行星假說,顧名思義,即是建立可科學的基礎上關於宇宙中行星的一系列假說。 例如:有些星體的存在只是取決於某些天文學家一時的想法,後來卻“消失”了。
基本介紹
- 中文名:行星假說
- 外文名:hypothesis of planet
水內行星,冥外行星,水星的衛星,金星的衛星,地球第二顆衛星,火星的衛星,木星第14顆衛星,天王星六顆衛星,行星 X,小行星撞擊假說,克卜勒運動假說,行星磁場,行星磁場成因的一種假說,由分子電流產生即傳統的永磁體假說,碳行星,祝融星,
水內行星
Vulcan,1860-1916,1971
在1860年海王星被觀測到之前,法國的數學家勒威耶和亞當斯就已經預測了它的位置。這一準確預測表明有關水星的運動偏差或許是由於水星的內部行星或是在水星的運行軌道記憶體在著第二個小行星帶引起的。而這些只有在它們經過太陽或在日全食的時候才有可能被觀測到。在Zurich的太陽資料中心的Prof. Wolf曾經在太陽上看到一些可疑的小點,另一個天文學家也曾看到一些相似的東西。一共二十四個點,看來與水星的內部行星軌道十分匹配,一個的運行周期為26天,另一個為38天。
1859年,勒威耶收到一封屬名為Lescarbault的天文業餘愛好者的來信,信上說他在1859年3月26日在太陽上觀測到一個黑圓點,看來似乎是一顆行星通過太陽表面。他看這個黑點在一個小時零一刻鐘的時間內,移動了相當於太陽直徑四分之一的距離。Lescarbault估計它的軌道傾角在5.3到7.3度之間,它中心點的經度約為183度,它的離心率“十分大”,它通過太陽的時間為四小時又三十分。勒威耶研究這一觀測結果,並計算出它的自轉周期為19天又7個小時,離太陽距離為0.1427天文單位,傾角為12度10分,中心點為12度59分。它的直徑比水星小,質量約為水星的十七分之一。由於它太小了。因而無法計算出它的軌道與水星軌道的偏差,但或許這是在水星內的小行星帶中最大的一顆。勒威耶傾注了所有的精力在這個黑點上,並命名它為Vulcan(火神)。
在1860年發生了一次全日食。勒威耶動員所有的法國以及其他國家的天文學家去找尋Vulcan,但卻無人尋得。勒威耶開始更傾向於Wolf的“太陽黑子”的解釋了,並且這種猜測在1877年勒威耶逝世之前便得到了更多有力的證據。在1875年4月4日,一位德國天文學家H. Weber在太陽上看到一個圓點。值得注意的是,勒威耶的計算表明Vulcan可能在那年的4月3日經過,而Wolf發現那個周期為38天的行星也可能在那個時候出現。這個“圓點”當時被設在格林威治和馬德里的天文台拍攝下來。
在1878年7月29日的日食之後,也曾有過一陣騷動,兩個觀測者聲稱在太陽附近看到小的亮的圓盤狀物體,而這物體只可能是在水星內軌道上運行的小行星:J.C Watson (密西根大學的天文教授)確信發現了兩顆水星的內部行星!Lewis Swift (1992年回歸的Swift-Tuttle彗星的發現者)也認為他看到那顆星就是Vulcan。但他所看到的星的位置卻與Watson所看到的位置完全不同。另外,無論是Watson還是Swift所看到的,都不符合勒威耶或是Lescarbault對Vulcan的描述。
但是,過去人們看到的又是什麼呢?Lescarbault不可能去編造一個“童話”,勒威耶也不可能無道理地相信他。或許Lescarbault當時碰巧看到了一顆正在地球軌道上運行的,離地球十分近的小行星,而那顆小行星在當時還未被人知曉,所以導致Lescarbault產生的唯 一解釋便是這是水星的一顆內軌道行星。而至於Swift和Watson或許是觀察時比較匆忙,而錯把某些恆星認成Vulcan。
在1970~1971年,"Vulcan"又再次被提起,原因是一些觀測者認為他們在全日食時探測到了一些在太陽附近的微弱的光。但這也可能只是一些暗淡的彗星。後來人們確實看到了這幾顆彗星,而它們由於運行軌道離太陽過近而撞上了太陽。
冥外行星
冥王星於1930年被發現之後,一致認為它的質量太小,不足以用來解釋海王星和天王星運行位置中的偏差,於是,一些人考慮,冥王星軌道外面是否還有一顆比較大的、尚未被發現的大行星。它就是人們常說的“冥外行星”,太陽系第十大行星。(假設冥王星還未被踢出“九大行星”。)
很多人從哈雷彗星的運行周期,從彗星族的存在,乃至以各種別出心裁的方法,來討論是否存在第十顆大行星的問題,答案以肯定的居多。有人甚至還描述了這顆未知行星的大小、質量、距離以及天空中什麼方向等。
冥王星的發現者、美國天文學家湯博想用發現冥王星的辦法,即一片一片地檢查未知行星可能出現的天區的照相底片的辦法,來尋找冥外行星。他花費了7000小時,檢查了9000萬顆星像,獲得了許多意外收穫,就是沒有找到新行星。紐西蘭的布萊克伯奇天文台的專家們於1990年3月至5月繼續尋找這顆“第十大行星”,他們一直認為這顆未知的行星可能有地球的3~5倍那么大,繞太陽1周約需1000年,它與太陽的距離約為冥王星與太陽距離的5倍。
到底是有沒有這顆未被發現的“第十大行星”?1991年11月各國天文學家在倫敦召開的“行星X國際研討會”上,多數人認為根本不可能形成另外的較大的行星。
哥白尼提出日心說時,土星是太陽系的邊界,後來隨著天王星、海王星和冥王星的發現,太陽系邊界一次次外延。然而從理論上說,太陽系的範圍比九大行星的範圍大千百倍,甚至上萬倍。太陽系中是否還存在冥外行星?對此,天文學家做了十分浩繁和艱苦的工作。湯博在發現冥王星後的14年裡,一直在用發現冥王星的方法尋找冥外行星。他用閃視比較儀仔細檢查了362對底片(這些底片所覆蓋的面積大約為全天的70%),從每張底片中尋找可能存在的新行星。他發現了大量新天體,卻沒有冥外行星。科學家認為冥外行星如果存在,勢必會使飛近它的探測器受到攝動,其影響足可以在探測器的運行軌道中反映出來。然而旅行者號探測器在飛越過海王星和冥王星軌道之後,運行正常,沒有提供一點點證明未知天體存在的蛛絲馬跡。到底有沒有冥外行星,還是一個待解之謎。
水星的衛星
1974年3月27日,水手10號飛行探測器飛經水星,探測儀器感應到理應不存在的劇烈的光波場。第二天它消失了。三天后它又出現了,並且這天體似乎在離開水星。一開始,天文學家們認為這是一顆恆星。但是他們卻在兩個完全不同的位置觀測到它;並且眾所周知,如此強烈的紫外線波是無法在星際媒介中傳播很遠的,除非這是一個離我們十分近的天體。難道是水星的衛星嗎?
經過一個令人激動的星期五,這個天體的速度已被估測出了,大約為4千米每秒,這個速度恰與衛星的速度相符。JPL的管理員被叫來了,他們把這艘即將完成使命的飛行器完全轉交給了UV組,每個人開始擔心在星期六的新聞中將如何報導這件事。這個猜想會被公布嗎?但是媒介早已獲得訊息。一些較大的、較為正統的報紙直接公開了這個猜想。而另一些報刊卻把這顆水星的衛星當作驚險小說來寫。
這顆“衛星”究竟是什麼呢?它從水星直飛過來,終於被確認為一顆熱恆星Crateris。而那個強烈的發射場的由來,它如何能達到行星上卻仍是個謎。有關水星衛星的故事便這樣結束了。可與此同時,在天文學上又產生了另一種說法:強波並非如以往所認為的那樣被星際媒質完全吸收。比如說,Gum星雲已被證明能發射十分強烈的紫外線波,在夜空中呈140度以540埃波長輻射。天文學家們又找到了新的探知點,這或許是天文學家觀察“天堂”的又一扇“窗”吧。
金星的衛星
在1672年,當時最優秀的天文學家之一--卡西尼觀測到一個離金星十分近的天體。金星有衛星嗎?卡西尼決定先不把他的發現公諸於世。但十四年後,在 1686年,他再次觀測到了這個天體,於是他把這一發現寫入了自己的日記。據估計這個天體的直徑約為金星直徑的四分之一,並且與金星有相同的相位。後來,這個天體又被其他天文學家觀察到:James Short在1740年,Andreas Mayer在1759年,J. L. 拉格朗日在1761 年(拉格朗日宣布這顆衛星的運行軌道面與黃道面垂直)都分別看到了它。在1761年的一年中,它被五位觀察者總共觀測到18次。在1761年6月6日, Scheuten的觀察經歷猶其有趣:他看到金星沿著自己的軌道圍繞太陽公轉,在一側有一個較小的黑點跟著它一起運行。但在英國切爾西的Samuel Dunn,這位同時看到這一景像的人卻沒有發現那個黑點。在1764年兩個觀察者一共8次觀測到這個天體。其他的觀察者卻沒有看到這顆衛星。
當時天文學界存在一個爭論,在一些人報告看到這顆衛星的同時,卻也有不少人花了很大功夫卻仍沒有發現它。1766年,維也納天文台的負責人Father Hell發表了一篇論文,提出那些自稱看到金星衛星的人所看到的不過是視覺幻覺而已--因為金星的光太強烈,從望遠鏡再到人眼中,就形成了一個較小的疊影。其他人卻發表論文說人們所看到的衛星是真實存在的。1777年,德國的J. H. Lambert在柏林公布了這顆衛星運行軌道的有關數據:軌道半徑為66.5個金星的半徑長,運行周期為11天又3個小時,與黃道的傾斜角為64度。他還預測可在1777年的7月1日當金星通過太陽時看到它。(後來證明在Lambent的計算中有錯誤:那顆衛星與金星之間的距離,相當於月球到地球的距離。而金星的質量只比地球小一點。它衛星的運行周期卻只為月球繞地球周期的三分之一多,這顯然是不正確的。)
1768年,在哥本哈根的Christian Horrebow也曾看到過這顆衛星。當時也有三個觀測者,其中包括最偉大的天文學家之一的威廉·赫歇耳--但三個人都沒有發現這顆衛星。後來在1875年,德國的F. Schorr出版了一本有關這顆衛星事件的書。
1884年,皇家天文台的前負責人,M. Hozeau提出了另一種假設。在分析各項數據的基礎上,他提出所謂的金星的衛星大約每隔2.96年(或1080天左右)出現於鄰近金星的區域。他認為這並不是金星的衛星,而是一顆行星,每283天繞太陽運行一周,而與金星每1080天交會一次。Hozeau還把它命名為Neith,而它也從此不再具有神秘感了。
1887年,也就是在Hozeau解開“金星衛星”之謎三年之後,培根學院發表了一份報告,上面詳細報導了每一次觀察的調查報告及各種細節。一些觀察看到的只是金星附近的恆星。特別是Roedkier的觀測被證實是由於接連地把Chi Orionis,M Tauri,71 Orionis,和 Nu Geminorum誤認為是衛星而造成的。至於James Short是看到了一顆比8等星稍暗的恆星。由此,勒威耶和Montaigne的觀測便可以解釋了。Lambert的軌道相關數據的計算也可被推翻了。而 1768年Horrebow在觀測結果也可歸於塞塔圖書館了。
在這篇調查報告出版後,只有一個新觀測被公布。E. E. Barnard很早就開始觀測,卻從未看到過Neith。可在1892年的8月13日,他報告在金星附近發現一顆相當於7等星的天體。據他說,在這個方位,沒有恆星,而且他的視力又是眾所周知的好。我們仍無法知道他看到的是什麼。會不會是一顆還未標明的小行星呢?還是一顆短命的新星呢?
地球第二顆衛星
1846年,Toulouse天文台的負責人--Frederic Petit宣布他們發現了地球的第二顆衛星。它是在1846年3月21日傍晚時被三位觀察者看到的,他們是Toulouse的Lebon和Passier 以及Artenac的Lariviere。Petit發現這顆衛星的運行軌道是橢圓的,運行周期為2小時44分59秒,它離地球(表面)最遠距離為 3570千米,最近距離為11.4千米。聽到這個發現後,勒威耶抱怨說由於空間距離的阻隔,許多事都無法得到確證。而Petit卻義無反顧地致力於對這第二顆地球衛星的研究,並終於在15年後宣布正是這顆小衛星造成了地球的主要衛星--月球的一些特殊的運行情況,可是這一點幾乎被所有的天文學家所忽視。要不是法國作家凡爾納在書中提及,它幾乎就被遺忘了。在凡爾納的小說《從地球到月球》中,寫到一艘航空船差點撞上一個小天體,而小天體卻沒有撞向他們,而是繞著地球運行:
“它只不過是一顆比較大的隕星而已,”Barbicane說,“但它似乎被地球吸引著作環繞地球的運動。”
“可能嗎?”Michel Ardan驚叫說,“難道說地球有兩顆衛星?”
“是的,我的朋友,地球有兩顆衛星,而不是像我們通常所認為的那樣只有一顆。這是因為這第二顆衛星太小,運行速度又太快,以至於地球人一直沒有看到它罷了。據說,法國的天文學家Monsieur Petit已證實了它的存在,並計算了它的運行軌道。他說這顆衛星公轉周期約為3小時20分鐘……”
“其他天文學家同意他的看法嗎?”Nicholl問道。
“沒有”,Barbicane回答說,“但是,如果他們能像我們一樣親眼目睹的話,肯定不會再有懷疑了……它還提供了一個我們確定方位的方法……它的離地距離我們知道,那么,我們是在離地7480千米與它相遇的。”
成千上萬的人閱讀了凡爾納的這本書,可是直到1942年才有人注意到他小說中的不一致之處:
一個離地距離為7480千米的衛星的運行周期應為4小時48分鐘,而不是3小時20秒。
由於它是在太空艙中被看到的,而月球卻不能被看到。而這兩顆衛星應當作的是逆向的運行,這是十分值得記錄的一筆,而凡爾納卻忽略了。
在任何情況下,這顆衛星都是在陰暗中,不能被看到的。因為拋射體在十分長的一段時間內是不會離開地球的陰影的。
威爾遜山天文台的R.S. Richardson博士,在1952年描述了這顆衛星的運行軌跡:近地點為5010千米,遠地點為7480千米,離心率為0.1784。
由於凡爾納使Petit所發現的第二顆衛星聞名於世,越來越多的業餘天文學家發現這是一個成名的好機會--任何人只要發現這顆衛星,他的名字便會被載入天文學的史冊。沒有幾個主要的天文台從事這地球第二顆衛星的研究,即使有也要暗自進行。而德國的業餘愛好者們卻在積極地跟蹤著那個被他們稱為 Kleinchen (“一點點”)的天體--雖然他們從未找到它。
H. Pickering一直篤信著這樣一個理論:如果衛星的軌道離地球的表面距離為320千米並且它的直徑為0.3米,又擁有月球般的反照率,那么它必然可以通過3英寸的天文望遠鏡觀察到。一顆直徑為3米的衛星可能成為第5星等的裸眼可見的天體。雖然Pickering並未尋找Petit所說的天體,他卻在進行著尋找第二等衛星--即月球的衛星的工作(1903年的《大眾天文》中報導“通過圖象來尋找月球的衛星”)。可是他沒有找到,事後他總結認為月球的衛星的直徑小於3米而無法觀察到。
Pickering那篇關於一顆極小的衛星存在的可能性的文章--《一顆流星般的衛星》刊登在1922年的《大眾天文》上,不想又引起了業餘天文愛好者的一陣騷動。主要原因是這篇文章提供了觀察上的一些實際的要求:“一架3~5英寸的天文望遠鏡和一個低倍的目鏡即可。這無疑對業餘愛好者是一次好的機會。”可惜又一次的,一無所獲。
有一種理論認為向來無法解釋的月食運行軌道的偏離是由於這第二顆衛星的重力場引起的。那就意味著這個天體的直徑至少應有幾千米這么大--但如果存在這樣大的一顆衛星,那它早應被古代巴比倫人發現了。即使它十分小,但由於它相對比較近又移動得十分快,也應當是十分明顯的,就像我們看到人造衛星與太空梭一樣。可是另一方面,又無人有興趣去觀察過小的天體。
當然還有不少人提出地球的第二顆天然衛星存在的想法。1898年,Georg Waltemath博士聲稱他不僅發現了第二顆衛星,還發現了一系列的白矮星。Waltemath提供了這衛星的軌道數據:距地球1.03億千米,直徑為 700千米,運行周期119天,synodic周期177天。“有時”,Waltemath說,“它在晚上像太陽一樣明亮”並且他認為這顆星就是 Lient Greely在1881年10月2日在格陵蘭看到的。Waltemath還預言在1898年的2月2日、3日、4日,這顆衛星將經過太陽,這再次喚起了公眾的熱情。在2月4日,Greifswald郵局的12個雇員不加任何保護地用裸眼觀察太陽。(Herr Postdirektor Ziegel便是其中的一個)可容易想像當時那個有趣的場景:一個在普魯士戰役中的軍人在辦公室的窗前,指著天際,對著他唯命是從的雇員講著 Waltemath的預言。在被採訪時,那些目擊者說看到一個黑色的天體出現於太陽的直徑上,並於柏林時間1:10至2:10通過太陽。但後來被證實是錯誤的,因為就在那個時候,兩位有經驗的天文學家:澳大利亞Pola的Baron Ivo von Benko和Jena的W. Winkler也在仔細地觀察。據他們說只是一些太陽黑子罷了。這次的失敗並未使Waltemath氣餒,他仍舊堅持自己的預言並呼籲大家去證實。當代的天文學家已被一次又一次的諸如“嘿,順便問一下,那顆新衛星怎么樣了?”之類的問題激怒了。但占星術家的理論卻變得流行了--在1918年名為 Sepharial的占星術家把這顆衛星命名為Lilith。他認為它在大部分時間裡是暗而不可見的,只有在它離得相當近或通過太陽時才可看到。Sepharial在Waltemath觀察成果的基礎上,建立了一套Lilith的理論。他認為Lilith與月球有大致相同的質量,雖然很難觀察到,卻以干擾了地球的運行而顯示它的存在。甚至到了現 在,Lilith--這顆黑色衛星仍被一些占星術家標在自己的天宮圖上。
總有一些觀察者不時地報告看到“其他的地球天然衛星”。德國的天文雜誌《Die Sterne》報導說名為W. Spill的德國業餘天文學家在1926年5月24日觀察到這第二顆衛星通過月球。
在1950年左右,當人造地球衛星剛開始被提出時,每個人都預見它只能被分級式火箭送上天,不載任何無線電發射裝置,而由在地雷達跟蹤。如果這樣的話,一些近地的小衛星會產生極大幹擾,它們會反射雷達發射到人造衛星上的波。但這卻提供了人們尋找天然衛星的好方法,Clyde Tombaugh發展了這項技術:在離地5000千米高的衛星速率被預測出。一個拍攝站便以這個速度跟蹤拍攝。恆星、行星等天體在照片上顯現一條直線,但在這一高度的衛星卻顯示成一點。如果衛星不在這個高度,那么它在照片上表現為一條短小的直線。
Lowell天文台的觀測始於1953年,並且真正地探索了一塊處女地:除了這個德國天文台外,沒有人注意到地月之間的這塊空間。到1954年秋,各類享受很高聲譽的周刊和日報報導說這個天文台的觀測已得到了初步結果:有一個離地高度為700千米和一顆離地高度為1000千米這樣兩顆衛星。人們普遍地產生這樣的疑問:“它們是否是天然衛星呢?”沒有人知道這些報導源自何處--因為天文台的觀測根本沒得到什麼結果。在1957年和1958年當第一顆人造衛星發射後,其上攜帶的相機才又繼續追蹤那些衛星。
但是這並不意味著地球只有一顆天然衛星。地球可能在很短的時間內有一顆近地衛星。流星體飛過地球,穿過上層大氣時會損失很大動能而進入圍繞地球的衛星軌道。但由於它經過大氣上層的每個近地點,它不會維持很長時間,或許只有一或兩個周轉,也可能達到一百個周轉(相當於150小時左右)。一些報告表明這樣的 “瞬間衛星”曾被看到過,可能當初Petit所看到的便是這樣的衛星。
除了“瞬間衛星”這種解釋外,還可能有兩種可能性。一個可能是月球有自己的衛星--但是儘管經過許多次搜尋,都沒有發現過(據知,月球的引力場十分不穩定或者說太“不平”了,以至於它的任何衛星軌道也十分不穩定--那繞月衛星便會在運行相當短一段時間後,一般幾年或十年左右,撞向月球)。另一種可能是存在著繞月球運行的特洛伊衛星,落後或超月球公轉軌道60度。
Krakow天文台的波蘭天文學家Kordylewski首先報告了這種“特洛伊衛星”。他是在1951年開始他的尋找的。他希望能在繞月軌道上找到一顆離月球為60度的大小合適的天體。可是探索一無所獲。在1956年他的同國人,同事Wilkowski提出可能存在許多微小的天體,由於太小而不能被單獨看見,但卻多得合成雲狀粒子。如果這樣的話,最好的觀察方式將是用肉眼,而不是通過天文望遠鏡。用天文望遠鏡只會“漠視”了它們的存在。Kordylewski博士很願意試一試。他所需要的是一個無月的晴朗的夜空。
1956年10月,Kordylewski終於首次在距月球60度的兩個位置中的一處,看到了明亮的碎片。它不是很小,對角為2度(大約是月球的4 倍),它很暗,只有眾所周知的對日照(黃道帶上正對太陽的明亮碎片)的亮度的一半。1961年的3、4月,Kordylewski成功地在預計位置上拍攝到了兩片星雲。它們看上去似乎在不斷擴大,不過這可能只是由於亮度的改變而造成的視覺差而已。1975年,J. Roach運用 OSO (公轉太陽天文台)的6艘太空飛船探測了這些“雲狀衛星”。1990年它們再次被拍攝下來,這次是由波蘭的天文學家Winiarski拍攝的,他還發現它們“徘徊”在高於“特洛伊衛星”10度的地方,它們的光比黃道帶的光紅一些。
至此長達一世紀的對於地球第二顆衛星的搜尋似乎已成功了,即使這顆衛星與當初任何人想預計的都不同。它們十分難找,也很難與黃道帶的光發開,特別是那顆對日照。
但仍有人認為還存在另一些天然地球衛星。在1966年至1969年間,美國科學家John Bargby聲稱他觀察到至少十顆小到只能通過天文望遠鏡才觀察到的地球天然衛星。Bargby發現了這些天體的橢圓軌道:離心率為0.498,半主軸長 14065千米,遠地點高度14700千米,近地點高度680千米。Bargby認為它們是在1955年破裂的天體的碎塊。他得到的這些結論大都是建立在不穩定的人造地球衛星的基礎上的。Bargby運用人造地球衛星所提供的資料,卻沒有意識到這些數據只是一些近似值,甚至於有時是錯誤的,因此根本不能套用於精確的科學分析。另外,根據Bargby的觀察結果,當他所說的衛星經過近地點時,應為可見的一等星,應該輕易地就被肉眼觀察到,可是卻從沒有人看到類似的天體。
1997年,Paul Wiegert (等人)發現了小行星3753有一個很奇怪的軌道,似乎是地球的一顆伴星,可是它並不圍繞地球運動。
火星的衛星
第一個火星有衛星的猜測是在1610年克卜勒提出的。在試圖解決伽利略有關土星光環的等速問題時,克卜勒認為伽利略可能找到了火星的衛星。
1643年,Capuchin的修道士Anton Maria Shyrl聲稱看到了火星的衛星。我們單憑1964年的望遠鏡是無法觀察到的--或許Shyrl看到的只是離火星較近的一顆恆星罷了。
1727年,Jonathan Swift在《格列佛遊記》中寫了火星的兩顆衛星,卻鮮為人知。它們的運行周期為10小時和21.5小時。這兩顆衛星在1750年Voltaire的小說《Micromegas》中又被延用,故事是描寫一個來自天狼星的巨人來訪我們的太陽系。
1747年,一位德國船長,Kindermann說他看到了火星的衛星(只有一顆)。Kindermann說他是在1744年的7月10日看到的,他還提供了這顆衛星的運行周期:59小時50分鐘零6秒。
1877年,Asaph Hall終於發現了Phobos火衛一和Deimos火衛二這兩顆火星的小衛星。它們的運行周期分別為7小時39分鐘和30小時18分鐘,與Jonathan Swift在150年之前所預測的十分接近。
木星第14顆衛星
1975年,Palomar的Charles Kowal(95 P/Chiron彗星的發現者)拍攝了一個天體的照片,它被認為是木星的一顆新衛星。它被幾次看到,但卻還沒來得及計算它的軌道,便消失了。在70年代後期,它一度被作為角注放在課文中。
天王星六顆衛星
1787年,威廉·赫歇耳宣布發現了天王星的六顆衛星。赫歇耳犯了一個錯誤--只有其中的兩顆(Titania天衛三 和 Oberon天衛四,最大和最外層的兩顆)是真的,其餘4顆還只是碰巧在近旁的恆星(……我想我已經聽過這類的故事……:-)
行星 X
1841年,John Couch Adams開始解決天王星運動的一些疑問。1845年,勒威耶和亞當斯分別提出這些問題的答案。他們認為還存在著一個未知行星的引力場造成了天王星運行軌道的背離。亞當斯試圖把這一想法提供給格林威治天文台,但由於他年輕又沒有知名度,因此他的構想未被重視。勒威耶在1846年發表了他的假設,但法國當時缺少必要的設備而沒有找到那顆行星。勒威耶不得不轉而求助於柏林天文台,台中的Galle和他的助手d'Arrest終於在1846年9月23日發現了海王星。亞當斯和勒威耶共同分享預言海王星存在與所處位置的榮譽。
(受到成功的鼓勵,勒威耶又著手於解決水星軌道背離的,問題並提出水星內部行星--Vulcan的存在,但後來這被證實是不存在的。)
1846年9月30日,也就是海王星發現後的一個星期,勒威耶宣布在海王星之外可能存在著一顆衛星。10月10日,海王星的大衛星Triton被發現了,這便為計算海王星的質量提供了精確的方法。計算結果是,它比根據天王星的攝動的計算結果大了2%。看來天王星的軌道背離真是由兩顆衛星造成的--另外海王星的真實軌道也與亞當斯和勒威耶所預料的完全不同。
1850年,Ferguson觀察著次級行星Hygeia的運動。Ferguson的報告的一個讀者Hind,校到了Ferguson用過的參照恆星表。他無法找到Ferguson的一顆參照恆星。Naval天文台的Maury也無法找到這顆恆星。在一段時間內,它被認為是另一顆未確定的行星造成的,但是在1879年另一個解釋產生了:Ferguson在記錄時犯了一個錯誤--當這個錯誤被糾正後,另一顆恆星填補了這顆“失蹤的參考恆星”的缺。
1877年,David Todd開始了尋找海王星外行星的第一次嚴肅的嘗試。他運用了“圖象法”,儘管仍舊沒能解決天王星軌道背離的問題,他卻得到了一些海王星外行星的初步數據:距日52個天文單位,周期為375年,比13等星還暗。它的傾角為1.4度,軌道與黃道交角的中心角為103度。
1879年,Camille Flammarion提供了另一項證明在海王星外存在行星的線索:周期性的彗星一般集中在主要行星的軌道處。木星擁有這樣的彗星的數目最多,土星、天王星和海王星也有一些。Flammarion發現了兩顆彗星,1862 Ⅲ的運行周期為120年,遠日點為47.6個天文單位,1889 Ⅱ的運行周期稍長,遠日點為49.8個天文單位。Flammarion預測那顆假設的行星可能在距日45個天文單位處運行。
一年後,就是1880年,Forbes教授發表了一篇學術論文,是有關於遠日彗星與行星軌道的關係。到1900年止,已有5顆遠日衛星在海王星外發現。於是Forbes提出一顆海王星外行星距日為大約100個天文單位,另一顆距日大約為300個天文單位,周期分別為1000年和5000年。
在以後的五年中,一些天文學家及一些數學家紛紛發表他們對在太陽系的外層部分能發現什麼的構想。巴黎天文台的Gaillot提出在距日45個天文單位及在距日60個天文單位處分別存在著一顆海王星外行星的假設。Thomas Jefferson Jackson See預言存在著三顆海王星外行星:“Oceanus”距日41.25個天文單位,周期為272年; “trans-Oceanus”距日56個天文單位,周期420年,最後一顆距日72個天文單位,周期為610年。德國Munster的Theodor Grigull博士在1902年構想在距日50個天文單位存在著一顆周期為360年的他稱之為“哈迪斯”的行星。他假設的主要依據是海王星外遠日彗星的運動軌道,以及這樣的天體的存在確實會造成天王星的軌道背離的證明相輔助。1921年,Grigull又把“哈迪斯”的軌道周期縮小到310~330年,以此來更好地解釋軌道背離問題。
1900年,哥本哈根的Hans-Emil Lau發表了兩顆海王星外行星的數據:距日分別為46.6及70.7個天文單位,質量分別為地球的9倍和47.2倍,星等約為10~11。1900年它們的經度分別為274度和343度,都有180度左右的偏差。
1901年,Gabriel Dallet預測了一個距日47個天文單位的行星,星等為9.5~10.5,1900年的經度位置為358度。同年, Theodor Grigull預測的一顆海王星外行星的經度角比Dallet預測的那顆小6度,後來又將這個差值減小到2.5度。他預測這顆行星距日為50.6個天文單位。
1904年,Thomas Jefferson Jackson See預測了三顆海王星外行星,距日分別為42.25、56、72個天文單位。最里的行星的周期為272.2年,在1904年的經度位置為200度。一位俄國軍官Alexander Garnowsky預測了四顆行星卻沒能提供相關的具體資料。
關於海王星外行星進行的最認真研究的兩個都來自美國:Pickering的《有關海王星外行星的研究》(Annals Astron. Obs. Harvard Coll,卷 LⅪ 部分 Ⅱ 1909),Percival Lowell的《海王星外行星的研究報告》(Lynn,Mass 1915)。他們研究的是同一個課題,卻運用了不同的方法,得到的也是不同的結論。
Pickering運用圖象分析法,提出存在“行星0”距日51.9個天文單位,周期為373.5年,質量為地球的2倍,星等為11.5~14的假設。他在後來的24年間又陸續預測了8顆其他行星。他的預測促使Gaillot把自己預測的兩顆海王星外行星的距日距離改成44和66個天文單位,它們的質量分別為地球的5和24 倍。
整體而言,在1908年至1932年間,Pickering預測了7顆行星--O,P,Q,R,S,T 和 U。他有關O和P的最後預測與其原始的數據完全不同,所以總數可以說是9顆,或許這就是9大行星的預兆。Pickering的大部分預言不過是不經意的預測。比如在1911年,Pickering預測行星Q的質量為地球的20000倍,比木星重63倍,是太陽的六分之一,接近於恆星的最小質量。Pickering說行星Q有一個很扁的橢圓軌道。
在今後的幾年中,只有行星P真正受到他的關注。1928年,他把P的距日距離從123個天文單位縮小到67.7個天文單位,周期從1400年改到 556.6年。他預測行星P的質量為地球的20倍,星等為11。1931年,在冥王星發現之後,他又更改了P的軌道:距日75.5個天文單位,周期656 年,質量為地球的50倍,離心率為0.265,傾角為37度,接近於1911年所預測的數據。他的行星S,是在1928年提出假設,1931年提供數據:距日48.3個天文單位(接近於Lowell預測的行星X的距日距離:47.5個天文單位),周期為336年,質量為地球的5倍,星等為15。1929 年,Pickering預測了行星U,距日5.79個天文單位,周期為13.93年,距海王星十分近。它的質量為地球的0.045 倍,離心率為0.26。預測數據最少的是行星T,它是在1931年被提出的:距日32.8個天文單位,周期為188年。
小行星撞擊假說
關於恐龍絕滅原因的假說很多,但最有名的莫過於美國科學家阿爾瓦雷斯於1980年提出的小行星撞擊理論了。
現今的尤卡坦是陸地,但6500萬年前這一帶卻是一片淺海水域。當年小行星以高速向地球撞來,在臨近撞擊點的上空,星體突然發生大爆炸,強大的衝擊波在一舜間把撞擊點炸出一個巨大的坑,100多立方千米的岩石被挖出。
科學家計算出,當時的海嘯大浪最高達350米,低的也有100米。據他們研究,那一帶的海平面比現 在約高出200米,災星就撞在200米深的淺海海底。
由於小行星撞在淺海海底,所以引起的海嘯與撞擊的能量相比並不算大,但海水向撞擊坑回流時引起的海嘯卻十分巨大。他們認為,小行星要是落在了深海之中,所引發的海嘯將會比落在淺海區大出近10倍!據認為大海嘯發生時,海水淹沒了整個墨西哥和大半個美國。
當發生撞擊時,濺起的塵埃長時間擋住了陽光,使浮游植物無法進行光合作用而死亡。那時海洋中的生存環境變得相當惡劣。當時海洋表層的浮游植物在短時期內大量死亡就是一個很好的例子。
又據氧同位素的研究,顯示撞擊後大洋表面水溫下降約10℃。研究者估計,在相當長的一段時期內,地表平均氣溫下降約數攝氏度,導致全球冰川化,形成新冰期。
那時的地球進入了漫長而黑暗的冬天,大地久久不見天日,地面急劇降溫,景況十分可怕。據說地球上要是發生了核大戰,其情景將與6500萬年前的那幕慘劇相似。所以說核大戰實在是打不得。
據研究,小行星肇事後,有好長一段時間天上下的雨是富含硫酸的“硫酸雨”。研究者說,小行星撞擊點的地下岩層中夾有大量石膏礦,石膏中的硫便是硫酸雨的直接來源。硫酸雨對地球表面的生物所造成的傷害有多大,不言自明。研究者認為,小行星要是撞在別處(不含石膏礦的地方),結局就會比這好得多。
小行星對地球的這一擊,使地球表面又是大火,又是海嘯,又是降溫,同時天降酸雨,大地一片昏暗。不用說,由撞擊而引發的火山和地震,肯定也會跟著一同出來可勁地鬧騰。一個好端端的地球,瞬時變成了人間地獄。可怕!
大量證據表明,6500萬年前確有一顆小行星襲擊了我們的地球,並釀成了一場空前的生態環境大災難,地球的生態系統遭到了徹底的破壞。有一種觀點認為,白堊紀末的這場大災難系當時強烈的火山活動所為,但種種證據顯示,火山沒有這么大的能耐。
由於科學家已掌握了大量的證據,小行星已很難洗刷自己的“罪名”。然而,小行星真的是“屠龍兇手”嗎?(當然我們也不否認它曾殺死過大量恐龍);如果6500萬年前小行星沒來“轟炸”地球,恐龍是否就會 一直繁衍到今 天?小行星究竟對白堊紀末期的大絕滅事件負有多大的“責任”?這些仍然是難以解開的謎。
克卜勒運動假說
克卜勒關於行星運動的理論,完全不同於以前所提出的假說;他的關於行星運動的軌道“是橢圓”的斷言,更超越了他前人所做的各種各樣的改進。在有關行星運動的分析中,克卜勒並不偏重於各種幾何問題,相反,他提出了以下一些問題:“行星運動的原因是什麼?”“如果像哥白尼的假說所指出的那樣,太陽是太陽系的中心,那這一事實就應該能夠由行星本身的運動和軌道辨別出來。”這些都是物理問題,而不像以前所構想的那樣,都是幾何構造的問題。
儘管克卜勒解決行星運動等問題的方法,完全不同於他以前的任何人,但他的工作仍然是從對觀察結果進行仔細分析後得出一般結論的方法,而且是這種方法的一個傑出的例子。他的分析過程漫長並且極其艱辛:他在20多年的時間裡,堅持不懈地進行工作,從來沒有放棄他的目標。如果用嘔心瀝血這個詞來形容他的努力,也是絲毫不過分的。
克卜勒從一開始就認識到,仔細研究火星軌道是研究行星運動的關鍵,因為火星的運動軌道偏離圓軌道最遠,它使得哥白尼的理論顯出了嚴重的缺陷。克卜勒還認識到,對第谷·布拉赫準確的觀察資料進行分析是整個問題的必不可少的先決條件。克卜勒曾經寫道:
我們應該仔細傾聽第谷的意見。他花了35年的時間全心全意地進行觀察……我完全信賴他,只有他才能向我解釋行星軌道的排列順序。
第谷掌握了最好的觀察資料,這就如他掌握了建設一座大廈的物質基礎一樣。
我認為,正當朗高蒙太努斯(Longomonta-nus)全神貫注研究火星問題時,我能來到第谷身邊,這是“神的意旨”,我這樣說是因為僅憑火星就能使我們揭示天體的奧秘,而這奧秘由別的行星是永遠揭示不了的……。
實際上,克卜勒曾千方百計想獲得他夢寐以求的第谷的觀察資料。如果說他犯了偷竊罪,似乎也並不誇張,因為他自己就曾經承認:“我承認,當第谷死的時候,我正是利用了沒有或缺乏繼承人這樣的有利條件,使第谷的資料由我照管,或許可以說霸占了觀察資料。”他自己又解釋道:“爭吵的原因在於布拉赫家族有懷疑的天性和惡劣的態度;另一方面,也在於我自己有脾氣暴躁和喜歡挖苦人的毛病。必須承認,滕納格爾(Tengnagel)有充分的理由來懷疑我。我已占有了觀察資料並且拒絕把它們交給繼承人。”
得到了第谷的觀察資料以後,克卜勒不斷向自己提出了這樣的問題:“如果太陽確實是行星運動的起源和原因,那么這一事實在行星自身運動中如何體現出來?”他注意到,火星的運動在近日點比在遠日點要快些,並且“想起了阿基米德”,於是,他用矢徑(連線太陽和火星瞬時位置的矢量)的方法,算出了沿軌道運動的面積。克卜勒寫道:
當我認識到,在運動的軌道上有著無數個點以及相應產生了無數個離太陽的距離,我產生了這樣的想法:運動軌道的面積包括了這些距離的和。因為我回憶起阿基米德用同樣的方法,將圓面積分解成無數個三角形。”
這就是克卜勒於1603年7月發現面積定律的經過。牛頓把它稱為克卜勒三大定律的第二定律。從此以後,人們都這樣稱呼面積定律。克卜勒用了5年多的時間才建立起這個定律;其實,早在1596年他發表《宇宙的奧秘》這本書之前,他就在探求這一規律,那時他用的方法是把五個規則的多面體與當時已知的6個行星聯繫起來。
面積定律能夠確定軌道上各點的速度的變化,但不能確定軌道的形狀。在他得出面積定律的最終表述的前一年,克卜勒實際上就摒棄了行星運動軌道是圓的假說。1602年10月他曾寫道:“行星軌道不是圓。這一結論是顯而易見的——有兩邊朝裡面彎,而相對的另兩邊朝外伸延。這樣的曲線形狀為卵形。行星的軌道不是圓,而是卵形。”
在作出火星軌道是卵形這一結論之後,克卜勒又花了3年時間才確定它的軌道實際上是橢圓,當這一結論確立時,他寫道:
為什麼我要在措詞上作文章呢?因為我曾拒絕並拋棄的大自然的真理,重新以另一種可以接受的方式,從後門悄悄地返回。也就是說,我沒有考慮以前的方程,而只專注於對橢圓的研究,並確認它是一個完全不同的假說。然而,這兩種假設實際上就是同一個,在下一章我將證明這一點。我不斷地思考和探求著,直至我幾乎發瘋,所有這些對我來說只是為了找出一個合理的解釋,為什麼行星更偏愛橢圓軌道……噢,我曾經是多么的遲鈍啊!
克卜勒用了10年多的時間才發現了他的第三定律,即任何兩個行星公轉周期的平方與他們到太陽的平均距離的立方成正比。1618年,克卜勒在他的《宇宙的和諧》一書中表述了這個定律。下面就是克卜勒自己對發現這個定律的描述:
準確地說,就是在1618年3月8日這天,這一結論顯現於我的腦海中。但不幸的是,當我試圖用計算來證實它的時候,我又以為它是錯誤的,因而我拋棄了它。5月15日,這個念頭終於又回到了我的腦海中,並且以一種全新的方式使我豁然開朗。它與我17年來對第谷觀察資料進行分析所得出的數據吻合得如此之好,以致剛開始的瞬間,我感到我好像在夢幻之中。
至此,克卜勒嘔心瀝血的漫長而艱辛的追求,終於結束了。
在他的第一本書《宇宙的奧秘》中,克卜勒就說過:“但願我們能夠活著看到這兩種圖像能夠相互吻合。”22年後,當他發現了他的第三定律,從而使得他的夢想得以實現時,克卜勒在《宇宙的奧秘》再版中加進了這樣的注釋:“22年後,我們終於活著看到了這一天,並為此感到歡欣鼓舞,至少我是如此;並且我相信梅斯特林(Maestlin)及其他人將分享我的快樂!”
行星磁場
行星磁場成因的一種假說
關於行星磁場的產生機理,至 今仍然是一個謎。關於它產生的原因有多種假說,這些假說雖然能夠解釋一些現象,但都有它們的理論缺陷。為了揭開行星磁場之謎,我在這方面進行了一些探索並取得了一些進展,希望拿出來和大家一起進行討論。下面就是我的一些不成熟的觀點。
根據現代電磁理論:磁場是由運動的電場產生的。就電場產生磁場產生的具體形式來說主要有如下幾種:
1、分子電流----分子、原子內的電子繞核旋轉而產生磁場,這是永磁體磁場的產生機理;
2、普通電流----這是普通電磁鐵產生磁場的機理;
3、點電荷的機械運動----這是羅蘭實驗中羅蘭盤產生磁場的機理。
所以,行星磁場的產生無非就來自於上面的幾種原因;
由分子電流產生即傳統的永磁體假說
此觀點認為:行星內部存在著一個巨大的鐵鎳質的永磁體核心,是它產生了行星磁場。
對於這個觀點有人提出了否定的理由:他們認為永磁體是有居里點的,即永磁體在一定的溫度下將失去磁性。鐵鎳永磁體的居里點約770攝氏度,而許多行星內部的溫度普遍超過1000攝氏度,在這個溫度下鐵鎳永磁體早已失去了磁性。所以,行星磁場來源於行星內部永磁體的觀點已逐漸不被人接受。
- 由恆定電流產生;
該假說認為地核是一個帶正電荷的電漿。行星核中央部分由於高溫高壓而將電子“擠”出來,使它帶正電荷;行星核外層是一個全部由電子充滿的殼層,這個殼層是超導體,是超導體永不衰減的電流產生了行星的磁場。
這個假說符合一定的科學道理,也能解釋一些現象,是一種比較有前途的假說。
- 個人的觀點:由做巨觀機械運動的點電荷產生。也就是和羅蘭實驗中,羅蘭盤的磁場的產生機理是一致的。
就前面的兩種假說而言,它們都難以解釋行星磁場的強度和行星的自轉密切相關的現象。而從八大行星的有關數據來看,行星的磁場強度和行星的自轉似乎是密切相關的。例如:金星,它和地球其它參數很接近,但是它的自轉速度很慢,幾乎沒有磁場;而自轉周期很短的行星幾乎都有強磁場,如:木星、土星。所以,本人的觀點是:
行星的磁場來源於本身所帶電荷的機械運動。
也就是行星的某個特定的區域由於某些物理、化學原因而帶上了某種電荷,這些電荷隨著行星的自轉而做圓周機械運動,這種圓周機械運動的電荷必然產生一個磁場,這個磁場就是該行星的磁場來源。
關於所帶電荷的來源,這裡有兩個不成熟的觀點:
一:從太陽風中不均等的俘獲帶電粒子
二:壓電陶瓷原理,從行星的核心部位壓出電荷
觀點一,電荷是來自於太陽風。
當這些電荷被俘獲後,它們必然的必然分布於行星的外層大氣的某個圈層,並且必然隨著隨著行星的自轉而和大氣層一起繞行星自轉軸做圓周運動,這些做圓周運動的電荷必然產生一個磁場,這個磁場可能就是行星磁場的來源。
這裡必須解釋兩個本觀點中提到的問題:
1 、電荷為何分布在外層大氣?
2、為什麼行星會選擇性的俘獲太陽風中的某種電荷?
對於問題一:基於這樣一個常識,如果一個物體帶上了電荷,這些電荷必然由於排斥作用而分布於物體的外圍。同樣,如果行星帶上了某種電荷,這些電荷由於排斥作用而分布於行星大氣的外圍,即外層大氣。
對於問題二:我認為太陽風中的正負電荷是等量的,行星是如何選擇俘獲其中的某種粒子的呢?基於物質擁有電負性(是化學上的概念,和負電荷是兩碼事),即不同的原子同帶電粒子的作用力是不同的。例如:一個中性的氧原子或氧分子,可能會和一個電子或質子發生電磁作用,但他們的作用力的大小是不一樣的。氧的電負性大,它必然傾向去俘獲一個電子而不是一個質子。同理,鉀原子則應傾向俘獲一個正電荷而不是一個負電荷。從行星的物質組成來看,氧站49%、矽占26、其它金屬性比較強的元素的總和也 不到20%,所以從行星的總體來看,電負性比較強的元素占比較高的比例。並且在行星的外層——行星大氣是多種元素組成的混合體,可能是由於物質比例的不均衡,最終導致行星傾向於俘獲負電荷。這些負電荷由於前述的原因而集中在行星外層大氣(可能是在電離層),當它們隨著行星自轉而和大氣層一起繞地軸做圓周機械運動時,必然產生一個磁場,產生的磁場可能就是行星磁場。
如果有另一顆行星,它的物質組成和行星不同,它就可能帶上和行星相反的電荷。即使它的自轉方向和行星相同,也有可能形成和行星方向相反的磁場。同理,自轉方向不同的行星,也可能會形成和行星方向相同的磁場。
所以,根據上述假說,行星磁場強度應該取決於自轉速度、行星半徑、大氣層厚度等幾個因素。
所以,如果使用本假說就很好的和如下現象相吻合:
1、 金星為何幾乎沒有磁場?
2、 為何類木行星擁有強大的磁場?
如果根據觀點二:壓電陶瓷原理,從行星的核心部位壓出電荷。或者說,本假說可以說是對假說二的一種發展。也就是:假說二中的恆定電流假說中,雖然解決了電荷的來源問題,但無法解決恆定的電流的推動力問題。因為理論上說,在一個超導的環形導線里,只要有電流產生,如果不受到外界的影響就不會停止,也能夠產生一個恆定的磁場。所以該理論的觀點也遇到了一個問題,即:擁有了超導體,但是沒有一個電源,什麼為它們提供合適的電壓,或者說是什麼為它們提供了一個電流的原始推動力的問題。
地球是太陽系的八大行星之一,它的磁場的產生機理應該也是這樣的。
碳行星
「碳行星」(Carbon planet),又稱為「鑽石行星」,是一種假設存在的類地行星,其內部擁有鑽石內層,而厚度更可達幾十公里。該理論由Marc Kuchner首先提出,這些鑽石行星可在不少恆星的原行星盤中產生,如果它們真的擁有大量碳元素及缺少氧,它們的演化將與地球、金星及火星這些主要以矽氧化合物的行星截然不同。
據現時的理論推測,這些碳行星會擁有豐富的鐵核心,與已知的類地行星相似,而核心上層則由很厚的碳化矽及碳化鈦,然後是碳元素層,這些碳元素會以石墨形態存在,如果行星的體積大及有足夠壓力,碳元素層的底部便能擠壓出鑽石。碳行星的表面會充滿碳氫化合物及一氧化碳,如果有水存在的話,它們更有機會孕育出生命,但在這樣的環境下,「有機」的標準將以氧元素取代碳元素,這些生物會進食富氧的食物,呼吸富含碳的空氣。
祝融星
名稱
祝融星的西方名稱,源自羅馬神話的鍛冶之神「Vulcanus」。
祝融星假設的出現
祝融星的假設是用以試圖去解釋水星實際近日點移位與計算出移位的差距,按傳統力學的方法計算,水星在受到太陽和其他大行星的引力作用下,其近日點在每世紀會東移574角秒,但實際觀測的數字是531角秒,比預期差43角秒,於是人們便假設水星軌道以內,尚有一顆大行星未被發現。
祝融星最初由法國數學家勒威耶 (Urbain Le Verrier) 於1859年提出,他曾以計算天王星受到的外來重力而成功發現海王星,於是試圖以同樣的方法去尋找祝融星。
研究與探索
1859年12月,勒威耶接到一位業餘天文學家勒卡爾博爾(Edmond Modeste Lescarbault)的信,聲稱他之前看到未知行星的凌日現象,但其粗糙的觀測方法(沒有任何天文儀器輔助),令勒威耶為之氣結。