

文|江卿曻
编辑|江卿曻
引言
天王星,作为太阳系中八大行星之一,一直以来都是宇宙学家和天文学家们充满兴趣的研究对象,其神秘的特征和奇特的性质,使其在我们的太阳系中显得格外引人注目。
但天王星的最引人注目之处,并非它的气候或地表特征,而是它的极端低温,以及这种极端低温的原因,其轨道几乎垂直于太阳系的平面,导致其季节发生极端颠倒。

这一特点使天王星成为独一无二的行星,同时也引发了科学家们的好奇心,尽管天王星距离太阳并不是太远,但它却是太阳系中温度最低的行星之一,其大气中充满了氢气和氦气,但却异常寒冷,温度低于-200摄氏度。
为什么天王星这么冷?它的气候和大气是如何形成和演化的?

天王星的概况
天王星是太阳系中的一颗行星,位于太阳和土星之间,距离太阳约28亿英里,这颗行星以希腊神话中天界的神祇"乌拉诺斯"命名,象征着它的神秘和独特性。
天王星是太阳系八大行星之一,它的直径约为31,518英里,使其成为太阳系中第三大的行星,仅次于木星和土星,天王星的质量相对较小,因此它的密度较低。

与其他行星不同,天王星的轨道倾斜度非常特殊,它几乎垂直于太阳系的平面,使其成为唯一一个如此极端倾斜的行星。
这意味着天王星的季节经历了极端的颠倒,每隔大约17.24小时,一边的北极冬季会变成北极夏季,而另一边的南极则相反。

天王星的大气层主要由氢气和氦气组成,类似于其他巨大气体行星。
然而,大气中还含有少量甲烷,它赋予天王星特有的蓝绿色气氛。
这些成分构成了天王星大气的基础,但大气中还存在其他复杂的化学物质,如氨和水,天王星是一颗极其独特的行星,其轨道倾斜度、大气成分以及特殊的季节颠倒现象使其在太阳系中独具特色。

天王星的轨道倾斜
天王星的轨道倾斜是这颗行星最引人注目的特点之一,因为它使天王星成为太阳系中唯一一个轨道几乎垂直于太阳系平面的行星。
这一极端的倾斜度使天王星的季节发生了令人难以置信的颠倒,通常行星的轨道轻微倾斜,太阳系中的大多数行星轨道几乎都在同一平面内,这个平面称为黄道面。

然而天王星的轨道几乎垂直于黄道面,其轨道倾斜度接近98度,这意味着天王星的北极指向了太阳系的一侧,而南极指向了另一侧。
这种极端的轨道倾斜对于天王星的季节非常关键,首先天王星的极季节颠倒现象意味着北半球和南半球交替经历极端的寒冷和极端的炎热。

这是因为在其轨道上,太阳直射点会变化,导致不同的半球在不同时间接收到的太阳辐射量发生极大的变化。
并且轨道倾斜还导致了天王星的极光现象,这是一种独特的天文表现,当天王星的磁场与太阳风相互作用时,电子和离子会被加速,产生壮观的极光。

这一现象在天王星的极季节颠倒时表现尤为明显,使其成为极光的绝佳观测点,尽管轨道倾斜是天王星的一大奇特之处,但它也引发了科学家们对行星轨道动力学和季节变化的独特研究兴趣。
这一特点使得我们能更好地理解行星轨道的演化,同时也让我们深入探讨太阳系中其他行星的轨道特征和动力学,天王星的轨道倾斜是这颗行星的独特之处,也是深入研究宇宙的契机。

天王星的大气层
天王星的大气层是这颗行星的另一个引人注目之处,其成分和性质为解开这颗行星之谜提供了重要线索,虽然与其他巨大气体行星相比,天王星的大气规模较小,但其组成和特性仍然异常复杂。
天王星的大气主要由两种主要成分组成:氢气和氦气,这些气体构成了大气层的基础,这一点与太阳系中的其他巨大气体行星相似,如木星和土星。

与其他行星不同的是,天王星的大气中还含有少量的甲烷,甲烷是赋予天王星大气特殊蓝绿色的气体,这一特点使其与其他行星在视觉上明显不同。
甲烷分子对可见光的吸收和散射导致了这种特殊的色彩,这一视觉特点为我们提供了观察天王星的独特机会,同时也引发了关于大气层的深入研究。

尽管大气层中的氢、氦和甲烷是主要成分,但天王星的大气也包含了其他复杂的化学物质,这些物质包括氨和水蒸气,它们的存在在一定程度上影响了大气的温度和气候。
一个有趣的特点是,天王星的大气层中存在寒冷的层,其中温度远低于其它部分,这些寒冷层是大气层中的复杂区域,其形成和原因仍然是一个研究的焦点。

这也导致了大气层中的气体分层结构,其中不同高度的气体具有不同的性质。
总之天王星的大气层是这颗行星的一项独特之处,其组成和性质提供了重要的线索,帮助我们理解这个行星为什么如此寒冷?以及大气中的各种现象。

天王星的低温之谜
天王星之所以如此寒冷,是一个引发了科学家们广泛研究和探讨的重要问题,其极端低温气候是这颗行星最显著的特点之一,尽管它距离太阳并不远,却是太阳系中温度最低的行星之一。
这一低温之谜引发了科学家们提出各种假设和理论,以解释为什么天王星的气温如此极端,其中一个关键的因素是天王星内部的热量分布。

与地球等行星不同,天王星似乎没有内部核心产生热量,这使得它的温度降至极端。
天王星内部的热量分布和来源仍然是一个待解之谜,有一种理论认为,行星内部的氢、氦和杂质物质可能导致了核心中的热对流,但这仍然需要更多的研究来验证。

天王星的极端倾斜轨道可能对,其内部热量分布产生影响,进一步加剧了寒冷,另一个与天王星低温气候相关的,因素是其大气层的成分和结构。
大气层中的氢、氦、甲烷、氨和水等复杂物质相互作用,导致了大气中的温度梯度和气体分层结构,这种复杂性对于解释大气中的寒冷层非常重要。

尽管科学家们已经提出了多种理论,以解释为何天王星如此寒冷,但这个问题仍然没有最终答案,天王星的低温之谜提供了宇宙中行星形成和演化的独特案例。
同时也为了解太阳系内其他行星的气候系统提供了一个复杂而有趣的参考,通过深入研究天王星的低温气候,我们有望解开这个行星的谜团,同时也为了解宇宙的奥秘提供了更多的见解。

天王星的磁场和辐射环境
天王星的磁场和辐射环境是这颗行星引人关注的另一方面,与其低温气候密切相关,与地球和其他巨大气体行星不同,天王星几乎没有磁场,这使得它的辐射环境与众不同。
天王星的缺乏磁场使其面对太阳风和宇宙射线的冲击,地球的磁场能够有效地保护我们免受这些宇宙粒子的侵害,但天王星却没有这种保护机制。

这意味着太阳风中的带电粒子可以直接与天王星的大气层相互作用,导致辐射效应的加剧,天王星的磁场缺乏保护性,也导致了辐射带的形成。
这些辐射带中的粒子受太阳风和其他宇宙射线的影响,以高能量速度在天王星的磁场周围旋转,这一现象导致了辐射环境中高能粒子的存在,对于天王星的大气层和温度产生了影响。

缺乏磁场和辐射带使天王星的辐射环境相对恶劣,但这也是科学家们的重要研究对象,通过研究天王星的辐射环境,我们可以更好地理解宇宙射线与,大气层相互作用的影响。
同时也可以研究太阳风和宇宙射线的行为,这有助于我们更好地理解太阳系中其他行星的辐射环境,以及太阳风和宇宙射线对行星的影响。

总结
天王星的缺乏磁场和特殊的辐射环境与其低温气候密切相关,这使其成为行星科学研究中的一个独特案例。
通过深入研究天王星的磁场和辐射环境,我们能够更好地理解宇宙射线的影响,同时也为了解太阳系中其他行星的辐射环境提供了宝贵的信息。


宇宙中5颗奇特的系外行星,其表面的恶劣程度难以想象!
在我们的太阳系中一共有八颗行星围绕着太阳旋转,其中内侧四颗为岩石行星,外侧四颗为气态行星,不过行星并非是太阳独有,在宇宙中几乎每一颗恒星都拥有自己的行星,而这些行星被天文学家们称为系外行星。到目前为止,天文学家通过望远镜已经在宇宙中发现了超过5000多颗系外行星,而且在这数千颗系外行星中,还存在着远超出我们想象的奇特世界, 如有些行星的表面会下玻璃雨。有的会上演冰火两重天, 有的甚至还会逃离母星的控制,成为流浪行星,而今天便带你了解宇宙中奇特的5颗系外行星。1.HR 5183b行星HR 5183b行星是一颗气态巨行星,它距离我们大约为100光年,质量是木星的三倍,当时天文学家在发现它后,曾表示从未见过如此奇特的系外行星,因为它拥有奇怪的蛋形轨道,并且具有极高的偏心率,假如我们将他想象成太阳系的木星,那么其最远轨道能够达到海王星之外,可以想象到他的奇特之处。2.WASP-76bWASP-76b行星位于双鱼座方向,距离我们地球大约为630光年,他是一个绕着F型主序星运行的气态巨行星,其质量大约是木星的0.92倍,半径为木星的1.83倍,而它之所以独特是因为在它的表面会下铁雨,由于距离母恒星非常近,已经被潮汐锁定,因此它的一面总是朝向恒星,其白天温度高达2500C,以至于该行星上的铁元素都熔化成了气体。这些铁蒸气被强风吹到较冷的区域,并凝结成液滴形成铁雨。3.HD189733bHD189733b是一颗距离地球约63光年的系气态巨行星,质量比木星还要大13%,在2008年,天文学家通过偏振测量法测定,发现HD189733b的蓝色波段反照率高于红色,这意味着他看起来是一个美丽的蓝色星球。不过HD189733b虽然呈现出蓝色但并不是海洋,因为HD189733b表面温度极高,天文学家经过进一步分析发现,在它的大气层中富含硅酸盐,而这些硅酸盐在高温下熔化,然后形成了玻璃雨。这些玻璃雨在风速高达9000公里/小时的超音速风中呈弧形落下。4.开普勒10b开普勒-10b是开普勒望远镜发现被确认的第一颗岩质系外行星,距离地球大约为564光年,质量是地球的3.2倍左右,假如你能够置身于该行星表面会发现他这里如同地狱一般,由于距离主恒星非常之近,只有太阳至水星距离的20分之一,因此表面温度高达1300C,而在如此高温下,开普勒-10b上的铁和硅酸盐都成了熔岩状态,从而形成巨大的熔岩海洋。同时在强风的携带中,还会下熔岩金属雨5.流浪行星我们知道几乎每个行星都是围绕其母恒星运行,但在宇宙中也有特例。有些行星可能由于某种原因会逃离母恒星的引力控制,独自在寒冷的黑暗空间中徘徊。而这些行星被称为流浪行星,比如CFBDSIR2149便是一颗被恒星抛出的流浪行星。它的体积是木星的7倍,表面温度约为400摄氏度,是一颗只有5000万至1.2亿年历史的年轻行星,不过他是何种原因被抛出原来的行星系统,我们还不得而知!以上便是5个奇特的系外行星,看完不禁令人惊叹宇宙的奇妙和多样性。那么你觉得以上哪个最奇特呢,欢迎在下方评论留言!
科学发现:12.5光年外有一颗最近似地球的行星,或有外星人存在?
一百年来,科学家们采用越来越先进的仪器设备搜寻外星人,这些设备包括但不限于陆地和太空的各种类型天文望远镜、无人探测器等等,从近及远,希望在茫茫宇宙中找到知音。但一直都在失望中,太阳系没发现,远离太阳系亿万光年的深空也没发现。这至少说明了两个问题,一是就是在宇宙中生命和文明太稀有,知音难觅;二是人类的科技和探测水平还处于很低层次,无法发现即便近在咫尺的外星生命和文明。随着各种地面天文望远镜、太空望远镜的不断提升,科学家们的目光从太阳系内逐步转向太阳系外,寻找可能存在生命的行星。1992年美国阿雷西博天文台发现了第一颗太阳系外行星,迄今已经有5000多颗太阳系外行星被发现。科学家们按照地球生命孕育和存在条件来寻找地外星球的生命之源,即寻找所谓的宜居星球。地球是一颗具有岩石外壳的行星,这样才能够适宜生命在表面活动;其次地球存在液态水,海洋才是地球生命的摇篮。而适宜温度,是液态水存在的前提条件,目前地球平均气温约为15℃。科学家们认定这是目前认知生命存在的两个硬条件,系外行星如果具备这两个条件,就属于宜居星球。行星本身不发光发热,主要依靠恒星的辐射能量才能保持温度,这样宜居星球就至少要与主恒星保持一定距离,远了不行,近了也不不行;宜居星球还不能像太阳系木星、土星、天王星、海王星那样的气态行星,而是像地球、火星这样的岩石行星。符合这两个条件的行星极少,在已经找到的5000多颗太阳系外行星中,类地行星大约只有几百颗,宜居带行星只有几十颗。当然,除了以上最重要的两项条件,要让生命孕育和存活还有许多严苛的要求,这样科学家们弄了个地球相似度指数,英文为Earth Similarity Index,简称为ESI,就是根据行星半径、密度、质量、逃逸速度、表面温度、处在宜居带的位置等,通过公式量化打分,取值0~1之间,0代表完全不同,1代表完全相同。一般认为0.5分以下的行星是不适宜生命存在的,相似度越高,孕育和存在生命的可能性就越高。在我们太阳系,除了地球,还有三颗类地行星,它们的ESI值分别为:水星0.6,金星0.44,火星0.7。金星是距离地球最近的行星,且质量和地球差不多,又距离太阳系宜居带最近,为啥ESI反而只有0.44呢?这就是因为那里的大气和表面状态十分恶劣,被称为太阳系的地狱行星。而火星ESI值为0.7,是太阳系与地球相似度最大的行星,这也是科学家们正在努力奔赴火星,企图开发火星的原因。而太阳系外一些经过科学家们精挑细选出来的行星,却有不少高于火星ESI值的星球,如格利泽-832 c为0.81,开普勒-442 b为0.83,开普勒-62 e为0.83,格利泽-667 Cc为0.84,开普勒-438 b为0.88等。距离我们最近的恒星比邻星也有两颗行星,其中比邻星b的ESI值也高达0.86。而我们今天重点要说的这颗蒂加登星b星,ESI值竟高达0.95!这是迄今为止,科学家们在太阳系外发现与地球最接近的行星,说它是地球的表兄弟甚至亲兄弟都不为过,那么那里会存在蒂加登星人吗?现在开始说重点:蒂加登星b是一颗怎样的星球?2003年,科学家在白羊座发现一颗暗弱的恒星,被称为SO J025300.5+165258,距离我们12.5光年。这项发现是NASA一个研究小组在搜寻之前的小行星数据资料中意外找到的,由此就以这个研究小组组长、NASA天体物理学家博纳尔·蒂加登的名字命名,被称为蒂加登星。为了方便读者理解,这里简要说一下系外行星的命名规则。一般来说就是在发现的恒星后面加上小写字母a以后的英文字母,a一般用于恒星,不用于行星。因此某恒星系统第一颗被发现的行星就被称为某恒星b,其次就类推为c、d、e、f、g…等等。蒂加登星现在发现了两颗行星,被分别命名为蒂加登星b和蒂加登星c,我们要说的ESI值达到9.5的行星就是蒂加登星b。为什么其与地球相似度这么高呢?首先,其公转轨道处于蒂加登星的宜居带,因此其表面温度适宜,这样,这颗星表面就很可能存在着液态水;其次,这颗星是一颗类地行星,其大小约地球的1.05倍,也就是个头质量与地球差不多,生命承受的重力也与地球相当。这是宜居星球最重要的两项指标,蒂加登星b都符合,通过计算其ESI值达到惊人的9.5。但因此就认为那上面一定会有我们的知音,就有些过于乐观了。实际上,蒂加登星b还有许多与我们地球不一样的条件,有些甚至令人细思极恐。蒂加登星b的主恒星蒂加登星是距离太阳最近的恒星之一,排在第24位。但这颗恒星很小,是一颗红矮星,质量只约太阳的8.9%,表面温度只有约2600度,不到太阳的一半,光度只有太阳的约十一万分之一,视星等为15.4等,距离人类肉眼能看到的6等星亮度差了5757倍,因此很晚才被发现。由于恒星很小,亮度热度较低,其行星为了获得可保存液态水的温度就必须距离恒星较近,因此在所谓宜居带的蒂加登星b距离蒂加登星就只有约0.025天文单位,约375万公里,也就是约为地球与太阳距离的0.025倍,约水星与太阳距离的十六分之一。根据蒂加登星的亮度和温度,在这样一个距离相当在我们太阳系的地球和金星轨道之间,正好是在宜居带,让蒂加登星b的表面气温能够保持在0摄氏度以上,理论上应该比地球更热一些,具备存在液态水的条件。但这种距离不可避免可能会发生两个事件:其一,蒂加登星强大的引力潮汐力很可能早就将蒂加登星b潮汐锁定了,就像月球被地球潮汐锁定一样,永远一面朝着主星;其二,强大的恒星风让蒂加登星b的大气很难保留。这样,蒂加登星b会成为一个冰火两重天的世界,朝着主恒星的一面处于永远的白天炽热状态,水被蒸发殆尽,而背着主恒星的一面则永远处于黑暗的冰封酷寒中,连大气都被冻结。而且,许多红矮星都是耀星,所谓耀星就是恒星上每天会出现几次超级耀斑爆发,紫外辐射会瞬间增强几百乃至上万倍,在耀斑爆发的几分钟内,恒星都会由红色变成蓝色,这种强烈的紫外辐射会杀死行星上一切生命,同时吹跑行星大气。大气和地磁是地球生命保护的双重铠甲,蒂加登星b没有了大气和地磁保护,将受到来自蒂加登星的强烈辐射,生命很难存活。而且,这样近的距离让绕蒂加登星公转一圈只需约117个小时,每秒线速度约56公里。也就是如果那里真的有蒂加登星人,他们约4.9个地球日就过了一年。当然,由于已经被潮汐锁定,就没有了一年四季,倒也感觉不到一年的寒暑变化。那么,蒂加登星b在这样的环境下会有生命存在吗?现在还是个未知数,也只能是个未知数。因为人类现在的观测水平还很弱,无法看清那里的一切,甚至根本看不到蒂加登星b的存在,只是通过大型天文望远镜分析恒星的光变和引力摄动,来估计那里的情况。如果要证实那里到底有没有蒂加登星人,最好的办法就是到那附近去看一看。可惜,现在人类的航天速度还处于蜗牛时代,虽然无人探测器通过行星引力弹弓效应已经达到了秒速200公里,但载人航天的速度还只能勉强达到第二宇宙速度,也就是每秒11.2公里。如果要飞出太阳系,至少要达到第三宇宙速度,即每秒16.7公里。如果载人航天在短期内达到第三宇宙速度,按每秒17公里的速度飞到蒂加登星去,一切都顺利的话,旅途也要22万年;即便无人探测器200公里秒速,飞往蒂加登星也需要18700多年。因此,要去蒂加登星看一看的愿望,在今天还只能是个不切实际的梦。这样,那里有没有蒂加登星人,就无法定论了。不过科学家通过分析,认为那里的生命存在条件并没有上述说的那么悲观,主要原因如下:1、蒂加登星的年龄至少已经有80亿岁了,这样比太阳就大了约35亿岁,作为红矮星年轻气盛的耀星时期已经过去了,恒星运行已经平稳多了,因此对蒂加登星b就友好多了,不至于有那么恶劣的辐射环境。2、即便蒂加登星的大气被吹跑了,又没有地磁保护,但只要有海洋存在,同样可以孕育和生存生命,因为海洋可以隔离和吸收辐射,生命可以生存在深水里。3、即便被潮汐锁定,一面固定对着恒星,另一面永远得不到光照,但如果有空气流动的话,依然能够传递热量,让背面也能感受到温暖;而且,在晨昏带,就是白天与黑夜的交界处,还有一圈恒温带,完全适宜生命存在。4、相对太阳这样的黄矮星,红矮星寿命超长,因此具有让生命稳定生存很长的时期,这个时间长达几百上千亿年,蒂加登星寿命可达万亿年。而太阳寿命只有100亿岁,而且让地球生命宜居的时间只有10~15亿年。5、现在的蒂加登星b比地球年龄大了35亿岁,如果蒂加登星人像人类一样的时间出现,现在文明已经有35亿年了,那是何等先进的文明啊。所以,科学家们还是看好那里的生命,更期盼着那里出现文明。如果那里真的存在高级别文明,我们去不了,说不定哪天蒂加登星人就来到我们面前呢。
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