海王星
2017-11-23

海王星的前世今生

對于地球上的觀測者來說,想觀測到海王星的細節、光環以及已知的14顆衛星,都只能是一個夢想了。

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海王星的前世今生

兩個藍色行星的對比,海王星的直徑大約是地球的四倍。它的雲帶以及大黑斑最早由美國宇航局的旅行者2號于1989年發現。盡管使用普通的望遠鏡無法欣賞這兩個細節特征,但是用業余愛好者的望遠鏡就足以看到這個巨大冰冷的行星表面的藍色。在九月的天空的寶瓶座中人們可以看到的這顆最遙遠的大行星。使用普通的雙筒望遠鏡就可以找到它,然而卻無法把它從背景的恒星中分辨出來。只有在中等口徑的望遠鏡才能看到這顆引人注目的藍色巨大行星。

在幾十年前,冥王星一直被認爲是太陽系最外層的行星。之後天文學家們驚奇的發現,由于冥王星的運行軌道是橢圓形,在1979年到1999年期間它曾經一度非常接近海王星,在那個時候海王星是太陽系最遠的行星,正如今天一樣:在2006年召開的世界天文大會(IAU)上冥王星由于物理原因被天文學家們降級爲矮行星。

IAU的決定觸動了許多美國天文學家的認知,如此一來1781年Wilhelm Herschel在英格蘭發現的天王星,1846年德法天文學家Urbain Le Verrier和Johann Gottfried Galle在柏林聯合發現的海王星,以及美國天文學家Clyde Tombaugh在1930年發現的被認爲太陽系最遠的行星——冥王星的榮譽都將被改變。因爲海王星才是太陽系最遙遠的行星。同時這一決定所帶來的好處是:因爲海王星比冥王星亮很多,只需借助一個雙筒望遠鏡就可以觀察到太陽系裏最遠的行星,借助天文望遠鏡則可以看到更多的細節。

巨大的冰冷的藍色星球

海王星的軌道半徑大約是日地距離的30倍,公轉一周需要164.8年,因此它在天球上每年只移動2度多一點,大約只相當于滿月直徑的四分之一。海王星的直徑爲50000千米,大約是地球的四倍,只比它的近鄰天王星小一點,但是和太陽系的兩大巨行星木星和土星相比還差很遠。

同它的姊妹星一樣,海王星的大氣中也含有氫、氦和少許甲烷。由于海王星的上層大氣非常寒冷,在大氣層下方的氣體組分與上層完全不同:在行星表面充斥著高溫。盡管如此,氣體在巨大的壓力開始固化,在這樣的極端環境中甚至會産生能夠發光的冰水混合物。

即便在天文望遠鏡中海王星的雲帶只有2弧秒的視直徑,以至于無法被觀測到。由NASA的旅行者2號探測器于1989年8月2號向地球傳回的照片,以及哈勃空間望遠鏡拍攝到的照片卻顯示,在海王星表面只有很少量的高空雲層,類似于我們地球上所熟知的卷雲(見題圖)。對于所有行星而言,我們之所以能看到海王星, 是因爲它可以反射太陽光。但是木星卻是個例外,它雖然也是一個氣態行星,但是它卻自身卻散發著黃色的光芒,同樣是氣態行星的海王星的光芒確實藍色的:因爲甲烷氣體吸收了太陽光的紅色部分,只有藍色的部分得以反射。

令行星學家們感到困惑的是海王星上最快可以達到2000公裏每小時的風速。人們曾經簡單的認爲,如此遙遠的行星,會因爲缺少陽光照射而導致大氣層活動微弱。除此之外旅行者2號同樣拍到了海王星迷人的狹長的光環。它並沒有土星光環一樣的華麗,而是又薄又暗,因此在地面的人們始終沒有發現。從1989年至今,在沒有空天探測器造訪過海王星,而且目前來看也沒有新的計劃。

對于地球上的觀測者來說,想觀測到海王星的細節、光環以及已知的14顆衛星,都只能是一個夢想了。然而能用低倍率的望遠鏡觀測到海王星依然是令人激動的。使用100倍以上的倍率並根據星圖的位置,就可以在星空背景中通過一個小小的視圓面把海王星分辨出來。現在海王星位于寶瓶座λ(3.7等)東偏南約1度的位置,寶瓶座λ是一顆肉眼可見的恒星,這爲我們確定其大概方位提供了很大的幫助,當然前提是你所在的環境足夠好。其在星圖上的位置請見圖1。

圖1:2017年海王星在寶瓶座運行(德語Wassermann,拉丁語Aquarius),在九月份天空晴朗能見度號的情況下,海王星位于寶瓶座λ(Lambda Aquarii)的東南方,在2017年9月19日的清晨海王星距離HIP 113231只有80弧秒的距離,HIP 113231是一顆8.0等的恒星,其亮度非常接近海王星(7.8等),橙色的線表示海王星從8月1日到12月1日的軌迹。

圖2:九月份寶瓶座附近星圖。

2017年9月5日海王星沖日,這意味著在天空中海王星和太陽恰巧位于地球的兩邊。在這一天,太陽落下的同時海王星升起,同時在午夜十分到達中天位置,即天空中的最高點,在太陽升起的時候,海王星落入西邊的地平線。因此,在這一天海王星整夜可見。在隨後秋季的幾個月裏,它每天升起的時間都在提前,當太陽落下時,海王星在東方的地平線上已經有了一定的高度,在午夜到來之前就已經達到了中天位置而且在日出前就已經沉入西方地平線了。從現在起大約一直持續到年底海王星都有著很好的觀測條件,直到它在太陽光中消失不見。

第二觀察目標

除了海王星本身,它運行軌道附近的恒星也非常值得一看。在寶瓶座λ東南方50弧分的位置是亮度接近海王星(7.8等)的HIP 113231/ HD 216777(亮度8.0等),在2017年9月18日這一天海王星會非常接近它,並在9月19日清晨時分達到最近,最近角距離只有80弧秒!在觀測海王星的同時,也可以對比這兩顆星不同的光芒,在高倍望遠鏡中海王星閃耀了藍色的光芒,而HP113231卻是一顆黃色的恒星。

一台20cm口徑的望遠鏡可以提供大約200倍的有效放大倍數,配合甯靜的大氣就足夠讓我們看到非常漂亮的海王星,盡管由于遙遠的距離讓我們無法看清海王星更多的細節,但是它對我們的吸引力依然不減。利用一支低噪點的行星相機拍攝一段視頻,然後運用疊加銳化處理得到一張相對細節豐富的單張照片,見圖3.

圖3:使用行星相機拍攝視頻後疊加處理而成的海王星和海衛一,由Marco Hodde于2016年9月10日拍攝,望遠鏡口徑25cm,焦比20。

在大氣甯靜度夠好的時候,通過一台25cm口徑的望遠鏡甚至可以看到海王星13.5等的衛星——海衛一(Triton)。海衛一的公轉周期是5.88天,海衛一至海王星的角距離最大爲18弧秒(見圖4)。這裏有一個特殊現象:海衛一的軌道面和海王星的赤道又157度的夾角,因此其運行方向與海王星是相反的。

圖4:2017年9月5日海王星沖日時海衛一的運行軌道。

海衛一距離海王星的真是距離爲355000千米,略小于地月平均距離384400千米,而它2707千米的直徑卻只有不到月球的五分之一。通過這樣的對比,也給了我們一個更加直觀的感受,在初秋時分閃爍在寶瓶座的海王星距離我們到底有多遠。

責任編輯:蝶動探秘