星辰大海之旅(69)海王星C 科學頭條網

海王星

這個離地球45億千米的星球，大氣濃密，極度寒冷，冰凍白雲，冰層連綿，煙霧瀰漫。那裡的大氣動盪不安，是什麼推動大氣產生氣旋，捲起狂飆，颶風緊隨其後？那裡還有黑色風雲帶，風暴捲起，就形成了大黑斑。其實，海王星大部分地區，還有極光……

一、衛星

海王星有14顆已知的天然衛星。其中最大的、也是唯一擁有足夠質量成為球體的海衛一在海王星被發現17天以後就被威廉·拉塞爾發現了。與其他大型衛星不同，海衛一運行於逆行軌道，說明它是被海王星俘獲的，大概曾經是一個柯伊伯帶天體。它與海王星的距離足夠近，使它被鎖定在同步軌道上，它將緩慢地經螺旋軌道接近海王星，當它到達洛希極限時最終將被海王星的引力撕開。海衛一是太陽系中被測量的最冷的天體，溫度為-235℃（38K）。

海王星第二個已知衛星（依距離排列）是形狀不規則的海衛二，它的軌道是太陽系中離心率最大的衛星軌道之一。從1989年7月到9月，“旅行者2號”發現了六個新的海王星衛星。

其中形狀不規則的海衛八以擁有在其密度下不會被它自身的引力變成球體的最大體積而出名。儘管它是質量第二大的海王星衛星，它只是海衛一質量的四百分之一。最靠近海王星的四個衛星，海衛三、海衛四、海衛五和海衛六，軌道在海王星的環之內。

第二靠外的海衛七在1981年它掩星的時候被觀察到。起初掩星的原因被歸結為行星環上的弧，但據1989年“旅行者2號”的觀察，才發現是由衛星造成的。2004年宣佈了在2002年和2003之間發現的五個新的形狀不規則衛星。由於海王星得名於羅馬神話的海神，它的衛星都以低等的海神命名。

SETI協會研究員馬克·肖華特（Mark Showalter）2013年發現了圍繞海王星的一顆新衛星，編號為

海王星衛星S/2004N1，直徑約為19千米，距地球約48億千米。

海王星衛星數據表

二、星體運動

1、軌道

海王星的軌道週期（年）大約相當於164.79地球年。海王星於2011年7月12日回到繞日公轉軌道上它被發現時的那個點。由於地球處於其365.25天週期軌道的不同地點，屆時從地球看到的海王星並不會處在它被發現時在天空中的那個位置。從地球上觀察，海王星衝日週期為367天，這些週期使它在2010年4月和7月以及2011年10月和11月接近1846年它被發現時的座標。在2010年8月20日，海王星將於發現它的1846年中的同一天再度衝日。

2、自轉

海王星的自轉週期（日）是15小時57分59秒。由於它的自轉軸傾角為28.321456°，與地球（23°）相近，海王星日與地球日時間長度的不同與其漫長的年比起來就算不得什麼了。

三、研究探測

（一）、地面觀測

肉眼看不到海王星，其亮度介乎視星等+7.7和+8.0，比木星的伽利略衛星，矮行星、穀神星和小行星、灶神星、智神星、虹神星、婚神星和韶神星都暗。在天文望遠鏡或優質的雙筒望遠鏡中，海王星顯現為一個小小的藍色圓盤，看上去與天王星很相似。藍色來自在於它大氣中的甲烷。它在視覺上的細小給研究造成了困難；多數從望遠鏡中獲得的數據是相當有限的，直到出現哈勃太空望遠鏡和大型地基望遠鏡與自適應光學技術才獲得改觀。

（二）旅行者2號

1989年8月25日，美國航天局發射的旅行者2號探測器飛越海王星，這是人類首次用空間探測器探測海王星。它在距海王星4827千米的最近點與海王星相會，從而使人類第一次看清了遠在

距離地球45億千米之外的海王星面貌。它發現了海王星的6顆新衛星，使其衛星總數增至8顆；首次發現海王星有5條光環，其中3條暗淡、2條明亮。從旅行者2號拍攝的6000多幅海王星照片中發現，海王星南極周圍有兩條寬約4345千米的巨大黑色風雲帶和一塊麵積有如地球那麼大的風暴區，它們形成了像木星大紅斑那樣的大黑斑。這塊大黑斑沿中心軸向逆時針方向旋轉，每轉360°需10天。海王星也有磁場和輻射帶，大部分地區有像地球南北極那樣的極光。海王星的大氣層動盪不定，大氣中含有由冰凍甲烷構成的白雲和大面積氣旋，跟隨在氣旋後面的是時速為640千米的颶風。海王星上空有一層因陽光照射大氣層中的甲烷而形成的煙霧。

海王星與太陽的平均距離為44.96億公里，是地球到太陽距離的30倍。海王星接收到太陽的光和熱只有地球的19% ，於是其表面覆蓋著延綿幾千公里厚的

冰層，外表則圍繞著濃密的大氣。海王星的直徑49500公里，是地球的3.88倍；體積有57個地球那麼大，質量只是地球的17倍多，所以其密度也相當小。海王星以每秒5.43公里的速度繞著太陽公轉，公轉一週需要花上164.8年，自轉一週15小時57分59秒。

海王星的磁場和天王星的一樣，位置十分古怪，這很可能是由於行星地殼中層傳導性的物質（大概是水）的運動而造成的。

【大黑斑】

1989年，旅行者2號發現了大黑斑（The Great Dark Spot）。在海王星表面的南緯22度，有的類似木星大紅斑及土星大白斑的蛋型漩渦，以大約16天的週期，反時鐘方向旋轉，稱為“大黑斑”。由於大黑斑每18.3小時左右繞行海王星一圈，比海王星的自轉週期還要長，大暗斑附近的緯度吹著速度達300米每秒的強烈西風。旅行者2號還在南半球發現一個較小的黑斑。還有一個謎是，以大約16小時環繞行星一週的不規則的小團白煙，或許是一團從大氣層低處上升的羽狀物。

奇怪的是，在1994年11月2日，哈勃望遠鏡對海王星的觀察顯示，大黑斑竟然消失了！它或許就這麼消散了，或許暫時被大氣層的其他部分所掩蓋。幾個月後，哈勃望遠鏡在海王星的北半球發現了一個新的黑斑。這表明海王星的大氣層變化頻繁，這也許是因為雲的頂部和底部溫度差異的細微變化所引起的。

【風暴】

海王星上的風暴是太陽系類木行星中最強的。考慮到它處於太陽系的外圍，所接受的太陽光照比地球上微弱1000倍，這個現象和科學家們的原有的期望不符。曾經普遍認為行星離太陽越遠，驅動風暴的能量就應該有越少。木星上的風速已達數百千米/小時，而在更加遙遠的海王星上，科學家發現風速沒有更慢，而是更快了（1600千米/小時）。這種明顯反常現象的一個可能原因是，如果風暴有足夠的能量，將會產生湍流，進而減慢風速（正如在木星上那樣）。然而在海王星上，太陽能過於微弱，一旦開始颳風，它們遇到很少的阻礙，從而能保持極高的速度。海王星釋放的能量比它從太陽得到的還多，因而這些風暴也可能有著尚未確定的內在能量來源。

2007年又發現海王星的南極比其表面平均溫度（大約為-200℃）高出約10℃。這樣高出10℃的溫度足以把甲烷釋放到太空，而在其它區域，海王星的上層大氣層中，甲烷是被凍結著的。這個相對熱點的形成，是因為海王星的軌道傾角，使得其南極在過去的40年受到太陽光照射，而海王星一年相當於165地球年。隨著海王星慢慢地移近太陽，它南極將逐漸變暗，並且換成北極被太陽光照亮，這將使得甲烷釋放區域從南極轉移到北極。

（三）未來探測

美宇航局正研究可能進行的海王星探測任務。2005年提出發射海王星軌道探測器的構想，計劃於2016年發送一個或兩個探測器登陸海衛一，並探測海王星的大氣層.。另一個可能進行的海王星探測任務，需要超過10億美元的資金，任務經費由美國宇航局和歐洲空間局共同負擔，計劃目標可能變成木衛二或土衛六。

由於天文學家對探測海王星系統興趣濃厚，一些學者認為美國宇航局負責的新疆界計劃任務可以提供10億美元資金，而探測器可以在2010年發射。這個探測器不僅可以研究海王星及其系統，而且也將經過木星及土星，並藉由其重力節省燃料，然後接近柯伊伯帶中兩個或三個天體。新地平線號在通過冥王星後也將探測其他目標。

四、【附】太空船一號

太空船一號（Space Ship One）是一架裝有火箭發動機的有翼飛行器，名為“飛船”，實為飛機。全長5米，飛行速度每秒可達2500米，空中搭載重量可超過1200公斤。太空船一號和航天飛機不同，是先由另一架飛機“白色騎士”載上高空後才開始自行飛行。太空船一號的速度還不能超過第一宇宙速度，因此無法進入地球同步軌道，和美軍實驗飛機X-15比較接近。

太空船一號進行過多次飛行。2004年6月21日，太空船一號完成第一次私人資本人類太空飛行。由62歲的邁克·梅爾韋爾駕駛的“太空船一號”，平安降落在加利福尼亞州莫哈韋沙漠一家機場的跑道上。飛船設計者伯特·魯坦等數千人，迎接飛船的歸來。

“太空船一號”技術上的創新，都可能用於軍事目的。這種亞軌道飛行可以很快用於偵察、監視和對地精確打擊。美國軍方還正在考慮將它用於國家導彈防禦系統的試驗。

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旅行者2號遨遊太陽系，飛越了海王星，是人類瞭解到變化多端的遙遠的海王星。然而，人類對海王星的認識畢竟有限，那裡的奇特現象和未知的奧秘，還有待於人類去探求。

再見，海王星！

【註釋】

（1）洛希極限（Roche limit）是一個天體自身的引力與第二個天體造成的潮汐力相等時的距離。當兩個天體的距離少於洛希極限，天體就會傾向碎散，繼而成為第二個天體的環。它以首位計算這個極限的人愛德華·洛希命名。

（2）自適應光學（adaptive optics），指一種用於大反射望遠鏡的鏡面的一種補償系統，可以通過快速反應的的支撐系統使鏡面發生形變來補償大氣抖動引起的星象閃爍。自適應光學是補償由大氣湍流或其他因素造成的成像過程中波前畸變的最有前景的技術。

（3）天文望遠鏡(Astronomical Telescope)是觀測天體的重要工具，可以毫不誇張地說，沒有望遠鏡的誕生和發展，就沒有現代天文學。隨著望遠鏡在各方面性能的改進和提高，天文學也正經歷著巨大的飛躍，迅速推進著人類對宇宙的認識。

（4）地基望遠鏡，區別於空間望遠鏡，是天文望遠鏡的一種。地基是建造在地面上的，會受到大氣干擾的影響。

（5）哈勃空間望遠鏡（HST）是以著名天文學家、美國芝加哥大學天文學博士愛德溫·哈勃為名，在地球軌道上並且圍繞地球的太空空間望遠鏡，它於1990年4月24日在美國肯尼迪航天中心由“發現者”號航天飛機成功發射。

（6）新疆界計劃（New Frontiers Program）是美國國家航空航天局（NASA）的中等規模太陽系探測計劃。項目一是新地平線號探測器(New Horizons)，於2006年4月發射。用於探測冥王星和柯伊伯帶。它如今還在飛往冥王星的途中。預計花費約6.5億美元。項目二是朱諾號探測器(Juno)，計劃於2011年8月發射。用於探測木星的組成成分，重力場和磁場等。預計花費約7億美元。項目三，美國國家航空航天局(NASA)的"新疆界"計劃向全球科學家徵求低成本的太陽系探索方案。