高温的链接电路之间的其他材料。

亨特说，美国航天局正在考虑使用碳化硅为基础的电子产品，它可以在这种温度下运行更长的时间，使登陆器可以在金星表面运行。而缺点在于，到目前为止，用此类芯片的计算机似乎比现代计算机的运算能力更弱。2014年据来自美国航天局的金星探测分析组报告介绍，这样的电子产品就好像上世纪60年代的计算机。“我们讨论的不是奔腾系统，亨特说。但通过一些创造性的设计，这个电子设备可以将探测器上的图片和数据传输到卫星上，然后再传递回地球。

亨特说这样做的目的就是要使探测器能工作上千小时—相当于金星上的一日—也就是地球上的117天。

至于电力系统方面，宾夕法尼亚州立大学的蒂莫西.米勒（Timothy Miller）和美国航天局格伦研究中心（Glenn Research Center）的迈克尔.保罗（Michael Paul）和史提芬.奥尔森（Steven Oleson）提出了使用斯特灵（Stirling）发动机的想法。

斯特灵发动机的工作从冷藏室的液体开始（冷藏的意思是指温度较低而不是冷冻）。该液体经由第一个活塞压缩，并移动到第二个腔室，在那里它被加热。加热的流体膨胀，助推第二个活塞，这个活塞与第一个活塞通过一个车轮或器械臂相连。当第二个活塞推动第一个活塞，液体就会流回到冷藏室，导致温度下降，循环周期再次开始。只要有热源，发动机就可以保持工作状态。斯特灵发动机目前在一些制冷系统中广泛使用，甚至在潜艇中（瑞典海军的哥特兰岛级潜艇（Gotland-class boats）就使用该发动机进行水下推进）。

该技术1816年由苏格兰教士罗伯特斯特灵（Robert Stirling）发明并使用至今。米勒和保罗认为这项古老的发明可以用在未来的航天器中，并在《宇航学报》（ActaAstronautica）上发表了这一想法。美国航天局已经资助开展了一些初步的测试。

米勒认为斯特灵发动机可以为冷却电子仪器和保持设备运行提供足够的电力，所以比使用电池的探测器运行的时间更长。工作用的液体可能是氦，因为它能有效地传递热量，而与其他气体相比不容易起化学反应。

但动力并不是唯一考虑的因素：斯特灵发动机需要燃料。米勒和他的团队决定使用锂，它可以在二氧化碳和氮气中燃烧。（金星上的氮占空气的4%左右）。锂可以在180 度时（356 F）融化，因此可以成为一种有效的可以在金星上使用的液体燃料，也更容易“燃烧”。

这将最大限度地减少飞船发射时的重量-所有它需要搭载的就是锂的重量。根据米勒的研究，50公斤（110磅）发动机和燃料组合设置可以支撑太空探测器运行两天。

高温能够改变传导器的物理特性，为设计师带来新的挑战。

发动机将被配置为单一的活塞系统，一边冷，一边热，这将推动一个交流发电机来回运作进行发电。到目前为止，米勒和他的团队已经开始在四至五个大气压环境下进行一些小规模实验；该团队目前正在寻找更多的赞助，以便在类金星的环境下测试登陆器。

此外，锂不会造成污染。对于一个无人居住的星球考虑这样的问题似乎很奇怪，但是这点很重要。“我们希望搭建一个系统支撑我们完成使命，不管要耗多长时间，我们也不希望产生额外的气体污染周围的环境，”米勒说。

锂在二氧化碳中燃烧可形成碳酸锂。这意味着，即将测试周围气体的登陆器的数值不会受到不正常围棋排放的影响。

如果研究团队可以证明他们的燃烧系统能在90个气压环境中工作，那么这项技术将提升到一个新的水平，也更有可能进行飞行，“如果我们能证明这个系统可以持续工作一周的时间就好了，”米勒说。

金星和地球在许多方面是相似的。他们的半径彼此相差不超百分之几的范围，且金星的质量是地球的81%。当地球和金星形成时，它们都在太阳星云的附近，所以大部分的组成应该是相似的。通过技术革新，人类可以创造出寿命更长的登陆器，这将有助于人类解密为什么地球成为了生命存在星球，而金星则成为了卡尔.萨根（Carl Sagan）口中所称的“最接近地狱的地方”的星球。

【082、水手10号，它在前往水星的探测中看到了什么？答案不同寻常】

2021-05-14 天文在线

1973年11月，当美国国家航空航天局（NASA）的水手10号从佛罗里达洲卡拉维拉尔角发射时，便开启了它具有历史意义的探索太阳系最深处星球的征程。作为一个具有开创性的空间探测器，水手10号的设计初衷主要是用于研究水星。这一成就在三十余年的岁月里都无法复制，它也是首个一次性完成两颗星球探测任务的航天器，第一个使用引力辅助功能来改变飞行路径以及第一个在任务期间尽管最初遭受数次机械故障却依然可以返回最初目的地的航天器，那些故障包含了高增益天线以及控制系统的失灵。

在经历了一系列航程中段的修正后，NASA最终保存了水手10号提供的大量的科学数据。水手10号最初被设定为去金星，在那里第一次完成引力辅助运行，这一实践现在是接收到引力增加后导航的一个必不可少的部分。接下来水星10号掌握了正确的速度与轨道前往水星，沿太阳周围运行，能够做到前往太阳系最深处星球的多重飞掠，但是在水手10号可以成功到达水星之前，探测器需要测试并校准飞行器上面的两台相机，这些有颗粒但令人难以置信的图像在飞行器离开地球大气层后再短时间内拍摄出来，数百张相片被抓拍，让图像团队可以确保相机在正常工作，为了主要任务做准备。

许多相片被用于生成高度细节化的马赛克，比如显示了地球的云层海洋以及弧度的黑白马赛克，确认飞行器能够抓拍并复杂的高清晰度图像。远在160万公里的地方，水手10号也可以抓拍到地球和月球，通过一部可以返回更多细节的数码彩照数据的航天器完成了地月观测。这些图像结合起来可以看到这两颗星球相关联的大小，但这一次也为我们提供了地球独特视角的图片，呈现在我们面前的是一颗以每小时24000公里运行的水球。水手10号奔着它最初的目的地继续着它的任务，消失在黑暗的宇宙中。

在1974年2月，其发射的宇宙飞船到达了金星。这幅马赛克由78张照片组成，照片则是由橙色和紫外线滤镜捕捉到的。滤镜下，我们可以看到金星自然的颜色，也可以看到该行星的一些神秘云层特征。因为有一层厚厚的大气覆盖，我们观察到的金星是一个模糊的淡黄色球体，呈现了一个没有任何特征的世界。但通过紫外线滤镜的使用，水手10号能够以一种前所未有的方式捕捉金星图像，在这张令人称奇的图片中，金星被增添了色彩，图中有肉眼可见的多云大气，活跃的大气围绕行星旋转，从其灼热的表面掠过。水手10号拍摄了数千张金星的照片，并将许多图像处理成马赛克，实现了用延时拍摄来揭示金星大气旋转的可能性。

据这段颗粒状的视频显示，明暗交杂的云层正不断运动，形成漩涡，往南极地区肆虐。金星引力作用下，水手10号驶向太阳系最内侧的行星，这是一个其他飞船还没探索过的未知世界。一直以来，人们很难用望远镜观察到水星，由于距离太阳很近，它会在太阳眩光中消失。但在1974年3月，飞越金星约七周后，水手10号终于到达了水星。这幅马赛克展示了水手10号最接近水星的6个小时，原来，水星是一颗与月球极为相似的行星。一片被盆地、火山口覆盖的贫瘠之地位于水星暗面。水手10号从轨道上给了我们一个行星的外部视图——一个微亮的半球。当水星完成自己的轨道时，宇宙飞船绕着太阳飞行，水手10号第二次、三次邂逅了一个奇异的世界。第二次飞掠发生在1974年9月，第三次飞掠发生在1975年3月，这些特写照片给我们展现了令人惊叹的星球景观——大规模的熔岩流伤痕累累。

随处可见的环形山形成于远古大轰炸时期，可以在撞击坑的边缘看见一些浅滩和径向分布的山脉，除此之外，一些二次撞击形成的陨石坑分散在其周围。这张照片清晰地展示出了水星上这段时期惨烈的历史图景。卡洛里盆地(Caloris Basin)是水星表面最为壮观的地貌之一，这是一个直径约为960英里的巨大陨石坑，周围环绕着高耸的山脉。“水手”10号传回的其他特写镜头显示了水星表面分布着许多弯曲的山脉，这些水星上的悬崖有2英里高、300英里长，并直接穿过了环形山。这表明这些山脉形成于3.9亿年前的大轰炸时期之后。

1975年5月，就在“水手”10号第三次，也是最后一次掠过水星后不久，探测器耗尽了所有的燃料，NASA的团队在飞行途中关闭了探测器的推进发动机。“水手”10号传回了超过7000张地球、月球、金星以及水星的照片。此次任务的成功也使得“水手”10号成为了未来空间探索任务的典范。同时在这次任务中，也取得了一些计划之外的重大发现。例如“水手”10号探测到了水星非常微弱的磁场和稀薄的大气，并发现水星拥有一个巨大的铁内核。 如今，“水手”10号可能仍然在围绕着太阳运行，但却已经无法与地球取得联系，它将漂浮在太空中，时刻提醒着我们空间探索的伟大历史使命。

相关知识 “水手”10号是NASA于1973年11月3日发射的一个自动化空间探测器，它计划飞越水星以及金星，这也是第一个进行多行星探测的探测器。

“水手”10号于“水手”9号发射约两年后发射，是“水手”计划的最后一艘飞船。（“水手”11号和“水手”12号被分配至“旅行者”计划，并被重新命名为“旅行者”1号与“旅行者”2号。）

此次任务的主要目的是测量水星的环境、大气、表面以及结构特征，并对金星进行类似的研究。其次是在太阳系行星际空间中进行实验，积累利用双行星重力助推完成任务的经验。“水手”10号科研团队由来自喷气推进实验室的布鲁斯·穆雷（Bruce C。Murray）领导。

【083、水星（太阳系的八大行星中最小的行星）】

水星（英语：Mercury；拉丁语：Mercurius），中国古称辰星，西汉《史记·天官书》的作者司马迁从实际观测发现辰星呈灰色，与五行学说联系在一起，以黑色属水，将其命名为水星。

水星是太阳系的八大行星中最小且最靠近太阳的行星。轨道周期是87.9691天，116天左右与地球会合一次，公转速度远远超过太阳系的其它行星。水星因快速运动被称为墨丘利（Mercury），是罗马神话中飞速奔跑的信使神。水星是表面昼夜温差最大的行星，大气层极为稀薄无法有效保存热量，白天时赤道地区温度可达432°C，夜间可降至-172°C。水星的轴倾斜是太阳系所有行星中最小的（大约1·30度），但有最大的轨道偏心率。水星在远日点的距离大约是在近日点的1.5倍。水星表面遍布环形山，与月球和其他卫星相似，其地质在数十亿年来都处于非活动状态。

水星无四季变化，行星中仅有它与太阳轨道共振。每自转三圈的时间与绕太阳公转两圈的时间几乎相等。从太阳看水星，参照它的自转与公转，每两个水星年才一个太阳日。

水星的轨道位于地球的内侧（与金星相同），所以它只能在晨昏之际与白天出现于天空中，而不会在子夜前后出现。从地球看水星的亮度有很大的变化，视星等从-2.48至7.25等，但是它与太阳的距角最大只有28.3°。在北半球，只能在凌晨或黄昏的曙暮光中看见水星。当大距出现于赤道以南的纬度时，在南半球的中纬度可以在完全黑暗的天空中看见水星。

发现与命名

水星最早被闪族人在（公元前三千年）发现，他们叫它Ubu-idim-gud-ud。最早的详细记录观察数据的是巴比伦人他们叫它gu-ad或gu-utu。希腊人给它起了两个古老的名字，当它出现于早晨时叫阿波罗，当它出现于傍晚叫赫耳墨斯，但是希腊天文学家知道这两个名字表示的是同一个东西。希腊哲学家赫拉克利特甚至认为水星和金星（维纳斯星）是绕太阳公转的而不是地球。中国古代称水星为“辰星”。它与太阳最大角距不超过28°，由于古代称30°为一辰，故而得名。 

公转和自转

公转

水星是所有的行星中轨道离心率最大的，为0.20563，它与太阳的距离在4600万至7000万千米的范围之间变动。它以87.969地球日的周期完整地公转太阳一圈。 右边的水星轨道图叠加上有着相同半长轴的圆形轨道，以显示出轨道离心率造成的影响。以5天为间隔的标示显示出在近日点时有着较大的距离，清楚的显示出比较高的轨道速度。球的大小，与它们和太阳的距离成反比，用来阐释日心距离的变化。到太阳距离的变化，结合行星绕着自转轴的自转轨道共振，造成表面温度复杂的变化。 这种共振使得一个水星日的长度是水星的两年，或是大约176个地球日。水星的轨道平面对地球的轨道平面 (黄道) 有着7度的倾斜。水星在前方穿越太阳的凌日，只有在水星穿越黄道平面之际，也位于地球和太阳之间时才会发生。平均下来，大约7年才会发生一次。水星的转轴倾角几乎是零，测量值小于0.027度。这明显的远小于木星，它是转轴倾角第二小的行星，数值为3.1度。这意味着位于水星极点的观测者，太阳中心点的高度永远不会高于地平线上2.1角分。

在水星表面上的某些点，观测者可以看见太阳上升到半途时，会反转回去日落，然后再度日出；在所有的点上，这些都发生在同一个水星日。这是因为在近日点前大约4个地球日时，水星轨道的角速度，几乎与它的自转速度相同，所以太阳的视运动会停滞；在近日点时，水星公转的角速度超过水星自转的角速度。因此，对假设在水星上的观测者，会明显的看到太阳逆行。通过近日点4天之后，在这些点上观测到的太阳视运动又恢复正常了。

水星与地球内合 (最靠近地球) 的周期平均是116地球日，但是由于水星轨道的离心率，这个间隔从105日至129日不等。水星与地球的距离可以近到7730万千米，但在公元28622年之前不会接近至8000万千米以内，公元2679年为8210万千米，公元4487年为8200万千米。从地球可以看见它逆行的时间大约是在内合前后的8-15天，所以会有如此大范围差距变化，完全是因为它有着较大的离心率。

水星轨道

自转

1889年意大利天文学家乔凡尼·斯基亚帕雷利经过多年观测认为水星自转时间和公转时间都是88天。许多年以来，水星被认为是与太阳同步的潮汐锁定，在每一次的轨道公转中都以同一面朝向太阳，就像月球始终以同一面朝向地球。在1965年的雷达观测，美国天文学家才测量出水星自转的精确周期是58.646天，证明水星以3:2的自转轨道共振，每公转太阳二次时也自转三次；而水星轨道的高离心率使得此共振稳定——在近日点，太阳的潮汐力最强，太阳也平静 (稳定) 的出现于最靠近水星的天空。

起初，天文学家认为它被同步锁定的原因是，当水星在适合观测的位置上时，它几乎总是在3:2共振的相同位置上，因此呈现相同的面貌。这也是因为水星公转周期与地球会合周期一半的巧合，由于水星3:2的自旋轨道共振，一太阳日 (太阳两次过中天的时间间隔) 约176地球日。一恒星日 (自转周期)则约59地球日。

模拟的研究显示水星轨道的离心率是混沌的，在数百万年的时间内会因为其它行星的摄动从接近0 (圆形) 至超过0.45之间变动。这被认为可以解释水星的3:2自旋轨道共振 (而非更常见的1:1)，因为这种状态在高离心率轨道的时期中是可能发生的。数值模拟显示未来长期轨道共振，与木星的交互作用会造成近日点距离的增加，在未来的50亿年内有1%的几率会与金星碰撞。

近日点进动

1859年，法国数学家和天文学家奥本·勒维耶（Urbain Jean Joseph Le Verrier）报告水星环绕太阳的轨道有着牛顿力学和现有已知的行星摄动不能完满解释的缓慢进动。他建议用“另一颗行星 (或一系列更微小天体) 位于比水星更靠近太阳的轨道上”来处理这些摄动 (其它的解释包括太阳略微的扁平)。基于天王星的轨道受到扰动而发现了海王星的成功，使天文学家对这个解释充满了信心，并且这个假设的行星被命名为祝融星，但是始终未能发现这颗行星。

水星相对于地球的近日点进动是每世纪5600弧秒(1.5556度)，或是相对于惯性ICFR每世纪574.10±0.65角秒；但牛顿力学考虑了来自其它行星所有的影响，预测的进动只有每世纪5557角秒 (1.5436度)。在20世纪初期，爱因斯坦的广义相对论对观测到的进动提供了解释。这个效应非常小：水星近日点的相对论进动是每世纪42.98角秒，刚刚好是之前不足的值；然而，在经历1200万次的公转之后，它仍有一点点的过剩。其它行星也有非常类似的情形，但是影响小了很多：金星是每世纪8.62角秒，地球是3.84角秒，火星是1.35角秒，伊卡洛斯（1566 Icarus）是10.05角秒。

物理特性

内部构造

水星是太阳系内与地球相似的4颗类地行星之一，有着与地球一样的岩石个体。它在赤道的半径为2439.7千米，是太阳系中最小的行星，水星甚至比一些巨大的天然卫星，比如木卫三和土卫六还要小，虽然质量更大一些。水星由大约70%的金属和30%的硅酸盐材料组成，水星的密度为5.427g/cm3，在太阳系中是第二高的，仅次于地球的5.515 g/cm3。如果不考虑重力压缩对物质密度的影响，水星物质的密度将是最高的。未经重力压缩的水星物质密度是5.3 g/cm3，相较之下地球物质只有4.4 g/cm3。

信使号MASCS光谱仪扫描的水星表面伪彩色图

信使号MASCS光谱仪扫描的水星表面伪彩色图

从水星的密度可以推测其内部结构细节。地球的高密度，特别是核心的高密度，是由重力压缩所导致的。水星的质量与重力较小，内部没有重力挤压效应，其核心含铁量较大而具有较高的密度。地质学家估计水星的核心占有体积的42%；地球的核心只占体积的17%。水星富铁的核心占据了其总质量的至少60%，它的半径更是达到了水星半径的四分之三。最近的研究强烈支持水星有一个熔融的核心，包围着核心的是500–700千米厚的硅酸盐地幔。太阳系类地行星中，只有水星和地球拥有全球性的磁场。天文学家认为这些磁场是由它们核心外层中的电流所产生。根据水手10号任务和从地球观察的资料，水星的地壳被认为只有100-300千米的厚度。水星表面的一大特征是有无数的窄脊，可以延伸到数百千米长，相信都是在水星的地壳凝固后，核心和地幔因冷却而收缩造成的。

水星核心含有的铁高出太阳系内其他主要行星，已经有几种理论被提出来解释。得到最广泛支持的理论是水星原本有着类于于常见的球粒陨石金属——硅酸盐比率的核心，被认为是太阳系内典型的岩石物质，质量大约是当前质量的2.25倍。在太阳系早期的历史中，水星可能遭受到一颗直径数百千米，质量约为其1/6的微行星撞击。这次撞击剥离了大量原始的地壳和地幔，留下的核心就相对的成为组成中较大的部分。这一假说得到了信使号分光仪对水星表面元素丰度观测的支持。一个类似的假说，称为巨大撞击假说，被用来解释地球的卫星，月球的形成。另一假说为，水星在太阳输出的能量稳定下来之前就已经在太阳星云中形成。这颗行星原本的质量是当前的两倍，但在原行星的收缩过程中。当时水星的温度可能在2500-3500K，并且可能高达10000K，水星表面许多的岩石成分在如此的高温下可能都汽化，成为大气层中的"岩石蒸汽"，然后被太阳风吹走了。第三种假说认为，太阳星云造成水星吸积的物质被拖曳，这意味着水星表面较轻的物质会从吸积的材料中丢失。每种假说预测的水星表面有不同的成分，信使号和即将执行的贝皮可伦坡号任务都试图经由观测来测试上述的学说。信使号已经发现表面的钾和硫的含量在预测水准之上，巨大撞击假说的地壳和地幔的汽化未曾发生，因为钾和硫都会在这些事件的高温下被驱离。此一发现似乎倾向于较轻的行星材料受到拖曳而离开，造成较重的金属材料被浓缩。信使号的分光仪已经测量水星的组成，科学家发现水星的岩石所含的镁比起地球或月球表面要多得多，而铝则少得多。

从水星的密度可以推测其内部结构的详细资料。地球的高密度，特别是核心的高密度是由引力压缩所导致的。水星是如此的小，因此它的内部不会被强力的挤压。所以它要有如此高的密度，它的核心必然很大。

地形地貌

水星的表面与月球很相似，呈现出像海的广大平原和大量的撞击坑，显示它数十亿年来都处于非地质活动状态。水星地质的早期认识建立在1975年飞越水星的水手10号和地面观测，当信使号飞越水星的资料被处理过后，这方面的知识有所增进。例如，科学家们已经发现一个不寻常的火山口辐射槽，称之为“蜘蛛”。稍后，被重新命名为阿波罗多罗斯。在水星表面特征的命名有着不同的来源，取自已经过世的人名。坑穴使用艺术家、音乐家、书画家和作家，他们都在各自的领域中有着杰出或基础的贡献。山脊或皱脊，以对水星的研究有贡献的科学家命名；洼地或地沟以建筑师来命名。山脉以各种不同语言中热门的单词来命名；平原或平原低地以各种不同语言的水星之神名称来命名。悬崖或峭壁以科学探险船命名；山谷或谷地则使用电波望远镜命名。

反照率特征指使用不同领域的望远镜观测，明显的有不同反照率的地点。水星拥有山脊 (有时也称为皱脊)，像月球的高地、山脉 (mountains)、平原 (Planitiae)、悬崖 (rupes) 和谷地 (valleys)。水星在46亿年前形成时，曾经经历过彗星和小行星短暂的轮番轰击，在38亿年前结束，可能是独立发生的后期重轰炸期。在这些剧烈形成陨石坑的期间，由于缺乏大气层来减缓撞击，行星表面整个都被陨石坑覆盖着。在这个期间，行星有着火山的活动，像是卡洛里盆地等盆地都被来自行星内部的岩浆覆盖着，形成如同在月球上发现的海一样的平原。

信使号于2008年10月28日飞越水星，让研究人员获得更多鉴别水星表面浑沌地形的资料。水星的表面比火星和月球更为复杂 ，它包含了大量在两者上都值得注意的类似地质，像是海和平原等。

撞击盆地及坑穴

水星坑穴的范围，在直径上从小型的碗型腔到跨越数百千米的多环撞击坑。从相对新鲜亮丽到高度退化火山口的残余物，展示了所有退化阶段的现象。水星的撞击坑与月球的有着微妙的差异，它们的喷发物覆盖的区域小得多，这显示水星有较强的表面重力。已知最大的陨石坑之一是卡洛里斯盆地，直径为1550千米。撞击并创造卡洛里斯盆地的影响是如此的强大，它造成的火山熔岩喷发，留下高度在2千米以上的同心圆环围绕着陨石坑。在卡洛里盆地的对跖点是不寻常的、被称为“怪异地形”的大片丘陵地形区域。这种地形起源的一种假说是：撞击出卡洛里斯盆地的激震波环绕着行星，汇聚在盆地的对跖点（相距180度），结果造成了高应力的裂缝表面；另一种说法则认为是喷出物直接汇聚在卡洛里斯盆地对跖点的结果。

整体而言，在已有的水星影像中大约已经发现15个撞击盆地。一个显著的盆地是400千米宽、有着多重环的托尔斯泰盆地，它的喷发物覆盖造成的平原，从山脊和地板延伸达500千米。直径625千米的贝多芬盆地有着相似规模的喷发覆盖物。和月球一样，水星的表面也有遭受太空风化过程的影响，包括太阳风和微陨石撞击的影响。

平原

水星有两种地质显著不同的平原。在坑穴之间，起伏平缓、多丘陵的平原，是水星表面可见最古老的地区，早于猛烈的火山口地形。这些埋藏着陨石坑的平原似乎已湮灭许多较早的陨石坑，并且缺乏直径在30千米以下，以及更小的陨石坑。还不清楚它们是起源于火山还是撞击，这些埋藏着陨石坑的平原大致是均匀的分布在整个行星的表面。

卡洛里斯撞击盆地的对跖点的所谓“怪异地形”

卡洛里斯撞击盆地的对跖点的所谓“怪异地形”

平坦的平原是广泛的平坦区域，布满了各种大大小小的凹陷，和月球的海非常的相似。值得注意的是，它们广泛的环绕在卡洛里盆地的周围。不同于月海，水星平坦的平原和埋藏着陨石坑的古老平原有着相同的反照率。尽管缺乏明确的火山特征，在地化的平台和圆角、分裂的形状都强烈的支持这些平原起源于火山。值得注意的是所有水星平坦平原的形成都比卡洛里盆地晚，比较在卡洛里喷发覆盖物上可察觉的小陨石坑密度可见一斑卡洛里盆地的地板填满了独特的平原地质，破碎的山脊和粗略的多边形碎裂。不清楚是撞击诱导火山熔岩，还是撞击造成大片的融化。

行星表面一个不寻常的特征是众多的压缩皱褶或峭壁，在平原表面交错着。随着行星内部的冷却，它可能会略为收缩，并且表面开始变型，造成了这些特征。凹陷也在其它地形，像是坑穴和平滑的平原，顶部看见，显示这些皱褶是在如今才形成的。水星的表面也会被太阳扭曲——太阳对水星的潮汐力比月球对地球的强17倍。信使号在水星北极地区发现了水星上最大的火山平原开阔区之一，覆盖面积约400万平方千米，深度几千米。它帮助确认了火山活动在水星历史的大多数时间里对于塑造其地壳起到了关键作用。

环形山

水星的表面很像月球，满布着环形山、大平原、盆地、辐射纹和断崖。于是，水星上的环形山和月球上的环形山一样，也进行了命名。水星表面上环形山的名字都是以文学艺术家的名字来命名的，没有科学家，这是因为月面环形山大都用科学家的名字命名了。水星表面被命名的环形山直径都在20千米以上，而且都位于水星的西半球这些名人的大名将永远与日月争辉，纪念他们为人类作出的贡献。

1976年，国际天文学联合会开始为水星上的环形山命名。在已命名的310多个环形山的名称中，其中有15个环形山是以中国历史人物的名字命名的。比如，伯牙：传说是春秋时代的音乐家；蔡琰：东汉末女诗人；李白：唐代大诗人；白居易：唐代大诗人：董源：五代十国南唐画家；李清照：南宋女词人；姜夔：南宋音乐家；梁楷：南宋画家；关汉卿：元代戏曲家；马致远：元代戏曲家；赵孟俯：元代书画家；王蒙：元末画家；朱耷：清初画家；曹沾（即曹雪芹）：清代文学家；鲁迅：中国近代文学家。

磁场和磁层

尽管水星很小和以59天的长周期自转，水星仍有值得注意的全球性磁场。根据水手10号的测量，他的强度仅有地球的1.1%。在水星赤道的磁场强度大约是300nT。像地球一样，水星的磁场是双极的。不同于地球的是，水星的磁极和水星的自转轴几乎是一致的。来自水手10号和信使号两艘太空船的测量，都指出水星磁场的强度和形状都是稳定的。这个磁场可能是经由发电机效应形成的，有些类似于地球的磁场。这种发电机效应起因于行星富含铁的液体核心的循环，特别是行星轨道的高离心率带来强烈的潮汐作用，使核心保持液态更是发电机效应所必须的。

水星磁场的强度足以偏转围绕着该行星的太阳风，创造出磁层。水星的磁层虽然很小，但已足以将地球包含在内，也强到可以将太阳风的等离子拘束在内，对行星表面的太空风化产生贡献。水手10号太空船的观测在水星夜半侧的磁层内部侦测到低能量的等离子，在磁尾也侦测到高能量的微粒爆炸，这些都显示了水星磁层的动力学性质。

在2008年10月6日的第二次飞掠水星，信使号发现水星的磁场有甚高频的“渗漏”。太空船遭遇到磁性的“龙卷风”，缠绕扭曲的磁场与行星磁场联结并深入行星际空间，宽度达到800千米，或是行星半径的1/3。这个龙卷风形成时夹带着太阳风的磁场联结到水星的磁场。随着太阳风刮过水星的磁场，这些联结的磁场会被携走和扭曲成类似漩涡状的结构。这些扭曲的磁通量管，技术上称为通量传输事件，形成行星磁盾中开放的窗口，太阳风可以长驱直入并直接撞击到水星的表面。

这种联结行星际和行星磁场的过程称为磁重联，在宇宙中是很普遍的。它也发生在地球的磁场，通常也会产生磁场的龙卷风。信使号的观测显示重联结的速率在水星高出了10倍。但依水星和太阳的距离，信使号观测到的重联结仅有1/3。

大气

由于缺乏大气的包围，水星表面的赤道和两极之间有着陡峭的温度差，温度范围从100K至700K。日下点的温度在近日点时高达700K，而在远日点时只有550K；在行星夜晚的那一侧，平均温度是110K。阳光的强度范围是太阳常数 (1,370 W·m·2) 的4.59和10.61倍。

虽然水星表面的温度在白天是非常的高，但观测的结果仍然强烈的支持冰 (冻结的水) 存在于水星。在极区深坑的底部从未被阳光直接照射过，温度依然维持在102K以下，远低于全球的平均温度。水冰强烈的反射了雷达，金石70米的望远镜和VLA在1990年代早期的观测，透漏了在接近极区有非常高的雷达反射斑点。虽然冰不是造成这些反射区域的可能原因，但天文学家相信冰是最有可能的。

相信冰的区域拥有大约1014–1015千克的冰，并且可能覆盖着一层表岩屑，抑制了升华。相较之下，地球南极的冰层大约有4×1018千克的冰，火星南极的冰帽大约有1016千克的冰。水星上冰的来源还不清楚，但有两种最可能的来源：从行星内部排放出来的，或是彗星撞击造成的沉积。2012年11月29日，水星探测卫星信使号团队发言人表示，科学家在水星北极区域永远晒不到太阳的阴暗坑洞内发现大量冻冰（重量可能多达1012吨）。

水星不仅太小，而且太热，因此它的引力不足以长期留住大气层；但它确实有一个稀薄的、局限在表面的外逸层，包含着氢、氦、氧、硫、钙、钾和其它元素。这个外逸层并不稳定，原子会不断的失去和由其它不同的来源获得补充。氢和氦可能来自太阳风，并在逃逸回太空之前先扩散至水星的磁层。元素的放射性衰变是水星地壳内氦、钠和钾的另一个来源。信使号发现钙、氦、氢氧化物、镁、氧、钾、硅和钠的比例偏高。也有水蒸气的存在，组合的过程发表如下：彗星撞击其表面，溅射创造出的水，其中的氢来自太阳风，氧来自岩石，和在极区坑洞内永久阴影下储存的冰升华。检测到许多由水释出的离子，如O+、OH-、和H3O+则是一个惊喜。由于这些为数可观的离子是在水星的太空环境中发现的，因此科学家推测是被太阳风从水星表面或外逸层摧毁的分子。在1980-1990年代，在大气层中发现钠、钾、钙，相信主要是表面的岩石被微陨石撞击汽化导致的。在2008年，信使号探测器发现了镁。研究指出，钠的排放是区域性的点，对应于这颗行星的磁极。这将显示出在磁层和行星表面之间的交互作用。

在太阳的强烈辐射轰击下，水星大气被向后压缩延伸开去，在背阳处形成一个“尾巴”，就像一颗巨大的彗星。然而更诡异的一点是，水星事实上还在不断的损失其大气气体成分。组成水星大气的原子不断的被遗失到太空之中，由于钾或钠原子在一个水星日（一个水星日——在其近日点一日时间的一半）上大约有3小时的平均“寿命”。

因此，正如所罗门博士指出的那样“你需要不断的进行补充方能维持大气层的存在。”科学家们认为水星的补充方式是捕获太阳辐射的粒子，以及被微型陨石撞击后溅起的尘埃颗粒。散失的大气不断地被一些机制所替换，如被行星引力场俘获的火山蒸汽以及两极的冰冠的除气作用。 

观测与探测

水星凌日

当水星走到太阳和地球之间时，在太阳圆面上会看到一个小黑点穿过，这种现象称为水星凌日。其道理和日食类似，不同的是水星比月亮离地球远，视直径仅为太阳的190万分之一。水星挡住太阳的面积太小了，不足以使太阳亮度减弱，所以，用肉眼是看不到水星凌日的，只能通过望远镜进行投影观测。水星凌日每100年平均发生13次。在20世纪末有一次凌日是在1999年11月16日5时42分。在人类历史上，第一次预告水星凌日是"行星运动三大定律"的发现者，德国天文学家开普勒（1571至1630年）。他在1629年预言：1631年11月7日将发生稀奇天象——水星凌日。当日，法国天文学家加桑迪在巴黎亲眼目睹到有个小黑点（水星）在日面上由东向西徐徐移动。从1631年至2003年，共出现50次水星凌日。其中，发生在11月的有35次，发生在5月的仅有15次。每100年，平均发生水星凌日13.4次。

水星凌日的发生原理与日食极为相似，水星轨道与黄道面之间是存在倾角的，这个倾角大约为7度。这就造成了水星轨道与地球黄道面会有两个交点。即为升交点和降交点。水星过升交点即为从地球黄道面下方向黄道面上方运动，降交点反之。只有水星和地球两者的轨道处于同一个平面上，而日水地三者又恰好排成一条直线时，才会发生水星凌日。如果水星在过升降交点附近的两天恰好也发生了水星下合相位时，就有可能发生水星凌日天象。在十几个世纪内，水星凌日只可能发生在五月或十一月。发生在五月的为降交点水星凌日，发生在十一月的为升交点水星凌日。而发生在五月的水星凌日更为稀罕，水星距离地球也更近。水星凌日发生的周期同样遵循如日月食那样的沙罗周期。在同一组沙罗周期内的水星凌日的发生周期为46年零1天又6.5小时左右。但是这个46年的周期中如果有12个闰年。周期即为46年零6.5小时左右。这里所说的时间差值是同一沙罗周期相邻两次水星凌日中凌甚的时间差值。因为同一沙罗周期相邻两次水星凌日发生的时长是不同的。

地面观测

水星的视星等介于2.6等（比最亮的恒星天狼星更亮）和 +5.7等（接近理论上裸眼可见的极限值）之间。这两个极端值都出现于水星在天空中的视位置接近太阳的时候。由于它很接近太阳，因此观测上很麻烦，大部分的时间都会迷失在阳光中，只有在日出前或日落后短暂的暮曙光内可以看见。说起五大行星的水星，自古以来用肉眼观测是最难的。据传说，大天文学家哥白尼临终前曾叹他一生没有见过水星。水星，像其它一些行星和明亮的恒星一样，可以在日全食的时间被看见。

像月球和金星一样，从地球上可以观察到水星的相位。它的"新月"出现于内合，"满月"出现于在外合。由于它相对的过度贴近太阳，因此从地球上是看不见水星呈现这两种相位。观察水星的最佳时候是在日出之前约50分钟，或日落后50分钟。

若用望远镜看水星，则可以选择水星在其轨道上处于太阳一侧或另一侧离太阳最远（大距）时并在日出前或日落后搜寻到它。天文历书会告诉你，这个所谓的“大距”究竟是在太阳的西边（右边）还是东边（左边）。若是在西边，则可以在清晨观测；若是在东边，则可以在黄昏观测。知道了日期，又知道了在太阳的哪一侧搜寻，还应该尽可能挑一个地平线没有东西阻隔的地点。搜寻水星要在离太阳升起或落下处大约一柞宽的位置。你将会看到一个小小的发出淡红色光的星星。

在其被太阳光淹没之前，你大概可以观测它2个星期。6个星期之后，它又会在相对的距角处重新出现。

在中国的大部分地区，一年通常只有2到3次最佳的水星观测机会。水星是昏星时，每年3月底到6月初，尤其是在5月中下旬，有机会达到比较大的高度，可以在傍晚西方天空中寻找。水星是晨星时，9月初到12月初，尤其是10月中下旬，有机会达到比较大的高度，可以在黎明时向东方寻找。值得注意的是，并不是说这两个时间段的水星一定会比较高，只有在此期间发生水星大距时，高度才会比较大，否则就只能静待下一年了。例如，2021年有两次大距都非常接近最佳观测日期。分别是5月17日的昏星和10月25日的晨星。

其实水星用肉眼观测并不是想象中那么难。要想观测水星，选择其大距时固然重要，而对于南北纬30，甚至20度以上的观测者，水星相对于太阳的赤纬极为重要。据传说，大天文学家哥白尼临终前曾叹他一生没有见过水星。

哥白尼为什么没见过水星，最重要的客观原因有两个：第一，近前后5000年，北半球相对于南半球，不适合观测水星，因为每当水星大距处于其远日点时，北半球观测者会发现水星的赤纬总是低于太阳赤纬，即使水星离太阳距角接近最大的28度，但水星几乎还是和太阳同升同落。反之水星到了近日点时，北半球观测者看到的水星却比太阳赤纬高。但近日点毕竟才18度的距角，所以水星还是难以观测。这种情况需要再过几千年水星近日点进动90度后才能改观。第二，地理纬度越高，内行星越难见。纬度高的地区，太阳的晨昏朦影时间很长，即日出前或者日落后很久，天空依然明亮，所以不利于观测水星，即使北半球来说水星每逢高于太阳赤纬的大距，亮度至少比织女星亮，但明亮的天空背景还是使水星不易观测。

在北半球如中国，想要观测水星，只要选对日期，天气良好的情况下还是很容易做到的。一年中观测水星的最佳月份是3月、4月、9月、10月，即春秋分前后。春秋分时黄道赤纬微分值最大，（黄道赤纬变化最大），太阳和水星在黄道上相同距角时，距离的赤纬也比其他黄道区域大。当水星赤纬大于太阳赤纬较多时，偏北的水星可以在太阳在地平线下很久而被观测到。经验是：春分时节在西方的双鱼、白羊座找，秋分时节在狮子、处女座找水星。水星相当的明亮，在淡蓝色的黎明和黄昏低空中发出不闪烁的黄色光芒。

通常通过双筒望远镜甚至直接用肉眼便可观察到水星，但它总是十分靠近太阳，在曙暮光中难以看到。Mike Harvey的行星寻找图表指出此时水星在天空中的位置（及其他行星的位置），再由“星光灿烂”这个天象程序作更多更细致的定制。

水手10号

第一艘探测水星的太空船是NASA的水手10号（Mariner 10，1974-1975年）。这艘太空船使用金星的引力调整它的轨道速度，使它能够接近水星，并使它成为第一艘使用重力助推效应，和NASA第一次拜访多颗行星的太空任务。水手10号提供了第一批的水星表面特写影像，其中立刻显示出水星有大量环型山的性质，并透漏许多其他类型的地质特征，像是巨型的陡坡，后来归因于水星的铁核冷却时稍为收缩造成的。不幸的是，由于水星轨道公转周期的长度，使得水手10号每次接近时观察的都是水星的同一侧。这使得水手10号不可能观察到完全的水星表面，结果是完成的水星表面地图少于45%。

在1974年3月27日，首次飞越水星的两天前，水手10号的仪器意外的发现水星附近有大量的紫外线辐射，这导致初步认定水星有卫星。不久之后，过量的紫外线被确认是巨爵座31号星的，而水星的卫星就成为天文历史书上的一个注脚。这艘太空船三度飞临水星，最接近时与表面的距离只有327千米。在第一次接近时，仪器侦测到水星有磁场，这使得行星地质学家大为惊讶 － 因为水星的自转极为缓慢，不致于产生发电机效应。第二次的接近主要是要拍摄影像，但在第三次接近时，获得了广泛的磁性资料。这些资料显示水星的磁场非常类似于地球，使得水星周围的太阳风产生偏离。水星磁场的起源依然有几个主要的理论在相互竞争。在1975年3月24日，就在最后一次接近水星之后8天，水手10号耗尽了燃料。由于不再能精确的控制他的轨道，于是任务控制者关闭了探测器的仪器。水手10号被认为仍然环绕着太阳，每隔几个月仍会接近水星一次。

信使号

信使号（Messager）是NASA前往水星的第二艘太空船，于2004年8月3日使用波音戴尔他2型火箭从卡纳维拉尔角空军基地发射。它在2005年8月飞越地球，并在2006年10月和2007年6月掠过金星，将它调整至正确的轨道，以达到能环绕水星的轨道。在2008年1月14日，信使号首度飞越水星，2008年10月6日再度飞越，并于2009年9月29日第三度飞越。在这几次的飞越中，将水手10号未曾拍摄的半球都拍摄了。探测器在2011年3月18日成功进入绕行水星的椭圆轨道。信使号是在一个大椭圆轨道上以12小时为周期绕水星转动，距离水星表面最近时距离为200千米，最远则可达15193千米。它轨道的最低点位于水星北纬60度的上空，之所以这样选择部分是为了能详细地研究巨大的卡洛里盆地。这个盆地直径1550千米，是水星最大的表面特征。并在2011年3月29日获得了第一张在轨道上的水星影像。探测器已经完成一年的制图任务，正在进行预定在2013年完成的另一年延伸探测任务。除了继续观测水星和绘制地图之外，信使号也将观察2012年的太阳极大期。

信使号撞击点

这项任务要厘清六个关键的问题：水星的高密度、地质历史、磁场的本质、核的结构、两极水冰。以及稀薄的大气是如何形成的。为了达到这些目的，信使号探测器携带了比水手10号的仪器分辨率更高许多的影像成像设备，各式光谱仪测量地壳中元素的丰度，和磁强计等设备来测量带电粒子的速度。详细测量探测器在轨道速度上的微小变化，用来推断水星内部构造的详细信息。美国东部时间2015年4月30日下午3点26分（北京时间5月1日凌晨3点26分），“信使号”以撞击水星的方式，结束其探测使命，在水星北极附近留下一个相当于NBA篮球场大小的撞击坑（直径约15米）。

欧洲空间局计划和日本合作，以两艘太空船环绕水星：一艘描绘水星地图，另一艘研究它的磁气层，称为贝皮可伦坡号（BepiColombo）的探测计划。在2018年10月20日发射太空船，预期将于2025年前抵达水星。载具将释放一个磁强计进入环绕水星的椭圆轨道，然后化学火箭将点燃，让绘制地图的探测器进入圆轨道。这两个探测器都将运作一个地球年。绘图探测器将携带类似于信使号的光谱仪，和在许多不同的波长上研究这颗行星，包括红外线、紫外线、X射线和伽马射线。

【084、水星：冰与火的行星】

Richard Talcott　文　Shea　编译

“信使”水星探测器最新发现水星包含有意料之外的成分和“歪斜”的磁场，而其环形山的永久阴影区中可能还蕴藏着水冰。

2011年3月17日行星科学家们都长舒了一口气。经过15分钟的发动机点火，美国宇航局的“信使”号水星探测器终于减速并被水星的引力束缚住。这标志着它97亿千米的旅程宣告结束，而与此同时它对水星为期至少1年的在轨探测任务正式开始。

不久，来自“信使”的图像和其他观测结果便源源不断地传回了地球。到2011年9月初，它已经发回了超过40,000幅的图像，对火星的地形和组成进行了数百万次的测量。

这些如洪水般的数据带给我们两个大意外：水星表面的成分与科学家预期的有显著差异，它的磁场和它的赤道间也存在着“错位”。

新的观测还给予了天文学家第一次近距离窥视水星南、北两极区域的机会。在之前的6次飞掠（20世纪70年代中“水手”10号3次，2008年到2009年“信使”3次）中，探测器都从水星的赤道上空飞过，只拍摄了它两极少量的低分辨率照片。“信使”在轨的初步结果支持了在某些极地环形山的深层底部可能存在水冰的观点。

居高临下

“信使”在一个大椭圆轨道上以12小时为周期绕水星转动，距离水星表面最近时距离为200千米，最远则可达15,193千米。它轨道的最低点位于水星北纬60度的上空，之所以这样选择部分是为了能详细地研究巨大的卡路里斯撞击盆地。这个盆地直径1,550千米，是水星最大的表面特征。在“信使”轨道任务初期，卡路里斯盆地位于水星的黑夜区（水星自转一周需要58天）。由于太阳的引力会缓慢地改变它的轨道，因此“信使”必须偶尔开动引擎来维持轨道。

水星北极地区的新影像让这个先前只是黑白模糊色块的区域变得清晰。它们揭示出了一个水星上最大的火山平原开阔区之一，覆盖面积约400万平方千米，深度几千米。它帮助确认了火山活动在水星历史的大多数时间里对于塑造其地壳起到了关键作用。

不过，行星科学家们更感兴趣的是“信使”的照相机无法揭示出的东西。20年前，地球上的雷达观测在水星的两极发现了一些神秘的地点。这些在雷达上的亮点和外太阳系中的冰质卫星相似，许多科学家认为它们是位于太阳永远无法照到的环形山底部的水冰。然而，有一些科学家则怀疑它们是其他的冰或者是也能产生这一雷达信号的硫元素。

其实，天文学家们在为“水星这颗最靠近太阳的行星上是否存在冰”争论不休本身就说明了水星的特异。毕竟，水星正午时的温度可以达到427℃。不过，它的自转轴却几乎与它绕太阳公转的轨道面垂直，因此其两极环形山深邃的底部可能永远也不会照进阳光。由彗星带来的任何一种冰兴许都能在那里保存数亿年。

使用“信使”上的激光测高仪，天文学家已经开始测量水星北极附近一些环形山的深度。到目前为止，那些在雷达上显得明亮的地点全具有足够的深度，其底部都沉浸无尽的黑暗中。由此，水星上的水冰至少过了第一道关。

未来还应该进行其他的探测，包括确定这些沉积物的成分。如果最终确定这些物质确实是水冰的话，那么水星的含量会比月球更多。

疑洞重重

在为期1年的任务中，“信使”的照相机会拍摄水星的绝大部分区域。它的大视场相机会以每个像素250米的分辨率拍摄水星表面的黑白照片。同时它还可以在11种颜色的滤光片下来审视水星，每一种滤光片能揭示出特定的成分。这些观测将会拼接出一幅彩色的水星全球图，其每个像素的分辨率约为1千米。

“信使”的小视场照相机则会拍摄范围小得多的区域的黑白照片，分辨率接近每个像素10米。

科学家们会对他们感兴趣的地点进行高分辨率观测。其中之一便是在之前的飞掠过程中在一些环形山底部发现的明亮、片状区域。“信使”发现它们是直径从几十米到几千米不等、没有边缘的不规则坑洞，聚集在环形山的中央峰和山壁附近。在其四周甚至还分布有更为明亮的物质。

这些地貌看上去相对年轻，与之前在太阳系中其他地方看到的都不太一样。有人怀疑它们是火山口，暗示水星的火山活动并没有在太阳系的早期就偃旗息鼓。目前，有关它们的起源仍在争论中。

出位磁场

一颗行星表面过去有火山活动说明其内部曾经处于熔融状态。但是水星目前却有强烈的证据表明，其部分的核心仍然是液态的。在太阳系的内行星中，只有水星和地球拥有全球性的磁场。天文学家认为它们是由水星和地球核心外层中的电流所产生。在“信使”之前，行星科学家就预计水星的磁场会是地球的缩小版。

但事实却绝非如此。地球磁场的赤道和地球的赤道非常接近。但“信使”却发现水星的磁场往北偏了480千米，相当于它半径的20%。在这个方面，水星和土星很相近，不过后者的偏移只有其半径的6%。这说明，水星核心中产生磁场的区域必定也发生了位移。然而，是什么造成了这一现象仍是个谜。

这个怪异的磁场也影响到了水星会如何与太阳风中的带电粒子相互作用。相对于北极，水星南极附近的磁力线对行星际空间张得更开，这使得太阳风粒子可以更为频繁地轰击南极地区。它们会掺入水星稀薄的大气并且会使得水星表面物质的颜色变深，“信使”最终将会探测到这一南北差异。

水星的磁场起源自它不可思议的核心。地球核心的质量大约占了地球的三分之一，其半径只比地球半径一半多了一点。但水星富铁的核心却占据了其总质量的至少60%，它的半径更是达到了水星半径的四分之三。探究“为什么水星会具有这么大的一个核心”是“信使”的核心任务之一。

成分谜案

“信使”所带来的另一个大意外是水星表面的成分出乎了天文学家的意料。“信使”上携带了两台可以用来测量水星上化学元素丰度的仪器。X射线分光仪可以测量水星表面的原子在阳光的照射下所发出的X射线。2011年太阳的活动比较活跃，因此科学家获得了大量的数据。

γ射线和中子谱仪则可以测量高能γ射线。当来自太阳系之外的宇宙线轰击水星表面时，它们会释放出高能中子。后者会撞击附近的原子，使之发出γ射线。γ射线的谱就像指纹可以识别出不同的元素。γ射线和中子谱仪已经探测到了水星上的钾、钍和铀。

“信使”的分光仪测量了水星的组成，发现比起地球或者月球表面的岩石水星所含的镁要多得多，而铝则少得多。在月球上，在其历史早期大部分尚处于熔融状态时，铝便上浮到了它的表面。当岩石在地幔中部分熔融的时候，地球也经历了一个相对较小的铝增丰过程。水星早期必定也经历了大范围的熔融过程，但它所呈现出的铝却很少。

水星的平原也包含了意料之外的大量钠和硫，但只有少量的铁和钛。水星上硫的丰度是地球或者月球的10倍，可能与火星历史上的火山活动有关。这些初步的结果虽然让人困惑，但它们也说明形成水星的原始物质与地球以及月球的并不相同。

不过，“信使”迄今最让人瞠目结舌的元素丰度测量结果来自钾和钍。水星上钾和钍的丰度之比要高于其他任何的内行星。钾是在相对低温下就会蒸发的挥发性元素，而钍则正好相反。由于水星是最靠近太阳的行星，因此天文学家之前预期它所含钾的比例会比较低。

起源未知

这些发现也使人对一些试图解释水星起源的理论产生了怀疑。鉴于水星有一个格外大的铁核，一些科学家提出这是由于水星的位置所决定的。在这个理论中，水星和地球一样吸积太阳星云中的物质，发育形成一个铁核。但年轻的太阳之后发生了猛烈的爆发，吹散了水星的外层物质。但新的发现排除了这种可能性。

第二种观点是，水星和地球本来就大相径庭。这两颗行星形成于太阳星云的不同地方，更靠近太阳的行星会通过吸积物质而长大，拥有更多的金属。但“信使”的结果并不与之相符。

这就只剩下了一个仍然安全的理论。也许水星开始时具有更多的物质，但之后和其自身大小相当的天体发生了碰撞，致使地壳和外部地幔被剥离，仅留下了特大的铁核。有意思的时，这个理论和月球的撞击形成理论极为相似。

这个观点至少和分光仪的部分发现相符，不过科学家们还需要更多的数据来证明它能适用于所有的探测结果。无论撞击假说是否能笑到最后，行星科学家都会发展出新的理论来解释这些观测。

到2011年9月，“信使”已经完成了其既定1年任务的一半。然而完全分析它所传回来的数据则需要更多的时间。这个过程就像是拼图。其中的每一块拼板都会带领行星科学家更接近真相、更深入了解我们所处的太阳系。

[Astronomy 2011年12月]

【085、水星上有水吗？科学家解开水星水冰形成谜团，且含量比月球还高！ 】

2020-03-17

众所周知，太阳系有八大行星，其中有几颗是以“金、木、水、火、土”命名的。或许很多人小时候听到八大行星的名字时，可能都会问到类似这样一个问题“水星是不是都是水”“金星是不是金子做的”？

其实这些名字和行星的属性没有关联！我国古代人早就发现了天上有五个行星，肉眼可见那种，加上古代讲究阴阳五行之说，于是就以金、木、水、火、土命名而已（可能很多人都听说过‘九星连珠’的故事）。而水星（Mercury）英文名字有‘水银’的意思，但水星和水银无关，“Mercury”这个名字主要是指希腊神话中的赫尔墨斯，速度超快的一个信使。

水星在古代也被称为“辰星”，离太阳最近。它也是八大行星中最小的一颗，直径只有4880公里，体积约为地球的38％，质量则是地球的0.05倍左右。由于太过靠近太阳，表面缺乏大气层，昼夜温差大，白天温度最高可达430℃，到了晚上又降至零下172℃。

因为水星又小又近太阳，科学家一直觉得水星不会有水。不过NASA探测卫星信使号（MESSENGER）在2011年拍到水星的北极地区陨石坑中有冰的存在。据最新发表于《天文物理期刊》（3月16日）的一篇研究报告称，尽管水星昼夜温差大，即使表面温度高达430℃，但水星还是可以形成冰层的。

来自美国佐治亚理工学院生物化学教授托马斯·奥兰多（Thomas Orlando）领导的团队，基于信使号（MESSENGER）探测器数据建立模拟模型，结果显示在这个最热、被认为最不可能有水的星球上可以找到水，而且以冰的形式堆积，并且认为极端温差可能是关键。

原因很简单：水星上的土壤含有各种羟基（-OH，氢、氧原子组成），当它们被太阳光加热时，它们会互相释放，释放出水分子和氢。接着飘在空中的水分子被阳光蒸发。有些水分子漂到两极，而极地地区终年维持温度在零下172℃，在那里它们沉降到地表，并在不暴露于阳光的火山口（陨石坑）中形成冰层。

而水星的土壤之所以含有羟基的关键是来自太阳风的大量质子。我们地球由于强大磁场的，阻挡了大部分质子等太阳风粒子。但水星的磁场仅有地球的1%左右，因此这些质子可降到水星表面，然后发生质子自迁移反应，后在矿物中形成羟基（-OH）。

奥兰多表示：“水星上温度的变化可作为“巨大的制冰化学实验室”。自上世纪60年代末以来，已在研究中观察到数十种基本化学原理。但将化学反应应用于行星等复杂表面，这是一个具有开创性的研究。”

此外研究表明，水星发现的水冰量可能远超过月球的水冰量。团队估计，在300万年的时间里，通过羟基转化过程，水星两极的陨石坑内可能形成了110亿吨以上的冰，约占水星冰总量10%。

目前科学家已经发现月球的两极存在大量水冰的证据，但是水星上水冰含量竟然比月球还高，这不得不引起科学家们的深思。如果小行星的撞击可以带来水，那么小行星的水又是哪里来的呢？水星和月球的水冰量差异这么大，难道水星以某种在月球不起作用的方式形成水？团队表示，水星上发生的化学过程也可能是彗星和小行星上水冰起源的背后，不过需要更多的研究来证实这一理论。

【086、水星之“最”，带你认识真正的水星！】

中国大百科

日本和欧洲联合开发的“比皮科伦坡”（BepiColombo）探测器开始了飞向水星的7年航程。在太阳系八大行星中，水星保持了多项“纪录”，而且是迄今人类航天器拜访最少的一颗行星。下面这些知识点，将有助于你了解这颗神秘的行星。我们同时期待，“比皮科伦坡”将传来更多关于水星的新信息。

“比皮科伦坡”（BepiColombo）探测器

最小的行星

随着冥王星被移除出太阳系行星，水星成为太阳系八大行星中最小的一颗，直径约为4880千米。水星的大小甚至还比不上一些卫星，如木卫三和土卫六的直径均大于水星。但水星质量还是大于它们的，因为水星的密度较高，仅次于地球。如果不考虑重力压缩对物质密度的影响，水星物质的密度将是太阳系中最高的。

最靠近太阳的行星

水星与太阳的平均距离为5791万千米，约为日地距离的0.387倍。由于距离太阳太近，总是被太阳的光辉所湮没，所以水星是太阳系中最难观测到的一颗。只有水星和太阳的角距达到最大即大距时，地球上的人才有望目睹水星。水星“东大距”时，可在黄昏时分西方地平线上找到水星；水星“西大距”时，则在黎明时分东方低空出现；还有一个观测火星的机会是在日食时刻。

卫星最少的行星

水星和金星一样，卫星数是“零”，主要原因就是前面提到的，质量太小且离太阳过近。根据重力原则，质量太小的物体无法构成足够的引力，即便有卫星，也会被太阳强大的吸引力夺走。

公转最快的行星

由于水星离太阳近，所以受到太阳的引力也大，因此它在绕日轨道上比其他行星都跑得快。地球公转一周大概需要365天，而水星只用88天。而水星自转周期却很长，为58.65天。也就是说，一个水星年只有一天半时间。

表面温差最大的行星

由于水星大气层极为稀薄，无法有效保存热量，加之离太阳很近，所以水星表面昼夜温差极大。朝向太阳的一面受到太阳的炙烤，赤道地区温度可达430℃；背向太阳的一面则可降至-170℃，温差高达600℃，为太阳系之最。与之相比，金星由于有浓厚的大气层，虽然表面温度高于水星，但温差并不太大。

最少人类探测器造访的行星

水星和地球的绝对距离并不遥远，但以霍曼转移方式（通过转移航天器轨道，充分借助星体引力产生的能量，以节省燃料）发射水星探测器，却比发射冥王星探测器还难，更不要说环绕水星了。在“比皮科伦坡”之前，仅有美国的两个探测器对水星进行过探测。第一个造访水星的探测器是1973年11月3日发射的“水手10号”。在它与水星三次相会的过程中，向地面发回5000多张照片，为我们了解水星提供了珍贵的信息。

“水手10号”水星探测器

水星的外貌酷似月球，有许多大小不一的环形山，还有辐射纹、平原、裂谷、盆地等地形。第二个是2004年8月3日发射的“信使号”水星探测器，它也是第一颗环绕水星的探测器。2015年4月30日，“信使号”以撞击水星的方式结束了其使命。

“信使号”所拍摄的水星表面

“比皮科伦坡”将通过研究水星的内部结构和磁场产生的特点，确定水星的核心是固体还是液体，并探究水星的起源与演变历程，从而帮助我们更好地了解太阳系的整体演化历史。

【087、它来了它来了！25年最亮的一颗彗星来了，错过再等6800年】

Robert Hackett，2020年07月22日

北半球一直到8月中旬都可以看到。

太空来客Neowise彗星本月造访地球，让天文观测者目眩神迷。

这是近25年来最亮的一颗彗星，北半球一直到8月中旬都可以看到。这颗来自外太空的天体将于7月23日抵达离地球最近的位置，距地球仅6400万英里，和水星离地球的平均距离大致相当。

它的官方名字是C/2020 F3 (NEOWISE)，人们用肉眼就可以看到它出现在天空的西北部。它就位于大熊座下方，一整个晚上都能看到。

之后的每天晚上，彗星会在天空中越升越高，直到最终从人们的视野中消失。等到它重返地球，估计要到6800年后了。

除了夜间，早起的人暂时也能看到Neowise彗星。在日出前一小时向东北方向看，可以看到它拖着尾巴的痕迹，接下来几天，它会滑到地平线以下，消失在人们视线之外。

访问美国国家航空和航天局官网（NASA.gov）或《天空和望远镜》杂志（Sky & Telescope），即可获得更多观测细节。还可以登陆一个由NASA志愿者开发的在线应用程序，输入自己的位置，确定最佳观看时机。

我们对Neowise彗星了解多少

Neowise是一个布满尘埃的冰球，它不断高速飞行，和太阳系一样古老，已经46亿岁了。

这条3英里长的太空冰柱被认为起源于外层空间一个叫做奥尔特云的区域。这片云是行星形成时遗留下来的冰冻岩石碎片的墓地，存在时间远远超过了海王星和冥王星的轨道。

尽管Neowise很古老，但它直到最近才被科学家发现。3月27日，NASA的天文学家通过太空望远镜发现了这颗雪球，用的望远镜也叫NEOWISE，和彗星同名。（NEOWISE是近地天体宽视场红外勘测探测器的首字母缩写。）

6月，从NASA的日地关系观测台（STEREO）观测彗星Neowise。

NASA使用NEOWISE望远镜搜寻可能危及地球的天体。比如，希克苏鲁伯小行星（按照撞击地今天在墨西哥的地名来命名）被认为在6500万年前撞击了地球，导致恐龙灭绝。

“我们希望，远在Neowise彗星这样的天体还没有接近地球时就能发现它们。”NEOWISE项目的首席研究员、亚利桑那大学的行星科学教授艾米·迈因策尔在给《财富》杂志的电子邮件中表示。她说，这颗彗星“非常大，大约和导致恐龙灭绝的那颗行星一样大”，但幸运的是，它“不会造成危险”。

科学家们希望通过研究像Neowise这样的彗星，了解更多关于太阳系起源的信息，同时避免可能出现的物种灭绝。“我们需要知道彗星和小行星是由什么组成的，知道它们有多易碎或者多牢固——如果有一天我们不得不把哪颗星星推离轨道的话。”迈因策尔说。

这颗彗星长什么样？

对肉眼来说，Neowise就像一颗模糊的星星划过天空。

这颗彗星的亮度将和附近的北斗七星差不多，北斗七星也被称为大熊星座。虽然并非必须，但一副双筒望远镜或望远镜能够提升观测体验。

就连天文学家观测时也充满敬畏。“由于我们对这些行星的搜索，得以看到一些非常美丽的存在，它们提醒我们与更广阔的宇宙之间的联系。” 迈因策尔说。

Neowise和大多数彗星一样，拖着两条延伸数百万英里的彗尾。第一条由尘埃碎片组成，由于反射阳光而发出金色的光芒。第二条尾巴由被太阳辐射撞击造成的带电气体粒子组成，向左边发出微弱的蓝光。

上一次从地球上看到彗星发出如此强烈的光芒还要追溯到上世纪90年代中期的海尔-波普彗星。

“天堂之门”（Heaven’s Gate）邪教的39名成员在这次天文事件期间于圣迭戈郊区集体自杀，闹得沸沸扬扬。他们相信这样做可以让他们搭上伴飞的外星飞船。

Neowise在7月3日最接近太阳。在地球引力弹弓的推动下，这颗彗星正在向外太空回摆。

与Neowise不同的是，大多数彗星并不会呈现壮观的景象。今年早些时候还发现了ATLAS彗星和SWAN彗星，但它们都在自己的太空之旅中熄了火。

而最著名的哈雷彗星则是个特例。它是已知唯一一颗在生命周期中确定可以被短暂观测到的彗星。（请在你的日历上记下哈雷彗星下一次出现的时间：2061年7月28日。）

更常见的情况是，彗星无法预测、反复无常；我们无法确切知道下一颗彗星会在什么时候出现。因此，摄影师和天文学家都迫不及待地抓住机会，想要在Neowise的短暂逗留中捕捉它的美丽。

译者：Agatha，天使很爱美丽

彗星是指进入太阳系内亮度和形状会随日距变化而变化的绕日运动的天体，以其呈云雾状的独特外貌著称，再加上多年难得一见的机会，彗星也成为人们对稀有物的代名词。

这次Neowise彗星造访地球，对爱好观星的人来说是一个难得的机会，虽然说理论上肉眼也可以观测，但是有望远镜可能效果会更好。我们马上就可以经历“彗星来的那一夜”了。

【088、太美了！盘点太阳系九大奇迹！】

2016-12-12 由 宇宙解码 發表于科学

NO.9 土星六角星云

美国国立光学天文台的科学家们在研究“旅行者”2号发回的土星照片时，发现了一个奇怪的现象：在土星的北极上空有个六角形的云团。这个云团以北极点为中心，并按照土星自转的速度旋转。土星北极的六角形云团并不是“旅行者”2 号直接拍到，因为“旅行者”2 号并没有直接飞越土星北极上空。但它在土星周围绕行时，从各个角度拍下了土星照片。天文学家们把那些照片合成以后，才看清了土星北极上空的全貌，也才发现了那个六角形云团。土星北极上空六角形云团的出现，促使科学家们不得不重新认识土星。

NO.8 海王星冰火山

冰火山，是存在于地外天体上的与火山相似的一种地貌，通常出现在冰冻卫星或是其他一些低温（表面温度低于-150°C）的天体上（如柯依伯带上的天体）。冰火山喷出的液体温度足够达到5000°C。但是，海王星上的冰火山是连纵的，拥有宇宙最大的冰火山带。NO.7 木星大红斑

NO.7 木星大红斑

木星大红斑和白卵是木星表面的特征性标志。木星大红斑是木星上最大的风暴气旋，长约25000千米，上下跨度12000千米，每6个地球日按逆时针方向旋转一周，经常卷起高达8千米的云塔。自从17世纪天文学家首次观测到此风暴，大红斑至少已存在200到350年。它已经改变了颜色和形状，但却从来没有完全消失过。这个大红斑的位置并不是固定不变的，而是在不断地移动。木星的大红斑大致位于南纬23°处，它的南北宽度经常保持在14000千米，东西方向上的长度在不同时期有所变化，最长时达40000千米左右，一般长度在20000～30000千米。

NO.6 土星环

土星环是太阳系行星的行星环中最突出与明显的一个，环中有不计其数的小颗粒，其大小从微米到米都有，轨道成丛集的绕着土星运转。环中的颗粒主要成分都是水冰，还有一些尘埃和其它的化学物质。虽然环的反射能够增加土星的亮度，但从地球仅凭裸眼还是看不见环。在1610年，当望远镜第一次指向天空之际，伽利略虽然未能清楚的看出环的本质，但他还是成为观察土星环的第一个人。在1655年，惠更斯成为第一个描述环是环绕土星的盘状的人。此前，人们认为，土星光环是其卫星彼此相撞或者是外来星云与土星相撞的结果，不过天文学家发现，土星光环主要由冰构成（95%）。因此，它很可能是一颗“冰壳卫星”与土星外围物质相撞后的结果。这颗死星其他部分因重量较大而坠入土星大气层。

NO.5 火星奥林匹斯山

8850米高的珠穆朗玛峰是地球上最高的山峰，同时也是最著名的攀爬圣地，但8850米这一高度在太阳系内根本不值一提。太阳系最高峰的头衔被火星的奥林匹斯山摘得。这座火山的直径超过600公里，面积相当于美国亚利桑那州，最高点高度可达到27000米，是珠穆朗玛峰的近3倍。

NO.4 土卫六

土卫六是土星最大的一颗卫星。由荷兰物理学家、天文学家和数学家克里斯蒂安·惠更斯于1655年3月25日发现，它也是在太阳系内继木星伽利略卫星发现后发现的第一颗卫星。由于它是太阳系唯一一个拥有浓厚大气层的卫星，因此被视为一个时光机器，有助我们了解地球最初期的情况，揭开地球生物如何诞生之谜。

土卫六上存在丰富的有机化合物和氮等元素，与地球早期生命形成时的环境相似。土卫六上的氰和烃在一定情况下可生成腈，再被星球上的水冰水解，生成羧酸和胺类物质，而这两者还可以生成具有重大意义的氨基酸。不过，土卫六上也存在制约生命存在的重要因素。一是温度过低，二是尚未发现液态水的存在，三是土卫六没有磁场保护，所以当它有时运行在土星的磁气层外时，便直接暴露在太阳风之下，辐射可能使生命无法存在。科学家称，土星的卫星土卫六上巨大的碳氢化合物“冰山”湖可形成奇异生命形式。美国宇航局的研究人员表示，这一最新理论或许还能解释来自这颗卫星上的巨大湖泊和海洋的奇怪读数。

NO.3 小行星带

小行星带由原始太阳星云中的一群星子（比行星微小的行星前身）形成。但是，因为木星的重力影响，阻碍了这些星子形成行星，造成许多星子相互碰撞，并形成许多残骸和碎片。小行星带内最大的三颗小行星分别是智神星、婚神星和灶神星，平均直径都超过400 公里；在主带中仅有一颗矮行星—谷神星，直径约为950公里；其余的小行星都较小，有些甚至只有尘埃大小。小行星带的物质非常稀薄，已经有好几艘太空船安全通过而未曾发生意外。在主带内的小行星依照它们的光谱和主要形式分成三类：碳质、硅酸盐和金属。另外，小行星之间的碰撞可能形成拥有相似轨道特征和成色的小行星族，这些碰撞也是产生黄道光的尘土的主要来源。

NO.2 太阳耀斑

终于说到老大了，先做个介绍

半径：696000千米（约地球110倍）。

表面面积：大约 6.09 × 10^12 平方千米。

体积：大约1.412 ×10^18立方千米（地球的1300000倍）。

质量：大约1.989×10^30 千克（地球的333400倍）。

密度： 大约1.3g/cm3。大约相对于地球密度： 0.26。

大约相对于水的密度： 1.3。

大约表面重力加速度： 2.74×10^2米/秒^2 （为地球表面重力加速度的27.9倍）。

How to Know 72 Hrs in 大约表面温度： 5770K。中心温度：大约1500万K。

日冕层温度： 5 × 200K。

发光度（LS）：大约 3.827×10^26 J s-1。

太阳寿命：约100亿年。

太阳年龄：约46亿年。

天文符号：⊙太阳活动周期： 11.04 年。

总辐射功率：3.86×10^26 瓦特（焦耳/秒）。

太阳常数 f = 1.97 卡·厘米^2·分^-1。

光谱型：G2V太阳表面脱离速度= 618.251公里/秒。

地球附近太阳风的速度：450公里/秒。

太阳运动速度（方向α=18h07m，δ=+30°）=19.7 公里/秒。

太阳归宿

任何物体均有结束，太阳也不例外。

在40亿年后，太阳内的氢消耗殆尽，核心中主要是氦原子，太阳将转变成红巨星，当其核心的氢耗尽导致核心收缩及温度升高时，太阳外层将会膨胀。当其核心温度升高到1亿K时，将发生氦的聚变而产生碳，从而进入渐近巨星分支，而当太阳内的氦元素也全部转化为碳后，太阳将抛出外壳，形成行星状星云。同时内核坍缩，形成一颗地球大小，而密度却高达10吨/CM3的白矮星。

地球的最终命运还不清楚。太阳变成红巨星时，其半径可超过2.42天文单位，超出地球的轨道，是当前太阳半径的260倍。然而，届时作为渐近巨星分支恒星，太阳将会由于恒星风而失去当前质量的约30%，因而行星轨道将会外推。仅就此而言，地球也许会幸免被太阳吞噬。然而，新的研究认为地球还是会因为潮汐作用的影响而被太阳吞掉。即使地球能逃脱被太阳熔融的命运，地球上的水将被蒸发而大气层也会散逸。实际上，即使太阳还是主序星时，它也会逐步变得更亮，表面温度缓慢上升。太阳温度的上升将在9亿年后导致地球表面温度升高，造成到我们所知的生命无法生存。其后再过10亿年，地球表面的水将完全消失。

转入正题，说说太阳耀斑

太阳色球层中一声爆炸，地球大气层即刻出现缭绕余音。耀斑爆发时，发出大量的高能粒子到达地球轨道附近时，将会严重危及宇宙飞行器内的宇航员和仪器的安全。当耀斑辐射来到地球附近时，与大气分子发生剧烈碰撞，破坏电离层，使它失去反射无线电电波的功能。无线电通信尤其是短波通信，以及电视台、电台广播，会受到干扰甚至中断。耀斑发射的高能带电粒子流与地球高层大气作用，产生极光，并干扰地球磁场而引起磁暴。此外，耀斑对气象和水文等方面也有着不同程度的直接或间接影响正因为如此，人们对耀斑爆发的探测和预报的关切程度与日俱增，正在努力揭开耀斑的奥秘。

太阳耀斑是一种剧烈的太阳活动，是太阳能量高度集中释放的过程。

一般认为发生在色球层中，所以也叫“色球爆发”。其主要观测特征是，日面上（常在黑子群上空）突然出现迅速发展的亮斑闪耀，其寿命仅在几分钟到几十分钟之间，亮度上升迅速，下降较慢。特别是在太阳活动峰年，耀斑出现频繁且强度变强。

NO.1 地球

地球，是太阳系八大行星之一，按离太阳由近及远的次序排列为第三颗。地球是太阳系的第三颗行星，也是太阳系中直径、质量和密度第三的类地行星。地球赤道半径6,378.2Km，赤道周长40075.7Km。是人类生存的唯一星球，也是目前太阳系中唯一的高等生物存在。

地球的矿物和生物等资源维持了全球的人口生存。地球上的人类分成了大约200个独立的主权国家和地区，它们通过外交、旅游、贸易和战争相互联系。人类文明曾有过很多对于这颗星球的观点，包括神创造人类、天圆地方、地球是宇宙中心等。地球是上亿种生物的家园，包括人类。地球是人类所知宇宙中唯一存在生命的天体。

地球诞生于45.67亿年前，而生命诞生于地球诞生后的10亿年内。从那以后，地球的生物圈改变了大气层和其他环境，使得需要氧气的生物得以诞生，也使得臭氧层形成。臭氧层与地球的磁场一起阻挡了来自宇宙的有害射线，保护了陆地上的生物。

地球的物理特性，和它的地质历史和轨道，使得地球上的生命能周期性地持续。地球预计将在15亿年内继续拥有生命，直到太阳不断增加亮度灭绝地球上的生物圈。地球的表面被分成几个坚硬的部分，或者叫板块，它们以地质年代为周期在地球表面移动。

地球表面大约71%是海洋，剩下的部分被分成洲和岛屿。液态水是所有已知的生命所必须的，但并不在所有其他星球表面存在。地球的内部仍然非常活跃，有一层很厚的地幔，一个液态外核和一个固态铁的内核。地球是实心的，内部分为三个部分：最外层是地壳（由岩石组成），中间是地幔（由岩浆组成），里面是地核（由岩浆组成）。地球会与外层空间的其他天体相互作用，包括太阳和月球。当前，地球绕太阳公转一周所需的时间是自转的366.26倍，这段时间被叫做一恒星年，等于365.26太阳日。地球的地轴倾斜23.4°（与轨道平面的垂线倾斜23.4°），从而在星球表面产生了周期为1恒星年的季节变化。月球是唯一的天然卫星，也是地球的卫星，诞生于45.3亿年前的月球，造成了地球上的潮汐现象，稳定了地轴的倾角，并且减慢了地球的自转。

大约38到41亿年前，后期重轰炸期的小行星撞击极大地改变了表面环境。

6亿年前，地球诞生了。地球演化大致可分为三个阶段。

50亿年以前的太阳系

第一阶段为地球圈层形成时期，其时限大致距今4600至4200Ma（百万年）。刚刚诞生时候的地球与今天大不相同。根据科学家推断，地球形成之初是一个由炽热液体物质（主要为岩浆）组成的炽热的球。随着时间的推移，地表的温度不断下降，固态的地核逐渐形成。密度大的物质向地心移动，密度小的物质（岩石等）浮在地球表面，这就形成了一个表面主要由岩石组成的地球。

第二阶段为太古宙，元古宙时期。其时限距今4200至543Ma。地球自不间断地向外释放能量。由高温岩浆不断喷发释放的水蒸气，二氧化碳等气体构成了非常稀薄的早期大气层——原始大气。随着原始大气中的水蒸气的不断增多，越来越多的水蒸气凝结成小水滴，再汇聚成雨水落入地表。就这样，原始的海洋形成了。

第三阶段为显生宙时期，其时限由543Ma至今。显生宙延续的时间相对短暂，但这一时期生物及其繁盛，地质演化十分迅速，地质作用丰富多彩，加之地质体遍布全球各地，广泛保存，可以极好的对其进行观察和研究，为地质科学的主要研究对象，并建立起了地质学的基本理论和基础知识。为了证明生命起源与地球，人们在不断通过实验和推测等研究方法，提出各种假设来解释生命诞生。1953年美国青年学者米勒（Stanley L.Miller）在实验室用充有甲烷（CH4），氨气（NH3），氢气（H2）和水（H2O）的密闭装置，以放电，加热来模拟原始地球的环境条件，合成了一些氨基酸，有机酸和尿素等物质，轰动了科学界。这个实验的结果更具说服力地表明，早期地球完全有能力孕育生命体，原始生命物质可以在没有生命的自然条件下产生出来。一些有机物质在原始海洋中，经过长期而又复杂的化学变化，逐渐形成了更大，更复杂的分子，直到形成组成生物体的基本物质——蛋白质，以及作为遗传物质的核酸等大分子物质。在一定条件下，蛋白质和核酸等物质经过浓缩，凝聚等作用，形成了一个由多种分子组成的体系，外面有了一层膜，与海水隔开，在海水中又经历了漫长，复杂的变化，最终形成了原始的生命。这时的地球一片汪洋大海。随着地壳的不断运动，大陆逐渐隆起，高出海平线。随时间的推移，终于出现了一块大陆。这时的大陆就是现在的七大洲，之后由于各各板块之间的地壳运动，一块大陆就分为了七大洲。这就是著名的大陆漂移假说。

【089、太阳（太阳系中心的恒星）】

太阳(Sun)是太阳系的中心天体，占有太阳系总体质量的99.86%。太阳系中的八大行星、小行星、流星、彗星、外海王星天体以及星际尘埃等，都围绕着太阳公转，而太阳则围绕着银河系的中心公转。

太阳是位于太阳系中心的恒星，它几乎是热等离子体与磁场交织着的一个理想球体。太阳直径大约是1392000（1.392×10）千米，相当于地球直径的109倍；体积大约是地球的130万倍；其质量大约是2×103千克（地球的330000倍）。从化学组成来看，现在太阳质量的大约四分之三是氢，剩下的几乎都是氦，包括氧、碳、氖、铁和其他的重元素质量少于2%，采用核聚变的方式向太空释放光和热。

太阳目前正在穿越银河系内部边缘猎户臂的本地泡区中的本星际云。在距离地球17光年的距离内有50颗最邻近的恒星系（与太阳距离最近的恒星是称作比邻星的红矮星，大约4.2光年）。

太阳是一颗黄矮星（光谱为G2V），黄矮星的寿命大致为100亿年，目前太阳大约45.7亿岁。在大约50至60亿年之后，太阳内部的氢元素几乎会全部消耗尽，太阳的核心将发生坍缩，导致温度上升，这一过程将一直持续到太阳开始把氦元素聚变成碳元素。虽然氦聚变产生的能量比氢聚变产生的能量少，但温度也更高，因此太阳的外层将膨胀，并且把一部分外层大气释放到太空中。当转向新元素的过程结束时，太阳的质量将稍微下降，外层将延伸到地球或者火星目前运行的轨道处（这时由于太阳质量的下降，这两颗行星将会离太阳更远）。

演化

太阳是在大约45.7亿年前在一个坍缩的氢分子云内形成。太阳形成的时间以两种方法测量：太阳目前在主序带上的年龄，使用恒星演化和太初核合成的电脑模型确认，大约就是45.7亿年。这与放射性定年法得到的太阳最古老的物质是45.67亿年非常的吻合。太阳在其主序的演化阶段已经到了中年期，在这个阶段的核聚变是在核心将氢聚变成氦。每秒中有超过400万吨的物质在太阳的核心转化成能量，产生中微子和太阳辐射。以这个速率，到目前为止，太阳大约转化了100个地球质量的物质成为能量，太阳在主序带上耗费的时间总共大约为100亿年。

太阳的生命归宿

太阳没有足够的质量爆发成为超新星，替代的是，在约50亿年后它将进入红巨星的阶段，氦核心为抵抗引力而收缩，同时变热；紧挨核心的氢包层因温度上升而加速聚变，结果产生的热量持续增加，传导到外层，使其向外膨胀。当核心的温度达到1亿K时，氦聚变将开始进行并燃烧生成碳。由于此时的氦核心已经相当于一个小型“白矮星”（电子简并态），热失控的氦聚变将导致氦闪，释放的巨大能量使太阳核心大幅度膨胀，解除了电子简并态，然后核心剩余的氦进行稳定的聚变。从外部看，太阳将如新星般突然增亮5～10个星等（相比于此前的“红巨星”阶段），接着体积大幅度缩小，变得比原先的红巨星暗淡得多（但仍将比现在的太阳亮），直到核心的碳逐步累积，再次进入核心收缩、外层膨胀阶段。这就是渐近巨星分支阶段。

地球的命运是不确定的，当太阳成为红巨星时，其半径大约会是现在的200倍，表面可能将膨胀至地球现在的轨道——1AU（1.5×1011m）。然而，当太阳成为渐近巨星分支的恒星时，由于恒星风的作用，它大约已经流失30%的质量，所以地球的轨道会向外移动。如果只是这样，地球或许可以幸免，但新的研究认为地球可能会因为潮汐的相互作用而被太阳吞噬掉。但即使地球能逃脱被太阳焚毁的命运，地球上的水仍然都会沸腾，大部分的气体都会逃逸入太空。

即使太阳仍在主序带的现阶段，太阳的光度仍然在缓慢的增加（每10亿年约增加10%），表面的温度也缓缓的提升。太阳过去的光度比较暗淡，这可能是生命在10亿年前才出现在陆地上的原因。太阳的温度若依照这样的速率增加，在未来的10亿年，地球可能会变得太热，使水不再能以液态存在于地球表面，而使地球上所有的生物趋于灭绝。

继红巨星阶段之后，激烈的热脉动将导致太阳外层的气体逃逸，形成行星状星云。在外层被剥离后，唯一留存下来的就是恒星炙热的核心——白矮星，并在数十亿年中逐渐冷却和黯淡。这是低质量与中质量恒星演化的典型。

质量体积

太阳是一个巨大而炽热的气体星球。知道了日地距离，再从地球上测得太阳圆面的视角直径，从简单的三角关系就可以求出太阳的半径为69.6万千米，是地球半径的109倍。由此可以算出太阳的体积为地球的130万倍。

天文学家根据开普勒行星运动的第三定律，利用地球的质量和它环绕太阳运转的轨道半径及周期，还可以推算出太阳的质量为1.989×103千克，这个质量是地球的33万倍。并且集中了太阳系99.86%的质量。但是，即使这样一个庞然大物，在茫茫宇宙之中，却也不过只是一颗质量中等的普通恒星而已。

由太阳的体积和质量，可以计算出太阳平均密度为1.409克/厘米3，约为地球平均密度的0.26倍。太阳表面的重力加速度等于273.9810米/秒2，约为地球表面重力加速度的28倍，如果一个人站在太阳表面，那么他的体重将会是在地球上的20倍。太阳表面的逃逸速度约617.7公里/秒，任何一个中性粒子的速度必须大于这个值，才能脱离太阳的吸引力而跑到宇宙空间中去。

所处位置

太阳只是宇宙中一颗十分普通的恒星，但它却是太阳系的中心天体。太阳系中，包含我们的地球在内的八大行星、一些矮行星、彗星和其它无数的太阳系小天体，都在太阳的强大引力作用下环绕太阳运行。太阳系的疆域庞大，仅以冥王星为例，其运行轨道距离太阳就将近40个天文单位，也就是60亿千米之遥远，而实际上太阳系的范围还要数十倍于此。

但是这样一个庞大的太阳系家族，在银河系中却仅仅只是十分普通的沧海一粟。银河系拥有至少1000亿颗以上的恒星，直径约10万光年。太阳位于银道面之北的猎户座旋臂上，距离银河系中心约30000光年，在银道面以北约26光年，它一方面绕着银心以每秒250公里的速度旋转，周期大概是2.5亿年，另一方面又相对于周围恒星以每秒19.7公里的速度朝着织女星附近方向运动。太阳也在自转，其周期在日面赤道带约25天；两极区约为35天。

太阳正在穿越银河系内部边缘猎户臂的本地泡区中的本星际云。在距离地球17光年的距离内有50颗最邻近的恒星系（距离最近的一颗恒星是红矮星，被称为比邻星，距太阳大约4.2光年），太阳的质量在这些恒星中排在第四。太阳在距离银河中心24000至26000光年的距离上绕着银河公转，从银河北极鸟瞰，太阳沿顺时针轨道运行，大约2亿2500万至2亿5000万年绕行一周。由于银河系在宇宙微波背景辐射（CMB）中以550公里/秒的速度朝向长蛇座的方向运动，这两个速度合成之后，太阳相对于CMB的速度是370公里/秒，朝向巨爵座或狮子座的方向运动。

在南门二（比邻星所在的三合星系统）的位置观看我们的太阳时，太阳则会成为仙后座中一颗视星等为0.5等的恒星。大体来说，仙后座的外形将会从\/\/变成/\/\/，太阳将会位在仙后座ε星的尾端。

旋转

公转

太阳绕银河系中心公转，绕银河系中心公转周期约2.5×10年。银河系中心可能有巨大黑洞，但它周围布满了恒星，所以看上去象“银盘”。这些恒星都绕“银核”公转。与地球公转不同，这些恒星公转每绕一周离“银核”会更近。

太阳自转

太阳和其它天体一样，也在围绕自己的轴心自西向东自转，但观测和研究表明，太阳表面不同的纬度处，自转速度不一样。在赤道处，太阳自转一周需要25.4天，而在纬度40处需要27.2天，到了两极地区，自转一周则需要35天左右。这种自转方式被称为“较差自转”。 

构造

根据太阳活动的相对强弱，太阳可分为宁静太阳和活动太阳两大类。宁静太阳是一个理论上假定宁静的球对称热气体球，其性质只随半径而变，而且在任一球层中都是均匀的，其目的在于研究太阳的总体结构和一般性质。在这种假定下，按照由里往外的顺序，太阳是由核心、辐射区、对流层、光球层、色球层、日冕层构成。光球层之下称为太阳内部；光球层之上称为太阳大气。

太阳磁场

太阳圈电流片延伸到太阳系外，结果是来自太阳的旋转磁场影响到星际物质中的等离子体。

太阳是磁力活跃的恒星，它支撑一个强大、年复一年在变化的磁场，并且大约每11年环绕着太阳极大期反转它的方向太阳磁场会导致很多影响，称为太阳活动，包括在太阳表面的太阳黑子、太阳耀斑、和携带着物质穿越太阳系且不断变化的太阳风。太阳活动对地球的影响包括在高纬度的极光，和扰乱无线电通讯和电力。太阳活动被认为在太阳系的形成和演化扮演了很重要的角色，太阳因为高温的缘故，所有的物质都是气体和等离子体，这使得太阳的转速可能在赤道（大约25天）较快，而不是高纬度（在两极约为35天）太阳因纬度不同的较差自转造成它的磁场线随着时间而纠缠在一起，造成磁场圈从太阳表面喷发出来，并触发太阳形成系距性的太阳黑子和日珥（参见磁重联）。随着太阳每11年反转它本身的磁场，这种纠缠创造了太阳发电机和11年的太阳磁场活动太阳周期。

太阳磁场朝太阳本体外更远处延伸，磁化的太阳风等离子体携带着太阳的磁场进入太空，形成所谓的行星际磁场由于等离子体只能沿着磁场线移动，离开太阳的行星际磁场起初是沿着径向伸展的。因位在太阳赤道上方和下方离开太阳的磁场具有不同的极性，因此在太阳的赤道平面存在着一层薄薄的电流层，称为太阳圈电流片。太阳的自转使得远距离的磁场和电流片旋转成像是阿基米德螺旋结构，称为派克螺旋。行星际磁场的强度远比太阳的偶极性磁场强大。太阳50-400μT的磁偶极（在光球）随着距离的三次方衰减，在地球的距离上只有0.1nT。然而依据太空船的观测，在地球附近的行星际磁场是这个数值的100倍，大约是5nT。

内部

核反应区

从中心到0.25太阳半径是太阳发射巨大能量的真正源头，也称为核反应区。在这里，太阳核心处温度高达1500万度，压力相当于3000亿个大气压，随时都在进行着四个氢核聚变成一个氦核的热核反应。根据原子核物理学和爱因斯坦的质能转换关系式E=mc2，每秒钟有质量为6亿吨的氢经过热核聚变反应为5.96亿吨的氦，并释放出相当于400万吨氢的能量，正是这巨大的能源带给了我们光和热，但这损失的质量与太阳的总质量相比，却是不值一提的。根据对太阳内部氢含量的估计，太阳至少还有50亿年的正常寿命。

辐射区

0.25太阳半径～0.86太阳半径是太阳辐射区，它包含了各种电磁辐射和粒子流。辐射从内部向外部传递过程是多次被物质吸收而又再次发射的过程。从核反应区到太阳表面的行程中，能量依次以X射线、远紫外线、紫外线，最后是可见光的形式向外辐射。太阳是一个取之难尽，用之不竭的能量源泉。

太阳对流层

对流层是辐射区的外侧区域，其厚度约有十几万千米，由于这里的温度、压力和密度梯度都很大，太阳气体呈对流的不稳定状态。使物质的径向对流运动强烈，热的物质向外运动，冷的物质沉入内部，太阳内部能量就是靠物质的这种对流，由内部向外部传输。

大气层

太阳光球以上的部分统称为太阳大气层，跨过整个电磁频谱，从无线电、可见光到伽马射线，都可以观察它们分为5个主要的部分：温度极小区、色球、过渡区、日冕、和太阳圈，太阳圈可能是太阳大气层最稀薄的外缘并且延伸到冥王星轨道之外与星际物质交界，交界处称为日鞘，并且在那儿形成剪切的激波前缘。色球、过渡区和日冕的温度都比太阳表面高，原因还没有获得证实，但证据指向阿尔文波可能携带了足够的能量将日冕加热。

光球

对流层上面的太阳大气，称为太阳光球。光球是一层不透明的气体薄层，厚度约500千米。它确定了太阳非常清晰的边界，几乎所有的可见光都是从这一层发射出来的。 

色球

色球位于光球之上。厚度约2000千米。太阳的温度分布从核心向外直到光球层，都是逐渐下降的，但到了色球层，却又反常上升，到色球顶部时已达几万度。由于色球层发出的可见光总量不及光球的1%，因此人们平常看不到它。只有在发生日全食时，即食既之前几秒种或者生光以后几秒钟，当光球所发射的明亮光线被月影完全遮掩的短暂时间内，在日面边缘呈现出狭窄的玫瑰红色的发光圈层，这就是色球层。平时，科学家们要通过单色光（波长为6563埃）色球望远镜才能观测到太阳色球层。

日冕

日冕是太阳大气的最外层，由高温、低密度的等离子体所组成。亮度微弱，在白光中的总亮度比太阳圆面亮度的百分之一还低，约相当于满月的亮度，因此只有在日全食时才能展现其光彩，平时观测则要使用专门的日冕仪。日冕的温度高达百万度，其大小和形状与太阳活动有关，在太阳活动极大年时，日冕接近圆形；在太阳宁静年则呈椭圆形。自古以来，观测日冕的传统方法都是等待一次罕见的日全食——在黑暗的天空背景上，月面把明亮的太阳光球面遮掩住，而在日面周围呈现出青白色的光区，就是人们期待观测的太阳最外层大气——日冕。  

太阳圈

太阳圈，从大约20太阳半径（0.1天文单位）到太阳系的边缘，这一大片环绕着太阳的空间充满了伴随太阳风离开太阳的等离子体。他的内侧边界是太阳风成为超阿耳芬波的那层位置——流体的速度超过阿耳芬波。因为讯息只能以阿耳芬波的速度传递，所以在这个界限之外的湍流和动力学的力量不再能影响到内部的日冕形状。太阳风源源不断的进入太阳圈之中并向外吹拂，使得太阳的磁场形成螺旋的形状，直到在距离太阳超过50天文单位之外撞击到日鞘为止。

在2004年12月，旅行者1号探测器已穿越过被认为是日鞘部分的激波前缘。两艘航海家太空船在穿越边界时都侦测与记录到能量超过一般微粒的高能粒子。

太阳光

阳光是地球能量的主要来源。太阳常数是在距离太阳1天文单位的位置（也就是在或接近地球），直接暴露在阳光下的每单位面积接收到的能量，其值约相当于1,368W/m3（瓦每平方米）。经过大气层的吸收后，抵达地球表面的阳光已经衰减——在大气清澈且太阳接近天顶的条件下也只有约1,000W/m3。

有许多种天然的合成过程可以利用太阳能——光合作用是植物以化学的方式从阳光中撷取能量（氧的释出和碳化合物的减少），直接加热或使用太阳电池转换成电的仪器被使用在太阳能发电的设备上，或进行其他的工作；有时也会使用集光式太阳能（也就是凝聚阳光）。储存在原油和其它化石燃料中的能量是来自遥远的过去经由光合作用转换的太阳能。

太阳对流层

太阳的外层，从它的表面向下至大约200,000公里（或是70%的太阳半径），太阳的等离子体已经不够稠密或不够热不再能经由传导作用有效的将内部的热向外传送；换言之，它已经不够透明了。结果是，当热柱携带热物质前往表面（光球）产生了热对流。一旦这些物质在表面变冷，它会向下切入对流带的底部，再从辐射带的顶部获得更多的热量在可见的太阳表面，温度已经降至5700K，而且密度也只有0.2公克/立方米（大约是海平面密度的六千分之一）。

在对流带的热柱形成在太阳表面上非常重要的，像是米粒组织和超米粒组织。在对流带的湍流会在太阳内部的外围部分造成“小尺度”的发电机，这会在太阳表面的各处产生磁南极和磁北极。太阳的热柱是贝纳得穴流因此往往像六角型的棱镜。 

参数

能量

太阳热核反应

作为一颗恒星，太阳，其总体外观性质是，光度为383亿亿亿瓦，绝对星等为4.8。是一颗黄色G2型矮星，有效温度等于开氏5800度。太阳与在轨道上绕它公转的地球的平均距离为149597870千米（499.005光秒或1天文单位）。按质量计，它的物质构成是71%的氢、26%的氦和少量较重元素。它们都是通过核聚变来释放能量的，根据理论太阳最后核聚变反应产生的物质是铁和铜等金属。

观测

日地平均的距离（1天文单位）：1.49597870×1011米（1亿5千万公里）

日地最远的距离：1.5210×1011米

日地最近的距离：1.4710×1011米

远日点与近日点距离相差500万千米

视星等：-26.74等

绝对星等：4.83等

热星等：-26.82等

绝对热星等：4.75等  

物理

日地平均距离

149,598,000千米

半径

696,000千米

质量

1.989×1033克

平均密度

1.409克/立方厘米

有效温度

5,770K

自转会合周期

26.9日（赤道）；31.1日（极区）

光谱型

G2V

目视星等

-26.74等

目视绝对星等

4.83等

表面重力加速度

27,400厘米/平方秒

表面逃逸速度

617.7千米/秒

中心温度

约15,000,000K

中心密度

约160克/立方厘米

年龄

50亿年

表面面积

大约6.09×1012平方千米

体积

大约1.412×101立方千米

日冕层温度

5×200K

发光度（LS）

大约3.827×102·Js·1

太阳寿命

约100亿年

天文符号

☉

太阳活动周期

11.04年

总辐射功率

3.86×102瓦特

光球成分（质量）

名称

所占百分比

氢

73.46%

氦

24.85%

氧

0.77%

碳

0.29%

铁

0.16%

氖

0.12%

氮

0.09%

硅

0.07%

镁

0.05%

硫

0.04%

太阳辐射的峰值波长（500纳米）介于光谱中蓝光和绿光的过渡区域。恒星的温度与其辐射中占主要地位的波长有密切关系。就太阳来说，其表面的温度大约在5800K。然而，由于人的眼睛对峰值波长周围的其它颜色更敏感，所以太阳看起来呈现出黄色或是红色。

太阳活动

太阳看起来很平静，实际上无时无刻不在发生剧烈的活动。太阳由里向外分别为太阳核反应区、太阳对流层、太阳大气层。其中22亿分之一的能量辐射到地球，成为地球上光和热的主要来源。太阳表面和大气层中的活动现象，诸如太阳黑子、耀斑和日冕物质喷发（日珥）等，会使太阳风大大增强，造成许多地球物理现象──例如极光增多、大气电离层和地磁的变化。

太阳活动和太阳风的增强还会严重干扰地球上无线电通讯及航天设备的正常工作，使卫星上的精密电子仪器遭受损害，地面通讯网络、电力控制网络发生混乱，甚至可能对航天飞机和空间站中宇航员的生命构成威胁。因此，监测太阳活动和太阳风的强度，适时作出“空间气象”预报，越来越显得重要。

太阳黑子

4000年前古时候祖先肉眼都看到了像3条腿的乌鸦的黑子，通过一般的光学望远镜观测太阳，观测到的是光球层的活动。在光球上常常可以看到很多黑色斑点，它们叫做“太阳黑子”。太阳黑子在日面上的大小、多少、位置和形态等，每天都不同。太阳黑子是光球层物质剧烈运动而形成的局部强磁场区域，也是光球层活动的重要标志。长期观测太阳黑子就会发现，有的年份黑子多，有的年份黑子少，有时甚至几天，几十天日面上都没有黑子。天文学家们早就注意到，太阳黑子从最多或最少的年份到下一次最多或最少的年份，大约相隔11年。也就是说，太阳黑子有平均11年的活动周期，这也是整个太阳的活动周期。天文学家把太阳黑子最多的年份称之为“太阳活动峰年”，把太阳黑子最少的年份称之为“太阳活动谷年”。

经过数世纪的研究，人类对太阳黑子的研究已经有了一定的成果。

分为以下几点：

1.太阳黑子是太阳表面温度相对较低而显得黑的区域。

2.黑子会对地球的磁场和电离层产生干扰，指南针不能正确指示方向，动物迷路，无线电通讯受到严重影响或中断，直接危害飞机、轮船、人造卫星等通讯系统安全。

太阳黑子活动的高峰期，太阳会发射大量的高能粒子流与X射线，引起地球磁暴现象，导致气候异常，地球上微生物因此大量繁殖，这就为流行疾病提供了温床。

同时，太阳黑子的活动，还会引起生物体物质出现电离现象，引起感冒病毒中遗传因子变异，或者发生突变性的遗传，产生强感染力的亚型流感病毒，形成流行性感冒，或者导致人体的生理发生其他复杂的生化反应，影响健康。

因此，太阳黑子量达到高峰期时，人类要及早预防流行性疾病。

有趣的是，一位瑞士天文学家发现，太阳黑子多的时候，气候干燥，农业丰收，黑子少的时候，暴雨成灾。地震工作者发现，太阳黑子数目增多的时候，地球上的地震也多。植物学家发现，植物的生长也随着太阳黑子的出现而呈现11年周期的变化，黑子多长得快，黑子少长得慢。

太阳耀斑

太阳耀斑是一种剧烈的太阳活动，是太阳能量高度集中释放的过程。一般认为发生在色球层中，所以也叫“色球爆发”。其主要观测特征是，日面上（常在黑子群上空）突然出现迅速发展的亮斑闪耀，其寿命仅在几分钟到几十分钟之间，亮度上升迅速，下降较慢。特别是在太阳活动峰年，耀斑出现频繁且强度变强。

别看它只是一个亮点，一旦出现，简直是一次惊天动地的大爆发。这一增亮释放的能量相当于10万至100万次强火山爆发的总能量，或相当于上百亿枚百吨级氢弹的爆炸；而一次较大的耀斑爆发，在一二十分钟内可释放10的25次幂焦耳的巨大能量。

除了日面局部突然增亮的现象外，耀斑更主要表现在从射电波段直到X射线的辐射通量的突然增强；耀斑所发射的辐射种类繁多，除可见光外，有紫外线、X射线和伽玛射线，有红外线和射电辐射，还有冲击波和高能粒子流，甚至有能量特高的宇宙射线。

耀斑对地球空间环境造成很大影响。太阳色球层中一声爆炸，地球大气层即刻出现缭绕余音。耀斑爆发时，发出大量的高能粒子到达地球轨道附近时，将会严重危及宇宙飞行器内的宇航员和仪器的安全。当耀斑辐射来到地球附近时，与大气分子发生剧烈碰撞，破坏电离层，使它失去反射无线电电波的功能。无线电通信尤其是短波通信，以及电视台、电台广播，会受到干扰甚至中断。耀斑发射的高能带电粒子流与地球高层大气作用，产生极光，并干扰地球磁场而引起磁暴。

此外，耀斑对气象和水文等方面也有着不同程度的直接或间接影响正因为如此，人们对耀斑爆发的探测和预报的关切程度与日俱增，正在努力揭开耀斑的奥秘。

光斑

太阳光球层上比周围更明亮的斑状组织。用天文望远镜对它观测时，常常可以发现：在光球层的表面有的明亮有的深暗。这种明暗斑点是由于这里的温度高低不同而形成的，比较深暗的斑点叫做“太阳黑子”，比较明亮的斑点叫做“光斑”。光斑常在太阳表面的边缘“表演”，却很少在太阳表面的中心区露面。因为太阳表面中心区的辐射属于光球层的较深气层，而边缘的光主要来源光球层较高部位，所以，光斑比太阳表面高些，可以算得上是光球层上的“高原”。

光斑也是太阳上一种强烈风暴，天文学家把它戏称为“高原风暴”。不过，与乌云翻滚，大雨滂沱，狂风卷地百草折的地面风暴相比，“高原风暴”的性格要温和得多。光斑的亮度只比宁静光球层略强一些，一般只大10%；温度比宁静光球层高300℃。许多光斑与太阳黑子还结下不解之缘，常常环绕在太阳黑子周围“表演”。少部分光斑与太阳黑子无关，活跃在70°高纬区域，面积比较小，光斑平均寿命约为15天，较大的光斑寿命可达三个月。光斑不仅出现在光球层上，色球层上也有它活动的场所。当它在色球层上“表演”时，活动的位置与在光球层上露面时大致吻合。不过，出现在色球层上的不叫“光斑”，而叫“谱斑”。实际上，光斑与谱斑是同一个整体，只是因为它们的“住所”高度不同而已，这就好比是一幢楼房，光斑住在楼下，谱斑住在楼上。

米粒组织

米粒组织是太阳光球层上的一种日面结构。呈多角形小颗粒形状，得用天文望远镜才能观测到。米粒组织的温度比米粒间区域的温度约高300℃，因此，显得比较明亮易见。虽说它们是小颗粒，实际的直径也有1000公里～2000公里。

明亮的米粒组织很可能是从对流层上升到光球的热气团，不随时间变化且均匀分布，且呈现激烈的起伏运动。米粒组织上升到一定的高度时很快就会变冷，并马上沿着上升热气流之间的空隙处下降；寿命也非常短暂来去匆匆，从产生到消失，几乎比地球大气层中的云消烟散还要快平均寿命只有几分钟，此外，发现的超米粒组织，其尺度达3万公里左右，寿命约为20小时。 

太阳风

太阳风是一种连续存在，来自太阳并以200-800km/s的速度运动的等离子体流这种物质虽然与地球上的空气不同，不是由气体的分子组成，而是由更简单的比原子还小一个层次的基本粒子——质子和电子等组成，但它们流动时所产生的效应与空气流动十分相似，所以称它为太阳风。

当然，太阳风的密度与地球上的风的密度相比，是非常非常稀薄而微不足道的，一般情况下，在地球附近的行星际空间中，每立方厘米有几个到几十个粒子。而地球上风的密度则为每立方厘米有2687亿亿个分子。太阳风虽然十分稀薄，但它刮起来的猛烈劲却远远胜过地球上的风。在地球上，12级台风的风速是每秒32.5米以上而太阳风的风速，在地球附近却经常保持在每秒350～450千米，是地球风速的上万倍，最猛烈时可达每秒800千米以上。

太阳风从太阳大气最外层的日冕，向空间持续抛射出来的物质粒子流。这种粒子流是从冕洞中喷射出来的，其主要成分是氢粒子和氦粒子。太阳风有两种：一种持续不断地辐射出来，速度较小，粒子含量也较少，被称为“持续太阳风”；另一种是在太阳活动时辐射出来，速度较大，粒子含量也较多，这种太阳风被称为“扰动太阳风”。扰动太阳风对地球的影响很大，当它抵达地球时，往往引起很大的磁暴与强烈的极光，同时也产生电离层骚扰。

冕洞现象

冕洞的分布区域可达太阳表面多数地区，尤其是在太阳的两极地区，科学家已经发现冕洞内部存在磁场线的闭合和开放，如果磁场线突然打开或者闭合，那么太阳表面就会出现较大范围的冕洞覆盖现象，其分布区域远大于两极地区，冕洞形成时可携带大量的炙热等离子体，磁场线开放的区域可以看到冕洞的一些细节上变化，比如冕洞周围出现类似浪花状的结构等。

事实上，冕洞分布在日冕物质中密度较低的空间，而且温度极高，可达到数百万度。

太阳动力学天文台目前正在监视太阳表面的异常变化，太阳正处于为期11年的活动周期高峰时段，未来我们还将看到强烈的太阳耀斑以及日冕物质抛射等现象。

这些太阳活动的背后都有磁场因素的介入，对太阳活动的判断似乎较为困难。科学家还发现如果冕洞发生的区域分布在太阳表面的高纬度地区，那么可形成速度较快的太阳风。

太阳的未来

太阳上绝大多数的氢正逐渐燃烧转变为氦，可以说太阳正处于最稳定的主序星阶段。对太阳这样质量的恒星而言，主序星阶段约可持续110亿年。恒星由于放出光而慢慢地在收缩，而在收缩过程中，中心部分的密度就会增加，压力也会升高，使得氢会燃烧得更厉害，这样一来温度就会升高，太阳的亮度也会逐渐增强。太阳自从45亿年前进入主序星阶段到如今，太阳光的亮度增强了30%，预计今后还会继续增强，使地球温度不断升高。

65亿年后，当太阳的主序星阶段结束时，预计太阳光的亮度将是如今的2.2倍，而地球的平均温度要比如今高60℃左右。届时就算地球上仍有海水，恐怕也快被蒸发光了。若仅从平均温度来看，火星反而会是最适宜人类居住的星球。在主序星阶段，因恒星自身引力而造成收缩的这股向内的力和因燃烧而引起的向外的力会互相牵制而达到平衡。但在65亿年后，太阳中心部分的氢会燃尽，最后只剩下其周围的球壳状部分有氢燃烧。在球壳内不再燃烧的区域，由于抵消引力的向外的力减弱而开始急速收缩，此时太阳会越来越亮，球壳外侧部分因受到影响而导致温度升高并开始膨胀，这便是另一个阶段——红巨星阶段的开始。红巨星阶段会持续数亿年，其间太阳的亮度会达到如今的2000倍，木星和土星周围的温度也会升高，木星的冰卫星以及作为土星特征的环都会被蒸发得无影无踪，最后，太阳的外层部分甚至会膨胀到如今的地球轨道附近。

另一方面，从外层部分会不断放出气体，最终太阳的质量会减至主序星阶段的60%。因太阳引力减弱之故，行星开始远离太阳。当太阳质量减至原来的60%时，行星和太阳的距离要比现在扩大70%。这样一来，虽然水星和金星被吞没的可能性极大，但地球在太阳外层部分到达之前应该会拉大距离而存活下来，火星和木星型行星（木星，土星，天王星，海王星）也会存活下来。

像太阳这般质量的星球，在其密度已变得非常高的中心部分只会收缩到一定程度，也就是温度只会升高到某种程度，中心部分的火会渐渐消失。太阳逐渐失去光芒，膨胀的外层部分将收缩，冷却成致密的白矮星。通过红巨星时代考验而存留下来的行星将会继续围绕太阳运行，所有一切都将被冻结，最后太阳系迎接的将会是寂静状态的结束。

若太阳这种恒星变为白矮星，每秒自转一周。密度至少为1.41×1011kg/m3。

【090、太阳本动】

太阳运动，是指太阳相对于本地静止标准的运动，也叫太阳本动。1783年，F.W.赫歇耳分析天狼、北河二、北河三、南河三、轩辕十四、大角和河鼓二这7颗恒星的自行,认为它们的运动趋向是太阳空间运动的反映，并指出太阳朝向武仙座运动。1837年,阿格兰德尔根据390个恒星的自行资料，证实了F.W.赫歇耳的结论。

观测数据

根据观测，太阳对邻近恒星的运动速度是每秒19.7公里，朝向武仙座一点，该点1950.0历元的天球坐标是赤经α=184±7,赤纬δ=+30°±1°。对应的银道坐标是L媺=56°,b媺=23°。该点叫作太阳向点，简称向点。在天球上与之相对的一点，叫作太阳背点，简称背点。向点附近的恒星趋近太阳，视向速度在向点达极大值。背点附近的恒星渐离太阳，视向速度在背点达极大值。

运动标准

太阳相对于本地静止标准的运动，也叫太阳本动。本地静止标准可以从两方面确定。它们都是以太阳为瞬时中心的参考标架。一个方面是动力学静止标准,它的定义是太阳绕银心作圆轨道运动。所以，太阳附近的、具有同样公转的所有恒星，在此参考标架中都是相对静止的。另一个方面是运动学本地静止标准，它使太阳附近所有恒星的空间速度平均为零，实际上是以银心为中心的本地恒星平均运动的标架。

【091、太阳表面温度达5500度，为什么太空还是冰冷的？这里告诉你】

2021-03-25 六分钟科普

我们都知道，万物生长靠太阳，阳光对于地球生命的重要性，地球的能量都来源于太阳。太阳的温度非常高，内核温度达到1500万度，表面温度5500度，把地球都晒热了，但是为什么太阳和地球之间广袤的太空却接近绝对零度呢？

首先了解一下太阳的热量来自哪里呢？太阳是个直径大约140万千米的恒星，它占据了整个太阳系99.86%以上的质量，正是因为太阳巨大的质量，在引力的作用下，内部的温度急剧升高，使得太阳内部的物质状态成为了等离子状态。于是，太阳内部其实是粒子到处乱串的状态，其中有电子，原子核，光子等。

这时候，太阳内部氢原子核和氦原子核发生核聚变反应，生产氦原子核，在这个过程中被损坏的那部分质量转化成了能量，太阳的热能量就是从这里散发出去的。

太阳释放的能量如此巨大，日地距离之间的太空还是接近绝对零度，这是为什么呢？

要想知道答案，首先我们要明白温度的本质是什么，换句话说热量是怎么产生的。温度的本质就是由分子相互碰撞产生的。大家应该都有过这样一种经历，用两块石头相互撞击，这两块石头会产生热量，碰撞的速度越快，热量就越高。而分子就相当于微观世界的石头，它们相互撞击也会产生热量，同样，分子运动速度越快，碰撞就越激烈，产生的热量就越多，温度就越高，反之，如果分子运动很慢，碰撞几率就很低，就不会产生热量，温度就越低。这就是温度的本质，所以温度产生的前提就是必须存在分子，也就是必须存在物质，因为物质的基本组成单位就是分子。弄清楚了温度的本质，我们再来分析一下，太阳为什么可以让地球产生温度，因为地球到处都充满物质，由于地球存在大量物质，因此地球各个角落都存在大量分子，因此地球拥有产生温度的基础，这个时候，如果让地球上大量分子获得加速能能量，这些分子就会发生激烈碰撞，就可以产生温度了，而太阳就充当这个角色，每天太阳核聚变产生的能量源源不断地输送到地球，让地球分子获得大量加速能量，由于温度就是由分子碰撞产生的，所以地球温度自然就升高了，在这里又要纠正一个常识性错误：地球的温度不是太阳输送过来的，而是地球自己产生的，太阳给地球输送的是能量。这也就是为什么太阳直射的地方温度高的原因，因为太阳直射的地方，分子获得加速能量就越多，碰撞的更激烈，产生的热量更多。反之，没有被太阳照射的地方，温度要低很多，因为这个地方的分子获得太阳加速能量相对较少。说完地球，再来说说宇宙，宇宙为什么不会产生温度，因为宇宙是一个真空状态，里面存在的物质非常稀少，包括产生温度的基本物质分子也极其稀少，没有分子就失去产生温度的基础，换句话说，没有分子的话，即使给它输送再多的能量，它也不会产生温度的，所以虽然宇宙能够从太阳获得源源不断的能量，但是由于宇宙是一个真空空间，没有物质，没有分子，所以它不会产生热量，没有热量温度自然就非常低，这就是宇宙一直保持寒冷的根本原因。

【092、太阳风暴（自然现象） 】

太阳风暴，为自然现象，是指太阳上的剧烈爆发活动及其在日地空间引发的一系列强烈扰动。太阳爆发活动是太阳大气中发生的持续时间短暂、规模巨大的能量释放现象，主要通过增强的电磁辐射、高能带电粒子流和等离子体云等三种形式释放。太阳爆发活动喷射的物质和能量到达近地空间后，可引起地球磁层、电离层、中高层大气等地球空间环境强烈扰动，从而影响人类活动。

“太阳风暴”并非科技术语，而是太阳爆发活动及其引起的近地扰动的一种形象和通俗的说法。这里把太阳和地球空间看作一个整体，用太阳风暴一个概念综合描述太阳爆发活动和对地空间环境影响两个方面，既具有时代特色，又便于人们的理解。外文名Solar storm。

风暴由来

太阳爆发活动是太阳风暴的起源，它常常表现为两种现象，一种是人类很早就观测到的耀斑，一种是太阳爆发活动引起的各类地球空间环境扰动。

耀斑

耀斑是太阳电磁辐射突然增强的一种表现，在太阳观测图片上，耀斑常常表现为某区域的突然增亮。另外一种是较晚才观测到的日冕物质抛射，它是太阳上一团带有磁场的等离子体，脱离太阳束缚，向外抛出的现象。

耀斑和日冕物质抛射不一定同时出现，它们发生时也可能会喷射出大量的高能带电粒子，这些粒子主要是质子。增强的电磁辐射、高能带电粒子和快速等离子体云是太阳爆发活动喷射的主要能量和物质。

地球环境扰动

当太阳爆发的物质和能量朝向地球时，就可能引起地球空间环境的扰动，进而影响人类活动。不同太阳爆发活动到达地球空间的时间也不一样。耀斑爆发时增强的地磁辐射以光速到达地球空间，时间只需约8分钟，它主要引起电离层突然骚扰，影响短波通信环境。高能带电粒子到达地球空间时间缓慢，约几十分钟，一方面它引起极区电离层电子密度增加，产生电波极盖吸收事件，另一方面它会直接轰击航天器，给航天器带来辐射损伤等多种影响。

日冕物质抛射的快速等离子体云需要大约1天~4天的时间才能到达地球，它首先与地球的磁层发生相互作用，引起地球磁场变化，产生地磁暴，随后引发地球空间高能电子暴、热等离子体注入、电离层暴、高层大气密度增加等多种空间环境扰动事件，对卫星运行、导航通信和地面系统产生一系列的影响。把太阳爆发中增强的电磁辐射、高能带电粒子、快速等离子体云先后对地球空间环境造成影响的过程形象的称之为三轮“攻击”。

极光

人类肉眼能看到飓风的到来，却无法察觉太阳风暴的来临。当太阳爆发的物质和能量在广袤无垠的行星际空间中无影无形地扩散传播，人类只能通过专门的探测仪器，才能感知太阳风暴的到来。唯一能用肉眼看到的太阳风暴现象是绚丽多姿的极光。

风暴特点

科学家通过对太阳活动和近地空间环境的检测和研究，逐渐了解到太阳风暴的一些特点和规律，最为突出的是太阳风暴的周期性、突发性和地域性。

周期性

太阳风暴的周期性主要表现在太阳活动水平的周期变化上。太阳活动水平具有11年左右的周期变化特征，有太阳活动高年和低年之分，从黑子数的多寡以及太阳10.7厘米射电流量的变化，就能很容易看出太阳活动的这种周期变化。

通常在太阳高年，太阳爆发活动较多，太阳风暴发生频次较高，强度大。相反，在太阳活动低年，太阳爆发活动少，太阳风暴发生频次低，强度相对较弱。

对于太阳黑子数，人类已经有23个太阳活动周期的完整记录。第24太阳活动周起始于2008年12月，当前正处于太阳活动高年阶段。

突发性

太阳风暴的周期性是一种长期统计规律。对于某次太阳爆发活动事件而言，其具体发生时间和爆发强度很难准确预报。相对于人类目前的认识水平，太阳风暴的发生具有很强的随机性和突发性，类似目前人类虽然知道地球上有一些地震活跃带，但却无法准确预测某次地震发生的时间和强度。虽然太阳爆发活动具有很强的突发性，但人类对它的影响并不是束手无策。由于地球空间环境扰动大部分发生在太阳爆发几十分钟至几十小时之后，我们可以通过对太阳活动和地球空间环境的监测来分析预测太阳爆发引起的地球空间环境扰动的发生和发展。

地域性

太阳爆发引起的某种空间环境扰动，在地球空间中的不同位置，响应程度有所不同。这一方面是由地球空间环境自身的复杂变化规律决定的，另一方面也与太阳直接照射的区域不同有关。

太阳风暴的危害

随着科技的进步和信息化水平的不断提高，太阳风暴的影响和危害日益凸显。同时由于人类各种技术系统之间的关系日益错综复杂，太阳风暴影响的范围更加广泛，影响程度也不断加剧。太阳风暴对地球的三轮攻击会给人类的技术系统带来多种影响和危害。按照技术系统分类，太阳风暴的影响主要有对卫星、无线电通信和地面技术系统三个方面的影响。

影响卫星安全

太阳爆发所喷射的高能带电粒子到达地球附近后，使在轨卫星遭遇的高能带电粒子急剧增加。这些高能带电粒子具有极高的能量，能穿透卫星外壳，给卫星平台和携带的有效载荷带来多种辐射效应。可能引起微电子器件逻辑错误，造成程序混乱，严重时可能造成器件内部短路、击穿；也可能引起材料性能衰退，成像系统噪声增加，太阳能电池效率降低。同时，高能带电粒子还可能对宇航员造成辐射伤害。地磁暴期间，可能引起卫星的充/放电现象，放电脉冲可能干扰、破坏电子元器件的正常运行；高层大气密度增加会改变地轨道卫星的运行姿态和轨道高度等。如果不对卫星进行合理的防护设计和科学的在轨管理，太阳风暴可能对卫星造成巨大影响，严重时甚至能导致整星失效。

自1957年人类进入太空以来，曾多次经历卫星运行受太阳风暴影响的事例。太阳风暴导致卫星失效的事情也不乏其数。2000年的巴士底太阳风暴（因发生在法国大革命攻占巴士底狱的纪念日而得名），使多颗卫星发生故障，一颗卫星失效。例如，美国地球静止轨道环境业务卫星GOES-10大于2兆电子伏的电子传感器发生故障，导致近两天的数据没有传输；美国先进成分探测卫星（ACE）的一些传感器发生了临时性故障；美国太阳与日球层观测卫星（SOHO）的太阳能电池板输出永久性退化，卫星减寿一年；美国“风”卫星（WIND）的主要传输功率有25%永久丢失；日本黎明试验型X射线观测卫星（AKEBONO）的计算机遭到破坏。日本的宇宙学和天体物理高新卫星（ASCA）是1993年发射的一颗X射线天文卫星，因这次事件而失去高度定位，导致太阳能电池板错位而不能发电，于2001年3月坠入地球大气层。

影响通信导航

在太阳爆发活动对地球的三轮攻击中，都会引起电离层的分层结构混乱，从而干扰原本正常工作的无线电通信。因此，只要发生太阳风暴，就会影响到人类的无线电通信。电离层扰动使短波无线电信号被部分或全部吸收，从而导致信号衰落或中断；使卫星导航定位系统的精度下降，严重时甚至造成导航接收机失效，无法提供导航信息；使卫星通信的信噪比下降，误码率上升，通信质量下降，严重时可能造成卫星通信链路中断。

太阳风暴干扰无线电通信的事例屡见不鲜。同样在2000年的巴士底太阳风暴中，7月14日的大太阳耀斑引起我国北京、兰州、拉萨和乌鲁木齐等地的电波观测站的短波无线电全部中断。2006年12月初连续爆发的太阳耀斑对我国的短波无线电信号传播造成严重影响，短波通信、广播等电子信息系统发生大面积中断或受到较长时间的严重干扰。12月13日北京时间10时40分前后，太阳又爆发一次大耀斑，广州、海南、重庆等电波观测站的短波探测信号从10时20分左右起发生全波段中断，直至11时15分以后才逐步出现信号，13时30分以后基本恢复正常。

影响地面技术

太阳爆发活动对地球的第三轮攻击会引起地磁暴，地球磁场的剧烈变化在地球表面诱生地磁感应电流，这种附加电流会使电网中的变压器受损或者烧毁，造成停电事故。由于太阳风暴的袭击，灯火通明的城市90秒内将变成一片漆黑，这就是所谓的“90秒灾难”。此外，地磁感应电流还可能对长距离管线系统产生腐蚀，造成泄漏，影响石油、电缆等管线系统的正常运行。

在现代社会，电力已经成为人类生产生活不可或缺的部分。当太阳风暴来袭时，不仅电力系统本身将可能遭到重创，所有依赖电力的应用系统都将不堪一击，进而造成更加严重的经济损失。1989年3月的强太阳风暴曾使加拿大魁北克地区在寒冷的冬夜停电9小时，引起了国际社会的震惊和对太阳风暴的广泛关注，这次事件是有关太阳风暴危害中引用最多的一次事件。正是由于太阳风暴存在诸多危害，而且威力远远超过人类制造的任何武器，有科学家形象地将它称为来自自然界的“太空武器”。

科普：太阳风暴对人类健康有影响吗？

首先可以肯定的是，由于地球拥有磁场和稠密大气层的双重保护，地球上的环境要远远优于太空环境，各种有害射线和高能辐射都被阻挡在地球的大气层以外，太阳风暴对地球形成的三轮攻击也大多被地球磁层和大气层化解。太阳风暴应该不会对人类健康形成直接严重的影响。近年来，也有一些统计研究指出，太阳风暴与一些传染病、心血管疾病的发病率存在一定的相关性。但太阳风暴对人类健康会产生多大影响，影响机理是什么，都尚无科学结论。

警报级别

在日常生活中，人们已经习惯于利用天气预报信息来指导每天的穿衣出行，遇到恶劣天气状况时，还会关注气象台发布的各类气象警报，例如高温橙色警报、黄色警报和蓝色警报等。不同颜色的警报等级辅助人们判断灾害的严重性和紧急程度。太阳风暴作为一种灾害性空间天气事件，也可大致分为三级，分别以红色、橙色和黄色对应强、中等和弱太阳风暴警报。

我们主要依据太阳爆发活动的强度来衡量太阳风暴的强弱。太阳爆发活动通过增强的电磁辐射、高能带电粒子流和高速等离子体云等三种形式来释放能量，可以根据它们的强度、发生频次及危害程度来进行太阳风暴等级划分。

历史记录

超强太阳风暴——卡林顿事件

1859年9月1日早晨，英国天文爱好者卡林顿在观测太阳黑子时，发现太阳北侧的一个大黑子群内突然出现了两道极其明亮的白光，并且在这个黑子群的附近正形成一对明亮的月牙形的东西。另一位英国天文爱好者霍奇森也看到了这次太阳爆发。他们先后向英国皇家天文学会报告了观测结果。之后，9月2日，地磁观测站检测到了强烈的地磁扰动，卡林顿认为这与他观测到的现象有关，但当时的科学家不相信这一结论，卡林顿就此感叹到“One swallow does not make a summer”(一燕不成夏)。由于之前8月28日也发生了强烈地磁扰动，所以后来人们把这连续两次事件统称为“卡林顿事件”。

在卡林顿事件发生期间，观测技术还不够成熟，空间环境扰动监测数据也不够全面。但事后人们从高能粒子数量、极光范围、地磁扰动和造成的危害这几个方面还是可以推断出卡林顿事件是历史上最强的太阳风暴。

【093、太阳系（以太阳为中心并受其引力维持运转的天体系统）】

太阳系（英文：Solar system）是一个受太阳引力约束在一起的天体系统，包括太阳、行星及其卫星、矮行星、小行星、彗星和行星际物质。太阳系位于距银河系中心大约2.4~2.7万光年的位置（银河系的恒星数量约在1000亿到4000亿之间，太阳只是其中之一）。太阳以220千米/秒的速度绕银心运动，大约2.5亿年绕行一周，地球气候及整体自然界也因此发生2.5亿年的周期性变化。太阳运行的方向基本上是朝向织女，靠近武仙座的方向。 

截至2019年10月，太阳系包括太阳、8个行星、近500个卫星和至少120万个小行星，还有一些矮行星和彗星。若以海王星轨道作为太阳系边界，则太阳系直径为60个天文单位，即约90亿千米。若以日球层为界，则太阳距太阳系边界可达100个天文单位（最薄处）。若以奥尔特云为界，则太阳系直径可能有20万天文单位。

太阳系的形成大约始于46亿年前一个巨型星际分子云的引力坍缩。

太阳系内大部分的质量都集中于太阳，余下的天体中，质量最大的是木星。八大行星逆时针围绕太阳公转。此外还有较小的天体位于木星与火星之间的小行星带。柯伊伯带和奥尔特云也存在大量的小天体。还有很多卫星绕转在行星或者小天体周围。小行星带外侧的每颗行星都有行星环。

研究历史小行星带

理论和观测

天圆地方学说——古代中国人对于宇宙的认知。

天圆地方学说——古代中国人对于宇宙的认知。

在远古的时候，人类就注意到天上许多星星的相对位置是恒定不变的。但有5颗亮星却在众星之间不断地移动。因此“动”的星星称为“行星”，“不动”的星星称为“恒星”。古代中国人给行星各自起了名字，即：水星、金星、火星、木星和土星。其中水星也称辰星，它最靠近太阳，不超过一辰（30度）。金星又叫太白星或启明星、长庚星。它光彩夺目，是全天最亮的星；火星又称“荧惑”，因它的火红颜色而得名；木星也称岁星，它大约12年运行一周天，每年差不多行经一次（全天分成十二次），古代用它来纪年；土星也称镇星或填星，因为它大约28年运行一周天，一年镇守一宿（中国古代把全天分成二十八宿）。这就是肉眼能看见的五大行星，中国古代统称它们为“五星”，再加上太阳、月亮总称为“七曜”。古希腊人称天空中最明亮的五颗天体（水星、金星、火星、木星和土星）为行星，意思是漫游者，这是行星一词的由来。

但是在历史上的很长一段时期，人类都没有认识或理解到太阳系的概念。直到文艺复兴时代，大多数人仍认为地球是静止不动的，地球处于宇宙的中心。古希腊的哲学家阿里斯塔克斯曾经推测了日心说体系，但是，直到哥白尼才提出了第一个日心说宇宙的数学模型。1755年，德国哲学家康德首先提出了太阳系起源的星云假说。41年后，法国著名的数学家和天文学家拉普拉斯也独立提出了关于太阳系起源的星云假说。继星云说之后，又相继出现了“灾变说”、“俘获说”等理论。

15世纪，哥白尼像以往的印度数学与天文学家阿耶波多和希腊哲学家阿里斯塔克斯，以太阳为中心重新安排宇宙的结构，这仍是当时最前瞻性的概念。

17世纪，经由伽利略、开普勒和牛顿等的带领下，人类逐渐接受地球不仅会移动，还绕着太阳公转的事实；此时还出现新的认识，如行星由和支配地球一样的物理定律支配着，有着和地球一样的物质与现象：火山口、天气、地质、季节和极冠。

人类历史上第一台望远镜，由伽利略于1609年制成。

人类历史上第一台望远镜，由伽利略于1609年制成。

伽利略是第一位发现太阳系天体细节的天文学家。他发现月球的火山口，太阳的表面有黑子，木星有4颗卫星环绕着。惠更斯追随着伽利略的发现，发现土星的卫星泰坦和土星环的形状。后继的卡西尼发现了4颗土星的卫星，还有土星环的卡西尼缝、木星的大红斑。

1705年，爱德蒙·哈雷观测到哈雷彗星。这是除了行星之外的天体会围绕太阳公转的第一个证据。

1781年，威廉·赫歇尔发现了天王星，这是第一颗被发现的行星。

1801年，朱塞普·皮亚齐发现谷神星，这是位于火星和木星轨道之间的一个小行星，一开始他被当成一颗行星。然而后来发现这个区域内的小天体多达数以万计，导致它们被归类为小行星。

1846年，天王星轨道的误差导致许多人怀疑是不是有另一颗大行星在远处对他施力。勒维耶的计算最终导致了海王星的发现。在1859年，科学家发现水星轨道近日点有一些牛顿力学无法解释的微小运动（水星近日点进动）。但这一运动最终被证明可以用广义相对论来解释。

为解释海王星轨道明显的偏差，帕西瓦尔·罗威尔认为在其外必然还有一颗行星存在。在他过世后，它的罗威尔天文台继续搜寻的工作，终于在1930年由汤博发现了冥王星。但是，冥王星是如此的小，实在不足以影响行星的轨道，因此它的发现纯属巧合。

1992年，夏威夷大学的天文学家大卫·朱维特和麻省理工学院的珍妮·卢发现1992 QB1，被证明是一个冰冷的、类似小行星带的新族群，也就是柯伊伯带，冥王星和冥卫一都是其中的成员。

2005年，米高·布朗、乍德·特鲁希略和大卫·拉比诺维茨宣布发现阋神星，它是比冥王星更大的离散盘上的天体，是在海王星之后绕行太阳的最大天体。

2006年8月24日，第26届国际天文联合会在布拉格举行。会议重新定义行星这个名词，首次将冥王排除在大行星外，并将其归类为矮行星。被确认的矮行星有五个：谷神星（Ceres）、冥王星（Pluto）、阋神星（Eris）、鸟神星（Makemake）、妊神星（Haumea）。

航天探测

太阳系内所有的行星都已经被人类发射的太空船探访，并进行了不同程度的研究。在有登陆器的情况下，还进行了对土壤和大气的一些实验。

1957年，前苏联发射的史泼尼克一号是第一个进入太空的人造天体，其成功环绕地球一年。

1959年，美国发射的先驱者6号，是第一个从太空中送回影像的人造卫星。

1962年，水手2号成功环绕金星飞行，成为第一个环绕其他行星的人造物体星。

1965年7月14日，NASA的水手4号成为第一艘飞越火星的飞船，也是第一艘传回火星表面黑白图像的飞船。

1973年，先驱者10号飞越木星，成为探测类木行星的第一艘太空船。

旅行者2号飞船在1989年观测到海王星大黑斑。

旅行者2号飞船在1989年观测到的海王星大黑斑。

1974年3月29日，水手10号成为第一颗成功环绕水星的人造天体。在三次飞越中，水手10号拍摄到水星接近一半的星球表面，它的表面与月球非常相似。1991年的雷达观测表面，水星的极地区域或许被冰层覆盖。 

1976年，海盗1号和海盗2号登陆火星，开始研究火星的岩石结构和土壤模式，并且分析火星大气层的相关信息。

1979年，先驱者11号成为第一艘拜访土星的太空船。同年，美国宇航局的旅行者1号飞船发现了木星的巨大星环。从1979年到2007年，包括旅行者2号和尤利西斯号在内的八艘NASA探测器被送往木星，研究其大气层、卫星和星环。

1986年1月24日，NASA的旅行者2号首次也是唯一一次飞越天王星，它发现了11颗新卫星，两个新星环和一个比土星更强大的磁场。

1989年，NASA的旅行者2号成为第一个也是迄今为止唯一一个访问过海王星的探测器。

2004年8月3日，NASA发射了水星探测器——信使号。经过三次飞越之后，信使号在2011年3月17日进入水星轨道，开始对水星的构成、核心结构、磁场以及极地材料进行研究。 

2015年，新视野号拜访冥王星。

载人探测

前苏联的和平号空间站和暴风雪号航天飞机。

前苏联的和平号空间站和暴风雪号航天飞机。

1961年4月12日，尤里·加加林搭乘东方一号升空。第一个在地球之外的天体上漫步的是尼尔·阿姆斯特朗，他是在1969年的太阳神11号任务中，于7月21日在月球上完成的。在轨道上的第一个太空站是NASA的“太空实验室”。第一个真正能让人类在太空中生活的是前苏联的和平号空间站，它从1989年至1999年在轨道上持续运作了将近十年，在2001年退役。后继的国际空间站也从那时继续维系人类在太空中的生活。2003年10月15日，我国神舟五号载人飞船在酒泉卫星发射中心发射升空，这是中国首次进行载人航天飞行。2016年10月17日，我国在酒泉卫星发射中心发射了载人飞船神舟十一号，并与天宫二号自动交会对接成功。

人类探测太阳系的脚步从未停止，未来也会有更多探测器和宇航员造访太阳系的天体。

太阳系的形成与演化

太阳系的形成有多种学说，其中之一的星云假说由1755年康德和1796年拉普拉斯各自独立提出。康德认为太阳系是46亿年前，由一个巨大的分子云的塌缩中形成。这个星云原本有数光年的大小，并且同时诞生了数颗恒星。从古老陨石追溯到的元素显示，只有超新星爆炸后的核心部分才能产生这些元素，所以包含太阳的星团必然在超新星残骸的附近。可能是来自超新星爆炸的震波使邻近太阳附近的星云密度增高，使得重力得以克服内部气体的膨胀压力造成塌缩，从而触发了太阳的诞生。随着现代天体物理学和物理学的发展，特别是恒星演化理论的建立，产生了现代星云说，并逐渐占了主导地位。现代星云假说根据观测资料和理论计算，提出它的主要观点：太阳系原始星云是巨大的星际云瓦解的一个分子云，一开始就在自转，并在自身引力作用下收缩，中心部分形成太阳，外部演化成星云盘，星云盘以后形成行星。

当这个区域将形成太阳系前，被称为前太阳星云，坍缩时因为角动量守恒，使它转动得越来越快。中心集中了大部分的质量，成为比周围环绕的盘面越来越热的区域。收缩的星云越转越快，它开始变得扁平，成为原行星盘，直径大约200天文单位，在中心是高温、高密度的原恒星。行星经由盘中的吸积形成，在尘埃和气体的引力相互吸引下，逐渐凝聚形成越来越大的天体。在太阳系的早期可能有数以百计的原行星，但大多数合并或被摧毁了，留下行星、矮行星和残余物构成的小天体。硅酸盐和金属的熔点很高，只有它们能在内太阳系的温度下保持固体形态，这些物质最终组成了岩态行星，分别是水星、金星、地球和火星。由于金属成分在原始太阳星云中只占据了一小部分，类地行星都没有发展得很大。冻结线在火星与木星之间的位置，巨行星（木星、土星、天王星和海王星）形成于冻结线的外侧，这里的温度很低，挥发物质能以固态形式存在。这一区域的冰比组成类地行星的金属和硅酸盐更多，所以该区域的行星发育得很大，可以捕获大量的氢和氦——它们是太阳系中含量最丰富的元素。太阳系中余下的那些不可能组成行星的物质聚集在小行星带、柯伊伯带和奥尔特云区域。 

最初的五千万年内，在原恒星中心处，氢的密度和压力都大得足以发生热核反应。在反应过程中，氢的温度、反应速率、压力和密度都一直在增加，直到流体的热压力与引力相抵消，达到静力平衡状态。到此，太阳成了一颗主序星。太阳的主序星阶段从开始到结束约有100亿年，而其他的所有阶段，包括残骸生命期等总共只有20亿年。从太阳出发的太阳风形成了日球层，并将残余的气体和尘埃从原行星盘吹入星际空间，阻碍了行星的发育。此后，太阳越来越亮，主序星早期的亮度只有如今的70%。

根据天文学家的推测，太阳系会维持直到太阳离开主序。由于太阳是利用其内部的氢作为燃料，为了能够利用剩余的燃料，太阳会变得越来越热，于是燃烧的速度也越来越快。这就导致太阳不断变亮，变亮速度大约为每11亿年增亮10%。再过大约16亿年，太阳的内核将会热得足以使外层氢发生融合，这会导致太阳膨胀到半径的260倍，变为一个红巨星。此时，由于体积与表面积的扩大，太阳的总光度增加，但表面温度下降，单位面积的光度变暗。随后，太阳的外层被逐渐抛离，最后裸露出核心成为一颗白矮星，只有地球的大小却有着原来太阳一半的质量。再过去约几十万亿年后会有可能形成黑矮星。

现代星云说还存在不同学派，这些学派之间还存在着许多差别，有待进一步研究和证实。 

构成

太阳系中最主要的成员是太阳，它是一颗G2主序星，占据了太阳系所有已知质量的99.86%，太阳系内的天体在太阳引力的约束下运动。剩余的质量中，有99%的质量由太阳系的4颗大天体，即巨行星组成，而木星和土星又合占了其中的90%以上。太阳系中其余的天体（包括4颗类地行星、矮行星、卫星、小行星和彗星），总质量还不到太阳系的0.002%。

环绕太阳运转的大天体都躺在地球轨道平面——黄道——附近的平面。行星都非常靠近黄道，而柯伊伯带天体通常都有明显的倾斜角度。所有的行星和大多数的太阳系其它天体都以相同的方向绕着太阳转动（从地球的北极鸟瞰是逆时针方向），但也有逆向的，比如哈雷彗星。

太阳系内已探测到的区域总体上分为：太阳、小行星带以内的四颗较小的行星和小行星带以外柯伊伯带以内的四颗巨行星。天文学家有时会非正式的将这些结构分成不同的区域。内太阳系包括四颗类地行星和小行星带。外太阳系在小行星带以外的区域，包括了四颗巨行星。柯伊伯带以外则是奥尔特云，它是已知的太阳系边界区域。

太阳系八大行星按其物理性质可以分为两组，一类为类地行星：体积小而平均密度大，自转速度慢，卫星较少，有水星、金星、地球和火星；另一类为类木行星：体积大，平均密度小，自转速度快，卫星较多，有木星、土星、天王星和海王星，最为特殊的是海王星和土星。

太阳系还有一类天体，其围绕太阳运动，自身引力足以克服其固体应力而使自己成圆球状，但不能清除其轨道附近的其他物体，其被称为矮行星。有冥王星、谷神星、阋神星、鸟神星、和妊神星（截至2009年）。

太阳系第三类天体为太阳系小天体，包括彗星和小行星，它们是太阳系数量最多的天体，小行星的总数至少为120万颗。

太阳不断的放射出电子流（等离子），也就是所谓的太阳风。这条微粒子流的速度为每小时150万千米，在太阳系内创造出稀薄的大气层（太阳圈），范围至少达到100天文单位（日球层顶），这就是是行星际物质。太阳的黑子周期（11年）和频繁的闪焰、日冕物质抛射在太阳圈内造成的干扰，产生了太空气候。伴随太阳自转而转动的磁场在行星际物质中所产生的太阳圈电流片，是太阳系内最大的结构。

地球的磁场从与太阳风的互动中保护著地球大气层。水星和金星则没有磁场，太阳风使它们的大气层逐渐流失至太空中。太阳风和地球磁场交互作用产生的极光，可以在接近地球的磁极（如南极与北极）的附近看见。

宇宙线是来自太阳系外的，太阳圈屏障着太阳系，行星的磁场也为行星自身提供了一些保护。宇宙线在星际物质内的密度和太阳磁场周期的强度变动有关。因此宇宙线在太阳系内的变动幅度究竟是多少，仍然是未知的。

行星际物质至少在两个盘状区域内聚集成宇宙尘。第一个区域是黄道尘云，位于内太阳系，并且是黄道光的起因。它们可能是小行星带内的天体和行星相互撞击所产生的。第二个区域大约伸展在10-40天文单位的范围内，可能是柯伊伯带内的天体在互相撞击下产生的。

尺度

从地球到太阳的距离被定义为 1天文单位（150,000,000千米）。作为对比，太阳的半径是0.0047 AU（700,000 km）。太阳的体积只占地球轨道半径这个球体积的0.00001%（10·5 %），而地球的体积又大约只是太阳的百万分一（10·6）。木星，太阳系最大的行星，与太阳的距离是5.2天文单位（780,000,000千米），半径是71,000 km（0.00047 AU），而距离最远的行星，海王星与太阳的距离是30 AU（4.5×109 km）。

尺度最大的太阳系模型——瑞典太阳系模型——使用位于斯德哥尔摩110米的球形体育馆作为太阳的替代物。可能是矮行星的天体塞德娜，是在912公里远的一个10公分的小球。如果太阳至海王星的距离是100米的尺度，那么太阳只是一个直径大约3公分的小球，所有巨行星的尺度都将小于3毫米，而地球和其他类地行星的直径在这种规模下会比一只跳蚤（0.3毫米）还要小得多。由此可见太阳系之尺度十分大，各行星之间相距甚远，且体积差异巨大。

运行机制

太阳系中的行星及其卫星的运动具有以下几个共同特征：

①所有行星的轨道偏心率都很小，几乎都接近圆形。

②各行星轨道面都近似的位于一个平面上，对地球轨道面或黄道面的倾斜也都不大。

③所有行星都自西向东绕太阳公转。除金星和天王星外，其余行星自转方向也自西向东，即与公转方向相同。

④除天王星外，其余行星的赤道面对轨道面的倾斜都比较小。

⑤绝大多数卫星的轨道都近似圆形，其轨道面与母星赤道面比较接近。

⑥绝大多数卫星，包括土星环在内，公转方向均与母星公转方向相同。

太阳

太阳位于太阳系的中心，是离地球最近的恒星。它处于银河系距银心约10千秒差距的猎户臂上。它是一个炽热的发光气体球，其内部的高温高压维持着核聚变从而提供巨大的能量。太阳表面温度高达6000K，中心温度更高达1500万开。太阳的直径为139.2万千米，是地球的109倍。太阳的体积为141亿亿立方千米，是地球的130万倍。太阳的质量近2000亿亿亿吨，是地球的33万倍，它集中了太阳系99.865%的质量。

太阳内部结构示意图。

太阳内部结构示意图。

1970年3月7日日全食日冕——太阳活动极大年的日冕。

1970年3月7日日全食日冕——太阳活动极大年的日冕。

太阳和地球一样，也有大气层。太阳大气层从内到外可分为光球、色球和日冕三层。光球层厚约5000千米，可见光几乎全是由光球发出的。光球上亮的区域叫光斑，暗的黑斑叫太阳黑子，太阳黑子的活动具有平均11.2年的周期。从光球表面到2000千米高度为色球层。色球层有日珥和耀斑活动。色球层之外为日冕层，它温度极高。日冕得在日全食时或用日冕仪才可观测到。

【094、太阳系、银河系、本星系群、室内座超星系团、无尽的天堂超星系团】

2021-04-12 科学宇航员

在宇宙的深处，远离我们的银河系，有着一股巨大的引力，吸引着银河系以220万公里/小时的速度在宇宙中狂奔。

众所周知，正是强大的万有引力，让杂乱无章的行星组成了星系。

可观测宇宙是分层的，每个层级结构中的成员通过引力来维系彼此间的整体关系。

银河系和相邻仙女星系、麦哲伦星云等50个星系组成了一个规模较小的集团——本星系群。

本星系群中的全部星系覆盖一块直径大约1000万光年的区域。

包括太阳系所在的银河系所在的本星系群在内的一群星系组成了室女座超星系团。其形状类似平底锅里的薄饼，覆盖一块直径约为1.1亿光年的区域，

而“巨引源”超级巨大引力又让星系组成了拉尼凯亚超星系团。“拉尼亚凯亚超星系团”。这个词来自于夏威夷语，意为“无尽的天堂。

拉尼亚凯亚超星系团内包含约10万个星系，范围达到约1.59亿秒差距（5·2亿光年）。质量相当于太阳的1*10^17倍，或者是银河系的10万倍，我们的银河系就位于这张宇宙之网的一条“流苏”上。

在一个超星系团范围内，大多数星系的运动都会朝向它的质量中心，而在拉尼亚凯亚这个质量中心就是巨引源所在的区域。

更加令人震撼的是整个拉尼亚凯亚超星系团也在向着夏普利超星系团运动着，这意味着夏普利和拉尼亚凯亚这两个超星系团很有可能是更复杂的、再上一级结构的组成部分，在已经达到了10亿光年的尺度上，还继续存在无限可能吗？

答案是肯定的。

天文学家于2013年11月发现了宇宙中最大的结构武仙－北冕座长城，延伸超过100亿光年，是可观测宇宙中已知最巨大的结构。

武仙－北冕座长城

这个大尺度纤维状结构——就像一张巨大的网，而这些纤维组成了宇宙中空洞的边界。

宇宙的空洞中，几乎空无一物。“纤维”则是由超星系团所组成。

“巨引源”产生的巨大引力组成星际超级结构，人类生活在一个层级分明的宇宙当中，小型的星系就像乐高积木一样逐级叠加，最终成为庞然大物。

人类正在朝着巨引源方向前行，那么我们最后会抵达哪里吗？

事实上并不会，因为宇宙更为强大的暗能量会将矩尺座星系群推离我们，渐行渐远。

【095、太阳系：最奇怪的行星系统】

环球科学2016年08月16日

[摘要]新的证据表明，早期太阳系充斥着四处游荡的行星，它们磕磕碰碰，行星解体时有发生。

Kepler-20e 的公转周期仅有6 天，“开普勒”空间望远镜发现了很多这种距离恒星非常近的岩质行星。

康斯坦丁·巴特金（Konstantin Batygin）

格雷戈里·劳克林（Gregory Laughlin）

亚历山德罗·莫尔比代利（Alessandro Morbidelli）

翻译周磊，审校周礼勇

关于太阳系形成的理论在长年反复探讨中趋于完善。这个理论认为，太阳系在数十亿年前诞生于一团由气体与尘埃组成、缓慢旋转着的黑暗云团。云团坍缩，中心形成了太阳。残存的气体和碎片围绕着太阳旋转，最终从中产生了八大行星以及冥王星等更小的天体。从那之后，太阳以及一众行星组成的系统在宇宙中不停旋转，其运动如钟表一般精准且可预测。

最近几年，天文学家注意到了一些蛛丝马迹，能证明人们熟知的这个太阳系形成与演化的理论其实并不完全正确。相比于数千个新发现的太阳系外行星系统，太阳系最显著的特征——较小的石质行星处于内部，气态巨行星处于外围，并且水星轨道之内再无行星——实际上相当“反常”。反转计算机模拟的时间方向，我们逐渐认识到太阳系的这些反常之处乃是其动荡的早期经历的结果。正在重写的太阳系历史充满了远超大多数人想象的戏剧性和混乱场面。

新的太阳系形成与演化史是这样的一个故事：行星由出生地被放逐而四处游荡，迷失的星球早在远古时代即被投入太阳而浴火毁灭，孤独的巨行星被驱向冰冷的星际空间边缘。研究这些远古事件以及它们留下的痕迹——例如，按推测应该隐藏于冥王星轨道外而未被观测到的第九颗行星——天文学家正在拼合太阳系形成过程中各关键时期的图景，并对太阳系所处的宇宙环境形成新的认知。

经典的太阳系

恒星形成于质量相当于太阳10 000倍的巨大分子云的中心，而行星是恒星形成的副产物。分子云中致密的核心区域能够自发坍缩，形成炽热发光的原恒星，而围绕中心的原恒星伸展开的则是由气体和尘埃形成的不透明环，被称为“原行星盘”。

数十年中，理论天文学家一直在研究太阳的原行星盘，试图解释太阳系最鲜明的特征之一：拥有石质行星和气态行星两种截然不同的成员。四颗石质的类地行星轨道周期较短，在88天（水星周期）和687天（火星周期）之间。与之不同，已知的几颗富含气体的巨行星处于更遥远的轨道上，轨道周期在12年到165年之间，它们的质量在类地行星的150倍以上。

天文学家认为，这两种类型的行星是经由同一种过程形成的。这个过程中，在乱流扰动的气体盘中绕转的尘埃微粒相互碰撞、合并，形成千米量级的星子，类似于无人打扫的厨房地板上在气流和静电作用下形成的灰尘球。最大的星子也有着最强的引力，它们清扫吸收了徘徊在它们轨道上的碎片，从而迅速增大。自分子云坍缩后的大概100万年之内，太阳系原行星盘——正如宇宙中其他原行星盘一样——就充满了月球大小的行星胚胎。

最大的行星胚胎存在于如今的小行星带的外侧，那里远离初生太阳的光和热，所以冰（既包括水冰，也包括其他固态的挥发性物质）能够在原行星盘中存在。在这条“冰线”之外，可用来构筑行星的冰非常丰富，行星胚胎大快朵颐，生长出了庞大的身躯。正所谓“富者越富”，最大的行星胚胎也是成长得最快的，因为它强大的引力场能够从周围的盘中快速吸收大部分可得到的冰、气体和尘埃。仅仅100万年左右，这个贪婪的行星胚胎就成长为木星。理论天文学家认为，此时正是太阳系由石质行星和气态行星组成的二分结构产生的关键时期。由于跟不上木星的步伐，太阳系的其他巨行星只能在木星留下的残羹冷炙中慢慢成长，吸收的气体较少，最后的体积也较小。而“冰线”以内的行星则小得多，因为内部的盘中几乎没有气体和冰。

除了一些伤脑筋的细节，例如火星和水星的质量出奇地小，上面这个“木星优先”的行星成长故事似乎能够完满地解释太阳系的结构。正因为如此，对于那些环绕其他恒星的行星系统，天文学家有些先入为主的看法：巨行星一定处于“冰线”之外的长周期轨道上，而石质行星将会处于“冰线”之内周期为数年或更短的轨道上。然而，事实证明这些看法都是不靠谱的。

系外行星大变革

二十多年前，当天文学家开始发现系外行星时，他们也将太阳系形成理论放在星系尺度下检验。许多最先发现的系外行星是所谓的“热木星”，它们围绕着恒星飞奔，轨道周期只有几天。在如此靠近恒星表面的炙热之地，完全不可能有冰存在，因而这些巨行星的存在完全相悖于经典的行星形成理论。为了调和这个矛盾，理论天文学家认定这些行星首先形成于离恒星更远的地方，后来以某种方式向内迁移至现在的轨道。

此外，根据NASA的“开普勒计划”等观测项目所发现的数千颗系外行星，天文学家正接近得出一个令人不安的结论：类似于太阳系的行星系统是相当罕见的。一般的行星系统包含一颗或者更多轨道周期小于100天的“超级地球”（比地球大几倍的行星），而巨行星（类似于木星和土星）却相对少见，只有大概10%的恒星周围发现有巨行星，其中占据着稳定、近圆轨道的更是少见。

期望的破灭让理论天文学家意识到，关于太阳系形成的经典理论中，那些“少数伤脑筋的细节”需要更好的解释。为什么相对于系外行星系统，内太阳系中的物质被清除得如此干净，只有袖珍尺寸的石质行星而非“超级地球”？为什么在周期88天的水星轨道之内再无行星？还有，为什么太阳系的巨行星轨道如此稳定并且延展至如此遥远的距离？

目前看来，这些问题的答案就存在于经典行星形成理论的一处败笔中：未考虑原行星盘的流体可变性。事实证明，一个刚形成的行星，就像海洋中的一个救生筏，可以远远漂离其起点。一旦一颗行星增长到足够大，它的引力效应就可以通过周围的盘传播，激发起螺旋波，而螺旋波本身的引力效应作用于行星和盘，会产生强有力的、或正或负的反馈作用。相应地，动量和能量会发生不可逆的交换，促使年轻的行星在其出生的原行星盘中开始一段史诗般的旅程。

考虑了行星迁移的过程以后，盘内的“冰线”就不再是决定行星系统结构的唯一因素了。例如，在“冰线”之外形成的巨行星能够通过向内迁移而成为热木星，当然与之相伴的还有螺旋落向恒星的气体和尘埃。麻烦在于这个过程太过高效，并且似乎所有的原行星盘都具有这个普遍特性。那么，该如何解释木星和土星的轨道离太阳那么远呢？

大转向

2001年，当时在伦敦玛丽皇后学院的弗雷德里克·马塞（Frederic Masset）和马克·斯内格罗夫（Mark Snellgrove）通过计算机模拟，首次给出了一个令人信服的解释。他们模拟了土星和木星的轨道在太阳系原行星盘中同时演化的过程。由于土星质量较小，它向内迁移的速度要比木星快。因而在迁移的过程中，土星和木星之间的距离越来越小。最终它们的轨道形成一种特殊的构形——平运动共振，也就是说，土星每绕太阳转两圈，木星正好绕太阳转三圈。

两颗处于平运动共振的行星能够反复交换动量和能量，就像是玩起了行星间的“烫手山芋”游戏。由于共振摄动（当某个天体在另一个天体的引力作用下运动时，如果还有第三个天体的引力或其他因素对它的运动产生影响，这种影响就被称为摄动）的相干性，两颗行星向对方以及周围的物质施加的引力作用实际上都被放大了。对于木星和土星，这种往复运动使它们的引力联合作用于原行星盘，在盘上清出一圈巨大的空隙，木星在空隙的内边缘，而土星在空隙外边缘。此时，由于木星质量较大，木星对于内侧盘的引力作用强于土星对于外侧盘的引力作用。不可思议的是，这会导致两颗行星调转方向，往远离太阳的方向运动。这种先向内后向外的迁移方式常被称作“大转向”，因为这类似于帆船在风向稳定时改变航向的运动方式。

2011年，即“大转向”模型的初步构想被提出的10年后，当时在法国蔚蓝海岸天文台的凯文·J·沃尔什（Kevin J。Walsh）和同事进行的计算机模拟显示，“大转向”模型不仅能清楚解释木星和土星的动力学演化过程，还能解释石质和冰质小行星的分布情况以及火星的小质量问题。随着木星向内迁移，它通过引力作用俘获并裹挟迁移路径上的星子，就像铲雪机一样把它们挖起来再推到前面。如果我们假设木星在转向回头之前迁移到了现在的火星轨道，那么它可以把总计大约10倍地球质量的冰运送至类地行星区域，从而为这里带来了水和其他挥发性物质。这个过程也给内部星云中的行星构成材料划出了一条清晰的外边界，阻断了该边界附近行星胚胎的成长，使得它只能成为一个小质量的行星，即火星。

大扫荡

尽管到了2011年，“大转向”模型看来已经颇具说服力，但天文学家仍不清楚该模型与太阳系另一个未解之谜有何关联，这个谜就是水星轨道之内为何没有任何行星。相比于其他在紧邻恒星的轨道上挤满了“超级地球”的行星系统，太阳系看起来几乎就是“空心”的。这究竟是为什么？太阳系没有遵循宇宙中行星形成的主流模式，这实在太奇怪了。2015年，本文作者（巴特金和劳克林）研究了“大转向”模型对邻近太阳的“超级地球”的影响。我们惊讶地发现，它们无法在“大转向”中存活下来。更加值得注意的是，木星先向内后向外的迁移方式能够解释许多太阳系行星具有的特征，同样也能解释为什么它们不具备某些特征。

当木星冲入内太阳系时，它如铲雪机一般的作用将星子群原本整齐有序的圆轨道搅动成了螺旋交错的一团乱麻。一些星子猛烈地碰撞，破裂成碎片，而这些碎片又不可避免地导致更多的碰撞和破碎。因而木星向内迁移时极可能引起了一连串大规模碰撞，导致星子群瓦解，把星子碾碎，让它们变回了巨石、石块直至沙尘。

受到碰撞、研磨以及气动阻力（在内盘上含气体的区域）的作用，正在破裂和瓦解的星子丢失能量，轨道快速衰减，螺旋着落向太阳。在下落过程中，它们很容易被俘获进入共振状态，堆积到邻近太阳的原生“超级地球”附近。

对于这些行星来说，这可是一个天大的坏消息，突然蜂拥而至的碎片群会吸收它们的轨道能量。受到原行星盘上气流的持续阻滞，碎片群本该直接螺旋落向太阳，但 “超级地球”却将碎片群挽留在了它的共振区域，在这里，碎片群持续地从这些行星吸取轨道能量，然后通过气动阻力以热量的形式释放掉这些能量。最终，瓦解的星子形成的碎片群，把这些行星无情地推向“死亡漩涡”，它们的轨道不断降低，一个接一个地落入太阳。我们的模拟表明，这些行星在星子大规模碰撞开始后最多只能存活几十万年。

因此，木星和土星的“大转向”可能促发了对原本靠近太阳的那些行星的一次“大扫荡”。曾经存在过的“超级地球”落向太阳，留在它们身后的，是太阳星云中一片荒凉孤寂的空旷地带, 一直延伸到轨道周期约100天的地方。这样一来，木星在早期太阳系内的这一次突然袭击造就了一条相当窄小的石质碎片环带，环带中的碎片再经历上亿年的并合积累之后终于形成类地行星。如此精致的编排需要一系列偶然事件珠联璧合的配合，这也就意味着，类似地球的小型石质行星——或许还包括它上面的生命——在整个宇宙中是十分罕有的。

尼斯模型

当木星和土星完成了对内太阳系的突袭并掉头远离太阳的时候，太阳周围的气体和尘埃盘逐渐消散。木星和土星这对处于共振中的搭档，最终遇到了新形成的天王星和海王星——或许还有另一个类似大小的天体。借助正在消散的气体的引力作用，这对动力学搭档将这些较小的巨行星也束缚到共振之内。因此，当盘内大多数气体消散的时候，内太阳系的构造可能就是一条位于目前地球轨道附近的石质碎片环带，而太阳系外围，则是处于紧凑共振链条上的至少四颗巨行星，它们分布在一系列近圆轨道上，最近的位于现在的木星轨道，最远则在海王星当前轨道与太阳之间的中点附近。在最外侧的巨行星轨道之外，外盘上寒冷的冰质星子一直远远延伸到太阳系的边缘。数亿年后，类地行星形成了，一度狂暴不安的外部行星也安定下来进入某种稳定的状态。然而，这并不是太阳系演化的最终形态。

“大转向”和同时期的“大扫荡”，已经给太阳系历史中的最后一次行星间“暴力行为”搭好了舞台，而这最后一幕终于将太阳系塑造成与我们今日看到的几乎一致的形态。这最后一幕就是发生于41亿年前至38亿年前的所谓“晚期重轰炸”，当时太阳系一度变成大量星子横冲直撞的星子射击场，如今我们看到的月球上密密麻麻的巨大陨坑就是当时留下的痕迹。

2005年，本文作者莫尔比代利和几个同事在法国尼斯的蔚蓝海岸天文台提出了“尼斯模型”，来解释巨行星之间的相互作用是怎样导致晚期重轰炸的。 “大转向”结束那一刻，正是尼斯模型开始之时。

轨道紧密排列的巨行星仍处于共振状态，并且仍受到遥远冰质星子微弱的引力作用。事实上它们的轨道犹如在刀锋上行走，随时可能从稳定中跌落。外部星子的每次轻微拖曳都微妙地改变着它们的运动，数几亿年、数百万个轨道周期的作用积累起来，慢慢地破坏了束缚着它们的脆弱共振平衡。当一颗巨行星脱离与另一颗的共振时，转折点终于来临，平衡状态瓦解、一系列混乱的行星间摄动开始了，这些摄动将木星稍向内推移并把其他巨行星向外散射。宇宙时标下短短的几百万年之内，太阳系外部经历了剧烈的变化，行星紧密排列的近圆轨道转变为了松散无序的偏心轨道。巨行星之间的相互摄动是如此剧烈，以至于有一颗甚至多颗巨行星被散射至恒星际空间。

假如动力学演化就到此为止，太阳系外部的构型将与那些太阳系外巨行星的状态完美吻合，正如我们所看到的，很多太阳系外的巨行星都处于偏心轨道上。然而，万幸的是，冰质星子盘既能燃起上述混沌过程的火种，也能通过与巨行星偏心轨道的相互作用扑灭这片混沌的大火。这些星子一个接一个地近距离掠过木星和其他巨行星，大多数被巨行星“甩”出去，并逐渐带走行星的轨道能量从而将它们的轨道重新“磨”圆。尽管大多数星子都被散射至太阳引力范围之外，仍有一小部分束缚在围绕太阳的轨道上，形成冰质的碎片盘，我们如今称之为柯伊伯带。

第九行星，终极理论

天文学家利用最大的望远镜对柯伊伯带进行耐心观测，正逐渐揭示柯伊伯带的全貌，并且发现它有一些出人意料的结构特点。尤为特别的是，天文学家发现，那些几乎处于探测能力极限的最遥远柯伊伯带天体，轨道具有一种非同寻常的模式。尽管这些遥远柯伊柏带天体与太阳的距离各不相同，但它们的轨道却显示出高度聚集的特征，就好像它们受到了某种共同的强摄动。加州理工学院的巴特金和迈克尔·E.·布朗（Michael E。Brown）所做的计算机模拟表明，一颗未被观测到的行星（第九行星）会很自然地导致这样的轨道分布情形，该行星的质量应有地球的10倍，并且处于一个周期约为20 000年的高度偏心轨道上。这样的行星不大可能在如此遥远的区域中形成，但如果它是太阳系初期被从近处赶出来的流亡行星，那就容易理解了。

如果太阳系的第九行星被证实的确存在，那么这个发现将极大地增进我们对奇怪的空心太阳系的了解，为我们解释太阳系反常现象的理论提供新的约束条件。现在，天文学家正满怀激情地调动地球上几台最大的望远镜来搜寻这颗行星。在人类探索自己在宇宙中的位置这一漫长而复杂的故事中，第九行星的发现将是位列倒数第二场的压轴戏，唯有最后的大轴戏才能胜过它：当然是最终找到存在生命的系外行星。

正如DNA测序能够揭示人类在远古时期的迁移历程一样，天文学的线索使我们能够利用计算机模拟重现行星在太阳系数十亿年历史中的壮丽旅程。从太阳系在激荡的分子云中诞生，到第一批行星形成，再到导致众多行星支离破碎的“大转向”与“大扫荡”和尼斯模型，最后到生命和智慧在广阔银河系中的一颗恒星旁出现，太阳系的完整传记将会是现代科学最重要的成就之一——并且毫无疑问也是最精彩的故事之一。

【096、太阳系边缘有可能存在一个大行星，它或许会成为新的第九大行星 】

2020-10-09 

人类走出地球后，第一开始探索的太阳系，太阳系有九大行星，后来科学家认为冥王星只是一颗矮行星，将它踢出了九大行星之列。从此以后，太阳系只有八大行星，人们用了很多年的九大行星概念，一下子成了八大行星，心里总有点不舒服，而在很多的民间传说，像九星连珠等都是指太阳系应该有九大行星才对。

那么太阳系是否还存在着第九大行星呢？虽然冥王星踢出了九大行星之列，但科学家还是想再找出一颗行星来代替冥王星，重新让太阳系回复到过去的九大行星。而这第九颗行星会在哪里？科学家把目光放在了太阳系边缘地带。

人类开始探索宇宙已经有几十年，但由于速度的限制，我们能够探索的太阳系的范围也是有限的，太阳系边缘的情况，人类了解得非常少，我们只知道太阳系边缘有一个柯伊伯带，还有外围更神秘的奥尔特星云，至于里面到底是没有更大的行星，目前还不清楚。

不过，科学家在将目光投向太阳系边缘的时候，总是感觉有点不对劲，因为太阳系边缘总是会发生一些奇怪的事情。比如某颗小行星轨道突然被弯曲了一下，而且太阳系边缘很多天体的轨道与黄道面总是有30度左右的夹角，这颗奇怪的天体运行轨道似乎在告诉我们：太阳系边缘应该存在着一颗大行星，这颗大行星有可能就是我们要寻找的第九行星。

科学家之所以猜测太阳系边缘很大概率可能会有一颗大行星存在的原因，除了发现太阳系有很多天体奇怪的运行轨道，更重要的是发现了一颗特别的小行星。这颗小行星是在2015发现的，它的距离远远超过冥王星，以极其椭圆的轨道路径环绕太阳旋转，公转周期为4万年，直径约为300公里。

这颗小行星的轨道与大多数太阳系边缘天体的轨道一样，轨道极其椭圆，它们轨道的细长部分集中在了天空中的同一地方，这说明有一个强引力源存在，影响了这些小行星的轨道，科学家认为第九行星就在那里。科学家通过计算和研究分析，认为这颗大行星的质量有可能是地球的10倍，公转轨道半径大约600天文单位，是一颗超级地球。

科学家认为太阳系边缘这颗大行星存在的概率为85%以上，只是我们能够找出它，就可以让它归到九大行星中，太阳系将再次回到过去九大行星。不过想要发现这颗行星可不容易，没有固定的标准，完全靠天文望远镜寻找，无异于大海捞针。

不过，新视野号探测器已经掠过冥王星，它还在继续深入太阳系边缘，如果那里真的存在一颗大行星，有可能会在未来被它发现。太阳系边缘的范围很广，柯伊伯带的范围已经够大了，而奥尔特星云则更大，厚度可达一光年。这里面到底有些什么样的天体，无人知道。

人类想要真正弄明白太阳系边缘的情况，可能还需要很多年，最重要的就是速度，没有速度的优势，我们很难探索太阳系边缘的情况，更不要说去探索厚达1光年的奥尔特星云内部情况了，只有飞船的速度能够有质的突破，能够达到至少亚光速，我们才能够真正将太阳系探索明白。

要想让飞船的速度达到亚光速飞行，需要能源的突破。而目前人类一直在研究的可控核聚变技术就是实现亚光速飞行的关键。只要我们能够掌握可控核聚变技术，就可以研发出核聚变引擎，飞船的速度将会质的突破，亚光速飞行将会实现，那个时候，我们不仅可以轻松探索太阳系边缘，还可以走出太阳系探索更远的宇宙星空。

【097、太阳系里不可思议的怪现象】

2021-05-22 科学视角

我们在地球上生存了数千年，然而地球围绕太阳已经旋转了数十亿年了，太阳系这个大家族里有太多知识还是人类不了解的，现在给大家了解一下太阳系里这些古怪的谜团！

1、像核桃的土卫八

土卫八是一颗半边黑和半边白的奇特卫星，并且它的赤道有一圈凸出来的地质结构，外形看起来有点像核桃，有人认为这是一颗人造星球，因为看起来就像《星球大战》中的死星。

2、天王星奇怪的自转

天王星这颗蓝色的气态星球距离地球实在遥远，直到十八世纪才发现它的存在，它奇怪的是整个太阳系里唯一一个躺着旋转的行星，也就是说天王星的自转轴是对着太阳的，造成这个现象的原因是它曾经在远古时期遭遇过一次严重的大碰撞，导致行星横转。

3、太阳系最大的火山

现在的火星看起来就像一颗荒凉已久的化石行星，然而在远古时期，火星曾经非常活跃，因为火星上有太阳系最大的火山，奥林匹斯山是由火山喷发形成的，高度竟然达到25公里，覆盖面积绵延六百多公里，如果站在山顶看火星表面甚至看不到火星的地平线。

4、木卫一像颗臭鸡蛋

木卫一是太阳系最活跃的卫星，由于距离原因被木星的强大引力拉扯导致木卫一表面形成了数百个活跃的火山，如果能闻到木卫一的大气，整个星球的味道就像颗巨大的臭鸡蛋，火山的喷发物常常能喷到数百公里的高空中，导致整个星球表面被火山硫化物所覆盖。

5、最大的峡谷形成之谜

火星上著名的马里内斯峡谷如同星球上的一条伤疤，四千多公里的长度是地球上最大峡谷的10倍多，然而至今无法得知这条太阳系最大的峡谷在火星上是怎么形成的，很难想象什么样剧烈的地质运动才能造成这种“伤痕”。

6、金星上的超级飓风

金星拥有太阳系最高温的环境，然而金星表面的飓风竟然比星球本体自转的速度快50倍，如此可怕的风速让金星被认为是太阳系最接近地狱的星球，然而金星浓密的大气挡住了太阳的能量，是什么原因形成这种超级飓风，至今说法不一。

7、木卫二的海洋有生命

木卫二拥有太阳系最多的水量储备，虽然无法得知这颗小星球的水来源，但根据木卫二表面的冰层裂缝得知，在它厚厚的冰层下面有一个非常活跃的液态海洋环境，而地球上的海洋深处就有独特的生态环境，如同太阳系还能找到第二个适合生命的环境，木卫二冰层之下的海洋就是最佳场所。

8、冥王星的山脉

冥王星是太阳系边缘的一个冰冻星球，然而冥王星表面却有非常明显的造山运动，在如此远离太阳的地方它地质运动的能量来源一直是个未解之谜，因为它只是一个比月球稍大的小行星，而月球上所有的山脉都是由外力造成的。

9、星环其实很常见

土星壮观的星环可能来自一个被毁灭的卫星，然而在太阳系内其实还有木星、天王星和海王星等也拥有星环，不可思议的是最近在土星和天王星之间的一颗小卫星上也发现拥有星环，显然星环的形成并没那么简单。

10、木星大红斑即将消失

木星作为太阳系最大的行星，让人们印象深刻的是表面那个巨大的红色风暴，自十六世纪发现木星以来，这个太阳系最大的风暴漩涡就一直存在，然而不知什么原因近年来这个大风暴正在不断缩小有停止的迹象，目前的体积仅为历史最大值的一半。

11、土卫六的巨大“湖泊”

在土卫六这颗极其寒冷的小星球上，遍布了大大小小无数个“湖泊”，当然这些湖泊都不是水形成的，全是在极低温度下液化的甲烷湖和乙烷湖，未来这颗星球可能作为人类在太阳系的一颗能源采集基地。

12、土星极地的六角形风暴

在土星的北半球有一个奇怪的六角形风暴，自人类发现土星起这个巨大的风暴就一直存在，而且丝毫没有减弱的迹象，为什么会形成这种奇怪的形状，可能与它的磁场强弱有关。

13、太阳大气的高温

太阳的高温影响了地球的四季温度，据测量太阳的表面温度是5500摄氏度，但是它表面大气的温度竟然达到数百万度，如此巨大的温差是怎么造成的，至今还没有很好的科学解释。

我们的太阳系只是银河系中一个小小的恒星系统，然而对它的了解却依然非常有限，随着太空探索的发展，这些谜团在未来一定会解开。

【098、太阳系外漫游——银河系的星际地图】

光明网 2020-06-10 

大家好，我是中科院国家天文台的王汇娟，今天，让我们一起来漫游银河系！

飞出太阳系，便进入银河系的星际空间。旅行者1号探测器是目前唯一飞出太阳系的人造天体。现在它离地球的距离约为149倍日地距离，大约222亿公里。它发出的信号以光速传到地球单程需要约17小时。

星际旅行怎么能没有一份趁手的地图呢？下面让我们一起拼一份银河系的星际地图吧。

首先是银河系的平面星际地图。正加速膨胀的宇宙中有约千亿个星系，银河系是其中并不起眼的一个，外形像旋涡，有恒星分布的直径约为17-20万光年，比3年前人们对银河系大小的认识增大了近1倍。银河系中心区域有类似木棒的结构，因此它属于棒旋星系。银河系从中心旋转出多条旋臂，太阳系就位于其中一条叫猎户座小旋臂的边缘地带。如果把银河系的中心（简称：银心）比作一个大型城市的中心，那我们生活的太阳系则大约位于城乡结合部，距离银心约2.7万光年。银河系中有约1000-4000亿颗像太阳这样的恒星及可能数量相当的行星，他们主要位于银河系的旋臂和中心区域附近。银河系在直径为25.8万光年的区域内总质量约为1.5万亿倍太阳质量，且其中只有约10%是恒星和气体等，其余约90%为无法直接探测到的暗物质。

从北银极俯视银河系，它像一个旋转的圆盘。从侧面看去，这个“圆盘”中心区域比其他区域更亮且稍隆起，我们称之为核球，其余亮的区域比较薄，我们称之为银盘。银盘的平均厚度只有2000光年左右，约为直径的1%。最新研究表明，银盘并非一个平面，而是呈翘曲的结构。

天文学家将银河系从内向外分为位于中心的银心、中部隆起的核球、包含旋臂的银盘、包裹着以上所有结构的外形近似球形的银晕。银晕包括看不见的暗物质晕及散布着一些球状星团的恒星晕，两者在空间上有重合，而前者更大些。

什么是球状星团呢？一般把十个以上且在物理性质上有联系的一群恒星称做星团。其中，数目由十几到几千颗恒星组成的，结构松散且形状不规则的星团称为“疏散星团”，一般比较年轻，主要分布在银盘上，比如昴星团等；数目由上万到几十万颗恒星组成，整体像雪球的星团称为球状星团，一般比较年老，主要分布在银晕中，比如北天最亮的球状星团M13等。M13位于武仙座，包含约100万颗恒星，人类曾于46年前用当时最大的射电望远镜向可能生活在那里的地外文明发送了一条消息，这条消息包含了人类的DNA、原子序数、地球位置等信息，将在约2.22万年后抵达这个星团。

在银河系所有结构中，包裹着银心的核球是最亮的部分。从地球看，银心在人马座方向，研究发现，位于银心的致密射电源人马座A*（SgrA*）是一个超大质量黑洞，质量约为415万倍太阳质量。核球部分位于南天，在南半球常年可见，因此南半球看到的银河更绚烂些。北半球以北京附近为例，银心晚上升起最高的时候只有20度左右，适宜在夏季观赏。

尽管人们很早就怀疑银心存在超大质量黑洞，但实测的证据却来自于近年对Sgr A*附近十几颗大质量恒星长达27年的高精度空间运动的监测。S2是其中最亮的恒星之一，它不仅有围绕Sgr A*黑洞的周期为16年的公转轨道，而且第二个周期的轨道与前一个周期形成玫瑰花结，而非重合的椭圆，这种现象也叫“史瓦西进动”。这一发现不仅为银心超大质量黑洞的存在提供了强有力的证据，而且也为爱因斯坦广义相对论提供了观测证据。

2019年4月，人们首次欣赏到利用“视界面望远镜”拍摄的位于M87星系中心的超大质量黑洞的照片，科学家在拍这个黑洞的同期，其实还拍了位于银心的人马座A*黑洞，只是照片目前尚未“洗”出来。不过，作为距离我们最近的超大质量黑洞的首张照片，还是很值得期待的。

有银河系的四维地图么？第四维或许可以是时间，虽然不能像三维空间的各维那样可逆。银河系是如何形成和演化的？未来命运如何？天文学家正在基于实测和理论研究试图找出线索。比如去年4月，我国天文学家主导的一项研究发现：银河系在演化过程中曾“吞并”过一些质量更小的星系。

我们乘着太阳系这叶扁舟，以约220公里/秒的速度围绕银河中心公转，公转一周约需2.4亿年。上次太阳系运行到目前位置附近时，地球上正是恐龙开始崛起的三叠纪，再上一次是鹦鹉螺统治着海洋的奥陶纪。下次再转回来时又会是怎样的光景呢？

银河系中深藏无数宝藏，当然也包括恒星逝去的躯体所化作的霓裳，下一站我们一起去探访那些尚留有恒星体温的星云。

【099、太阳系外行星】

2013年，开普勒任务的天文学家推算整个银河系可能包含多达4,000亿颗系外行星，这几乎是星系内每颗恒星都有一颗行星——

太阳系外行星，或简称系外行星（Exoplanet），是位于太阳系之外，不绕行太阳公转的行星。截至2020年6月底，已经被确认的系外行星总共有4281颗，当中约有71.3%是透过凌日现象发现的；这些行星分属3163个行星系，其中有701个多行星系。开普勒任务已经检测到18,000颗行星候选者，包括262颗位于潜在适居带的候选者。

在银河系，估计有数十亿颗恒星（若每颗恒星都至少有一颗行星，将导致有1,000亿至4,000亿颗行星）不只在恒星周围有行星，也有自由移动的行星质量天体，而已知最靠近的系外行星是比邻星b。

几乎所有已经发现的系外行星都在我们自己的银河系内，但是有少量的银河系外行星可能可以被检测出来。哈佛－史密松天体物理中心在2013年1月提出的一份报告中提到：估计在银河系内“至少有170亿颗”地球尺度的系外行星。

数百年来，许多哲学家和科学家都认为在太阳系以外应该也有行星的存在，但是没有办法知道行星有多普遍，或是与太阳系行星的相似度又是如何。在19世纪，许多的侦测方法被提出来，但最终所有的天文学家得到的结果都是否定的。第一个被确认的检测出现在1992年，发现有几颗质量类似地球的天体环绕着脉冲星PSR B1257+12。在主序带恒星发现行星的第一个侦测结果出现在1995年，在邻近的飞马座51发现了以4天周期公转一周的巨大行星。由于观测技术的进步，自此之后侦测到的数量与效率迅速的增加。有些系外行星被大望远镜直接拍摄到影像，但绝大多数的系外行星都是经由径向速度测量检出的。除了系外行星，“系外彗星”（在太阳系之外的彗星）也被发现，也许在银河系内也是很普遍的。

最常见的系外行星是气态巨行星，相信是类似于木星或海王星，但这也反应了取样偏差，因为大质量的行星比较容易被观察到。一些相对比较轻的系外行星，质量只有地球的几倍（现在所谓的超级地球）；如众所周知，在统计上的研究表明它们的数量应该超过巨大的行星。虽然现在已经发现一小撮包括地球大小和更小的行星，似乎表现出其它的地球类似体属性。也存在着有这行星质量的天体环绕着褐矮星和不受到恒星拘束在空间中自由移动的行星；然而，“行星”这个名词尚未应用在这些天体上。

发现的太阳系外行星，特别是轨道位于适居带，极有可能有液态水存在表面的那些行星（还因此可能有生命），提高了搜寻外星生命的兴趣。因此，寻找太阳系外的行星还包括适居行星，在太阳系外的行星适合承载生命的研究中，被考虑的因素相当广泛。

在2013年1月7日，来自开普勒任务空间天文台的天文学家宣布发现了KOI-172.02，一颗像地球的系外行星候选者，在一颗类似太阳的恒星的适居带中环绕着，可能是“存在着外星生命的主要候选者”。

观察历史

早在十九世纪便有天文学家声称发现系外行星。1855年，在东印度公司马德拉斯天文台工作的W。S。Jacob发现蛇夫座70双星系统轨道异常，怀疑当中有类似行星的物体；1890年代，芝加哥大学及美国海军天文台的汤玛斯·杰佛逊·杰克逊·希声称轨道异常证明该系统当中有一个公转周期为36年的黑暗物体，但福雷斯特·雷·莫尔顿随即指出这样的系统极不稳定。在1950至1960年代，斯沃斯莫尔学院的彼德·范·德·坎普声称发现了绕着巴纳德星公转的行星。后来的天文学家普遍认为这些早期观测都是错误的。

加拿大天文学家布鲁斯·坎贝尔等人在1988年的结果是首次获得随后观测确认的发现，他们利用视向速度法发现围绕少卫增八的行星；然而因为当年技术条件所限，包括发现者本身的天文学界都对结果有所保留。也有人怀疑这些其实是质量介乎于行星和恒星之间的褐矮星。

随后不少观测支持少卫增八（仙王座γ）拥有行星，但亦有研究显示相反的证据。最终到了2003年运用改进了的观测技术方能证实。

1991年，安德鲁·林恩等人声称运用脉冲星计时法发现了一个行星 PSR B1829-10的脉冲星行星。虽然结果受到注目，但林恩及其研究队伍很快便撤回结果。内太阳系和系外行星HD 179949 b、HD 164427 b、Epsilon Reticuli ab、及Mu Arae b轨道的比较图。（所有母星皆在中央位置）

1992年，美国天文学家亚历山大·沃尔兹森及戴尔·弗雷宣布发现一个围绕脉冲星PSR B1257+12的行星。这项发现迅速被确认，普遍认为这是首次对系外行星的确认。这些系外行星相信是由超新星的残余物所构成，或是巨型气体行星的固体核心被超新星抛出所形成。

1995年10月6日，日内瓦大学的米歇尔·麦耶及戴狄尔·魁若兹宣布首次发现一颗普通主序星（飞马座51）的行星，这发现开展了当代的系外行星发现。先进的科技，特别是高分辨率的光谱学，大大加速了新系外行星的发现。这些新发展让天文学家可以凭行星对母星的重力影响间接侦测到系外行星的存在，亦有行星因为经过母星前面导致母星光度减弱而被发现。

截至2013年10月30日，人类一共发现了1031个系外行星，包括一些在早前已被发现但一度被外界否定，却在后期才被证实的（如巴纳德星的行星），当中很多都是由杰佛瑞·马西的队伍在加州大学的里克天文台和凯克天文台发现。现已发现了二十个拥有超过一个行星的星系，最早发现的一个为仙女座υ行星系统；另外亦有四个行星围绕两个脉冲星的情况。经红外线观测恒星盘亦显示在一些行星系统中也存在着数以百万计的彗星。

系外行星侦测法

由威尔逊山天文台1.5米望远镜上的旋风星冕仪（Vortex coronograph）拍摄HR 8799（飞马座V342）的三颗行星影像。相较于母恒星，行星是非常暗淡的；在可见光的波长，它们通常只有母恒星百万分之一的亮度。这种微弱的光源是很难检测到的，而且母恒星的眩光往往会掩盖掉行星的微光。有必要遮挡掉母恒星的光芒以减少眩光，才能从地球上观测到；这样做是对在技术上是很大的挑战。

所有直接获得影像的系外行星不仅都很大（质量比木星大），而且离母恒星也很远。它们大多数还很热，因此他们发出激烈的红外线辐射；获得的红外线影像会比可见光影像更为明亮。

虽然目前绝大多数的太阳系外行星只能以间接的方法检测出来，但直接影像法在将来可能成为最重要的方法。下列是已经被证实非常有用的间接方法：径向速度或多普勒法。

当一颗行星绕着恒星公转，恒星也会绕着质量中心在自己小小的轨道上移动。恒星径向速度的变化——就是它远离或接近地球的速度——可以从因为多普勒效应造成在谱线上的变化检测出来。极小的速度变化，即使小到1m/s甚至更小，都可以看得出来。这是目前发现系外行星最有生产力成效的方法。它拥有的优点是适合各种性质的恒星；而缺点则是无法确知行星的质量，只能知道行星质量的下限。但是，如果可以从恒星的径向速度区分出行星本身的径向速度，就可以测量出行星真正的质量。还有一个限制是需要高信噪比，因此目前的技术只能检测出距离160光年以内的系外行星。径向速度法也用作确认凌日法的结果，一同运用则有助于估计行星的真实质量。

凌日法

如果一颗行星从母恒星的前方经过（凌），则观测者会观测到恒星的亮度会像滴了颗泪珠般下降了一点点。变暗的数值取决于行星的大小、恒星的大小，还有其它的因素等等。虽然他有大量的假阳性反应，而有必要做进一步的确认，但它依然是发现系外行星第二有成效的方法。凌日法可以提供行星半径的信息，有时它还能够透过光谱研究行星的大气层。配合径向速度法，还可以提供更多的行星信息。

凌日时间变分法

当存在着多颗行星时，相互之间对其它的轨道会有微小的摄动。一颗行星凌日周期的小变化可以指示另一颗行星的存在，而无关乎这颗行星是否会凌日。例如，系外行星WASP-3b凌日周期的微小变化，显示这个系统有另外一颗行星存在，极不会凌日的WASP-3c。如果一个系统存在着多颗凌日的行星，也可以利用这种方法确认它们的存在。这种方法的另外一种形式，是测量联星的食，可以揭露环绕这两颗恒星外侧的行星；在2011年11月，就用这种发法发现了5颗行星。

重力微透镜

当恒星的重力场产生像透镜一样的微透镜，会放大遥远背景恒星的光。环绕着恒星的行星会导致探测到的恒星光度会随着时间的推移产生异常的放大。截至2011年6月，这种方法的结果只检测到13次，但是这种方法的优点是对距离母恒星遥远的行星非常敏感。

天体测量

天体测量包括精确测量恒星在天空中的位置，和观察随着时间推移的位置变化。由于行星的重力影响造成的恒星运动或许可以观察得到，因为这种移动是非常的小，因此这种方法还不是很有成效。它只产生了几个有争议的检测，然而它还是成功的用于调查以其他方式发现的行星的属性。

脉冲星计时法

脉冲星是超新星爆炸后留下来超高密度的中子星。随着自转，脉冲星发出极为有规律的电磁波脉冲，因此脉冲的轻微异常能显示脉冲星的移动。和其它星体一样，脉冲星亦会受其行星影响而运动，故此计算其脉冲变动便可估计其行星的性质。

这方法最初并非设计来侦测系外行星，但其敏感度是各方法之中最高，足以侦测到质量只有地球十分之一的行星。脉冲星计时法亦可以侦测到行星系统内相互的重力扰动，故此可以得到更多有关行星及其轨道的资料。然而因为脉冲星比较罕有，所以亦难以用这方法发现大量行星；而且因为脉冲星附近有极强的高能量辐射，生命似乎难以生存。

1992年亚历山大·沃尔兹森便是利用了这个方法发现了PSR B1257+12的行星，而且被迅速确认，成为首个被确认的系外行星系统。

恒星盘法

很多恒星都被尘埃组成的恒星盘包围，这些尘埃吸收了恒星的光再放出红外线，因此可以被观测。即使尘埃的总质量还不及地球，它们的总表面积仍足反映到可观测的红外线。哈勃空间望远镜可以通过其近红外线摄影机和多物体光谱仪观测这些尘埃，而斯皮策空间望远镜可以接收更广阔的红外线光谱以得到更佳的影象。在太阳系附近的恒星之中，已有超过15%被发现有尘埃盘。

一般相信这些尘埃是由彗星或小行星碰撞中形成，而在恒星的辐射压力下，很快便会把尘埃推至星际空间。故此侦测到尘埃盘便代表恒星附近有不断的碰撞以补充失散的尘埃，是恒星拥有彗星或小行星的间接证据。例如鲸鱼座τ附近的尘埃盘便显示这恒星拥有比太阳系多出十倍以上，类似柯伊伯带中的物体。

在一些情况下尘埃盘可以显示有行星的存在。有些尘埃盘中间有空洞或形成团状，都可能表示有行星在“清理”其轨道或尘埃受到行星引力影响而结集。在波江座ε便发现了有这两种特质的尘埃盘，意味着当中可能有一个轨道半径达40天文单位的行星；通过视向速度法，亦发现了另一个轨道较细的行星。

直接摄影

因为行星相比于其母星都是非常暗淡的，所以一般都会被母星的光掩盖，故此要直接发现系外行星几乎是不可能的。但在一些特殊情况，现代的望远镜亦可以直接得到系外行星的影象，例如行星体积特别大（明显地大于木星），与母星有一段较大距离，以及较为年轻（故此温度较高而放出强烈的红外线）。

在2004年7月，天文学家们利用欧洲南天文台的甚大望远镜阵列在智利拍摄到褐矮星2M1207及其行星2M1207b。在2005年12月，2M1207b的行星身份被证实。估计这系外行星质量比木星高几倍，而且轨道半径大于40天文单位。直至2006年9月为止这是唯一被直接拍摄到而且被确认的系外行星。

当时还有另外三个疑似系外行星被拍摄到，包括豺狼座GQb、AB Pictoris b、及SCR 1845 b。截至2006年3月，当中未有任何一个被证实为行星；相反地，它们可能是小型的褐矮星。

2008年5月，加州大学伯克利分校的天文学家Paul Kalas从哈勃空间望远镜所拍照片中找到了到北落师门的一颗行星北落师门b，这是该望远镜首次直接拍摄到太阳系外行星，其亮度只有北落师门的10亿分之一。

发展中的观察方法

数项计划中的空间任务已配备一些上述的侦测方法。在空间进行侦测可以得到更高的敏感度，因为避免了地球大气层扰动影响，以及探测到不能穿透大气层的红外线。预期这些空间探测器可以侦测到和地球类似的行星。

类地行星发现者

欧洲空间局的对流旋转和行星横越计划以及美国宇航局的开普勒任务均会使用凌日法。COROT可以侦测到略为大于地球的行星，而开普勒空间天文台更有能力侦测到比地球更小的行星。预期开普勒空间天文台亦有能力探测到小轨道大型行星的反光，但不足以构成影像；正如月球的月相一样，这些反光会随时间而增加或减少，分析这些数据甚至可以显示其大气内的物质分布。透过这方法Kepler可以找到更多未被发现的系外行星。

美国宇航局计划在2014年发射的空间干涉测量任务将使用天体测量法在邻近恒星之中寻找类似地球的行星。欧洲空间局的达尔文计划（Darwin）探测器及美国宇航局的类地行星发现者则会尝试直接拍摄系外行星的照片。最近被提议的新世界任务更有遮光设备以阻挡恒星的光芒，容许天文学家直接观察到暗淡的系外行星。

2006年2月2日，美国宇航局宣布因为财政理由要无限期搁置TPF计划；2006年6月，美国众议院的拨款委员会恢复部分拨款，让计划最少可进行至2007年。12月27日，COROT卫星升空。美国的开普勒空间天文台在2009年3月6日发射。

行星定义

根据国际天文联合会的“行星”定义，行星必须围绕一颗恒星。然而此定义仅适用于太阳系内的行星，所有的太阳系外行星被排除在外。为此2001年国际天文联合会针对太阳系外行星作以下定义（2003年有修订）：“物体的真实质量在能进行氘聚变的热核反应极限之下（目前的计算相当于是13个木星质量的太阳系物质），环绕着恒星的天体是行星（不考量形成的方式）。最低的外太阳系行星质量/尺寸应该等同于太阳系内的行星。

次恒星的真实质量应该在能进行氘聚变的热核反应极限之上，无论是如何形成或位于何处，称为褐矮星。

在年轻星团中的自由天体，质量低于氘聚变极限之下的不是行星，但归类为次褐矮星（也可以是其他任何被认可的名称）。”

命名

系外行星命名是在母星名字后加上一个小写英文字母。在一个行星系统内首个发现的行星将加上“b”，如飞马座51b，而随后发现的则依次序为飞马座51c，飞马座51d等。不使用“a”的原因是因为可被解释为母星本身。字母的排列只按发现先后决定，因此在格利泽876系统内最新发现的Gliese 876 d却是系统内已知轨道最小的一个行星。

在飞马座51b于1995年被发现前，系外行星有不同的命名方法。最早被发现的PSR B1257+12行星以大写字母命名，分别为PSR 1257+12 B及PSR 1257+12 C。随后发现了一个更为接近母星的行星时，却命名为1257+12 D而不是A。

一些系外行星也有非正式的外号，例如HD 209458 b又称欧西里斯。

2019年国际天文联合会百周年庆，开放了百余个系外行星给112国以公众投票方式加以命名，共计获36万个命名提案，42万人投票 （页面存档备份，存于互联网档案馆）。授予台湾命名的系外行星-恒星系统获名为“水沙连——丽”（原科学编号为HD1000665）。香港将他们的系外行星和母恒星名称取为“太平山——狮子山”，中国则是“望舒（页面存档备份，存于互联网档案馆）——羲和（页面存档备份，存于互联网档案馆）”。

一般性质

截至2004年8月31日，所有以视向速度法（蓝点），凌日法（红点）和重力微透镜法（黄点）所发现的系外行星。同时亦显示了空间和地面仪表的侦测极限。

大部分已知的系外行星都是围绕和太阳类似的恒星，即恒星光谱为F，G或K的主序星，原因之一是搜寻计划都倾向集中研究这类恒星。即使考虑到这点，统计分析亦显示低质量恒星（恒星光谱为M的红矮星）一般较少拥有行星或只有低质量行星。

所有恒星成分都以最轻的氢和氦为主，但亦有小量较重的原素如铁，天文学家以此描述恒星的金属性。较高金属性的恒星通常拥有较多行星，而且行星亦倾向有较高质量。

绝大部分已知的系外行星都是高质量的，当中90%是超过地球的10倍，很多亦明显比太阳系最重的木星为高。然而这只是一种观测上的选择性偏差，因为所有侦测方法都利于寻找高质量行星。这种偏差令统计分析难以进行，但似乎低质量行星实际上比高质量的更为普遍，因为在困难的情况下天文学家仍能发现一些只比地球质量高数倍的行星，显示它们在宇宙中应甚为普遍。

已知的系外行星中，相信绝大部分有大量气体，如太阳系中的巨行星一样。但这只有经凌日法方可证实。部分小型的行星被怀疑由岩石构成，类似地球和其它太阳系内行星。

很多系外行星的轨道都比太阳系的行星要小，但这同样是因为观测限制带来的选择性偏差，因为视向速度法对小轨道的行星最为敏感。天文学家最初对这种现象很疑惑，但现在已清楚大部分系外行星（或大部分高质量行星）都有很大的轨道。相信在大部分行星系统中，都有一或两个大型行星的轨道半径类似木星和土星的轨道。

轨道离心率是用作形容轨道的椭圆程度，大部分已知的系外行星轨道都有较高的离心率。这并非选择性偏差，因为侦测的难易程度和轨道离心率没有太大的关系。这种现象仍是一个谜，因为现时有关行星形成的理论都指轨道应是接近圆形的。这亦显示太阳系可能是不平常的，因为当中所有行星轨道基本上都是接近圆型的。

有关系外行星仍有不少未解之谜，例如它们的详细成分和卫星的普遍性。其实最有趣的问题之一是这些系外行星能否支持生命的存在。一些行星的确是处于生命适居的范围内，条件可能和地球类似；这些行星大都是类似木星的巨型行星，若它们拥有大型的卫星便是最有机会孕育生命的地方。然而即使生命在宇宙间普遍存在，若他们并非有高度文明，以星际距离之远实难以在可预见的时间内发现。

值得注意的系外行星

在系外行星研究历史上有不少里程碑。1992年沃尔兹森及弗雷首次在《自然》发表发现系外行星的报告，显示脉冲星PSR B1257+12拥有行星。脉冲星行星的发现仍被认为是不寻常的事。飞马座51b是首个发现的主序星行星，由米歇尔·麦耶及戴狄尔·魁若兹于1995年10月6日在《自然》发表。天文学家最初都对这个“热木星”（即小轨道大质量的气体行星）感到惊讶，但很快便发现更多类似的行星。

自此以后，值得注意的发现包括：

1996年

大熊座47b：为第一颗发现围绕主序星运转的长周期行星。轨道距离母星有2.14天文单位，环绕周期为1095.0 ± 2.9地球日，质量为2.62倍木星质量。唯一与大部分长周期行星不同的是，其轨道离心率为0（正圆形轨道）。

1998年

格利泽876b：为环绕格利泽876恒星的三颗类地行星中最大的一颗行星，体积为木星的两倍。

1999年

仙女座υ：4月，天文学家公布第一次在太阳系外发现有多颗行星环绕的行星系统。该行星系统以3颗类木行星所组成，为仙女座的成员之一，亮度为4星等，用肉眼即可观察到。

HD 209458 b：该行星最初是用径向速度法发现，后来成为第一个被观测到凌日的系外行星。凌日观测证实了此天体的行星身份。

2001年

HD 209458 b：利用哈勃空间望远镜，天文学家发现了HD 209458 b的大气层含有的钠比预期低，显示云层遮蔽了低层的大气。

2002年

天龙座ιb：为天文学家发现第一颗环绕巨星的行星。母星为K型巨星天龙座ι，且离心率较高，比地球多了27.5%。

2003年

PSR B1620-26c：Steinn Sigurdsson及其研究队伍分析了哈勃空间望远镜得到的资料，证实了PSR B1620-26c这个已知最古老的系外行星，估计有125亿年。这行星位于离地球5600光年的天蝎座M4星团，质量为木星的两倍，是唯一已知围绕双星的行星（母星分别为脉冲星和白矮星）。

2004年

天坛座μd：8月欧洲南天文台的高精度径向速度行星搜索器发现了天坛座μ的一颗质量约为地球14倍的行星天坛座μd，为截至2006年9月已知质量第三低的主序星行星，而且可能是首个太阳系以外的主序星的类地行星。

2M1207b：为第一颗以直接摄影法发现的行星，也是首颗环绕褐矮星的行星。母星为褐矮星2M1207，质量估计为3到10倍的木星质量，与恒星的距离约为41AU，相当于太阳与冥王星之间的距离。2M1207b为一颗气体行星，表面平均温度为1,600K（摄氏1,300度），因此被认定为无生命存在之行星。

2005年

格利泽876d：红矮星Gliese 876的第三个行星Gliese 876 d于6月被天文学家发现。其质量约只有地球7.5倍，是已知第二低的系外主序星行星，而且几乎可以肯定这行星由岩石组成。其轨道半径只有0.021天文单位，公转周期为1.94日。

HD 149026b：天文学家7月发现的HD 149026 b的核心质量为地球质量70倍，占其总质量的三分之二，是已知拥有最大核心的行星。

HD 188753 Ab：天文学学7月宣布发现一个约在149光年的三星系统（黄、橙、红色）中的行星HD 188753 Ab，对现今的行星形成理论造成挑战。这是一个略为大于木星的气体行星，围绕天鹅座HD 188753系统的主星公转，故称为HD 188753 Ab，公转周期为3.3日，轨道半径约十二分之一天文单位。另外两个恒星互相旋转周期为156日，并同时以25.7年周期绕着主星公转，和主星距离约为土星与天皇星轨道半径之间。这两个恒星对主流的热木星形成理论造成挑战，这理论指大型气体行星在一个较远的距离形成，然后以未知的机制转移到星系内围；然而两个恒星的存在使这个理论不适用，因为它们会妨碍外围行星的形成。

2006年

OGLE-2005-BLG-390Lb：天文学家1月25日公布了OGLE-2005-BLG-390Lb的发现。这行星约在21,500光年以外的一个星系中心，以重力微透镜法发现，质量估计为地球5.5倍，表面温度只有摄氏-220o，是已知质量最低、距离最远、亦可能是最冷的主序星系外行星。在此以前发现的低质量行星都只有很小的轨道，而OGLE-2005-BLG-390Lb的轨道半径则估计有2.6天文单位。

HAT-P-1b：利用一个称为＂HAT＂的自动小型望远镜网络，哈佛-史密松天体物理中心的天文学家发现了一个系外行星HAT-P-1b，其母星为450光年之外位于蝎虎座的一个双星系统中的其中一个恒星，行星半径为木星的1.38倍而密度只有木星的一半，是已知密度最低的行星。现时仍不清楚这行星如何形成，但相信这类低密度行星（包括HD 209458 b）会有助了解行星形成的过程。哈佛-史密松天体物理中心的Robert Noyes说：“我们不能不说发现HD 209458 b是一件侥幸的事，这个新发现提示了我们有关行星形成理论中遗漏的东西。”

2009年

柯洛7b：2月3日，欧洲南方天文台宣布已发现环绕恒星柯洛7的系外行星COROT-7b。主导此发现的柯洛计划表示因与母星的距离不到0.02个天文单位，所以轨道周期只有20个小时，为目前发现中轨道周期最短的系外行星。另该行星的直径只有地球的1.7倍，但质量却有地球的5.6-11倍，因此可能为岩石行星。然而离母星太近，该行星的表面温度可能达1000-1500 °C，所以有人认为该行星是由等量的水蒸气和岩石所构成。

格利泽581e：在4月21日，欧洲南方天文台的天文学家宣布发现环绕Gliese 581的第4颗行星，距离母星小于0.03个天文单位，质量只有地球的1.9倍，迄2010年一月仍是迄今发现最小、质量最接近地球，环绕着主序星的系外行星。

30颗新行星：在10月19日，宣布使用径向速度法新发现了30颗行星。2009年10月也是在一个月内发现最多行星的月份，打破了2002年6月和2009年8月发现17颗系外行星的记录。

室女座61和HD 1461：在12月14日，发现三颗行星，其中一颗是超级地球，另外两颗质量与海王星相当的大行星。此外还发现一颗超级地球和两颗未经证实行星环绕着HD 1461。这些发现显示在周围邻近的恒星发现低质量恒星的环绕轨道是很平常的。室女61是第一颗有超级地球环绕的类太阳恒星。

GJ 1214 b：天文学家在12月16日，用凌日法发现一颗超级地球。经由质量和半径测量得到的密度，天文学家认为这颗行星可能是一颗75%是水，25%是岩石构成的海洋行星。在这颗行星上的一些水应该是以异于寻常的冰七型态存在。这是MEarth计划发现得第一颗系外行星，这个计划利用凌日法发现经过M-型恒星前方的超级地球。

2010年

格利泽581g：天文学家发现迄今最像地球的一个太阳系外行星，它位于恒星系统的适居带内，可能适合生命存在。这个类地球行星是一个多岩石的星球，位于天秤座，距离地球约20光年。

开普勒9：第一个使用凌日法发现多颗系外行星的恒星。目前该恒星旁已发现三颗行星。

HIP 13044b：在其他星系形成的行星，原属星系已被银河系并吞。距离地球约2000光年。但是后续的研究表明之前的观测存在误差，实际上该行星并不存在。

2011年

开普勒11（Kepler-11）：2月2日公布以凌日法发现至少有6颗行星。

1235个行星候选天体：天文学家2月2日公布开普勒空间天文台发现有1235个行星候选天体，其中54个可能位于适居带。

MOA-2009-BLG-387Lb：在2011年2月21日被公布，利用微引力透镜方法发现的系外行星。

开普勒16b：天文学家9月15日公布，是首个环绕联星系统的系外行星。

开普勒20：有5颗行星的行星系，其中的开普勒20e和开普勒20f是首次发现体积与地球相若的行星。

开普勒22b：天文学家12月5日公布，是开普勒空间天文台发现第一个位于类太阳恒星适居带的太阳系外行星。

2012年

HIP 11952：是已知拥有系外行星的恒星中年代最久的恒星，已发现两颗气态巨行星。但在2013年，根据由HARPS-N提供的高精度数据，证实HIP 11952并不拥有行星。

开普勒47：是第一个拥有超过一颗以上环联星运转行星的联星系统。

半人马座α Bb：2012年10月16日发现至今最近的系外行星，距离地球仅4.37光年，母恒星南门二B。

【100、太阳系外行星发出射电信号？难道是地外文明？】

2020-12-21 中国数字科技馆

近日，美国康奈尔大学领导的一个国际科学家团队通过射电望远镜阵列监测宇宙，探测到了来自牧夫座的射电脉冲串。

该信号可能是第一次从太阳系以外的行星上收集到的射电脉冲。研究成果16日发表在《天文学与天体物理学》杂志上。

利用荷兰的射电望远镜低频阵列，研究人员发现，大约距太阳系51光年远的系外行星系统——牧夫座τ系统（包含一颗双星和一颗系外行星）显示出一个重要的射电信号。这是了解该行星磁场的一个独特的、潜在的窗口。

“这是我们提出的无线电领域探测系外行星的首批线索之一。”研究团队领导者之一、康奈尔大学博士后研究员杰克·D·特纳说，“我们认为这是由行星本身发射的。从射电信号和行星磁场的强度和极化来看，这与理论预测是一致的。”

论文合著者之一雷·贾亚瓦德哈纳说，“如果通过后续观测得到证实，这次射电爆发的探测将为我们打开一扇观察系外行星的新窗口，也为我们提供一种探索数十光年外的外星世界的新方法。”

特纳表示，观测系外行星的磁场有助于天文学家破译行星的内部和其大气属性，以及恒星与行星相互作用的物理学原理，“类地系外行星的磁场可保护大气层不受太阳风和宇宙射线的影响，从而会使它们更具宜居性。”

两年前，研究人员曾探测到木星的射电辐射信号，并对这些辐射进行了缩放，以模拟来自遥远的类木星系外行星的可能信号。这些结果成为搜索40到100光年外系外行星射电辐射的模板。在仔细研究了近100个小时的射电观测结果后，研究人员在牧夫座τ系统中找到了系外的射电“木星”。

但另一方面，科学家认为，这次射电信号十分微弱，其来源仍存在很大不确定性，因此后续观测仍至关重要。

总编辑圈点

宇宙深处的射电信号，总让我们第一时间联想到地外文明。但茫茫宇宙，地球不过是个小小舞台罢了，即便我们自身生机勃勃，以宇宙尺度来看它依然小如芥子，想要在地球上接收到来自其他智慧文明的无线电信号，概率其实非常非常低。

约8年前，NASA曾探得一种宇宙射电信号，一度被怀疑可能是首个来自外星文明的“候选”信号，不过最终证明，它只是陆地无线电频率干扰。

这么多年以来，天文学家其实从未放弃类似的探测和找寻，因为即便我们接收到的不是文明的讯息，其也带给人类更多发现“新世界”的机会。

【101、太阳系外也“宜居”？科学家发现七颗类地行星】

德国之声中文网

天文学家发现，在太阳系之外的一颗红矮星周围，有7颗体积与地球相似的行星环绕。在其中几颗行星上可能存在液态水，也就是说可能有生命存在。

这并不是科学家们首次发现形体与地球相近的行星，但却是第一次一下子发现这么多颗，而且环绕的是同一颗恒星。

2月22日出版的《自然》杂志发表了有关研究报告。比利时列日（Liège）大学的天文学家吉昂（Michal Gillon）和他的同事发现了7颗大小与地球相当的行星。这些行星的表面都可能有液态水，因此可能存在生命。

它们所环绕的恒星是一颗名叫Trappist-1的低温红矮星，体积只有太阳的约十分之一，与木星相仿，所处位置距离地球39光年。

地球人有邻居吗？

Trappist-1比太阳小，温度也低。在该星系的行星上，"人的肉眼能感受到的光热大概是太阳的200分之一，就像落日余晖"，报告作者之一、剑桥大学的天文学家特里奥德（Amaury Triaud）说。

尽管如此，这些行星表面的温度不低。因为Trappist-1释放大量的红外线，虽然肉眼看不到，但皮肤可以感到其热度。特里奥德推测，这些行星上的"天空"是鲑鱼般的淡橙色。

现在还没有人知道，这些行星的表面物质和气候是怎样的，以及是否的确有液态水、甚至生命的存在。"如果那里有海洋，那么存在生命的机会不小"，特里奥德说。

科学家们接下来打算研究这些行星上的大气层状态。明年将投入使用的韦伯天文望远镜将助一臂之力，它可以寻找这些行星大气层中的分子。

如果在一颗行星上同时找到了甲烷、氧气和臭氧，就表明存在生命的可能性很大。吉昂说，如果只有氧气，则不那么有说服力，尽管科幻片总是给人这样的印象——有氧气就有生命。

人类并不孤独

科学家早在1992年就发现了第一颗太阳系之外的行星。随着天文望远镜功效的不断改进，发现的系外行星越来越多，过去10年间就有数千颗。慕尼黑大学天体物理学家埃尔克拉诺（Barbara Ercolano）在一次报告中说："我们现在知道，大多数恒星都有自己的行星，即使在宜居区段里，类地行星都并不少见。"她认为，从到各自星系恒星的距离来看，至少有约十亿颗类地行星的表面都可能存在液态水。

周三在华盛顿召开的新闻发布会上，美国航空航天局（NASA）副局长泽尔布肯（Thomas Zurbuchen）表示，现在的问题已经不再是"能不能"寻找第二个地球，而是"何时"找到第二个地球。

吉昂和他的团队在去年5月就宣布在Trappist-1的宜居区段里发现了3颗类地行星，此后在对数据作了进一步评估后，确认数量为7颗。

荷兰莱顿天文观测站的斯奈伦（ Ignas Snellen）表示，即便人们在这些类地行星上没有找到生命，也并不说明那里不会诞生生命。"几十亿年后，当太阳的燃料耗尽，太阳系不复存在的时候， Trappist-1仍将是一颗年轻的恒星，因为它燃烧消耗氧很缓慢，所以还将继续存在万亿年之久。"

“宜居星球”第二个地球？

距离地球500光年的行星Kepler-186f围绕着母星红矮星Kepler 186运转。红矮星的能量仅有太阳能量的约4%。理论上，Kepler-186f围绕着这颗母星运转的距离适中，适合生物生存：水在那里既不会结冰也不会蒸发。不过Kepler-186f行星上是否有水的存在还是一个未解之谜。

【102、太阳系外有10个奇怪而神秘的行星】

10 Strange and Mysterious Planets Outside the Solar System

作者：24en 发布于：2018-09-22 22:06:26 来源：爱思英语

双语中文英语

The universe is full of strangest of things。There are hypervelocity stars – which aren't shooting stars, by the way – and dust cloud that tastes like raspberry and smells like rum。There's much more that sounds absolutely out of the world (pun intended)。And then there are planets that are outside the solar system, which are mysterious。These strange and mysterious planets outside the solar system have been discovered in the past decade or so, after Dr。Alexander Wolszczan discovered the first three in 1994。Let us take a look at 10 Strange and Mysterious Planets outside the Solar System.

宇宙中充满了奇奇怪怪的东西。有超速度的恒星——它们不是流星，顺便说一下，是像覆盆子一样的尘雾，闻起来像朗姆酒。世界上有更多的声音是绝对不可能的(双关语)。还有太阳系之外的行星，它们很神秘。在Alexander Wolszczan博士于1994年发现了太阳系的前三颗行星之后，在过去的十多年里，太阳系外的这些奇怪而神秘的行星被发现。让我们来看看太阳系外10个奇怪而神秘的行星。

The 10 Strange and Mysterious Planets in The Known Universe.

在已知的宇宙中有10个奇怪而神秘的行星。

10。Planet Osiris

奥西里斯的星球

HD 209458 b

HD 209458 b, located 150 light years away from planet Earth, in the Pegasus constellation, and is the first exoplanet to be discovered in transit of its orbiting star。It is 30% larger than Jupiter, while its orbit is 1/8th of Mercury distance from Sun。Naturally, its temperature is extremely high: about 1832°F。This gas planet, under the extreme heat, and immense pressure, has faced evaporation of different atmospheric gases that stream escape its gravitational field, including hydrogen, carbon and oxygen。Surprised scientists classify it in a whole new planet classification called chthonian.

HD 209458 b, located 150 light years away from planet Earth, in the Pegasus constellation, and is the first exoplanet to be discovered in transit of its orbiting star.

它比木星大30%，而它的轨道是水星距离太阳的八分之一。自然,其温度非常高：约1832°F。这颗气态行星，在极端高温和巨大的压力下，面临着不同的大气气体的蒸发，这些气体流逸出了它的重力场，包括氢、碳和氧。令人惊讶的是，科学家们将其分类为一种全新的行星分类，叫做“chthonian”。

9。The Rock Showers of Planet

地球上的岩石骤雨。

CoRoT-7b

The CoRoT-7b is a strange and mysterious planet outside the solar system, and the first rocky planet discovered orbiting a star other than the Sun。It is believed to have been a giant gas planet initially, like Neptune or Saturn, but due to its proximity to its host, it gradually lost its gas and atmosphere layers。Since it is tidally locked, it always faces its star on one side where temperature is can be 4000°F, while the temperature on the side facing away is as about 350°F。The conditions lead to rock rain: vaporized rocks that fall as liquid rock rain, and solidify on the surface of the planet.

The CoRoT-7b is a strange and mysterious planet outside the solar system, and the first rocky planet discovered orbiting a star other than the Sun。

据信，它最初是一颗巨大的气态行星，像海王星或土星，但由于它靠近它的宿主，它逐渐失去了气体和大气层。因为它是潮锁,它总是面临其恒星一侧温度可以4000°F,而温度对背对约350°F。这些条件导致了岩石的降雨：蒸发掉的岩石变成了液态的岩石雨，并在地球表面凝固。

8。Planet Methuselah

玛士撒拉星球

PSR 1620-26 b

PSR 1620-26 b is probably the oldest planet of the universe, old enough to defy the traditional astrophysical models。It is triple the age of Earth, and is thought to be just a billion years younger than the universe itself, when traditionally, it is believed that planets cannot be as old as the universe, because, 13.8 billion years ago, at the time of the big bang, the materials required for a planet to form were not there in the universe, then。Methuselah orbits a binary star comprising a white dwarf star and a pulsar, amongst the globular cluster of stars in the Scorpius constellation.

PSR 1620-26 b is probably the oldest planet of the universe, old enough to defy the traditional astrophysical models。

这是地球年龄的三倍,被认为是比宇宙本身只有十亿岁,当传统,人们相信行星不能和宇宙一样古老,因为,138亿年前,宇宙大爆炸的时候,一颗行星形成所需的材料是宇宙中不存在,那么。玛士撒拉绕着一颗双星轨道运行，其中包括一颗白矮星和一颗脉冲星，在天蝎座的球状星团中。

7。The Planet from Hell

来自地狱的星球

Gliese 581c

Gliese 581c is theoretically the most likely to support colonization, except it is one hell of a planet。It is tidally locked to always face the Red Dwarf star which it revolves around, on one side, and is at a distance such that standing on the star-side of the planet will melt you, while stepping on the dark-side will freeze you immediately。In the narrow habitable belt between the two extremes, there are other challenges。The sky is hellishly red since the planet is at the lower frequency end of our visual spectrum, while photosynthesizing plants are subjected to infrared radiation, thus blackening them.

Gliese 581c is theoretically the most likely to support colonization, except it is one hell of a planet.

它总是被锁住，一直面对着它围绕着的红矮星，它的一边是这样的距离，站在地球的一边会融化你，而踩在黑暗的一边会立即冻结你。在这两个极端之间的狭窄的宜居地带，还有其他的挑战。由于地球处于我们的视觉光谱的较低的频率末端，所以天空是红色的，而光合作用的植物受到红外线辐射，从而使它们变黑。

6。The Black Hole Planet

黑洞的星球

TrES-2b

TrES-2b is a lot like Jupiter: they are both nearly the same size, and it orbits a star that is similar to the sun – except, it is some 750 light years away。This Jupiter-class gas giant reflects less than 1 percent of the light which strikes。In other words, it absorbs huge amount of light, so much so that it is considered the darkest planet。It is darker that black acrylic paint or even coal。It is speculated that the atmosphere of the planet has chemicals, or mix of compounds。Interestingly, at 1800°F, it turns hot enough to emit a dull, reddish glow, which is visible probably because of all the absorbed light.

TrES-2b is a lot like Jupiter: they are both nearly the same size, and it orbits a star that is similar to the sun – except, it is some 750 light years away.

这颗木星级的气体巨星反射的光不足1%。换句话说，它吸收了大量的光，以至于被认为是最黑暗的行星。黑色的丙烯酸涂料，甚至是煤，颜色更深。据推测，地球的大气中含有化学物质或化合物。有趣的是,在1800°F,热得足以发出沉闷,红光,这可能是因为所有的可见吸收光。

5。The Loneliest Planet

最孤独的星球

HD 106906 b

HD 106906 b is the “forever-alone guy” of planets as it hangs out, all by itself, in the Cruz constellation, revolving around its host star at a distance 60,000,000,000 miles, over 20 times the space between Neptune and the Sun。Located nearly 300 light years away from the Earth, the “Super-Jupiter” class planet which is above 11 times larger than the Jupiter, is thus too far away from the host to gather raw material needed for its formation。Astrophysicists hypothecate that it is a failed star, thus challenging the binary star theory, since it is too small for binary formations.

HD 106906 b is the “forever-alone guy” of planets as it hangs out, all by itself, in the Cruz constellation, revolving around its host star at a distance 60,000,000,000 miles, over 20 times the space between Neptune and the Sun.

距离地球近300光年远的“超级木星”级行星，比木星大11倍，因此离宿主太远，无法收集其形成所需的原材料。天体物理学家假设它是一颗失败的恒星，因此挑战了双星理论，因为它对于二元结构来说太小了。

4。The Swelled Up Gas Planet

膨胀的气体行星。

Hat P 1 Hat p 1 o kepler est operando

HAT-P-1 is a strange and mysterious planet outside the solar system, located 450 light years away, and has recently been discovered by the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics。Is a giant gas planet with a size about half of Jupiter, but the stunning fact about the planet is that, despite its size, it weighs about the same as only a cork ball。It is classified as a “hot Jupiter” planet, it is almost 25% bigger than models estimate, which confuses the astrophysicists, who are trying to find out why it is swelled up。Scientists suspect that it can float in water, and are curious to test how well it can do so.

HAT-P-1 is a strange and mysterious planet outside the solar system, located 450 light years away, and has recently been discovered by the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics。

这颗巨大的气体行星的大小约为木星的一半，但这颗行星的惊人之处在于，尽管它的大小，它的重量几乎和一个软木球一样重。它被归类为“热木星”行星，比模型估计的要大近25%，这让天体物理学家迷惑不解，他们正试图弄清楚为什么会膨胀。科学家们怀疑它能漂浮在水中，并且好奇地测试它能有多好。

3。The Planet with Enormous Planetary Rings

拥有巨大行星环的行星。

J1407 b Strange and Mysterious Planets

J1407 b has been discovered in 2012, and its data have been compiled and submitted for publication only recently。It is located 400 light years away from Earth。What is astounding about this planet is that it has a system of planetary rings, just like Saturn, and these rings are 200 times larger than the ones around Saturn。The rings are so big that if they belonged to Saturn, it would almost dominate the Earth's sky, appearing larger than the Moon, and scientists also observed a 56-day eclipse of its host star。The gaps between the rings are believed to represent exomoons orbiting this exoplanet.

J1407 b has been discovered in 2012, and its data have been compiled and submitted for publication only recently。

它距离地球400光年。这颗行星的惊人之处在于它有一个行星环系统，就像土星一样，这些环比土星环大200倍。土星环是如此之大，以至于如果它们属于土星，它几乎将主宰地球的天空，看起来比月球还要大，而且科学家们也观测到它的主恒星有56天的日蚀。这些环之间的间隙被认为是围绕这颗系外行星的外系。

2。The Planet of Burning Ice

燃烧着的冰的星球。

Gliese 436 b

Gliese 436 b is another murderous planet under the Gliese catalogue。It about 20 times bigger that Earth, and is roughly the size of Neptune。The planet is 4.3 million miles away from its host star, in comparison to Earth which is 93 million miles from Sun。The temperature on the planet is 822°F, and its surface is covered with burning ice。The immense gravitational force of the planet keeps the water molecules too densely packed to evaporate, and thus, prevents them from escaping the planet。The burning ice is called ice-ten, with reference to ice-ten from Kurt Vonnegut's Cat's Cradle.

Gliese 436 b is another murderous planet under the Gliese catalogue。

它大约是地球的20倍，大约是海王星的大小。这颗行星距离它的主恒星有430万英里远，而地球距离太阳9300万英里。地球上温度为822°F,并且其表面覆盖着燃烧的冰块。这颗行星的巨大引力使水分子密度太大，无法蒸发，从而阻止它们逃离地球。燃烧的冰被称为“冰十”，从库尔特·冯内古特(Kurt Vonnegut)的《猫的摇篮》中提到的冰。

1。The Diamond Planet

这颗钻石行星

Earth and Super Earth

Discovered in 2004, 55 Cancri e, at twice the Earth's size and eight times its mass, is called “Super Earth”。Aside from graphite and other silicates, its main component is diamond。It is made of crystallized diamond, with 1/3rd of its mass being pure diamond。Once a star in a binary system, its partner started eat at it, leaving only the gem core。Its temperature is 3900°F。Its Earth value is $26.9 nonillion, 384 quintillion times Earth's GDP of $74 trillion。Mining only 0.182% of it would pay off the total debt of $50 trillion of all the governments in the world。They just have to travel 40 light years.

Discovered in 2004, 55 Cancri e, at twice the Earth's size and eight times its mass, is called “Super Earth”.

除了石墨和其他硅酸盐，它的主要成分是钻石。它是由结晶钻石制成，其质量的1/3是纯钻石。一旦一个双星系统中的恒星，它的伙伴开始吃它，只留下宝石核。它的温度是3900°F。其地球价值为26.9美元，是地球GDP的384万亿美元。仅开采0.182%的石油就能偿还世界上50万亿美元的债务。他们只需要旅行40光年。

There are almost 2000 exoplanets in the universe that have so far been discovered。The remarkable features of many of these strange and mysterious planets outside the solar system often leave the world of science absolutely confounded, when fact about the universe and it hidden planets sound stranger than fiction.

到目前为止，宇宙中已经发现了近2000颗系外行星。在太阳系之外，许多奇怪而神秘的行星的显著特征常常让科学世界完全困惑，当关于宇宙和它隐藏的行星的事实听起来比小说更离奇。

【103、太阳系隐藏这么多秘密呢，神秘“行星X”可能使恐龙灭绝！】

原创|2017-06-03

从今年年初开始，有科学家提出在太阳系中可能隐藏着尚未被发现的“第九颗大行星”，自那以后，科学家们便不断致力于寻找能够证明其存在的证据 天文学界近期再次陷入关于太阳系边缘是否存在第九颗大行星的争论之中。而随着相关证据的不断增加，一项持续30多年有关地球上大灭绝原因的理论又一次开始浮出水面。

从今年年初开始，有科学家提出在太阳系中可能隐藏着尚未被发现的“第九颗大行星”，自那以后，科学家们便不断致力于寻找能够证明其存在的证据。而就在近日，一位美国天体物理学家宣称这颗理论上可能存在的神秘大行星或许曾经带来一场彗星大撞击事件，并在地球上造成了大灭绝。

前几天，作为最先提出太阳系中可能存在第九颗大行星的科学家之一，美国加州理工学院的天文学家迈克·布朗（Mike-Brown）宣称自己找到了更多新证据支持这一说法。

就在上周，加州理工学院的迈克·布朗教授在推特上贴出一张照片显示一颗最新发现的柯伊伯带天体轨道。科学家们认为这颗隐藏的大行星存在于太阳系的边缘，其质量约为地球的10倍，是一颗气态巨行星，与天王星或者海王星较为相似 科学家们认为这颗隐藏的大行星存在于太阳系的边缘，其质量约为地球的10倍，是一颗气态巨行星，与天王星或者海王星较为相似。

现在，作为美国阿肯色大学数学科学系的退休天体物理学教授，丹尼尔·维特迈尔（Daniel-Whitmire）博士提出，这样一颗大行星的存在可能曾经导致了一场灾难性的“彗星雨”。这样的大规模彗星撞击事件可能非常强大，其影响可以波及到地球轨道附近并造成地球上灾难性的大灭绝事件。

事实上，维特迈尔博士早在1985年在路易斯安纳大学工作时便曾经和他当时的同事约翰·马特斯（John-Matese）博士一起在《自然》杂志上发表过文章，谈到了太阳系中可能隐藏的另一颗大行星可能与地球上生物大灭绝事件之间所存在的联系。

美国阿肯色大学数学科学系的退休天体物理学教授丹尼尔·维特迈尔提出，这样一颗大行星的存在可能曾经导致了一场灾难性的“彗星雨”。 他认为在太阳系边缘存在一颗未知的以大倾角轨道运行的大行星，周期大约2700万年 在当时学界对于周期性出现的彗星大撞击事件主要有3种解释。其中就包括在太阳系边缘可能存在一颗未知的大行星，被称作“行星X”（PlanetX）；其他可能性还包括可能存在一颗太阳的伴星，以及太阳在围绕银河系核心公转时产生的垂向震荡。

在1985年，如果太阳系中还存在着另外一颗大行星，那么太阳系中的行星数量将达到10颗，因为在当时冥王星还被视作一颗大行星，后者直到2006年才在国际天文学联合会（IAU）布拉格会议期间被从大行星行列除名。

随着时间推移，前面所提到的三种设想中的后面两种设想都先后被排除了，原因是它们与古生物学研究得到的结果不相吻合。

于是太阳系中可能隐藏着另一颗大行星的设想便成为唯一还剩下的可能理论，也因此得到了学界的广泛关注。

维特迈尔博士和马特斯博士的理论认为，在太阳系边缘存在一颗未知的大行星，其轨道倾角较大，大约每隔2700万年左右会经过柯伊伯带附近并造成在那里运行的大量彗星群轨道的扰动，并将其中的一部分彗星体推出柯伊伯带并向太阳系内侧运行。

而迈克·布朗教授和加州理工学院的研究人员们之所以认为太阳系边缘可能存在着一颗隐藏的大行星，主要原因则是因为观察到一些柯伊伯带天体的轨道所呈现的某种异常特征。柯伊伯带是一个围绕太阳系边缘存在的环状区域，这里存在着大量的冰冻小天体。迈克·布朗教授将他们设想中的这颗大行星称作“第九颗大行星”。

在维特迈尔的理论中，大量由于轨道扰动而进入内太阳系的彗星体不仅会撞击地球造成大灭绝事件，同时彗星在接近太阳时造成的大批解体也将部分遮盖太阳光并减少地球接收太阳的光热总量。这样的结果是造成地球生命的大灭绝，其中可能就包括恐龙的灭绝事件 但时至今日，关于太阳系中是否还隐藏着另一颗大行星的讨论仍然莫衷一是，另外，关于1985年时维特迈尔博士等人所提出的“行星X”设想，以及布朗等人提出的“第九颗大行星”这两者是否是同一颗天体也仍然存在争议。

布朗教授指出：“维特迈尔几十年来一直认为太阳系边缘可能存在着一颗未知的大质量行星，并认为这样一颗大行星引发了彗星轨道的扰动。但这样一来这样一颗大行星的轨道周期就应该是大约2700万年左右。”

他说：“目前还很难说这样一种想法是否具有可能性，但不管如何，这一设想中所提及的大行星与我们现在所提出可能存在的第九颗大行星都完全不是一回事。因为我们认为可能存在的这颗大行星距离太阳要近得多，其轨道周期也仅有大约1.5万年左右。我们所提出的‘第九颗大行星’可能存在的设想与维特迈尔提出的‘行星X’是否存在之间不存在任何关联。”

对此，维特迈尔也表示，布朗等人最新提出的这一设想并不影响他在30年前所提出的理论，他说：“我对于最新出现的证据持有十分积极的想法，尽管这些证据与我们原先的行星X模型并不十分吻合。但我认为一个质量较小，但距离更近的行星体同样可以解释柯伊伯带那些天体的轨道所表现出来的那种异常特征，因为在他们的估算中存在着不确定性。一颗行星所能产生的影响不仅取决于其质量，还与它的距离有关。因此一颗质量较小但距离较近的行星体同样可能产生类似的引力摄动效应。‘第九颗大行星’理论的作者们也已经承认他们尚未排除不同质量与轨道距离组合下的其他可能性。”

迈克·布朗教授和加州理工学院的研究人员们之所以认为太阳系边缘可能存在着一颗隐藏的大行星，主要原因是因为观察到一些柯伊伯带天体的轨道所呈现的某种异常特征。柯伊伯带是一个围绕太阳系边缘存在的环状区域，这里存在着大量的冰冻小天体 维特迈尔表示：“‘第九颗大行星’的两项特征：其轨道倾角以及轨道偏心率都与我们原先所提出的‘行星X’模型中所要求的相应参数非常吻合。不过话又说回来，正如很多其他科学家们所提出的那样，即便假定他们给出的参数都是完全正确的，仍然有可能在那里同时存在着两颗不同的行星。”

在维特迈尔的理论中，大量由于轨道扰动而进入内太阳系的彗星体不仅会撞击地球造成大灭绝事件，同时彗星在接近太阳时造成的大批解体也将部分遮盖太阳光并减少地球接收太阳的光热总量。

科学家们长期以来一直从各个角度致力于对太阳系中未知行星体的搜寻。在1985年，一项研究发现在2.5亿年时间跨度内的古生物学记录符合周期性彗星撞击引发大灭绝事件的设想，而最新的研究则将这一时间跨度进一步拓展到了5亿年。

维特迈尔和马特斯等人模型中所提出可能存在的大行星质量约为地球质量的1~5倍，距离太阳比地球远大约100倍。维特迈尔认为在如此遥远的地方存在的一颗行星竟然会对地球上生命的命运产生如此重要的影响，这一点让人感到惊叹。他说：“我在这个事件中已经超过30年了，如果最后有了结果，我会很乐意为此写一本书的。”

【104、太阳系中最可能存在生命的地方之一，泰坦星Titan】

2018-01-19 Embark有方教育 發表于科学

神秘的土卫六拥有浓厚的大气层，表面分布着不少液态烃湖泊，是太阳系中最可能存在生命的地方之一。

在地球上，我们习惯用“海拔”来表述绝对高度，比如珠穆朗玛峰的高度就是海拔8848米。而在太阳系里，还有另一颗星球拥有真正意义上的“海拔”，那就是土星最大的卫星——土卫六泰坦。

NASA的卡西尼探测器在7月25日近距离（距泰坦地表仅976千米）掠过泰坦时拍下了一些图像，并传回地球。卡西尼的合成孔径雷达(SAR) 能够透过浓厚的大气，为我们展示了泰坦表面的惊人细节。NASA于近日在其官网公布了这些照片。

泰坦星

土卫六（Titan，又称为泰坦星）是环绕土星运行的一颗卫星，是土星卫星中最大的一个，也是太阳系第二大的卫星。荷兰物理学家、天文学家和数学家克里斯蒂安·惠更斯在1655年3月25日发现它，也是在太阳系内继木星伽利略卫星后发现的第一颗卫星。

由于它是太阳系唯一一个拥有浓厚大气层的卫星，因此被高度怀疑有生命体的存在，科学家也推测大气中的甲烷可能是生命体的基础。土卫六可以被视为一个时光机器，有助我们了解地球最初期的情况，揭开地球生物如何诞生之谜。

土卫六上的表面重力极低，和月球相当，但又拥有浓厚大气层，其表面的大气压约为地球的1.5倍，这种奇特的现象对研究行星大气学是一个很好的题材。同时浓厚的大气加上相当低的表面重力令登陆和起飞更容易。

人类和泰坦星

尽管地球和泰坦有很大的不同之处，例如，泰坦更冷，氧气更少，还缺乏地表水，但它有一个类似于地球的表面大气压，是太阳系中除地球以外，降雨能毁坏景观的唯一一个地方。在地球上，水呈循环流动，从天而下，倾泻而下的河流与小溪涌入海洋与湖泊，在阳光下蒸发成雾，从而形成云朵降雨。发送到泰坦的探测器显示，甲烷在冰壳上，以类似河流，湖泊和云朵的方式循环流动。泰坦表面甲烷的循环，寒冷的气候和液态水的缺乏，使其中的生命与地球上的截然不同，但在某些方面，却酷似地球。

至2004年，人类对土卫六的表面地图的了解仍然是非常缺乏了解的。无论如何，人类使用哈勃天文望远的红外线和卡西尼-惠更斯号拍摂到一个高亮度，有澳洲大小区域的图片。这个区域的非正式名称是''Xanadu Regio''(世外桃源)；没有人知道那里是什么样。类似的哈勃太空望远镜、Keck望远镜和甚大望远镜还观测到土卫六上另外一片大小相近的深色区域，人们推测那里可能是液态的甲烷或乙烷海洋，但卡西尼号观测的数据发现可能是其他物质。

卡西尼号还发回大量土卫六高分辨率地貌图像，其中包括谜一般的线状条纹，一些科学家认为那可能是地壳构造运动产生的。

2004年11月26日的一次飞越土卫六的观测,发现土卫六光滑的表面上只有很少的冲击环形山,这些环形山在光线的作用下明暗对比强烈。这大概是土卫六烃雨或烃雪落入环形山或火山喷发活动活跃造成的经常地壳重构所致。 探测器的分光器发现亮区和暗区发射的太阳光波长一样，这就意味着它们可能由相同的物质组成(或者至少是覆盖着相同的物质)。至于到底是什么物质，人们依然不清楚。人们曾希望凭借探测器观测物体或液体反射光线而发现的烃湖或烃海并未被探测到.这使得科学家怀疑土卫六 表面可能是完全呈冰状或泥泞状态。

为了更好的了解表面地貌，卡西尼太空船在飞近土卫六时使用了雷达遥感测绘技术，传回的第一张图片就展现地表是一个复杂，崎岖与平坦并存的区域——这种地貌看来应该是由火山造成的。

火山可能喷发出水和氨水，另外也发现了一些好像风蚀产生的条纹状地貌。还有一些看起来是已经被填平的冲击环形山，其中的液体可能是液态烃。湖中有或没有什么仍然无法确定。另有一些区域返回的信号看来，可能是固体或液体，但其他的解释仍然存在。土卫六看起来真的很光滑，表面没有高于50米的地貌。

天文学家认为，土卫六上分布着众多由液体甲烷和乙烷构成的湖泊，这颗卫星的寒冷程度超过南极洲。科学家表示，虽然土卫六上更加寒冷，但是它上面的风、雨和构造过程，使它成为太阳系中与地球最相像的天体。虽然这颗卫星低达零下292华氏度零下180摄氏度的平均表面温度会使水始终保持固体状态，但是它表面存在液体甲烷和乙烷，这些物质可为生命提供一个栖息地，但没有氧难被引燃。

其中一张图像展现了泰坦上神秘的线性沙丘，研究人员认为组成这些沙丘的是烃类颗粒。令人吃惊的是，它们几乎环绕了泰坦的整个赤道。这些沙丘是动态变化的，通常会沿着风向分布，并时常形成美妙的起伏图案。这对研究泰坦上的风有一定的帮助。在下图中，沙丘看上去就像无数条暗纹遍布在泰坦表面。

科学家研究了卡西尼号留下的数据，发现泰坦上几片较大的海洋都拥有相同的海平面高度，可以用作这颗星球的海拔原点。这可能是因为，这些海洋里的液体通过地表以下的暗渠相互通联，就像地球上的海洋互有连接一样。而泰坦上一些较小的湖泊，湖面高度则高达海拔数百米，似乎与地球上的高原湖泊类似。需要指出的是，泰坦的湖泊和海洋并不像地球上一样由水构成，而是由液态甲烷构成的。除了构成湖泊和海洋以外，这些液态甲烷还会在这颗星球上形成降雨，冲刷出江河。毫不夸张地说，泰坦是太阳系里与地球最为神似的星球。

另外，卡西尼还拍摄了一块被称为「Xanadu annex」的区域，图像显示这里同周围的区域一样，属于同类型的山地。

值得一提的是，7月25日的这次近距离飞掠是卡西尼自2004年年中进入土星系以来，与泰坦的第122次会面。在接下来的飞掠中，卡西尼会把探测重点放在泰坦的液态烃湖泊上。

延伸阅读

1、即远古地球

在人们的印象中，火星一直是地外生命存在和人类移民的理想场所。但是，随着土卫六的面貌逐渐地被揭开，这种观点渐渐地淡化了。人类研究发现，土卫六就是45亿年前的地球。泰坦具有两个生命偏爱的特征，那就是沸腾的有机化合物和浓密的有保护性的大气层。泰坦是太阳系唯一拥有合格大气层的卫星，也是太阳系4个仅有的有着浓密大气层的岩石质星球之一，其它几个分别是地球、火星和金星。在某些方面，泰坦的大气层最像地球。它的大气主要由氮气组成，气压略高于地球。它上面甚至有云，只是这些云的成分是甲烷和其它碳氢化合物，而不是水。很多太空生物学家渴望把土卫六大气作为地球大气的原型去研究，希望能够发现地球生命出现前，复杂有机分子是怎样产生的。

2、橙色天空

从地球上观测，土卫六被一层浓密的大气层包裹着，使人不能窥其真容。而据光谱分析，大气层中有着激烈的化学反应。1月14日，当“惠更斯”探测器在土卫六表面成功登陆后，地球人借助“惠更斯”的眼睛，这才真正地目睹了土卫六的部分“容貌”。 登陆器在仅有的30分钟“寿命”中，拍摄了大量图片，其中一张土卫六地表图片让世人震惊———广阔的平原上，散布着大大小小的石头和冰状物体，橙色的天空令人着迷。这是人类首次登陆这片神秘的土地，而这里是否会孕育生命？科学家们充满期待。

3、河谷

土卫六是人类所发现的唯一一个表面存在稳定液态物质的星体，只不过这些液态物质并不是水，而是乙烷或甲烷等烃类物质。

据英国《每日邮报》网站的报道，美国国家航空航天局（NASA）的科学家借助土星探测器“卡西尼”号在土卫六表面发现了一条长约400公里、流着液态烃（碳氢化合物）的河谷，其外形与地球上的尼罗河很相似。

据“卡西尼”号太空探测器2012年9月26日所拍摄的一张雷达照片显示，该河谷流经土卫六的北极，最后流入位于该地区的丽姬亚海（Ligeia Mare），长度约有400公里，这是人类首次在地球之外发现如此庞大的“水系”。此外，由于整条河流呈暗色，所以科学家推断河谷里流着的可能是液态烃。

“土卫六是我们所发现的除地球之外唯一一个表面存在稳定液态物质的星体，”NASA喷气推进实验室的雷达项目小组负责人史蒂夫·沃尔介绍说：“这张图片让我们看到了存在液体循环的土卫六：‘雨水’在其表面降落

4、休眠冰火山

2015年1月26日消息，据媒体报道，美国天文学家在土卫六上发现了一座1000米高的休眠冰火山，它的四周被巨大的沙丘环绕，旁边还有一个约1200米深的火山口。此座冰火山是科学家迄今为止在卫星上发现的最大的冰火山，并被天文学家命名为“Sotra”。

据悉，地球内部的熔岩穿过地球外壳喷发而出时就会形成火山喷发。而土卫六的地表下面有一层厚厚的冰层，太阳系极端的温度造就了土卫六上坚硬的冰层，如果土卫六内部持续出现高热量，那么冰层就会变成密度小的融冰，随之就会喷发而出形成冰火山喷发。

科学家介绍，“Sotra”与其他卫星上的冰火山喷发时释放出的喷发物相似，即都会喷发出大量的炽热融冰和气体。土卫六大气层中的甲烷气体会被10亿英里以外的太阳光分解，如果没有资源能够及时对甲烷气体进行补充，所有的甲烷气体都会在几百万年后消失。但类似“Sotra”冰火山却能够提供类似的资源，它在爆发时会释放出甲烷和乙烷等气体。科学家推测，土卫六每1000年就会有像“Sotra”一样的冰火山喷发，这样就会为土卫六的大气及时补给甲烷气体。科克表示，这个发现可以很好的解释为何外行星的大气中富含甲烷气体。

5、甲烷生命

美国宇航局发布的新闻称在土卫二上发现了冰下海洋，总蓄水量甚至比地球还多，我们有理由相信在土星庞大的卫星群中还拥有更加奇特的卫星。土卫六就是一颗颇有争议的卫星，此前科学家在土卫六上发现了风的痕迹，这暗示土卫六上的液态烷烃海洋表面可能出现波浪，相比较土卫二而言，土卫六简直是太阳系内恶劣的星球之一，虽然土卫六上没有液态水，但科学家仍然想知道其烷烃海洋中是否存在生命。

科学家发现土卫六的大气压力是地球的1.5倍，但引力环境却比较弱，如此低的引力却能够保持浓厚的大气确实是一个奇迹。根据卡西尼土星探测器的数据，土卫六大气令人窒息，拥有95%的氮气和5%的甲烷，因此土卫六的大气是不能呼吸的。如果你有幸抵达土卫六的表面，那么可能不需要穿着加压太空服，由于1.5倍的大气压力比较接近地球的气压，你只要借助呼吸面罩和防寒宇航服即可。

在土卫六的表面看天空，几乎满眼都是土星的影子，大约三分之一至二分之一的天空都被土星的身影填满，十分科幻。土卫六的引力大约是地球的14%，仅仅比月球的引力场弱一些，表面平均温度能够到达零下290华氏度，大约为零下179摄氏度。土卫六也是一颗被潮汐锁定的卫星，其一面永远朝向土星，这与我们的月球一样，只有一面朝向地球。

土卫六是太阳系内极少数拥有表面液态物质的天体，科学家认为液态烃海洋中可能存在生命，康奈尔大学的研究人员甚至模拟出一种能够在土卫六海洋中生存的生命，它们以甲烷为能量来源。不过土卫六上是否存在外星生命还需要实地考察，如果有一天探测器能抵达土卫六的烷烃海洋下方，或许能够确认这里是否有生命。

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【105、天王星（太阳系八大行星之一）】

天王星（英文：Uranus），为太阳系八大行星之一，是太阳系由内向外的第七颗行星（18.37~20.08天文单位），其体积在太阳系中排名第三（比海王星大），质量排名第四（小于海王星），几乎横躺着围绕太阳公转。封面图为旅行者2号飞掠天王星最近时拍摄的照片。

天王星是第一颗使用望远镜发现的行星。威廉·赫歇尔在1781年3月13日于自宅庭院中发现了这颗行星。天王星和海王星的内部和大气构成和更巨大的气态巨行星（木星、土星）不同，天文学家设立了冰巨星分类来定义它们。天王星拥有27颗已知天然卫星，其中有5颗规模较大，另外还有13条较为暗弱的行星环。

天王星大气的主要成分是氢、氦、甲烷和氘。据推测，其内部可能含有丰富的重元素。地幔由甲烷和氨的冰组成，可能含有水。内核由冰和岩石组成。天王星是太阳系内大气层最冷的行星，最低温度为49K（-224℃）。

发现

在古代人们就熟知五颗行星（水星、金星、火星、木星、土星），与它们相比，天王星的亮度也是肉眼可见的。但天王星亮度较暗、绕行速度缓慢，并且由于那时望远镜观测能力不足，被古代的观测者认定为是一颗恒星。天王星在被发现是行星之前，已经被观测了很多次，但都把它当作恒星看待。最早的纪录可以追溯至1690年约翰·佛兰斯蒂德（John Flamsteed），在星表中将其编为金牛座34（34 Tauri），并且至少观测了6次。法国天文学家Pierre Charles Le Monnier在1750至1769年也至少观测了12次，包括一次连续四夜的观测。

威廉·赫歇尔，天王星的发现者

威廉·赫歇尔，天王星的发现者

威廉·赫歇尔在1781年3月13日于他位于英格兰萨默塞特郡巴斯城新国王街19号（现为赫歇尔天文博物馆）自宅的庭院中观察到这颗行星，但在1781年4月26日最早的报告中他称之为彗星。赫歇尔用他自己设计的望远镜“对这颗恒星做了一系列视差的观察”。他在他的学报上的记录着：“在与金牛座ζ成90°的位置……有一个星云样的恒星或者是一颗彗星。”在3月17日，他注记着：“我找到一颗彗星或星云状的星，并且由他的位置变化发现是一颗彗星。”当他将发现提交给皇家学会时，虽然含蓄的认为比较像行星，但仍然声称是发现了彗星：“当我首次看到这颗彗星时，我所使用的光学倍率是227。从经验中我知道，恒星直径不会随光学倍率成比例放大，如行星那样；因此我将倍率设成460与932，结果发现彗星直径随光学倍率成比例放大，如同它应该在它不是颗恒星的推测下，而我比较过的恒星直径不会以相同比率增加。更进一步说，被光学放大的彗星已远超过其光度所允许，它看来在强大倍率下朦胧且不清楚，而根据我几千次观测我知道（在这情况下）这些恒星会保留其光泽与清晰。结果显示我所臆测的有充足根据，这证明是我们最近观察的彗星。”

威廉·赫歇尔用于发现天王星的望远镜复制品

威廉·赫歇尔用于发现天王星的望远镜复制品

赫歇尔将他的发现通知皇家天文学家内维尔·马斯基林（Nevil Maskelyne），4月23日收到信件的马斯基林语无伦次的回复说：“我不知该如何称呼它，它在接近圆形的轨道上移动很像一颗行星，而彗星是在很扁的椭圆轨道上移动。我也没有看见彗发或彗尾。“当赫歇尔继续谨慎的以彗星描述他的新对象，其他的天文学家已经开始做不同的怀疑。芬兰-瑞典天文学家安德斯·约翰·莱克塞尔（Anders Johan Lexell）估计它至太阳的距离是地球至太阳的18倍，而没有彗星曾在近日点四倍于地球至太阳距离之外被观测到。柏林天文学家约翰·波得（Johann Elert Bode）描述赫歇尔的发现像是“在土星轨道之外的圆形轨道上移动的恒星，可以被视为迄今仍未知的像行星的天体”。波得断定这个以圆轨道运行的天体比彗星更像是一颗行星。这个天体很快便被接受是一颗行星。在1783年，法国科学家皮埃尔-西蒙·拉普拉斯（Pierre-Simon Laplace）证实赫歇尔发现的是一颗行星。赫歇尔本人也向英国皇家学会的主席约瑟夫·班克斯（Joseph Banks）承认这个事实：“经由欧洲最杰出的天文学家观察，显示这颗新的星星，我很荣誉的在1781年3月指认出的，是太阳系内主要的行星之一。”

为此，威廉·赫歇尔被英国皇家学会授予科普利奖章。英国国王乔治三世依据他的成就，给予赫歇尔每年200英镑的年薪（相当于2019年的24000英镑），并要求他移居至温莎城堡附近，好让皇室家族成员有机会使用他的望远镜观星。

命名

马斯基林曾这样的问赫歇尔：“帮天文学世界一个忙，为您的行星取个名字，这也完全是为了您所爱的，并且也是我们迫切期望您为您的发现所做的。”回应马基斯林的请求，赫歇尔决定命名为“乔治之星（Georgium Sidus或Georgian Planet）”以纪念他的新赞助人——乔治三世。他在给约瑟夫·班克斯的信件中解释道：“在古老的神话蛮荒世纪，我们赋予行星名称墨丘利（Mercury）、维纳斯（Venus）、玛尔斯（Mars）、朱庇特（Jupiter）与萨图恩（Saturn）以表彰当时最具分量的的英雄及神祇。在身处现今更为理性开化的纪元，我们将很难如法泡制将新发现的天体称为朱诺（Juno）、帕拉斯（Pallas）、阿波罗（Apollo）或密涅瓦（Minerva）。如果任何未来世纪的天文学家问我：当这个刚刚找到的行星发现时，照您的年表有没有任何特别显著的事件首先列入考虑表扬。我将会很满意的回答：‘在乔治三世（四海升平）的统治下’。”

八大行星中仅有天王星的英文名称Uranus取自希腊神话而非罗马神话。希腊神话中的天空之神乌拉诺斯（Uranus），是农神克洛诺斯（Cronus）的父亲，众神之王宙斯（Zeus）的祖父，这三代主神分别相当于罗马神话中的凯路斯（Caelus，未被天体使用），萨图恩（Saturn，土星的名称），朱庇特（Jupiter，木星的名称）。

法国天文学家杰罗姆·拉兰德（Jerome Lalande）曾建议将这颗行星称为赫歇尔以尊崇它的发现者。但是，德国天文学家约翰·波得（Johann Elert Bode）赞成用希腊神话中的Uranus命名。波得的观点是克洛诺斯是宙斯的父亲（萨图恩是朱庇特的父亲），新的行星则应该取名为克洛诺斯的父亲——乌拉诺斯。Uranus的名称最早是在赫歇尔过世一年之后的1823年才出现于官方文件中。乔治三世或“乔治之星”的名称在之后仍经常被使用（只在英国使用），直到1850年，英国航海星历局才换用Uranus的名称。之后，Uranus便成为普遍接受的名字。

天王星的形容词（Uranian）被铀的发现者Martin Klaproth用来命名在1789年新发现的元素。Uranus的重音在第一个音节，因为倒数第二个音a是短音并且是开放的音节。这样的音节在拉丁文中从未被强调过，因此在传统上名字的正确发音是来自英语。传统上不正确的发音，重音落在第二音节并且将a发成长音是很普通的。

天王星的天文学，综合了火星和太阳符号，因为天王星是希腊神话的天空之神，被认为是由太阳和火星联合的力量所控制的。天王星是拉兰德在1784年建议的。在给赫歇尔的一封信中，拉兰德描述道“地球符号的上方放置着您姓氏的首字母”（"un globe surmonté par la première lettre de votre nom"）。1859年，清代天文学家李善兰在翻译约翰·赫歇尔所著的《天文学纲要》的译著《谈天》中，分别将Uranus与Neptune意译为天王星、海王星，此后广泛在中国、日本、韩国和越南等亚洲国家使用。 

公转与自转

公转轨道

天王星每84个地球年环绕太阳公转一周，与太阳的平均距离大约30亿公里，阳光的强度只有地球的1/400。天王星的轨道参数在1783年首度被拉普拉斯计算出来，但随着时间，预测和观测的位置开始出现误差。在1841年，英国天文学家约翰·柯西·亚当斯（John Couch Adams）首先提出误差也许可以归结于一颗尚未被看见的行星的扰动。在1845年，法国天文教师勒维耶（Urbain Le Verrier）开始独立的进行天王星轨道的研究，在1846年9月23日，德国天文学家约翰·格弗里恩·伽勒（Johann Gottfried Galle）在勒维耶预测位置的附近发现了一颗新行星，稍后被命名为海王星。天王星内部的自转周期是17小时又14分，但和所有巨行星一样，天王星上部的大气层朝自转的方向可以体验到非常强的风。实际上，在有些纬度，像是从赤道到南极的2/3纬度上，可以看见移动得非常迅速的大气，只要14个小时就能完整的环绕行星自转一周。 

从1995至2006年，天王星的视星等在+5.6至+5.9等之间，勉强在肉眼可见的+6.0等之上，它的角直径在3.4至3.7弧秒；比较土星是16至20弧秒，木星则是32至45弧秒。在冲的时候，天王星可以用肉眼在黑暗、无光污染的天空直接看见，即使在城市中也能轻易的使用双筒望远镜看见。使用物镜的口径在15至25厘米的大型业余天文望远镜，天王星将呈现苍白的深蓝色盘状与明显的周边昏暗；口径25厘米或更大的，云的型态和一些大的卫星，像是天卫三和天卫四，都有可能看见。

自转轴

模拟1986年到2030年从地球上看到的天王星

模拟1986年到2030年从地球上看到的天王星

天王星的自转轴可以说是躺在轨道平面上的，倾斜的角度高达97.77°，这使得它的季节变化完全不同于其他的行星。其它行星的自转轴相对于太阳系的轨道平面都是朝上的，天王星的转动则像球一样侧着滚动。当天王星在至日前后时，一个极点会持续的指向太阳，另一个极点则背向太阳。只有在赤道附近狭窄的区域内可以体会到迅速的日夜交替，但太阳的位置非常的低，有如在地球的极区；其余地区则是长昼或长夜，没有日夜交替。运行到轨道的另一侧时，换成轴的另一极指向太阳；每一个极都会有被太阳持续的照射42年的极昼，而在另外42年则处于极夜。在接近昼夜平分点（分点）时，太阳正对着天王星的赤道，天王星的日夜交替会和其他的行星相似，在2007年12月7日，天王星经过分点。

物理特性

整体性质

天王星主要是由岩石与各种成分不同的水冰物质所组成，其组成主要元素为氢（83%），其次为氦（15%）。在许多方面天王星（海王星也是）与大部分都是气态氢组成的木星与土星不同，其性质比较接近木星与土星的地核部分，而没有类木行星包围在外的巨大液态气体表面（主要是由金属氢化合物气体受重力液化形成）。天王星并没有土星与木星那样的岩石内核，它的金属成分是以一种比较平均的状态分布在整个地壳之内。直接以肉眼观察，天王星的表面呈现洋蓝色，这是因为它的甲烷大气吸收了大部分的红色光谱所导致。

内部结构

天王星主要是由岩石与各种成分不同的水冰物质所组成，其组成主要元素为氢（83%），其次为氦（15%）。在许多方面天王星（海王星也是）与大部分都是气态氢组成的木星与土星不同，其性质比较接近木星与土星的地核部分，而没有类木行星包围在外的巨大液态气体表面（主要是由金属氢化合物气体受重力液化形成）。天王星的质量大约是地球的14.5倍，是类木行星中质量最小的。它的密度是1.29公克/厘米3只比土星高一些，直径虽然与海王星相似（大约是地球的4倍），但质量较低。这些数值显示天王星主要由各种各样挥发性物质，例如水、氨和甲烷组成。天王星内部冰的总含量还不能精确的知道，根据选择的模型不同有不同的含量，但是总在地球质量的9.3至13.5倍之间。氢和氦在全体中只占很小的部分，大约在0.5至1.5地球质量。剩余的质量（0.5至3.7地球质量）才是岩石物质。

天王星内部结构图，厚厚的大气包裹地幔与核心

天王星内部结构图，厚厚的大气包裹地幔与核心

天王星的标准模型结构包括三个层面：在中心是岩石的核，中间是冰的地幔，最外面是氢/氦组成的外壳。相较之下核非常的小，只有0.55地球质量，半径不到天王星的20%；地幔则是个庞然大物，质量大约是地球的13.4倍；而最外层的大气层则相对上是不明确的，大约扩展占有剩余20%的半径，但质量大约只有地球的0.5倍。天王星核的密度大约是9g/cm3，在核和地幔交界处的压力是800万巴和大约5000K的温度。冰地幔实际上并不是由一般意义上所谓的冰组成，而是由水、氨和其他挥发性物质组成的热且稠密的流体。这些流体有高导电性，有时被称为水–氨的海洋。天王星和海王星的大块结构与木星和土星相当的不同，冰的成分多于气体，因此有理由将她们分开另成一类为冰巨星。

上面所考虑的模型或多或少都是标准的，但是其他的模型也能满足观测的结果。例如，如果大量的氢和岩石混合在地幔中，则冰的总量就会减少，并且相对的岩石和氢的总量就会提高；可利用的数据还不足以让我门确认哪一种模型才是正确的。天王星内部的流体结构意味着没有固体表面，气体的大气层是逐渐转变成内部的液体层内。但是，为便于扁球体的转动，在大气压力达到1巴之处被定义和考虑为行星的表面时，天王星赤道半径和极半径分别是25559±4和24973±20公里。这样的表面将作为这篇文章中高度的零点。

内热

天王星的内热看上去明显的比其他的类木行星为低，在天文的项目中，它是低热流量。仍不了解天王星内部的温度为何会如此低，大小和成分与天王星像是双胞胎的海王星，放出至太空中的热量是得自太阳的2.61倍；相反的，天王星几乎没有多出来的热量被放出。天王星在远红外（也就是热辐射）的部分释出的总能量是大气层吸收自太阳能量的1.06±0.08倍。事实上，天王星的热流量只有0.042±0.047w/m2，远低于地球内的热流量0.075w/m2。天王星对流层顶的温度最低温度纪录只有49K，使天王星成为太阳系温度最低的行星，比海王星还要冷。在天王星被超重质量天体撞击而造成自转轴极度倾斜的撞击假说中，也包含了内热的流失，因此留给天王星一个内热被耗尽的核心温度。另一种假说认为在天王星的内部上层有阻止内热传达到表面的障碍层存在，例如，对流也许仅发生在一组不同的结构之间，也许禁止热能向上传递。

海洋

根据旅行者2号的探测结果，科学家推测天王星上可能有一个深度达10000公里、温度高达6650℃，由水、硅、镁、含氮分子、碳氢化合物及离子化物质组成的液态海洋。由于天王星上巨大而沉重的大气压力，令分子紧靠在一起，使得这高温海洋未能沸腾及蒸发。反过来，正由于海洋的高温，恰好阻挡了高压的大气将海洋压成固态。海洋从天王星高温的内核（高达6650摄氏度）一直延伸到大气层的底部，覆盖整个天王星。必须强调的是，这种海洋与我们所理解的、地球上的海洋完全不同。也有观点认为，天王星上并不存在这种海洋。

液态钻石

据2015年英国《每日邮报》报道，科学家们在海王星和天王星研究方面取得进展，海王星和天王星上或覆盖有大片液态钻石海，海面上还漂浮着类似于冰山的、体积庞大的固体钻石。在进行了一系列实验之后，科学家得出上述结论，并认为这一发现可能有助于解释这两个星球的一些奇怪特性。在其中一项实验中，研究人员把钻石放在与海王星上一样的高温高压环境之下，检测钻石的变化。海王星的压力为地球零海拔的1100万倍，温度为5万摄氏度。实验结果显示，在压力提高至零海拔1100万倍时，钻石变成液态；之后再把温度提高至5万摄氏度后，部分液态钻石会再次变成固体。但奇怪的是，这些固态钻石会漂浮在液态钻石之上，就像是“钻石冰山”一样。科学家们认为，钻石海洋的说法解释了海王星和天王星磁极倾斜之谜，这两个星球的磁极偏离地理极60度左右。此外，这也解释了为什么海王星和天王星10%的表面成分为碳元素。

磁场

在旅行者2号抵达之后，天王星的磁层从未被测量过，因此很自然的还保持着神秘。在1986年之前，因为天王星的自转轴就躺在黄道上，天文学家盼望能根据太阳风测量到天王星的磁场。

旅行者2号的观测显示天王星的磁场是奇特的，一是他不在行星的几何中心，再者他相对于自转轴倾斜59°。事实上，磁极从行星的中心偏离往南极达到行星半径的1/3。这异常的几何关系导致一个非常不对称的磁层，在南半球的表面，磁场的强度低于0.1高斯，而在北半球的强度高达1.1高斯；在表面的平均强度是0.23高斯。与地球的磁场比较，两极的磁场强度大约是相等的，并且“磁赤道”大致上也与物理上的赤道平行，天王星的偶极矩是地球的50倍。

海王星也有一个相似的偏移和倾斜的磁场，因此有人认为这是冰巨星的共同特点。一种假说认为，不同于类地行星和气体巨星的磁场是由核心内部引发的，冰巨星的磁场是由相对于表面下某一深度的运动引起的，例如水–氨的海洋。尽管有这样奇特的准线，天王星的磁层在其他方面与一般的行星相似：在他的前方，位于23个天王星半径之处有弓形震波，磁层顶在18个天王星半径处，充分发展完整的磁尾和辐射带。综上所论，天王星的磁层结构不同于木星的，而比较像土星的。天王星的磁尾在天王星的后方延伸至太空中远达数百万公里，并且因为行星的自转被扭曲而斜向一侧，像是拔瓶塞的长螺旋杆。

天王星极光正对着赤道环，偏斜的磁场造成极光不同于地球和木星

天王星极光正对着赤道环，偏斜的磁场造成极光不同于地球和木星

天王星的磁层包含带电粒子：质子和电子，还有少量的H2+离子，未曾侦测到重离子。许多的这些微粒可能来自大气层热的晕内。离子和电子的能量分别可以高达4和1.2百万电子伏特。在磁层内侧的低能量（低于100电子伏特）离子的密度大约是2厘米-3。微粒的分布受到天王星卫星强烈的影响，在卫星经过之后，磁层内会留下值得注意的空隙。微粒流量的强度在10万年的天文学时间尺度下，足以造成卫星表面变暗或是太空风暴。这或许就是造成卫星表面和环均匀一致暗淡的原因。在天王星的两个磁极附近，有相对算是高度发达的极光，在磁极的附近形成明亮的弧。但是，不同于木星的是，天王星的极光对增温层的能量平衡似乎是无足轻重的。

大气

与其它的气体巨星，甚至是与相似的海王星比较，天王星的大气层是非常平静的。当旅行者2号在1986年飞掠过天王星时，总共观察到了10个横跨过整个行星的云带特征。有人提出解释认为这种特征是天王星的内热低于其他巨大行星的结果。在天王星记录到的最低温度是49K，比海王星还要冷，使天王星成为太阳系温度最低的行星。虽然在天王星的内部没有明确的固体表面，天王星最外面的气体包壳，也就是被称为大气层的部分，却很容易以遥传感量。遥传感量的能力可以从1帕之处为起点向下深入至300公里，相当于100帕的大气压力和320K的温度。稀薄的晕从大气压力1帕的表面向外延伸扩展至半径两倍之处，天王星的大气层可以分为三层：对流层，从高度300至50公里，大气压100帕至0.1帕；平流层（同温层），高度50至4000公里，大气压力0.1帕至10-1帕；热层（增温层或晕），从4000公里向上延伸至距离表面50,000公里处。没有中间层和散逸层。

天王星大气层的成分和天王星整体的成分不同，主要是氢分子和氦。氦的摩尔分数，这是每摩尔中所含有的氦原子数量，是0.15±0.03；在对流层的上层，相当于0.26±0.05质量百分比。这个数值很接近0.275±0.01的原恒星质量百分比。显示在气体的巨星中，氦在行星中是不稳定的。在天王星的大气层中，含量占第三位的是甲烷（CH）。甲烷在可见和近红外的吸收带为天王星制造了明显的蓝绿或深蓝的颜色。在大气压力1.3帕的甲烷云顶之下，甲烷在大气层中的摩尔分数是2.3%，这个量大约是太阳的20至30倍。混合的比率在大气层的上层由于极端的低温，降低了饱合的水平并且造成多余的甲烷结冰。对低挥发性物质的丰富度，像是氨、水和硫化氢，在大气层深处的含量所知有限，但是大概也会高于太阳内的含量。除甲烷之外，在天王星的上层大气层中可以追踪到各种各样微量的碳氢化合物，被认为是太阳的紫外线辐射导致甲烷光解产生的。包括乙烷（CH）、乙炔（CH）、甲基乙炔（CHCH）、联乙炔（CHCH）。光谱也揭露了水蒸汽的踪影，一氧化碳和二氧化碳在大气层的上层，但可能只是来自于彗星和其他外部天体的落尘。

对流层

对流层是大气层最低和密度最高的部分，温度随着高度增加而降低，温度从有名无实的底部大约320K，300公里，降低至53K，高度50公里。在对流层顶实际的最低温度在49至57K，依在行星上的高度来决定。对流层顶是行星的上升暖气流辐射远红外线最主要的区域，由此处测量到的有效温度是59.1±0.3K。对流层应该还有高度复杂的云系结构，水云被假设在大气压力50至100帕，氨氢硫化物云在20至40帕的压力范围内，氨或氢硫化物云在3和10帕，最后是直接侦测到的甲烷云在1至2帕。对流层是大气层内非常活跃的部分，表现出强风、亮云和季节性的变化。

平流层

天王星大气层的中层是平流层，此处的温度逐渐增加，从对流层顶的53K上升至增温层底的800至850K。平流层的加热来自甲烷和其他碳氢化合物吸收的太阳紫外线和红外线辐射，大气层的这种形式是甲烷的光解造成的。来自增温层的热也许也值得注意。碳氢化合物相对来说只是很窄的一层，高度在100至280公里，相对于气压是10微帕至0.1微帕，温度在75K和170K之间。含量最多的碳氢化合物是乙炔和乙烷，相对于氢的混合比率是×10，与甲烷和一氧化碳在这个高度上的混合比率相似。更重的碳氢化合物、二氧化碳和水蒸气，在混合的比率上还要低三个数量级。乙烷和乙炔在平流层内温度和高度较低处与对流层顶倾向于凝聚而形成数层阴霾的云层，那些也可能被视为出天王星上的云带。然而，碳氢化合物集中在在天王星平流层阴霾之上的高度比其他类木行星的高度要低是值得注意的。  

热层

天王星大气层的最外层是热层（增温层或晕），有着均匀一致的温度，大约在800至850K。仍不了解是何种热源支撑着如此的高温，虽然低效率的冷却作用和平流层上层的碳氢化合物也能贡献一些能源，但即使是太阳的远紫外线和超紫外线辐射，或是极光活动都不足以提供所需的能量。除此之外，氢分子和增温层与晕拥有大比例的自由氢原子，她们的低分子量和高温可以解释为何晕可以从行星扩展至50000公里，天王星半径的俩倍远。这个延伸的晕是天王星的一个独特的特点。他的作用包括阻尼环绕天王星的小颗粒，导致一些天王星环中尘粒的耗损。天王星的增温层和平流层的上层对应着天王星的电离层。观测显示电离层占据2000至10000公里的高度。天王星电离层的密度比土星或海王星高，这可能肇因于碳氢化合物在平流层低处的集中。电离层是承受太阳紫外线辐射的主要区域，它的密度也依据太阳活动而改变。极光活动不如木星和土星的明显和重大。 

气候

在紫外线与可见光波段下与其他的气体巨星，甚至是与相似的海王星比较，天王星的大气层是非常平静的。当旅行者2号在1986年飞掠过天王星时，总共观察到了10个横跨过整个行星的云带特征。有人提出解释认为这种特征是天王星的内热低于其他巨大行星的结果。记录到天王星对流层顶的最低温度是49K，比海王星还要冷，使天王星成为太阳系温度最低的行星（原来九大行星中温度最低的冥王星已不再是行星）。

带状云

在1986年，旅行者2号发现可见的天王星南半球可以被细分成两个区域：明亮的极区和暗淡的赤道带状区。两这区的分界大约在纬度-45°的附近。一条跨越在-45°至-50°之间的狭窄带状物是在行星表面上能够看见的最亮的大特征，被称为南半球的“衣领”。极冠和衣领被认为是甲烷云密集的区域，位置在大气压力1.3至2帕的高度。很不幸的是，旅行者2号抵达时正是盛夏，而且观察不到北半球的部分。不过，从21世纪开始之际，北半球的“衣领”和极区就可以被哈勃太空望远镜和凯克望远镜观测到。结果，天王星看起来是不对称的：靠近南极是明亮的，从南半球的“衣领”以北都是一样的黑暗。天王星上之后可能出现的季节变化，将会被详细的讨论。天王星可以观察到的纬度结构和木星与土星是不同的，它们展现出许多条狭窄但色彩丰富的带状结构。

1990年代的高分辨率成像观测表明，亮云特征的数量有着明显的增长。它们多数都出现于北半球开始成为可以看见的区域。早期的解释—认为是亮云在行星黑暗的部分比较容易被分辨出来，而在南半球则被明亮的“衣领”掩盖掉—被证明是错误的，实际上特征数量已确实显著增加。不过，两个半球的亮云是有区别的，北半球的亮云较小、较尖锐和较明亮。它们看上去都躺在较高的高度。亮云的生命期有着极大的差异，一些小的只有几小时，而南半球至少有一个从旅行者飞掠过后仍一直存在着。最近的观察也发现，虽然天王星的气候较为平静，但天王星的亮云有许多特性与海王星相同。

风速

追踪这些有特征的亮云，可以测量出天王星对流层上方的风是如何在极区咆哮。在赤道的风是退行的，意味着它们吹的方向与自转的方向相反，它们的速度从100至50米/秒。风速随着远离赤道的距离而增加，大约在纬度±20°静止不动，这儿也是对流层温度最低之处。再往极区移动，风向也转成与行星自转的方向一致，风速则持续增加，在北纬60°处达到最大值，然后下降至极区减弱为0。在南纬40°附近，风速从150到200米/秒，因为“衣领”盖过了所有平行的亮云，无法测量从哪儿到南极之间的风速。与北半球对照，风速在纬度+50°达到最大值，速度高达240米/秒。

季节变化

2004年3月到5月这一短暂期间，很多片大块亮云出现天王星大气层里，这让天王星有着类似海王星般的外观。观察到229米/秒（824公里/时）的破表风速，和被称为“7月4日烟火”的雷雨风暴。2006年8月23日，科罗拉多州博尔德市太空科学学院和威斯康辛大学的研究员观察到天王星表面有一个大黑斑，让天文学家对天王星大气层的活动有更多的了解。虽然为何这突如其来活动暴涨的发生原因仍未被研究员所明了，但是它呈现了天王星极度倾斜的自转轴所带来的季节性的气候变化。要确认这种季节变化的本质是很困难的，因为对天王星大气层堪用的观察数据仍少于84年，也就是一个完整的天王星年。虽然已经有了一定数量的发现，光度学的观测已经累积了半个天王星年（从1950年代起算），在两个光谱带上的光度变化已经呈现了规律性的变化，最大值出现于至点，最小值出现于昼夜平分点。从1960年开始的微波观测，深入对流层的内部，也得到相似的周期变化，最大值也在至点。从20世纪70年代开始对平流层进行的温度测量也显示最大值出现于1986年的至日附近。多数的变化相信与可观察到的几何变化相关。

然而，有某些理由相信天王星物理性的季节变化也在发生。当南极区域变得明亮时，北极相对的呈现黑暗，这与上述概要性的季节变化模型是不符合的。在1944年抵达北半球的至点之前，天王星亮度急遽提升，显示北极不是永远黑暗的。这个现象意味着可以看见的极区在至日之前开始变亮，并且在昼夜平分点之后开始变暗。详细的分析可见光和微波的资料，显示亮度的变化周期在至点的附近不是完全的对称，这也显示出在子午圈上反照率变化的模式。最后，在20世纪90年代，在天王星离开至点的时期，哈柏太空望远镜和地基的望远镜显示南极冠出现可以察觉的变暗（南半球的“衣领”除外，它依然明亮），同时，北半球的活动也证实是增强了，例如云层的形成和更强的风，支持期望的亮度增加应该很快就会开始。

天王星物理变化的机制还不是很清楚，在接近至点，天王星的一个半球沐浴在阳光之下，另一个半球则对向幽暗的深空。受光半球的明亮曾被认为是对流层里来自甲烷云与阴霾层局部增厚的结果。在纬度-45°的明亮“衣领”也与甲烷云有所关联。在南半球极区的其他变化，也可以用低层云的变化来解释。来自天王星微波发射谱线上的变化，或许是在对流层深处的循环变化造成的，因为厚实的极区云层和雾霾可能会阻碍对流。天王星春天和秋天的昼夜平分点即将来临，动力学上的改变和对流可能会再发生。

在1986年，旅行者2号飞掠时，天王星的南极几乎正对着太阳。标记这个极是南极是基于国际天文联合会的定义：行星或卫星的北极，是指向太阳系不变平面的上方（不是由自转的方向来决定）。但是，仍然有不同的协定被使用着：一个天体依据右手定则所定义的自转方向来决定北极和南极。根据后者的坐标系，1986年在阳光下的极则是北极。

行星环

天王星环向光面与背光面比较，旅行者2号拍摄

天王星环向光面与背光面比较，旅行者2号拍摄

天王星有一个暗淡的行星环系统，由直径约十米的黑暗粒状物组成。这是继土星环之后，在太阳系内发现的第二个环系统。天王星环包含13个已命名的小环，其中最明亮的是ε环（Epsilon），其他的环都非常黯淡。天王星的光环像木星的光环一样暗，但又像土星的光环那样有相当大的直径。天王星环被认为是相当年轻的，在圆环周围的空隙和不透明部分的区别，暗示她们不是与天王星同时形成的，环中的物质可能来自被高速撞击或潮汐力粉碎的卫星。而最外面的第5个环的成分大部分是直径为几米到几十米的冰块。除此之外，天王星可能还存在着大量的窄环，宽度仅有50米，单环的环反射率非常低。

天王星环的发现日期是1977年3月10日，在James L。Elliot、Edward W。Dunham、和Douglas J。Mink使用柯伊伯机载天文台观测时。这个发现是很意外的，他们原本的计划是观测天王星掩蔽SAO 158687以研究天王星的大气层。然而，当他们分析观测的资料时，发现行星遮掩的前后，这颗恒星都曾经短暂的消失了五次。他们认为，必须有个环系统围绕着行星才能解释。后来他们又侦测到四个额外的环。旅行者2号在1986年飞掠过天王星时，直接看见了这些环。旅行者2号也发现了两圈新的光环，使环的数量增加到11圈（不包括2003年发现的）。

在2005年12月，哈勃太空望远镜侦测到一对早先未曾发现的蓝色圆环。最外围的一圈与天王星的距离比早先知道的环远了两倍，因此新发现的环被称为环系统的外环，使天王星环的数量增加到13圈。哈柏同时也发现了两颗新的小卫星，其中的天卫二十六还与最外面的μ环共享轨道。在2006年4月，凯克天文台公布的新环影像中，外环的一圈是蓝色的，另一圈则是红色的。关于外环颜色是蓝色的一个假说是，它由来自天卫二十六的细小冰微粒组成，因此能散射足够多的蓝光。天王星的内环看起来是呈灰色的。

天王星的卫星和与环

天王星有27颗已知天然的卫星，这些卫星的名称都出自威廉·莎士比亚和亚历山大·波普的歌剧中的人物。五颗主要卫星的名称是天卫五（Miranda）、天卫一（Ariel）、天卫二（Umbriel）、天卫三（Tatania）和天卫四（Obeon）。天卫三和天卫四是威廉·赫歇尔在1787年3月13日发现的第一颗和第二颗天王星卫星，天卫一和天卫二是在1851年被威廉·拉塞尔发现的。但直到1852年，威廉·赫歇尔的儿子约翰·赫歇尔才为这四颗卫星命名。1948年，杰拉德·柯伊伯发现第五颗卫星天卫五。天王星卫星系统的质量是气态巨星中最少的，五颗主要卫星的总质量还不到海卫一质量的一半。最大的卫星天卫三半径只有788.9公里，还不到月球的一半，但是比土星第二大的卫星土卫五（Rhea）稍大些。这些卫星的反照率相对也较低，天卫二约为0.2，天卫一约为0.35（在绿色光谱上）。这些卫星由冰和岩石组成，大约是50%的冰和50%的岩石，冰也许包含氨和二氧化碳。

在较大的卫星中，天卫一有着最年轻的表面，上面只有少许的陨石坑，天卫二看起来是最古老的。天卫五拥有深达20公里的断层峡谷，梯田状的层次和混乱的变化，形成令人混淆的表面年龄和特征。天卫五过去的地质活动被认为是在某段时候当其轨道比当前更偏心时受到潮汐加热的影响，偏心的原因大概是跟天卫二轨道共振（过去与当今3:1比例）的结果。与地幔上涌并挤入相关的外部加工很可能是天卫五上如同“赛马场”形状的冕状物（详见金星冕状物）的起源。同样的，天卫一被认为曾经处于与天卫三4:1轨道共振的位置。旅行者2号探测器于1986年1月飞掠天王星，在随后的照片研究中，天文学家发现了天卫六至天卫十五以及天卫二十五共11颗小卫星。后来使用地面的望远镜也证实了这些卫星的存在。

观测与探测

天王星的体积约为地球的64倍，其大气中包含83%的氢气，15%的氦气，2%的甲烷气体，表面温度平均为零下215℃。2014年8月6日，美国国家航空航天局（NASA）和欧洲航天局（ESA）在夏威夷凯克天文台（W.M.Keck Observatory），利用哈勃太空望远镜成功的观测并记录了一场最大规模的风暴。因为天王星具备气态行星的特质，所以经常爆发风暴，此前观测到的一次最大规模的风暴被命名为Berg。Berg发生在2000年，其引起的巨大影响一直持续到2009年才消失殆尽。

1986年1月，美国国家航空航天局的旅行者2号拜访了天王星。这是对天王星仅有的近距离探测，之后一直没有新的探测计划。旅行者2号在1977年发射，在继续前往海王星的旅程之前，旅行者2号在1月24日最接近天王星，距离近达81500公里。旅行者2号研究了天王星大气层的结构和化学组成，发现了10颗新卫星，还研究了天王星因为自转轴倾斜97.77°所造成的独特气候，并观察了天王星的环系统。它也研究了天王星的磁场。它对最大的五颗卫星做了首度的详细调查，并研究当时已知的九圈光环，也新发现了另外两道光环。

【106、天文史上的大难题，太阳系内差点有23大行星！】

原创|2018-07-29 

2006年8月，在捷克首都布拉格举行的国际天文学联合大会上，经历一场唇枪舌剑之后，最后通过投票以237票对157票通过决议，冥王星被归为矮行星，如果当时没有通过决议，那么现在教科书上就是23大行星了。

冥王星身处太阳系轨道外层，太阳辐射微弱，星球表面环境幽暗阴冷，预示着希腊人传说中的冥界，由此得名为冥王星。关于冥王星大家最熟知的应该是它被剔除在行星行列之外。2006年的8月24日，国际天文组织在联合表决大会上决定将冥王星划分为矮行星，至此九大行星变成了八大行星。这应该是大多数人对于太阳系内八大行星的认识，但其实在冥王星还未被降格为矮行星时，就有科学家已经发现了太阳系边缘的“第十大行星”。

编号为2003UB313的齐娜行星，早在2003年就被科学家所发现，它位于太阳系边缘的柯伊伯带，它的运行轨迹是一个巨大的椭圆形，并且距离太阳的距离非常远，是冥王星到太阳距离的三倍，直径是冥王星大小的1.5倍，质量也超过冥王星，按照当时对行星划分的标准，齐娜应该比冥王星更具有资格成为行星，当时就有许多天文学家呼吁将齐娜也加入到九大行星的范围内，那么太阳系内就存在“十大行星”。虽然十大行星这种十全十美的理想化设定让许多天文学家的强迫症得以释放，但立即遭到了很多人的反对。

如果说齐娜能被列为第十大行星，那么2002年在柯伊伯带上的发现的夸瓦尔行星就不服气了，它也比冥王星更具有资格成为行星，那么应该是第十一大行星？闹剧还没结束，如果夸瓦尔可以成为行星，那么比它体积更大的塞德娜也可以成为行星了！就这样，随着科学技术的进步，人类对于太阳系边缘的探索也看的原来越清楚了，越来越多太阳系边缘的天体被发现，尴尬的处境也就出现了！

在冥王星还算是九大行星时，按照旧的天文学上对行星划分的标准，科学家当时找到了14颗行星加上原本的9大行星，那么太阳系内就变成了臃肿不堪的23大行星！这还得了啊！如果科学教材真的修改成23大行星，以后说不定还会发现更多行星，行星的准入门槛那么低，国际天文联盟岂不是成为了笑柄。

当时全球天文爱好者和天文组织就面临两大选择，究竟是“8”还是“23”，如果冥王星都可以算作是行星，那么太阳系内就会有23大行星；如果建立一个行星准入的新标准那么就将剔除冥王星和其它边缘行星，太阳系内就简洁多了，只有8大行星。

2006年8月，在捷克首都布拉格举行的国际天文学联合大会上，经历一场唇枪舌剑之后，最后通过投票以237票对157票通过决议，冥王星被归为矮行星，如果当时没有通过决议，那么现在教科书上就是23大行星了。

【107、天文学家在木星轨道附近发现一位星际移民】

2018-05-26 星空天文

2015 BZ509是一位伴随木星轨道反向飞行的星际移民。C。Veillet / 大型双筒望远镜天文台

去年十月，天文学家发现了一位天外来客。起初人们以为它是一颗彗星，后来才发现它几乎全由岩石构成，且拥有奇特的开放轨道，是一颗来自其它太阳系的星际小行星，并给它起名为奥陌陌。

奥陌陌的现身，引起了人们的极大兴趣。而最近一些天文学家发现，奥陌陌可能并不是造访太阳系的首位天外来客。奥陌陌只是一位过客，它匆匆而来，又匆匆而去。而一颗名为2015 BZ509的小行星可能很久以前就已经从遥远的星际空间来到我们的太阳系，并在木星轨道附近定居了多年。

相关研究以一篇论文的形式发表在《英国皇家天文学会月刊》上，题为《伴随木星轨道反向飞行的星际小行星》。

天文学家在锁定这颗小行星之后，意外地发现它的公转方向竟是相反的。太阳系内的主要天体围绕太阳飞行的方向是一致的，而2015 BZ509却逆潮流而动。

没人知道它的公转方向为什么相反。但或许有一种解释，即它来自太阳系以外的某处。如果它是太阳系的原住民，那么它的公转方向应当和其他天体保持一致。因为所有太阳系的原住民都源自同一团星云，它们的公转方向都是从星云气体的自转那里继承下来的。

虽然也有一种可能，即它的轨道原本和其它太阳系天体是一致的，发生反转的原因是附近行星引力的影响。但统计学计算结果表明，2015 BZ509停留在现在这个轨道上已有45亿年！因此它极不可能是随太阳系一起形成的。它就是一颗星际小行星！而且它被太阳系俘获已有45亿年之久！也就是说，它在太阳系刚刚成形的时候，就已经来到了这里！

小行星的星际移民之所以能够实现，是因为太阳形成之初，是一个结构紧凑的星团成员。而在这个星团里，每一颗恒星都有自己的行星和小行星。恒星之间过近的距离，使得恒星之间交换小天体成为了可能。

发现一颗通过星际移民定居下来的小行星，对于研究行星的形成，甚至对研究生命的起源都有重要的启示意义。在这些问题上，至今都尚未有定论。

如果能够测定2015 BZ509来到太阳系的确切时间，天文学家就能获得与太阳原生星团有关的线索，以及知道太阳系及地球是如何获得足量的与生命起源有关的物质材料的。

也许我们未来还能发现奥陌陌那样的过客，也许太阳系里还住着许多2015 BZ509这样的星际移民。也许有一天，我们会得到一个消息，“拉玛人”做什么事都是一式三份。

【108、土卫八是一艘废弃的飞船？图像显示，它有明显的焊接缝】

2021-05-12 久见菌

最新消息显示，有一颗小行星即将从地球附近飞过。得益于不断发展的科学技术，科学家已经测算出它的准确路径，所幸它不会与地球正面相撞，人们也放宽了心。

不过，这其中也存在一部分人，他们以宇宙阴谋论为主要观点，并且认为这很有可能是外星人派来巡视地球的飞行器，之前的奥陌陌是如此，这颗小行星也是如此。

宇宙中的智慧生命体，可能向地球投放探测工具。

随后，科学家很快反驳了相关观点，因为太阳系中还有更像“外星监视器”的天体，这颗小行星根本不算什么。

从人类开始仰望星空开始，宇宙在我们的心中就变得无比神秘，尤其是随着探索的不断深入，这种趋势变得更加明显。以至于人们一直对其他智慧生命体的存在抱有幻想，直到费米悖论的出现，才将我们推向了新的探索阶段。

如果有外星人存在的话，为什么我们没有发现他们呢？这其实需要考虑到一个概率问题，宇宙如此广阔，生命能够立足的星球也不计其数，关键是一个恒星系统中未必能够同时孕育多个文明，如果播种错了位置，就很难开花结果。

如此一来，无论外星文明身在何方，他们向太阳系发射了探测工具，都只是有一定的几率成功，另外的几率需要运气。

土卫八赤道处有条13万米的凸起，很像焊接痕迹。

前面提到的这颗天体其实就是土星的卫星之一——土卫八。作为土星的第三大卫星，它的体积并没有引起人们的广泛关注，反而是当年卡西尼号路过这里时拍摄的一张照片，将土卫八推向了风口浪尖。

原来，这颗卫星的赤道处，有一条长13万米、宽2万米的凸起，周围遍布坑洞，看起来十分诡异。最先引起科学家关注的就是，这个凸起很接近焊接痕迹，看起来就像有人故意将土卫八的两个半球拼接在一起，加上这个星球总是昼夜分明，不由得让人浮想联翩。

因此，有人提出了一个大胆的想法：土卫八可能就是“外星监视器”，只不过它装错了位置。

从外形上看，土卫八的确不像天然天体，然而月球其实也表现出了明显的异常，在整个太阳系甚至银河系中都找不到第二颗类似的星球，这就很难再深入进行解释。

土卫八密度异常，这个星球有着类似水冰的状态。

同时，有科学家发现，土卫八的密度并不寻常，尤其是它有着类似水冰的状态，还有可能是空心的，因此这一谜团仍然需要科学家进行深入的探索才能彻底解开。

对人类而言，土卫八的存在超过了我们的想象，这其实也证明我们还不具备广泛探索的能力，面对太阳系内的诸多问题，还有很多线索没有明确。

在此基础上，科学家认为，宇宙中有太多无法解释的问题，这也是人类存在的意义之一，我们不断提出问题和解决问题，而人类文明就在这样的过程中产生质的飞跃。

【109、土卫六：连通的海洋】

2020-12-07

土卫六（Titan，又称为泰坦星）是环绕土星运行的一颗卫星，是土星卫星中最大的一个，也是太阳系第二大的卫星。荷兰物理学家、天文学家和数学家克里斯蒂安·惠更斯在1655年3月25日发现它，也是在太阳系内继木星伽利略卫星后发现的第一颗卫星。

土卫六泰坦（Titan），是目前太阳系中已知的唯一一颗拥有液态海洋的卫星。 而且，是全球性连通的海洋。

介绍

土卫六（Titan，又称为泰坦星）是环绕土星运行的一颗卫星，是土星卫星中最大的一个，也是太阳系第二大的卫星。荷兰物理学家、天文学家和数学家克里斯蒂安·惠更斯在1655年3月25日发现它，也是在太阳系内继木星伽利略卫星后发现的第一颗卫星。

由于是太阳系唯一一个拥有浓厚大气层的卫星，因此被高度怀疑有生命体的存在，科学家也推测大气中的甲烷可能是生命体的基础。土卫六可以被视为一个时光机器，有助我们了解地球最初期的情况，揭开地球生物如何诞生之谜。

土卫六上的表面重力极低，和月球相当，但又拥有浓厚大气层，其表面的大气压约为地球的1.5倍，这种奇特的现象对研究行星大气学是一个很好的题材。同时浓厚的大气加上相当低的表面重力令登陆和起飞更容易。

名称来历

惠更斯简单的把这颗他发现的卫星称为“Saturni Luna”(“土星的卫星”)。之后，乔凡尼·多美尼科·卡西尼为了表达对国王路易十四的敬意将发现的四颗卫星(它们是土卫三-忒堤斯，土卫四-狄俄涅，土卫五-瑞亚以及土卫八-伊阿珀托斯)命名为Lodicea Sidera(路易星)。天文学家依据习惯把这五颗卫星以数字加以编号。其他的卫星被称为惠更斯卫星或土星的第六颗卫星(从当时知道的距离土星远近排列，土卫一美马斯和土卫二恩克拉多斯在1789年被发现)。

土卫六的英文名称"Titan"和其他另外七颗当时已知的土星卫星的名称来自约翰·赫歇尔爵士(约翰·赫歇尔是威廉·赫歇尔爵士儿子，威廉·赫歇尔本人发现了土卫一和土卫二)。约翰·赫歇耳在1847年出版的《在好望角天文观测的结果》一书中把这颗新卫星命名为“提坦”，提坦在神话中是克罗诺斯（他的罗马神话的对应者萨图恩）和他的兄弟姐妹们的统称。

物理特性

土卫六是土星最大的卫星，也是太阳系第二大卫星，比行星水星的体积大(虽然质量没有水星大)， 在太阳系中它的大小只比木星最大的卫星木卫三小。但最近的观测也显示浓密的大气可能使人们过高估计了泰坦的直径，如同许多其他的卫星一样，土卫六比134340号小行星（原冥王星）的质量和体积都要大。 土卫六平均半径2575千米，质量1.345×1023千克，平均密度1.880×103千克/立方米。土卫六环绕土星公转轨道半长径为1,221,850千米，偏心率0.0292，轨道平面与土星赤道面的交角为0.33°，公转周期15天22时41分24秒。土卫六的自转周期与公转周期相同，这一点与月球类似。土卫六有浓密的大气，主要成分是氮，表面大气压力1.5×10帕斯卡，表面温度-179.15℃。

土卫六质量与木卫三，木卫四，海卫一，小行星134340（冥王星）大体类似。土卫六一半是水冰一半是固体材料。在多个不同结晶状冰层的3400米下有一个固体核心。核心内部应该仍然炽热。虽然土卫五以及其他的土星卫星也类似，但土卫六的核心密度更大，这是因为它体积巨大造成重力压缩其内部造成的。

大气情况

大气情况土卫六是已知拥有真正大气层的卫星，其他的卫星最多只是拥有示踪气体.。大气的存在是1944年首先被杰勒德·柯伊伯（Gerard P。Kuiper）使用光谱望远镜发现的，他发现土卫六大气的甲烷局部压力达到100毫巴。后来，旅行者太空船的观测也证实土卫六上拥有大气，事实上，土卫六的大气压比地球还要大一点，星球表面的压力是地球的1.5倍。土卫六表面浓密的云层遮盖住了它的表面地貌。人们一般认为土卫六表面是固态或液体乙烷。从地球的雷达测量发现那里没有大范围的乙烷海洋，但是仍然有可能存在小的乙烷湖。后来，科学家对卡西尼太空船发回的照片进行研究，认为土卫六 上或许根本不存在液态甲烷海洋。研究人员曾通过地面望远镜对土卫六进行观测，他们当时认为，种种迹象显示这一土星卫星上可能存在液态海洋。但是，科学家们对得出的结论仍有疑惑之处，因为以前的观测显示土卫六表面确有着闪烁的液体反光，尤其是几年前通过大型无线电望远镜观测的结果更证明极有可能存在液体海洋。

土卫六大气的98.44%是氮气，是太阳系中惟一除了地球外的富氮星体，那里还有大量不同种类的碳氢化合物残余（包括甲烷、乙烷、丁二炔、丙炔、丙炔腈、乙炔、丙烷，以及二氧化碳、氰、氰化氢和氦气）。这些碳氢化合物被认为来自于土卫六上层大气中的甲烷。当甲烷因为太阳辐射而发生反应就会产生浓密的桔红色烟云。土卫六表面那像是被涂上了一层柏油的有机物沉淀叫做tholin。土卫六没有磁场保护，所以当它有时运行在土星的磁气层外时，便直接暴露在太阳风之下。这导致大气电离并在大气上层释放出一些分子。

在接近表面时，土卫六的温度大约是94K(-179.15℃)。水冰在这种温度下会升华，所以大气中会有少量的水蒸气存在.土卫六表面除了覆盖全球的迷雾之外也有各种不同的云。云可能是由甲烷，乙烷或简单的有机物组成。其他稀有的复杂化学物质是土卫六在太空外观呈现橙色的原因。

2004年11月卡西尼号飞越过土卫六照片中明亮多云的南极,但并未发现期望的甲烷存在.这令科学家们困惑,対云成分的相关研究仍然在进行中,人们过去关于土卫六大气的知识可能需要重新书写。

2004年卡西尼号观测大气的结果发现土卫六大气“超级旋转”，就像金星那样，其大气要比表面旋转快很多。

据美国科学日报报道，西班牙格拉纳达大学和瓦伦西亚大学的物理学家们通过分析“惠更斯”探测器对土卫六的特殊观测数据，明确地证实土卫六大气层中存在着雷电风暴等自然电活跃性活动。科学团体认为有机分子、早期生命形式可能形成于行星或卫星具有雷电风暴的高层大气层中。

自从1908年，西班牙天文学家乔西·科马斯·苏拉发现土卫六具有大气层以来，在其他卫星上未曾发现过大气层的存在。他解释说，“在土卫六上形成着具有传递运动的大气云层，因此静态电场和暴风雨状况可以形成。依据俄罗斯生物化学家亚历山大·奥帕金的理论和斯坦利·米勒的实验，土卫六具有雷电风暴活动性的大气层可能形成有机物质和早期生命形式，该条件下通过释放电量可从无机混合物中综合形成有机化合物。

表面特征

至2004年，人类对土卫六的表面地图的了解仍然是非常缺乏了解的。无论如何，人类使用哈勃天文望远镜的红外线和卡西尼-惠更斯号拍摂到一个高亮度，有澳洲大小区域的图片。这个区域的非正式名称是“Xanadu Regio”(世外桃源)；没有人知道那里是什么样。类似的哈勃太空望远镜、Keck望远镜和甚大望远镜还观测到土卫六上另外一片大小相近的深色区域，人们推测那里可能是液态的甲烷或乙烷海洋，但卡西尼号观测的数据发现可能是其他物质。卡西尼号还发回大量土卫六高分辨率地貌图像，其中包括谜一般的线状条纹，一些科学家认为那可能是地壳构造运动产生的。

2004年11月26日的一次飞越土卫六的观测，发现土卫六光滑的表面上只有很少的冲击环形山，这些环形山在光线的作用下明暗对比强烈。这大概是土卫六烃雨或烃雪落入环形山或火山喷发活动活跃造成的经常地壳重构所致。探测器的分光器发现亮区和暗区发射的太阳光波长一样，这就意味着它们可能由相同的物质组成(或者至少是覆盖着相同的物质)。至于到底是什么物质，人们依然不清楚。人们曾希望凭借探测器观测物体或液体反射光线而发现的烃湖或烃海并未被探测到。这使得科学家怀疑土卫六 表面可能是完全呈冰状或泥泞状态。

为了更好的了解表面地貌，卡西尼太空船在飞近土卫六时使用了雷达遥感测绘技术。传回的第一张图片就展现地表是一个复杂，崎岖与平坦并存的区域。这种地貌看来应该是由火山造成的。火山可能喷发出水和氨水。另外也发现了一些好像风蚀产生的条纹状地貌。还有一些看起来是已经被填平的冲击环形山，其中的液体可能是液态烃。湖中有或没有什么仍然无法确定。另有一些区域返回的信号看来，可能是固体或液体，但其他的解释仍然存在。土卫六看起来真的很光滑，表面没有高于50米的地貌。

天文学家认为，土卫六上分布着众多由液体甲烷和乙烷构成的湖泊，这颗卫星的寒冷程度超过南极洲。科学家表示，虽然土卫六上更加寒冷，但是它上面的风、雨和构造过程，使它成为太阳系中与地球最相像的天体。虽然这颗卫星低达零下292华氏度零下180摄氏度的平均表面温度会使水始终保持固体状态，但是它表面存在液体甲烷和乙烷，这些物质可为生命提供一个栖息地，但没有氧难被引燃。

观测历史

1655年，荷兰天文学家克里斯蒂安·惠更斯用他自制的新望远镜对准土星，准备研究土星环，但让他惊讶的是，在土星的旁边赫然有一颗巨大的卫星，这就是土卫六——泰坦。

1907年，西班牙天文学家何塞·科马斯·索拉从望远镜中观测到土卫六的圆面边界有阴影，指出这是存在大气的象征。

1944年，荷兰裔美国天文学家杰拉德·柯伊伯用光谱分析仪观测，发现土卫六上存在甲烷气体。

探测历史

1979年9月1日，先驱者11号从距土星20800千米处掠过土星，拍摄到土星巨大的卫星土卫六的照片。并初步判断土卫六上的温度极低，生命几乎无法生存。

1980年11月12日，旅行者1号从距土星124000千米处飞越土星，九个月后，即1981年8月25日，旅行者2号从距土星100800千米处飞过。这两个探测器对土卫六的探测结果表明，土卫六大气的主要成分是氮，其他成分为氩（占6%）、甲烷（2~3%）、氢（0.6%）。表面大气压力为1.5×10帕，不过土卫六表面温度很低，为 -179℃，在距表面45千米高处的对流层顶，温度更低，为-203℃，难以指望孕育生命。

2004年10月26日，卡西尼土星探测器第一次飞越土卫六。

2004年12月13日，卡西尼土星探测器第二次飞越土卫六。

2004年12月24日，卡西尼土星探测器释放惠更斯子探测器。

2005年1月14日，惠更斯子探测器在土卫六表面降落，向地面观测站传回300多幅土卫六照片。

2007年10月~2008年7月间，卡西尼土星探测器在完成其它探测任务的同时，还将10次探测土卫六。

旅行者号

旅行者1号和旅行者2号曾经探测过土卫六。旅行者1号曾试图尽可能的接近土卫六；不幸的是，旅行者1号上没有仪器能够穿透土卫六上的迷雾，因为当时根本不知道上面有云层的存在。多年之后，在对旅行者1号桔色滤镜拍摄的图片进行复杂的数字处理后，虽仍然没有能够解释如世外桃源地区和镰刀地区明亮和黑暗地貌的成因，但从那时起，这些地区就开始被哈勃天文望远镜用红外线加以观测了。旅行者2号只是粗略的探测过土卫六，旅行者2号团队必须从“调整轨道让旅行者2号详细检视土卫六”和“使用另外一个访问天王星和海王星的轨道”中选取一个。由于旅行者1号没有能够观测到其表面地貌，旅行者2号团队选择了后一个方案。

先驱者号

1979年9月1日，“先驱者11号”飞掠土星，考察了土卫六。不过，当“先驱者11号”考察土卫六时，正赶上一阵强烈的太阳风，严重地影响了发回的信息。地面控制中心只收到它在35万公里处拍下的5张高分辨率的照片。在照片上，土卫六呈现美丽的桔红色，像熟透了的桔子。“旅行者1号”于1980年11月11日飞临土卫六。它离云顶只有4000公里，探测取得完满的成功。就是这次，测得土卫六的直径为4828公里，而不是过去认为的5550公里。

只有先驱者11号、旅行者1号和2号三个探测器飞临土星进行过探测土星的活动。1979年9月1日，先驱者11号经过6年半的太空旅程，成为第一个造访土星的探测器。它在距离土星云顶20200千米的上空飞越，对土星进行了10天的探测，发回第一批土星照片。先驱者11号不仅发现了两条新的土星光环和土星的第11颗卫星，而且证实土星的磁场比地球磁场强600倍。9月2日第二次穿过土星环平面，并利用土星的引力作用拐向土卫六，从而探测了这颗可能孕育有生命的星球。

1980年11月12日，旅行者1号从距离土星12600千米的地方飞过，一共发回1万余幅彩色照片。这次探测不仅证实了土卫十、十一、十二的存在，而且又发现了3颗新的土星小卫星。当它距离土卫六不到5000千米的地方飞过时，首次探测分析了这颗土星的最大卫星的大气，发现土卫六的大气中既没有充足的水蒸气，其表面也没有足够数量的液态水。

1981年8月25日，旅行者2号从距离土星云顶10100千米的高空飞越，传回18000多幅土星照片。探测发现，土星表面寒冷多风，北半球高纬度地带有强大而稳定的风暴，甚至比木星上的风暴更猛。土星也有一个大红斑，长8000千米，宽6000千米，可能是由于土星大气中上升气流重新落入云层时引起扰动和旋转而形成的。土星光环中不时也有闪电穿过，其威力超过地球上闪电的几万倍乃至几十万倍。它再次证实，土星环有7条。土星环是由直径为几厘米到几米的粒子和砾石组成，内环的粒子较小，外环的粒子较大，因粒子密度不同使光环呈现不同颜色。每一条环可细分成上千条大大小小的小环，即使被认为空无一物的卡西尼缝也存在几条小环，在高分辨率的照片中，可以见到F环有5条小环相互缠绕在一起。土星环的整体形状类似一个巨大的密纹唱片，从土星的云顶一直延伸到32万千米远的地方。

旅行者2号发现了土星的13颗新卫星，使土星的卫星增至23颗。它考察了其中的9颗卫星，发现土卫三表面有一座大的环形山，直径为400千米，底部向上隆起而呈圆顶状，还有一条巨大的裂缝，环绕这颗卫星几乎达3/4周；土卫八的一个半球为暗黑，另一个半球则十分明亮；土卫九的自转周期只有9~10小时，与它的公转周期550天相去甚远；土卫六的实际直径为4828千米，而不是原来认为的5800千米，是太阳系行星中的第二大卫星，它有黑暗寒冷的表面、液氮的海洋、暗红的天空，偶尔洒下几点夹杂着碳氢化合物的氮雨等，这是人类了解生命起源和各种化学反应的理想之处。

为了进一步探测土星和揭开土卫六的生命之谜，美国与欧空局联合研制了价值连城的卡西尼号土星探测器。1997年10月15日这个探测器发射升空，开始为期7年的漫长旅途。它预计2004年飞临附近空间，开展长达4年的环土星就近探测，并首次实现在土星的最大卫星土卫六上着陆，进行实地考察。卡西尼号直径约2.7米，总重达6吨，由轨道探测器和着陆器组成。其轨道探测器取名卡西尼号，装有12种探测仪器；着陆器取名惠更斯号，装有6台科学仪器。为了加快奔向土星的飞行速度，卡西尼号于1998年4月飞掠金星，获得第一次加速。随后它绕太阳公转一周，于1999年6月再次飞掠金星，获得第二次加速。同年8月，它在地球附近飞过，获得第三次加速。

之后，卡西尼号探测器将于2000年12月飞掠木星，得到最后一次加速。它定于2004年7月飞抵目的地与土星会合，进入环绕土星运行的轨道。同年11月，惠更斯号着陆器将脱离卡西尼号探测器飞向土卫六，穿过其云层，在土卫六上软着陆，然后将探测到的数据通过环土飞行的卡西尼号轨道器传回地球。卡西尼号进入环土星轨道后的任务是：环土星飞行74圈，就地考察土星大气、大气环流动态，并多次飞临土星的多颗卫星，其中飞掠土卫六近旁45次，用雷达透过其云气层绘制土卫六表面结构图，预计可发回近距离探测土星、土星环和土卫家族的图像50万帧。惠更斯号将成为第一个在一颗大行星的卫星上着陆的探测器。它将在2.5小时的降落过程中，用所带仪器分析土卫六的大气成分，测量风速和探测大气层内的悬浮粒子，并在着陆后维持工作状态1小时，揭示土卫六上是否有水冰冻结的海洋和是否存在某种形态的生命。它所收集到的数据和拍摄的图像通过卡西尼号探测器传回地球。

卡西尼-惠更斯号已在2004年7月1日到达土星，并且开始使用雷达测量土卫六表面地形的工作；卡西尼探测器在2004年11月26日飞跃到土卫六上方并且拍摂下很多高分辨率的土卫六表面图像，展现了人眼从来没有见过的明暗斑块。卡西尼号在2004年12月25日圣诞节释放出了惠更斯号，惠更斯号在2005年1月14日进入土卫六大气层进行详细探测。惠更斯号探测器可在土卫六的大气中烧毁前将相关数据发回。

惠更斯号探测器在2005年1月14日登陆土卫六。

2007年12月，卡西尼轨道探测器在靠近土卫六的第38次飞行中看到“安大略卫星湖”，但当时还不能确认其为液态。

随着“安大略卫星湖”的突破性发现，专家认为，土卫六其他地区众多与“安大略卫星湖”相似的“坑”也可能是湖泊。

2009年12月美国宇航局证实，土卫六“泰坦”地表上存在着液体。

“卡西尼号”太空探测器捕捉到由土卫六表面湖泊所反射的太阳光线。这一发现，证实了土卫六表面存在液体的说法。

科学家们由此认为，土卫六表面一些地区应该分布着许多大型湖泊状盆地，就是在这些地区存在液体。土卫六是土星最大的卫星，与地球有许多相似之处，也正是这一点引起了科学家们的极大兴趣。近20年来，科学家们已经建立了关于土卫六的完整理论。

他们认为，土卫六表面存在液烃(NGLs) 海洋或湖泊。土卫六也被认为是太阳系中除地球之外唯一存在液体的行星状天体。虽然“卡西尼号”传回的数据并不能证明其表面存在巨大的海洋，但是它却明显透露了这样一讯息，即土卫六两极附近地区存在大型湖泊。

自从“卡西尼”号探测器在2004年开始环绕土卫六运转后，科学家们一直在寻找“镜面反射”现象。但是，土卫六的北半球一直处在冬季的黑暗之中，而科学家们认为北半球的湖泊比南半球多得多。

一直到2009年8月秋分时节，太阳的光线才逐渐开始直射到土卫六北半球的湖泊之上，此时也正是北半球春天的开始。

由于土卫六上空厚厚的大气层的干扰，土卫六表面所反射的太阳光大多数都被遮蔽。“卡西尼号”探测器也是在偶然间拍下了这张罕见的照片。照片拍摄于2009年7月8日。

美国宇航局与欧洲航天局合作的“惠更斯”号探测器在土卫六泰坦的沼气湖上漂流的景象。国家科学院7月6日公布的一份报告称，地外生物可能比专家之前预测的要奇怪得多。科学家需要考虑扩充有关地外生命特征的名单，包括所谓的“怪异”生命体，它们可以在地球生命无法存活在地方茁壮成长。

NASA于2019年6月27日宣布，如果一切按计划进行的话，“蜻蜓”号（Dragonfly）将于2026年发射，航行8年后在泰坦上着陆，之后探测器会在这5150公里宽的卫星上巡航至少2.5年，期间进行24次飞行，总航程约180公里。这次任务的目标就是详细记录泰坦的化学成分。一些科学家认为，泰坦上的碳氢化合物海洋可能孕育着其独有的奇特生命形式。此外，由于泰坦的环境与早期地球的环境非常相似，所以此次任务的观测结果还可能有助于了解地球生命出现的化学过程。

科学研究

或存在生命

土卫六上存在丰富的有机化合物和氮等元素，与地球早期生命形成时的环境相似。土卫六上的氰和烃在一定情况下可生成腈，再被星球上的水冰水解，生成羧酸和胺类物质，而这两者还可以生成具有重大意义的氨基酸。不过，土卫六上也存在制约生命存在的重要因素。一是温度过低，二是尚未发现液态水的存在，三是土卫六没有磁场保护，所以当它有时运行在土星的磁气层外时，便直接暴露在太阳风之下，辐射可能使生命无法存在。

科学家称，土星的卫星土卫六上巨大的碳氢化合物“冰山”湖可形成奇异生命形式。美国宇航局的研究人员表示，这一最新理论或许还能解释来自这颗卫星上的巨大湖泊和海洋的奇怪读数。

发现液体甲烷巨大湖泊

土卫六表面的这个新湖泊覆盖面积有1.3万平方英里（3.4万平方公里），它位于土卫六南极位置，具有部分湖泊特征。自从“卡西尼”探测器2004年抵达土星体系，科学家就致力于研究土卫六极地附近甲烷湖泊的特征，该研究证实了大型寒冷的卫星也存在着甲烷雨。

科学家指出，这种新湖泊只是浅薄的沼泽地，但是观测数据显示当暴风雨来到时，湖泊将形成足够深、奔流向前的液体甲烷。前不久，美国约翰斯－霍普金斯大学应用物理实验室的行星科学家伊丽莎白－图特尔说：“土卫六表面的雷暴模型显示一次暴风雨便可形成数十厘米深的甲烷雨水。”美国宇航局戈达德太空研究协会研究小组成员托尼－德尔杰尼奥（Tony DelGenio）称，这项研究是证实土卫六表面存在液态甲烷的最直接证据。

图特尔说：“人们看到土卫六上空的这种云层非常类似于地球的云层，同时人们发现该区域表面有液体洪流的迹象。”德尔杰尼奥补充指出，“卡西尼”探测器科学家在此之前并未注意到这个新湖泊的形成，当时由于科学家们意识到该区域可能出现大雨，便投入更多的精力观测出现大雨的特征，忽视了土卫六表面形成新湖泊的迹象。

科学家非常兴奋这项研究发现揭示了土卫六的气候特征变化，当2004年“卡西尼”探测器抵达土星体系，正值土卫六南半球处于夏季，北半球处于冬季，暴风云主要聚集形成于土卫六南极地区。季节正接近于春分，这儿不再有任何南半球暴风。德尔杰尼奥说：“暴风雨主要集中在中纬度地区，偶尔会出现在低纬度地区。”2008年，“卡西尼”探测器已完成了4年勘测任务，计划延长勘测时间至2010年。该探测器现运行状况健康正常，任务操作员希望今后进一步延长其工作寿命。

图特尔在约翰·霍普金斯大学实验室的同事拉尔夫－罗雷兹（Ralph Lorenz）并未直接涉及这项研究，他指出像这样的研究将有助于人们理想地球气候变化的特点。他在一封电子邮件中写道：“土卫六大气层拥有大量的甲烷潮湿气体，因此在度过漫长的干旱之后会出现强烈的暴风雨天气。”

2014年10月31日，美国宇航局的卡西尼飞船在土星最大的卫星土卫六的高层大气中发现了甲烷云层。

戈达德空间飞行中心卡西尼项目科学家，有关这一发现的研究论文第一作者卡里·安德森(Carrie Anderson)表示：“甲烷云层竟然能在土卫六大气中如此高的高度上形成完全出乎意料。此前没有人认为这是可能的。” 

冰封地下或存在海洋

2012年7月2日消息，据美国宇航局网站报道，来自卡西尼探测器的最新数据显示土星最大的卫星土卫六冰封的地下可能存在一个液态水层。有关这一发现的论文已经被发表在最新出版的《科学》杂志上。

论文第一作者，卡西尼项目组成员，意大利罗马第一大学的卢西亚诺·列斯(Luciano Iess)说：“卡西尼探测到土卫六大幅度的潮汐起伏，这几乎必然让人得出其地表下方存在一个隐匿着的海洋的结论。”他说：“对于水的搜寻是太阳系探测行动的一项重要目标，而现在我们又锁定了一个新的，可能富含水的天体目标。”

让科学家们做出此项发现的是潮汐变形现象。土星的巨大引力会让土卫六不断发生拉升或挤压变形。如果土卫六完全是由固态岩石组成的，那么来自土星的引力会造成其地表隆起，形成所谓的“固体潮”，其高度应为3英尺(约合1米)左右。然而卡西尼号的实测数据显示这一隆起高达30英尺(约合10米)。这一数据暗示土卫六这颗星球并非完全由固态的岩石物质组成。

起先科学家们并无把握卡西尼号能否探测到由土星引力引起的潮汐隆起。然而卡西尼探测器竟然做到了，它在2006年2月27日至2011年2月18日期间先后6次近距离飞越土卫六，在此期间对土卫六的重力场进行精确测量。这些重力场数据，加上美国宇航局深空网(DSN)的协助，最终精确地给出了土卫六表面潮汐隆起的大小数值。

萨米·阿斯玛(Sami Asmar)来自美国宇航局喷气推进实验室(JPL)，同时也是卡西尼项目组成员，她说：“我们进行了超高精度的测量工作，很幸运的是卡西尼号探测器和深空网天线之间保持了非常稳定的联系。土卫六在土星引潮力下形成的潮汐隆起，相比其它巨行星，如木星的一些卫星上所形成的潮汐隆起而言并不显著。然而在缺乏实地钻探条件的情况下，重力场数据已经是我们能够获知土卫六内部结构的最好方法了。”

要形成实测值大小的潮汐隆起效应，土卫六地下的海洋层不必很厚很深。一个位于其坚硬的可变形外壳和内部岩石地幔层之间的液态水层就可以让土卫六在围绕土星周围运行时呈现如观察值所反映的那种隆起或压缩现象。由于土卫六地表主要是由水冰组成的，这在外太阳系卫星中十分常见，科学家们相信土卫六的海洋主要成分也应该是液态水。

在地球上，来自月球和太阳的引力作用会在地表海洋上引起潮汐。在开阔的海域，这一隆起数值可达2英尺(约60厘米)。来自月球和太阳的引力也会造成地壳中形成固体潮，其幅度约为20英寸(50厘米)。

在土卫六表面下方存在液态海洋这一点本身并不能构成这里可能存在生命的结论。科学家们倾向于认为只有当液态水跟岩石之间存在直接接触时生命才更有可能出现。而我们尚无法确认这一海洋的海底是否是由岩石构成的。

这一探测结果对于揭开土卫六上的甲烷持续补给之谜具有重要意义。在土卫六大气中甲烷含量非常丰富，然而研究人员认为甲烷在大气中应当是不稳定的，如果土卫六大气能长期保持丰富的甲烷含量，那么就必定存在一个能持续供应甲烷物质的来源。

乔纳森·鲁宁(Jonathan Lunine)是美国康奈尔大学的卡西尼项目成员，他说：“土卫六地下存在液态水层的发现非常重要，因为我们希望能理解甲烷是如何被存储在土卫六内部的，以及这些储存的甲烷又是如何被释放出来的。”他说：“这一点非常重要，因为土卫六所有的不同寻常之处都和丰富的甲烷含量有关，但是其大气中的甲烷气体早就应该在地质学意义上的短时间内被破坏了。”

设想一个液态水构成的地下海洋，其中充满了氨，这些氨水沿着裂隙和孔隙上升到地表层，释放出冰层中的甲烷气体。与此同时这样一个地下海洋也可以作为甲烷储备池。

发现巨型高温穹窿构造

2012年10月22日消息，根据美国宇航局卡西尼号探测器发回的最新图像，科学家们在土星最大的卫星土卫六上辨认出一些巨大的高温穹窿形构造。这很像烘烤面包时看到的情况，当进行烘烤时，面包的表皮会凸起并开裂。现在科学家们认为在这颗土星最大的卫星上，正在发生相类似的情形。

此前科学家们在金星表面观测到过相似的地形，在金星表面一座名为库纳皮皮(Kunapipi)的火山山顶，探测器拍摄到一个直径大约20英里(约合30公里)的穹窿状凸起。研究人员也相信，在土卫六表面观测到的一条长约70公里的狭长裂谷也是由于下部物质受热上涌引起的地表开裂，这种上涌的物质有可能是岩浆。

美国宇航局喷气推进实验室(JPL)卡西尼项目组雷达设备科学家罗斯里·罗普斯(Rosaly Lopes)表示：“这种穹窿形构造是此前我们从未在土卫六上观测到过的，这显示，即便是在长达8年的探测之后，这颗星球仍在持续地给我们带来惊喜。”

这种独特的构造地形可能和地球上的岩盖相类似，所谓岩盖就是指上升入侵的熔岩冷凝形成的。美国犹他州境内的亨利山便是这种地貌的典型代表。而这张显示穹窿构造的图像是由卡西尼号探测器在2012年5月22日使用雷达设备拍摄的。

另外一个由艾伦·斯托芬(Ellen Stofan)领衔的卡西尼科学家小组对土卫六南半球的雷达图像进行了仔细审视，并在这里发现了古代海岸线的痕迹。土卫六是除了地球之外唯一一个被确认拥有稳定液体存在其表面的星球，尽管这些液体并不是水，而是碳氢化合物。

人们还只在土卫六的北半球观测到广阔海洋的存在。但对卡西尼探测器在2008~2011年之间所收集探测数据的分析显示在土卫六南极附近也曾一度存在广阔的浅海区域。

斯托芬博士和她的同事们在土卫六南半球识别出两个已经干涸或大部已经干涸的海洋的痕迹。其中一个这样已经干涸海洋的面积可能曾一度达到475x280公里的大小，深度可能达到数百英尺。土卫六南半球面积最大的湖泊安大略湖(Ontario Lacus)正位于一个干涸的海洋范围之内，看起来似乎是曾经的汪洋大海仅剩的一部分水域。

而另一个由卡西尼雷达小组成员，加州理工的奥迪德·安罗森(Oded Aharonson)博士领衔的研究小组则认为土卫六正在经历和地球的米兰科维奇周期相类似的长期变化，这是由于轨道运行方面表现出来的长期规律性变化引起的结果。这种长期的气候性变化将导致土卫六地表的液体在其南北半球之间来回迁移。根据这一模型，土卫六的南半球在大约5万年前应当曾经拥有面积广阔的巨大海洋。

斯托芬博士表示：“土卫六表面的海洋正是孕育前生命化学环境的现成实验室，并且我们还知道它正以大约10万年为周期在南北半球之间进行迁移。”他说：“我很想仔细查看一下土卫六北半球的海洋以及南半球已经干涸的海洋遗迹，来了解一下这些前生命化学演化究竟已经进行到了何种地步。”

卡西尼小组已经基本证实了土卫六北半球海洋体系的稳定性。他们在过去一整个土卫六季节中(即地球上大约6年)一直对这里的海洋进行持续的监视。而此次发布的拍摄于2012年5月22日的这张图像中，科学家们发现北半球的湖泊岸线并未发生改变，这说明北半球的湖泊并非季节性事件。相比之下，2010年的一场暴风雨之后，土卫六赤道附近出现了明显的变暗色区域。 

人们一直认为土卫六是太阳系中最大的卫星，并取名为泰坦。在希腊神话里，泰坦是一个巨人家族。土卫六是科学家认为的太阳系除地球外最有可能存在生命的星球。它是太阳系唯一拥有浓厚大气层的卫星。与地球不同的是，地球的大气层主要由氮气和氧气组成，而土卫六的大气层则主要是甲烷。而且，浓密的大气反射了大部分的光线，造成反温室效应，使得土卫六的地表十分寒冷，温度只有零下180摄氏度，不可能有液态水存在。但是2005年两个科学家研究小组提出，外星微生物或许生存在泰坦湖泊的液态碳氢化合物里。科学家表示，乙炔在泰坦大气层形成，下降到泰坦表面。外星微生物吃下乙炔，同氢气发生化合作用，来获取能量。

此后，泰坦表面发现了数十个湖泊，科学家认为其中充满了液态乙烷和甲烷混合物。不过由于没有探测飞船对泰坦湖泊直接取样，没有人知道其中的乙炔具体含量。1989年有科学家估计，泰坦湖泊中的碳氢化合物液体内乙炔的含量仅为万分之几。

由法国雷恩国立高等化学学院丹尼尔·考迪尔领导的科学家小组对泰坦湖泊乙炔含量进行了新计算。他们根据探测土星系的卡西尼－惠更斯任务新近获得的数据，做出最新估计称泰坦湖泊含有更多的乙炔。如果泰坦上存在外星生物，湖泊内的乙炔足以为任何饥饿的外星生物提供食物。2005年，卡西尼号携带的“惠更斯”号子探测器，在充满液态甲烷的土卫六上登陆。“惠更斯”当时在在土卫六工作24小时，重点探测土卫六上可能存在的生命迹象。 

相关信息

即远古地球

在人们的印象中，火星一直是地外生命存在和人类移民的理想场所。但是，随着土卫六的面貌逐渐地被揭开，这种观点渐渐地淡化了。人类研究发现，土卫六就是45亿年前的地球。泰坦具有两个生命偏爱的特征，那就是沸腾的有机化合物和浓密的有保护性的大气层。泰坦是太阳系唯一拥有合格大气层的卫星，也是太阳系4个仅有的有着浓密大气层的岩石质星球之一，其它几个分别是地球、火星和金星。在某些方面，泰坦的大气层最像地球。它的大气主要由氮气组成，气压略高于地球。它上面甚至有云，只是这些云的成分是甲烷和其它碳氢化合物，而不是水。很多太空生物学家渴望把土卫六大气作为地球大气的原型去研究，希望能够发现地球生命出现前，复杂有机分子是怎样产生的。

橙色天空

从地球上观测，土卫六被一层浓密的大气层包裹着，使人不能窥其真容。而据光谱分析，大气层中有着激烈的化学反应。1月14日，当“惠更斯”探测器在土卫六表面成功登陆后，地球人借助“惠更斯”的眼睛，这才真正地目睹了土卫六的部分“容貌”。 登陆器在仅有的30分钟“寿命”中，拍摄了大量图片，其中一张土卫六地表图片让世人震惊———广阔的平原上，散布着大大小小的石头和冰状物体，橙色的天空令人着迷。这是人类首次登陆这片神秘的土地，而这里是否会孕育生命？科学家们充满期待。

有“湖泊”

2005年6月29日，围绕土星轨道运行的“卡西尼”飞船拍摄到的一张照片再次让世人震惊。照片显示，土卫六南极地带有一处地貌很像湖泊。经过观测，这处地貌长约234公里，宽度近73公里，看起来是一个边界平滑蜿蜒的暗斑，周围是浅色的土卫六云层。美国宇航局下属喷气推进实验室的科学家认为，这很可能就是土卫六表面的甲烷湖泊之一，而甲烷是一个类地生命生成前必须的有机物之一。今后，“卡西尼”将39次飞过土卫六，如果哪次拍摄到这个“暗斑”像镜面那样反光，就可以证明它是真正的液态湖泊，如果得到证实，那么我们有理由相信这里即将会孕育出新的生命。

孕育出生命

“地外生命”是否存在？我们的地球探测器每次“出访”外星球，都是带着这个疑问去探询。在已知的太阳系中，火星和土卫六是最具存在生命条件的星球，尽管这里面存在一些想象，但是从此次“卡西尼”的探索成果来看，土卫六的形态和45亿年前的地球极其相似。根据分析，从土卫六的活动来看，如果不出现意外，那么一个新的类地生命将会在15～20亿年后出现在土卫六上，人类在太阳系当中将不再孤独。

比火星更安全

地球不是我们永恒的家园，而我们的生命之源———太阳，也只剩下50亿年的生命。再过50多亿年，太阳脱离主序星，那时太阳将会发生很大的变化，太阳将慢慢地膨胀，所有内行星都将被太阳无情地吞没，更别说地球了，而我们人类，是怎么样的命运呢？幸好，我们在21世纪初至少从表面上了解到了土卫六的大体概况，而这些概况，又使我们相信那里是我们移民的理想地点，比火星强得多。 首先，土卫六上有厚厚的大气层，这是抵御宇宙任何侵害的最有力的屏障。其次，土卫六远离太阳，即使是太阳膨胀后，也产生不了影响。另外，原本寒冷的土卫六将被膨胀的太阳的体温“暖和”到人类可以接受的地步，再加上那时候土卫六上的大气压力已基本上适合类地生命生存，这里将变成人类的又一个家园。以上这些，在火星上是很难办到的。

湖泊和四季

最新观测显示，土卫六表面最大湖泊光滑如镜，湖泊液体是像蜂蜜一样稠密的甲烷和乙烷，湖泊表面落差不超过3毫米。

美国斯坦福大学的霍华德－泽伯克尔（Howard Zebker）是该研究小组成员之一，他说：“除非你将混凝土倾注在湖泊中，才能实现真正意义上的平滑，这种类型的湖泊在地球上是不存在的。”天文学家曾怀疑是否土卫六这颗土星最大的卫星是干燥还是潮湿的，但大量证据显示该卫星上存在着液态湖泊。

“卡西尼”探测器的雷达装置于2004年抵达土星区域，在土星极地发现暗色斑块，由雷达装置探测到的黑暗区域暗示着该区域非常平滑，暗示着液态湖泊表面非常光滑，难以反射探测信号。

光谱数据显示土卫六表面清晰可见的湖泊充满着甲烷和乙烷，在土卫六冰冷的表面甲烷和乙烷可以液态形式存在。泽伯克尔称，从形态学角度讲，它们看上去就像是湖泊。但是之前雷达观测数据显示这个清晰湖泊的形成具有一定角度，同时并不可能从湖泊表面反射明亮的雷达闪烁光线，从而显示该湖泊可能是干燥河床或充满烟灰的泥尘底部。

研究人员称卡西尼探测器的雷达装置对土卫六表面最大的湖泊“安大略湖（Ontario Lacus）”进行了观测，该湖泊在南极的跨越直径为235公里，其雷达反射信号非常强。该项研究负责人斯坦福大学的劳伦－怀伊（Lauren Wye）说：“这就像是你持有一个手电筒，直接对着镜子进行照射，其直接反射的光线会强烈刺激你的眼睛。”

卡西尼探测器的雷达回波数据显示在数千平方米的湖泊表面，其表面起伏落差却不超过3毫米，这比之前所观测的数据平坦10倍。怀伊告诉《新科学家杂志》说：“真得很难想像即使是固体表面，其表面光滑程度仅在毫米范围之内，更何况是液态湖泊表面。”

土卫六

之前的观测数据显示该湖泊处于液体状态，并不是干燥的泥潭。泽伯克尔说：“如果你走在湖泊旁看到干燥后的湖泊，那里的泥水已干燥蒸发，看上去可能非常平坦，但是干燥后的泥潭会出现深深的裂缝。我们可以推算土卫六表面的安大略湖可能是我们从未看到过的光滑湖泊。”

土卫六表面存在液体的证据增强了土卫六和地球之间的相似性，土卫六是太阳系唯一具有活跃气候循环的星体，其表面的湖泊蒸发液体形成云层，然后降雨再返回至表面，形成河流和通道。这使得土卫六成为太阳系最佳支持生命体存在的候选者之一。

如果土卫六存在液态湖泊，那么其表面必然存在着风流。早期的计算机模拟预测土卫六湖泊波浪是地球湖泊波浪的7倍高。泽伯克尔说：“这项最新研究与之前的推测背道而驰，这是一种特殊的湖泊，很可能其表面较为粗糙，但是我们并未观测到起伏波浪的迹象。虽然我们并不清楚低温状态下甲烷和乙烷的物质特性，但我们推测该湖泊的液体非常稠密，具有一定的黏性，就像是蜂蜜一样。”

研究人员指出土卫六极地存在着交替的季节，能够缓和调节恶劣的气候。但是其季节变更非常慢，土卫六1年的时间相当于地球30年的时间。

美国亚利桑那州立大学的乔纳森－卢宁（Jonathan Lunine）说：“这是土卫六极地区域一年时间内处于静止休眠状态的阶段，总地来讲，土卫六表面湖泊充满液体的证据是确凿的，我们认为安大略湖充满着液体。”

泽伯克尔称，我们下一步还必须深入分析该湖泊的中部，通过一些间接的测量方法和模型进行分析。

河道

由美欧意联合开发的卡西尼号土星探测器在土星的最大卫星土卫六上发现了一个奇怪的痕迹，酷似埃及的尼罗河，从其“源头”到土卫六上的“大型海洋”长度达到了近400公里，约为250英里，是迄今发现的最长“外星河流”，而卡西尼号探测器上的高分辨率雷达成像系统为科学家们揭示了土卫六存在的“黑暗河流”，而且具有蜿蜒状的光滑性质，暗示其中可能存在某种液体。

以往对土卫六的观测研究显示，土卫六是太阳系中除了地球以外唯一存在辽阔“海洋地貌”的天体，并且有着表面液体循环机制，然而土卫六大气环境确实非常寒冷的，这意味着即便是有水存在也无法自由流淌。科学家认为土卫六上的液体由液态甲烷、乙烷等碳氢化合物组成。有趣的是，在卡西尼号探测器显示的土卫六河流系统并不是一个完整通畅的沟渠，而是存在部分的断层线，这个信息暗示了土卫六基岩中存在断裂现象。

河谷

土卫六是人类所发现的唯一一个表面存在稳定液态物质的星体，只不过这些液态物质并不是水，而是乙烷或甲烷等烃类物质。

据英国《每日邮报》网站的报道，美国国家航空航天局（NASA）的科学家借助土星探测器“卡西尼”号在土卫六表面发现了一条长约400公里、流着液态烃（碳氢化合物）的河谷，其外形与地球上的尼罗河很相似。

据“卡西尼”号太空探测器2012年9月26日所拍摄的一张雷达照片显示，该河谷流经土卫六的北极，最后流入位于该地区的丽姬亚海（Ligeia Mare），长度约有400公里，这是人类首次在地球之外发现如此庞大的“水系”。此外，由于整条河流呈暗色，所以科学家推断河谷里流着的可能是液态烃。

“土卫六是我们所发现的除地球之外唯一一个表面存在稳定液态物质的星体，”NASA喷气推进实验室的雷达项目小组负责人史蒂夫·沃尔介绍说：“这张图片让我们看到了存在液体循环的土卫六：‘雨水’在其表面降落后随河流注入湖泊和海洋，在那里‘雨水’会被蒸发，然后再次开启新的循环。”在地球上，液体指的是水，而在土卫六，液体则是甲烷，不过这二者都对星体表面的几乎所有的天气现象有影响。”

“卡西尼”号探测器是“卡西尼-惠更斯任务”的一部分，该任务是NASA、欧洲航天局和意大利航天局的一个合作项目，主要目的是对土星系进行空间探测。“卡西尼”号探测器于1997年发射升空，在2004年抵达目的地，开始环绕土星飞行，并对土星表面及其大气、光环、卫星和磁场进行深入考察。2005年，“卡西尼”号开始对土卫六的表面和大气状况进行探测，并将采集到的数据发回地球。

土卫六是土星最大的卫星，约比月球重80%，同时是人类所知的唯一一个拥有较厚大气层的卫星。

休眠冰火山

2015年1月26日消息，据媒体报道，美国天文学家在土卫六上发现了一座1000米高的休眠冰火山，它的四周被巨大的沙丘环绕，旁边还有一个约1200米深的火山口。此座冰火山是科学家迄今为止在卫星上发现的最大的冰火山，并被天文学家命名为“Sotra”。

据悉，地球内部的熔岩穿过地球外壳喷发而出时就会形成火山喷发。而土卫六的地表下面有一层厚厚的冰层，太阳系极端的温度造就了土卫六上坚硬的冰层，如果土卫六内部持续出现高热量，那么冰层就会变成密度小的融冰，随之就会喷发而出形成冰火山喷发。

科学家介绍，“Sotra”与其他卫星上的冰火山喷发时释放出的喷发物相似，即都会喷发出大量的炽热融冰和气体。土卫六大气层中的甲烷气体会被10亿英里以外的太阳光分解，如果没有资源能够及时对甲烷气体进行补充，所有的甲烷气体都会在几百万年后消失。但类似“Sotra”冰火山却能够提供类似的资源，它在爆发时会释放出甲烷和乙烷等气体。科学家推测，土卫六每1000年就会有像“Sotra”一样的冰火山喷发，这样就会为土卫六的大气及时补给甲烷气体。科克表示，这个发现可以很好的解释为何外行星的大气中富含甲烷气体。

甲烷生命

美国宇航局发布的新闻称在土卫二上发现了冰下海洋，总蓄水量甚至比地球还多，我们有理由相信在土星庞大的卫星群中还拥有更加奇特的卫星。土卫六就是一颗颇有争议的卫星，此前科学家在土卫六上发现了风的痕迹，这暗示土卫六上的液态烷烃海洋表面可能出现波浪，相比较土卫二而言，土卫六简直是太阳系内恶劣的星球之一，虽然土卫六上没有液态水，但科学家仍然想知道其烷烃海洋中是否存在生命。

科学家发现土卫六的大气压力是地球的1.5倍，但引力环境却比较弱，如此低的引力却能够保持浓厚的大气确实是一个奇迹。根据卡西尼土星探测器的数据，土卫六大气令人窒息，拥有95%的氮气和5%的甲烷，因此土卫六的大气是不能呼吸的。如果你有幸抵达土卫六的表面，那么可能不需要穿着加压太空服，由于1.5倍的大气压力比较接近地球的气压，你只要借助呼吸面罩和防寒宇航服即可。

在土卫六的表面看天空，几乎满眼都是土星的影子，大约三分之一至二分之一的天空都被土星的身影填满，十分科幻。土卫六的引力大约是地球的14%，仅仅比月球的引力场弱一些，表面平均温度能够到达零下290华氏度，大约为零下179摄氏度。土卫六也是一颗被潮汐锁定的卫星，其一面永远朝向土星，这与我们的月球一样，只有一面朝向地球。

土卫六是太阳系内极少数拥有表面液态物质的天体，科学家认为液态烃海洋中可能存在生命，康奈尔大学的研究人员甚至模拟出一种能够在土卫六海洋中生存的生命，它们以甲烷为能量来源。不过土卫六上是否存在外星生命还需要实地考察，如果有一天探测器能抵达土卫六的烷烃海洋下方，或许能够确认这里是否有生命。

存在生命迹象

据美国太空网报道，在过去30年里，科学家已知道一种叫做索林斯(tholins)的复杂碳化合物存在于彗星和太阳系其他行星的大气层中，理论上，索林斯可以与水进行叫做水解的化学反应，从而制造出类似于地球早期阶段的复杂分子结构。

在地球上，复杂有机分子被认为是生命形式出现的早期阶段，比如被称为生命起源前的混合物。土卫六是土星最大的一颗卫星，它主要是由冰物质构成的。许多冰在陨星碰撞或地下活动中可能融化，生成“冰火山”喷射出包括混合氨气和水的“岩浆”。

是否形成于土卫六大气层中的索林斯通过陨星碰撞或冰火山与液态水临时性反应，在水冻结之前生成潜在的生命起源前有机分子？没有科学家可以准确地进行解释。

美国亚利桑那州大学行星科学系研究生凯瑟琳·尼什在实验室里进行了为期多天的研究，她在近冰冻温度条件下通过水解形成类似索林斯的物质。她将这项研究报告发表在《天体生物学》杂志上。暴露在土卫六上的液态水被认为持续存在数百至数千年，像这样的固态冰融化成液态水的反应经常发生。很可能类似这样的反应同样发生于早期地球。

在实验室里，尼什在低温放电状态下将5%甲烷和95%氮混合形成类似索林斯的一种有机混合物质，她将这种索林斯样本融解在水中，然后放置在40摄氏度水环境中避免出现冷冻，进而测量其水解混合的比率。结果显示，10%索林斯形成了有机混合物，它与水中的氧发生反应，形成了复杂的有机分子。

当尼什的研究报告发表在科学期刊上时，她的理论也遭到了批判。瑞塞勒理工学院研究员教授詹姆士·费里斯从事土卫六大气层化学性质研究许多年，他指出尼什的研究存在着“缺陷”，其原因是她使用放电方法形成索林斯，然而土卫六大气层很可能是通过紫外光线和带电辐射粒子形成索林斯的。

费里斯使用紫外光线混合了类似土卫六大气层中的气体进行了一项实验，他说，“放电所形成的物质结构与紫外线光分解不一样，因此其水解时间也完全不相同。许多光化学进程形成的碳氢化合物并不与水发生反应。”

尼什对此作出反应，她指出，电子或等离子的释放意味着模拟带电粒子的交互作用。她赞同费里斯所说的紫外光线辐射形成索林斯更像土卫六大气层中的薄雾。但是她认为这样形成的化合物多数不与水发生反应。

她承认自己的研究工作并不是理想的呈现土卫六大气层的化学特性，她说，“形成在低压状态下的索林斯要比高压状态下更像土卫六薄雾，你可以在低压状态使用紫外光线制造索林斯，但不能在低压状态下使用等离子释放制造索林斯。我们实验所需的大量索林斯必须通过放电技术来制造，通过紫外光线光分解只能生成一小部分。”

尼什的这项研究并不能完整地表现出土卫六行星的化学性质，该研究表明类似的化学反应在液态水环境中可生成显著数量的有机混合物。在土卫六表面，生命起源前分子可能存在于碰撞陨坑和冰火山的融化水中，类似这样的进程很可能发生于地球早期生命孕育阶段，那时的早期地球大气层还未出现显著数量的氧气。

生命存在

土星的大卫星土卫六拥有太阳系中神奇的表面环境，充满液态甲烷和碳氢化合物的世界可能存在有趣的生命。美国康奈尔大学天体生物学家和化学家认为土卫六在许多方面是地球的孪生兄弟，土卫六是太阳系最大的卫星，比水星还大，表面的大气压力比地球要高一点，而且也有大气。更重要的是，土卫六是太阳系除地球外唯一一颗拥有表面液态物质的星球，卡西尼探测器发现了土卫六上的湖泊和河流，甚至在土卫六的极地地区，科学家还发现最大的湖泊。

土卫六大气中存在复杂的有机分子，科学家认为这是生命的基石，于是科学家猜想土卫六的液态甲烷世界中可能有怪异的生物，比如能够在零下180摄氏度的环境中生存，利用液态烷烃作为能量来源。这一猜想的根据来自卡西尼探测器对土卫六的调查，发现液态甲烷的环境有可能出现奇怪的生物，康奈尔大学研究小组发现，磷脂分子的形成是地球生命出现的重要一个步骤，而土卫六的环境有助于磷脂分子的出现。

土卫六上如果存在生命，那几乎肯定是拥有细胞膜的细胞个体，卡西尼号飞船数据发现土卫六大气中存在非常复杂的化学反应，丙烯腈可能是土卫六生命细胞膜中的基础物质，目前实验室已经可以在土卫六的环境下模拟产生此类物质。因此丙烯腈膜可能是土卫六生命的细胞膜结构，计算化学仿真结果表明其能够适应土卫六上的环境。为了进一步证明土卫六是否存在生命，我们应该派遣一艘探测器前往土卫六的甲烷海洋，或许这是最直接的证明方式。 

宜居星球榜首

行星宜居度指数则考虑一组完全不同的因素，如星球表面究竟是岩质的还是冰冻的、星球是否有大气层、是否有磁场等。

设计出行星宜居度指数和地球相似度指数两大指标体系，对可能存在外星生命的星球进行可能性排序。两类指标体系分别为行星宜居度指数和地球相似度指数。根据科学家们的评估结果，土星最大卫星土卫六和系外行星Gliese 581g分别位居两大指标宜居星球排行榜之首，被认为是最宜居的外星世界。系外行星Gliese 581g位于天秤座内，距离地球大约20.5光年。科学家们的研究成果发表于《天体生物学》杂志之上。

世界纪录

土卫六是土星的最大卫星。（吉尼斯世界纪录）

【110、土卫六“泰坦”或存在支持生命成分】

2020-10-13 科技日报

土星最大的卫星——土卫六“泰坦”，尽管与地球“配料”不同，却被认为比火星更具有生命活动的可能性！据物理学家组织网近日消息，天文学家们发现，在土卫六赤道地区堆积了含有有机物质的沙子，在土卫六形成撞击坑时会暴露出地壳中相对较“新鲜”的水冰，而土卫六上古老的生态系统可能由这些撞击坑暴露出来。相关研究发表于近期《天文与天体物理学》杂志。

近20年来，全球太空机构将其大部分资金和研究集中在火星上，以寻找生命的基础。但另一颗星球——土卫六，一直被天文学家视为最接近地球环境的卫星。土卫六表面被山峦河流覆盖，它是太阳系中除地球之外唯一表面有稳定液体的星球，不同之处是，地球上是液态水，而“泰坦”则是碳氢化合物。而在太阳系，也只有土卫六拥有原理与地球水循环相似的所谓“甲烷循环”；此外，土卫六也是太阳系内除地球外唯一的富氮星体。以上这些因素，都让土卫六常年位列“最有可能孕育生命的星体”榜单前三名，也成为了解地球上生命起源的最理想之地。

此次，欧洲空间局（ESA）与其合作科学家们，使用最先进的成像技术来研究“泰坦”。他们发现，在土卫六干燥的赤道附近，沙丘火山口似乎是由有机物质组成——冰被埋在一层含有有机物质的沙子中。而中纬平原的众多撞击坑，都存在富含水冰的有机混合物。这也意味着，土卫六上古老的生态系统可能由这些撞击坑暴露出来。

ESA合作科学家、西方空间地球与太空探索研究所成员凯瑟琳·内什表示，太阳系中没有像“泰坦”这样的地方——每个区域的沙子超级多，而且“泰坦”的气候与地球几乎没什么不同，只是“配料”大相径庭。甲烷雨形成的溪流穿过地表，让含有有机物质的沙子被侵蚀，这一过程就像地球上发生的一样，而且依然活跃。

鉴于此，内什非常期待向“泰坦”派遣无人机的国际合作任务，该无人机将于2027年发射升空。

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人类永远在跟其他星球上的水“死磕”。液态水，生命的摇篮。土卫六一直被认为有存在生命的希望，但和地球相比，它的环境也实在恶劣。它有大气，有甲烷构成的液态海洋，但它非常寒冷。这次，科学家们用了最先进的成像技术来对土卫六进行研究，试图看清更多秘密。他们发现，在平平无奇的有机质沙子下，或许能有一个生机勃勃的世界。科学家已制定了一项雄心勃勃的计划，派出无人机对土卫六进行探测和采样。这也将成为人类太空探索史上的壮举。

【111、土卫六有厚厚的大气层，也有液态海洋，可是却让科学家感到恐惧】

2021-01-26 光影

当人类在科技的帮助下，走出地球看到浩瀚宇宙的时候，有一个问题就出现在了我们的脑海中，那就是地外生命存在吗？在很多人的认知里，如此浩瀚的宇宙不大可能只有地球这一颗生命星球，外星生命的存在是大概率事件。

虽然大多数人都相信外星生命是存在的，但是在我们没有真正找到外星生命之前，一切都只能是猜测。因此，在人类走出地球之后不久，我们就开始了地外生命的探索计划，人类第一个探索的目标星球是地球的卫星月球。

当阿波罗11号登上月球之后，我们看到了一个荒凉，到处都是陨石坑的死寂世界。由于月球没有大气层，没有自己的生态环境，所以月球基本上不可能会有生命的存在。于是科学家对于月球存在生命的可能性基本为零，探索完月球之后，科学家就开始了对地球的姐妹行星金星的探索。

金星是地球的邻居，也是离地球最近的行星，无论从质量，体积还是结构上，金星跟地球是非常相似的，科学家也将它们称之为姐妹行星。科学家猜测，跟地球如此相似的金星，同样处在宜居带，它或许能够给我们带来一些好消息。

可惜，等到探测器到达金星轨道之后，呈现在我们的眼前的却是一个炼狱星球。金星虽然有非常厚的大气层，但是大气层95%的成分是二氧化碳，由此导致金星的温室效应非常严重，表面温度可达460摄氏度以上。而且还有一层酸雨层，时不时会来一场酸雨。

如此恶劣的金星环境，上面存在生命的可能性自然也非常小。于是科学家探寻生命的目标又转向了地球的另一个邻居火星，虽然火星也非常荒凉，但是相对于金星来说，它已经是天堂一样的环境。

科学家对于火星存在生命的期望是非常高的，尤其是经过数十年观测发现，越来越多的证据表明，曾经的火星也是一颗美丽的行星，有可能也存在过生命。虽然现在它变得荒凉了，但是先天的优势让火星仍然有生命存在的可能，而且火星也是科学家计划中的人类新家园。

金星，地球和火星是太阳系宜居带内的三颗行星，如果金星和火星没有地外生命的存在，那么宜居带外的星球上是否就不大可能会有生命存在？过去由于人类对于生命，对于宇宙认知的缺乏，自然认为只有宜居带才有可能诞生生命，因为只有宜居带的星球表面才有可能存在液态水。

一旦出了宜居带，即使星球表面有水，也只是以冰的形式存在。虽然在科学家的计划里，宜居带内的星球存在生命的可能性更高，但是对于宜居带外的星球，我们也没有放弃探索。其中木星和火星的那些卫星就是我们探索的重点。

我们都知道，木星和土星都是气态巨行星，它们的身边自然有很多的卫星环绕。而这些卫星很多都是一个冰的世界，表面有大量的固态冰存在，科学家猜测，在这些厚厚的冰层之下，有可能会有液态海洋的存在。那么在这些卫星当中，表面有液态海洋的存在吗？

可能有人会说了，木星和土星的轨道位置存在的星球温度都是比较低的，表面不可能会有液态海洋的存在。可是宇宙就是这么神奇，越是不可能发生的事情往往越有可能发生。当科学家将探索目标放在土卫六之后，却看到了一个让人们高兴却又害怕的场景。

土卫六（Titan，又称为泰坦星）是环绕土星运行的一颗卫星，是土星卫星中最大的一个，也是太阳系第二大的卫星。虽然它只是一颗卫星，但却是一个不平凡的卫星，木卫六是太阳系唯一一个拥有浓厚大气层的卫星。要知道厚厚的大气层意味着它的表面可能有着自己的生态系统，而生态系统是生命诞生的先天条件。

所以，当科学家观测发现土卫六的时候，是非常兴奋地，在这颗星球上有可能存在着地外生命。更重要的是经过更进一步的探测，科学家竟然在土卫六的表面发现了液态海洋，前面我们说了，土星这个位置的星球表面，温度是非常低的，低温之下怎么可能会有液态海洋的存在？

虽然让我们感到不可思议，但真实的情况的确如此，探测器能够明显看到土卫六表面大大小小的湖泊以及液态海洋，只不过组成海洋的液态物质可不是水，而是我们都熟知的甲烷。对于甲烷相信大家不会陌生，它就是我们日常生活中经常使用的天然气。

我们日常生活使用的液态甲烷都是需要压缩才能够形成，而在土卫六上面却由于超低的温度，形成了自然的液态海洋。这样的情况让科学家也感到恐惧，要知道甲烷水那是非常恐怖的，对于人类来说，我们根本无法靠近。

液态甲烷浮力非常小，举个例子来说，我们在海边游泳的时候，可以轻而易举地浮起来，不过在土卫六上，即使我们借助一些漂浮设备，我们也会在进入的一瞬间立刻就沉入海底。所以，虽然我们发现了一个有着浓厚大气层，并且还有液态海洋存在的星球，但是这样的星球却是人类的禁地。

那么如此的土卫六表面会有生命存在吗？科学家认为可能性还是非常高的，要知道甲烷也是一种有机物质，它本身也有着丰富的碳元素，而地球生命是碳基生命。如果土卫六表面也有生命的存在，那么这样的生命从本质上来讲跟地球生命应该也一样，是碳基生命。

只不过，即使同是碳基生命，可是生命形式等也会有很大的不同，土卫六上面如果有生命，那么它们依靠生存的物质有可能就是丰富的甲烷。这种生命形式可能会超出我们的一部分认知。

当然，有关土卫六是否有生命存在，现在还只是猜测，我们还没有能力真正在土卫六表面进行着陆探测。虽然土卫六不像金星那样，是一个炼狱星球，但是想要探测它的难度可能丝毫不亚于金星。尤其是探测土卫六表面的液态甲烷海洋，难度可能会更大。

如果土卫六表面存在生命，那么其丰富的液态海洋可能是主要的生存之地。只有深入甲烷海洋之中，才有可能发现一些特别的生命。当然，对于人类来说，我们期望土卫六有生命存在，也不期望有生命存在。要知道甲烷可是一种不错的能源，地球上的甲烷储量是有限的。

如果我们能够将土卫六上面的液态甲烷运回地球，那对于人类来说，将是一个重大的好消息，上面的丰富甲烷资源足可以满足人类使用非常漫长的时间。可如果土卫六甲烷海洋中有特殊生命存在，那么对于我们在未来开采甲烷资源就会增加难度。

【112、土星（太阳系八大行星之一）】

土星（英文：Saturn，拉丁文：Saturnus），是太阳系八大行星之一，到太阳的距离排在太阳系第六位。古代中国土星是中国古代人根据五行学说结合肉眼观测到的土星的颜色（黄色）来命名的，亦称之为镇星（常写作填星）。土星的英文名称Saturn来自于罗马神话中的农业之神萨图恩。

土星是气态巨行星，主要由氢组成，还有少量的氦与少量元素，内部的核心包括岩石和冰，外围由数层金属氢和气体包覆着。最外层的大气层在外观上通常情况下都是平淡的，虽然有时会有长时间存在的特征出现。土星的风速高达1800千米/时，风速明显比木星快。土星的行星磁场强度介于地球和更强的木星之间。土星有一个显著的行星环系统，主要的成分是冰的微粒和较少数的岩石残骸以及尘土。已经确认的土星的卫星有82颗，是八大行星中最多。其中，土卫六是土星系统中最大和太阳系中第二大的卫星，仅次于木卫三，比行星中的水星还要大，并且土卫六是太阳系仅有的拥有明显大气层的卫星。土星自转一周等于10小时33分38秒，大约是地球的半天时长。

盘点土星有趣的卫星群

土星的七颗大卫星。

土星卫星

来自卡西尼探测器和旅行者探测器的图像显示，土星的卫星群具有非常不同的特点，有些遍布撞击坑，阿根廷国立大学天文学和地球物理学科学家罗米纳迪西斯托对土星的卫星进行了研究，统计了土星卫星群中的撞击坑数量。

土卫二

土卫二是土星的第六大卫星， 于1789年为威廉·赫歇尔所发现。 土卫二上的间歇泉别有特点，在南极附近存在虎纹状的区域，四道平行的裂缝清晰可见。科学家发现一些物质可逃逸土卫二的引力进入土星的E环。

公转与自转

公转

土星和太阳的平均距离超过了14.37亿千米（9.58天文单位），轨道上运行的平均速度是9.69 千米/秒，所以土星上的一年（即土星绕太阳公转一周）相当于10759个地球日（或是28.5地球年）。土星的椭圆轨道相对于地球轨道平面的倾角为2.48°， 因为离心率为0.056，因此土星与太阳在近日点和远日点（行星在轨道路径上与太阳最近和最远的两个点）之间的距离变化大约为1.62亿千米。

自转

土星可见的特征（如六边型风暴）的自转速率根据所在纬度的不同而有所不同，各个的区域的自转周期如下：“系统I”的周期是10小时14分00秒，包含的是赤道区域，从南赤道带的北缘延伸至北赤道带的南缘；其他的纬度都属于周期为10小时39分24秒的“系统II”；基于旅行者号飞越土星时发现的无线电波，“系统III”的周期为10小时39分22.4秒；因为与系统II非常接近，它可以很大程度上替代系统II。

然而，精确的内部周期仍然未能确定。卡西尼号在2004年接近土星时，发现无线电的周期又有可察觉的增加，达到10小时45分45 秒（±36秒）。造成变化的原因仍不清楚，但这种变化被认为是由于无线电的来源在土星内部不同的纬度上运动而改变了自转周期，而不是出自土星本身自转周期上的变化。

而后，在2007年，无线电发射被发现没有跟随着行星一起旋转，而可能是由等离子体圆盘的对流造成的，它也与除了行星的自转之外的其他因素有关。有报道指出，这种测量到的自转周期的变化也许是由土星卫星土卫二上的喷泉活动造成的。由这种活动而散布进入土星轨道的水蒸气被电离，从而影响了土星的磁场，使得磁场的旋转速度相对于土星的自转被稍稍降低。还没有方法可以直接测定土星核心的自转速率。

在2007年9月的报告中，根据各种测量结果（包括卡西尼号、旅行者1号、2号和先驱者11号的报告）综合而得的对土星自转的最后估计值是10小时32分35秒。根据卡西尼号探测器收集的数据，2019年估计10小时33分38秒。

由于其低密度、高速自转和流体的可变性，土星的外形呈现为一个椭球体，也就是极轴相对扁平而赤道相对突出，它的赤道直径和两极直径之比相差大约10%（前者120536千米，后者108728千米）。其它气体行星虽然也是椭球体，但突出程度都较小。虽然土星核心的密度远高于水，但由于存在较厚的大气层，土星仍是太阳系中仅有的密度低于水的行星，它的比重是0.69 g/cm3。土星的质量是地球的95倍，相较之下木星质量是地球的318倍，但木星的直径大约仅为土星的1.21倍。木星和土星一起占据太阳系总行星质量的92%。 

内部构造

土星被称为气态行星，但它并不完全是气态的。这颗行星主要包括氢气，在密度为0.01 g/cm3以上时氢气变成了非理想液体。此密度被达到在包含99.9％土星质量的半径。从行星内部直到的核心的温度，压力和密度全都是稳步上升，使在行星的更深层导致氢气转变成金属。 

虽然只有少量的直接资料，但标准的行星模型表明，土星的内部结构仍被认为与木星相似，即有一个被氢和氦包围着的较小核心。岩石核心的构成与地球相似但密度更高，估计核心的质量大约是地球质量的9–22倍。在核心之外，有更厚的液态金属氢层，然后是数层的液态氢和氦层，在最外层是厚达1000 千米的大气层，也存在着各种型态冰的踪迹。

土星有非常热的内部，核心的温度高达11700 °C，并且辐射至太空中的能量是它接受来自太阳的能量的2.5倍。大部分能量是由缓慢的重力压缩（克赫历程）产生，但这还不能充分解释土星的热能制造过程。额外的热能可能由另一种机制产生：在土星内部深处，液态氦的液滴如雨般穿过较轻的氢，在此过程中不断地通过摩擦而产生热。

大气组成

土星外围的大气层包括96.3%的氢和3.25%的氦，可以侦测到的气体还有氨、乙炔、乙烷、磷化氢和甲烷。上层的云由氨的冰晶组成，较低层的云则由硫化氢铵（NHHS）或水组成。相对于太阳所含有的丰富的氦，土星大气层中氦的丰盈度明显高很多。对于比氦重的元素的含量，如今所知不甚精确；但如果假设与太阳系形成时的原始丰盈度是相当的，则可估算出这些元素的总质量是地球质量的19-31倍，而且大部分都存在于土星的核心区域。

云层

土星的上层大气与木星相似（在相同定义的前提下），同样都有着显而易见的条纹；但土星的条纹比较幽暗，并且赤道附近的条纹也比较“幽色”。从底部延展至大约10千米高处，是由水冰构成的层次，温度大约是-23℃。在这之后是硫化氢氨冰的层次，延伸出另外的50千米，温度大约在-93℃，在这之上是80千米的氨冰云，温度大约是-153℃。接近顶部，在云层之上200～270千米是可以看见的云层顶端，由数层氢和氦构成的大气层。土星的风速是太阳系中最高的，旅行者号的数据显示土星的东风最高可达500m/s（1800千米/时）。直到旅行者探测器飞越土星，比较纤细的条纹才被观测到。然而从那之后，地基望远镜也被改善到在通常情况下都能够观察到土星的这些细纹。

土星的大气层通常都很平静，偶尔会出现一些持续较长时间的长圆形特征，以及其他在木星上常常出现的特征。1990年，哈勃太空望远镜在土星的赤道附近观察到一朵极大的白云，是在旅行者号探测器与土星遭遇时未曾看见的，在1994年又观察到另一朵较小的白云风暴。1990年的白云是大白斑的一个例子，这是在每一个土星年（大约30个地球年），当土星北半球夏至的时候所发生的独特但短期的现象。之前的大白斑分别出现于1876、1903、1933和1960年，并且以1933年的最为著名。如果这个周期能够持续，下一场大风暴将在大约2020年发生。来自卡西尼号探测器的最新图像显示，土星的北半球呈现与天王星相似的明亮蓝色（见下图）。这种蓝色非常可能是由瑞利散射造成的，但因为当时土星环遮蔽住了北半球，因此从地球上无法看见这种蓝色。天文学家通过分析红外线影像发现土星有一个“温暖”的极地漩涡，这种特征在太阳系内是仅有的。天文学家认为这个点是土星上温度最高的点，土星上其他各处的温度是-185 °C，而该漩涡处的温度则高达-122 °C。 

极地风暴

旅行者1号的影像中最先被注意到的是一个长期出现于北纬78°附近，围绕着北极的六边形漩涡。不同于北极，哈勃太空望远镜所拍摄到的南极区影像有明显的“喷射气流”，但没有强烈的极区漩涡，也没有“六边形的驻波”。但是，NASA报告卡西尼号在2006年11月观测到一个位于南极像飓风的风暴，有着清晰的眼壁。这是很值得注意的观测报告，因为在过去除了地球之外，没有在任何的行星上观测到眼壁云（包括伽利略号探测器在木星的大红斑上都未能发现眼壁云）。

在北极的六边形结构中每一边的直线长度大约是13800千米，整个结构每10小时39分24秒自转一周，与行星的无线电波辐射周期一样，这也被认为是土星内部的自转周期。这个六边形结构像大气层中可见的其他云彩一样，在经度上没有移动。这个现象的规律性的起源仍在猜测之中，多数的天文学家认为是在大气层中某种形式的驻波，但是六边形也许是一种新型态的极光。在实验室的流体转动桶内已经模拟出了多边型结构。

磁层

土星有一个简单的具有对称形状的内在磁场——一个磁偶极子。磁场在赤道的强度为0.2高斯（20μT），大约是木星磁场的20分之一，比地球的磁场微弱一点；由于强度远比木星磁场微弱，因此土星的磁层仅延伸至土卫六轨道之外。磁层产生的原因很有可能与木星相似——由金属氢层（被称为“金属氢发电机”）中的电流引起。与其他的行星一样，土星磁层会受到来自太阳的太阳风内的带电微粒影响而产生偏转。卫星土卫六的轨道位于土星磁层的外围，并且土卫六的大气层外层中的带电粒子提供了等离子体。

土星环绕太阳旋转一周接近30年，在公转一次中仅出现两次土星双极光现象。哈勃望远镜拍摄的这张图像显示土星每个极地同时出现闪亮的极光。这一现象是由于太阳风形成的。太阳风是太阳喷射的亚原子带电粒子流，与土星大气层的分子发生交互作用。在地球上，极光是带电粒子沿着地球磁场线进入大气层形成的奇特现象。天文学家发现该图像中土星北极和南极极光之间存在细微的差别，其中包含在北极光中的明亮椭圆形状区域比南极光区域略小，并且光线更强烈一些。这暗示着土星的磁场分布并不均匀，由于北极磁场更强一些，当太阳粒子穿过北极大气层时被加速形成能量较高的粒子流。

土星环

1610年，意大利天文学家伽利略·伽利雷（Galileo di Vincenzo Bonaulti de Galilei）观测到在土星的球状本体旁有奇怪的附属物。1659年，荷兰学者克里斯蒂安·惠更斯（Christiaan Huygens）证实这是离开本体的光环。当时观测到土星环有5个（1979年先驱者11号又探测到两个新环）。1675年意大利天文学家乔凡尼·多美尼科·卡西尼（Giovanni Domenico Cassini），发现土星光环中间有一条暗缝（后称卡西尼缝），他还猜测光环是由无数小颗粒构成。两个多世纪后的分光观测证实了他的猜测，但在这二百年间，土星环通常被看作是一个或几个扁平的固体物质盘。直到1856年，英国物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦（James Clerk Maxwell）从理论上论证了土星环是无数个小卫星在土星赤道面上绕土星旋转的物质系统。

土星环位于土星的赤道面上。在空间探测前，从地面观测得知土星环有五个，其中包括三个主环（A环、B环、C环）和两个暗环（D环、E环）。B环宽又亮，它的内侧是C环，外侧是A环。A、B两环之间为宽约4800千米的卡西尼缝，是天文学家卡西尼在1675年发现的，产生环缝的原因是因为光环中有卫星运行，卫星的引力造成的。B环的内半径91500千米，外半径116500千米，宽度25000千米，可以并排安放两个地球。A环的内半径121500千米，外半径137000千米，宽度15500千米。C环很暗，它从B环的内边缘一直延伸到离土星表面只有12000千米处，宽度约19000千米。1969年在C环内侧发现了更暗的D环，它几乎触及土星表面。在A环外侧还有一个E环，由非常稀疏的物质碎片构成，延伸在五六个土星半径以外。1979年9月先驱者11号探测到两个新环——F环和G环。F环很窄，宽度不到800千米，离土星中心的距离为2.33个土星半径，正好在A环的外侧。G环离土星很远，展布在离土星中心大约10～15个土星半径间的广阔地带。先驱者11号还测定了A环、B环、C环和卡西尼缝的位置、宽度，其结果同地面观测相差不大。先驱者11号的紫外辉光观测发现，在土星的可见环周围有巨大的氢云，环本身是氢云的源。

除了A环、B环、C环以外的其他环都很暗弱。土星的赤道面与轨道面的倾角较大，从地球上看，土星呈现出南北方向的摆动，这就造成了土星环形状的周期变化。仔细观测发现，土星环内除卡西尼缝以外，还有若干条缝，它们是质点密度较小的区域，但大多不完整且具有暂时性。只有A环中的恩克缝为永久性，不过，环缝也不完整。科学家认为这些环缝都是土星卫星的引力共振造成的，犹如木星的巨大引力摄动造成小行星带中的柯克伍德缝一样。“先驱者”11号在A环与F环之间发现一个新的环缝，称为“先驱者缝”，还测得恩克缝宽度为392千米。由观测阐明土星环的本质要归功于美国天文学家基勒，他在1895年从土星环的反射光的多普勒频移发现土星环不是固体盘，而是以独立轨道绕土星旋转的大群质点。土星环掩星并没有把被掩的星光完全挡住，这也说明土星环是由分离质点构成的。1972年从土星环反射的雷达回波得知环的质点是直径介于4到30厘米之间的冰块。

探测器传回的土星照片让科学家非常吃惊，在近处所看到的土星环，竟然是一大片碎石块和冰块，使人眼花缭乱。它们的直径从几厘米到几十厘米不等，只有少量的超过1米或者更大，土星周围的环平面内有数百条到数千条大小不等，形状各异的环。大部分环是对称地绕土星转的，也有不对称的有完整的、比较完整的、残缺不全的。环的形状有锯齿形的，也有辐射状的。令科学家迷惑不解的是，有的环好像是由几股细绳松散的搓成的粗绳一样，或者说像姑娘们的发辫那样相互扭结在一起。辐射状的环更是令科学家大开了眼界而又伤透了脑筋，组成环的物质就像车轮那样，步调整齐地绕着土星转，要求那些离得越远的碎石块和冰块运动的速度越快。这显然违背了已经掌握的物质运动定律。

美国国家航空航天局（NASA）的科学家于2009年10月8日发现土星周围存在一个“隐形”的巨大光环，这个光环可以容纳10亿个地球。NASA喷气推进实验室称，该光环平面与土星主光环面成27度倾角，该光环内侧距离土星约595万千米，宽度约1190万千米它的直径相当于300倍土星的直径。可容纳大约10亿个地球。光环由冰和尘埃微粒组成，它们之间的距离如此之大，即使你站在光环上也看不清楚，另外土星照射到的太阳光线很少，光环反射出的可见光更少，令它难以被发现组成光环的尘埃温度很低，仅有-193℃，但却散发出热辐射。NASA斯皮策太空望远镜正是捕捉到这些热辐射，才发现了这个巨大的光环。土卫九的轨道穿越该光环。科学家们认为，光环内的冰和尘埃来自于土卫六与彗星的碰撞。光环的发现可能有助于解释关于土卫八的一个古老而神秘的问题。天文学家卡西尼1671年首次发现土卫八，称这个星球一面黑一面白，就像太极符号一样。新发现的光环旋转轨道与土卫八相反。科学家们推测，光环内的尘埃飞溅到土卫八表面上，形成了黑色区域。“长久以来，航天学者一直认为土卫九与土卫八表面之上的黑色物质之间存在某种联系，新发现的光环为此提供了令人信服的证据。”新光环的发现者之一、马里兰大学专家道格拉斯·汉密尔顿说。

卫星

土星有为数众多的卫星。精确的数量尚不能确定，所有在环上的大冰块理论上来说都是卫星，而且要区分出是环上的大颗粒还是小卫星是很困难的。到2009年已经确认的卫星有62颗，到2019年已经确认的卫星有82颗，其中53颗已经有了正式的名称，29颗仍然未被命名。还另外3颗卫星可能是环上尘埃的聚集体而未能确认。此外，有证据表明，土星环中有数十至数百个直径为40-500米的小卫星，不被认为是真正的卫星。从理论上来说，所有在环上的大冰块都是卫星，但要区分出是环上的大冰块还是小卫星是很困难的。许多卫星都非常的小，34颗的直径小于10千米，另外13颗的直径小于50千米，只有7颗有足够的质量能够以自身的重力达到流体静力平衡。

土星有一个显著的环系统，主要的成分是冰的微粒和较少数的岩石残骸以及尘土已经确认的土星的卫星有62颗，其中9个是1900年以前发现的。土卫六是土星系统中最大和太阳系中第二大的卫星（半径2575千米）（太阳系最大的卫星是木星的木卫三半径2634千米），比行星中的水星还要大；而且土卫六是太阳系仅有的拥有明显大气层的卫星。最先发现的前九颗卫星按距离土星由近到远排列为：土卫一、土卫二、土卫三、土卫四、土卫五、土卫六、土卫七、土卫八、土卫九。但土卫十比土卫一更靠近土星，离土星的距离只有159500千米，仅为土星赤道半径的2.66倍，已接近洛希极限。这些卫星在土星赤道平面附近以近圆轨道绕土星转动。

1980年，当旅行者号探测器飞过土星时，在原有的九颗卫星（土卫一到土卫九）基础上，又发现了八颗新的卫星。但是很难说土星究竟有多少卫星。一些组成土星光环的较大的粒子实际上也许就是小卫星。土星在太阳系中拥有的卫星最多。跟木星卫星不一样，土星卫星不能简单地以成分和密度归类划分。“旅行者号”所发现的卫星显示出复杂多样的特征。

土卫六泰坦

土卫八伊阿珀托斯

土卫七海伯利安

土卫四狄俄涅

土卫三忒提斯

土卫二恩克拉多斯

土卫一美马斯

土星部分卫星

天文学家从旅行者号探测器发回的资料发现，除土卫六外，土星的其他卫星都比较小，在寒冷的表面上都有陨击的疤痕，像破碎了的蛋壳。土卫一表面上有一个直径达128千米的赫歇尔陨石坑；土卫二有着荒凉的平原、陨石坑和断皱的山脊，它的不同区域代表着不同的历史时期；土卫三上有一个又深又宽，长约800千米的裂谷；土卫四表面有稀疏而明亮的条纹，它们都环绕着陨石坑。

2019年10月，国际天文联合会小行星中心宣布，研究人员在土星周围新发现20颗卫星。这20颗新发现的土星卫星每颗直径仅约5千米，其中17颗是逆行卫星，即绕土星运转方向与土星自转方向相反；另3颗为顺行卫星。它们都属于距土星较远的外层卫星，其中一颗逆行卫星是迄今已知距土星最远的卫星。依照轨道倾角的不同，土星的外层卫星被划分为诺尔斯群、高卢群和因纽特群。新发现的卫星中，有两颗顺行卫星被归入因纽特群，研究人员认为这两颗卫星与该群其他成员一样，都是由一颗大卫星在遥远的过去分裂而成。17颗逆行卫星被划入诺尔斯群，它们可能也曾同属于一颗更大的卫星。还有一颗顺行卫星轨道倾角与高卢群卫星相似，但其轨道半径比包括高卢群成员在内的其他顺行卫星都大得多。

观测与探测

古代观测

在史前时代就已经知道土星的存在，在古代，它是除了地球之外已知的五颗行星中最远的一颗，并且有与其特性相符的各式各样的神话。在古罗马神话中它是农神，从这颗行星所采用的名字，它是农业和收获的神祇。罗马人认为他与希腊神克洛诺斯，希腊人认为最外层的行星是神圣的克洛诺斯，而罗马人也承袭这个传统。

古代的中国和日本文化依据中国的五行之说选定这颗行星是土星，是在传统上用于自然分类的元素之一。在古希伯来语，土星称为“Shabbathai”，它的天使是卡西尔（Cassiel），意思是智慧之神或有益于身心的；是Agiel（精灵），它更为黑暗的一面就是恶魔（lzaz）。在奥图曼土耳其使用的乌尔都语和马来语，它的名称是“Zuhal”，是从阿拉伯文转化过来的，使用口径1.5厘米的望远镜就能看见土星环，但直到1610年伽利略·伽利雷（Galileo di Vincenzo Bonaulti de Galilei）用望远镜看了才知道它的存在。他虽然起初认为是在土星两侧的卫星，直到克里斯蒂安·惠更斯（Christiaan Huygens）使用倍数更高的望远镜才看清楚并认为是环。惠更斯也发现了土星的卫星土卫六。不久之后，卡西尼发现了另外4颗卫星：土卫八、土卫五、土卫三和土卫四。在1675年，乔凡尼·多美尼科·卡西尼（Giovanni Domenico Cassini）发现了著名的卡西尼缝。之后一段时间都没有进一步的有意义发现，直到1789年威廉·赫歇尔（Willim Herschel）才再发现两颗卫星：土卫一和土卫二。形状不规则的土卫七和土卫六有着共振，是在1848年被威廉·拉塞尔（William Lassell）发现的。在1899年，威廉·亨利·皮克林（William Henry Pickering）发现土卫九，一颗极度不规则卫星，它没有如同更大卫星般的同步转动。土卫九是第一颗被发现的这种卫星，它以周期超过一年的逆行轨道绕着土星公转。在20世纪初期，对土卫六的研究在1944年确认它有浓厚的大气层——这是在太阳系的卫星中很独特的特征。

现代观测

2001-2029年从地球看到的土星外观模拟动态图

2001-2029年从地球看到的土星外观模拟动态图

说到太阳系里的八大行星，大多数人的脑海里，第一个浮现的行星或许就是土星了。无可否认，土星的显著光环是八大行星里仅有，使用一般的天文望远镜就能轻易看见了，其他行星的光环，犹如小巫见大巫，相比土星光环十分不起眼。土星最吸引人的地方，莫过于那漂亮的光环，犹如天使头上的光环那样，耀眼夺目。有天文望远镜的读者们，无论你的望远镜大或小，依然可见其光环。如果天气好的话，不妨把望远镜拿出来观测下土星，2013年的土星环倾斜角度，个人觉得是恰到好处的，整个土星看起来就很漂亮（个人喜好而已）。在接下来的4年里，土星环的倾斜角度会继续增加，直到2017年，土星环增开角度最大，届时土星的整体亮度也会增加。

2001-2029年从地球看到的土星外观模拟静态图

2001-2029年从地球看到的土星外观模拟静态图

土星是肉眼可见的五颗行星中距离最远的一颗，其他四颗是水星、金星、火星和木星（天王星和灶神星在黑暗的环境下也能用肉眼看见），并且直到1781年发现天王星之前，是早期的天文学家所知道的最后一颗行星。以肉眼在夜晚看见的土星是一颗明亮的，发出淡黄色光芒的光点，光度通常在+1至0等之间，以29年的周期在黄道上以黄道带的众星作为背景，绕行天球一周。多数人借助于光学仪器（大的双筒镜或望远镜）的协助，以20倍以上的倍数，就能清楚的看见土星环。土星是外行星，在合日（视觉上接近太阳）前后两个月以外，其他时间也适合观测。而跟外行星的性质一样当冲日时是观测土星最好时候，因为土星冲日时，土星最亮（约0等）之余视直径（角直径）也最大而且冲日前后整夜可见。通过三英寸口径（物镜直径）或以上的望远镜，以目镜放大80倍以上便能透过它清楚看见土星及土星环，在大气稳定时（放大100倍以上）还能看到卡西尼环缝。土星在天空中可见的大部分时间，都是值得鼓励大家观赏的目标。在接近冲（行星的位置在离日度180°之处，也就是在天空中与太阳相对的方向上）的前后时段是观赏土星和土星环的最佳时段。土星在2002年12月17日冲日的时亮度最大，因为土星环以最有利的角度朝向地球。

先驱者11号探测

为了探测太阳系外围空间的物理情况，1973年4月先驱者11号发射，1979年9月1日飞临土星，成为第一个就近探测土星的人造天体。先驱者11号发现土星有一个由电离氢构成的广延电离层，其高层温度约为977℃。观测结果表明，土星极区有极光。先驱者11号飞船于1979年8月、9月在距土星128万千米处发现，土星磁场十分特殊，磁场图很像一条大鲸鱼，其头部圆钝，两边伸出扁形翅，还有粗壮的尾巴。土星磁场的磁轴与其自转轴吻合，磁心偏离土星核心22.5千米。磁场范围比地球的磁场范围大上千倍，但比木星磁场小，也没有木星磁场复杂。

旅行者1号、2号在考察完木星后，继续驶向土星，对土星进行考察。完成考察土星的任务后，旅行者2号又继续飞向天王星和海王星，对它们进行考察。这些“一身多任”的宇宙飞船，为我们带来了土星的新消息。美国国立光学天文台的科学家们在研究“旅行者”2号发回的土星照片时，发现了一个奇怪的现象：在土星的北极上空有个六角形的云团。这个云团以北极点为中心，并按照土星自转的速度旋转。土星北极的六角形云团并不是旅行者2号直接拍到，因为“旅行者”2号并没有直接飞越土星北极上空。但它在土星周围绕行时，从各个角度拍下了土星照片。天文学家们把那些照片合成以后，才看清了土星北极上空的全貌，也才发现了那个六角形云团。土星北极上空六角形云团的出现，促使科学家们不得不重新认识土星，NASA推测其成因与土星的气候有关。

卡西尼号探测

卡西尼号是卡西尼—惠更斯号的一个组成部分。卡西尼—惠更斯号是美国国家航空航天局、欧洲航天局和意大利航天局的一个合作项目，主要任务是对土星系进行空间探测。卡西尼号探测器以意大利出生的法国天文学家卡西尼的名字命名，其任务是环绕土星飞行，对土星及其大气、光环、卫星和磁场进行深入考察，卡西尼号太空探测器在经过6年8个月、35亿千米的漫长太空旅行之后，已于北京时间2004年7月1日12时12分按计划顺利进入环绕土星转动的轨道，开始计划对土星大气、光环和卫星进行历时4年的科学考察（实际上持续了13年之久）。将近距离地纵览土星全貌，对土星和它众多的卫星进行全面考察。

卡西尼号从2004年1月起，就开始拍摄土星家族全面、完整的照片和电影。卡西尼号携带的照相机，比哈勃太空望远镜上的同类照相机性能更好。在临近入轨之前，2004年6月11日，它对土卫九进行了探测，拍摄了这颗卫星极其清晰的照片。土卫九是土星距离最远的一颗卫星，半径110千米，科学家猜想它是被土星俘获的一颗小行星。“卡西尼号”在离开它2000千米处经过对它的质量和密度进行了测量。

2005年2月17日，卡西尼号在离开土卫二1179千米处经过，而同年3月9日，距离更近到499千米。土卫二半径250千米表面非常明亮，几乎能反射百分之百的阳光。科学家怀疑它的表面是光滑的冰层，卡西尼号探测它的磁场以判断它的表层下面是否有含盐分的水存在。2005年4～9月，卡西尼号的轨道将从土星赤道面改变到与这一平面成22度夹角，居高临下对土星光环和大气进行测量，进一步探测光环结构、组成光环的物质粒子和土星大气物理特性。2005年9～11月，卡西尼号将逐个接近土卫四、土卫五、土卫七和土卫三，分别对它们进行观测。土卫四半径560千米土卫五半径870千米，它们的外表很像我们的月亮，密布环形山。土卫七位于土卫六与土卫八之间形状不规则最长处直径175千米，很像一颗小行星。土卫三半径530千米，密度和水一样，很可能是一个冰球。

2006年7月到2007年7月，卡西尼号将系统地监视和拍摄土星、土星光环、土星磁层的图像。2007年7～9月它将再次拍摄土星及其家族的电影，并在9月10日到离开土卫八约1000千米处对土卫八进行观测。土卫八半径为720千米其表面一面颜色很暗，另一面却接近白色，很为奇特。2007年10月到2008年7月，卡西尼号将逐步地进一步增大轨道与土星赤道平面的夹角，最后达到75.6度这样卡西尼号就能更好地观测土星的光环，测量远离土星赤道平面处的磁场和粒子、监视土星的两极地区和观测土星极光现象。其间，在2007年12月3日和2008年3月12日，两次接近土卫十一，分别在离开土卫十一6190千米和995千米处对这颗卫星进行观测。2017年9月15日，已经在太空工作20年的卡西尼号探测器在受控情况下，于土星大气层中坠毁。

未来探测计划

蜻蜓号多旋翼着陆器在土卫六表面的想象图

蜻蜓号多旋翼着陆器在土卫六表面的想象图

将于2026年发射蜻蜓号（Dragonfly）着陆器前往土星最大卫星——土卫六（Titan）。蜻蜓号将对土卫六进行全方位探查，研究生命的起源以及该星球是否能够维持微生物生命。NASA在其官网声明中称，蜻蜓号是一架双四轴无人飞行器，拟于2026年年发射，2034年抵达土卫六。蜻蜓号将探索土卫六这个冰冷世界的几十个地点，采样和测量土卫六表面有机物质的组成，以表征土卫六环境的可居住性，并调查生命起源化学的进展。这也将是NASA首次在另一个星球使用多旋翼飞行器进行科学研究。 

世界纪录

土星是密度最小的行星，拥有最多的卫星，发生过最高的风眼墙、持续时间最长的闪电暴。土星周围宽阔的环系也是太阳系中最大的环系。（吉尼斯世界纪录） 

【113、土星环】

土星环（Rings of Saturn）是太阳系行星的行星环中最突出与明显的一个，环中有不计其数的小颗粒，其大小从微米到米都有，轨道成丛集的绕着土星运转。环中的颗粒主要成分都是水冰，还有一些尘埃和其它的化学物质。

虽然环的反射能够增加土星的视星等（亮度），但从地球仅凭肉眼还是看不见环。在1610年，当望远镜第一次指向天空之际，伽利略虽然未能清楚的看出环的本质，但他还是成为观察土星环的第一个人。在1655年，惠更斯成为第一个描述环是环绕土星的盘状物的人。

虽然许多人都认为土星环是由许多微细的小环累积而成的（这个观念可以回溯至拉普拉斯），并有少数真实的空隙。更正确的想法是这些环是有着同心但是在密度和亮度上有着极值的圆环盘。在丛集的尺度上，圆环之间有许多空洞的空间。

在环的中间有一些空隙：有两条已经知道是与被埋藏在环中的卫星产生轨道共振引起的波动造成的，其它的空隙还不知道成因。稳定的共振，另一方面，也维系了一些环长期的存在，像是泰坦环。

形成

光环的形成原因还不十分清楚，据推测可能是由彗星、小行星与较大的卫星相撞后产生的碎片组成的。

土星光环结构复杂，千姿百态。光环环环相套，以至成千上万个，看上去更像一张硕大无比的密纹唱片上那一圈圈的螺旋纹路。所有的环都由大小不等的碎块颗粒组成，大小相差悬殊，大的可达几十米，小的不过几厘米或者更微小。它们外包一层冰壳，由于太阳光的照射，而形成了动人的明亮光环。

长期以来，这条光环是如何形成的，一直是天文学家努力研究的热点问题。2010年12月《自然》杂志发表文章，讨论了有关此事的最新成果。文章说，几百万年前，一颗卫星在土星引力作用下与包围土星的大气相撞。随后，土星吸住“死星”外围冰块，最终成型了美丽光环。

此前，人们认为，土星光环是其卫星彼此相撞或者是外来星云与土星相撞的结果，不过天文学家发现，土星光环主要由冰构成（95%）。因此，它很可能是一颗“冰壳卫星”与土星外围物质相撞后的结果。这颗死星其他部分因重量较大而坠入土星大气层。 

组成

土星的光环其实可以分成几个不同的部分，最明亮 最宽阔的是 A 环和B 环，较暗的是 C 环。光环的各部分之间有明显的裂缝，最大裂缝的是 A 环和 B 环间的Cassini 裂缝，它是由 Giovanni Cassini 在 1657 年发现的。A 环内的 Encke 缝则是由 Johann Encke1837 年发现的。通过飞船的探测，人们还发现较宽的光环其实是由许多狭窄的小环组成的。

土星 A环

A环是外层最大与最亮的环，它的内侧边界是卡西尼缝，而他明确的外缘边界与小卫星阿特拉斯的轨道非常靠近。A环在从外缘算起环宽度的22%处被恩克环缝中断。从外缘算起在宽度的2%有一个狭窄的基勒环缝。

A环的厚度估计在10米至30米，质量是6.2 × 10^18公斤（大约是哈佩利恩的质量），它的光深度变化在0.4至1.0之间。

与B环相似，A环的外缘也受到轨道共振的维护，它是与杰纳斯和艾比米修斯有7:6的轨道共振。其他的轨道共振也在A环内激发出许多螺旋密度波（并且，程度较小，其他的环也有），并占有大多数的结构。这些波与描述星系旋臂波的物理是相同。螺旋弯曲的波浪，也出现在A环并且由同一种理论来描述，在环中是垂直的槽纹而不是压缩波。

恩克环缝

恩克环缝是在A环内宽325公里的缝隙，中心与土星中心的距离是133,590公里，它是由轨道在环内的小卫星潘造成的。来自卡西尼太空船的影像显示，至少有三个薄的，纠结在一起小环存在于缝隙内。在两侧可以看见螺旋密度波，这是与来自外部在附近的卫星对环的轨道共振造成的，而在环内潘的诱导下使这些螺旋格外的有活力（参考图集）。

这个环是詹姆斯·爱德华·基勒在1888年发现的，约翰·恩克本人并没有观测过这个环缝，它是用来荣耀他对环所做的观测。

因为完全在A环之内，因此恩克环缝是一个缝隙。在2008年国际天文联合会对此说明之前，gap和division在意义上有些模拟两可，而在此之前有时会将恩克环缝称为恩克裂缝。

基勒环缝

基勒环缝是宽42公里的缝隙，位于A环内距离外缘约250公里处，它是以天文学家詹姆斯·爱德华·基勒之名命名的。在2005年5月1日，在缝隙中发现使这个区域被净空的小卫星达佛涅斯，这颗卫星也导致缝隙边缘的波纹。

小卫星

在2006年，四颗小卫星在卡西尼号拍摄的A环影像内被发现（参考图集）。这些小卫星的直径只有数百米，因为太小而难以直接被看见。卡西尼号是看见这些小卫星引起如同推进器造成长达数公里的湍流才发现它们的，估计在A环内有数百颗这样的小天体。在2007年，又发现了8颗以上的小天体，它们制造出了长达3,000公里的扰流带，与土星中心的距离大约是130 000 公里。 已经有超过150颗的推进器小卫星被侦测过。

B环

B环是所有环中最大、最亮与质量最多的。它的厚度估计在5～15米，质量在2.8 × 10公斤，光深度的变化在0.4至2.5之间，意味着通过B环的光线有将近99%会被阻拦。B环在密度和光度上的许多变化，几乎都还没有获得合理的解释。B环都是同心圆，虽然其中有许多狭窄的小环，但B环不包含任何的缝隙。

B环 轮辐

在1980年之前，土星环的结构完全都是使用万有引力来解释的，直到航海家的影像呈现出B环上有被称为轮辐的辐射状特征，而这是不可能如此来解释的。因为它们持续的时间和自转周期与依照轨道力学的环不一致。这些轮辐在背景散射光下呈现黑暗，而在前景散射光下显得明亮。主导的理论认为它们是微小的尘埃颗粒，受到主环上的静电排斥而悬浮在圆环平面上，因此它们的转动是与土星的磁气层同步。但是，造成轮辐的确实机制仍然不清楚，虽然有人建议这些电子干扰可能来自土星大气层中释放的闪电或微流星体对土星环的冲击。

直到25年后轮辐才再度由卡西尼号太空船观测。当卡西尼号在2004年初抵达土星时，轮辐并未被看到。有些科学家根据他们试图描述轮辐形成的模型推测要到2007年才会看到轮辐，然而卡西尼号的影像小组在保留的土星环影像中搜寻，在2005年9月5日就看见了轮辐。

轮辐的出现似乎有季节性的变化现象，在土星的仲冬或仲夏时消失不见，当土星接近分点时又再度出现。建议轮辐也许是一种季节性的作用，随着29.7年的土星轨道变化，这也支持在卡西尼后几年的任务中，轮辐会渐渐的增加。

土星 C环

C环是在B环内侧很宽阔但暗淡的环，它在1850年被威廉和乔治·邦德发现的，可是威廉·R。道斯和约翰·伽勒也独立看到。威廉·拉塞尔因为它比明亮的A环和B环黯淡而称他为"黑纱环"。

估计C环的垂直厚度只有5米，质量大约是1.1 × 10公斤，光深度在0.05至0.12之间变化。也就是说垂直通过环的光只有5%至12%会被圆环阻拦，因此从上或下看环时，它几乎是透明的。

科伦坡缝和泰坦小环

科伦坡缝在C环靠内侧的位置，缝隙中有着明亮和很窄的科伦坡小环，中心距离土星的中心77 883公里，这个环有些微的椭圆而不是正圆。这个小环因为受到泰坦轨道共振的约束，有时也被称为泰坦小环。在环的这个位置上，环上质点拱点进动的周期与泰坦的轨道周期刚好相同，因此这个偏心小环最外面的尾端总是指向着泰坦。

马克士威缝

马克士威缝在C环靠外侧的位置，它也拥有一个密集但不圆的马克士威小环。在许多细节上这个小环与天王星的ε环相似。在这两个环中间都有像波状的结构，在天王星ε环的波是由卡多利亚造成的，但迄2008年7月仍未在马克士威缝内或附近发现卫星。

土星 D环

D环是最侧的环，并且非常暗弱。在1980年，航海家1号侦测到在其中有个小环，分别标示为D73、D72和D68是最靠近土星并被分离出的小环。25年之后，卡西尼影像显示D72明显的变得更为微弱并且朝向土星移动了200公里。出现在C环和D73之间的缝隙是分离30公里波长的精细尺度结构。

星体特点

延伸

土星光环除了明亮还又宽又薄。土星环延伸到土星以外辽阔的空间，土星最外环距土星中心有10~15个土星半径，土星光环宽达20万公里，可以在光环面上并列排上十多个地球，如果拿一个地球大小的球体在上面滚来滚去，其情形如同皮球在人行道上滚动一样。主要的土星环宽度从48公里到30.2万公里不等，以英文字母的头7个命名，距离土星从近到远的土星环分别以被发现的顺序命名为D、C、B、A、F、G和E.土星及土星环在太阳系形成早期已形成，当时太阳被宇宙尘埃和气体所包围，最后形成了土星和土星环。土星光环又很薄。我们在地球上透过土星环，还可见到光环后面的侧面闪烁的星星，土星环估计最厚不超过150公里。所以，当光环的侧面转向我们时，远在地球上的人望过去，150公里厚的土星环就像薄纸一张——光环“消失”了。每隔15年，光环就要消失一次。

奇异的土星光环位于土星赤道平面内，与地球公转情况一样，土星赤道面与它绕太阳运转轨道平面之间有个夹角，这个27°的倾角，造成了土星光环摸样的变化。我们会一段时间“仰视”土星环，一段时间又“俯视”土星环，这种时候的土星环像顶漂亮的宽边草帽。另外一些时候，它又像一个平平的圆盘，或者突然隐身不见，这是因为我们在“平视”光环，即使是最好的望远镜也难觅其“芳踪”。在1950~1951年、1995~1996年，都是土星环失踪年。

环辨

土星环里还藏着一个不太亮的光点，那正是我们的地球。不过将土星环说成由卫星演变而成也许并没有错，通过“卡西尼”号2007年传回的数据，科学家至少在土星的一条光环——G环上找到了足以验证这个理论的依据。G环位于土星环的外侧，1979年，“旅行者”号飞经土星时偶然发现了这条环，环的附近就是土卫一，它离G环只有1.5万千米，可是G环却并没有被土卫一分解成灰尘云。借助“卡西尼”号发回的数据，科学家发现，G环的内侧有一道明亮的弧状结构，它是由直径数十米的岩石构成的，正是这些岩石被不断碰撞后分解成了G环的一部分。科学家解释说，G环内曾经存在过一颗卫星，但不知是什么原因，它解体了，演化成了环，而“卡西尼”号恰巧看到了这个演化过程的最后一幕。

与G环相邻的F环也是科学家们极感兴趣的一条光环。这个环的奇特之处在于它时常改变外形使自己变成一种扭结的形态。科学家推测：F环中可能存在着尚未发现的小卫星，当它们穿过这个环时，会对环的外形产生影响。2008年6月，科学家在《自然》杂志上公布了他们对这个环的最新的研究结果，他们说，F环中确实有这样的小卫星，而且，这个环还受到土卫十六和土卫十七的影响，它们分别位于F环的内侧和外侧，其共同的作用会束缚和挤压F环，导致它发生交错现象。土卫十六还沿着一个椭圆的轨道穿行于F环，每次穿行都会在F环上拖出一道沟，由此产生的引力使F环弯曲和拉伸，从而扭结成一个螺旋的形状。科学家说，对于F环的研究意义重大，它有助于我们认识其他气体巨星的环的行为，这种复杂的环与卫星的互动关系会成为我们认识行星环的重要依据。

与F环相比，土星的A环和B环吸引了科学家们更多的视线。科学家在A环中频频发现新的块状物，它们的直径多为100米左右，其数量已达几十个之多。这使科学家们意识到，土星周围这样的小卫星非常多，可能以数百万计，而A环中的土卫十八和土卫三只是其中的最大者，这表明土星环中的物质形态除了较大卫星和较小的颗粒外，这种“中间大小”的物质亦非常重要。这一发现将有助于人类对土星环乃至于整个太阳系形成理论的重新认识。A环与B环仅一“缝”之隔，这个“缝”就是卡西尼缝。跨过卡西尼缝就是宽阔的B环，存在于B环上的最大谜团是它上面的辐射条纹，它们是一些由静电造成的尘埃云团，在20世纪80年代便被发现了，然而直到现在，对它们的解释依然是众说纷纭的。一种解释是，它们产生于土星上的雷暴和闪电，另一种解释则归咎于陨星的碰撞或太阳风粒子的冲击。科学家发现，这些条纹的亮度似乎随土星季节的转换而发生明暗变化，在土星的春秋时节最为明显，8月，土星将过分点，届时从事卡西尼任务的科学家们将对B环进行仔细的观测，也许B环上的辐射条纹之谜会于不久之后得到更加合理的解释。

环的细节

土星环最密集的范围是被卡西尼缝（在1675年被卡西尼发现）分隔的A环和B环，在一起的是有部分愈卡西尼相似，在1850年发现的C环，这些构成了主环。主环是密集和包含比细小的尘埃环更大的颗粒，后者包含了向内一直延伸至土星云顶的D环，以及在主环系统外面的G和E环。"尘埃"这个字眼是用来描述散布在环内的小型微粒（通常只有微米的大小）；它们的化学组成像主环一样，几乎完全都是碎冰。狭窄的F环，就在A环外侧的边缘，很难分类，它的部分非常密集，但也包含很多尘埃大小的颗粒。

由卡西尼号的小角度摄影机拍摄的影像以自然的颜色马赛克而成，由左至右依序为不受光侧的D、C、B、A和F环。

主要细节

非官方的名称 除非另有说明，名称是由国际天文学联合会指定的。在圆环之间更加宽广的分离会被命名为裂缝，在环之间狭窄的空隙称为缝。

含量

光环可能含有大量的水份，构成它们的是直径从几厘米到几米的冰块和雪球。某些光环，如 F 环的结构在邻近的卫星引力拉扯下结构发生了细微的变化。科学家在“旅行者”号飞船发回的一张图片中发现，土星宽阔的 B 环上带有放射状的阴影，但在“旅行者”号此后拍摄的其他图片中却没有。据推测，这一现象可能因为光环在某些时候带有静电，漂浮在宇宙中的尘埃被吸附而造成的。

天文发现

1610年，意大利天文学家伽利略观测到在土星的球状本体旁有奇怪的附属物。1659年，荷兰学者惠更斯证认出这是离开本体的光环。1675年意大利天文学家卡西尼，发现土星光环中间有一条暗缝，后称卡西尼环缝。他还猜测，光环是由无数小颗粒构成。两个多世纪后的分光观测证实了他的猜测。但在这二百年间，土星环通常被看做是一个或几个扁平的固体物质盘。直到1856年，英国物理学家麦克斯韦从理论上论证了土星环是无数个小卫星在土星赤道面上绕土星旋转的物质系统。

土星环位于土星的赤道面上。在空间探测以前，从地面观测得知土星环有五个，其中包括三个主环（A环、B环、C环）和两个暗环（D环、E环）。B环既宽又亮，它的内侧是C环，外侧是A环。A环和B环之间为宽约5，000公里的卡西尼缝，它是天文学家卡西尼在1675年发现的。B环的内半径 91，500公里，外半径116，500公里，宽度是25，000公里，可以并排安放两个地球。A环的内半径121，500公里，外半径137，000公里，宽度15，500公里。C环很暗，它从B环的内边缘一直延伸到离土星表面只有12，000公里处，宽度约19，000公里。1969年在C环内侧发现了更暗的D环，它几乎触及土星表面。在A环外侧还有一个E环，由非常稀疏的物质碎片构成，延伸在五、六个土星半径以外。1979年9月，“先驱者” 11号探测到两个新环——F环和G环。F环很窄，宽度不到800公里，离土星中心的距离为2.33个土星半径，正好在A环的外侧。G环离土星很远，展布在离土星中心大约10～15个土星半径间的广阔地带。“先驱者”11号还测定了A环、B环、C环和卡西尼缝的位置、宽度，其结果同地面观测相差不大。“先驱者”11号的紫外辉光观测发现，在土星的可见环周围有巨大的氢云。环本身是氢云的源。除了A环、B环、C 环以外的其他环都很暗弱。土星的赤道面与轨道面的倾角较大，从地球上看，土星呈现出南北方向的摆动，这就造成了土星环形状的周期变化。仔细观测发现，土星环内除卡西尼缝以外，还有若干条缝，它们是质点密度较小的区域，但大多不完整且具有暂时性。只有A环中的恩克缝是永久性的，不过，环缝也不完整。科学家认为这些环缝都是土星卫星的引力共振造成的，犹如木星的巨大引力摄动造成小行星带中的柯克伍德缝一样。“先驱者”11号在A环与F环之间发现一个新的环缝，称为“先驱者缝”，还测得恩克缝的宽度为876公里。由观测阐明土星环的本质，要归功于美国天文学家基勒，他在1895年从土星环的反射光的多普勒频移发现土星环不是固体盘，而是以独立轨道绕土星旋转的大群质点。土星环掩星并没有把被掩的星光完全挡住，这也说明土星环是由分离质点构成的。1972年从土星环反射的雷达回波得知，环的质点是直径介于4到30厘米之间的冰块。

物理特性

使用现代的小望远镜或是品质精良的双筒望远镜就可以看见土星环。密集的主要环带从赤道上方7 000 公里延伸至80 000 公里，但估计它的厚度只有10米，并且99.9%都是冰，也许还参杂着少许的杂质，像是有机化合物托林或硅酸盐。主要环带中的颗粒大小范围从1厘米至10米都有。

环中最大的缝隙，像是卡西尼缝和恩克环缝，都能从地球上看见，两艘航海家太空船都发现环实际上是由数以万计稀薄的小环和空隙构成的复杂结构体。有许多方法可以造成这些结构，来自土星众多卫星的引力拉扯也可以。有些缝隙是微小的卫星经过所清除的段落，像是潘，可能还有许多尚未发现的，也有些环被一些牧羊犬卫星的重力维系著（像是土卫十六和土卫十七维护着的F-环。）。其他的缝隙可能是与质量较大的卫星轨道周期产生共振造成的，土卫一维系著卡西尼缝的存在，还有更多的环状结构因为受到其他卫星周期性的扰动而产生螺旋状的波浪。

来自卡西尼太空船的资料显示土星环有自己的大气层，与行星本身无关而独立存在。大气中有氧分子（O2），这是来自太阳的紫外线与环中的冰交互作用而产生的。水分子之间的链结受到紫外线的刺激产生化学作用释放出并抛出了气体，尤其是O2。根据这些大气的模型，也有H2，O2和H2的大气层是很稀薄的，但莫名其妙的被凝聚在环的周围，它的厚度只是一个原子。环中也有稀疏的OH（氧化氢）气体，如同O2一样，这些气体也是水分子的崩解导致的，经由轰击将水分子崩解的高能量离子是由土卫二抛射出来的。这些大气层尽管是非常的稀薄，还是被在地球上空的哈柏太空望远镜检测出来。

土星在它的亮度上呈现复杂的样式，大多的光度变化可以归咎于环的变化，并且在每个轨道周期有两个循环的变化。但是，由于行星轨道的离心率，使得叠加在北半球冲的时候比在南半球冲时更为明亮。

在1980年，航海家1号飞越土星时显示F-环是由三条细环像编辫子一样的纠结在一起，而呈现出复杂的结构；2014年我们知道是在外面的二个环有突起的瘤，造成编织和纠结成团的幻觉，比较不亮的第三个环则在它们的内侧。

新环

据英国每日邮报报道，日前，天文学家通过美国宇航局斯皮策太空望远镜观测到土星“超级尺寸”的环状结构，之前他们未曾探测到。经测量该环状结构的垂直高度为土星直径的20倍，而土星的直径是地球的9倍。这个神秘的环状结构可以容纳10亿颗地球！ 

消亡

一项新的研究指出土星正在蚕食它周围的行星环。

2018年12月，美国航天局一项新研究显示，土星正在“吃掉”环绕运行的土星环，这一主要由水冰组成的颗粒带可能不到1亿年后就不复存在了。 

光环归来

此外，人们在土星环上还有许多新的发现，例如D环已变得更暗，且向着土星的方向移动了100多千米，土星环的质量实际上比先前估计的更大，且表面更加粗糙等，这些发现很有可能彻底地颠覆以前人们对土星环的起源和寿命的认识。自“旅行者”号访问土星以来，人们便一直认为土星环很年轻，也许就产生于地球上的恐龙时代，然而新的研究则表明，土星环和太阳系同样古老，而且可能还会存在几十亿年。认为土星环很年轻的理由部分来源于一种简单的常识，一个物体，假若它光洁明亮，它就可能是一个新器物，万物皆同理，土星环虽存在于无垠的宇宙中，却也不应该例外，假若它和土星一样在宇宙中存在了45亿年，那它宽阔的环面为什么没被宇宙中的尘埃污染得黝黑暗淡，却依然光洁如砥呢？所以科学家们曾经认为，土星环并不是总是在那里的，它大约产生于一亿年前的一次偶然事件，或许是一颗来自太阳系以外的星球运行到土星的附近被土星巨大的潮汐力所撕碎，演变成了一个环，或许是一颗彗星撞上了土星的一颗卫星，它们的碎片环绕于土星，形成了土星环。

然而随着“卡西尼”号对土星环的观测日益细致，人们发现了新的事实。科学家使用“卡西尼”号搭载的紫外线图像光谱仪仔细研究了土星环中的颗粒，他们发现土星环实际上是很粗糙的，其中的物质大小不一，有些细于沙粒，有些大于巨石，环里的团块夹杂着冰和岩石，在环内物质的循环过程中，它们将来自宇宙的污染物稀释和吸收掉了，所以土星环看起来并不暗淡。科学家还用来自“卡西尼”号的观测数据用电脑模拟了土星环内物质的运动情况，2008年9月，他们宣布说，土星环可能比先前预料的更大、历史更久远，它很可能早在45亿年前就形成了，与土星同样古老。

值得一提的是，即便土星环相当古老，并且不会很快消失，这样的环在宇宙中也似乎是不容易见到的。人们知道，行星有环并不是稀有的现象，在太阳系里，海王星、天王星、木星都有环，然而它们的环都没有土星环这般明亮，宏伟并且如此神奇。或许这样的环离我们很远，或许这样的环本来就非常稀有。

2009年的土星环也许并不迷人，然而却是不易见到的景象。当土星环因侧面朝向地球而显示出一条直线的时候，天文学家们称之为“环面穿越”，在土星绕太阳公转的过程中，“环面穿越”的景色并非常有。2009年真正出现“环面穿越”的时候是9月4日，那时土星环的侧面正好对着我们，不过那时土星太靠近太阳了，我们根本看不到它。但在2009年的其他时候，我们可以看到大致的效果。“环面穿越”的时间是很短的，此后，美丽的土星环又将重现了。

土星环到底有多重？约为南极冰盖质量的一半

最近，科学家确定了土星环的质量，它约为地球南极冰盖质量的一半，并估计它很可能在3亿年后消失，相关研究发表在近日的《科学》杂志上。人们一直想搞清楚土星环到底所为何物又从何而来。

2019-01-28156

土星环可能形成于恐龙时代之后

土星环的形成时间一直是一个富有争议的话题。有些科学家认为，土星环是四十五亿年前太阳系形成过程中，在原始土星周围的冰晶碎石围绕它形成的；另一些科学家则认为，土星环其实非常年轻，可能是土星引力撕裂了一个彗星或自身卫星后形成的。

2019-01-24132

土星环正在消失，“地球环”可能早已消失

而土星环主要成分是大量的水冰物质，能够反射阳光提高环的亮度，这些环层层相套，足有上万个之多，所以土星环才经常被人们提及。

2018-12-21

【114、土星环极为美丽和壮观，知道它怎么来的吗？其实地球也有过一个】

2019-11-07 

太阳系八大行星中有4颗行星有行星环，分别是木星、土星、天王星和海王星。其中以土星的行星环最为明亮和壮观，土星也正因为这一道行星环而被认为是太阳系中外观最为美丽的星球。

土星环是由不计其数的小颗粒形成的，这些颗粒都是碎冰块、碎石块以及尘土等组成的，其中以碎冰块最多，大小从微米到百米都有，它们组成一条条的环带绕着土星运转，在太阳光的照耀下能够反射出十分明亮的光辉。

那么土星的光环是如何形成的呢？实际上该光环的形成原因还不十分清楚，天文学家们推测很可能是由彗星、小行星与较大的土星卫星相撞后产生的碎片组成的，而且撞击的天体的水冰含量非常大，因为土星环物质绝大部分都是水冰，也有天文学家认为是几百万年前一颗卫星在土星引力作用下与包围土星的大气相撞形成的，该星体内核岩石物质大部分坠入火星之中，但是外围的以冰块为主的部分分散后开始围绕土星运行，形成了美丽的土星光环。

当这些碎片均匀分布到土星周围，以自己的圆形轨道围绕行星运转的时候，就形成了土星环。土星环虽然看上去十分密集，环状圆盘看着十分壮观，但实际上物质分布极为稀疏，每平方米只有大约0.7克物质。

科学家们认为我们的地球也曾经形成过类似的行星环，在地球形成的初始时期，曾经有一个火星大小的星球，以较为倾斜的角度撞击了地球，该星球和地球都各自被撞掉了一部分物质，这些物质中的一部分，就在太空中形成了围绕地球运行的行星环。

不过地球这个行星环的物质分布并不均匀，其中有一块物质较为集中的区域，形成了原始的月球，之后月球不断的吸收这个行星环中的物质，并最终将其吸收完毕，所以地球的行星环就消失了，而如今的月球的绝大部分物质就来自于地球这个原始的行星环。

但是土星环并非如此，土星圆环上的物质十分均匀地分布到了土星的周围，并且各有其近乎圆形的轨道，如今土星环已经运行成了十分均匀的圆盘形，其厚度平均只有30米，最厚的地方也不过150公里，然而其宽度却超过20万公里，直径超过60万公里，如果将土星和土星环的结构比作一顶草帽，那么这顶草帽的帽檐的厚度要比刀刃薄得多。

【115、先驱者10号：第一个“飞离太阳系”的人造探测器，大大拓展了人类】

2021-01-06 我的墓志铭

第一个“飞离太阳系”的人造探测器，大大拓展了人类认知边界

先驱者10号，是美国宇航局NASA于1972年3月2日发射。原定计划探测时间不到两年，但它“探测生命”远远超出了预期。从1972年发射直到1997年3月底，科学家才正式结束其科学考察使命。

1973年12月3日这个重达二百多公斤的探测器成功到达木星附近，发回了第一批近距离拍摄到的木星及大红斑的照片。1983年6月13日越过海王星轨道。1986年10月通过冥王星轨道，最后一次接收到先驱者10号的微弱讯号是2003年1月22日，此后NASA完全放弃了追踪。

先驱者10号的“妹妹”先驱者11号于1973年4月6日发射。与“姐姐”的区别是，先驱者11号不仅拜访木星，它还用了木星的强大引力去改变它的轨道飞向土星。然后顺着土星轨道逃离太阳系。1995年9月30日先驱者11号因电力耗尽终止了与地球的联系。

两者通过拍摄图片，给地球传输了大量的科学数据，让科学家对太阳系的木星、土星等几大行星有了深入的认识。此后两个探测器都依靠惯性投入到银河系星辰大海的漫漫征程。只不过两者向相反的方向前进。

“姐姐”先驱者10号飞行方向朝向银河系外围飞去，朝着毕宿五恒星的方向（距离地球68光年，到达这个目标大约需要200万年）。

“妹妹”先驱者11号飞行方向朝向银河系中心方向飞去。

携带着金属铭牌

两者身上都携带了同样由著名天文学家卡尔·萨根领衔设计的一张著名的金属铭牌。它用腐蚀法雕在镀金铝板上。预计星际宇宙中的腐蚀率非常小，铝制信息板几亿年甚至更长时间以后仍能保持原样。

铝板上绘有一名男性及女性的图像，以及飞船出发的地球所在太阳系的位置，左上角用图解方式表达原子的自旋跃迁，由于氢是银河系最富有的原子，整个银河系中物理现象又都是相同的，先进的文明不难懂得这部分的信息，显示我们的科学认识水平。宇宙飞船的简单图形则画在男、女人体后面。中间辐射条纹是几个近距离脉冲星相对太阳的位置，你可以理解为太空坐标，外星人可以据此在宇宙中定位太阳的位置。希望有一天能被外星文明发现。

目前两者状态位于太阳系最外层奥尔特云内，奥尔特云向外延伸的程度，大概不会超过5万天文单位，而太阳系的未知地区仍有可能被发现。不过，仍无法确切知道太阳系的边缘与尽头。

这两艘“先驱者”飞船的重大意义在于，它们首次突破了小行星带对于人类探测器的限制，大大拓展了人类认知边界。

【116、太阳系边缘有可能存在一个大行星，它或许会成为新的第九大行星 】

2020-10-09

人类走出地球后，第一开始探索的太阳系，太阳系有九大行星，后来科学家认为冥王星只是一颗矮行星，将它踢出了九大行星之列。从此以后，太阳系只有八大行星，人们用了很多年的九大行星概念，一下子成了八大行星，心里总有点不舒服，而在很多的民间传说，像九星连珠等都是指太阳系应该有九大行星才对。

那么太阳系是否还存在着第九大行星呢？虽然冥王星踢出了九大行星之列，但科学家还是想再找出一颗行星来代替冥王星，重新让太阳系回复到过去的九大行星。而这第九颗行星会在哪里？科学家把目光放在了太阳系边缘地带。

人类开始探索宇宙已经有几十年，但由于速度的限制，我们能够探索的太阳系的范围也是有限的，太阳系边缘的情况，人类了解得非常少，我们只知道太阳系边缘有一个柯伊伯带，还有外围更神秘的奥尔特星云，至于里面到底是没有更大的行星，目前还不清楚。

不过，科学家在将目光投向太阳系边缘的时候，总是感觉有点不对劲，因为太阳系边缘总是会发生一些奇怪的事情。比如某颗小行星轨道突然被弯曲了一下，而且太阳系边缘很多天体的轨道与黄道面总是有30度左右的夹角，这颗奇怪的天体运行轨道似乎在告诉我们：太阳系边缘应该存在着一颗大行星，这颗大行星有可能就是我们要寻找的第九行星。

科学家之所以猜测太阳系边缘很大概率可能会有一颗大行星存在的原因，除了发现太阳系有很多天体奇怪的运行轨道，更重要的是发现了一颗特别的小行星。这颗小行星是在2015发现的，它的距离远远超过冥王星，以极其椭圆的轨道路径环绕太阳旋转，公转周期为4万年，直径约为300公里。

这颗小行星的轨道与大多数太阳系边缘天体的轨道一样，轨道极其椭圆，它们轨道的细长部分集中在了天空中的同一地方，这说明有一个强引力源存在，影响了这些小行星的轨道，科学家认为第九行星就在那里。科学家通过计算和研究分析，认为这颗大行星的质量有可能是地球的10倍，公转轨道半径大约600天文单位，是一颗超级地球。

科学家认为太阳系边缘这颗大行星存在的概率为85%以上，只是我们能够找出它，就可以让它归到九大行星中，太阳系将再次回到过去九大行星。不过想要发现这颗行星可不容易，没有固定的标准，完全靠天文望远镜寻找，无异于大海捞针。

不过，新视野号探测器已经掠过冥王星，它还在继续深入太阳系边缘，如果那里真的存在一颗大行星，有可能会在未来被它发现。太阳系边缘的范围很广，柯伊伯带的范围已经够大了，而奥尔特星云则更大，厚度可达一光年。这里面到底有些什么样的天体，无人知道。

人类想要真正弄明白太阳系边缘的情况，可能还需要很多年，最重要的就是速度，没有速度的优势，我们很难探索太阳系边缘的情况，更不要说去探索厚达1光年的奥尔特星云内部情况了，只有飞船的速度能够有质的突破，能够达到至少亚光速，我们才能够真正将太阳系探索明白。

要想让飞船的速度达到亚光速飞行，需要能源的突破。而目前人类一直在研究的可控核聚变技术就是实现亚光速飞行的关键。只要我们能够掌握可控核聚变技术，就可以研发出核聚变引擎，飞船的速度将会质的突破，亚光速飞行将会实现，那个时候，我们不仅可以轻松探索太阳系边缘，还可以走出太阳系探索更远的宇宙星空。

【117、新视野号靠近太阳系边缘 给人类展示一个精彩的世界】

2018年12月30日 新浪科技综合尖端1号

太阳系是地球生存的家园，人类走出地球后探索宇宙的首先目标就是整个太阳系，只有对太阳系探索明白了，我们才有希望前往下一个星系去探索。

太阳系有八大行星，人类走出地球之后，为了探索地外生命和文明的存在，行后发射了旅行者一号和二号飞船，它们携带着人类文明和地球的信息向太阳系外的星际空间飞去，经过几十年的飞行，现在已经飞出日顶层，是人类目前飞得最远的探测器。

过去科学家认为太阳系的范围最远指柯伊伯带，到达矮行星冥王星再往前走，就飞出了太阳系。探照这个范围来算，旅行者一号和二号已经冲出太阳系，进入了星际空间。但是近年来，科学家对太阳系进行不断的探索和研究发现，原来设定的太阳系范围并不正确，太阳系的范围远比想象的要大。

现代科学认为，柯伊伯带只能算是太阳风可到达的极限位置，但这个位置离真正的太阳边缘还有很远，只有飞出厚厚的奥尔特星云才算是飞出太阳系进入真正的星际空间。而奥尔特星云的直径可达2光年，按照这个来算，旅行者一号和二号离飞出太阳系还差得很远，现在只能算是万里长征刚刚走出第一步。

人类近几十年来先后派出探索器对水星，金星，火星，木星和土星等进行了探测，但对太阳系边缘的探测还是非常少，太阳系边缘的情况还是人类探索的一个盲区，尤其是对柯伊伯带的情况更是一片空白。柯伊伯带是太阳系的一大特色，科学家目前还没有在其它的星系外围发现像柯伊伯带这样特殊的小行星带。

如果将太阳系缩小远程看，我们会发现柯伊伯带将太阳系包围其中，看上去就像是太阳系的一道保护屏障。它到底是如何形成的，科学家现在也没有确定的答案。想要弄明白柯伊伯带的形成原因，就需要深入柯伊伯带内部进行探索。为此2006年，美国发射了新视野号飞船，它的任务就是探测冥王星及其最大的卫星卡戎（冥卫一）和探测位于柯伊柏带的小行星群。

新视野号经过长过9年的飞行，于2015年7月14日飞掠冥王星，完成对冥王星的一系列探测器，它的下一个目标就是位于柯伊伯带一个名叫MU69的小行星。目前它离这颗目标小行星还有3870万公里的距离，这个距离已经非常短了。近期，新视野号又向地球发回了一组新的图片，这组图片是在距离MU69小行星3870万公里外拍摄的。

科学家收到新视野号拍摄的这组新图片，看到图片非常激动，它向我们展示了美丽的星系空间。

太阳系边缘的柯伊伯带，由于距离太阳非常远，那里的温度异常寒冷，而且是一个让生命绝望的暗黑世界，这里除了那些小天体反射太阳光的星光外，其它空间都是一片漆黑，完全是一个看不到任何生机的世界。科学家从这组新图片中看到MU69小行星只是一个渺小的存在，也不是一颗很亮的天体，它的周围布满了数不清的天体，很多都比它亮。

这组图片让人类再次对柯伊伯带有了新的认识，这里到底有多少天体存在，估计没有人能够说清楚，只能用一个无数来形容，新视野号拍摄的这组图片只是柯伊伯带的冰山一角，更详细的情况还需要靠近的时候才能够了解，对于任务目标MU69小行星，科学家了解得也极少，只是知道它大约是一颗直径为37公里的小行星，其它的具体情况现在还不知道，只有等未来新视野号到达它的近地轨道才能够探测清楚。

科学家为什么要对柯伊伯带进行探索呢？可能很多人会认为是好奇，不过，这只是其中一个方面，更大的情况是人类想要弄明白柯伊伯带内部的天体分布数量和位置情况，要知道人类未来必然会走出太阳系进行探索，而柯伊伯带是一道天然的天体屏障，内部无数的天体必然会对人类的宇宙飞船穿行造成威胁，如果不搞清楚，飞船冒然进去，有可能会被天体撞击。

另外柯伊伯带也是宇宙送给人类的一大福利，随着人类科技的快速发展，未来对资源的需求必然会越来越大，地球上的资源根本无法满足人类的发展，未来需要去太空采矿来收集资源，而小行星则是人类进行太空采矿的首选目标。太阳系的小行星数量可是不少。离地球最近的小行星带位于火星和木星轨道之间，这里的小行星数量虽然多，但也是有限的。

太阳系真正数量庞大的小行星地带就是柯伊伯带，这里的小行星数量多到无法估计，而且存在很多个头比较大的小行星，小行星上面的资源也比木星轨道那里的小行星要丰富很多，这是人类未来重要的资源来源之地。科学家探索柯伊伯带还有一个任务就是寻找太阳系第九大行星。

相信很多朋友都知道，过去太阳系是有九大行星，后来科学家发现冥王星只是一颗矮行星，将它踢出了行星这烈，因此现在太阳系才有八大行星之说。不过后来随着科学家对太阳系边缘地带不少天体的探测发现，太阳系边缘不少天体的运行轨道非常怪异，完全无法用现有物理公式来解释，这到底是怎么一回事。

后来科学家得出一个结论：有可能太阳系边缘存在着一颗比地球还大很多的行星，正是有这颗行星的存在，它强大的引力才让太阳系边缘天体的运行轨道发生了改变，这个发现让科学家兴奋不已，一旦找到这颗行星，那太阳系又将回归到九大行星之说，太阳系九大之星之说已经用了很多年，现在成了八大行星，很多人们心里总是感觉不舒服。

现在已经有不少的天文学家通过探测设备想要找到这颗行星，不过却不是那么容易，这比大海捞针还困难。只有告诉太阳系边缘，离得近了或许才有发现这颗巨大行星的存在，就看新视野号在未来是否会有新的发现。当然新视野号只是人类探索柯伊伯带的先驱，未来必然会有更多的探测器前往柯伊伯带探索。

等未来，人类飞船的速度获得飞跃式提升后，我们还会前往奥尔特星云内部去探索，那里的情况可能比柯伊伯带更加复杂神秘，它的范围太大了，飞船没有超快的速度，根本无法深入去探索，相信这一天不会太远。

【118、新智彗星6000年回归一次 你可别只是看个热闹】

2020-07-28 科技日报

6000年一见的新智彗星吸引众多星空爱好者开启了追星之旅。7月18日，一位爱好者在内蒙古留下了他与这颗彗星的自拍留念。李鹏摄

这几天，一颗迅速崛起的“网红”彗星刷爆了朋友圈。世界各地天文爱好者举起了手中的观测设备，一张张精美的彗星图片相继出现。它装点着西北方的夜空，也装点了我们的网络空间，它就是今年的“黑马”彗星——新智彗星（NEOWISE）。

最初发现新智彗星时，它正位于船底座，4月中下旬穿过大犬座和天兔座，5月底经过麒麟座和猎户座，6月底从黄道以南运行至黄道以北。7月它会经过御夫座、天猫座和大熊座，8月进入春季星空飞临后发座、牧夫座、室女座。之后距离我们越来越远，亮度也会越来越暗，直至6000多年以后才会再次回归。

“小透明”突然闪耀夜空

2020年3月27日，广域红外巡天探测者空间望远镜在执行NEOWISE任务过程中发现了这颗天体。当时它的亮度只有约18等，距离太阳约3亿千米，距离地球约2.5亿千米。2020年4月，这颗彗星以发现它的项目名称“NEOWISE”命名，彗星编号为C/2020 F3，其中C代表它是一颗长周期或非周期彗星，2020 F3表示它是在2020年3月下半月发现的第三颗彗星。

如今大名鼎鼎的新智彗星，其实在最初发现时是个“小透明”。随着距离太阳越来越近，新智彗星也越来越亮，6月上旬已经接近6等。但当运行至太阳背面时，这颗彗星消失在了人们视野中。直到半个月后，新智彗星再次闪耀登场，此时它的亮度已经达到2.5等。

短短半个多月的时间里，新智彗星从肉眼不可见到接近0等，亮度增加了约100倍。为什么同一颗彗星的亮度变化会如此巨大？其实主要原因还是在于彗星与太阳之间的距离。

彗星之所以能够被我们看到，是由于反射了太阳光。一方面，在彗星接近太阳过程中，太阳光照强度不断增加，因此它看起来越来越亮。2020年7月3日，新智彗星抵达近日点，距离太阳仅约4300万千米，才会如此闪耀。

另一方面，彗星运行速度不断加快，导致尘埃彗尾拉得更长。因此，当彗星离太阳越近时，它看起来就越亮。太阳的能量将彗星加热，气体和尘埃从彗星的表面喷发，形成一个巨大的尘埃彗尾，一般呈黄色。同时，彗星在太阳风的作用下会产生带电粒子流，形成离子彗尾，一般呈蓝色。

可提供太阳系诞生线索

在欣赏彗星之余，科学家还可以从中获得重要的科学信息。

1994年7月，一次彗木相撞事件震惊了世界。一颗名为“舒梅克-列维9号”的彗星在木星强大的引力作用下，彗核破裂成21颗，在数天内相继“轰炸”了木星表面。这样的撞击至今使人们心有余悸——如果这次事件发生在地球上，必然是一次毁灭性的打击。所以“早发现、早治疗”成了科学家们研究彗星的重要目的之一。

除此之外，通过观测彗星，天文学家还可以获得很多有价值的信息，如气体尘埃的比例、尘埃颗粒的尺寸分布、某些元素（如氢）的同位素丰度、彗核反射阳光的可见光光谱、彗星本身的热红外光谱、彗核自转状态等。

天文观测一般分为两大类型，一是成像测光，二是获取光谱数据，彗星观测也是如此。对于天文学家来说，当彗星距离太阳非常远时，很难直接判断其是否是颗彗星，这就需要大口径巡天望远镜配合高灵敏度的终端设备来获得更多信息。

彗星是在早期太阳系雪线以外形成的。它带有很多太阳系的原始信息，如前面提到的氢同位素丰度，在早期太阳系的不同位置很可能是不一样的。虽然不同彗星的形态、质量、轨道等有很大差异，但它们有个共同特征：皆含有冰。地球上的水很可能来源于早期的彗星碰撞，科学家们通过对比地球上水里的氢同位素丰度和不同彗星的数据，再结合各类彗星的轨道，可以约束太阳系早期的演化模型。

三大因素影响公众观测

新智彗星6000年回归一次，公众如何把握这次绝佳的观测机会呢？

新智彗星是近年来非常明亮且适合北半球地区观测的彗星，选择一个天气较好的夜晚，在城市里也可以进行观测或拍摄。7月中下旬，新智彗星亮度基本降到3等以下。若想能够好好地欣赏这颗彗星还是需要考虑以下几个问题。

天气对于天文观测尤为重要，我国东部地处季风气候区，7月正是雨水最多的时节，大家可以使用天文天气软件查询天气，提前规划好观测时间。当然，如果有条件，建议选择晴天概率较高的地区进行观测。

另外，新智彗星在日落后地平高度最高在20度左右，之后会慢慢降低。所以需要观测地的西北方比较开阔。在城市里，可以选择在公园或者比较高的楼层进行观测。在彗星整夜可见的地区，从西北到东北方都比较开阔，尤其是正北方向。

彗星之美，美在尾，但即使在观测条件相对较好的地方，也很难用肉眼直接看到它的彗尾，需要一些器材来辅助观测，如双筒望远镜。它便于携带且价格适宜。推荐大家使用7X50毫米或者10X50毫米的双筒望远镜（X前面的数字是倍数，X后面的数字为口径），价格在500元到1000元不等。除此之外，建议购买一个双筒望远镜专用支架，这样就可以把双筒望远镜安装在三脚架上慢慢地欣赏彗星，避免双手过于劳累。

使用双筒望远镜观测新智彗星最大的难点是如何“瞄准”彗星。可以提前利用电子星图来确定当天彗星的位置，再利用星桥法或者利用周围亮星来定位它。如2020年7月21日21点，新智彗星的位置是北斗七星的天璇星正下方，可以使用双筒望远镜先找到天璇星，再垂直向下寻找，很容易就能找到彗星。（苏晨 作者单位：北京天文馆）

【119、行星科学】

从阿波罗15号的月球轨道单元上拍摄的阿里斯塔克斯陨石坑附近的月溪——虽然只有三分之一大小，但两个溪谷的排列非常相似于匈牙利大平原的多瑙河和蒂萨。

行星科学（Planetary science，很少用planetology）是研究行星（包括地球）、卫星，和行星系（特别是太阳系），以及它们形成过程的科学。它研究对象的尺度从小至微流星体到大至气态巨行星，目的在确定其组成、动力学、形成、相互的关系和历史。它是高度科技整合的学科，最初成长于天文学和地球科学，但现在包含许多学科，包括行星地质学（结合地球化学和地球物理学）、大气科学、海洋学、水文学、理论行星科学、冰川学、和系外行星。类似的学科包括关心太阳对太阳系内天体影响的太空物理学和天文生物学。还有相关于行星科学的观测和理论分支与关联性。观测的研究涉及与太空探索的结合，主要是与使用遥测技术的机器人的太空船任务，和在地面实验室所做的工作比较。理论部分涉及大量的电脑模拟和数学建模。虽然全世界有好几个纯粹的行星科学研究所，但行星学家一般都在大学或研究中心的天文学和物理学或地球科学部门。他们每年都有几个重要的会议，和范围广泛的等同综述论的期刊。

目录

1 历史

2 术语

3 描述

3.1 行星天文学

3.2 行星地质学

3.2.1 地形学

3.2.2 宇宙化学、地球化学和岩石学

3.2.3 地球物理学

3.3 大气科学

4 比较行星科学

5 专家的活动

5.1 期刊

6 基础观念

7 参考文献

8 进阶读物

9 外部链接

10 参见

历史

据说行星科学的历史可以追溯至古希腊哲学家德谟克利特，他在希波拉特斯的报告中说：

有序的世界是无边无际和有着不同的大小，并且它们有一些既不是太阳，也不是月球，而是其它的，不仅比我们大，数量也比我们多。而且在有序的世界之间的间隔是不平等的，这边的多一点，那边的就会少一点，有些蓬勃发展，有些衰败颓废，有些正在开始，有些已经黯然退场。但是它们会互相碰撞而毁坏。并且有些有序世界只有少数的动物、植物，其他都是水。

更现代的时代，行星科学开始在天文学中研究尚未解决的行星。在这个意义上，伽利略是原始的行星科学家，它发现了木星最大的四颗卫星，月球上的山，和最先观测土星环，激发后续所有的研究物件。伽利略在1609年研究月球的山，也开始研究地球之外的景观：他的观察"确定月球表面不是平滑光亮的"，建议它和其它的世界可能呈现和"地球一样的面貌"。

提升望远镜的建设和仪器解像力的进展，允许我们增加对行星的大气和表面细节的认识。由于月球最接近地球，早期的研究对它了解的最多，由于它总是展现出它的表面，有关的详细资讯和技术的进步，逐渐产生更详细的月球地质知识。在这些科学的过程中，主要的工具是天文的光学望远镜（和以后的电波望远镜），以及最后用机器人探索的太空船。

现在，对太阳系的研究已经比较完备，对已经存在的行星系统中，行星的形成和演化也有全面的认识。然而，还有许多未解决的问题，和很高的新发现几率，部分原因是大量的太空船目前正在探索太阳系。

术语

当这一学科涉及到某一特定天体时，会使用专门的术语，如下表所示（目前只有太阳学、地质学、月球学和火星学得到广泛的使用）：

天体 行星科学 词源

太阳 太阳学 希腊语赫利俄斯

水星 水星学 希腊语赫耳墨斯

金星 金星学（cytherology）希腊语库忒瑞亚

地球 地质学 希腊语盖娅

（ 月球 月球学（selenology）希腊语塞勒涅

火星 火星学 希腊语阿瑞斯

谷神星 demeterology 希腊语得墨忒耳

木星 zenology 希腊语宙斯

土星 kronology 希腊语克洛诺斯

天王星 uranology 希腊语/拉丁语乌拉诺斯

海王星 poseidology 希腊语波塞冬

冥王星 hadeology 希腊语哈得斯

阋神星 eridology 希腊语厄里斯

描述

行星天文学

这是观测和理论兼具的科学。观测的研究人员涉及的主要是太阳系的小天体：使用光学和电波望远镜观测这些天体，以确定它们的旋转和形状，以及表面的物质和风化，藉以理解它们形成和演化的历史。

理论的行星科学家关心的是分析动力学：将天体力学的规则应用在太阳系和太阳系外的行星系统。

行星地质学

参见：Geology of solar terrestrial planets

参见：冰卫星

行星地质学最著名与处理得最好的研究课题是在地球附近的天体：月球，还有两颗邻居的行星：金星和火星。其中，月球是最早被研究的，使用的方法都是早期在地球发展出来的。

地形学

地形学研究行星的表面特征和重建形成的历史，和推断表面活动的物理过程。行星地形学包括几类表面特征的研究：

撞击特点（多环状的盆地、坑）

火山和构造特征（熔岩流、裂隙、月溪）

太空风化 － 在太空艰困的环境下所产生的侵蚀效应（微陨石的连续轰炸、高能粒子雨、impact gardening）。例如，覆盖在月球表面薄薄的一层表岩屑是微陨石轰击的结果。

水文特征：液体所涉及的范围可以从水到烃类和氨，视在太阳系内的位置而定。

依据尼古拉斯·斯坦诺率先提出的陆地沉积序列学说，通过从顶部至底部的影像特征，可以一窥行星表面的历史。例如，阿波罗登月任务的太空人在野外地质调查精心绘制的地层影像。月球轨道计划拍摄的影像确定了一系列的沉积序列，这些准备用来制作月球的地层柱和地质图。

更多信息：月球地质

宇宙化学、地球化学和岩石学

主条目：宇宙化学、地球化学和岩石学

太阳系形成与演化的生成假说存在的主要问题之一是知识的缺乏，就是在实验室里有一大套的工具可用，但是缺少源自陆地可以分析的全部地质样本。幸运的是有直接来自月球、火星和小行星的样品存在地球上，从它们的母体以陨石的型态来自地球。其中一些因为地球大气的氧化作用和生物圈的渗透已经受到污染，但过去几十年在南极洲采集的陨石几乎完全是原始状态。

来自小行星带的陨石几乎涵盖了所有结构变异类型的陨石：甚至存在来自核-地幔边界的陨石（橄榄陨铁）。地球化学和天文观测的结合，使得HED陨石得以具体的追溯到小行星带的灶神星。

相对已知数量较少的火星陨石提供了洞察火星地壳地球化学的组成，然而无可避免的是缺乏源自火星地壳的何处，也就意味着不能提供约束火星岩石圈演变理论的多变条件。截至2013年7月24日，以在地球上发现65颗来自火星的陨石，多数不是来自南极洲，就是撒哈拉沙漠。

在阿波罗时代，阿波罗计划带回了384公斤的月球样品，3艘前苏联的鲁纳机器人也从月球搜集和送回一些风化层的样本。这些样本提供太阳系在地球旁边的天体成分最全面的记录。过去这几年，月球陨石的数量增加得很快，在2008年4月公认的月球陨石还只有54颗，11颗是美国从南极洲收集的，6颗是日本在南极洲采集的，其余37颗来自非洲、澳洲和中东的沙漠，总质量接近50公斤。

地球物理学

主条目：地球物理学和太空物理学

太空探测器不仅能收集可见光的资料，也能收集其它领域的电磁频谱。行星的特性可以由它们的力场：引力厂和磁场，通过地球物理学和太空物理学进行研究。

测量太空探测器在轨道上所经历的加速度变化，可以让科学家们描绘出行星引力场的具体细节。例如，1970年代对月海月海对通过其上方人造卫星的干扰，导致在雨海、宁静海、危难海、酒海、湿海发现地下高密度的质集。

被磁层偏转的太阳风

如果一颗行星的磁场足够强大，就会在和太阳风的交互作用下形成行星的磁层。早期的太空探测器发现了地球的磁场，在朝向太阳的方向延伸约地球半径的10倍。来自太阳的一连串带电粒子流形成的太阳风环绕着地球的磁场，并在背向太阳的后面造成连绵不绝，数百地球半径长的磁尾。在磁层里面，有着太阳风粒子密集的区域，称为范艾伦辐射带。

地球物理学包括地震学、构造物理学、地球物理流体力学、矿物物理学、地球动力学、数学地球物理学和勘探地球物理学。

大地测量学处理与测量太阳系的行星表面特征，他们的引力场和地球动力学现象（极运动在三维的时间相对于空间的变化）。大地测量学的科学有天体物理学和行星行星科学的元素。地球的形状是它自转的结果，导致其赤道的隆起、板块的碰撞和火山活动等地质过程的生存竞争，但受到地球重力场很大的抑制。这些原则可以应用在地球的固体表面（造山运动：没有超过10 km（6 mi）的高山，也没有如此深的海沟。原因很简单，例如15 km（9 mi）高的山，加诸于底部的压力将会很大，而由于重力，那儿的岩石将会如同塑胶，在地质上微不足道的时间，这座山也会回跌至大约10 km（6 mi）。一些或所有的这些原则也可以应用在地球之外的其他行星。例如在火星上，其表面的引力比地球小得多，最高大的火山， 奥林帕斯山，其最高峰是24 km（15 mi），这是在地球上不能保持的高度。地球的大地水准面本质上是从其地形特征抽取出来的，因此火星上的大地水准面本质上也是从火星表面的地形特征抽取出来的，是测量和地图这两个领域应用的重要基础。

大气科学和全球气候模式

在木星上清晰可见的云带。

大气层是固体行星的表面和高度稀薄的电离与辐射带之间重要的过渡区。但并不是所有的行星都有大气层：它们的存在取决于行星的质量和这颗行星与太阳的距离 －距离太远时大气会发生冻结。除了4颗气态巨行星，几乎所有的类地行星（地球、金星、火星）都有明显的大气层，但水星周围只有稀薄的大气。有两颗卫星也有明显的大气：土星的卫星泰坦和海王星的卫星崔顿

一颗行星绕轴转动速率的效应可以在大气看见溪流和气流。从太空中观察，这些特征在云系中显示为环带和涡流，在土星和木星上看得最为清楚。

比较行星科学

主条目：比较行星科学

行星科学经常使用比较的方法来对研究的物件做更多的了解。这可以涉及地球大气层和土星卫星泰坦大气层的稠密比较外，太阳系的天体在不同距离下的演化，或类地行星表面的特征，这些都只是其中的一些例子。

主要可以比较的特征都是相较于地球，因为它最容易，并允许在更大的范围进行测量。类比于地球的研究在行星地质学、地貌学、和大气科学特别常见。

专家的活动

期刊

基础观念

小行星（Asteroid）

天体力学（Celestial mechanics）

彗星（Comet）

矮行星（Dwarf planet）

系外行星（Extrasolar planet）

气态巨行星（Gas giant）

冰卫星（Icy moon）

古柏带（Kuiper belt）

磁层（Magnetosphere）

微型行星（Minor planet）

行星（Planet）

行星分异（Planetary differentiation）

行星系（Planetary system）

行星定义（Definition of a planet）

太空天气（Space weather）

类地行星（Terrestrial planet）

【120、行星适居性】

地球的环境是研究行星适居性的重要参考资料，因为地球是已知的惟一有生命存在的星体。

行星适居性是天文学里对星体上生命的出现与繁衍潜力的评估指标，其可以适用于行星及行星的天然卫星。

生命的必要条件是能量来源（通常是太阳能但并不全然）。但通常是当其他众多条件，如该行星的地球物理学、地球化学与天体物理学的条件成熟后，方会称该行星为适合生命居住的。外星生命的存在仍是未知之数，行星适居性是以太阳系及地球的环境推测其他星体是否会适合生命居住。行星适居性较高的星体通常是那些拥有持续与复杂的多细胞生物与单细胞生命系统的星体。对行星适居性的研究和理论是天体科学的组成部分，正在成为一门新兴学科太空生物学。

对地球以外的星体进行生命探索是极古老的话题，最初是属于哲学及物理学的研究领域。而在20世纪后期科学界对此有两个重大突破。其一是使用先进机器对太阳系里其他行星与卫星进行观察，获得这些星体的适居性资料，并将其与地球的相关资料作比较。其二是外太阳系行星的发现，它们是在1995年首度发现的，其后进度不断加快。这个发现证明了太阳并不是惟一的拥有行星的星体，而且亦扩阔了探索适合生命居住的行星的范围，使外太阳系星体亦被纳入研究之中。

目录

1 适合的恒星系统

1.1 光谱类型

1.2 适合居住的地带

1.3 低亮度变换

1.4 高度金属特征

1.5 双星系统

2 行星特征

2.1 行星质量

2.2 轨道与自转

2.3 地球化学

3 其他考虑因素

3.1 红矮星星系的适居性

3.2 良好的木星

3.3 银河系的邻居

4 参看

5 注释

6 参考资料

6.1 原始资料

6.2 二手资料

7 参考书目

8 外部链接

适合的恒星系统

研究行星适居性的首要步骤是由恒星着手，而非行星本身。而通常类地球的行星则是富有资源，因此会有较高机会出现生命。搜寻地外文明计划赞助的凤凰计划底下的科学家们则正是为了探索其他适合生命居住的行星而在努力。其中杜布尔与塔尔特在2002年开发了适居恒星表。他们在接近十二万颗属于依巴谷星表的恒星里筛选出一万七千颗适居恒星，而且其使用的筛选条件正好使人们明了影响行星适居性的天体物理学的因素 [1]。

光谱类型

星体光谱类型表示了该星体的光球温度，并与其（主要是主序星）质量有关。适居恒星的可能光谱类型范围由中等温度的F或G至低温的K，亦即由7,000K至大约4,000K光球温度的恒星。太阳居于其中，属于G2型。与太阳相似的恒星大多可以为环绕其运行的行星提供较高的适居性条件。

具有此条件的恒星最少要存在数十亿年，这样生命才能有机会在环绕其运行的行星上繁衍。属于O、B与A型的较亮的主序星通常能存在的时间少于十亿年，有的只能存在不足一千万年 [2] [1]。

此外，具有此条件的恒星会释放足够高能量的紫外线使环绕其运行的行星启动大气运动，如臭氧层的生成，但同时亦不可以有过多的离子化反应使得初生生命被杀死 [3]。

具有较高适居性的行星会在距离其恒星较远的区域运行，这可以使该行星表面的液态水不会因潮汐锁定而消散。

这些恒星温度要适中，不可太热或太冷，而且要存在较长时间，使得生命有机会出现。太阳系所在的银河系，其中大约有百分之五至十的恒星属于此类型。而较暗淡的K与M型的恒星（如红矮星）能否为环绕其运行的行星提供使生命存在的环境则是最近热门的讨论话题，因为传统上相信主要是主序星的行星才有机会提供生命的存在环境。这个问题会在下面作出更详细的讨论。

适合居住的地带

主条目：适居带

适合居住的地带是指围绕恒星运行，而其表面具有液态水的行星。除了能量来源外，液态水被视为生命最重要的依靠物，就如地球上的生命般。如果将那些不需要水来维持生命的生物也计算在内（如依靠液氨维生），则适合居住的行星将会大幅增加 [2]。

一个稳定的适合居住的地带具有两个特征。其一，此地带不可大幅度改变。所有星体均会随着其年龄增长而加强其亮度，而其适合居住的地带则会向外调节，但如果这种情况发生得过快，如超巨大的恒星，则围绕该恒星运行的行星较难提供使生命繁衍的环境。计算行星适居性的方法从来就不简单，而且会受到众多因素的影响。为了计算行星适居性，对该受观察的行星的大气条件及地质需要作出假设，这个假设正确与否十分影响计算的准确性。其实即使是计算太阳各行星的适居性亦有着很大波动 [4]。

其二，不可以有巨大质量的星体接近此地带，因为这会影响该类地球行星的组成。假设，如果木星运行于地球与金星间的轨道，则地球与金星均不会出现。以往的天文学家认为太阳系里的内行星为固态行星，而外行星为气态行星十分正常，然而太阳系外行星的发现改变了这个想法。无数类木星行星在其他星系里运行于被认为是适合居住的地带。然而，现在往往是类木星的外太阳系行星较易观察，因此哪种方为正常现在仍未有结论。

低亮度变换

主条目：亮度变换

恒星的光度转变十分平常，但其变动的范围十分大。大部分恒星均十分稳定，但根据核聚变形式的不同，有少数重要的恒星经常会突然地增加亮度及释放出大量能量。这类恒星因其不稳定性较大而被认为无法为环绕其运行的行星提供生命所需的生存环境。明显地，一般生物不能在温度变化极大的情况下生存。光度不稳定亦有可能是恒星本身释放出致命的伽玛射线与X射线所致。若行星存在大气的话，可以尽量减少其影响，不过这个保护作用毕竟有限，因此受到这些射线大量照射的行星通常并不适合生物居住。

太阳则很特别，其最大与最少的光度差距在十一个太阳周期里为千分之一。而有明显的证据可以证明即使是极少量的太阳亮度转变亦会大幅度影响地球的气候。上一个千年（1500年 - 1800年）中的小冰期就有可能是太阳亮度的短暂减弱而造成的结果 [5]。因此，其他恒星不需要有明显的亮度转变亦可能影响环绕其运行的行星的适居性[6]。

高度金属特征

主条目：金属量

恒星虽然主要是由氢与氦组成，但其亦有其他重金属成分，而且含量亦不尽相同。而高重金属含量的恒星通常与原行星盘里的重金属含量有直接关系。原行星圆盘里的重金属含量较少的话会使得在恒星周围形成行星的可能性减低，这是由太阳系边缘的太阳星云的理论得来。而任何行星若是缺少金属成分的话，则其质量会较低，从而变成类木星行星，这并不适合生物生存。光谱学的研究指出，在外太阳系的行星里，如果其主恒星没有伴星的话，则行星本身可以获得更多的金属成分组成，这更有机会形成类地球行星，生命出现的可能性便会较高[7]。

双星系统

最近的估算指出最少有半数的恒星是处于双星系统下 [8]，这使得寻找适合生物居住的行星显得更为复杂。双星系统间的两颗恒星的距离由少于一天文单位至数百天文单位皆有。而双星系统间的行星会因为受到两个恒星的吸力相互影响而使得其轨道凌乱，除非其轨道可以高度集中（参看纳米西斯星）。但是，如果两个恒星间的距离过少的话，适合生物生存的行星便变得不可能。此外，如果行星与其主星的距离大于两个恒星间的距离的五分之一，适合生物生存的行星亦较不可能出现 [9]。由卡内基美隆大学科技工程学院的爱伦·伯斯（Alan Boss）所进行的理论研究指出双星系统里形成类木星行星的机会比单星高很多 [10]。

南门二是距离太阳最近的多星系统，其证明了双星系统亦有可能为环绕其运行的行星提供适居性。南门二里的A星与B星最近相距十一天文单位，平均为二十三天文单位，但它们均可为环绕其运行的行星提供适合生命居住的环境。有研究指出恒星为环绕其运行的行星提供的适合居住的地带大约为三天文单位的轨道里。南门二里的A星的适合居住的地带为1.2至1.3天文单位，而B星则为0.73至0.74天文单位 [11]。

行星特征

对行星适居性最主要的假设是它们应是类地球行星。这类行星，应该与地球的质量相差不远，而且是由硅酸盐的石头所构造，并且其外围并不能像类木星行星般由氢与氦所构造。生命可否在类木星行星上生存仍未定论 [3]，因为生命需要在没有地表的地方活动及承受巨大的地心吸力，这想来不可能，但不知外星会否有此类生物 [12]。然而，类木星行星的天然卫星却仍然是适合生物居住的候选者之一 [13]。

在分析行星适居性时，对于候选者应只能提供生存环境给单细胞生物如细菌还是应提供生存环境给多细胞生物应有争议，而且两者标准亦有所差别。虽然历史上必然是首先有了单细胞生物，然后才发展多细胞生物，但很难断定该暂时只能提供生存环境给单细胞生物的候选者能否在未来提供生存环境给多细胞生物 [4]。以下例出的适合居住行星的特征虽然重点是考虑生命能否出现，但在所有个案均会作进一步研究该行星能否提供生存环境给多细胞生物。

火星因为其大气层较薄，因此即使与地球处于相近轨道亦会较冷

行星质量

低质量行星是较差的候选者的原因有二。其一，其较低的地心吸力使得维持大气层变得困难。组成生命的分子会很容易被太阳风或陨石撞击带至外太空，从而扼杀生命出现的机会。没有浓厚大气层的行星并不能提供生物化学的必要原始条件，如只有很少的隔热与较差的行星表面传热。（如火星因为只有较薄的大气层，其温度远较地球为低），此外，较薄的大气层所提供的对高频辐射与陨石撞击的保护较少。其二，较细小的行星具有较小的直径，所以其具有较高的面积比。这类行星会较容易损失组成它们的能量，因此其地质活动会停止，即没有火山、地震与板块活动，结果生命会因为缺乏表面承托、大气保护与维持适合居住温度的物质如二氧化碳而不能出现。

低质量在某些情况是相对的，如地球对比太阳系里的气态行星，其质量可说是很低，然而，地球却是类地球行星里最大的，不论在直径、质量与密度亦是 [5]。其（金星亦是）已足够维护其大气及地心的高热，使得地质活动可以在其表层上出现。对比而言，火星的地质活动已大致停止，而且亦没有浓厚的大气 [14]。由此可见，适合居住的行星的质量最低亦该在地球与火星之间。但也有例外，如木星的天然卫星木卫一（较类地球行星细少）具有火山活动，这是因为其运行轨道的特别使得其地心压力加大。木卫二在其冰封的表面下可能拥有液态的海洋，这是因为其围绕大型行星运行而产生能量。土星的天然卫星土卫六有更大的可能孕育生命，因为其拥有浓厚的大气层、生物化学反应及其液态氨在其表面。这些天然卫星的质量虽然不符合标准，但却拥有行星适居性，可以说是特别例子。

而且质量较大的行星较易拥有较大的铁核心，这使得其磁场能保护其不受太阳风的侵袭。然而，质量并非惟一的制造磁场的条件，行星的自转速度较所需的足够快速，从而在其核心造成发电机效果 [15] 。

轨道与自转

行星适居性的其中的一个重要因素是轨道与旋转的稳定程度。轨道离心率是行星近日点与远日点间的差距。越大的偏离代表着越大的温度变动。生物并不能在温度变化过大的地方生存，可以想像地球的温度在水的熔点与沸点间大幅变动，地球海洋的水便会被蒸发至太空或全部变为冰。地球没有出现这情况是因为其轨道接近圆形，偏离率少于0.02；除水星以外，太阳系内已知的大行星均如此。而搜集回来的资料则令学者相当吃惊，在外太空找到适合居住的行星的机会大大减少，因为大部分外太阳系行星的轨道偏离率均大于地球，平均有0.25 [16]。

行星的自转亦需符合特定的条件才可为生命提供生存的机会。

日夜交替的时间不可太长。如果行星上度日如年的话，日夜温差便会太明显，这就如轨道离心率般造成不宜居住的环境。

该行星必须有气候适中的季节。如果其轴心偏离太少的话，便不会有季节转换，这样很多生物的自然活动皆不能进行。但若行星轴心过度偏离的话，则季节过于分明，生物难以平衡各项生理需求。但有研究指出即使轴心倾斜八十五度的行星仍有可能存在生物 [17]。

行星的摇摆不可过分，其岁差亦需较长。地球的岁差以二万六千年为一周期，如果这个周期不够长或摇摆过度，气候转变便会过分明显，这会影响其适居性。

月球对地球的轨道稳定程度有着极重要的影响，但对于其影响程度仍有着争论 [18] [6]。

地球化学

通常所有外太空生物均会被假设需要符合部分基础地球化学，如需要具有四种必要的生命元素，碳、氢、氧与氮，而这些亦是宇宙里最具化学活跃性的元素。部分生物的生命活动所必需的化合物，如氨基酸就在陨石与星际空间里找到。这四个元素共占了地球上生物量超过百份之九十六的组成成分。碳可以组成精密的大型有机化合物，这会构成生命复杂的机械作用。氢与氧可以组成水分供生命生存之用。通由分解碳水化合物而释放出的大量化学能量，是生命的燃料。这四个元素组成了氨基酸，这是维持生命必要的物质蛋白质的基本成分。

行星里大气的元素相对拥有量与其内部拥有量并不相等，上面四个主要元素里，只有氧在地球的地壳占有较大分量 [19]。这部分因为很多重要元素或碱性化合物在常温时是气体，如氢与氮，二氧化碳、甲烷、氨与水。在近太阳的地带，因为温度极高，这些易挥发的化合物较难参与行星地质构成。它们会以气体形式存在在地壳下，而地壳则主要以石英构成。在行星出现首次火山活动后，这些气体会被喷出，从而构成行星的大气。米勒-尤里实验指出，在足够的能量供给时，氨基酸可以由简单的化合物在原始大气里结合而得 [20]。

然而，火山活动并不构成地球的海洋 [21]。地球海洋里的大量水分及生命主要构成物质碳，均来自外太阳系，在远离太阳热力的地带，因为在那儿这些东西仍是固体。早期的彗星撞击为地球带来大量的水分与生命所需的易挥发物，这为生命提供了初现的条件。

由此得知，行星获得这四个生命元素的渠道主要是彗星，若没有彗星撞击，则该行星较难出现生命，但仍有可能性，详情可参看替代生物化学。

其他考虑因素

红矮星星系的适居性

通由判定环绕红矮星运行的行星是否具有适居性可得知宇宙的生物的普遍情况，红矮星占天空里恒星的70至90个百份比。褐矮星虽然比红矮星还多，但它们往往不被认为是恒星，而且在已知的知识下它们被认为无法为环绕其运行的行星提供生命所需的资源，这是因为其只释放少量热量并很快消散。

红矮星在很长的时间里被天文学家认为无法为环绕其运行的行星提供适居性。这是因其质量较小（大约为太阳质量的0.1至0.6倍），所以环绕其运行的行星若要具有地球表面的温度则需要运行于0.3天文单位左右的距离。这会导致潮汐力锁定，并使得行星的一面永远白昼，另一面永远漆黑。惟一可供生命出现的可能是该行星具有极厚的大气层，这可以减低热力的吸收与散失，使得温度较稳定，但这会防止了植物首次光合作用的出现，因为阳光难以照射至地面。

然而最近的研究却改变了这个悲观想法。由位于加州的美国宇航局恩斯研究中心的罗拔·黑贝尔雷与马加·乔西的研究报告指出该类行星只需要具有比地球大气厚度厚15%的大气便可传导热量至漆黑的一面。这个厚度亦无阻光合作用，只是水分在漆黑的一面仍会凝固为冰 [23]。格林威治社区学院的马丁·希夫斯亦指出若海床较深的话，海水亦会因对流作用而不变成固态。所以具有较深海床与较厚大气的行星，其亦可能在红矮星星系里提供生命出现的环境。

质量并不是惟一的因素使得红矮星较难为环绕其运行的行星提供适合的生命环境，环绕其运行的行星的漆黑面的植物无法进行光合作用，这是因为其永远看不到阳光。即使是日照面，因为阳光长期照射，被山岳被遮蔽的阴暗地带的植物亦无法看到阳光，难以进行光合作用。此外红矮星主要是释放红外线，并不是可见光，这导致植物进行光合作用更为困难。

红矮星光度会因为其表面黑子的数量而有重大变改，最暗时会较正常暗百分之四十，而最光亮时则为正常两倍。这对生命造成损害，因为这会使行星的气候转变过大及生命突变率变高。

红矮星亦有一个提供行星生命环境的明显优势，就是其存在已有很长时间。地球四十五亿年历史，适合生命居住的时间仅为5亿多年[24]。红矮星可存在数兆年，这是因为其内部核反应较其他大型恒星为慢，所以其生命较长。红矮星所提供的适合居住的地带多而细，平均数量与类太阳恒星所提供的相差不远，但它们是无处不在的，因此生命出现的可能性亦大 [25]。

良好的木星

“良好的木星”是指大型气态行星，就如太阳系里的木星，其与适合居住的地带距离刚好远至不会影响生命的出现，而又刚好近至可以为其内行星提供保护。首先，其稳定了其内行星的轨道，亦即稳定其内行星的气候。其次，其可以保护适合居住的地带的类地球型行星不受大型殒石撞击，以免生命被毁灭[26]。良好的木星运行的距离大约为适合居住的行星与恒星距离的五倍。

早期太阳系历史里，木星有着不同的角色，它增加了小行星带的行星轨道偏离，使之撞击地球并提供了生命必须的挥发物。在地球变成现在质量前，木星与土星间的冰块和小行星带的冰块被木星与土星[27]影响而撞向地球，为地球带来水分。

银河系的邻居

科学家大多认为太阳系是最有可能存在生命的星系，因为以下条件；

不在球状星团里。

不接近巨大伽玛射线源。

不接近银河系中心的黑洞。

太阳的圆形轨道避免了大部分的危险。

相对孤立是恒星系出现生命需要的环境。如果太阳系过于接近其他恒星系，则其邻居会影响太阳系里各行星的稳定。而且相近恒星系亦可能出现超新星爆发或是脉冲星，这会大大影响地球的生命生存环境。

参看

太空主题

太阳系主题

太空生物学

天体物理学

德瑞克方程

外星生命

费米悖论

生命起源

行星科学

M级行星

曙光任务

行星定义

地球殊异假说

太阳系

太空移民

地球化

超级适居行星

注释

^ 在地球形成五亿年后，生命开始出现。按此推断，生命需要五亿年以上方能出现，如果恒星生命周期过短，则生命无以存活。"A"级恒星只有六至十二亿年寿命； "B"型恒星只有一千万至六亿年寿命； 而"O"型恒星更只有不足千万年之寿命，故不论何者，皆不足以让生命形成并发展。

^ 木卫二及土卫六虽不在适合居住的地带内，但此二者之适居性仍有争议，有指其当为地球以外最有可能存有生命之星体。

^ 有指生命可以在木星型行星之云顶生存（参阅en:Evolving the Alien），而卡尔·萨根亦曾言，金星之云，或可成为生命存活之所。

^ 越来越多人相信，在浩翰无垠的宇宙里，遍布着单细胞生物；而复杂生命体则未必，甚至可能只存在于地球上。地球上的嗜极生物（注：多为单细胞生物），竟能在极端环境存活，便是佐证。而复杂生命体，则未必可如此。彼德·华德与其同志曾有研究指出，微生物广布在宇宙间，而复杂生命体则极为稀有，甚至可能仅存活在地球上。而现有对地球历史之认知，亦仿佛印证了此点。在生命初现于地球后三十亿年，即寒武纪之时，多细胞生物方才出现，若其时并无发生此突变，则地球迄今仍只会存有单细胞生物。

^ 有趣的是，在地球与两个最小的气态行星，即天王星与海王星之间，存在有一个质量空隙，后两者之质量皆约为地球之十四倍。假设这个世界是巧合的，而且没有地球物理学上的阻碍，则在浩翰星河里，应有二至廿倍于地球质量之类地行星。此等行星，足以维持内部动能，并保有大气层，而不致于变为气态行星，若其主恒星许可，则实为生命繁衍之佳所，即超级地球。

^ 根据目前通行的说法，月球之形成，实因一个有若火星大小的星体，以偏侧角度撞击地球，从而使地球的大量物质溢出，及后慢慢冷却凝聚而成。按上方华德之稀有地球理论，此等撞击殊为重要，实为地球与其他行星，存有生命与否的关键。但在无此等撞击的情况下，是否无法营造适合生命居住的环境，尚有争论。

参考资料

原始资料

1。^  Turnbull, Margaret C., and Jill C。Tarter。"Target selection for SETI: A catalog of nearby habitable stellar systems," The Astrophysical Journal Supplement Series, 145: 181-198, March 2003。（Link）。Habitability criteria defined—the foundational source for this article.

3。^  Kasting, J.F., D.C.B。Whittet, and W.R。Sheldon。"Ultraviolet radiation from F and K stars and implications for planetary habitability," Origins of Life, 27, 413-420, August 1997。（Link abstract on-line）。Radiation by spectral type considered.

4。^  Kasting, J.F., D.P。Whitmore, R.T。Reynolds。"Habitable Zones Around Main Sequence Stars," Icarus 101, 108-128, 1993。（Link）。Detailed overview of habitable zone estimates.

7。^  Santos, Nuno C., Garik Israelian and Michel Mayor。"Confirming the Metal-Rich Nature of Stars with Giant Planets," Proceedings of 12th Cambridge Workshop on Cool Stars, Stellar Systems, and The Sun, University of Colorado, 2003。（Link）。Metallicity and the occurrence of extra-solar planets.

11。^  Wiegert, Paul A., and Matt J。Holman。"The stability of planets in the Alpha Centauri system," The Astronomical Journal vol。113, no。4, April 1997 （Link）。Potentially stable orbits and habitable zones around Alpha Centauri A and B.

18。^  Laskar, J., F。Joutel and P。Robutel。"Stabilization of the earth's obliquity by the moon," Nature, 361, 615-617, July 1993。（Link abstract on-line）。Necessity of Moon for stable obliquity considered.

27。^  Lunine, Jonathon I。"The occurrence of Jovian planets and the habitability of planetary systems," Proceedings of the National Academy of Science vol。98, no。3, 809-814, January 30, 2001。（Link）。The role of Jupiter in seeding the early Earth.

二手资料

2。^  Star Tables, California State University, Los Angeles.

5。^  The Little Ice Age, University of Washington.

6。^  18 Scorpii, www.solstation.com.

8。^  Binary Stars, Cornell University.

9。^  Stars and Habitable Planets, www.solstation.com.

10。^  Planetary Systems can form around Binary Stars, Carnegie Institute release, January 15 2006.

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24。^  "'The end of the world' has already begun", University of Washington release, January 13, 2003.

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26。^  Bortman, Henry。"Coming Soon: 'Good' Jupiters", Astrobiology Magazine, September 29, 2004.

28。^  Mullen, Leslie。Galactic Habitable Zones, Astrobiology Magazine, May 18 2001.

参考书目

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【121、行星围绕两个太阳运行，你见过吗？科学家在200光年外找到答案】

2018-09-14 由 乐番天 發表于科学

宇宙浩瀚无边，有着无数的星系，无数的恒星，也有无数的行星。太阳系有着一个恒星太阳，其它行星都围绕着太阳运行，地球是太阳系八大行星之一，自然也是围绕着太阳老大运行，地球上有很多的远古神话传说，其中有一个后裔射日的神话传说相信大家都听过。

有一天，天上出现了九个太阳，地球被烤得非常热，很多生物都被烤死了，这时后裔出现了，他用一把弓射掉了天上的八个太阳，地球又恢复到了以前的温度。这个神话传说里出现了九个太阳，用我们现代的科学知识分析，我们知道那是太阳系出现了九个和太阳一样的恒星，这是很不可思议的事情，那么在现实宇宙当中是否存在多恒星星系呢？是不是会有行星围绕着几个太阳运行的情况？

要知道，宇宙太大了，有着无数神秘的天体和星系，在宇宙中什么样的奇观都有可能出现，只有你想不到的。人类观测宇宙深处的天体或星系，主要是通过天文望远镜来观测，它可以看得非常远，几千光年外的一些恒星或天体都可以都观测到，其中开普勒望远镜就是十分精确的高端观测测量仪器，在它的帮助下，科学家找到了不少的天体，其中有些天体都很奇特。这不，开普勒望远镜这次又有了意外发现，有一个恒星系真的有两个恒星太阳，而其中一颗行星围绕着这两个太阳运转，科学家将这颗行得称为开普勒-16b，它是一个冰与气体组成的行星，像太阳系的土星。

这个意外的发现，使科学家相信在宇宙真的存在双星系统，而在双星星系里，也有可能存在围绕两个恒星运动的行星，这为人类寻找行星提供了另一条线索，以后我们再从宇宙中发现双恒星星系的时候，也会格外注意是否有一个围绕它们运行的行星。

那么这样围绕双恒星运行的行星会有生命存在的可能吗？首先我们明白，两个恒星在我们看来就相当于两个太阳，如果这个行星距离恒星比较近，它表面的温度必然是非常高的，在两颗恒星太阳的照射下，温度不高才怪呢，但如果离双恒星远一些，温度反而适宜，如果行星上有液态水，有大气，也是有可能诞生生命的，但我们搞不明白，双星星系，行星是如何围绕两个恒星运动的？

可能我们觉得双恒星系统非常罕见，宇宙中应该是像太阳系一样的单星系系统多一些，而也符合宇宙运行的规律，但事实上宇宙中的双星系统还真不少，科学家通过观测发现，在我们银河系中，双星系统是大量存在的，很多恒星都处于一个双星系统中。而在这些双恒星附近都发现有环绕它们运行的行星。

如果双恒星星系在银河系甚至是宇宙中是非常普遍的存在，那说明太阳系是非常特殊的存在，人类自探索宇宙以来一直城寻找地外生命的存在，可是找了几十年，人类一直没有发现任何地外生命，科学家推断太阳系除了地球是没有其他的地外生命，要想寻找地外生命，只有走出太阳系才行。

科学家也推断在太阳系外生命存在的可能性会非常大，而在太阳系之外双星系统又非常多，那是不是也意味着这些双恒星星系里的行星存在生命的可能性也很大呢？在我们的认知里，一个恒星太阳就行了，多个恒星太阳那不是太热吗？生命如何生存？但是双恒星星系，只要行星处在两恒星的宜居带，温度也是可以非常适宜的。

如果太阳系再出现一个太阳，地球可能会感觉非常热，无法生存，但这个时候火星，木星等原来非常冷的行星反而会温暖起来。同样的道理，双星星系中的行星也是一样，只要跟双恒星的距离适宜，也是有可能诞生生命的。

说完双恒星星系，可能有人会说，既然宇宙中存在双恒星星系，那会不会存在三恒星系统，四恒星系统甚至是九恒星系统呢？这个还真不好说，宇宙太大了，银河系可能不存在双星星系以上的星系，不代表银河系外其他的星系不存在，或许在宇宙的某一个星系，就有着九个恒星，九个太阳，也有一颗行星围绕着这九个太阳在运行，宇宙很大很神秘，有太多未知的秘密等着人类去探索。

《行星系》——

行星系是指以行星为中心的天体系统。地月系属于行星系。包括行星、卫星、小行星、流星体、彗星和宇宙尘埃。例如：太阳和它的行星系统（包括地球在内）合称为太阳系。外文名planetary system，别名行星系统。

起源演化

行星系统

与太阳系相似的行星系统一般认为是在恒星形成的同时形成。还有的早期理论假想，在两颗恒星“擦肩”而过时，因彼此之间的重力吸引，恒星中的部分物被拖曳出来，这些物质逐渐聚合形成了行星。然而以我们的知识来判断，如此近距离的恒星“错车”几乎是不可能发生的。当今被普遍接受的是行星系统由星云产生的学说。

但是另有一些与“我们”迥然不同的行星系统：比如我们已通过某些脉冲星电磁辐射周期的轻微变动推断出它们有行星系统存在，脉冲星是超新星猛烈爆炸的产物，普通的行星根本不可能禁受如此强大的冲击波——在此状况下，行星不是被蒸发掉就是因恒星质量急骤下降而摆脱引力束缚跑得无影无踪。

有理论认为是最近的伴星在超新星爆发中几乎完全蒸发，其残骸变成了脉冲星的行星。或者是脉冲星周围的吸积盘(accretion disk)以某种方式形成了行星。

里程碑

太阳系——太阳和附属的行星系统，这是最早认识的行星系统。

PSR B1257+12——最早发现的系外行星系统，最早发现的脉冲星行星系统，最早发现的多行星系外行星系统，最早发现的脉冲星多行星系统。

Upsilon Andromedae——最早发现的主序星多行星系外行星系统，发现于1999年4月。

PSR B1620-26——最早发现的聚星行星系统。

55 Cancri——已知的最大的系外行星系统（4颗行星，迄于2004年8月。40光年外有一颗伴星）。

Gliese 876——最早发现的红矮星行星系统，也是最早发现的有轨道共振现象的行星系统。

HD 69830——已发现三颗与海王星质量相当的行星和一条小行星带，轨道都在1AU之内。

2M1207——第一颗被拍摄到的系外行星，最早发现的棕矮星行星系统。

Cha 110913——最早发现的次恒星(substellar)行星系统，也有人认为是星际行星。

2MASS J2126-8140——最大的“恒星行星系”，由一颗恒星和一颗巨大的行星组成，行星围绕恒星运行一周大约需要100万年。

TRAPPIST-1——该恒星系统存在7颗行星。

开普勒-90星系——其八颗行星距离恒星都很近，像一个“迷你版”的太阳系。

行星系统

天文学家在美国《天体物理学杂志》上报告说，太阳系有8颗行星，最新发现的以恒星KOI-351为核心的行星系共有7颗行星环绕母星。天文学家指出，多行星系统在技术上很难被发现和确认。目前，天文学家发现有行星环绕的恒星共771颗，其中只有170颗恒星被确认有不只一颗行星，拥有至少5颗行星的行星系仅有数个。

【122、研究：木卫二等这样拥有地下海洋的星球可能比地球更适合生命生存】

2021年03月21日 cnBeta.COM 科学探索

据外媒报道，美国西南研究所(SwRI)的研究人员理论认为，跟地球这样的表面海洋相比，有地下海洋的世界可能更有利于生命的存在。在过去25年时间里，行星科学最深刻的发现之一是，在我们的太阳系中，在岩石和冰层下面存在海洋世界非常常见。这些星球包括巨大行星的冰冻卫星如木卫二、土卫六和土卫二及遥远行星如冥王星的卫星。

本周，SwRI行星科学家 S。Alan Stern在第52界月球与行星科学大会上指出，室内水海洋世界(IWOW)的普遍率在太阳系表明它们可能在其它恒星系统，这大大扩大了行星适居性和生物生存的条件。

多年来，人们已经知道，像地球这样表面有海洋的星球必须处在跟恒星的距离非常窄的范围内才能维持海洋的温度。然而，IWOW距离恒星的距离要远得多。这大大增加了银河系中可能存在的可居住世界的数量。

像地球这样外部有海洋的世界也会受到各种各样的生命威胁，从小行星和彗星的撞击到带有危险辐射的恒星耀斑再到附近的超新星爆炸等等。Stern的论文指出，IWOW对这些威胁是不受影响的，因为它们的海洋由冰和岩石覆盖，通常有几到几十公里厚并覆盖在它们的海洋上。

Stern指出：“内部有水的海洋世界更适合提供多种环境稳定性，跟地球这样的世界相比，它们的大气层、恒星、太阳系和银河系不太可能对生命构成威胁，因为它们的海洋在内部。”

另外他还指出，在IWOW上保护海洋的同一层岩石和冰层还隐藏着几乎所有天文技术都无法探测到的生命。Stern强调，如果这样的世界是银河系中生命的主要居住地，如果智慧生命在其中诞生，那么IWOW也可能有助于破解所谓的费米悖论。费米悖论是由诺贝尔奖得主恩里科·费米在20世纪60年代提出的，它提出的问题是，如果生命在宇宙中普遍存在那为什么我们看不到明显的证据。

Stern表示：“冰和岩石的保护层为生命创造了稳定的环境，同时也隔绝了生命，这使其不易被发现。”

【123、有水的金星图—令人惊叹的金星地球化图，可替代移居火星的计划】

2021-05-21 天文在线　

简介：一位网友发布了一张对金星进行宜居改造的计划图，该图使用了金星真实数据进行模拟，虽然有不小瑕疵，但引发网友对该话题热烈讨论。如果金星拥有和地球相似的水，金星将会是什么样的？

一张地图展示了对金星的地球化改造，是如何让金星成为令人印象深刻的类地行星的。这张地图是被一个叫Dragonite-2的网友在八月21日reddit上的帖子所分享。该图对太阳系中外星地球化其中之一的金星行星工程进行了形象的解释。

对于在太阳系中某地进行外星环境地球化的提议，逐渐集中在这个红色星球（火星）上。最受欢迎的想法之一是埃隆·马斯克（Elon Musk）的火星殖民化想法。马斯克计划在火星上建造一座城市，然后以某种方式释放火星上的二氧化碳，从而创造一种人类只需呼吸设备即可进入的大气层中。

金星则完全不同。与火星相对平静的表面不同，金星对人类来说很难居住——它的表面温度高达摄氏465度，大气层厚厚的酸性云在短短五天内便会迅速地环绕星球一周。

但是像卡尔·萨根（Carl Sagan）这样的专家已经提出了对环境凶险的星球地球化处理的方法，并使其表面变得更加易于居住。它对火星也有好处——金星的大小与地球相似，并且距离我们的星球更近。火星离地球的距离约为金星的两倍。

“Dragonite-2”的帖子提出了地球化其他星球这样的任务，最终的结果将是什么。该地图显示了北部的多山大陆，东部的一系列平坦土地，西部的一系列大岛和南部的大型群岛。

该帖子引发了广泛的讨论。其他用户则分享了他们将在哪里居住并在新世界上建立定居点的想法：一位名为“ JPRCR”的用户写道：“如果我必须在那定居，我想我会选择北方的广阔大陆，南部的山脊和肥沃的山谷的温度可能温度更低。”

地图的准确性如何？

北卡罗莱纳州立大学行星科学副教授Paul Byrne之前曾写过有关金星表面的文章，他对Inverse表示，最好是有保留的相信。Byrne说：“地图相当准确，因为有人对金星使用了真实世界的数字高程模型，并在其中添加了海平面。”Byrne并不清楚“金星的水量与地球一样多”这一假说是否现实，但他提到了制作地图的人将金星上的海平面设置为地球的平均海洋深度。

这便是与现实不同的地方。Byrne解释道，像这样的海洋便会产生河流，降雨和湖泊，这意味着经过侵蚀和其他自然运动后，地表看起来会大不相同。那些有海洋的星球可能具有板块构造，也可以改变表面的地理特征。

Byrne认为，更重要的是如果拥有海洋，金星的气候将变得极坏。在现实中，拥有海洋的金星也不是遥不可及的。

但是这并不意味着该地图没有丝毫的价值。Byrne指出一些证据表面金星有曾经有过类似于地球的海洋，这是人类未来可以研究的东西。“尽管拥有海洋的金星将不会像Reddit上的那张图片一样，但想象金星可能曾经是蓝色的星球还是很有趣——以及为什么它如今变成了地狱般的气候。”Byrne说道。

如何对金星进行地形改造—金星进行地形改造涉及的多种方法

卡尔·萨根（Carl Sagan）于1961年提出，利用可以光合作用的藻类，播种到云端减少二氧化碳。三十年后，他不得不承认此计划行不通：大气层比预期的要厚。

在1991年的《英国行星际社会杂志》上，科学家保罗·伯奇（Paul Birch）提出了使用遮阳篷来冷却星球，使用绝缘盖来阻止再次蒸发，砸碎冰月以补充一些水，使用太阳镜移动其轨道以及使用soletta设备创建更宜居的24小时昼夜周期。伯奇认为整个过程可能需要200年左右的时间。

在这种规模下的行星地形改造并不是简单的任务。美国宇航局NASA的工程师杰弗里兰迪斯（Geoffrey A。Landis）在2011年的一份研究论文中解释说，大多数的提案都试图降低温室气体影响，这将需要大量的能源或高度先进的技术。兰迪斯说，实际上，这些建议旨在逆转气候变化，并使金星恢复到假设的早期状态。

但是尽管相对平和的火星更能抓住那些青睐地形转化方法的有研究人员的思想，Byrne认为金星是更好的候选者。金星的尺寸与地球接近，这将使重力更接近地球。将金星大气中存在的二氧化碳转移走，比尝试扩大火星的微弱大气层更容易。

“如果我们要在任何地方进行地形改造，那我会选择金星而不是火星，”伯恩说。“但是，要明确停止在地球上搞砸我们自己的气候，比寻找使人类更容易居住的其他地方，更加容易。”这颗郁郁葱葱，充满水的星球其实离我们很近。

又乌龙了？“金星发现生命信号”并不可靠？

2020年11月11日 | 量子位

上个月，预印本平台 arXiv 上接连出现了三篇未经同行评审的论文，指出金星大气中发现磷化氢的结论可能是错的。

还记得9月14号那篇在金星“大气层”中观测到了磷化氢的《自然-天文学》（Nature Astronomy）论文吗？论文作者认为，这可能成为金星上有生命的证据。然而就在上个月，预印本平台 arXiv 上接连出现了三篇未经同行评审的论文，指出《自然-天文学》论文的数据分析存在问题，金星大气中发现磷化氢的结论可能是错的。

金星的磷化氢是怎么观测到的？

首先，来看看这篇引起轰动的《自然-天文学》论文本身都讲了些什么。

天文学家 Jane Greaves 领导的国际合作研究团队一开始是使用夏威夷的 James Clerk Maxwell 望远镜（JCMT）发现了金星大气中的磷化氢。此后，他们又在智利的 Atacama 毫米/亚毫米阵列（ALMA）射电望远镜上确认了这一结果。

他们是如何判断金星上有磷化氢的呢？

化学分子会吸收某些特定波长的电磁波，就像是这种物质的“身份证”。如果我们把从行星上穿过的电波分析一下，发现哪些被吸收了，就可以推测行星上存在某种气体。

比如磷化氢会吸收频率为 267 GHz 的电磁波。

结果，科学家们在 JCMT 和 ALMA 接受的信号中发现，在这个频率上有凹陷，因此认为金星上存在着磷化氢。

而且他们根据吸收这个凹陷的大小算出，金星大气中磷化氢浓度是一亿分之二。

然而想从观测数据中得出结论，并不是像上面说得那样容易。

由于地球大气层、望远镜本身结构等等原因，电磁波难免会受到噪声的影响，自带抖动。如果抖动幅度过大，噪声甚至会把信号淹没。

NASA 戈达德太空飞行中心的天体化学家 Martin Cordiner 就指出，使用 ALMA 这样强大的望远镜观测金星这样明亮的天体时，这个问题会变得尤其严重。

对此，Greaves 团队首先在 ALMA 数据成像之前，排除了所有长度小于 33m 的甚长基线干涉测量结果。因为干涉基线越短，信号中的噪声影响就越大。

另外，NASA 还发现，Greaves 的研究团队用多项式方程拟合噪声，然后将其从数据中剔除。

最简单的可以是一阶多项式方程，即 y=mx+b。二阶多项式方程则是 y=m0x2+m1x+b 的形式，n 阶多项式方程以此类推。

本来多项式拟合是常规操作，没有什么。但是 Greaves 团队用了 8 阶多项式拟合 JCMT 望远镜的数据，而 ALMA 望远镜数据，他们居然用到了 12 阶多项式！

数据拟合方式太“疯狂”？

简单总结一下论文的内容，金星上可能存在生命的推断过程是这样的：①通过 JCMT 望远镜，发现了磷化氢；②再通过 ALMA 望远镜，确认了这次观测结果。

最早提出疑问的是 4 名来自荷兰莱顿大学的天文学家，他们发现 ALMA 观测数据的处理方式有问题。火眼金睛的他们，一眼就相中了处理（频谱通带部分）噪声的 12 阶多项式。

12 阶多项式，为什么这么离谱？这就要说到实验曲线的拟合问题。

为了让曲线能够尽可能靠近所有实验数据，选择越高阶的多项式来拟合，就越容易实现。但是多项式的阶数越高，曲线振荡得也会越厉害，偏离真实的情况更容易出现。

著名数学家冯·诺依曼说过一句名言：给我四个参数，我能拟合出一头大象，给我五个参数，我能让大象鼻子晃起来。

4 个参数已经能达成这样的效果，12 阶多项式听起来就更离谱了。但天文学家们还是动手又验证了一遍，主要通过两种方法：

①对 ALMA 收集到的金星数据，重新应用相同的降噪方法；

②用这种降噪方法，对金星光谱的其他部分进行噪声过滤；

从结果来看，得到的光谱数据不仅不符合高斯分布，而且差得还有点大。而且，如果基线选得不同，统计结果可能就会不一样。

莱顿大学的天文学家又处理了一遍数据，磷化氢吸收频率附近的特征为 2σ，低于具有统计学意义的通用阈值，因此不能说明金星大气中有异常含量的磷化氢。

此外，这篇论文中所发现的磷化氢，有个前提条件：是在金星的大气层中发现的。

巴黎天文台的 Thérèse Encrenaz 记录了 2012-2015 年金星三年的观测数据，数据表明，大气层中并没有磷化氢的迹象。

虽然这并不意味着更高的地方没有磷化氢，但 Encrenaz 认为，论文这种说法值得商榷。

而且，ALMA 还只是第一步。

很快又有天文学家发现，JCMT 的数据处理，好像也有点问题。

一位来自英国的天文学家，他在对 JCMT 数据进行再处理时发现，与 ALMA 一样，相似的情况也同样出现在 JCMT 中，也就是所谓的“假阳性”。

此前，Villanueva 的论文表明，JCMT 的吸收线同样可能是二氧化硫，但这篇论文则认为，金星的检测光谱无法证明是否吸收了二氧化硫或是磷化氢。

真理越辩越明

NASA 金星研究组的成员 Byrne 认为，这篇论文再一次激起了人们对于金星的热情，而它的存在也说明，人们对金星的了解还很匮乏。他认为：“获得这些答案的唯一途径，就是到金星上去。”

如果说早前的讨论是，大气中磷化氢的存在是否能证明金星存在生命，那么现在，连磷化氢存在本身都需要更多的探测结果来证明。

不过，也有观点认为，合理质疑是好事，“这就是科学真实的样子”。

【124、再见，卡西尼号：13年土星旅程迎来最后时刻】

KENNETH CHANG

2017年9月15日

卡西尼号的土星之旅

NASA的卡西尼号宇宙飞船用了13年在太空中观测土星，研究它的光环和卫星。本周五，卡西尼即将坠入土星的大气层。它以每小时76000英里的速度飞行，将在两分钟内燃烧并蒸发，结束自己的使命。

加州帕萨迪纳——卡西尼号(Cassini)正在加速走向它的终点。

周五早些时候，13年来一直在研究土星、土星环及土星卫星的美国航空航天局(NASA)卡西尼号太空船将会更加深入该行星的大气层。

在云顶上方，大气依然非常稀薄，几乎是真空。“地球上与之相似的位置可能是国际空间站所在的地点，”卡西尼号项目主管厄尔·梅兹(Earl Maize)于周三在新闻发布会上说。

但是卡西尼号将以每小时约7.6万英里的速度飞行，以这个速度，土星大气层中的几个分子就足以将它撕成碎片。

“卡西尼号大约会在两分钟后汽化，”梅兹说。“但我觉得一分钟就够了。这是不可避免的。”

这正是他和他的团队计划中的事。

为什么卡西尼号的任务即将结束？

随着卡西尼号的燃料即将耗尽，NASA目前正在做善后工作，以避免对土星系统构成影响。任何航天器上都会附着有害的微生物，即便是在1997年发射的也是如此。研究行星的科学家们特别希望确保飞船坠毁时，不会让土卫六和土卫二沾染上飞船从地球带来的那些不可见的不速之客，这两颗卫星存在适合人类居住的可能性。

卡西尼号在最后一次对土卫六的近天体探测飞行中拍下的一张未经处理的照片。

2003年，NASA对伽利略号(Galileo)轨道飞行器做了同样的处理，令其坠入木星的云层中，以保护木卫二——另一个科学家认为可能有生命存在的卫星。

卡西尼号的任务将如何结束？

这一终结时刻于周一开始，当时卡西尼号第127次飞近土星最大的卫星土卫六。这些近天体探测飞行令人们得以详尽观察一个迷雾笼罩、引人入胜的世界；卡西尼号在地球上的导航员还会利用近天体探测飞行进行引力弹射，帮助飞船飞向下一个目标。

这最后的一次近天体探测飞行“足够接近，方向也刚刚好够把卡西尼推向命运的终点，”梅兹说。

周三和周四，卡西尼号开始拍摄最后一组照片，包括土卫二、土卫六和土星。它还会在卡西尼号最终分解的地方拍摄一张照片。

卡西尼号项目主管厄尔·梅兹（左）与项目科学家琳达·斯皮尔克周三在加州帕萨迪纳的NASA喷气推进实验室，他们与其他官员一起谈了卡西尼号项目的终结。

卡西尼号项目主管厄尔·梅兹（左）与项目科学家琳达·斯皮尔克周三在加州帕萨迪纳的NASA喷气推进实验室，他们与其他官员一起谈了卡西尼号项目的终结。

东部时间周四下午5:45，最终一波图像流开始到达地球。传输完成后，也就是10多个小时后，“我们将重新配置卡西尼的最终传输方式，”梅兹说。

在大部分任务中，卡西尼号收集观测资料，将其放在存储器里，稍后传送到地球。周四和周五没有时间这样做了。届时，卡西尼将保持其主天线指向地球，并在仪器收集数据后立即发送回去。对于照片来说，这样的传输方式太慢，所以在最后几个小时内，太空船上的相机将被关闭。

卡西尼号的最后时刻

太空船上将会探出一个用于识别大气成分的进气口收集器，令科学家可以进一步深入了解组成土星的气体。“基本上它将面对的是大气的全力冲击，”梅兹说。

但数据收集将会是短暂的。由于气体分子的阻力开始令太空船飞行发生扭曲，它将发动八个小型推进器，以保持笔直的飞行方向。但是每个推进器都很小，只能施加约八分之一磅的力量，而卡西尼号的体积和重量则相当于一辆30座校车。

在最后五次绕轨道运行过程中，太空船已初步进入土星大气层的上层，其推进器使它保持正确方向。

但在最后一次下行时，卡西尼号不会再绕到土星的另一边。

“接下来，推进器的力量最终将被大气的力量压倒，”梅兹说。

不久后，卡西尼号就会被撕裂。

太空船大部分由铝制成，很快就会融化。它所采用的钚电机是72个棉花糖大小的颗粒，被包裹在由铱和石墨制成的容器中，这个外壳能够承受重新进入地球大气层或发射时的爆炸，可能是飞船上最耐久的部分。“它们将会是最后的残骸，”梅兹说。

根据NASA工程师的计算，卡西尼号的无线电传输将在上午7:55消失。这距离它在土星上死亡的时间实际上已经过去1小时23分钟，但信号正是在这段时间里以光速移动，穿越届时土星和地球之间相隔的10亿英里，被位于澳大利亚的射电望远镜收集，然后传送到NASA的喷气推进实验室。

之后，在可预见的未来，不会再有来自土星的新数据了。

NASA电视台将于东部时间周五上午7时开始在线直播卡西尼号的最后时刻。

延续到最后一刻的科学任务

卡西尼号所收集的信息将供科学家们研究多年。但是，目前从事这一任务的工程师将会分散到新的项目中去。

“卡西尼号的结束让人有些伤感，要和我们所说的这个卡西尼大家庭说再见了，”项目科学家琳达·斯皮尔克(Linda Spilker)表示。“我们当中很多人在一起合作已经几十年了。”

虽然最近几周以来，终结该任务的轨道飞行操作一直是重中之重，但卡西尼号的科学任务仍在继续。

自四月份以来，卡西尼号一直在土星与土星环最内侧之间进行大胆冒险。探测土星的13年以来，卡西尼号大部分时间远离土星环，避免同其石块或冰块发生致命碰撞的可能。随着终点即将到来，现在是冒险的时候了。

卡西尼22次穿过空隙，毫发无损，提供了迄今距离土星环最近的照片。

这一路上，它还为我们格外关心的土卫二和土卫六拍了最后的几组照片。

【125、站在土卫六上会是什么感觉？】

人民日报客户端 2021-02-24

土卫六译文：随着科技的突破，对于地球住民来说，月球——我们自己星球的卫星，已变得不再那么奥妙和遥不可及。但在距离太阳8.86亿英里的地方，有着这样一颗神秘的卫星——土卫六。它环绕着宏伟的气体巨星土星运转，是土星的卫星中最大的一个，比太阳系最小的行星水星还要大。土卫六这个卫星格外与众不同和有趣的地方是，它有浓密的大气层，并且是除地球外唯一可发现大量地表液体的星体。

让我们设想，如果将来有一天，人类有能力并开发出了可供旅行和探索土卫六所需的技术，实现了成功登陆，站在它的表面会是什么感觉？根据探测到的数据测算，可能会出现以下几种情形：首先，因为其表面压力比地球大60％，宇航员们不需要特殊的加压服就可以站立其上，但感觉会像在游泳池底部一样。其次，他们需要一套防护服—以保护他们免受平均温度零下179摄氏度的极端寒冷的伤害，还需要氧气面罩—以维持他们的正常呼吸，因为土卫六上的大气层主要是氮气和甲烷以及少量其他富碳化合物。此外，土卫六上的引力非常低，约为地球的14％，这意味着宇航员们活动起来会感到轻松很多，就像在我们自己的卫星月球上一样。

纵观土卫六的表面，由于没有巨大的火山口或高耸的山脉，宇航员们会看到一个相当平坦的地貌景观——一片由碳氢化合物形成的高大沙丘的广阔地域以及大面积散布的冰态水结构的颗粒和岩石。但其中最令人惊叹的景观莫过于流动的液态甲烷河和乙烷河了。这些河流在土卫六表面雕刻出了河道，并流向远处可见水岸线和岛屿的巨大湖泊。当宇航员仰望天空时，会看到泛着朦胧的橙黄色的云层……

土卫六

如果我们的着陆点位于土卫六泰坦一侧，面向土星，由于浓厚大气层的遮掩，土星这颗巨大的气态行星将变得隐约可见。土卫六上没有发生过太多的天气事件，但浓厚的云层中偶尔也会发出如我们行星遭遇雷雨天气时隆隆的雷声，天空倾泻下液态甲烷雨，迎接勇敢探索者的到来。这颗奇妙的类行星卫星有着许多有趣的特质，它也是太阳系边缘最理想的宜居地之一，也使它成为未来人类探索太空的潜在目的地。

相关知识：

土卫六（泰坦）是最大的土星卫星，太阳系中第二大的天然卫星。它是唯一已知的拥有浓厚大气层的卫星，也是唯一已知的除地球外，有证据表明其表面具有液体的稳定天体。土卫六是七颗环绕土星轨道的引力卫星之一，其中距土星第二远。它通常被描述为“类似行星的卫星”,其直径是月球的1.5倍，质量是月球的1.8倍。土卫六是太阳系第二大卫星，仅次于木卫三盖尼米得。它的直径大于水星，但其质量仅为水星的40%。

土卫六于1655年被荷兰天文学家克里斯蒂安·惠更斯发现，是首颗观测到的土星卫星，也是历史上继月球和四颗伽利略木星卫星后第六颗被发现的卫星。 土卫六的环绕轨道长约为20倍土星半径。从土卫六的表面看，土星在其5.09度的弧线上。如果视线能够透过厚厚的大气层，这颗卫星约是我们仰头看到的天空中月亮的11.4倍大。

土卫六主要由冰和岩状固体物质组成，这些物质会分化为岩石内核与外围层层的冰，冰层中包括表层的硬冰和次表层的富氨液态水。如太空时代以前的金星一样，土卫六浓厚的大气层妨碍了我们对其表面结构的了解，直到2004年卡西尼-惠更斯任务提供的包括发现了位于土卫六极地地区的液态烃湖的新信息，我们才更新了认识。虽然在土卫六上已经发现了一些山脉和几座可能的冰火山，但这个从地质学上来说相对年轻的地表大体上是平整的，几乎没有撞击坑。

土卫六译文：随着科技的突破，对于地球住民来说，月球—我们自己星球的卫星，已变得不再那么奥妙和遥不可及。但在距离太阳8.86亿英里的地方，有着这样一颗神秘的卫星—土卫六。它环绕着宏伟的气体巨星土星运转，是土星的卫星中最大的一个，比太阳系最小的行星水星还要大。土卫六这个卫星格外与众不同和有趣的地方是，它有浓密的大气层，并且是除地球外唯一可发现大量地表液体的星体。

让我们设想，如果将来有一天，人类有能力并开发出了可供旅行和探索土卫六所需的技术，实现了成功登陆，站在它的表面会是什么感觉？根据探测到的数据测算，可能会出现以下几种情形：首先，因为其表面压力比地球大60％，宇航员们不需要特殊的加压服就可以站立其上，但感觉会像在游泳池底部一样。其次，他们需要一套防护服—以保护他们免受平均温度零下179摄氏度的极端寒冷的伤害，还需要氧气面罩——以维持他们的正常呼吸，因为土卫六上的大气层主要是氮气和甲烷以及少量其他富碳化合物。此外，土卫六上的引力非常低，约为地球的14％，这意味着宇航员们活动起来会感到轻松很多，就像在我们自己的卫星月球上一样。

纵观土卫六的表面，由于没有巨大的火山口或高耸的山脉，宇航员们会看到一个相当平坦的地貌景观—一片由碳氢化合物形成的高大沙丘的广阔地域以及大面积散布的冰态水结构的颗粒和岩石。但其中最令人惊叹的景观莫过于流动的液态甲烷河和乙烷河了。这些河流在土卫六表面雕刻出了河道，并流向远处可见水岸线和岛屿的巨大湖泊。当宇航员仰望天空时，会看到泛着朦胧的橙黄色的云层……

土卫六

如果我们的着陆点位于土卫六泰坦一侧，面向土星，由于浓厚大气层的遮掩，土星这颗巨大的气态行星将变得隐约可见。土卫六上没有发生过太多的天气事件，但浓厚的云层中偶尔也会发出如我们行星遭遇雷雨天气时隆隆的雷声，天空倾泻下液态甲烷雨，迎接勇敢探索者的到来。这颗奇妙的类行星卫星有着许多有趣的特质，它也是太阳系边缘最理想的宜居地之一，也使它成为未来人类探索太空的潜在目的地。

相关知识：

土卫六（泰坦）是最大的土星卫星，太阳系中第二大的天然卫星。它是唯一已知的拥有浓厚大气层的卫星，也是唯一已知的除地球外，有证据表明其表面具有液体的稳定天体。土卫六是七颗环绕土星轨道的引力卫星之一，其中距土星第二远。它通常被描述为“类似行星的卫星”,其直径是月球的1.5倍，质量是月球的1.8倍。土卫六是太阳系第二大卫星，仅次于木卫三盖尼米得。它的直径大于水星，但其质量仅为水星的40%。

土卫六于1655年被荷兰天文学家克里斯蒂安·惠更斯发现，是首颗观测到的土星卫星，也是历史上继月球和四颗伽利略木星卫星后第六颗被发现的卫星。 土卫六的环绕轨道长约为20倍土星半径。从土卫六的表面看，土星在其5.09度的弧线上。如果视线能够透过厚厚的大气层，这颗卫星约是我们仰头看到的天空中月亮的11.4倍大。

土卫六主要由冰和岩状固体物质组成，这些物质会分化为岩石内核与外围层层的冰，冰层中包括表层的硬冰和次表层的富氨液态水。如太空时代以前的金星一样，土卫六浓厚的大气层妨碍了我们对其表面结构的了解，直到2004年卡西尼-惠更斯任务提供的包括发现了位于土卫六极地地区的液态烃湖的新信息，我们才更新了认识。虽然在土卫六上已经发现了一些山脉和几座可能的冰火山，但这个从地质学上来说相对年轻的地表大体上是平整的，几乎没有撞击坑。

【126、这颗卫星和地球有相似的大气层，却只有地球的1/50，可能存在生命】

2019-01-31 由 阿川频道 發表于科学

导语：土卫六是土星最大的卫星，在很多方面，它看起来更像一颗行星而不是卫星。

它与地球惊人地相似，但却与地球截然不同，极端寒冷，河流、湖泊和海洋充满液态甲烷/乙烷。此外，土卫六是太阳系中唯一一颗大气层较厚的卫星，在这方面，它也让人想起太阳系中的主要行星。土卫六的大气层和地球大气层一样，主要由氮气组成。土卫六的大气层是如何形成的，这一直是这个奇异世界的谜团之一。

一项新的研究揭示了这个问题。这项研究于2019年1月22日发表在《天体物理学杂志》的网络版上。这项来自西南研究所(SwRI)的研究表明，土卫六大气中的氮来自于卫星内部有机物作用。世界资源研究所空间科学与工程部的研究科学家、这项研究的主要作者凯利米勒提供了一些背景资料：

土卫六是一颗非常有趣的卫星，因为它有非常厚的大气层，这使得它在太阳系的卫星中独一无二。它也是太阳系中除地球外，唯一在表面有大量液体的天体。然而，土卫六拥有的是液态碳氢化合物而不是水。

毫无疑问，土卫六上正在发生大量的有机化学反应，因此，它是人们好奇的一个不可否认的来源。

关于土卫六大气的主要理论是，来自彗星的氨冰在撞击或光化学作用下转化为氮，形成土卫六的大气。虽然这可能仍然是一个重要的过程，但它忽略了我们现在所知道的彗星中相当大一部分的影响：复杂的有机物质。

米勒的研究灵感来自于一项对另一个截然不同的物体——67P/丘留莫夫-格拉西缅科彗星的探测任务，该任务由欧洲航天局的罗塞塔号飞船进行了详细的研究。事实证明彗星的成分是1/2的冰，1/4的岩石和1/4的有机物质。根据米勒的说法，这颗彗星的组成对于弄清土卫六的大气层是如何形成的具有重要意义：

外太阳系的彗星和原始天体真的很有趣，因为它们被认为是太阳系剩下的组成部分。这些小天体可以被合并到更大的天体中，比如土卫六，在它的核心可以找到密度大、富含有机物的岩石物质。

那么这一切究竟是如何适用于土卫六的呢？米勒将土卫六内部的热模型与陨石中有机物的数据进行了比较。这个想法是想看看在土卫六刚形成时，陨石撞击土卫六能产生多少气态物质。

结果是，卫星上大约一半的氮，也许还有大部分的甲烷都可以在这种情况下解释。这些有机物将被作用生成成土卫六，就像它在几十亿年前形成的那样。

土卫六的大气中主要含有氮，但也含有5%的甲烷，可以形成有机化合物。如今，这些有机物遍布土卫六——无论是在大气中（以雾霾的形式），还是覆盖在土卫六表面（包括由大量有机物构成的"沙丘"）。

但是土卫六大气中的甲烷仍然需要以某种方式进行补充，因为甲烷会随着时间的推移而分解，科学家们仍然不确定这是如何发生的。在地球上，大多数甲烷来自生物，但在土卫六上——考虑到极端的条件——更有可能是卫星最初形成时遗留下来的原始甲烷，类似于在冰巨星天王星和海王星的大气中发现的甲烷。

然而，一些科学家确实认为，土卫六上可能存在某种原始生命，可能存在于土卫六的甲烷/乙烷湖泊和海洋中，也可能存在于地表水海洋中。

【127、真实比例的太阳系 】

2018-06-01

你喜欢天文学吗？你认识太阳系吗？

一说到太阳系，你脑海中是不是出现这样一幅图画：太阳位于中心，水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星八大行星整整齐齐排布其中，在各自的轨道中围绕着太阳不停地转呀转，整个太阳系有点像一个巨大的永不停歇的旋转木马。

脑海中的太阳系是不是这个样子？

但是这样的图景和真实的太阳系相去甚远。若要用一个词来形容真实的太阳系，最合适的恐怕就是“空旷”。如果用一个边长100米的正方形场地来模拟整个太阳系，太阳所占的空间不到1毫米，而这1毫米的太阳中却有着整个太阳系99.8%的质量。而地球呢，大约只有你一根头发的直径的十分之一大小，放在你面前你都看不到。

太阳系中的主要天体如果按照比例缩小会是怎样的呢？

假设我们的地球缩小成一个苹果这么大，直径大约就是8厘米左右。其他七大行星大小是怎样的呢？

首先我们看看位于地球内侧的邻居——金星。太阳系中金星的体积和地球是最接近的，只比地球小一点，要是地球是一个苹果，金星大概是稍微小一号的苹果。离太阳最近的水星就会变成核桃这么大，而我们地球外侧的邻居火星就会变成鸡蛋大小。

接下来木星的大小恐怕就要远超你的想象了。作为太阳系最大的一颗行星，要是地球是苹果那么大，木星足有一个撑开的大雨伞大小，直径比地球大十倍还要多，而木星的邻居土星也很庞大，它的直径比我们上课所使用的单人书桌还要大。

我们可以想象一下，地球与土星的大小对比起来就相当于你把一个苹果放在桌子上。而剩下的两个大行星——天王星和海王星，他们的体积与地球相比就像是大个的西瓜。

从大小上来看，水星、金星、地球和火星是太阳系中的小朋友，木星、土星、天王星和海王星就成了太阳系中的巨无霸。而太阳系的家长——太阳，它的真实体积就更加庞大了，太阳可以装下130万个地球，所以要是与地球这个苹果相比，太阳的体积就像是间教室。

太阳拥有着太阳系的绝大部分质量，所以才能让整个太阳系的成员们围绕着自己不停地旋转。

在按比例缩小的太阳系主要成员中，找到地球了吗？

我们设想一下，在学校的操场中心放置着缩小成一间教室这么大的太阳。你猜猜距离太阳最近的水星会在什么地方？跑道上？不是！教学楼里？不是！学校大门口？还不是！像核桃一样大的水星在学校对面的马路上，距离操场300多米的地方。而小苹果——金星在距离操场将近700米的位置。

我们的地球在哪里呢？它正在距离学校将近1千米的地方围绕着学校操场上的太阳旋转呢。而地球的邻居，那个鸡蛋大小的火星在离学校大约1.4千米的地方，这个位置你大概要坐两站公交车才能到。但这些还是在太阳系中距离太阳比较接近的行星。

距离太阳更远的行星中的巨无霸木星此时距离你学校将近5千米，这应该已经比你从学校到家的路要远了。我们继续向外，在距离学校已经将近9千米地方你会找到一个书桌大小的球，这个球就是土星。

而那两个大西瓜大小的天王星和海王星在哪里呢？天王星已经在郊区附近了，它到你的学校是大约18千米 。而太阳系中距离太阳最远的大行星海王星在哪里呢？它已经远在了28.2千米之外了。想不到吧，太阳各行星的的真实距离居然相差了这么多！

假设太阳在前门地铁站的位置，水星、金星、地球和火星到太阳的相对距离关系

假设太阳在前门地铁站的位置，木星、土星、天王星和海王星到太阳的相对距离关系

但海王星并不是太阳系的边界。在海王星之外的冥王星——已经被除名的原第九大行星正在你学校37千米之外的地方。而冥王星也不是太阳系的边界。在海王星外侧有一片非常宽阔的充满着冰冻的小个星体的地带，被科学家叫做柯伊伯带，而冥王星还是柯伊伯带中比较靠近太阳的一颗矮行星。

科学家指出，在柯伊伯带之外还有一个叫奥尔特星云的地方，那才是太阳系真正的尽头，奥尔特星云最远的地方已经距离太阳有1光年的距离，也就是说光从太阳出发要走1年才能到达。

如果把奥尔特星云边缘到太阳的距离放在咱们刚刚缩小的以学校操场上的太阳为中心的太阳系模型中，这个距离是将近十万千米，要知道我们的赤道周长才不过4万千米多一点。就算我们把地球从一个苹果缩小到一个豆子的大小，土星也会在在300多米以外，冥王星会在2.5千米外的远处。而这时候冥王星仅仅是一个细菌的大小。而这，才是我们太阳系真正的比例。

【128、真相：希克苏鲁伯陨石撞击地球后发生了什么】

乔纳森·阿莫斯（BBC 科技事务记者 2019年4月3日）报道：

地震冲击波在湖里激起巨大的波浪，学术上叫湖啸——大约6600万年前，地球上的恐龙突然灭绝，目前的权威解释是因为一颗小行星撞地球导致的，教科书上称之为希克苏鲁伯陨石（Chicxulub asteroid）。

历代的人类对当时发生的场景可以想象，也只能想象。

不过，最新出土的一批化石为人们的想象提供了更具体、更形象的素材。

这是一批鱼和树木化石，在美国北达科他州出土。化石表面裹着一层来自天外的玻璃状岩石碎砾，而且还有曾被水淹的迹象。

希克苏鲁伯撞上地球之后，排山倒海，乾坤挪移。那惊心动魄的时刻就锁在各式各样的化石里。

历代地质学家、考古学家就凭这种化石一点一滴复原洪荒之力主宰的地球的模样。

关于希克苏鲁伯陨石撞击的最新研究报告发表在《美国科学院院报》（PNAS）上。

罗伯特·德帕尔玛（Robert DePalma）是堪萨斯大学地质学专业学生——堪萨斯大学地质专业学生罗伯特·德帕尔玛（Robert DePalma）和同学在一个叫塔尼斯（Tanis）的地方发现了这批远古化石。在他们看来，这堆灰头土脸的东西在讲述一个远古的故事，发生在6600万年前某一天，希克苏鲁伯陨石与地球合为一体之后数小时内发生的事。

希克苏鲁伯直径12公里。它跟地球拥抱时，数十亿吨液化和汽化的岩石喷薄而起，铺天盖地，方圆数千公里旋即盖上了一层岩浆。

塔尼斯出土的化石忠实地记录了珠子般大小的熔岩横扫地面的时刻。

鱼在混合着熔岩的湖中挣扎，呼吸之间把水里的熔岩颗粒吸进去，然后，这些杂质就卡在鱼鳃里，伴随着这些鱼儿成为化石。

琥珀的前世是树脂。琥珀中的熔岩颗粒清晰可见，仔细辨别，还可以看出当时熔岩颗粒进入树脂时留下的轨迹。

变成化石的鱼层层叠叠。也许，巨大的冲击波引发湖啸，水里的鱼带着满腮的熔岩颗粒，被滔天巨浪抛上岸，叠成一堆。

地质化学家发现，墨西哥湾希克苏鲁伯陨石撞击坑和北达科他州化石表面附着的天外飞来的物质之间有联系。

他们还算出这些附着物质的年代大约是6576万年前。

这个数字跟世界各地有关陨石撞地球的研究得出的数据很吻合。

根据塔尼斯的化石群散落的形态判断，这个地区当时可能受到巨浪的冲刷。

据推断，陨石撞地球时曾引发海啸，但巨浪需要几个小时才能从墨西哥湾冲到3000公里之外的北达科他州，即使几千万年前北美大陆上可能有一条直通海洋的水道。

研究人员认为，陨石撞击的冲击力相当于10、11级地震冲击波，在全球扩散，引发湖啸。

湖啸和海啸类似，滔天巨浪滚滚而来，湖里所有的东西被浪潮裹挟着上天落地，最后成为化石群。

德帕尔玛说：“那就是一堆各色各样的淡水鱼、陆生脊椎动物，树木、枝杈、树干、海菊石和其他海洋生物，一股脑都被一个巨浪甩到陆上，全挤在这一层沉积物里。”

他补充道：“海啸的浪潮需要17个小时或更长时间才能从（希克苏鲁伯）陨石坑抵达（塔尼斯）化石群出土地点，但地震波及其引发的湖啸则只需要几十分钟就够了。”

沃特· 阿尔瓦雷兹提出白垩纪末期大撞击猜想

PNAS杂志上发表的研究报告作者之一是沃特·阿尔瓦雷兹（Walter Alvarez) 。他和父亲路易斯·阿尔瓦雷兹（Luis Alvarez) 都是美国加利福尼亚州的地质学家。目前较流行的观点认为恐龙灭绝是6600万年前小行星撞击地球导致的，阿尔瓦雷兹父子的研究为这个理论的形成做出了贡献。

他们发现，白垩纪的地质沉积物富含铱元素。这种元素普遍认为来自彗星或小行星。

塔尼斯的地质沉积物里也发现了铱元素。

阿尔瓦雷兹教授说：“我们提出恐龙大灭绝猜想时，依据的只是铱元素异常积淀的发现，这种沉淀是彗星或小行星的手印。自那以后，证据越来越多。但是，发现这样一个死亡现场完全出乎我的意料。”

另一位共同作者，曼彻斯特大学的费尔·曼宁（Phil Manning）认为，塔尼斯化石出土的地方是解开恐龙末日之谜的地方，是世界上最重要的科考地点之一。

【129、众所周知！金星是太阳系中最热的行星，那么它到底有多热呢？】

2021-05-14 天文在线

得名于罗马的爱与美丽之神维纳斯（Venus），金星是我们最亲密的邻居，同时也是夜空中仅次于月亮的第二亮天体。它有着与地球相似的大小和结构，上层为较薄的“地壳”，中间是流动的岩浆组成的“地幔”，中心则由液态铁芯构成。在外形上它比地球稍微小一些，直径约7520英里，相当于12,104公里，它与太阳平均距离是6,700万英里，相当于1.08亿公里。

金星被一层厚厚的二氧化碳笼罩着，覆盖整颗星球的表面。这层稠密的大气保住了来自太阳的热，就好比阳光房的玻璃窗产生了温室效应。也正因如此，金星是太阳系中最炎热的星球，它的表面温度达到了472℃，相当于880华氏度。然而大约在距离金星地表以上约30英里的大气中，气温急剧下降，与地表温度大致相同。最近的研究发现，金星上温度较低的顶部大气可能有适宜的条件使微生物得以生存，这些微生物可以帮助科学家解释困扰他们多年的大气形状问题。在稠云之下，金星是一个被流动的远古熔岩覆盖烧焦的变形世界。

下层大气是如此稠密，以至于站当你站在金星表面仿佛置身于3000英尺，相当于914米的深水之中，压力达到了92兆帕。金星表面地形大多是一马平川，耸立的几座山脉与火山也仍依稀可辨。最高山麦克斯韦·蒙特斯（Maxwell Montes）足足有7英里高，相当于11千米，比珠穆朗玛峰还要高，还要庞大。这种恶劣而干燥的环境使我们目前已知的生物完全无法生存，甚至连成功降落的金属航天器也只能在被摧毁并融化前的苦苦挣扎一个小时。但金星并不一直是我们今天所见的这般酷热的极端世界，已有研究表明，仅在7亿年前，这颗死寂的星球上，可能曾存在过流淌的浅海。

如果这是真的话，也许在百万年后，金星的气候会变得略微宜人，甚至再过上足够长的时间，生命将从这里诞生。 金星和水星相同，是太阳系中没有卫星的行星之一。而且，它是太阳系中唯一一颗顺时针自转的行星，这种现象叫做逆行自转。这意味着，如果你站在金星上，看到的太阳会是西升东落的。它的逆行自转速度也相当缓慢，这使得金星上的一天有243个地球日那么长。然而，金星上的一年只有225个地球日。也就是说在金星上，一天比一年的时间还要长。

由于金星上极端的大气条件，想要探索金星一直十分困难。但是，很多航天器都曾造访过这个神秘的星球。在二十世纪六十、七十和八十年代，前苏联发射的探测器不仅穿过金星的云层降落在了金星的表面，而且能够从金星发回数据，有一些甚至首次捕捉到了这个星球上神秘的景色。在后来的探索中，天文学家们利用射电望远镜和轨道卫星收集到的强雷达信号，透过金星的大气描绘出了金星表面的情况：金星的表面98%都是火山地貌，因此显得斑痕累累。 尽管我们对金星已经有了很多的了解，但仍有许多奥秘等待我们去揭开。通过研究这个奇异的世界，我们可以更好地了解我们自己星球的大气，甚至有可能可以让地球免于有朝一日变成另一个金星。

【130、最像地球的星球就在太阳系！40亿年后可供人们居住】

2016-07-20 由 光明网 發表于科学

7月19日消息，太阳系存在许多宜居星球，但是如果要移民，土卫六绝对是最佳星球。这个星球不但距离地球非常近，而且资源丰富。科学家们甚至在这颗星球上发现了外星生命。

天文学家使用卡西尼号宇宙飞船(Cassini)观测到土星的第六颗卫星「泰坦」(Titan)越来越像地球，那里有大气、湖泊、海洋等各种地质结构。

让科学家感到惊奇的是，这些液态甲烷来自哪里？对此，有的科学家解释为，泰坦上也有类似地球的下雨天气变化，因此雨水形成那些泰坦地表的海洋湖泊地形。

目前，已知泰坦大气中的氮气占95%，其余成分为甲烷、乙烷等气体。和地球大气中氧气占30%的组成不同，泰坦大气中含非常少的氧气。

因此科学家甚至想像，泰坦的具有和地球一样的天气变化、气温变化以及相似的海岸线分布特征。

参与观测的法国LATMOS实验室科学家爱丽丝·拉高尔(Alice Le Gall)表示，泰坦可能有新下的甲烷雨水注入一些湖泊，或者其它的原因将甲烷中的乙烷清除后沉积到那些甲烷湖中，之后又流入甲烷海洋。报导说，科学家在2013年使用雷达观测发现，在泰坦上的最大海洋丽姬亚海(Ligeia Mare)的液态甲烷深度可达160米。拉高尔补充：「我们推测，在丽姬亚海的海床，有可能存在富含有机物的污泥层。」

他们已经在土星最大的卫星、土卫六提坦上发现生命存在的迹象——某种未知生物正呼吸着提坦的大气，并以地表的燃料为食。

NASA的研究结果主要建立在由美方和欧洲航天局主持进行的针对土星的“卡西尼-惠更斯” 号科学考察任务。“卡西尼”号土星探测器利用先进的红外光谱技术对土星及其卫星的地表特征、大气层、光环和磁场等进行了深入研究。“卡西尼”号土星探测器在2008年7月发现提坦南极地区存在一个比北美安大略湖还要大出许多的湖泊。这样提坦就成为人类迄今为止在太阳系中发现的第二颗存在液体的星球，也是目前已知与地球最为相像的行星。

报道称，“卡西尼”号土星探测器深入分析了提坦表面的化学成分，最终发现有机化学物质遍布这个面积比月亮大1.5倍的星球。不过科学家称，提坦湖泊里的液体不是水，而是甲烷，因此他们估计曾经生活在提坦上的生命是以甲烷为基础的。

对于是否存在生命这一点，NASA在报告中指出，首先，提坦大气中的氢气在吹拂到星球表面时就没有了，这表明氢气是被“提坦虫子”呼吸掉了；其次，“卡西尼”号土星探测器发现提坦表面缺少一种特殊的化学成分，科学家因此认为这些化学物质是被某种生命消耗掉的。

NASA天体生物学家克里斯·麦凯称：“如果我们发现的这些信息真的是生命存在的迹象的话，那简直是太令人激动了。因为这预示着宇宙中还存在着除水基生命外的另一种以甲烷为基础的生命形式。”

科学家相信，提坦的化学组成非常适合生命的进化和成长，再过40亿年，地球就会被膨胀了的太阳吞没，不过到那时，提坦已然会发展为另一颗适合地球生命生存的星球，成为第二个人类理想家园。

看来，人们不需要跑太远依旧可以进行太空旅行，不管从哪个方面来说，土卫六都是最佳的选择。

（另起一页）

【161卷】

宇宙朝圣导论

Cosmic Pilgrimage Introduction

《宇宙朝圣》第一卷

"Cosmic Pilgrimage" Volume One

2021年7月第一版

July 2021 First Edition

谢选骏全集第161卷

Complete Works of Xie Xuanjun Volume 161

内容提要

如果我们不能用一种朝圣的态度和方式去从事宇宙探险、宇宙旅行和宇宙殖民，那么其结果一定是极为悲剧的。

Synopsis

If we cannot use a pilgrimage attitude and method to engage in space exploration, space travel, and space colonization, then the result must be extremely tragic. 

【162卷】

无垠宇宙

Boundless Universe

《宇宙朝圣》第二卷

Cosmic Pilgrimage Volume Two

2021年7月第一版

July 2021 First Edition

谢选骏全集第162卷

Complete Works of Xie Xuanjun Volume 162

内容提要

宇宙像一个万花筒，随着人类的观测能力而不断延伸……

Synopsis

The universe is like a kaleidoscope, continuously extending with the observation ability of human beings... 

【163卷】

外星生命

Alien Life

《宇宙朝圣》第三卷

Cosmic Pilgrimage Volume Three 

2021年7月第一版

July 2021 First Edition

谢选骏全集第163卷

Complete Works of Xie Xuanjun Volume 163

内容提要

能够抵达地球的外星人，比地球人类更善良还是更凶残？

Synopsis

Aliens who can reach the earth are kinder or more cruel than human beings on earth?

【164卷】

地球母亲

Mother Earth

《宇宙朝圣》第四卷

Cosmic Pilgrimage Volume Four

2021年7月第一版

July 2021 First Edition

谢选骏全集第164卷

Complete Works of Xie Xuanjun Volume 164

内容提要

以往关于“天堂”的思想，体现的恰恰是类似地球般的温柔的蓝色；而宇宙空间的多数色彩，反而是类似“地狱”般的黑暗的，或是类似“炼狱”般的炽热的。

Synopsis

In the past, the thought of "heaven" reflected the gentle blue like the earth; but most of the colors in the universe were dark like "hell" or hot like "purgatory".

【165卷】

走向太空

Go To Space

《宇宙朝圣》第五卷

Cosmic Pilgrimage Volume Five

2021年7月第一版

July 2021 First Edition

谢选骏全集第165卷

Complete Works of Xie Xuanjun Volume 165

内容提要

走向太空是划时代的一步，与此同时，互联网整合了地球——这不能说是一个简单的巧合。

Synopsis

Going to space is an epoch-making step. At the same time, the Internet has integrated the earth-this cannot be said to be a simple coincidence.

【166卷】

登陆外星

Alien Landing

《宇宙朝圣》第六卷

Cosmic Pilgrimage Volume Six

2021年7月第一版

July 2021 First Edition

谢选骏全集第166卷

Complete Works of Xie Xuanjun Volume 16

内容提要

人类可以登陆月球，人造物体可以登录火星，而不仅仅是一次性地坠毁勘探。

Synopsis

Humans can land on the moon, and man-made objects can land on Mars, not just crashing and exploring all at once.

【167卷】

太阳系

Solar System

《宇宙朝圣》第七卷

"Cosmic Pilgrimage" Volume Seven

内容提要

太阳系是人类和人造物体目前可以到达的极限，就像宇宙为人类预先划定的一个鱼缸——你们可以看到外面的世界，但是你们到达不了外面的世界。

Synopsis

The solar system is the current limit that humans and man-made objects can reach, just like a fish tank pre-delineated by the universe for humans-you can see the outside world, but you cannot reach the outside world.

【168卷】

拟人天象

Anthropomorphic Astrology

《宇宙朝圣》第八卷

"Cosmic Pilgrimage" Volume Eight

2021年7月第一版

July 2021 First Edition

谢选骏全集第168卷

Complete Works of Xie Xuanjun Volume 168

内容提要

宇宙物质的分布，从太阳系、银河系、星系团（群）到超星系团，仿佛构成一个又一个“阶梯”。……当天文学家测量出相对于宇宙微波背景辐射（CMB）的运动时，莱登-贝尔等人（1988年）猜测有个"巨引源"，但是他的本质为何仍然难以理解。……在我看来，上述宇宙的结构好像进行着觐见礼。这是宇宙规模的朝圣历程。我把这叫做上帝的奇迹。上帝让我们到这世界上来，就是为了让我们能够见证这样的业绩。

Synopsis

The distribution of cosmic matter, from the solar system, the Milky Way, galaxy clusters (groups) to super galaxy clusters, seems to form one "staircase" after another. …When astronomers measured the motion relative to the cosmic microwave background radiation (CMB), Leiden-Bell et al. (1988) speculated that there was a "giant attractor", but its nature is still difficult to understand. ...In my opinion, the structure of the above-mentioned universe seems to be undergoing an audience meeting. This is a pilgrimage on a cosmic scale. I call this a miracle of God. God asked us to come to this world so that we can witness such achievements.

【169卷】

黑洞内外

Inside and Outside the Black Hole

《宇宙朝圣》第九卷

"Cosmic Pilgrimage" Volume Nine

2021年7月第一版

July 2021 First Edition

谢选骏全集第169卷

Complete Works of Xie Xuanjun Volume 169

内容提要

“暗能量掌握了宇宙的终极命运”——这也许不是一个疑问，而是一个答案。因为“看不见摸不到的暗能量”，似乎更能接近圣经所说的“有眼却不能看，有耳却不能听”的上帝真理。于是在我看来，并非看不见摸不到的暗能量掌握了宇宙的终极命运，而是看不见摸不到的暗能量更加接近掌握了宇宙的终极命运的上帝旨意。

Synopsis

"Dark energy has mastered the ultimate destiny of the universe"-this may not be a question, but an answer. Because "the dark energy that cannot be seen or touched" seems to be closer to God's truth that the Bible says that "have eyes but cannot see, and ears but cannot hear". So in my opinion, it is not the invisible dark energy that controls the ultimate destiny of the universe, but the invisible dark energy is closer to the will of God that controls the ultimate destiny of the universe.

【170卷】

新的地心说出现了

A New Geocentric Theory Appears

《宇宙朝圣》第十卷

"Cosmic Pilgrimage" Volume Ten

2021年7月第一版

July 2021 First Edition

谢选骏全集第170卷

Complete Works of Xie Xuanjun Volume 170

内容提要

新的地心说出现了——地球是宇宙观测的中心。对于人类来说，事情只能如此。因为人类不可能到太阳上观测宇宙，也不可能前往银河中心进行活动，所以，日心说和银心说，都是臆测甚至是妄想。宇宙或许没有中心，但地球显然是宇宙观测的中心。

Synopsis

A new geocentric theory appeared-the earth is the center of cosmic observation. For humans, things can only be so. Because it is impossible for human beings to observe the universe from the sun, nor to go to the center of the galaxy to carry out activities, the heliocentric theory and the galactic center theory are all speculations or even delusions. The universe may not have a center, but the earth is clearly the center of cosmic observation. 

（另起一页）

书名

太阳系

Solar System

《宇宙朝圣》第七卷

"Cosmic Pilgrimage" Volume Seven

作者

谢选骏

Xie Xuanjun

出版发行者

Lulu Press, Inc.

地址3101 Hillsborough St.Raleigh, NC 27607—5436 USA

免费电话1—888—265—2129

国际统一书号ISBN:

定价US$最低

2021年7月第一版

July 2021 First Edition

谢选骏全集第167卷

Complete Works of Xie Xuanjun Volume 167