2022-06-08 13:37

我们根本不了解海王星

An image of Neptune in all its glorious blue, captured by NASA's Voyager 2 spacecraft in 1989

你没听说过海王星吧?

当然不像其他行星那么频繁。太空机器人定期提供火星表面和木星云层的快照。水星经常被占星术爱好者当作倒霉的替罪羊(尽管水星逆行实际上只是我们夜空中的一种光学错觉)。整整13年,卡西尼号宇宙飞船围绕土星飞行,最终坠入土星,结束了它辉煌的一系列观测。行星科学家最近宣布,美国宇航局应该优先在未来十年向天王星发射探测器。事实上,由于一项关于海王星为何如此蓝色的新研究,上周海王星短暂地进入新闻圈是罕见的。

该研究的第一作者、牛津大学的行星物理学家帕特里克·欧文(Patrick Irwin)表示,即使是这个发现也是一个偶然的发现。欧文告诉我,他和他的团队已经开始研究海王星和天王星的大气,而不是调查海王星可爱的外表的具体神秘。这两个冰巨星——之所以这么叫是因为科学家们认为这两个行星最初是由冰物质粘在一起的——经常以这种方式作为一对进行研究。它们有很多共同点:大小差不多——比地球大,但比木星和土星小。它们是没有表面的世界,大气中有氢、氦和少量甲烷。科学家猜测,在它们的内部深处,压力非常大,以至于碳原子被压缩成钻石。

科学家们已经知道,海王星和天王星之所以呈现蓝色,是因为大气中的甲烷吸收了阳光的红色,只留下蓝色和绿色给我们的眼睛看。但欧文和他的同事们发现,天王星上的一层特殊的甲烷雾霾厚度是海王星的两倍。“如果没有雾霾,这些大气自然是蓝色的,”欧文告诉我。“添加雾霾会让它们变得更苍白。”研究人员猜测,海王星的大气层更动荡,更善于搅动甲烷粒子,使这一层变薄。这就是为什么天王星是柔软的海蓝宝石,而海王星是天蓝色的,是我们太阳系中最蓝的行星——这是我们最容易被忽视的行星的完美区别。

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作为离太阳最远的行星,理论上,海王星应该能够在宇宙阵容中处于自己的位置。2006年,冥王星失去了最后一颗行星的位置,但所有人仍在关注它是否算是一颗成熟的行星。当行星科学家们不再为此争吵时,他们正在寻找第九大行星,这是一个假设的世界,在海王星之外围绕太阳旋转,它的存在可以解释一些遥远天体的奇怪轨道。在未来的几年里,如果美国宇航局采纳科学界的建议,向天王星发射一艘宇宙飞船,海王星将成为唯一一颗人类没有在专门任务中访问过的行星。

海王星一直是一个异类。直到1781年天文望远镜发现天王星时,天文学家才意识到它的存在。天王星被某个看不见的天体的引力拖曳在轨道上。海王星最终在1846年被发现,就在天文学家预测的地方。许多年后,技术突飞猛进,1989年,美国宇航局(NASA)的旅行者2号(Voyager 2)宇宙飞船出现了,它掠过海王星,这是一次宏大的外行星之旅的最后一站。这次飞掠让我们近距离看到了一个辉煌的蓝色世界,它的卫星和它的光环。(是的,海王星有光环!它们不像土星那样迷人,但它们是由小块岩石和灰尘制成的。)“航行者”号在大气层中捕捉到深蓝色的斑块,这些斑块后来被证明是强大的风暴,科学家将他们看到的最大的一个——大约地球大小的风暴——命名为“大黑点”。

从那以后再没有宇宙飞船造访过海王星。或天王星。行星科学家们在最近向美国宇航局(NASA)提出的建议中,决定选择一颗冰巨星而不是另一颗,原因很简单,因为天王星离我们更近,而且我们的太空机器人到达的时间更短。这就是探索环绕太阳需要很长时间的世界的挑战,天王星需要84年,海王星需要惊人的165年。在21世纪30年代初的某个时候,一项前往天王星的专门任务无疑会丰富我们对这两颗冰巨星的了解。但这并不是海王星应得的。太阳系的最后一颗行星有它自己的故事,有它自己的特质——迷人而神秘,值得我们关注。

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例如,埃尔文说:“海王星在形成过程中有大量的内部热量,目前正在向太空辐射。”海王星释放的热量是它从太阳吸收的热量的2.5倍,而天王星,尽管它离我们的恒星更近,却没有——考虑到两颗冰巨星在组成上如此相似,这是相当奇怪的。所有这些多余的元素使得海王星成为一个暴风雨多风的地方。(木星可能有太阳系中最漂亮的风暴,但海王星有最快的风。)科学家们渴望了解海王星的天气是如何运作的。旅行者2号发现的大黑点?20世纪90年代哈勃太空望远镜观测到这颗行星时,它已经完全消失了。其他的黑点也有类似的出现和消失。“大气中有很多有趣的变化,”加州大学伯克利分校的天文学家伊姆克·德·佩特(Imke de Pater)告诉我。“特别是在过去几年,我们根本没有看到太多云活动,这非常奇怪。”

同样奇怪的是:海王星的季节性温度。目前,南半球的夏季已经持续了近20年。(在海王星上,每个季节大约持续40年。)因此,当行星科学家最近检查了这段时间的望远镜观测结果时,他们预计会看到这颗行星稳步升温的迹象。“夏天应该会暖和一些,”NASA戈达德太空飞行中心(Goddard Space Flight Center)参与这项研究的天文学家娜奥米·罗-格尼(Naomi Rowe-Gurney)告诉我。但她说,海王星却在冷却。罗-格尼说:“有些事情正在发生,我们真的不明白。”

海王星有太阳系中最有趣的卫星之一,它是在数百万年前从附近一个充满冰物体的区域偷走的:海卫一,一个行星大小的世界,有光滑的冰表面。当旅行者2号飞过海王星系统时,它探测到从月球地形的裂缝中喷出的氮气羽状物。科学家们认为,在海卫一冰冻的地壳下有一个海洋在翻滚,这使它成为寻找外星生命的潜在候选者。汉普顿大学(Hampton University)的行星科学家Kunio Sayanagi告诉我,“那是太阳系中生命可能开始的另一个地方,也许现在还在那里。”美国国家航空航天局(NASA)最近考虑用一个专门的探测器来探测海卫一,但航天局决定资助两个探测器去金星。

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我们会去海王星吗?当然不是用宇航员,而是用专门设计的宇宙飞船来探索我们的第八颗行星的奇迹?世界上最新的太空天文台,詹姆斯·韦伯太空望远镜,计划在今年晚些时候观测这颗冰巨星,并将提供关于其大气层性质的前所未有的数据。但这和在轨道上不一样。按照这个标准,我们根本不了解海王星,而且在一段时间内也不会了解。最近一项海王星轨道飞行器的任务概念建议在2033年发射,并在2049年到达。但如果先去天王星,就意味着要把时间线往后推10年,甚至更长。这颗最蓝的行星可能要等到本世纪50年代才会有自己的宇宙飞船伴星。

罗-格尼说,正是拥有“美丽的深蓝色”的海王星,第一次激发了她对行星科学的兴趣。但是天王星,由于其古怪的侧转特性,是她现在最喜欢的行星。事实上,我采访的行星科学家中没有一个人说海王星是他们最喜欢的行星,这并不意味着什么——四个人的样本容量是多少?(他们也质疑这个提示;欧文说:“这就像让父母选择他们最喜欢的孩子一样!”)但我还是忍不住想,尤其是在我们讲完海王星的所有奇妙之处后:哎哟!本月晚些时候,在黎明前的几个小时,北半球的夜空中会出现五颗行星:水星、金星、火星、木星和土星,它们像小珠宝一样闪闪发光。当然,天王星太远了,肉眼无法看到,海王星也是如此。也许有一天,在遥远的未来,海王星对我们来说就像我们身边的世界一样熟悉。不过,现在,当我在昏暗的早晨寻找行星的闪烁时(你最喜欢的可能是其中之一),我会花更多的心思在最蓝色的那一个上。