0%
第二十講 行星(二)

第二十講 行星(二)

↓5.在太陽、月球與其他不同的行星上觀察不到極地處扁平形狀、木星上的季節與白天黑夜、無盡的春天、雲條與信風。
根據木星在其軌道上所處位置的不同,它到太陽的距離也從7.52億千米到8.28億千米不等,它與太陽之間的平均距離是我們地球到太陽平均距離的五倍左右。在這麼遠的距離所看到的太陽直徑,要比從我們地球上看去的太陽直徑要小五倍。因此,太陽的視面積要小25倍,因此得到的太陽的熱量與光亮是地球上的1/25。在木星上所看到的太陽是小得多麼可憐,如果沒有藉助什麼輔助工具,那麼我們在這顆行星上所看到的太陽非常的小,它還不如一個手掌那麼大。
↓9.從土星上看到的圓環的外貌、土星上的夜晚。
↓3.在研究了眾多的小行星之後,我們沿著距離近遠的順序,來到了木星。它比地球大1414倍。從地球上看去,這顆巨大的行星就像一顆普通的星星一樣,發出淡黃色的白光,但是非常明亮,它的光輝比金星略暗淡些。由於木星與地球的距離是8億千米,因此它在我們的眼中,就縮小成一個亮點了。如果這顆巨大的行星離我們地球近一些,那麼它巨大的圓盤就能遮擋住一大片天空。比如說,倘若它位於月球所處的位置,那麼,它所佔據的面積是月球所佔據面積的1200倍,要有十個那麼大的圓盤,從最東邊一個挨一個連到最西邊。隨著距離的增大,看到的物體會縮小,這兩者是相互影響的。因此,如果從地球上去看一顆星,這顆星的視面積會隨與地球距離的增加而減少;同樣的,如果從那顆星上去看地球,那麼地球的視面積也會隨兩者距離的增加而減少了同樣多的比例。倘若木星對於地球上的人們來說,看上去是一顆星星,那麼如果觀察者位於木星上,所看到的地球又是什麼樣子呢?那種情形下所看到的地球就像一顆發出微弱光芒的小星星一樣,在天空中幾乎看不見。
↓5.木星的軸並沒有傾斜太多,並不像我們在前面所說的那些行星那麼傾斜,而是幾乎垂直於它的軌道平面的。因此,木星的赤道幾乎常年受到太陽光線的直射,所以在這顆行星上並沒有季節的周期性變化。木星上的一年相當於我們地球上的十二年,在這個十二年的時間里的每一年它都一直是春天,溫度一直沒有多大變化。在我們地球上的三月份時,這時地球會將它的赤道面對太陽。倘若我們對木星上產生的氣候條件並不熟悉的話,那麼木星上的氣候就是將這個三月份無限地延長下去,但同時氣溫要比地球上寒冷25倍。這樣我們就得到了一個木星氣候單調的觀念。這樣一個無止境的春天是由一些時間長度總是相等的白天與黑夜構成的:從木星上的一極到另一極,白天都是五個小時,夜晚也是五個小時。
小行星名稱發現者發現年代
穀神星(Ceres)皮亞1801年
智神星(Pallas)奧伯1802年
婚神星(Juno)1804年
灶神星(Vesta)奧伯1807年
義神星(Astraea)1845年
韶神星(Hebe)1847年
虹神星(Iris)1847年
花神星(Flora)1847年
穎神星(Metis)格雷厄1848年
健神星(Hygiea)德加斯帕里1849年
海妖星(Parthenope)德加斯帕里1850年
凱神星(Victoria)1850年
芙女星(Egeria)德加斯帕里1850年
司寧星(Irene)1851年
司法星(Eunomia)德加斯帕里1851年
靈神星(Psyche)德加斯帕里1852年
海女星(Thetis)1852年
司曲星(Melpomene)1852年
命神星(Fortuna)1852年
王后星(Massalia)德加斯帕里1852年
https://read.99csw.com
↓7.正是藉助于木星衛星的食的現象,羅默在1675年成功地解決了天體物理學中最困難的問題之一,即光速的問題。下面我們來介紹一下他是如何解決這個問題的。在木星的四顆衛星中,其中有一顆衛星繞著木星轉動一周需要42小時28分鐘,在同樣的一段時間里,它在木星的影錐外連續出現兩次。我們假設,當地球運行到它軌道上的A點附近時,如圖77所示,一位觀察者記錄下這顆衛星走出木星影錐的準確時間,從這一刻起再過42小時28分鐘,直到這顆衛星再一次出現在木星影錐的外面。每過同樣這段時間的二倍、三倍、九倍,那麼這顆衛星就會從木星影錐中出現三次、四次、十次。因此,我們能夠提前推算出每次衛星出現的確切時間。我們假設已經推算出了衛星第一百次出現時的準確時刻,當這個時刻到來時,我們觀察這顆衛星,這時讓人驚訝的事情發生了,天體的運行是非常規律的,但計算卻與我們的觀察結果並不一致:衛星並沒有在我們預測的時刻出現。要看到它的出現,還要再等上十五、六分鐘左右。這種奇怪的延遲是由什麼造成的呢?我們一定要記清楚,當這顆衛星第一百次出現時,這時時間已經過去了六個月。在這段時間里,地球已經走完了它軌道一半的路程,從它原先所在的位置點A處移動到了與前者相距地球軌道直徑那麼長距離的位置R點處。地球繞太陽公轉的速度要慢得多,在六個月的時間里九-九-藏-書,它所移動的距離幾乎都可以忽略不計,因此,我們將它看成仍然處於同一個地方。在衛星出現時,它所發射出來的光線,要到達地球,使得我們看到食結束的時間,那麼這些光線除了要走我們一開始通過觀察所預計的距離外,它還需要走過地球軌道直徑那麼長的一段直線距離,即從A到R這樣一段距離,即30.4億千米。這就是產生延遲的原因。要走的路程延長了,所需要的時間也就增加了。因此,光線要走完30.4億千米的距離,大約需要16分鐘的時間。
↓1.小行星、小行星的數量、侏儒世界、破碎的行星。
↓4.木星自轉的速度與極地處的扁平形狀、極地處的扁平形狀與自轉速度的關係。
通過天文望遠鏡,我們看到,在木星的圓盤上有一些不規則的條紋,它們有時是發亮的,有時是暗的,這些條紋與木星的赤道平行。也許這些發亮的條紋是一些雲彩,它們按照木星自轉的方向分佈。由於木星轉動的速度是如此之快,因此這些雲條是由類似於地球上信風一樣的空氣流產生的。至於那些黑暗的條紋,它們應該是雲在地面上投下的影子。透過一部分清澈的大氣層,我們就能看到它們。

圖78
↓4.地球每24小時繞地軸自轉一周,因此地球赤道上的一個點,每秒所移動的距離是462米,這一速度與炮彈離開炮口時的速度相接近。木星要繞著它的軸自轉一周,只需要10小時零5分鐘。因此,這個巨大的星球赤道的一個點,在每秒內所走過的距離是12586米,這要比地球赤道上的點在每秒所移動的距離多25倍。這麼快的速度所產生的後果會使得木星的兩極更加扁平。我們在前文中曾經講到過,當一個球繞著它的軸轉動時,由於它的自轉運動會產生一種離心力,假如構成這個球的物質具有一定的彈性,那麼這個球的赤道附近就會鼓起來一些,而它的兩極附近就會扁平一些。藉助于地球原初狀態是液態的看法,我們已經解釋了地球在赤道附近凸起以及在兩極附近扁平下去的現象。轉動的速度越快,離心力就會越大,所以如果木星是處於可伸縮的條件下,那麼它的形變程度應該比地球還要。實際上,如果我們用望遠鏡來觀察木星,就會發現它的圓盤並不是很圓的,而是非常明顯的扁圓形狀。我們做精細的測量就能得知,木星的每個極壓扁了4000千米,而地球上的極則只壓扁了20千米。
另外,天文望遠鏡向我們提供了關於土星的很少信息。我們看到,在土星的圓盤上有一些發亮的條紋,中間還夾雜著一些黑色的條紋,它們都平行於赤道,它們看上去類似於木星上的條紋。難道這仍然是由於球體的自轉速度快、在行星的大氣層中產生了信風,從而產生的雲條嗎?我們再補充一點,土星軸的傾斜度是64度,幾乎與地球的相等。因此,這顆巨大行星上的四季也與我們的四季非常相似,但是它每個季節所持續的時間是七年。連續七年都是冬天,對於我們來說有點漫長。而且,這裏的太陽還要比我們的太陽寒冷100倍。
↓3.木星上所看到的地球與太陽、木星年。
↓2.對於小行星上的物理構成,我們還一無所知。它們的季節與周日運動,我們也不知道。由於它們距離我們特別遠,而且體積很小,因此我們無法對它們進行觀察,從而獲得各種關於它們的信息。在這些小行星中,花神星(Flo九_九_藏_書re)是我們所知的距離太陽最近的小行星,它與太陽的距離平均為3.36億千米。它沿著它的軌道繞著太陽轉上一圈,需要1193天。小行星Maximiliana是距離太陽最遠的一顆小行星,它離太陽的距離有5.2億千米,它一年的時間是2310天。下面就是按照發現時間早晚的順序,所排列的前20顆小行星的名字。
從我們地球上看去,木星的這四個月亮縮小成了一些小小的亮點,緊緊地貼在木星周圍,不斷地改變著它們的位置。我們有時看到它們經過木星的前面,掠過圓盤;有時又離它而去,走向左側;然後又回來,消失在木星的後面;過一段時間重又回來,出現在木星的右邊。在衛星經過太陽與木星之間時,每一顆衛星都會將它的影子投在木星那發亮的圓盤上,同時產生出一個個圓形的黑色小斑點。在這塊黑色斑點所掠過的木星表面區域中,就會出現日食,當這顆衛星經過木星向著太陽那側的背面時,它就會因為進入木星的影錐之中而「消失」不見了,這就是被食。這種情形跟我們月球投入地球影錐時的情形完全一樣。天文望遠鏡可以讓我們輕而易舉地看到這些發生在遙遠太空中的食的景象。當地球處於合適的位置時,我們就能看到木星影錐的絕大部分,這時,一個觀察者就會時不時地看到:衛星繞著木星公轉,有時它就會投入到木星的影錐中「消失」不見,最後又從影錐的另一側出現,然後又放出光亮來。每當月球到了地球的後面時,月球並沒有每次都進入地球的影錐中,因此並沒有每次都產生月食現象,因為它的軌道嚴重地向著地球公轉軌道所在的平面傾斜。與此相反的是,木星的至少前三個月亮,每轉一次,都要分別被食一次,這是因為它們的公轉軌道與木星幾乎處於同一個平面上。
↓6.我們已經將衛星定義為:一些圍繞著行星轉動的附屬星體。衛星之於這些行星,就像月球之於地球一樣。水星、金星與火星都沒有衛星,但木星上的夜晚,卻被四顆衛星照耀著,其中有三顆比月球還要大。木星的這些衛星們,有時互相分散開,有時兩個兩個地在一起,有時三個聚在一起,有時四個都在一起,它們從地平線上升起,有時呈滿月狀態,有時呈月牙狀態,有時呈弦月狀態,為木星的夜空帶來地球上不曾見過的華麗光耀。木星最近的那顆衛星每42小時28分鐘圍繞著木星轉動一周,最遠的那顆衛星轉動一周所需要的時間是16天16小時32分鐘。在圍繞木星公轉的同時,這些衛星也繞軸自轉。由於這兩種轉動的周期都是相同的,因此這些衛星總是將它同樣的一面朝向木星,這完全就跟月球總是將它的一面朝著地球一樣。這彷彿是一個普遍的規律:所有的衛星繞著它的行星公轉一周所需要的時間,與它繞軸自轉一周所需要的時間相等。
↓8.土星的體積是地球的754倍,是木星的一半,但在我們的眼中,它看上去卻小得可憐。我們看到的土星,是一顆表面呈鉛灰色的星星。如果從土星上能夠看到地球的話,那麼地球看上去應該更小。由於土星與太陽的距離很遙遠,我們至少可以確定,在土星上看到的太陽視面積大概是從我們地球上看到的太陽圓盤面積的1/100。倘若太陽這個光芒四射的光源、這個宇宙中的巨大球體,從土星上看去小到只有一枚兩分錢硬幣那麼大,那麼,從土星去看地球,地球又會是什麼樣子呢?土星在它的軌道上運行一周,時間是29年,它的速度是每小時3.6萬千米,它與太陽的平均距離是14.48億千米,每十個半小時自轉一周。土星繞軸自轉的速度是如此之快,就跟木星一樣,因此它的兩極非常扁平。土星兩個極扁平的程度是其半徑的十分之一,差不多有九-九-藏-書5600千米。土星的物質密度非常小,這導致了它的極地異常扁平。在前文中,我們已經學到過,土星的平均質量只有水質量的十分之七,因此土星可以漂浮在水面上。此外,由於物質的密度從球體表面到中心是不斷增加的,越是靠近中心,物質密度就會越大,而且重的物質會聚集到一起,因此,我們要知道土星的表層是由很輕的物質構成的,那裡的密度要小於土星的平均密度。那麼,土星的地表是以柳木與軟木還要輕的物質構成的,而並不是由岩石構成的。對於這樣的一個地方,你們會有什麼樣的想法呢?在這樣一種不牢固的支撐上面,能夠存在海洋嗎?平衡定律認為是不可能的。在地球、金星、火星與這顆被放逐到太陽系邊緣的巨大土星之間,是不可能有任何可比性的。它的體積龐大、密度很小、自轉速度很快,兩極非常扁平,這些因素構成了一個與眾不同的世界。
毫無疑問,太陽系的所有星體都存在著極地扁平的這種現象,因為它們都是繞軸自轉的。但是由於這種自轉非常緩慢,所以這種極地扁平的現象有時非常弱,以致從我們地球上看去都覺察不到。太陽自轉一周的時間是25天,月球自轉一周的時間是27天,對於這兩者,我們看不出它們有什麼明顯的變形。水星、金星與火星,它們自轉一周的時間與地球差不多,由於距離遙遠,我們也看不到它們的兩極有什麼輕微的變形。不管怎樣,木星為我們提供了一個強有力的證據,它證明了行星自轉的速度與它的極地的扁平程度有著密切的關係。對土星的考察會再次證明這一規律。
↓6.木星的衛星及其食。
↓2.前二十顆小行星的名稱。
↓1.在火星軌道與木星軌道中間有一個區域,在這個區域內,有一群很小的行星在不停地轉動,這些就是小行星,它們也被稱為天文望遠鏡行星。今天我們已知的小行星的數量為84個,但我們有理由相信,將來的天文觀察會發現更多的小行星。這些小行星最突出的一個特點就是,它們非常小。小行星中最大的行星分別是:婚神星(Juno)、穀神星(Ceres)、智神星(Pallas)以及灶神星(Vesta)。它們的半徑從200千米到400千米之間不等。這些異常矮小的行星,小得就像太空中的灰塵一樣,它們的半徑一般很難達到100千米。我們只要花一天的時間就能繞著這些行星走上一圈。我們最小的一個省的面積都可能比這些小行星的面積大得多。小行星的另一個特徵就是,它們的軌道是交錯在一起的。太陽系的幾大行星就像一些球一樣,在同一個平面上繞著一個中心點轉動,天文望遠鏡行星(即小行星)卻不會遵循這一規律。小行星的軌道並不處於太陽系那幾大行星的軌道公共平面上,它們的軌道一般都是非常傾斜于這個公共平面的。此外,小行星們的軌道並不是一個覆蓋著另一個,而是相互交織並糾纏在一起的,就像一團偶然交織在一起的鐵環一樣,小行星的體積小、數量眾多,在天空的同一個區域堆積在一起。它們的運行有時候會呈現出斷裂而破碎的樣子,它們的軌道交錯而傾斜。因此我們可以假設,這些小小的星體原來是一顆行星,它突然爆炸開,爆炸后形成的碎片向著天空中各個方向落去,這些碎片就是這些小行星。這顆處於火星與木星之間的獨一無二的行星,與太陽系中其他各大行星一樣,在一開始的時候也是圍繞著太陽旋轉的。在某一個天文學年表所不能確定的時期,發生了一次爆炸,這就像地球的地下力量使得大陸產生震動、有時甚至分裂一樣,只不過地球內部的這種力量要弱一些,這顆行星的內部發生了爆發,並把行星的分裂read•99csw•com碎片投射到太空中。這一大胆的假設是由奧爾伯斯提出來的,他是一位著名的天文學家,曾發現了智神星(Pallas)與灶神星(Vesta)這兩顆小行星。

圖77
↓9.在所有的行星球體中,土星是衛星最多的一顆星球。它有八顆衛星來照亮著它的黑夜。離它最近的一顆衛星繞著它轉動一圈,需要22.5個小時;而最遠的那顆衛星繞著它轉動一圈,則需要79天。泰坦(Titan)是八顆衛星中最大的一顆衛星,它的體積是月球的九倍。土星的衛星還不止這些,它還有第九顆衛星。這是顆在太陽系中是非常獨特的一顆衛星,它是一個非常大的平的圓環,相對而言比較窄,它以土星為中心並繞著它轉動,但不會碰觸到這顆行星。這個環並不是連在一起的,它是由三個同心圓環組成的。裏面的那圈是黑色透明的,外面的那圈是淺灰色,而中間的那圈比土星的圓盤還要亮。最後兩個同心圓之間,由於有一條很寬的間隙,因此分界線非常清楚,透過這一空白區域,我們可以看到星空。我們推測,構成環的物質是流動性的物質,因為有時我們能看到非常多分開的細小部分的印跡,這說明它們能夠非常容易地分離開。這三個同心圓環的全部寬度加起來有4.8萬千米;將圓環與土星分離開的空白區域,其直徑有3萬千米,至於圓環的厚度,我們估測是400千米左右。這顆環狀的衛星在土星的自轉過程中一直伴隨著它轉動。在土星繞著軸自轉時,這顆衛星繞著它轉動,就像二者連成了一體一樣。動力學甚至證明,土星環的轉動速度必須跟土星自轉的速度相等,這樣才能保持這個脆弱的巨大土星環的構架不致分裂;如果土星環的轉動速度跟土星自轉的速度並不一致的話,那麼在重力的作用之下,土星環崩解后就會將它龐大的碎片落在土星上。這個圓環自身並不發光,因為我們看到,它將自身的影子投射在土星上,同時我們也看到,土星將它自己的影子投射在這個圓環衛星上。因此,這個圓環衛星只是將來自於太陽的光線反射出去,因此對於土星來說,這個圓環衛星就像是一個形狀非常奇特的月球,它環繞著土星的整個天空運行一圈,就像一條連續的衛星鏈一樣。因為土星的球面曲線的緣故,在土星的極地區域,我們並不能看到圓環。從緯度66度開始,這個圓環衛星逐漸地從土星的地面上開始出現。越是靠近土星赤道的地方,我們看到的這個圓環衛星就越是完整。它就像一個巨大發亮的拱形橋,橫跨在天空中,從一端到另一端。從赤道上看去,也就是順著土星環的豎直面去看,它就像一根銀色的繩子,在天頂處把天空分成兩半。當處於一種合適的觀看情形下時,土星環那壯麗的光拱,彎曲在從西方到東方的天空中,這時,它的八顆衛星,呈現出不同的相位,一起放射出耀眼的白光:土星上夜晚這種仙境般的景象,是我們無法想象的。
↓8.土星、土星的外貌、土星上鎖看到的地球與太陽、土星年、比軟木還要輕的泥土、巨大的行星、地球不能與之相比的巨大、土星上的條紋、土星的季節、土星的衛星與圓環。
木星上的一年大約相當於地球上的12年。也就是說,在木星繞著太陽轉上一周的時間內,地球就能繞著太陽轉上12周。由於木星的軌道是如此巨大,因此它看起來轉動的速度很慢,但這僅是表面現象,實際上木星每小時能夠運行4.8萬千米。
↓7.羅默與光線傳播的速度。