爱读书 探索 为什么天王星环相对更温暖,其构成部分与其他行星环有何不同?

为什么天王星环相对更温暖,其构成部分与其他行星环有何不同?

作者:石兰(抄袭必究)

在过去的很长一段时间里,由于天王星具有昏暗、且缓慢的运行轨道,因而被大家误以为是一颗普通恒星,天王星不仅是人类探测到的第一颗行星,也是唯一以希腊天神命名的行星。并且,天王星暗淡的环系统,成为了太阳系内继土星环之后,第二个被发现的环系统,该系统的发现让我们了解到:环并不是土星所独有的特征,而是大多数行星都具备的共有特性。并且,即使行星一直在围绕太阳进行公转运动,但那些由黑暗颗粒物质组成的天王星环,总是保持着相对更加温暖的温度。那么,天王星的环系统具有怎样的构成部分,与太阳系中的其他行星环存在着哪些不同之处?

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天王星环所具有的独特构造特征

直到1997年,科学家们才探寻到神秘天王星环的踪迹,但由于当时哈勃所拍摄的照片,没有呈现出该环系统穿过天王星表面的过程,因而,这些位于行星下方或上方的环,看上去就像是长长的钉子一般。当时间来到2004年,研究人员终于看到了天王星环距离和大小之间的变化规律,并发现在过去二十多年时间里,该环系统发生了巨大的变化。实际上,天王星环主要由内环系统和外环系统这两部分构成,迄今为止,科学家们在该行星周围所发现的已知环,已经达到了13个之多,大多数环都表现得非常黯淡,而其中最为明亮的则是ε环(Epsilon环)。

天王星环看上去像木星环一样暗淡,却又像土星环一样具有特别大的直径特征,其中位于环内部的系统表现为狭窄的深色环,而距离相对更远的外部系统,则由红色和蓝色的两个更远的环所组成。在天王星环的周围,明显的存在着空隙和不透明的部分,这意味为它们的形成时间与行星本身的诞生时间并不相同。这也是为什么天王星环,会被认为相对更年轻的根本原因,而位于环中的这些物质,很可能来自于被潮汐力粉碎或高速撞击的卫星。与此同时,天王星还拥有数米到数十米的冰块所组成的环,以及宽度只有50米左右、且具有极低单环反射率的“窄环”部分。

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天王星环具有相对更温暖的温度

科学家们在利用望远镜捕获了新的天王星热像之后,终于了解到该环系统具有液氮的沸腾温度,也就是其温度值大约在负195摄氏度左右。并且,即使该行星同时也处于围绕太阳公转的运动过程之中,但依然存在着某种力量,使得天王星环稳定地处于相对更温暖的温度状态。当然,对于我们长期生活在地球上的人类而言,这样的温度条件听上去就会让我们觉得极度寒冷。但我们需要了解一个基本事实,对于其他大多数空间而言,它们的温度会低至接近原子停止移动的程度,也就是所谓的绝对零度(负273摄氏度左右)。

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就天王星在太阳系中的位置而言,它与太阳之间的距离相对更加遥远,其环绕恒星运行的平均距离达到了大约19个天文单位,而每个天文单位都代表了1.5亿公里左右的距离。因此,该星球可吸收到的太阳热量,仅为地球从太阳处获取热量的极小一部分。事实上,位于太阳系中的每个巨行星,包括土星、木星、海王星、天王星,它们都拥有自己的环系统,其中的土星环更为壮观。然而,截至目前,就算是捕获到天王星新图像的科学家们,也并不清楚是什么原因,导致了天王星环表现得相对更加温暖。但是,其环系统所具有的奇怪温度特征,却足以表明天王星最密集、最明亮的epsilon环,一定与我们太阳系中的其他行星环存在着很大的不同。

天王星环与其他行星环的不同之处

我们只需要通过小型望远镜便能观察到土星环,而卡西尼号任务也对该行星环进行了更为详细的近距离研究,因此,土星环不仅看上去更为壮观,也相对最容易理解,然而,天王星环却表现得与土星环截然不同。若将这两颗行星的环系统进行比较,天王星最明亮的epsilon环,主要由高尔夫球一般大小的较大岩石所组成,而其主环则缺失了小端;但是,拥有各种粒径的土星主环,不仅寒冷、且宽大而明亮。

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与此同时,与其他行星系统上的环系统相比,天王星的epsilon环也表现得有所不同。比如,海王星环主要由灰尘构成,木星环是大约直径千分之一毫米的粒子所组成,而天王星的主环,看上去则并不像是epsilon环,它们之间被大量的灰尘所隔开。尽管科学家们无法看到epsilon环中更小的组成部分,但却可以预感到此环所具有的奇怪特性。并且,其中的某些东西正在清除那些相对更小的物体,又或者是将它们全部聚集在一起,只是我们尚且无法确定这样的发展,是更有利于对环组成的理解、环的材料来源一致,还是每个环都具有不同的属性。

关于天王星和太阳系中其他行星环的另一个难题,是这些行星如何拥有了它们如今的环系统,问题的答案或许是单个、甚至多个卫星的近距离破裂,比如火卫一的可能命运便是如此;也可能是彼此撞击的月亮破碎后形成的碎片,而木星在将来的某一天就很可能会上演这样的情景,因为新发现的卫星轨道和其他多个卫星路径存在相交的情况;当然,这些环系统也可能形成于捕获小行星之时,受到行星引力作用的它们发生了崩溃,又或是大约在45亿年前,太阳系诞生之后留下的残余碎片,形成了这些行星的环系统。接下来,科学家们将通过NASA的詹姆斯·韦伯太空望远镜,收集到更多天王星epsilon环的重要信息,以揭开该环系统的详细组成数据,从而更深入地了解到行星环的形成原因。

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