新太阳系

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内容简介: 太阳系是人类最早认识的恒星系,虽然它在宇宙中很平常,但却孕育了地球生命。太阳系仅仅是宇宙中一个很普通的成员,我们身居在其中,对它的了解正在一步步地走向全面。
天空中的星星基本都是恒星,距离我们极其遥远,它们在天空中的位置基本不会发生变动。但是,有几颗位置经常发生变动,古老的中国人按照五行学说给它们命名,分别是金星、木星、水星、火星、土星,这就是最早被人认识的五颗行星,太阳系行星五行的划分是古老年代的认识。天王星、海王星和冥王星的发现是科学时代的认识。柯伊伯带天体的发现是近十几年的认识,它让人类对太阳系的认识进入一个新时代。
太阳距离地球较远,距离地球最近的天体是月球。天空中不仅有月球,还有无数的繁星,更有银河系横亘星空,这就是地球上看到的星空。在太阳系的其他行星上,看到的景观却会有很大的不同。

目录: 01 给月球地形起名字//001
02 太阳系行星上的天空//008
03 极光,并不是地球的专利//018
04 外星上的人脸//026
05 星尘和苏梅克两个探测器的情人节//034
06 假如地球上没有生命//042
07 地球的神秘伴侣//050
08 大行星派小行星轰炸地球//056
08 火星上的间歇性喷泉//061
10 天空起重机,助力好奇号火星车登上火星//066
11 天堂的舞会//072
12 小行星的家庭结构,有单身贵族也有三口之家//080
13 小行星的繁殖也靠太阳//087
14 朱庇特有多少情人//092
15 木星家族一对受苦受难的兄弟卫星//102
16 木星的电鞭打红了木卫二的屁股//108
17 揭开世外桃源的面纱//113
18 土卫二大翻身//122
19 土卫八阴阳脸之谜//129
20 在地狱里跳贴面舞的情侣//134
21 太阳系边疆的冰鸡蛋//143

前言: 文字创造出来的科普艺术
科普就是把复杂的知识通过简单的讲解让公众知道,文字科普
是最简单、最原始的科普方式,它易于被公众接受和理解。科普面临
着软与硬的问题,包含知识点较多的科普,科学概念较多,技术含量
很高,这是硬科普,很难被解说得简单易懂。而那些知识含量较少的
科普,可以叫做软科普,由于贴近我们的日常认识,就容易被公众接
受,或者说能被完全理解。
在评价科普作品是否成功的时候,我们一般只评价它是否易于
被公众理解,而忽视了科普的软与硬的问题。毫无疑问,在这种评价
中,那些生物和地理方面的科普就很容易占到便宜,而那些与物理相
关的科普就很难获得认可。在与物理相关的科普中,包含太多的概
念,不了解这些概念,就读不懂科普。尤其是青少年,他们还没接触
过那些抽象的物理概念,自然很难读得懂,这种情况在天文学科普中
尤其突出。
古老的天文学是观测星象的学科,并把观测到的星象与人间事
务联系在一起。当代的天文学,完全依靠观测技术的进步,大量的
耗资庞大的观测设备出现了,它们形形色色、原理各异。它们的观
测成就丰富了天文理论,导致天文物理知识大爆炸似的增长。这些
物理知识很难被公众理解,这对天文科普提出了挑战。
“苍穹之上”天文科普丛书解决了这个问题,本套丛书对新知
识、新发现进行了趣味的选取,并在此基础上进行艺术的重新构造
之后,打磨出一套图文并茂的科普作品。这套丛书不仅选题具有趣
味性,在写作方法上也别出心裁,采用比喻、拟人、自述等多种写
作手法,文风各异,把所述的内容变得浅显、有趣、易懂,让文字
的科普作品充满了艺术性。这既不是科幻的艺术性,也不是童话式
的艺术性,而是面对着大量艰深物理概念的艺术描述。
本套丛书不是对天文科学知识进行简单的系统描述,它跟当前
科普市场上的所有科普都不一样,这是艺术的科普,真正体现了科
普的艺术性,这是消耗大量时间和精力的产物。
本套丛书重点反映的是最近十几年,尤其是最近几年的天文新
发现。为了配合书中的文字讲解,搭配了大量的图片,这些图片或
者来源于美国国家航空航天局,或者来源于欧洲航天局,特向这两
个机构表示致敬,还有一些系统原理图片是作者自己绘制的。 

媒体评论: 经过九年多50亿千米的漫漫旅程,2015年7月14日,新视野探测器拜访了冥王星。回望我们生活的地球,是一个微不足道的蓝点。这如同一粒尘埃的蓝点上发生的一切,我们称之为苍穹之下。而那浩瀚星空中的世界,我们称之为苍穹之上。
仰望星空,关注苍穹之上才能引领人类的文明。《苍穹之上》系列图书并非科学时代对人文精神的感叹,而是全波天文时代人类对宇宙的新认识,引领科学时代的少年们飞入未来的星空。

书摘: 朱庇特有多少情人
给木卫系统命名的困惑
西方人喜欢用希腊神话中的人名为天体命名,他们对那些名字有着特别的偏爱。为了给每一颗天体起名字,他们可谓费尽苦心。他们把木星叫作朱庇特,这是罗马神话中的**神,拥有至高无上的法力和权力,罗马神话与希腊神话可谓一脉同源,所以朱庇特也就是希腊神话中大家都知道的宙斯。按照神话传说,它是个风流成性的家伙。于是,给木星的卫星起名字就变成了一件十分有趣的事情,那些围绕在木星周围的卫星被看作是朱庇特的情人。
国际天文协会有一个天体命名委员会,专门负责给太阳系的天体起名字。在讨论木星卫星如何命名的时候,他们提出了一套方案,命名的主要卫星是木卫六到木卫十三,规定它们是朱庇特所窃爱的人,因此在希腊神话中,她们都是默默无闻的女性,她们从来也没有被小行星命名过。其次,还要按照是顺行还是逆行来给它们加一个词尾,用A或者用E来加以区别。
很显然,这套规则有着它的局限性,这样做就会把朱庇特那些著名的情人抛弃掉,从而没有在木卫家族中露面的机会。*不公正的是,赫拉永远也不会陪伴在朱庇特左右。不管这对夫妻关系怎样不好,赫拉毕竟是明媒正娶的,是朱庇特*正宗的妻子。
于是又有人为木星卫星制定了另一套命名规则,按照这套规则,朱庇特的那些著名的情人也都升上天堂,陪伴在朱庇特的左右。但是,这套命名方案里依然没有赫拉的位置,因为**的四颗是伽利略卫星,它们的名字大家都已公认,要想改变这种现状,实在很困难。其他的卫星又太小,实在配不上赫拉这样显赫的地位。所以这套命名规则一直也没能正式使用,没能使用的原因是多种多样的。
数字命名占据优势
公元前4世纪中叶,也就是战国时期,齐国有一个天文学家叫甘德,甘德著有《天文星占》八卷,在他的著作中,记载着木星有卫星,后人考证后认为,甘德看到的就是木卫二。20世纪80年代,北京组织了一批学生,证明用肉眼是可以看到木卫二的。
甘德的著作是有关木星卫星的*早记载,由于现代科学技术起源于欧洲,有关恒星区划的方法也都沿袭着欧洲人的划分习惯,木星卫星的发现者,也就变成了伽利略。
当伽利略把他的望远镜指向天空的时候,他不仅发现了月球上的环形山,还发现有四颗小星总是围绕在木星的周围,这就是距离木星*近的四颗卫星,这使那些神学家们惊慌失措,他们不相信行星会有卫星。为了使自己的发现与教会的观点避免发生冲突,伽利略经过理智的思索,决定把这四颗卫星叫做美第齐家族卫星,因为这是一个有势力的家族,他们给伽利略的研究提供了基金。但是这些名字却没有沿袭下来,虽然当时也有人按照希腊神话给这四颗卫星起了其他几个名字,虽然如此,却没能使用。后人提起这四颗卫星时,总是把它们称为伽利略卫星。这种称呼完全忽视了中国天文学家甘德的贡献。
没有使用的原因还在于已经形成的习惯。1892年,巴纳德发现了木星的第五颗卫星,他很坚定地将这颗卫星命名为“木卫五”,而不用其他名字。木卫十三和木卫十四的发现者科瓦尔也极力宣扬用数字命名的好处,于是这样的方法也就延续下来。木星的卫星均以编号为名,这种习惯行为渐渐占了上风,后来还获得了国际天文协会的正式批准,它表明人们对数码的强烈偏好。
这些久远的争论事件早已过去,虽然没有按照情人那种方法来为木星的卫星命名,但是人们依然喜欢把木星的卫星看作是朱庇特的情人。
给朱庇特的隐私曝光
1979年,行星际探测器飞临木星,使木星的卫星增加到16颗,它们也都按照顺序来命名。这时候人们禁不住疑惑起来,朱庇特这个风流成性的家伙究竟有多少个情人呢?观测水平的低下,使这个问题一直得不到解决。
进入新世纪,这个数字为28颗,长期以来没有什么进展。但是到了2002年5月16日,这个情况有了很大的改变,这一天,国际天文联合会宣布,又发现了11颗木星的卫星,从而使木星的卫星一举超过拥有31颗卫星的土星,达到了39颗。朱庇特的隐私在强大的新一代天文望远镜面前,开始一步步地得到了曝光。
这些新发现的卫星直径都在2~4千米,个头实在是太小了,它们是一群不规则卫星,距离木星的平均距离为2100万千米,相当于300个木星半径,处在一个非常扁圆的轨道上,而且他们还全是逆行卫星。这些卫星的发现者是夏威夷大学天文研究所的朱维特、谢波德和剑桥大学的科里纳,他们联合发现的这些新卫星,大大地丰富了人们对木星的认识,成了该年度天文学上很重要的一项成就。
随后的发现更加令人激动,2003年2月,美国夏威夷大学和剑桥大学又联合发现7颗卫星,为了不出现差错,国际天文学会3月4日才发文公布,新发现的这7颗卫星中,有2颗绕木星运行的方向与木星自转方向相同,其余5颗都是逆行。这个发现使木星的卫星总数达到47颗。但是仅仅事隔一天,这个记录又被打破。3月6日,国际天文学会又宣布发现一颗,人们还没有反应过来,3月7日,又有4颗卫星被发现。这样木星的卫星很快上升到52颗。仅仅过了不到一月的时间,这个记录又被刷新,4月6日,又发现了6颗,朱庇特的情人总数开始达到58个。但是到了6月3日,这个数字开始达到了61个。
木星家族在这一系列新发现面前,更加吸引了公众的目光,朱庇特那些隐藏的情人一个个地被摆到了大家的面前,朱庇特竟然有这么多情人,这多少让赫拉感到吃惊。
寻找木星卫星的技术
木星的这些卫星体积都很小,它们远离太阳,亮度有些都达到24等,基本接近望远镜观测能力的极限。这样的亮度,要想发现它们,实在是一件不容易的事情,它们那微弱的光亮淹没在木星的光芒里。在几年前,要想取得这些新发现实在是不可能的。这些新发现得益于天文观测技术的进步。
如果要想观测太阳系的天体,那么首先要明确,它们都出现在黄道位置,也就是太阳和月亮在天空运行经过的路线。木星当然也要在这个大圆圈内出现,那些寻找木星卫星的大型望远镜就对准了这片星空,它们的主要目标就是木星周围的区域。
这样的望远镜都配有数字照相机,它们可以把观测的内容记录下来,拍摄的图片具有极高的分辨能力,每张图片所包含的像素可以达到12K。上面是密密麻麻的亮点,每一个亮点都是一颗恒星,如果把相隔几十分钟的两张图片加以比较,发现了一个移动的亮点,那就应该引起天文学家的足够重视了,一个新的发现很可能就摆在他的面前。
这个移动的亮点可能是太阳系的小天体,如果能排除它是小行星的可能,事情就会变得简单起来,如果再能确认它没有彗尾,不是彗星,那它就一定是木星的卫星了。当然,*后还得经过其他望远镜的认证,这个过程也是*复杂的,它需要对这个新天体进行一段时间的连续观测,*主要的就是要确认它的轨道常数。这些常数就会确切地表明这个陌生天体的真实身份。
新的木星卫星都是用这种方法发现的,那些望远镜和数字照相机就像是宇宙侦探那样,毫不留情面的将朱庇特的一个又一个情人揪了出来。
它们从哪里来
朱庇特就是这样前呼后拥地被他的情人环绕着,随着数量的不断增长,人们开始疑惑,这些卫星是从哪里来的呢?对于这个问题,有多种多样的解释。
在太阳系外遥远的奥尔特云,有着难以计数的彗星,它们受到太阳的引力作用,会脱离这些团体,向太阳奔来,倘若木星正好位于它所经过的路线周围,那么木星强大的引力将会改变它们的轨道,甚至将它们俘获,从而成为木星的卫星,另一方面,即使在**次回归时,木星不会俘获它们,经过无数次的回归后,彗星的质量会大大减小,*终的命运会有两种可能,坠入太阳或者坠入木星。1994年,苏梅克——列维彗星就是一个榜样,它由于太接近木星,被木星的引力撕裂成21个碎块,撞向了木星。这只是一个特例,对于绝大多数彗星残骸来说,它们的另一种命运是被木星吸引,围绕着木星运转,变成木星的卫星。
木星卫星来源还有另一种可能,那就是小行星,一些小行星的运行轨道很不规则,当它进入到木星的引力范围,就会被木星轻易地俘获,成为它的卫星。
但是很多新发现的卫星轨道不符合这些特征,木星要想凭借强大的引力俘获这些小行星是一件不容易的事。在已知的61颗卫星中,它们的轨道情况各异,逆行卫星占了多数,它们那高轨道倾角和大偏心率使天文学家认为,这些卫星是在木星年轻的时候就有的。
木星与太阳一起在太阳系星云中诞生,那个时候,木星正在从一大团气体云中诞生,它的体积硕大无比,是一团还没有凝成的稀疏气体,一些较小的天体可以穿过它那庞大的躯体,在这个过程中,小天体可能被燃烧掉,但是如果没有被燃烧的话,小天体的速度大大减小,*终被它俘获,成为了木星的卫星,这就是木星俘获卫星的气体拖拽说。
其实,任何一种说法都只能解释其中的一部分,而不能解释全部。像那些规则卫星,比如四颗伽利略卫星,它们都有着规则的圆形轨道和规则的共面性,这表明它们可能是与木星一同形成的。所以,如果从根本上来说,它们与朱庇特青梅竹马,它们才是朱庇特的原配妻子。
朱庇特有多少情人
现在,对四颗伽利略卫星的轨道及其他们的物理状况研究得已经十分深入。木卫二之所以被甘德用肉眼发现,是因为它的体积特别大。实际上,四颗伽利略卫星都很大,它们与月球差不多,其中木卫三比水星还大,因为它们含有冰层,所以特别引人注目,人们对木星卫星的认识始于对它们的了解,但新发现的这些卫星个头完全不是这个样子。
这些卫星一般以逆行卫星居多,个头一般都只有1~5千米。夏威夷大学的谢波德认为,像这样直径大于1千米的卫星,木星可能会有100颗。
这样就产生一个问题,对于质量硕大无比的木星来说,这么小的天体也能算是木星的卫星吗?那些星际陨石也会被木星俘获,而围着木星运行,它们算不算是木星的卫星呢?还有那些细小的宇宙尘埃也可能会围绕着木星运行,这是不是也可以称为木星的卫星呢?对于这样的问题,谁都没有办法回答,它涉及到木星的卫星是否有一个质量标准的问题。目前并没有这样一套标准,规定质量达到多少才可以称为一个行星的卫星。要说新发现的这些小天体不是木星的卫星,那些发现者是会生气的,因为这样也就否定了他们的成绩,他们振振有词地辩解说:“就像一条小狗,你不能因为它小,就说它不是狗。”
要是按照这种标准找下去,朱庇特的情人可能根本就没有一个具体的数字。虽然朱庇特的行为不够检点,但是你不能见一个女人在他的身边,就说那是他的情人。六十多颗卫星已经够多的了,无可奈何的赫拉只有伤心的份。但使她更伤心的是,现在发现的这些卫星又太小,对于那些喜欢取名的天文学家来说,实在没有一个名字适合用她命名。看来,木星的家族里永远也没有赫拉露面的机会,她只能瞪眼看着朱庇特明目张胆地带着那些情人在天堂鬼混。而那些寻找木星卫星的侦探们,丝毫不顾忌赫拉的感受,还在继续着他们的工作,只怕有一天,他们要把那些微小的陨石也当成朱庇特的情人,继续为朱庇特编造那些并不存在的风流韵事。
如果你去问神话学家,朱庇特究竟有多少情人?他们会说:“这个风流成性的家伙,谁知道他诱枴了多少良家女子。”如果你去问天文学家,木星有多少个卫星,他们会说:“谁知道这个力大无穷的家伙俘获了多少小天体。但是天文学家也是对这个问题*感兴趣的人,为了得到答案,他们决定派一个人去看看,派谁去呢,当然还是赫拉,但是,在希腊神话中,她的名字叫赫拉,在罗马神话中,她的名字却叫朱诺。2011年8月5日,美国宇航局发射了朱诺木星探测器,她将会去看看朱庇特究竟有多少情人。
有一点可以肯定,到2012年年底,已经发现木星有66颗卫星,朱诺到那里亲自查看,**会发现更多。朱诺木星探测器在2016年将会到达木星,那时候,更精彩的好戏就会上演。