天空之神,宙斯的“父亲”——天王星

天空之神天王星乌拉诺斯,宙斯的祖父,与海王星相邻,是离太阳倒数第二远的行星,也是体积第三,质量第四的行星,与海王星一样也是一颗类木行(冰巨行星),天王星与海王星由于成分与大小太多的相似的地方,就像兄弟一样。

天空之神,宙斯的“父亲”——天王星

与海王星一样,天王星的发现和命名也是曲折离奇,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。最早的记录可以追溯至1690年约翰·佛兰斯蒂德在星表中将他编为金牛座34,并且至少观测了6次。法国天文学家Pierre Lemonnier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·赫歇尔在1781年3月13日于他位于索美塞特巴恩镇新国王街19号自宅的庭院中观察到这颗行星(赫歇尔天文博物馆),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……有一个星云样的星或者是一颗彗星”。在3月17日,他注着:“我找到一颗彗星或星云状的星,并且因为位置变化发现是一颗彗星。”

天空之神,宙斯的“父亲”——天王星

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。俄国天文学家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,法国科学家拉普拉斯证实赫歇尔发现的是一颗行星。赫歇尔本人也向皇家天文学会的主席约翰·班克斯承认这个事实:“经由欧洲最杰出的天文学家观察,显示出的这颗新的星星是我很荣誉的在1781年3月指认出的,是太阳系内主要的行星之一。”

赫歇尔因为他的发现被通知成为皇家天文学家,并且语无伦次的回复说:“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。”

赫歇尔曾想把天王星以他的赞助者乔治三世的名号命名为“乔治之星”或“乔治三世”,来纪念他的赞助者。

天文学家Jerôme Lalande则建议将这颗行星称为赫歇尔以尊崇它的发现者。但是,波得赞成用希腊神话的乌拉诺斯,译成拉丁文的意思是天空之神,中文则称为天王星。波得的论点是农神(土星)是宙斯(木星)的父亲,新的行星则应该取名为农神的父亲。天王星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,HM航海历才换用天王星的名称。

天王星与海王星相似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%),与木星与土星不同,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。

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,直径虽然与海王星相似(大约是地球的4倍),但质量较低。这些数值显示他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,大部分剩余的质量是岩石物质。

与海王星还有相似的地方是它同样拥用暗淡的星环,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,是继土星环之后,在太阳系内发现的第二个环系统。已知天王星环有13个圆环,其中最明亮的是ε环(Epsilon),其他的环都非常黯淡,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。

天空之神,宙斯的“父亲”——天王星

B环是1977年3月10日,在詹姆斯·埃利奥特·爱德华·德纳姆(James L. Elliot、Edward W. Dunham)、和道格拉斯·明(Douglas J. Mink)使用柯伊伯机载天文台观测时发现的。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(一颗天秤座的暗恒星)以研究天王星的大气层。然而,当他们分析观测的资料时,他们发现于行星掩蔽的前后,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。

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。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。

此外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。

天王星与海王星的磁场也极其相似,20世纪80年代,“旅行者2号”开始对天王星、海王星进行考察,使得人们有可能将这两个行星的磁场绘制成图,出人意料的是大多数行星都有南极和北极两极磁场,地球的磁极位于极地附近,与地球的南北极存在一个偏角,称为磁偏角,二者交角为11.5°。

天空之神,宙斯的“父亲”——天王星

天王星的符号标志

其他许多行星,包括木星、土星和木星的卫星“伽里米德”都与地球类似。比如木星的磁偏角是10°,与地球相近。然而海王星和天王星的磁场与其他行星的情况大相径庭,它们的磁场有多个极,而且磁偏角很大,分别是47°和59°。科学家曾提出若干机制来解释这些异常的磁场,但都没有达成共识。

与海王星比较不同的是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。

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(一个从放射源向平面状物体照射时,每单位面积所得到的放射束数量的物理单位)。其最低只有-224℃,使天王星成为太阳系温度最低的行星,比海王星还要冷,有人认为这是导致天王星相较其他类木行星大气层平静的原因。

另外根据旅行者2号的探测结果,科学家推测天王星上可能有一个深度达一万公里、温度高达6650°C,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(高达摄氏6650度)一直延伸到大气层的底部,覆盖整个天王星。

由于天王星与海王星的大气组成成分,也有甲烷,体积,质量都相差不大,所以上面的海洋应该是钻石海洋,如果不能得到海王星,那就得到天王星,你就是太阳系第二富有的人。

当然与海王星一样,我们应该只能去当一个旷工,哈哈。


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