太阳系中的有趣科学

周煦之 田晖

目录

  • 1 引言
    • 1.1 太阳系天体概览
    • 1.2 行星的运动
    • 1.3 日心说的提出
    • 1.4 太阳系各大行星运行规律
  • 2 行星轨道与万有引力
    • 2.1 谷神星的故事
    • 2.2 海王星的故事
    • 2.3 冥王星的故事
    • 2.4 三体问题
    • 2.5 混沌系统
    • 2.6 拉格朗日点
  • 3 万有引力的梯度:潮汐
    • 3.1 潮汐力与洛希极限
    • 3.2 潮汐锁定
    • 3.3 逆行的海卫一(Triton)
    • 3.4 火星的卫星们(Phobos & Deimos)
    • 3.5 木星系与潮汐
  • 4 逐梦火星
    • 4.1 火星的早起观测
    • 4.2 火星的温度和大气成分(一)
    • 4.3 火星的温度和大气成分(二)
    • 4.4 第一次成功飞越火星
    • 4.5 第一次成功环绕火星(一)
    • 4.6 第一次成功环绕火星(二)
    • 4.7 登陆火星
    • 4.8 火星上的“蓝莓”
    • 4.9 火星上的水
    • 4.10 寻找火星表面的液态水
  • 5 温室效应与冰室效应
    • 5.1 火星大气逃逸(一)
    • 5.2 火星大气逃逸(二)
    • 5.3 金星大气的演化
    • 5.4 土卫六勘测
    • 5.5 火星地球化(一)
    • 5.6 火星地球化(二)
    • 5.7 金星地球化
  • 6 外太阳系
    • 6.1 向外太阳系进发
    • 6.2 日球层
    • 6.3 木星系
    • 6.4 土星系(一)
    • 6.5 土星系(二)
    • 6.6 天王星系与海王星系
  • 7 行星磁层与辐射带
    • 7.1 木星的发现与认识
    • 7.2 土星与天王星
    • 7.3 电离辐射
    • 7.4 宇宙射线
    • 7.5 范艾伦辐射带
    • 7.6 木星辐射带
    • 7.7 天王星季节
    • 7.8 各天体的物质构成
    • 7.9 木星的成分
    • 7.10 潮汐加速与潮汐减速
    • 7.11 火星探测
    • 7.12 木星的结构
    • 7.13 木星的温度
    • 7.14 状态方程与相图
    • 7.15 木星的内部结构
  • 8 太阳系小天体
    • 8.1 核心吸积理论(一)
    • 8.2 核心吸积理论(二)
    • 8.3 木星的形成
    • 8.4 系外行星探测(一)
    • 8.5 系外行星探测(二)
    • 8.6 系外行星探测(三)
    • 8.7 小行星带天体与柯依伯带
    • 8.8 彗星
    • 8.9 小行星的形成
    • 8.10 小行星的分布
    • 8.11 陨铁
    • 8.12 石铁陨石
    • 8.13 彗星的起源
    • 8.14 妊神星的故事
    • 8.15 塞德娜的故事
  • 9 探索太阳
    • 9.1 研究太阳的意义
    • 9.2 太阳的结构
    • 9.3 太阳爆发
    • 9.4 太阳活动周
    • 9.5 太阳探测
  • 10 寻找地外生命
    • 10.1 外星生命
    • 10.2 宜居星球
    • 10.3 生命起源
    • 10.4 外星文明
    • 10.5 费米悖论
  • 11 阅读
    • 11.1 阅读
  • 12 问卷调查
    • 12.1 问卷调查
天王星季节
  • 1 视频
  • 2 章节测验




天王星(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。

天王星大气的主要成分是氢、氦和甲烷。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,最低温度只有49K(-224℃)。

天王星的英文名称Uranus来自古希腊神话中的天空之神乌拉诺斯(Οὐρανός),是克洛诺斯的父亲,宙斯的祖父。与在古代就为人们所知的五颗行星(水星、金星、火星、木星、土星)相比,天王星的亮度也是肉眼可见的,但由于亮度较暗、绕行速度缓慢并且由于当时望远镜观测能力不足,未被古代的观测者认定为是一颗行星。直到1781年3月13日,威廉·赫歇耳爵士宣布他发现了天王星,首度扩展了太阳系已知的界限,这也是第一颗使用望远镜发现的行星。

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。同样的,天文学家设立了冰巨星分类来安置它们。


2004年3月到5月这一短暂期间,很多片大块云彩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,最大值出现在至点,最小值出现在昼夜平分点。

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1970年代开始对平流层进行的温度测量也显示最大值出现在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1990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, 例如云彩的形成和更强的风,支持期望的亮度增加应该很快就会开始。

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,因为厚实的极区云彩和阴霾可能会阻碍对流。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。