圖解：海王星，圖源：NASA

海王星在太陽(yáng)系中的排行第八，也是離太陽(yáng)最遠(yuǎn)的行星。它也是太陽(yáng)系的四顆大型行星中最小的那一顆。海王星外觀呈現(xiàn)出豐富多樣的藍(lán)色，它被以羅馬神話中海神的名字命名。

圖解：旅行者2號(hào)所拍攝的海王星

海王星最早被觀測(cè)到是在1846年。但人們對(duì)這顆星球的了解甚少，直到近年才有所改變。這是由于海王星距離地球太遠(yuǎn)，對(duì)他的觀察受到限制。接著在1989年，行星探測(cè)器“旅行者2號(hào)”飛越了海王星。

探測(cè)器向人們揭示了這個(gè)行星及其衛(wèi)星的一些值得注意的事實(shí)。這些發(fā)現(xiàn)中包括海王星有一個(gè)稠密的大氣層，并且密度隨著深度的增加而增加，逐漸與一個(gè)巨大而奇怪的海洋合為一體。

圖解：勒維耶，用數(shù)學(xué)發(fā)現(xiàn)海王星的人。

海王星的公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)

海王星每165年繞太陽(yáng)轉(zhuǎn)一圈。當(dāng)它公轉(zhuǎn)時(shí)，海王星沿著一個(gè)橢圓型的軌道運(yùn)動(dòng)。為了完成一次公轉(zhuǎn)，這顆行星需要運(yùn)動(dòng)很長(zhǎng)的一段距離。

海王星軌道與太陽(yáng)之間的平均距離是一個(gè)很巨大的數(shù)值。事實(shí)上，這個(gè)距離大約是地球和太陽(yáng)之間的距離的30倍。

圖解：海王星和地球大小比較。

海王星在太陽(yáng)系中的排行第八，也是離太陽(yáng)最遠(yuǎn)的行星。在海王星軌道之外有一個(gè)區(qū)域會(huì)被許多跨越海王星天體穿過。在這些跨越海王星的天體中，我們最熟悉的是冥王星。冥王星的軌道有時(shí)比海王星更接近太陽(yáng)。

海王星的磁場(chǎng)每16小時(shí)就會(huì)旋轉(zhuǎn)一次，這也是海王星上“一天”的長(zhǎng)度。海王星大氣中可視特征（如氣流）的旋轉(zhuǎn)速率會(huì)因?yàn)槠涮幵诘木暥鹊牟煌泻艽蟮膮^(qū)別。

圖解：大黑斑（上面），滑行車（中間白色云彩）和小黑斑（底部）。

一個(gè)昏暗而遙遠(yuǎn)的世界

海王星的直徑大約是地球的四倍。雖然海王星很大，但除非使用望遠(yuǎn)鏡，不然無(wú)法從地球上觀察到它。海王星距離我們非常遠(yuǎn)，這讓他看起來(lái)又小又暗。海王星距離太陽(yáng)約28億英里（45億公里）。因?yàn)楹Ｍ跣堑教?yáng)之間的距離太遠(yuǎn)了，所以它能接收的陽(yáng)光很少。事實(shí)上，到達(dá)海王星的陽(yáng)光強(qiáng)度比到達(dá)地球的低了有900倍。行星反射的陽(yáng)光越少，星球上的光線就越暗。

大暗斑

海王星離地球太遠(yuǎn)了，即使通過大型望遠(yuǎn)鏡觀察也海王星看起來(lái)也很小。也難怪那么多年來(lái)都沒人發(fā)現(xiàn)他，直到亞當(dāng)斯和勒維耶（兩位為海王星的發(fā)現(xiàn)者）告訴天文學(xué)家去哪里尋找。

圖解：大暗斑，圖源NASA

海王星上也有巨大的反氣旋風(fēng)暴，還記得木星上的大紅斑嗎？在海王星上我們可以看到一些類似東西，它被稱為“大暗斑”。大暗斑的大小和地球類似。與其他行星上的不同，海王星的大暗斑風(fēng)速達(dá)到每小時(shí)2400公里（1500英里），是太陽(yáng)系中最快的反氣旋風(fēng)暴。

藍(lán)色的氣體巨人

海王星、木星、土星和天王星都是太陽(yáng)系中的氣態(tài)巨行星。它們與地球非常不同，地球的地殼是由巖石構(gòu)成的，內(nèi)部則是熔巖。海王星有一個(gè)很深，很厚的，由氫，氦還有微量的甲烷組成的大氣。隨著深度的增加，大氣變得越來(lái)越稠密，逐漸脫離氣態(tài)，變成一種奇怪的液體。這種流體被稱為超臨界流體，它同時(shí)具有類氣性和類液性。海王星上的超臨界流體由水、甲烷和氨組成。雖然氣液態(tài)之間沒有明顯的分界線，但它也可以算作海洋。

圖解：旅行者2號(hào)所拍攝到的大黑斑。

海王星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

海王星不同于其他氣體巨行星。例如，海王星和木星的成分非常不同。海王星質(zhì)量的10%左右是由氫氣和氦氣組成的。相比之下，木星的質(zhì)量中大約96%是氫和氦。海王星質(zhì)量占比中另90%主要是由較重的元素組成，其中包括碳、氮和氧。在海王星上，這些元素以甲烷、氨和水等化合物的形式出現(xiàn)。

圖解：海王星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，圖源：NASA

大氣中的甲烷氣體使海王星呈現(xiàn)出藍(lán)色的外觀。我們知道太陽(yáng)光是由一系列顏色組成的，這些顏色會(huì)被某些材料吸收并被其他材料反射，而甲烷會(huì)吸收光譜中的紅色。當(dāng)陽(yáng)光穿透甲烷氣體時(shí)，紅色被吸收，藍(lán)色被反射，因此使整個(gè)行星呈現(xiàn)出藍(lán)色。因?yàn)槠≡诖蟛糠旨淄橹?，高層大氣中的縷狀的云看起來(lái)是白色的。

海王星上層大氣的溫度是-355華氏度（-215攝氏度）。從那里開始，大氣層向星球內(nèi)部延伸數(shù)千英里。越接近內(nèi)部，氣溫就越高。當(dāng)其大氣壓力與地球表面的大氣壓力大致相同時(shí)，海王星上的溫度足以使甲烷形成云。

圖解：海王星，圖片來(lái)自哈勃太空望遠(yuǎn)鏡。圖解： L. Sromovsky & NASA

在云層之下，大氣層向下延伸數(shù)千英里，壓力和溫度會(huì)逐漸升高。但是大氣永遠(yuǎn)不會(huì)到達(dá)固體或是液體表面，相反，它逐漸與一個(gè)古怪的海洋融合。這片海洋既不完全是氣體，也不完全是液體。它大約位于大氣深度6000英里（10000公里）。這片海洋由水、甲烷和氨組成。溫度可高達(dá)4500°F（2500°C）。海王星可能有一個(gè)大小類似于地球的巖石核心，核芯溫度可達(dá)到15000°F（8000°C）。

海衛(wèi)一，冰火山的世界

海衛(wèi)一是海王星最大的衛(wèi)星。它比地球的衛(wèi)星-月球-稍小，直徑約1700英里（2700公里）。它繞海王星旋轉(zhuǎn)一周需要花費(fèi)5天20小時(shí)。

圖解：海衛(wèi)一，圖源：NASA

以上內(nèi)容盡管很乏味，但是海衛(wèi)一是一顆非常不尋常的衛(wèi)星。大多數(shù)衛(wèi)星的軌道與行星的旋轉(zhuǎn)方向相同，但是海衛(wèi)一卻以相反的方向環(huán)繞海王星。一些科學(xué)家認(rèn)為海衛(wèi)一的軌道之所以不同，是因?yàn)樗?jīng)是一顆獨(dú)立行星，被海王星引力捕獲后成為它的衛(wèi)星。

海衛(wèi)一的另一個(gè)不尋常特征是其表面的冰火山。圖片展示了火山噴發(fā)將物質(zhì)噴射到5英里外（8公里）的太空中。這些物質(zhì)包括冷凍氮、塵埃顆粒和來(lái)自海衛(wèi)一內(nèi)部的其他材料，這些物質(zhì)有一定的溫度。為了解釋這種溫度的產(chǎn)生，科學(xué)家引用了一種叫做潮汐摩擦的現(xiàn)象。

圖解：海衛(wèi)一的軌道和運(yùn)轉(zhuǎn)方向（紅）與大多數(shù)衛(wèi)星的軌道（綠）的比較

當(dāng)物體的形狀在重力作用下發(fā)生改變時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生潮汐摩擦。更準(zhǔn)確地說(shuō)，潮汐摩擦是形狀變化中的阻力。海王星的引力對(duì)海衛(wèi)一產(chǎn)生了拉伸。由于海衛(wèi)一圍繞海王星的軌道是略為橢圓的，引力拉伸的程度也在不斷變化。（當(dāng)海衛(wèi)一靠近海王星時(shí)，引力對(duì)它拉伸增加，當(dāng)海衛(wèi)一遠(yuǎn)離海王星時(shí)，拉伸減少。）拉伸程度的變化中產(chǎn)生摩擦阻力加熱了海衛(wèi)一的內(nèi)部。

盡管海衛(wèi)一內(nèi)部溫度很高，但它的表面卻很冷。溫度約為-391華氏度（-235攝氏度）。海衛(wèi)一的表面可能比冥王星還要冷（海衛(wèi)一通常比冥王星更接近太陽(yáng)。但是海衛(wèi)一的表面高度反射）。

圖解：海衛(wèi)一是一個(gè)地質(zhì)活躍的衛(wèi)星，其表面年輕復(fù)雜

海衛(wèi)一的部分表面有褶皺，其他部分似乎被冰凍的湖泊所覆蓋。在這些地方，水可能從海衛(wèi)一的內(nèi)部噴發(fā)出來(lái)，然后凍結(jié)起來(lái)變得像巖石一樣堅(jiān)硬。海衛(wèi)一的大部分表面都被白雪覆蓋。因?yàn)楹Ｐl(wèi)一的表面太冷了，所以雪不是由水形成。相反，科學(xué)家認(rèn)為雪是由凍結(jié)在大氣中的氮晶體組成的。海衛(wèi)一結(jié)冰表面反射的陽(yáng)光使它成為太陽(yáng)系中最白的天體之一。

圖解：海衛(wèi)一表面的撞擊坑很少，說(shuō)明其表面活動(dòng)劇烈

海衛(wèi)一另一個(gè)不尋常之處是它擁有一個(gè)主要成分是氮?dú)獾南”〈髿鈱印４蠖鄶?shù)衛(wèi)星太小，不足以維持住大氣層。但是海衛(wèi)一表面太冷了，即使是它微弱的引力也能將它的氮?dú)獯髿鈱泳S持?jǐn)?shù)十億年。

海王星的其他衛(wèi)星及其行星環(huán)

除了海衛(wèi)一，海王星還有十二個(gè)衛(wèi)星。比海衛(wèi)一離海王星更近的衛(wèi)星是：Naiad（海衛(wèi)三）, Thalassa（海衛(wèi)四）, Despina（海衛(wèi)五）, Galatea（海衛(wèi)六）, Larissa（海衛(wèi)七）, 和 Proteus（海衛(wèi)八）。軌道距離較遠(yuǎn)的衛(wèi)星有：Nereid（海衛(wèi)二）, Halimede（海衛(wèi)九）, Sao（海衛(wèi)十一）, Laomedeia（海衛(wèi)十二）, Psamathe（海衛(wèi)十）, 和Neso（海衛(wèi)十三）。

圖解：海王星的行星環(huán)，圖源NASA

海王星最小的衛(wèi)星海衛(wèi)十是在2003年由茂納凱亞天文臺(tái)（Mauna Kea Observatory）發(fā)現(xiàn)的。它的直徑只有24英里（38公里）。它的軌道距離海王星約3000萬(wàn)英里（4800萬(wàn)公里）。只有海衛(wèi)十三在比他更遠(yuǎn)的軌道上繞海王星運(yùn)行。

海王星周圍有四個(gè)稀薄行星環(huán)。這些環(huán)很可能是由灰塵、沙粒和小冰粒組成的。它們也可能含有巖石和巨石。這些環(huán)可能是由隕石撞擊里層軌道的衛(wèi)星后產(chǎn)生的爆炸的碎片形成的。它們也可能是由很久以前破裂的衛(wèi)星的碎片形成的。

圖解：從海衛(wèi)一上看海王星的模擬視圖

與大多數(shù)看起來(lái)光滑均勻的行星環(huán)不同，海王星最外層的環(huán)有三條明亮的弧線。這些弧可能是由海衛(wèi)六引起的，它正好在環(huán)的內(nèi)部運(yùn)行。海衛(wèi)六和環(huán)之間的復(fù)雜引力作用可能導(dǎo)致環(huán)中可以反射光的冰凝結(jié)在一起。這種相互作用也會(huì)影響衛(wèi)星的軌道。

旅行者2號(hào)對(duì)海王星的短暫探索，無(wú)疑有助增加我們對(duì)這顆行星的了解。但關(guān)于海王星還有很多事情仍然是個(gè)謎。下一次訪問——可能是在2030年左右，或者更晚一些——無(wú)疑將揭示這顆位于太陽(yáng)系邊緣的藍(lán)色行星的更多信息。

參考資料

1.Wikipedia百科全書

2.天文學(xué)名詞

3. thetimenow- The Timenow- Anuraplant

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