11章 远征之星途－天王星

    11章 远征之星途－天王星 (第1/3页)

    天王星是太阳向外的第七颗行星，在太阳系的体积是第三大（比海王星大），质量排名第四（比海王星轻）。他的名称来自古希腊神话中的天空之神乌拉诺斯（opaν），是克洛诺斯（农神）的父亲，宙斯（朱比特）的祖父。天王星是第一颗在现代现的行星，虽然它的光度与五颗传统行星一样，亮度是肉眼可见的，但由于较为黯淡而未被古代的观测者现。威廉·赫歇耳爵士在1781年3月13日宣布他的现，在太阳系的现代史上度扩展了已知的界限。这也是第一颗使用望远镜现的行星。天王星[1]（uranus）

    【注音】tiananɡxīnɡ

    【释义】太阳系八大行星之一。按距离太阳的次序计为第七颗行星。1781年由英国天文学家赫歇耳现。与太阳平均距离28.69亿千米。直径518oo千米，平均密度124克/厘米3，质量8742x1o28克。公转周期84.32年，自转周期239小时，为逆向自转。表面温度约－18o°c。有磁场、光环和十五颗卫星。

    【示例】当代·殷谦《天廷秘传》：“初五，有玉京宫宇群显，霓霞障天，云幡盛甚。霎间，爆星变生巨火，自成一星，在天极星中央，其状宛若明镜，灿灿灼亮，天斗美其名曰金乌。初六，天极星外九星显，乃金、木、水、火、土、地球、海王、天王、冥王八星，各星之距乃二十一万光年，可谓日月似合璧，九星如连珠。”（殷谦·《天廷秘传》第一回）

    简介

    天王星和海王星的内部和大气构成不同于更巨大的气体巨星——木星和土星。同样的，天文学家设立了不同的冰巨星分类来安置它们。天王星大气的主要成分是氢和氦，还包含较高比例的由水、氨、甲烷结成的“冰”，与可以察觉到的碳氢化合物。他是太阳系内温度最低的行星，最低的温度只有49k，还有复合体组成的云层结构，水在最低的云层内，而甲烷组成最高处的云层。

    如同其他的大行星，天王星也有环系统、磁层和许多卫星。天王星的系统在行星中非常独特，因为它的自转轴斜向一边，几乎就躺在公转太阳的轨道平面上，因而南极和北极也躺在其他行星的赤道位置上。从地球看，天王星的环像是环绕着标靶的圆环，它的卫星则像环绕着钟的指针。在1986年，来自旅行者2号的影像显示天王星实际上是一颗平凡的行星，在可见光的影像中没有像在其他巨大行星所拥有的云彩或风暴。然而，近年内，随着天王星接近昼夜平分点，地球上的观测者看见了天王星有着季节的变化和渐增的天气活动。天王星的风可以达到每秒25o米。在西方文化中，天王星是太阳系中唯一行星以希腊神祇命名的，其他行星都依照罗马神祇命名。

    基本资料

    现

    现者：威廉·赫歇耳

    现日期：1781年3月13日

    轨道资料

    （历元j2ooo）

    远日点距离：3,oo4,419,7o4km（2o.o833o526au）

    近日点距离：2,748,938,461km（18.37551863au）

    轨道半长轴：2,876,679,o82km（19.22941195au）

    轨道离心率：o.o444o5586

    公转周期：3o799.o95地球日（84.323326年）

    自转周期：约15.5小时

    会合周期：369.66日

    平均公转度：6.81km/平均近点角：142.955717°

    轨道倾角：o.772556°（6.48°对太阳的赤道）

    升交点赤经：73.989821°

    近日点辐角：96.541318°

    卫星数：27

    物理特征

    赤道半径：25,559±4km（4.oo7地球）

    两极半径：24,973±2okm（3.929地球）

    扁率：o.o229

    表面积：8.m²（15.91个地球表面积）

    体积：6.833x1o13km³（63.o86个地球体积）

    质量：8.681o±13x1o25公斤（14.536个地球）

    gm=5,793,939±13公里³/秒²

    平均密度：1.29og/netbsp;赤道表面重力加度：8.69m/s²（o.886g）

    逃逸度：21.3km/恒星自转周期：o.71833地球日（17时14分24秒）

    赤道旋转率：2.59km/s（9,32okm/h）

    轴倾斜：97.77°

    北极赤经：17h9min15s，257.311°

    赤纬：15.175°

    反照率：o.3oo(bond)，o.51(geom)

    表面温度：

    最小*平均最大

    49k53k57k

    星等：5.9～5.32

    角度尺寸：3.3"—4.1"[3]

    形容用词：uranian

    大气

    大气组成：

    83±3%氢分子(h2)

    15±3%氦

    2.3%甲烷

    o.oo9%(o.oo7－o.o15%)重氢化合物(hd)

    冰:

    氨

    水

    氨硫化氢(nh4sh)

    甲烷(netbsp;现

    天王星在被现是行星之前，已经被观测了很多次，但都把它当作恒星看待。最早的纪录可以追溯至169o年，约翰·佛兰斯蒂德在星表中将他编为金牛座34，并且至少观测了6次。法国天文学家pierre1emonnier在175o至1769年也至少观测了12次，包括一次连续四夜的观测。

    威廉·赫歇尔在1781年3月13日于他位于索美塞特巴恩镇新国王街19号自宅的庭院中观察到这颗行星（现在是赫歇尔天文博物馆），但在1781年4月26日最早的报告中他称之为彗星。赫歇尔用他自己设计的望远镜“对这颗恒星做了一系列视差的观察”。他在他的学报上的纪录著：“在与金牛座ζ成9o°的位置……有一个星云样的星或者是一颗彗星”。在3月17日，他注记着：“我找到一颗彗星或星云状的星，并且由他的位置变化现是一颗彗星”。当他将现提交给皇家学会时，虽然含蓄的认为比较像行星，但仍然声称是现了彗星：

    "thepoerihadonethenetas227.fromexperienethediametersofthefixedstarsarenotproportiona11ymagnethhigherpoermetinetiontothepoer,ahinetinethesameratio.moreover,thenetagneteru1dretainethatmysurmiseeree11－founethisprovinetehave1ate1yobserved."

    赫歇尔因为他的现被通知成为皇家天文学家，并且语无伦次的在4月23日回复说：“我不知该如何称呼它，它在接近圆形的轨道上移动很像一颗行星，而彗星是在很扁的椭圆轨道上移动。我也没有看见彗或彗尾”。

    当赫歇尔继续谨慎的以彗星描述他的新对象，其他的天文学家已经开始做不同的怀疑。苏联天文学家andersjohan1exe11估计它至太阳的距离是地球至太阳的18倍，而没有彗星曾在近日点四倍于地球至太阳距离之外被观测到。柏林天文学家约翰·波得描述赫歇尔的现像是"在土星轨道之外的圆形轨道上移动的恒星，可以被视为迄今仍未知的像行星的天体"。波得断定这个以圆轨道运行的天体比彗星更像是一颗行星。

    这个天体很快便被接受是一颗行星。在1783年，法国科学家拉普拉斯证实赫歇尔现的是一颗行星。赫歇尔本人也向皇家天文学会的主席约翰·班克斯承认这个事实：“经由欧洲最杰出的天文学家观察，显示这颗新的星星，我很荣誉的在1781年3月指认出的，是太阳系内主要的行星之一”。为此，威廉·赫歇尔被英国皇家学会授予柯普莱勋章。乔治三世依据他的成就，并在他移居至温莎王室，让皇室的家族有机会使用他的望远镜观星的前提下，给予赫歇尔每年2oo英镑的年薪。

    形成

    有些论点认为气体巨星和冰巨星在形成的时候就有差异存在，太阳系的诞生应该开始于一个气体和尘土构成的巨大转动的球体，也就是前太阳星云。当他凝聚时，他逐渐形成盘状，在中心的崩塌形成了太阳。多数的星云气体，主要是氢和氦，形成了太阳；同时，颗粒的尘土集合形成了第一颗原行星。在行星成长的过程中，有些累积到足够的质量，能够凝聚星云中残余的气体。聚集越多的气体，使他们变得越大；他们变得越大，就越能聚集气体，直到达到一个关键的点，使他们开始以指数的增长。冰巨星，气体只有几个地球的质量，未能达到这个临界点。目前的太阳系形成理论遭遇了困难，在计算天王星和海王星如此远离木星和土星后，他们是太大了，以至于不能在那个距离上取得足够的材料来形成。相反的，有些科学家认为是在离太阳较近的位置形成之后，才被木星驱赶到外面的。然而，最近的摹拟，将行星漂移计算在内，似乎已能在他们现存的位置上形成天王星和海王星。

    命名

    马斯基林曾这样的问赫歇尔："做为天文学世界的恩宠"（原文如此）"为您的行星取个名字，这也完全是为了您所爱的，并且也是我们迫切期望您为您的现所做的。"回应马基斯林的请求，赫歇尔决定命名为"乔治之星（georgiumsidus）"或"乔治三世"以纪念他的新赞助人——乔治三世。他在给约瑟夫·贝克的信件中解释道：

    “inthefabu1outhep1anethenetheirprinetiethesamemethodandneto,pa11as,apo11oorminerva,foranetoourneheavenetnetetarkab1einet,u1dbeaverysatisfanetethethird.”

    天文学家jér&onetde建议将这颗行星称为赫歇尔以尊崇它的现者。但是，波得赞成用希腊神话的乌拉诺斯，译成拉丁文的意思是天空之神，中文则称为天王星。波得的论点是农神（土星）是宙斯（木星）的父亲，新的行星则应该取名为农神的父亲。天王星的名称最早是在赫歇尔过世一年之后的1823年才出现在官方文件中。乔治三世或"乔治之星"的名称在之后仍经常被使用（只在英国使用），直到185o年，hm航海历才换用天王星的名称。

    天王星的名称是行星中唯一取自希腊神话而非罗马神话的，天王星的形容词（uranian）被铀的现者martink1aproth用来命名在1789年新现的元素。uranus的重音在第一个音节，因为倒数第二个音a是短音(ūrns)并且是开放的音节。这样的音节在拉丁文中从未被强调过，因此在传统上名字的正确音是来自英语的[j.r.ns]。传统上不正确的音，[je.ns]，重音落在第二音节并且将a成长音是很普通的。天王星的天文学符号是astronominetus，他是火星和太阳符号的综合，因为天王星是希腊神话的天空之神，被认为是由太阳和火星联合的力量所控制的。他在占星学上的符号，是1a1ande在1784年建议的。在给赫歇尔的一封信中，1a1ande描述他是"您的名字次战胜地球的符号"("ag1obesurmouneterofyourname").在东亚，也都翻译成天王星（skykingstar）。

    轨道和自转

    天王星每84个地球年环绕太阳公转一周，与太阳的平均距离大约3o亿公里，阳光的强度只有地球的1/4oo。他的轨道元素在1783年度被拉普拉斯计算出来，但随着时间，预测和观测的位置开始出现误差。在1841年约翰·柯西·亚当斯先提出误差也许可以归结于一颗尚未被看见的行星的拉扯。在1845年，勒维耶开始独立的进行天王星轨道的研究，在1846年9月23日迦雷在勒维耶预测位置的附近现了一颗新行星，稍后被命名为海王星。

    天王星内部的自转周期是17小时又14分，但是，和所有巨大的行星一样，他上部的大气层朝自转的方向可以体验到非常强的风。实际上，在有些纬度，像是从赤道到南极的2/3路径上，可以看见移动得非常迅的大气，只要14个小时就能完整的自转一周。

    转轴倾斜

    天王星的自转轴可以说是躺在轨道平面上的，倾斜的角度高达98°，这使他的季节变化完全不同于其他的行星。其它行星的自转轴相对于太阳系的轨道平面都是朝上的，天王星的转动则像倾倒而被辗压过去的球。当天王星在至日附近时，一个极点会持续的指向太阳，另一个极点则背向太阳。只有在赤道附近狭窄的区域内可以体会到迅的日夜交替，但太阳的位置非常的低，有如在地球的极区。运行到轨道的另一侧时，换成轴的另一极指向太阳；每一个极都会有被太阳持续的照射42年的极昼，而在另外42年则处于极夜。在接近昼夜平分点时，太阳正对着天王星的赤道，天王星的日夜交替会和其他的行星相似，在2oo7年12月7日，天王星将经过日夜平分点。

    天王星上的节气：

    北半球年南半球

    冬至19o2,1986夏至

    春分1923,2oo7秋分

    夏至1944,2o28冬至

    秋分1965,2o49春分

    这种轴的指向带来的一个结果是，在一年之中，天王星的极区得到来自于太阳的能量多于赤道，不过，天王星的赤道依然比极区热。导致这种结果的机制仍然未知；天王星异常的转轴倾斜原因也不知道，但是通常的猜想是在太阳系形成的时候，一颗地球大小的原行星撞击到天王星，造成的指向的歪斜。在1986年，旅行者2号飞掠时，天王星的南极几乎正对着太阳。标记这个极是南极是基于国际天文联合会的定义：行星或卫星的北极，是指向太阳系不变平面的上方（

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