地球的最远行星邻居——太阳系行星之“海王星”

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从上一节的介绍中，我们了解了太阳系八大行星之一的“天王星”。接下来，让我们一起了解下地球在太阳系的最远行星邻居——“海王星”吧……

海 王 星

一、海王星在太阳系中的地位与特征

海王星，英文名称Neptune，是太阳系“八大行星”中距离太阳最远的第八颗行星，同样，它和天王星一样，也是一个远日行星。

海王星的亮度仅为7.85等，只有在天文望远镜里才能看到它。由于它那荧荧的淡蓝色光，所以西方人用罗马神话中的海神——“尼普顿”（Neptune）的名字来称呼它。

海王星在直径和体积上小于天王星，但质量却大于天王星，大约是地球的17倍，而它的姊妹行星天王星因密度较低，质量大约是地球的14倍多。在太阳系所有的行星中，海王星体积排第四，质量排第三。

海王星的轨道周期大约相当于164.79地球年。海王星的自转周期是15小时57分59秒。由于它的自转轴倾角为28.321456°，与地球（23°）相近，海王星日与地球日时间长度的不同与其漫长的年比起来就算不得什么了。

地球与海王星的比较

海王星是第一个通过天体力学计算后被发现的行星。因为天王星的轨道与计算的不同，1845年天文学家约翰·可夫·亚当斯和埃班·勤维叶推算在天王星外的一个位置可能有一个未知行星。1846年9月23日，柏林天文台台长约翰·格弗里恩·盖尔真的在这个位置发现了这颗新的行星——海王星。

海王星大气层85%是氢气，13%是氦气，2%是甲烷，除此之外还有少量氨气。大气层中的甲烷，是使海王星呈现蓝色的原因之一。

这是美国旅行者2号拍摄的海王星合成图

海王星内部结构和天王星相似。海王星最外层是云层，有着太阳系最强烈的风暴，测量到的风速高达2100km/h。海王星云顶的温度是-218 ℃（55K），因为距离太阳最远，海王星也是太阳系最冷的地区之一。

旅行者2号拍摄到的海王星上高层云在低层云顶部形成的阴影云环带

海王星最外层的高层云被观察到在低层云的顶部形成阴影，高层的云也会在相同的纬度上环绕着行星运转。这些环带的宽度大约在50公里至150公里，并且在低层云顶之上50公里至110公里。

海王星的大气层包括大约从顶端向中心的10%到20%，高层大气主要由80%氢和19%氦组成。甲烷，氨和水的含量随高度降低而增加。越向内部大气底端温度更高，密度更大，进而逐渐和行星地幔的过热液体混为一体。

海王星的地幔总质量相当于10到15个地球质量，富含水，氨，甲烷和其它成份。作为行星学惯例，这种混合物被叫作冰，虽然其实是高度压缩的过热流体。这种高电导的流体通常也被叫作水-氨大洋。

海王星的行星核是一个质量大概不超过一个地球质量的由岩石和冰构成的混合体。海王星内核的压力是地球表面大气压的数百万倍，通过比较转速和扁率可知海王星的质量分布不如天王星集中。海王星核心的温度约7000℃，可以和太阳的表面比较，也和大多数已知的行星相似。

海王星内部结构模拟图

海王星表面也有类似木星表面的大红斑风暴云，天文学家称之为“大黑斑”。这个大风暴约是木星大红斑的一半，但也容得下整个地球。另外，还有小黑斑与风暴云“速克达”。

这是旅行者2号拍摄的海王星上的“大黑斑”、“风暴云Scooter”、“小黑斑”。

1989年旅行者2号宇宙飞船飞越海王星时发现，“大黑斑”当时的深度约5000千米，跨度达10000千米，位于南纬22°，范围约13000×6600公里。大、小黑斑都是巨大的风暴，以每小时2000公里的速度吹遍整个行星。

这是旅行者2号拍摄到的海王星“大黑斑”。

海王星上的这个斑点的大小与地球近似，并且非常像木星上的大红斑。起初认为它是与大红斑一样的风暴，但更接近的观察显示它是黑暗的，并且是向海王星内部凹陷的椭圆形。围绕在大黑斑周围的风速经测量高达每时2,400公里（1,500英里），是太阳系中最快的风。

“大黑斑”被认为是海王星被甲烷覆盖时产生的一个洞孔，类似于地球上的臭氧洞。在海王星的许多照片上，大黑斑看起来有着不同的大小和形状。大黑斑引起的白色云彩与在地球的高空中发现的卷云有着相似的高度。但与由冰晶构成的卷云不同的是，海王星上的卷云是由冰冻的甲烷结晶构成的。并且，卷云通常在形成几个小时之后就会融化，但是大黑斑经历了36个小时，或说是环绕了行星两圈之后依然存在着。

当1994年哈勃太空望远镜再度拍摄海王星的斑点时，大黑斑已经完全消失不见了，使得天文学家不得不认为它是不是被遮盖了就是消失了。然而，另一个几乎相同的斑点涌现在海王星的北半球，这个新的斑点被称为北大黑斑（NGDS），被持续观测了数年之久。几个月后，哈勃望远镜在海王星的北半球发现了一个新的黑斑。这表明海王星的大气层变化频繁，也许是因为云的顶部和底部温度差异的细微变化所引起的。

这是2011年7月12日美国哈勃太空望远镜观测到的海王星图像。

大黑斑是什么？科学家推测得出的结论是海王星上的大黑斑是由极区旋涡——绕海王星北极旋转的喷流——俘获的。旋涡中快速运动的风就像一堵坚实的气体墙，挡住了黑斑，使它保持在高纬度。

风暴云滑行车（Scooter)是位于大黑斑更南面的另一场风暴，是一组白色云团。1989年当它在旅行者2号造访前的那几个月被发现时，因为它比大黑斑移动得更快就被命名了这个绰号，随后图像显示出还有比滑行车移动得更快的云团。

小黑斑是一场南部的飓风风暴，在1989旅行者2号探测期间强度排在第二位。它最初是完全黑暗的，但在"旅行者2号"接近过程中，一个明亮的核心逐渐形成，并且出现在大多数最高分辨率的图像上。

2007年，科学家们又发现海王星的南极比其表面平均温度（大约为-200 ℃）高出约10 ℃。这样高出10 ℃的温度足以把甲烷释放到太空，而在其它区域海王星的上层大气层中甲烷是被冻结着的。

海王星有着与天王星类似的磁层，它的磁场相对自转轴有着高达47°的倾斜，并且偏离核心至少0.55 半径，或是偏离物理上的中心13,500公里。

海王星也有行星光环。在地球上只能观察到暗淡模糊的圆弧，而非完整的光环。但旅行者2号的图像显示，这些弧完全是由亮块组成的光环。其中的一个光环看上去似乎有奇特的螺旋形结构。同天王星和木星一样，海王星的光环十分暗淡，但它们的内部结构仍是未知数。科学家们已命名的海王星的光环是：最外面的Adams，其次是一个未命名的包有Galatea卫星的弧，然后是Leverrier，最里面暗淡但很宽阔的叫Galle。

海王星的行星环系统

最近的研究表明，海王星的光环比原先认为的更不稳定。凯克天文台在2002年和2003年拍摄的图像显示，与"旅行者2号"拍摄时相比，海王星环发生了显著的退化，特别是“自由弧”，也许在一个世纪左右就会消失。

海王星也拥有自己的卫星，目前已经观测到有14颗天然卫星。

这是哈勃太空望远镜看到的海王星和它的其中的四个卫星：海卫八（Proteus）、海卫七（Larissa）、 海卫六（Galatea）和海卫五（Despina）

这是海王星的几个卫星合成图。其中最大的为：海卫一（Triton）。

这是旅行者2号拍摄到的海王星最大的卫星——海卫一（Triton）的图像。

海卫一（Triton），海王星的卫星中最大的、也是唯一拥有足够质量成为球体的卫星，其在海王星被发现17天以后就被威廉·拉塞尔发现了。与其它大型卫星不同，海卫一运行于逆行轨道，说明它是被海王星俘获的，大概曾经是一个柯伊伯带天体。它与海王星的距离足够近，使它被锁定在同步轨道上，它将缓慢地经螺旋轨道接近海王星，当它到达洛希极限时最终将被海王星的引力撕开。海卫一是太阳系中被测量的最冷的天体，温度为-235℃（38K）。

这就是旅行者2号拍摄到的海王星的另一个卫星——海卫八（Proteus）图像。

海卫八（Proteus），是环绕海王星运行的质量第二大的卫星。它形状不规则，但以拥有在其密度下不会被它自身的引力变成球体的最大体积而出名，它的大小已经接近不规则星体的极限，它只是海卫一质量的四百分之一。其英文名字Proteus（普罗秋斯）源于希腊神话中能按自己的意愿变幻外形的海神。

这就是旅行者2号拍摄到的海王星的卫星——海卫二（Nereid）图像。

海卫二（Nereid），是海王星第三大卫星，它的轨道是太阳系中离心率最大的卫星轨道之一，离心率达到0.7512。海卫二最接近海王星的距离是1 300 000公里，最远则是9 700 000公里，因此科学家们推断它是被海王星引力而吸引的库伯带天体。

二、探测过程

1989年8月25日，美国航天局（NASA）发射的“旅行者2号”探测器飞越海王星，这是人类首次用空间探测器探测海王星。

“旅行者2号”在距海王星4827千米的最近点与海王星相会，从而使人类第一次看清了远在距离地球45亿千米之外的海王星面貌。它发现了海王星的6颗新卫星，使其卫星总数增至8颗；首次发现海王星有5条光环，其中3条暗淡、2条明亮。从旅行者2号拍摄的6000多幅海王星照片中发现，海王星南极周围有两条宽约4345千米的巨大黑色风云带和一块面积有如地球那么大的风暴区，它们形成了像木星大红斑那样的大黑斑。

好了，下一节，让我们看一下被太阳系所抛弃的原来认为的属于“九大行星”之一的星体，也就是目前知道的属于矮行星的“冥王星”吧。

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注：文中部分图片源自网络，感谢！