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【太陽(yáng)系最遠(yuǎn)的行星為什么這么大】 天王星與海王星是太陽(yáng)系內(nèi)最遠(yuǎn)的行星，距離太陽(yáng)大約有20億到30億英里遠(yuǎn)。它們是太陽(yáng)系外圍的哨兵。 大多數(shù)人對(duì)于這兩顆冰巨行星關(guān)注度很少，甚至認(rèn)為它們與我們毫無(wú)關(guān)聯(lián)。它們的知名度甚至還不如它們的小弟弟——那顆自帶“愛心”的矮行星“冥王星”。 然而對(duì)于行星天文學(xué)家來(lái)說(shuō)，它們的大小和位置一直是個(gè)謎。因?yàn)樵谀撤N程度上，它們不應(yīng)該存在，或者至少它們不應(yīng)該存在于它們所在的地方。 科學(xué)家們無(wú)法理解的是，這些巨大的行星是如何變得如此之大，離太陽(yáng)又是如此之遠(yuǎn)。 為什么科學(xué)家們會(huì)有這樣的疑問(wèn)，讓我們回到45億年前……太陽(yáng)系的誕生的時(shí)候。 一開始，太陽(yáng)由一個(gè)由氣體和塵埃組成的圓盤點(diǎn)燃。于此同時(shí)，第一批行星的巖石內(nèi)核開始成長(zhǎng)，它們?cè)诶@太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的過(guò)程中與圓盤上的碎片相撞。
但內(nèi)行星有大小限制，要成長(zhǎng)為一個(gè)巨大的行星，就需要?dú)怏w，來(lái)自初生太陽(yáng)的熱量將這些較輕的氣體分子噴發(fā)到天文學(xué)家稱之為雪線的范圍之外。 這里的溫度足以讓氫和氦等氣體分子穩(wěn)定下來(lái)。木星和土星最先成形，吞噬著豐富的氣體，迅速成為氣態(tài)巨行星。 但是海王星和天王星不一樣，木星和土星的氫和氦含量約為90%，而海王星和天王星的氫和氦含量更接近20%。 那么氣體中的這種差異告訴了我們什么呢？ 科學(xué)家們懷疑天王星和海王星出現(xiàn)得稍晚一些，因?yàn)槟抢餂](méi)有那么多的氣體可以被收集。 在氫氣和氦氣消失之前，天王星和海王星能吸收的氫氣和氦氣的時(shí)間并不多。但由于它們是在更遠(yuǎn)的地方，那里足夠冷，其他更重的氣體在那里凍結(jié)，這些氣體被不斷增長(zhǎng)的外行星掃蕩一空。 在天王星和海王星所在的地方，有成噸的冰，當(dāng)然這些成噸的冰是指由甲烷，氨，水等組成的冰凍氣體。
也許它們比木星和土星要小，但這些重冰意味著它們的密度會(huì)增大。作為太陽(yáng)系的冰巨人行星，天王星和海王星似乎太大了。 要知道在新生恒星周圍由氣體和冰組成的圓盤不會(huì)永遠(yuǎn)存在下去。而且太陽(yáng)系深處的物質(zhì)分布得很薄。當(dāng)它們?cè)谔?yáng)系深處運(yùn)行時(shí)，兩個(gè)天體相互碰撞和吸積的時(shí)間就會(huì)變慢。 因?yàn)樘?yáng)外圍的公轉(zhuǎn)周期要長(zhǎng)得多，這需要非常非常長(zhǎng)的時(shí)間。海王星和天王星圍繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)的速度非常慢，以至于無(wú)法與足夠多的冰物質(zhì)發(fā)生碰撞，從而形成我們今天看到的巨行星。 所以當(dāng)科學(xué)家們?cè)谶@個(gè)非常遙遠(yuǎn)的軌道上觀察海王星時(shí)，太陽(yáng)系這個(gè)軌道應(yīng)該沒(méi)有足夠的時(shí)間來(lái)建造一個(gè)像海王星這樣的行星。 很長(zhǎng)一段時(shí)間，科學(xué)家們都被這個(gè)謎題所困擾。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)人類終于可以探索系外行星時(shí)，這個(gè)謎團(tuán)才得以解開。 【天王星與海王星互換了位置】 當(dāng)科學(xué)家們探索系外行星時(shí)，發(fā)現(xiàn)像海王星質(zhì)量的行星在其他恒星周圍非常常見，但它們都不在我們發(fā)現(xiàn)海王星的地方。 事實(shí)上，在其他恒星周圍發(fā)現(xiàn)的情況是，海王星質(zhì)量的行星，它們非常普遍，但卻非常接近恒星，很多都是非常接近于我們太陽(yáng)系內(nèi)水星的軌道。 在我們的太陽(yáng)系中，海王星和天王星離太陽(yáng)遠(yuǎn)得不可思議。然而在其他恒星系中，冰巨行星離它們的恒星近得不可思議。 那么發(fā)生了什么？ 讀者如果看過(guò)筆者往期的科普文章，就會(huì)知道，太陽(yáng)系內(nèi)的行星看似非常穩(wěn)定地運(yùn)行在自己的軌道上，而事實(shí)上，事物處于一種微妙的平衡中，在太陽(yáng)系的生命周期內(nèi)，行星的軌道經(jīng)常是會(huì)發(fā)生變化的。它們不會(huì)在一個(gè)地方形成并永遠(yuǎn)停留在那里。 也就是說(shuō)，我們現(xiàn)在看到行星的地方，很有可能不是它們最初形成的地方。 那么，是什么有足夠的力量來(lái)移動(dòng)像海王星這樣的巨大行星呢？ 一個(gè)更大的行星……木星。 可以說(shuō)，講到太陽(yáng)系時(shí)，木星這個(gè)“惡霸”是繞不過(guò)去的坎。它是行星中的老大，它的一舉一動(dòng)都牽動(dòng)著太陽(yáng)系內(nèi)的其他事物。 行星有一種運(yùn)動(dòng)的方式，是通過(guò)相互作用的引力。所以它們能感受到彼此的引力，引力可以拖拽，也可以拉動(dòng)，這種效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致行星在它們的行星系統(tǒng)中緩慢遷移。 在太陽(yáng)系形成初期，巨行星之間的距離要近得多，兩顆行星離得越近，他們之間的這種影響力就越大。 最重要的是，它們的軌道排列順序可能與我們今天看到的并不同。 當(dāng)時(shí)的排列順序是：木星、土星、海王星和天王星。 那么是什么導(dǎo)致海王星和天王星交換了位置呢？ 答案在于木星和土星。這兩顆最大的巨行星上演了一場(chǎng)引力之舞。它們之間總是有這種相互作用。 經(jīng)過(guò)數(shù)百萬(wàn)年，一種節(jié)奏慢慢形成這些巨行星相互推拉，并進(jìn)入更橢圓的軌道。 當(dāng)這種引力之舞達(dá)到高潮后，拉伸軌道變得不穩(wěn)定，巨人們偏離了航向。 當(dāng)土星和木星遠(yuǎn)離太陽(yáng)時(shí)，它們就把海王星拋到天王星的外面。當(dāng)海王星穿越太陽(yáng)系時(shí)，它會(huì)把碎片推到它前面。 這些都是行星形成時(shí)剩下的冰碎片，海王星會(huì)把這些尸體推出去。這就柯伊伯帶的成因。
這個(gè)由數(shù)千個(gè)冰和巖石組成的小天體帶就在海王星的軌道之外。你可以把柯伊伯帶的結(jié)構(gòu)想象成“謀殺現(xiàn)場(chǎng)墻上的血跡”。 這是海王星猛烈向外移動(dòng)時(shí)，穿越太陽(yáng)系的記錄。 但海王星的運(yùn)動(dòng)不只是把這些小冰體拋到柯伊伯帶，它也使其中一些撞向太陽(yáng)系內(nèi)部，有些還轟炸了早期的地球。 這是自太陽(yáng)系誕生以來(lái)，地球上最猛烈的時(shí)期，也就是太陽(yáng)燃燒形成5億年之后。這被稱為晚期重轟炸時(shí)期。 在晚期重轟炸中，如果有“幸”生活在地球上，你會(huì)不斷看到石頭從天上掉下來(lái)。 這將是生命的最糟糕的時(shí)刻，然而，這一連串的冰體也帶來(lái)了生命所必需的東西。 太陽(yáng)系外圍的天體有一個(gè)特點(diǎn)，就是我們經(jīng)常能發(fā)現(xiàn)有機(jī)物。有機(jī)物是我們今天所發(fā)現(xiàn)的所有生物的基礎(chǔ)。它們是在早期太陽(yáng)系塵埃顆粒表面形成的碳基分子。 雖然巖質(zhì)內(nèi)行星在成長(zhǎng)的過(guò)程中也會(huì)把這些有機(jī)物卷走，但這些年輕行星焦灼的表面太不適合這些脆弱的分子生存了。 然而，在這些海王星拋向早期地球的太陽(yáng)系外圍小型冰態(tài)天體上，有機(jī)物依然完好無(wú)損。 從某個(gè)角度上來(lái)說(shuō)，海王星是太陽(yáng)系的宇宙?zhèn)魉头?wù)員。所以太陽(yáng)系外圍冰巨星的存在可能對(duì)今天地球的存在至關(guān)重要。這些冰巨行星所做的可能不僅僅是為地球上的生命提供了動(dòng)力，他們可能還阻止了我們的星球被完全摧毀。 【“冰巨人”保護(hù)了我們】 大約40億年前，年輕的地球受到太陽(yáng)系“惡霸”木星的威脅，木星位于多巖石的內(nèi)行星和巨大的外行星之間。木星主宰著整個(gè)太陽(yáng)系。 當(dāng)木星和土星鎖定它們的引力之舞時(shí)，它們向外遷移，開始遠(yuǎn)離太陽(yáng)。木星巨大的引力會(huì)把地球和金星一起拉過(guò)來(lái)。地球和金星的軌道應(yīng)該會(huì)相互拉伸和重疊。這將是一場(chǎng)即將發(fā)生的碰撞…… 慶幸的是……它沒(méi)有發(fā)生。所以我們?cè)诘厍蛏峡梢哉務(wù)撨@個(gè)事實(shí)。 那么是什么東西保護(hù)了我們呢？科學(xué)家們認(rèn)為，在木星有機(jī)會(huì)把地球和金星拉到碰撞軌道之前，有什么東西把木星拉到了不同的軌道上。 但是什么導(dǎo)致了木星的遷移有如此大的飛躍呢？此時(shí)，在這個(gè)故事中冰巨人出場(chǎng)了。讓木星在遷移過(guò)程中有一個(gè)大的跳躍并不容易。 科學(xué)家們通過(guò)計(jì)算模擬程序再現(xiàn)了這種跳躍。讓木星將海王星大小的物體完全從太陽(yáng)系中噴出。 木星有很大的引力，如果你離它太近，在向木星墜落的過(guò)程中你就會(huì)被加速，就有可能會(huì)這樣把一顆行星完全甩出太陽(yáng)系。 但是即便是對(duì)木星來(lái)說(shuō)，海王星那么大的行星還是很重的，把它彈射出太陽(yáng)系就會(huì)給木星一個(gè)反作用力。木星就會(huì)被位到新的軌道上，地球得救了。 但我們知道，海王星以及天王星還在太陽(yáng)系內(nèi)運(yùn)行，它們都沒(méi)有被甩出太陽(yáng)系。那么究竟是哪個(gè)冰巨人為我們犧牲了自己？ 如果用計(jì)算機(jī)模似器來(lái)預(yù)測(cè)行星的行為，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，如果只有木星、土星、天王星和海王星，是不可能在不噴射天王星或海王星的情況下來(lái)拯救地球的。 但它們都在那里，所以科學(xué)家們知道這是不對(duì)的，然而，如果再加上第三顆冰巨星，那一切就都能順利進(jìn)行了。我們的地球真的得救了。 所以，在太陽(yáng)系內(nèi)，很有可能一開始就有三顆冰巨星，其中一個(gè)離木星太近了。我們的太陽(yáng)系“惡霸”把這個(gè)受害者扔出了太陽(yáng)系。而木星也被這個(gè)冰巨行星的引力推入新的軌道。最終地球擺脫了木星致命的引力，太陽(yáng)系變成了我們今天所看到的安全有序的地方。 所以，作為地球上的人類，我們應(yīng)該感謝這顆不知名的冰巨星，雖然它現(xiàn)在已經(jīng)不存在了。 【失蹤的冰巨人】 那么這個(gè)失蹤的冰巨人現(xiàn)在在哪里？ 答案非常驚人，它可能就在銀河系的另一邊。 太陽(yáng)以每小時(shí)50萬(wàn)英里的速度繞著銀河系轉(zhuǎn)，在地球的歷史中，我們大約已經(jīng)繞了20圈了。 我們可能會(huì)在銀河系的任何地方失去那顆行星，但這第三個(gè)冰巨人是真的迷路了還是只是躲起來(lái)了？ 2016年1月，加州理工學(xué)院的天文學(xué)家宣布了一個(gè)驚人的消息：他們聲稱已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了證據(jù)，證明在柯伊伯帶外有一顆神秘的第九顆行星。 模擬表明，如果這顆所謂的第九行星存在，它的大小與海王星和天王星相似。 它會(huì)是地球的救世主嗎？太陽(yáng)系中原本缺失的自我犧牲冰巨人有可能是第九行星嗎？ 是的，它可以是！ 也許這第三顆冰巨星，并沒(méi)有從太陽(yáng)系噴射出去，而是在一個(gè)非常非常長(zhǎng)的周期內(nèi)，圍繞著年輕的太陽(yáng)系運(yùn)行。 第九顆行星被認(rèn)為是非常遙遠(yuǎn)的行星。它繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)需要2萬(wàn)年的時(shí)間。 由于這顆被認(rèn)為可能是太陽(yáng)系的第九顆行星的距離實(shí)在太過(guò)遙遠(yuǎn)了，所以目前還沒(méi)有天文望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)它。 如果它被證實(shí)真的存在，那么，我們的教科書可能又要再次改寫，太陽(yáng)系再次擁有九大行星。 無(wú)論第九大行星是否是失散已久的兄弟行星，冰巨星在馴服木星方面發(fā)揮了巨大的作用。它們使我們的太陽(yáng)系成為今天的避難所。 【海王星擁有太陽(yáng)系中最快的風(fēng)】 天王星和海王星它們位于我們太陽(yáng)系的邊緣，這使得它們很難研究。所以對(duì)科學(xué)家們來(lái)說(shuō)，它們非常神秘。 由于很難用地球上的望遠(yuǎn)鏡觀察到，導(dǎo)致這些行星長(zhǎng)期以來(lái)一直被忽視。 我們唯一一次近距離看到這些遙遠(yuǎn)的龐然大物，是在20世紀(jì)80年代旅行者2號(hào)飛過(guò)它們的時(shí)候。 當(dāng)科學(xué)家們第一次近距離看到海王星的照片時(shí)，科學(xué)家們感到非常震驚。他們發(fā)現(xiàn)，海王星擁有太陽(yáng)系中最快的風(fēng)。 在地球上，我們的風(fēng)實(shí)際上是由不同的溫度和陽(yáng)光驅(qū)動(dòng)的。 海王星距離太陽(yáng)30億英里，太遠(yuǎn)了，它幾乎沒(méi)有從我們的母恒星接收到任何能量。 那里真的很冷，為什么會(huì)有這么快的風(fēng)？ 此前科學(xué)家們一直認(rèn)為，一顆行星從太陽(yáng)接收到的能量越少，它的天氣就會(huì)越安靜…… 但海王星一點(diǎn)也不平靜，它被猛烈的暴風(fēng)雨所覆蓋，有些風(fēng)暴的大小堪比內(nèi)行星。 那是一場(chǎng)相當(dāng)大的風(fēng)暴，有記錄以來(lái)，海王星上最大的風(fēng)暴之一是1989年的大黑點(diǎn)。
那是一場(chǎng)巨大的風(fēng)暴，大到足以吞沒(méi)整個(gè)地球。以每小時(shí)1500英里的驚人速度飛馳著。 地球上最快的龍卷風(fēng)風(fēng)速，只有幾百英里每小時(shí)，但這已經(jīng)造成了毀滅性的破壞。 所以很難想象海王星上的風(fēng)會(huì)有什么影響，進(jìn)入海王星上層大氣的探測(cè)器記錄到零下224攝氏度的冰凍溫度。 這么冷，應(yīng)該吹不出風(fēng)來(lái)，然而，在600英里深處，探測(cè)器被海王星無(wú)情的噴射氣流給粉碎了。 往下潛得越深，溫度就越高，海王星內(nèi)部產(chǎn)生的熱量幾乎是來(lái)自海王星表面氣體球所產(chǎn)生的熱量的三倍。 奇怪的是，這些高速海王星的風(fēng)并不是由太陽(yáng)的熱能驅(qū)動(dòng)的。事實(shí)上，它們是由海王星內(nèi)部的熱能提供能量的。 那么這些內(nèi)部熱量是從哪里來(lái)的呢？ 當(dāng)行星形成時(shí)，這是一個(gè)非常暴力、能量非常充沛的事件。此時(shí)行星是非常熱的，需要數(shù)十億年的時(shí)間才會(huì)將熱量釋放掉。 所以海王星可能仍有大量的熱量被困里面，當(dāng)熱量像泡沫一樣冒出來(lái)時(shí)，這就是使大氣變熱并最終導(dǎo)致這種惡劣天氣的產(chǎn)生。 那么海王星是如何保留這么多熱量的呢？ 這個(gè)秘密深藏在大氣層之下，當(dāng)你一直往下，你會(huì)發(fā)現(xiàn)壓力越來(lái)越大。直到你最終被壓扁。大氣層會(huì)變得越來(lái)越厚，像霧一樣，最后你會(huì)突然意識(shí)到，你已經(jīng)在海洋里了。 海王星有一個(gè)由甲烷、氨和水組成的高密度流體地幔。所以，冰巨行星并不是固態(tài)的冰球，而是由旋轉(zhuǎn)的液體物質(zhì)組成的移動(dòng)海洋。 這種旋轉(zhuǎn)的液體會(huì)留住熱量，就像毯子一樣把核心隔離起來(lái)。這就是海王星惡劣天氣的秘密。 而海王星富含甲烷的地幔中，強(qiáng)烈的內(nèi)部熱和壓力可能會(huì)產(chǎn)生另一個(gè)不同尋常的影響。 在非常強(qiáng)烈壓力下，甲烷會(huì)被分解。甲烷是由碳和氫組成，所以如果把碳?jí)嚎s到極致，就可以得到鉆石。 所以完全有可能，在海王星的液體地幔的海洋里，下著鉆石的傾盆大雨。 【天王星才真正的神秘者】 天王星可以說(shuō)是太陽(yáng)系內(nèi)最奇怪的行星。 1986年一月份，旅行者2號(hào)以每小時(shí)超過(guò)40000英里的速度接近天王星，天文學(xué)家等待這一刻已經(jīng)8年了。 在“旅行者”號(hào)抵達(dá)前，科學(xué)家們所知道的天王星，只是一個(gè)平淡、蒼白的藍(lán)色球體。 現(xiàn)在終于可以看清這顆神秘的巨行星了。 天王星最顯著的特征是，它的傾斜角度。雖然所有的行星相對(duì)于太陽(yáng)系都是傾斜的，地球是23度，木星只有幾度。但天王星實(shí)際上是側(cè)躺著，它傾斜了98度。 天王星的傾斜度幾乎是太陽(yáng)系中其他行星的四倍。它平躺著，所以它的兩極是水平的，它的環(huán)和衛(wèi)星相對(duì)于太陽(yáng)系的平面是垂直的。 地球的傾斜使得四季分明，而天王星的極端傾斜給了它極端的季節(jié)。 它的兩極每年有兩次直接指向或遠(yuǎn)離太陽(yáng)。所以每個(gè)極地都有一個(gè)非常強(qiáng)烈的正午太陽(yáng)和一個(gè)黑暗寒冷的極地之夜。 天王星繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)需要84年，所以這些季節(jié)會(huì)持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間。當(dāng)北半球有20年時(shí)間的日照時(shí)，南半球則有20年的黑暗。 天王星有點(diǎn)像“權(quán)力的游戲”，等了很久的冬天的到來(lái)了，然后冬天卻持續(xù)了20年。 而每當(dāng)，太陽(yáng)光照射在赤道上時(shí)，此時(shí)整個(gè)星球都被照亮了。陽(yáng)光照射到旋轉(zhuǎn)行星的赤道，將能量泵入表面，使大氣變暖并驅(qū)動(dòng)星球周圍的氣流。 其結(jié)果就是，天王星的春天和秋天，巨大的風(fēng)暴在星球上肆虐。 所以，與它的冰巨人兄弟海王星不同的是，天王星的風(fēng)暴是有季節(jié)性的而不是恒定的風(fēng)暴。 那么為什么天王星是這樣繞著太陽(yáng)轉(zhuǎn)，而其他行星卻像陀螺一樣旋轉(zhuǎn)呢？ 這與我們所知的行星形成過(guò)程背道而馳。 在太陽(yáng)系中形成新行星的過(guò)程中，很像制作棉花糖。所有的東西都在向一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)。如果你把一根棍子放進(jìn)去，物質(zhì)會(huì)以一定的方向聚集在它周圍。 這就是為什么所有行星都有大致相同的軌道軸的原因。 所以，天王星一開始應(yīng)該有一個(gè)垂直的軌道軸。那它是如何翻轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)的呢？ 我們知道在早期的太陽(yáng)系中，有很多行星或行星大小的物體之間會(huì)相互碰撞。 人們很自然地認(rèn)為天王星可能是受到了另一個(gè)巨大物體的輕微撞擊，導(dǎo)致它向一側(cè)傾斜。 但是這個(gè)假設(shè)有一個(gè)問(wèn)題，如果你對(duì)天王星進(jìn)行一次簡(jiǎn)單的撞擊，把它撞翻到98度。那么實(shí)際上你所期望的是，剩下的光環(huán)相對(duì)于行星的自轉(zhuǎn)方向?qū)⑹清e(cuò)誤的。 什么樣的事件可以強(qiáng)大到足以翻轉(zhuǎn)一顆行星，但又溫和到可以把所有圍繞它的東西都帶到軌道上？ 一次單獨(dú)的大碰撞不可能會(huì)發(fā)生在天王星上。因?yàn)槟菚?huì)造成太大的破壞。 有點(diǎn)像拳擊，不是一次致命一擊，而是相對(duì)比較弱的一拳二拳和多次擊中。 所以，一種理論認(rèn)為：新形成的天王星被一顆地球大小的原行星撞擊，這一擊只是一掠而過(guò)，天王星被撞向它目前的傾斜方向。它的環(huán)系統(tǒng)經(jīng)受住了撞擊，停留在赤道附近的軌道上。 當(dāng)?shù)诙€(gè)天體撞擊天王星時(shí)，天王星一路傾斜，光環(huán)隨之變化，最后天王星以側(cè)躺的形式繞太陽(yáng)運(yùn)行。
【海王星有個(gè)奇怪的衛(wèi)星】 天王星與海王星都有比較多的衛(wèi)星。到目前為止，天文學(xué)家已經(jīng)在天王星周圍發(fā)現(xiàn)了27顆衛(wèi)星，在海王星周圍發(fā)現(xiàn)了13顆。但在這13顆衛(wèi)星中，有一個(gè)衛(wèi)星非常奇怪，使得它有在眾多衛(wèi)星中“鶴立雞群”。 就是海衛(wèi)一，相比于天王星側(cè)躺的姿勢(shì)，它有一個(gè)更奇怪的軌道，它竟然反向繞海王星運(yùn)行。我們稱之為逆行軌道。 一個(gè)巨大的行星和它的衛(wèi)星是由相同的氣體、塵埃和巖石物質(zhì)組成的漩渦盤形成的。較輕的氣體更容易落入中心形成行星。而一些較重的巖石物質(zhì)留在圓盤上，形成衛(wèi)星。 通常情況下，衛(wèi)星的運(yùn)行方向與行星的運(yùn)行方向相同。但在海衛(wèi)一和海王星的情況卻是完全相反的情況。 所以科學(xué)們認(rèn)為，它不可能在海王星周圍的軌道上形成。 它一定來(lái)自其他地方，而關(guān)于它來(lái)自哪里的一個(gè)奇妙線索，就是附近的鄰居——冥王星。 冥王星是柯伊伯帶附近的一顆矮行星，它只比海衛(wèi)一小200英里。 但這兩個(gè)天體的相似之處并不僅僅在于它的大小，而是他們的成分。 海衛(wèi)一實(shí)際上與冥王星最為相似，它的內(nèi)部有類似數(shù)量的巖石。它表面成分也類似，含有大量的氮和甲烷。它看起來(lái)真的很像一個(gè)類冥王星的世界。但它只是圍繞著一顆行星運(yùn)行，而不是圍繞太陽(yáng)運(yùn)行。 如果海衛(wèi)一和冥王星一樣，也許它也是在柯伊伯帶誕生的。它會(huì)不會(huì)被海王星的引力捕獲，被拉進(jìn)這顆氣體巨星的軌道呢？ 要把了衛(wèi)星捕獲到圍繞行星的軌道上并不容易，當(dāng)一個(gè)物體靠近另一個(gè)世界然后螺旋進(jìn)入，這時(shí)必須要?jiǎng)x住車。 所以海王星要想捕獲海衛(wèi)一，就必須減慢海衛(wèi)一的速度，但如何減慢呢？ 柯伊伯帶的物體再次提供了線索。在柯伊伯帶，許多最大的矮行星都是雙星，即兩個(gè)互相環(huán)繞的世界。比如冥王星和它的大衛(wèi)星冥衛(wèi)一。 也許海衛(wèi)一也是其中之一。如果海衛(wèi)一和另一個(gè)伙伴一起在軌道上運(yùn)行，那么每一對(duì)都將以不同的速度運(yùn)行。這種速度差異是關(guān)鍵。 海衛(wèi)一的速度稍微慢一點(diǎn)，它在繞著它的伴星旋轉(zhuǎn)，它的速度足夠慢，以至于可以被海王星捕獲。 而另一個(gè)則被海王星加速被甩了出去。就這樣，海衛(wèi)一原來(lái)的舞伴不見了，因?yàn)樗辛艘粋€(gè)更大的新伙伴，海王星。 海衛(wèi)一除了有奇怪的軌道，但還有一個(gè)更奇怪的謎題。 在海衛(wèi)一這樣的衛(wèi)星上，科學(xué)家們預(yù)計(jì)會(huì)看到大量坑洞地形。這是地質(zhì)上死亡世界的標(biāo)志。然而恰恰相反，“旅行者2號(hào)”揭示了一個(gè)驚人的活著的世界。 當(dāng)“旅行者2號(hào)”飛過(guò)海衛(wèi)一時(shí)，科學(xué)家們看到液氮噴流從海衛(wèi)一表面噴涌而出。 沒(méi)想到這個(gè)又小又冷的世界，竟然還“活著”。光滑的冰覆蓋在星球表面，氮?dú)忾g歇泉穿過(guò)地殼向上噴射，向天空噴出5英里的黑色塵埃。 科學(xué)家們一直以為它離太陽(yáng)太遠(yuǎn)，太冷，太死氣沉沉，它只是一個(gè)像其他衛(wèi)星一樣的冰球，然而，并不是。 驅(qū)動(dòng)這些地表特征的熱量從何而來(lái)？ 答案就在于海衛(wèi)一是海王星捕獲過(guò)來(lái)的。海衛(wèi)一現(xiàn)在的軌道是圓形的，但它曾經(jīng)是橢圓形的。 當(dāng)海衛(wèi)一不斷靠近或遠(yuǎn)離時(shí)，它會(huì)不斷受到海王星引力的擠壓和拉伸。這將在海衛(wèi)一內(nèi)部產(chǎn)生大量摩擦。 在這些力量的作用下，海衛(wèi)一可能會(huì)完全融化。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，它會(huì)起到剎車的作用，所有這些摩擦?xí)购Ｐl(wèi)一的軌道變成圓形，并使它運(yùn)行在我們今天看到的軌道上。 正是這種軌道上的變化給了海衛(wèi)一熱量。雖然海衛(wèi)一的表面被凍住了，但這顆衛(wèi)星在冰殼的深處仍然保留著一些溫暖。 天文學(xué)家認(rèn)為有足夠的熱量將冰融化成水在距離太陽(yáng)30億英里的地方形成一個(gè)地下液態(tài)海洋。 既然，有液態(tài)水，有熱量……那么就有一個(gè)“老生常談”的問(wèn)題：會(huì)有生命存在嗎？ 如果海衛(wèi)一上有能量來(lái)源，那么也許有某種生命知道如何利用這種能量來(lái)源。 所以，如果海衛(wèi)一有生命存在，這個(gè)冰凍的球體可能就是離太陽(yáng)最遠(yuǎn)的宜居世界。 【天王星的衛(wèi)星更奇怪】 天王星是一個(gè)有著美麗的光環(huán)和27個(gè)衛(wèi)星的冰巨人。但它的衛(wèi)星的位置卻是個(gè)謎。其中一半在于緊密排列的軌道中。 這么多衛(wèi)星如此緊密地排列，看起來(lái)似乎很不穩(wěn)定，衛(wèi)星應(yīng)該在碰撞。 更令人驚訝的是，在2003年，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)新環(huán)和兩個(gè)新衛(wèi)星——“馬伯”（天衛(wèi)二十六）和“丘比特”（天衛(wèi)二十七）。 問(wèn)題來(lái)了，這些衛(wèi)星從何而來(lái)？ 科學(xué)家們認(rèn)為，當(dāng)你看到一個(gè)環(huán)系統(tǒng)，其實(shí)你看到的是一個(gè)過(guò)程的一部分。 在地球的歷史上可能有一段時(shí)間，它也有一個(gè)環(huán)。那個(gè)時(shí)候，我們的月球正在形成。即行星的光環(huán)會(huì)隨著時(shí)間的推移會(huì)形成新的衛(wèi)星。 所以，天王星的這些新衛(wèi)星似乎是由以前的光環(huán)系統(tǒng)的物質(zhì)組成的。 科學(xué)家們通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬了天王星的衛(wèi)星。發(fā)現(xiàn)，“丘比特”衛(wèi)星與另一顆衛(wèi)星“貝琳達(dá)”（天衛(wèi)十四）非常接近。在幾千年的時(shí)間里，當(dāng)它們的軌跡相交時(shí)，很可能會(huì)發(fā)生碰撞。 這種碰撞會(huì)產(chǎn)生多米諾骨牌效應(yīng)，碎片會(huì)撞向其他衛(wèi)星，并會(huì)產(chǎn)生很多碎片。最后導(dǎo)致一次碰撞會(huì)引發(fā)一系列碰撞。 科學(xué)家們認(rèn)為，“丘比特”和“貝琳達(dá)”不僅會(huì)摧毀對(duì)方，而且會(huì)摧毀天王星所有的內(nèi)衛(wèi)星，一場(chǎng)失控的毀滅碰撞將天王星的衛(wèi)星碾碎成鵝卵石。 碎片就會(huì)在天王星周圍形成一個(gè)環(huán)系統(tǒng)，隨著時(shí)間的推移，這個(gè)環(huán)系統(tǒng)開始孵化新的衛(wèi)星。然后這些衛(wèi)星會(huì)再次相互碰撞，相互研磨成塵埃。 于是天王星的環(huán)系統(tǒng)就會(huì)在衛(wèi)星碰撞粉碎成環(huán)，然后環(huán)又孵化出衛(wèi)星這樣不斷地循環(huán)中往復(fù)。 當(dāng)科學(xué)家們觀察了衛(wèi)星“米蘭達(dá)”（天衛(wèi)五），發(fā)現(xiàn)這顆衛(wèi)星像是重新組裝起來(lái)。這可能就是以前碰撞的碎片形成衛(wèi)星的證據(jù)。
如果天王星的衛(wèi)星自天王星第一次形成以來(lái)，每百萬(wàn)年就發(fā)生一次碰撞和重組，那么就已經(jīng)進(jìn)行了4000代衛(wèi)星了。這個(gè)系統(tǒng)從未穩(wěn)定下來(lái)，衛(wèi)星碰撞并被摧毀，殘余物被循環(huán)利用，出生、生長(zhǎng)、死亡、重生。 最終，我們?cè)谶@些衛(wèi)星上看到的重生和死亡的永恒循環(huán)。這很有可能是宇宙中許多事物的真實(shí)寫照，甚至有可能涉及到恒星、行星，甚至是宇宙的本身。 對(duì)于天王星和海王星，科學(xué)家們只是通過(guò)“旅行者2號(hào)”在二十年前的那個(gè)飛過(guò)它們的瞬間觀察了它們。所以這簡(jiǎn)直是一次走馬觀花。 科學(xué)家們學(xué)到了很多，但還有很多，還不明白。想知道更多的內(nèi)容，唯一的途徑就是執(zhí)行專門的任務(wù)去拜訪天王星和海王星。 但，至少科學(xué)家們已經(jīng)知道了一些冰巨行星的故事，我們今天在這里討論它們是因?yàn)楸扌行堑拇嬖凇](méi)有它們，地球就不能夠形成并穩(wěn)定下來(lái)，并成為生命生存環(huán)境的樂(lè)土。
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