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第8章 太阳系(5)

月球引起地球海洋潮汐:地球上的海洋潮汐主要是由于月球造成的(太阳只具有部分影响),月球的重力作用牵引地球的海洋,伴随地球的旋转,月球的重力使地球海洋形成潮汐。

当满月和新月时,太阳、地球和月球将排成一条线,产生更高的潮汐。当月球最接近地球时,涨潮就越高,人们称其为近地点涨潮。月球导致地球每个世纪自转周期会减缓1.5毫秒。

月球离地球远去,地球1个月将变成47天:目前,月球正在远离地球,每年月球会窃取一部分地球的转动能,从而导致以每年4厘米的速度远离地球。当46亿年前月球形成之初,月球与地球的距离2.253万千米,但现在两者间平均距离为38.44万千米。

期间,地球的旋转速率逐渐减缓,地球的白天越来越长,最终,地球的旋转会越来越慢,直至月球绕地球旋转一周时间达到47天,地球与月球的运行节奏才一致。以后,人们一个月的时间概念将被改变:不再是30天或31天,而是47天。

未来的能源供应基地:专家们认为,约50年后,人类将面临煤炭、石油和天然气等现有的传统能源严重短缺的局面。人类具有现实而可行的解决未来能源问题的途径,可建立使用“氦-3”同位素的热反应堆。

在这种反应堆中美由中子辐射,意味着没有放射性污染,不会给环境造成危害。但地球上“氦-3”同位素储量不大,不能大量生产能源。自动飞行器和登月的美国宇航员获取的资料表明,月球上具有足够的氦。该种地球上稀有的元素在月球表面尘埃中多达百万吨以上。月球上的“氦-3”储量够人类使用1000年。科学家对从月球上获取“氦-3”解决地球上的能源问题的方案进行了经济论证,用这种方法获取的每度电成本完全抵得过现行方法。

月球与小天体的撞击概率:小天体撞击月球的概率与撞击物体大小有关。科学家根据撞击物体的大小将撞击事件分为三类:第一类撞击物体的直径一般为10~100米;第二类撞击物体的直径一般为100~1000米;第三类撞击物体直径多为1000~5000米,也有超过5000米的。

多数小行星在火星和木星轨道之间运行。几十亿年来,这些小行星都在相互碰撞。小行星受到各种力源如行星、恒星或气状云等摄动的影响,当它们无法抗拒这种力的作用时,就会远离主星带,比如在太阳系内层或外层的偏心圆轨道上运动;有些小行星在靠近内行星或外行星的运行轨道上按其方式运行。

一些在自己轨道上运行的小行星,其运行轨道与行星及其卫星轨道相交叉,但它们从未靠近行星及其卫星;而另一些小行星由于引力的推拉作用而靠近行星及其卫星,并可能与它们发生碰撞。

据最新概率统计分析,上述第一类撞击物体撞击月球的可能概率是10年一次;第二类撞击物体平均约5000年与月球碰撞一回;而第三类撞击物体中较大的小天体“造访”月球的概率极小,可能为30万年一次。

小知识

为何看不到月球背面

月球自诞生以来,从未离开过地球,是地球“最忠实的伴侣”。但月球总以一面示人,为什么呢?

事实上,只有在月球自转和公转周期相等、方向一致(均为反时针方向)的情况下,月球才能永远以同一面朝向地球。月球的自转周期和公转周期相同,是因为地月之间相互潮汐引力的作用。月球能产生对地球的潮汐引力,能造成地球两侧海水的升涨,对地球大气也会产生大气潮。类似地,地球也可以产生对月球的潮汐引力。

月球过去的自转速度比现在要快很多,其时它的表面存在着如熔岩流之类的流体。地球强大的起潮力引发了月球上的潮汐,而潮汐摩擦会使月球自转减慢,直至自转周期等于公转周期。这时,地球不再引起月球上明显的潮汐作用,月球就只能以同一面朝向我们了。

太阳系小天体

太阳系小天体是国际天文联会在2006年重新解释太阳系内的行星和矮行星时,产生的新天体分类项目。它包括除了矮行星之外的所有小行星,即:传统的小行星(除了最大的谷神星)、半人马小行星和海王星特洛伊天体、外海王星天体(除了冥王星和阋神星)和所有的彗星。

近地天体:近地天体(NEO),其轨道距离地球轨道太近(最近距离<1.3个天文单位),并由此可能产生撞击危险的小行星、彗星及大型流星体的总称。由于这类天体的大小及距离地球很近,在地球发射太空船访问或未来进行商业开发简便可行。

实际上,有一些近地星体的速率改变比月球还小。在美国,国会命令NASA必须对所有直径超过1000米的NEO进行记录和分类。因为超过这个这数值的NEO如果撞击地球,将会带来严重灾难并危及全球。到2004年4月18日止,共发现了2808个NEO,其中包括49个近地彗星、217个阿登型小行星、1114个阿莫尔型小行星和1427个阿波罗小行星。它们中的708个直径超过1000米。

微行星:在英文里,微行星意为无限小行星。在2006年,行星专家在会议中对微行星定义如下:

微行星是可以累计成为行星的固体物质,它的內部的力量由自身重力控制,且它的轨道动力不受气体阻力影响。在太阳云内,这样的物体大小约在1000米左右。在现在的太阳系,这些小物体也依据动力学和构成来分类,并且也做了些附带演变。例如,成为彗星、古柏带天体或特洛依小行星。也就是说,一些微行星适合成为其他种类的天体,一旦行星的形成結束,它们就会被赋予其他不同的名称。上述定义并未被国际天文学联合会认可。

小行星:小行星是太阳系内类似行星环绕太阳运动,但体积和质量比行星小得多的天体。太阳系中,沿椭圆形轨道绕太阳运行而体积小,从地球上肉眼看不到的行星。小行星是太阳系形成后的物质残余。大部分小行星的运行轨道在火星和木星之间。直径超过240千米的小行星约有16个,它们都位于地球轨道内侧到土星的轨道外侧的太空中。其中一些小行星的运行轨道与地球轨道相交,曾有某些小行星与地球发生过碰撞。

迄今为止,在太阳系内一共已发现约70万颗小行星,但这可能仅是所有小行星中的一小部分,只有少数这些小行星的直径大于100千米。到20世纪90年代为止,最大的小行星是谷神星。

小行星带:小行星带是太阳系内介于火星和木星轨道间的小行星密集区域,由已经被编号的12.0437万颗小行星统计得到,98.5%的小行星都在该处被发现。由于该处是小行星最密集区域,估计为数多达50万颗,这个区域因此被称为主带,通常称小行星带。

小行星带由原始太阳星云中的一群星子(比行星微小的行星前身)形成。但因为木星的重力影响,阻碍了这些星子形成行星,造成许多星子相互碰撞,并形成许多残骸和碎片。

小行星带的物质极其稀薄,目前已经有好几艘太空船安全通过而未发生意外。另外,小行星之间的碰撞可能形成拥有相似轨道特征和成色的小行星族,这些碰撞也是产生黄道光的尘土的主要来源。

小知识

冰火两重天

太阳系小行星带具有“冰火两重天”的奇异景象,其内侧小行星多为火成岩,而外侧却满是冰球状的天体,这是太阳系形成初期几个大行星轨道变化带来的结果。

小行星带是太阳系各大行星形成之前曾经存在的原行星盘的残余物,其外侧大量冰状天体是外来的。

彗星

彗星是星际间物质,中国俗称“扫把星”。彗星由希腊文演变而来,意为“尾巴”或“毛发”;中文“彗”字,表示“扫帚”之意。

彗星本身不发光,主要靠反射太阳光而发光。一般彗星的发光都很暗,它们的出现只有天文学家用天文仪器才可观测到;只有极少数彗星,被太阳照得很明亮拖着长长的尾巴,才被人们所见。据《春秋》载,公元前613年,“有星孛入于北斗”,它是世界上公认的首次关于哈雷彗星的确切记录。

彗星的结构:彗星无固定体积,当它远离太阳时体积很小;接近太阳时,彗发变得越来越大,彗尾变长,体积变得巨大,最长可达2亿多千米。

彗星质量非常小,绝大部分集中在彗核部分,彗核平均密度为1克/米3。彗发和彗尾的物质极其稀薄,其质量只占总质量的1%~5%,甚至更小。

彗星物质主要由水、氨、甲烷、氰、氮、二氧化碳等组成,彗核由凝结成冰的水、二氧化碳(干冰)、氨和尘埃微粒混杂组成,是个“脏雪球”。

彗尾的产生:彗尾被认为是由气体和尘埃组成;4个联合效应将它从彗星上吹出:当气体和伴生的尘埃从彗核上蒸发时,产生初始动量;阳光的辐射压将尘埃推离太阳;太阳风将带电粒子吹离太阳;朝向太阳的万有引力吸力。

这些效应的相互作用使每个彗尾看上去都不同。当然,物质蒸发到彗发和彗尾中去,消耗了彗核的物质。有时以爆发的方式出现,比拉彗星即如此:1846年,它通过太阳时破裂成两个;1852年,它通过后即全部消失。

彗星的轨道:彗星的轨道有椭圆、抛物线、双曲线三种。椭圆轨道的彗星又叫周期彗星,另两种轨道的又叫非周期彗星。周期彗星又分为短周期彗星和长周期彗星。

一般彗星由彗头和彗尾组成。彗头包括彗核和彗发两个部分,有的还有彗云。并非所有彗星都有彗核、彗发、彗尾等结构。由于彗星由冰冻着的各种杂质、尘埃组成,在远离太阳时,它只是个云雾状小斑点;一旦靠近太阳,因凝固体的蒸发、气化、膨胀、喷发,彗尾就产生了。彗尾体积极大,可长达上亿千米。它形态各异,有的还不止一条,通常总向背离太阳的方向延伸,且越靠近太阳彗尾就越长。

虽然宇宙中彗星的数量极大,但目前所观测到的也仅有1600颗左右。

哈雷彗星:哈雷彗星是第一颗经推算预言必将重现并得到证实的著名大彗星。当它在1682年出现后,英国天文学家哈雷注意到它的轨道与1607年和1531年出现的彗星轨道相似,认为是同一颗彗星的三次出现,并预言它将在1758年底或1759年初再度出现。果然,在1759年,它又回来。这是天文学史上的一个惊人成就,这颗彗星因此也被命名哈雷彗星。

哈雷彗星围绕太阳沿着很扁长的轨道从东向西运行,平均公转周期为76年。哈雷彗星逆向的的公转轨道与黄道面呈18?倾斜。另外,它的偏心率较大。

由于哈雷彗星的反射率仅为0.03,哈雷彗星的彗核非常暗--比煤还暗,是太阳系中最暗物体之一。哈雷彗星彗核由于密度很低而多孔,可能是由于在冰升华后,大部分尘埃留下来所致。

掠日彗星:掠日彗星指近日点及接近太阳的彗星,其距离可短至离太阳表面只有数千千米。较小的掠日彗星会在接近太阳时被完全升华掉,较大彗星则可通过近日点多次。但太阳强大的潮汐力还是可能会将它们分裂。掠日彗星因为近日距非常小,它们在经过近日点时会变得非常明亮。

2007年6月8日,SOHO照片环型下方有一颗掠日彗星横扫太阳,这颗掠日彗星在后面拖着一条明亮的彗尾。这颗彗星属于克罗伊策掠日彗星族,由一颗大彗星在2000年前破碎产生。克鲁兹族彗星是掠日彗星的一种,其近日点极接近太阳是它们轨道的特征之一。

克鲁兹族彗星是由一个周期为1000年左右的母彗星经过长期运行后,受太阳的熔化作用以及巨大的潮汐力作用而分裂成的若干颗小彗星,它们形成一个彗星群,绕母彗星轨道继续运行。德国天文学家克鲁兹最先注意到这些彗星的共通点,是以被称为“克鲁兹族彗星”。

“鹿林”彗星光临地球:2009年上半年,已知最亮彗星“鹿林”飞到离地球最近的地方,成为一颗肉眼可见的彗星。“鹿林”彗星来自非常遥远的奥尔特云,历经上千万年向太阳的漫长“朝圣”旅途,于2009年1月10日到达离太阳最近的地方,2月24日鹿林彗星与地球达到最近距离,约6000万千米。

彗星撞木星:1994年7月16~22日,一颗命名为苏梅克-列维9号的彗星由于受木星引力影响,断裂成21个可反光碎块,其中最大一块宽约4000米,以60千米/秒的速度连珠炮般向木星撞去,远望去就像是一串光彩夺目的珍珠悬挂在茫茫宇宙中。

在太阳系中,像彗木相撞这样的天文奇观约要隔数百万年乃至上千万年才出现一次。天文学家推测,该彗星环绕木星运行也许已有一个多世纪,由于它距离地球太遥远和亮度太暗淡而久久未被发现。它开始时可能只是一颗从外层空间进入太阳系的普通彗星。该彗星曾于1992年7月8日运行到距木星表面仅4万千米的位置。

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