第十六章 太阳系的成员（11）

十一、海王星

海王星作为八大行星之一，它本身并没有什么奇特之处，只是由于发现它的方法是十分新奇而前所未闻的，因此使它在天文史上给人们留下了一个难忘的印象，一直到今天，它仍然被人们引用来作为科学预见的一个光辉例证，称海王星是笔尖下的行星。

1.笔尖下的行星

1781年，天王星被发现后，天文学家们根据天体力学的原理对这颗新行星的运行轨道进行了计算，可是，不论怎样计算，都不能准确地预测出天王星在天空中的位置。这颗“性格古怪”的星球，总是偏离它应该走的路线。

天王星运动轨道的“不规则性”，使人们感到非常困惑不解。这个奇特的现象，甚至一度使某些天文学家怀疑哥白尼——牛顿的天体力学原理是不是宇宙间的普遍规律?为了解开天王星“不规律性”的原因，他们不辞劳苦地反复计算了几个已知行星间，由于相互引力作用而产生的摄动情况，把这些计算结果和天王星的运动情况作了一系列仔细的对比之后，发现似乎是在天王星轨道以外，还有一颗更远的未知的行星在影响着它的运动。1840年，天文学家贝塞尔明确地提出了这一看法，从此，世界各地的天文台开始了寻找这颗神秘的未知行星的新高潮。

因为人们知道，根据牛顿力学定律可以准确地计算一个已知质量和运行轨道的行星，对另一个行星运动轨道的摄动，现在的问题正好相反，是要求通过已知被摄动的轨道，计算产生这一摄动的另一个未知行星的质量和运动。换句话说，产生摄动的行星的质量，与太阳的距离、轨道的形状等等都是未知数。在计算过程中，对这些未知因素都必须一一作以假定，假定的正确与否直接关系到能否找到这颗行星。当然，这种要求是可以做到的，但显然是极其困难的。

1843年，美国剑桥大学23岁的青年学生亚当斯，勇敢地担当起这件工作。他在哥白尼学说基础上，运用万有引力定律，于1845年算出这颗新行星的位置，于10月21日送到了格林尼治天文台。当时的格林尼治天文台没有理睬这位“小人物”的预报，而让这颗本来应当由他们发现的新行星2次从他们的望远镜中溜了过去。

在亚当斯的同时，法国的勒威耶也独立地计算这颗新行星的位置。1846年9月18日，他把结果寄给了德国柏林天文台的伽勒。9月23日，伽勒收到勒威耶的信，拆开一看，信上写着：请您把你们的望远镜指向黄经326度处宝瓶座内黄道上的一点，您将在离此点大约1度的区域内发现一颗圆而明显的新行星，它的亮度约9等星。

接到信的当天晚上，伽勒就在勒威耶预报的位置上发现了这颗新行星。古罗马神话中有一位统治水晶宫的海王，名叫奈普吞。天文学家根据这个神话，给新发现的行星取名为海王星。这是太阳系的第八颗大行星。

2.海王星概况

海王星离地球40多亿公里，人的眼睛看不见它，但遇上观测它的良好时机，只要一架小望远镜，再对照一幅星图去寻找，也可以找到这颗淡绿色行星。

海王星到太阳的平均距离大约是44．95亿公里，比地球到太阳的距离远30倍。由于离太阳十分遥远，它接收太阳的光和热只有地球接收的1‰，因此，那里的温度很低，一般在零下200摄氏度以下。据估计，那里有厚达8000公里的冰层，比地球上喜马拉雅山的冰层厚1000倍。冰层下面是岩石构成的核，核的厚度也是8000公里。

在望远镜里，这个遥远的星星和木星一样，也是一个明显的扁球，这是它快速自转的结果。表面上也分布着一条条平行于赤道的明暗相间的带状斑痕。不过颜色不象木星上那种以淡黄色为主的色调，而是呈现一种奇特的淡绿色。这些现象不仅说明海王星周围一定也包裹着一层大气，而且大气的成分一定和土星与木星的大气成分还有所差异。后来观测证明，海王星大气层的主要成分除了氢和氮以外，还含有比较多的甲烷。是不是这些气体的结合使得海王星呈现漂亮的淡绿色?或者还有别的什么成因?那就需要更进一步地研究了。

海王星半径约为25100公里，差不多是地球的4倍。体积约为地球的44倍。质量同17个地球相当，所以它的密度比地球小得多。

海王星绕太阳公转一圈相当于165年，可它自转一周只需要15小时40分，也就是说，海王星上的一天约等于地球上的半天多一点。可是，它围绕太阳公转的轨道半径比地球公转轨道的半径长约30倍，而且走的又非常慢(平均轨道速度每秒只有5.4公里)，因此，围绕太阳转一周需要将近165个地球年，或者说海王星上的一年有91500多个昼夜。从人类发现它到现在，它还没有围着太阳绕完一个圈子呢!

海王星的转轴倾斜有29度，因此这个星球上可能和地球一样也有四季交替，不过，根据它距太阳的遥远距离推测，太阳赋予它的光和热不会给这里的四季带来什么明显的变化

海王星拥有13颗已知天然卫星。其中最大的一颗为海卫一，由威廉·拉索尔在发现海王星后17天发现。一个世纪之后，第二颗卫星海卫二才被发现。

海卫一由于体积很大，直径达4，000公里，超过了地球的卫星——月球，仅次于木卫一3和木卫一4。在太阳系的所有卫星中名列第三。由于它的质量足够大，使其能坍缩成近球体形状。因此若它是直接环绕太阳公转，则会被归为矮行星。海卫一的轨道很特别，虽然呈正圆，但却逆行，轨道倾角也很高。海卫2直径只有300公里，距离海王星远达556万公里。

在海卫一的轨道以内有6颗“不规则卫星”，轨道均为顺行，轨道倾角不高。其中有些运行于海王星环间。

海王星还有6颗外圈“不规则卫星”，它们距离海王星更远，而且轨道倾角很高，包括顺行和逆行的卫星。

通过“旅行者一2号”的实地探测，发现海王星也有光环，这是在太阳系里第四个有光环的大行星。海王星有5条光环，它们有的是完整的环，有的是不完整的，这对研究太阳系行星光环的理论提出了新的挑战。

“旅行者一2号”还发现海王星也有磁场。它的表面也有和木星大红斑类似的构造。关于详细情况还待进一步研究。

目前，人们对海王星的认识，可以说是极其肤浅的。除了表面上看到的这些现象以外，至于这颗行星的内部，甚至它的表面是个什么样子，现在都还一无所知。

知识点：磁场

磁场是一种看不见，而又摸不着的特殊物质，它具有波粒的辐射特性。磁体周围存在磁场，磁体间的相互作用就是以磁场作为媒介的。电流、运动电荷、磁体或变化电场周围空间存在的一种特殊形态的物质。由于磁体的磁性来源于电流，电流是电荷的运动，因而概括地说，磁场是由运动电荷或电场的变化而产生的。

磁场的基本特征是能对其中的运动电荷施加作用力，即通电导体在磁场中受到磁场的作用力。磁场对电流、对磁体的作用力或力距皆源于此。而现代理论则说明，磁力是电场力的相对论效应。

与电场相仿，磁场是在一定空间区域内连续分布的向量场，描述磁场的基本物理量是磁感应强度矢量B，也可以用磁感线形象地图示。然而，作为一个矢量场，磁场的性质与电场颇为不同。运动电荷或变化电场产生的磁场，或两者之和的总磁场，都是无源有旋的矢量场，磁力线是闭合的曲线簇，不中断，不交叉。换言之，在磁场中不存在发出磁力线的源头，也不存在会聚磁力线的尾闾，磁力线闭合表明沿磁力线的环路积分不为零，即磁场是有旋场而不是势场（保守场），不存在类似于电势那样的标量函数。

电磁场是电磁作用的媒递物，是统一的整体，电场和磁场是它紧密联系、相互依存的两个侧面，变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场，变化的电磁场以波动形式在空间传播。电磁波以有限的速度传播，具有可交换的能量和动量，电磁波与实物的相互作用，电磁波与粒子的相互转化等等，都证明电磁场是客观存在的物质，它的“特殊”只在于没有静质量。

磁现象是最早被人类认识的物理现象之一，指南针是中国古代一大发明。磁场是广泛存在的，地球，恒星(如太阳)，星系（如银河系），行星、卫星，以及星际空间和星系际空间，都存在着磁场。为了认识和解释其中的许多物理现象和过程，必须考虑磁场这一重要因素。在现代科学技术和人类生活中，处处可遇到磁场，发电机、电动机、变压器、电报、电话、收音机以至加速器、热核聚变装置、电磁测量仪表等无不与磁现象有关。甚至在人体内，伴随着生命活动，一些组织和器官内也会产生微弱的磁场。地球的磁级与地理的两极相反。

延伸阅读

格林尼治天文台，建于1675年。当时，英国的航海事业发展很快。为了解决在海上测定经度的需要，英国当局决定在伦敦东南郊距市中心约20多千米，泰晤士河畔的皇家格林尼治花园中建立天文台。1835年以后，格林尼治天文台在杰出的天文学家埃里的领导下，得到扩充并更新了设备。他首创利用“子午环”测定格林尼治平太阳时。该台成为当时世界上测时手段较先进的天文台。

随着世界航海事业的发展，许多国家先后建立天文台来测定地方时。国际上为了协调时间的计量和确定地理经度，1884年在华盛顿召开国际经度会议。会议决定以通过当时格林尼治天文台埃里中星仪所在的经线，作为全球时间和经度计量的标准参考经线，称为0°经线或本初子午线。此后，不仅各国出版的地图以这条线作为地理经度的起点，而且也都以格林尼治天文台作为“世界时区”的起点，用格林尼治的计时仪器来校准时间。

第二次世界大战前夕，伦敦市已发展成为世界著名的工业城市。战后，格林尼治地区人口剧增，工厂增加，空气污染日趋严重，尤其是夜间灯光的干扰，对星空观测极为不利。这样就迫使天文台于1948年迁往英国东南沿海的苏塞克斯郡的赫斯特蒙苏堡。这里环境优美，空气清新，观测条件好。迁到新址后的天文台仍叫英国皇家格林尼治天文台。但是，现在的格林尼治天文台并不在0°经线上，地球上的0°经线通过的仍是格林尼治天文台旧址。

格林尼治天文台旧址后来成为英国航海部和全国海洋博物馆天文站。里面陈列着早期使用的天文仪器，尤其是子午馆里镶嵌在地面上的铜线———0°经线，吸引着世界各地的参观者。到这里的游人都喜欢双脚跨在0°经线的两侧摄影留念，象征着自己同时脚踏东经和西经两种经度。

一九五零年皇家天文台迁往新址后，该天文台划归国家海洋博物馆，设有天文站、天文仪器馆等，主要供展览用。展出的天文历史资料中有早期的天文望远镜、各国早期设计的时钟、地球仪、浑天仪(其中不少是当时中国的制品，和很多天象发现的经过(如哈雷慧星等)。