太阳系的秘密:已经持续了345年的风暴

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原始陨石磁场揭示45亿年前太阳系诞生秘密




磁力线（图中绿色）穿过新生太阳周围的气体云，陨石球粒记录下了当时的磁场变化。
　　据每日科学报道，世界顶尖实验室的最新测量工作表明，记录在原始陨石之中的磁场数据可以提供十分重要的线索，帮助我们了解太阳系的早期演化过程。测量研究指出穿越新生太阳周围的气体云的冲击波是太阳系形成的重要因素。

　　研究结果在11月13号发表于《科学》杂志，论文的主要作者是来自美国麻省理工学院的研究生罗杰·傅(Roger Fu)，他在本杰明·韦斯(Benjamin Weiss)的领导下进行工作。来自美国亚利桑那州立大学地球与空间探索学院(School of Earth and Space Exploration)的史蒂夫·德施(Steve Desch)是该论文的合著者之一。

　　德施说：“傅和韦斯的测量结果令人惊人且史无前例。他们不仅测量到了极其微弱的磁场，比罗盘所能感应到的磁场微弱成千上万倍；他们还能绘制出陨石记录下的磁场变化，精细到每一毫米。”

　　建造碎片

　　从陨石磁场变化来确定发生在45亿年前的太阳系形成，看起来似乎不太可能。但是，太阳系的形成是一个十分混乱的过程，其这之中留下许多可供科学家深入研究的建造碎片(construction debris)。

　　其中最有帮助的碎片就是最古老、最原始、最未受蚀变的陨石，称之为球粒状陨石(chondrites)。球粒状陨石是小行星由于碰撞而产生的碎片，它们形成于太阳系诞生之时，保持着相对稳定的性质。它们大多都非常小，又称为陨石球粒(chondrules)，其直径仅为一毫米。陨石球粒是在通过太阳星云(the solar nebula)的过程中快速融化而成。

　　微小磁铁

　　当陨石球粒冷却之后，其中含铁矿物就已经被磁化，就像是将气体中的磁场写入硬盘的比特数据一样。磁场借助于陨石球粒而保存至今。在这项研究中的陨石球粒来源于一个名为Semarkona的陨石，1940年坠落至印度，重量为691克。

　　科学家们所关注的是其中含铁矿物捕获的磁场，磁场强度约为54微特斯拉(micro-tesla)。和地球表面磁场强度相似，其范围为25-65微特斯拉。巧合的是，之前测量的许多陨石也有着相近的磁场强度。但是目前的理解是，这些测量受到了地球磁场的影响，甚至受到了陨石收集者手部磁铁的影响。

　　德施说：“在最新的实验中，在陨石球粒中探测到了之前从未探测到的磁性物质。从中可以看出，每一个陨石球粒都像是一根条形磁铁一样被磁化，但是其‘北极’却指向随机方向。”他说这说明在它们进入陨石之前就已经被磁化了，并不是在地球表面才被磁化。

　　冲击波

　　德施解释说：“我对此的模型表明，冲击波经过太阳星云，使得大部分陨石球粒都受热融化。”根据冲击波的强度和大小来看，背景磁场可能最多被放大至30倍。他说：“由于测量到的磁场强度约为54微特斯拉，这表明在太阳星云中的背景磁场强度范围可能是5-50微特斯拉。”

　　除此之外，还有其他关于陨石球粒如何形成的想法，例如关于太阳星云的磁耀斑(magnetic flares)，以及在穿越太阳磁场过程中形成，等等。但是这些机制所要求陨石球粒中的磁场强度都比Semarkona样品中的磁场强度高出许多。

　　从此来看，这支持了这种观点：冲击波在太阳星云中形成了陨石球粒，其位置在如今的小行星带上，距太阳的轨道距离约为地球的二至四倍。德施说：“这是第一次真正准确可靠地对地球形成时期的磁场进行测量。”
太阳系的秘密你你了解多少




10. 最热的行星不是离太阳最近的行星　　
大家都知道水星离太阳最近，比日地距离的一半还近。因此，人们误以为水星温度最高也就情有可原了。我们知道，金星是离太阳最近的第二颗行星，比水星要远将近5千万千米。因此可以想像，离太阳越远，温度就会越低。但想像常常是危险的。从实际情况看，水星没有大气，从而就缺少能够储存太阳热量的棉被。而金星呢，被一层厚厚的大气包裹着，这层大气厚度达到地球大气的100倍。如此厚的大气能够阻止来自太阳的热量返回太空，从而提升金星全球的温度。除此之外，金星大气几乎全都是二氧化碳，它具有很强的温室效应。二氧化碳会吸收所有的太阳光，但几乎不怎么放出波长较长的热辐射。这样，金星的温度就上升到超乎想像的高度，成为太阳系中温度最高的行星。事实上，金星的平均温度大约有470摄氏度，足以熔化锡和铅。而离太阳最近的水星，最高温度大约为425摄氏度。此外，水星由于缺少大气，其温度变化范围达到了几百摄氏度，而金星由于拥有一层厚厚的二氧化碳做棉被，无论是什么时间，无论是什么地点，温度都差别不大，十分稳定。

9. 冥王星比中国要小　　

中国南北跨度约有5200千米，而根据目前最好的估计，冥王星只有2300千米左右，比中国南北跨度的一半还小。显然，它也比其它行星小得多，这样看来，它被“降级”也就容易理解得多了。现在，冥王星被称为“矮行星”（译者注：英文dwarf planet，体积很小的行星，但又明显大于小行星）。

8. 乔治·卢卡斯根本不懂“小行星带”

（译者注：George Lucas，乔治·卢卡斯，电影《星球大战》导演）　　在许多科幻电影中，宇宙飞船常常处于小行星地带的危险之中。但事实上，我们目前所知道的小行星带只有一个，它处于火星与木星之间，并且尽管小行星有好几十万颗，但它们分布于十分巨大的广阔空间中，要想和某个小行星相撞是很困难的。相反，宇宙飞船应该小心而又谨慎地接近小行星，这样才能有机会对小行星拍照。

7. 用水做岩浆，你就能造出火山　　

一提到火山，人们总是想到火红滚烫的岩浆。的确，火山怎么离得开熔岩，也就是岩浆呢？然而并非如此。当地球或是其它行星的地表下面聚集着的熔岩与气体向外喷出时，火山就形成了。熔岩的成分可以相差很大。在地球上，大多数火山喷出的物质中都包含硅，铁，镁，钠和许多其它复杂的矿物。而木卫一艾奥上的火山熔岩则主要是硫与二氧化硫。还有更简单的，土卫二恩克拉多斯，海卫一特里同，以及其它几颗星球上的火山熔岩，其驱动力是冰，也就是说喷出来的是凝固了的水！当地下的水凝固时，压强会大幅度升高，然后冰就会被喷出来，就像地球上的火山一样。当冰喷出后，一座“冰火山”就形成了。因此，火山可以是水做的，也可以是熔岩做的。顺便说一下，我们地球上也有一些规模很小的水的喷发，叫做间歇喷泉，它们是由靠近地下熔岩比较近的地下水（被加热到很高温度）喷出形成的。
     
  
        

6. 太阳系的“边缘”比冥王星还要远1000倍　　

许多人说太阳系边缘就是冥王星轨道所在位置，尽管我们现已知道冥王星根本不够行星的资格，但这种冥王星就是边缘的印象仍然保留着。可事实是，我们发现了许多比冥王星更远，但又确实绕太阳旋转的天体。这些天体就是位于柯伊伯地带的天体。柯伊伯带是太阳系两个彗星储藏室中的第一个，大约有50-60个天文单位远（一个天文单位等于日地平均距离）。而另一彗星储藏室则更远，它就是十分巨大却又极其稀薄的奥尔特云，距离太阳有50000个天文单位，大约是0.5光年——比冥王星的1000倍还要远！

5. 地球是由微量元素构成的　　

构成地球的元素主要有铁，氧，硅，镁，硫，镍，钙，钠和铝。虽然在宇宙各处都可以找到这些元素，但它们都是微量元素，相对于极其丰富的氢和氦元素来说不禁黯然失色。所以，总体上看，我们的地球是由微量元素构成的。不过，这不包括地球上的一些特殊地方，例如白云，它含有更高的氢和氦，但作为十分轻的气体，在地球形成时它们大都被太阳风吹走了。

4. 地球上也有火星岩石（不是人类带回来的）　　

通过对南极洲，撒哈拉沙漠以及其它地方的陨石进行化学分析，人们发现这些岩石形成于火星。举个例子，有的陨石含有的气体其成分与火星大气一模一样。这些陨石可能是来自于火星上的大体积岩石，也可能是小行星撞击火星事件，抑或是火星上巨大的火山喷发。

3. 木星上有行星中最大的海洋　　

木星在日地距离五倍远的地方环绕太阳，相对地球而言，它在形成时保留了更多的氢和氦。事实上，木星主要就是氢和氦。考虑到木星的质量和化学组成，物理学家认为，在木星厚厚的大气下面，压力会变得十分巨大，以至于氢气必须以液态存在。事实上，可能整个木星都是一片液态氢的海洋。模拟计算表明，这个海洋不仅是太阳系最大的，同时还是最深的，达到40000千米——足以让地球在其中玩耍！

2. 即便是最小的天体也有卫星　　

人们曾经以为只有像行星这么大的天体才可能有卫星。实际上，人们有时候就根据是不是有卫星，或者是不是有能力捕捉卫星来作为行星的定义。小的天体也可以有能力捕捉卫星总让人觉得很难理解，毕竟，水星和金星都没有卫星，而火星只有很小的卫星。但在1993年，伽利略探测器掠过了32千米大的小行星艾达，并且发现了环绕它的一颗只有1.6千米大小的卫星Dactyl。从那以后，人们又发现了200多颗环绕小天体运行的卫星，从而使得“行星”的定义问题更棘手。

1. 我们住在太阳里面　　

通常我们认为太阳是一个又大又热距离我们1.5亿千米的大火球。但事实上，太阳的外层气体远远超过它的可见区域，我们的地球就是在这些外层的稀薄气体中运行，证据就是太阳风产生的极光。可以看出，我们确实“居住”在太阳里面。不止如此，人们已经在木星，土星，海王星，甚至更远的天王星上观测到了极光。现在认为，太阳的外层大气（称为日光层）可能延伸至少100个天文单位，相当于150亿千米。此外由于太阳在太空中的运动，其大气形状变得像一滴泪水一样，尾巴一端可能延伸上千亿千米。

揭太阳系的秘密：最深海洋不在地球
世界知名科普作家戴维·贝克和托德·拉特克里夫最近推出一本新书《太阳系内50个最极端的地方》，向读者详细介绍了太阳系中气态巨行星、冰冷的卫星及炽热的内行星等各类天体的特点。他们指出，太阳系堪称一个“极端之地”，从最深的海洋、最臭的地方到最大的峡谷，以下即是最具代表性的例证。


　　1.最怪异的旋转

　　土星卫星土卫七可是太阳系中的“大家伙”，三轴长度大致为255×163×137英里（约合410×260×220公里），由于这种规模的卫星通常具有足够的引力将其拉升为椭圆形，天文学家由此认为，土卫七或许是一颗更大卫星遭到撞击后散开的碎片。

　　正如贝克和拉特克里夫所说，土星的奇特形状解释了这颗行星为何让人觉得“乱七八糟”。多数质量偏大的卫星都会被潮汐力锁住，也就是说，卫星的一侧总是朝着其行星的方向。不过，土卫七的奇特形状避免其被潮汐力锁住，因为土星和另一颗卫星土卫六的引力对土卫七的影响不均衡。

　　



　　土星卫星土卫七可是太阳系中的“大家伙”

　　结果，土卫七的旋转模式就难以预测。贝克和拉特克里夫写道：“每天的情况都不一样。不仅旋转速度（白天长度）存在着差异，而且土卫七的北半球总是指向太空中不同地点。”按说，天文学家知道了这一原理后应该能预测土卫七的旋转运动，问题是，只要土卫七初始地点或速度的测量数据存在一点儿不确定性，随着时间的推移，就会转换成非常大的不确定性。
     
  
        

　　他们指出，对于土卫七来说，“300天过后预测其旋转轴心方位，这完全是不可能的——它可能会指向任何地方！”

　　



　　木星卫星木卫二上的海洋令马里亚纳海沟相形见绌

　　2.最深的海洋

　　在地球上，太平洋的马里亚纳海沟给我们留下了深刻印象，其深度达到6.8英里（约合10.9公里）。然而，木星卫星木卫二上的海洋令马里亚纳海沟相形见绌。

　　虽然木卫二表面覆盖着陨石坑和纵横交错的冰层，但美宇航局“伽利略”号飞船和其他探测器获取的测量数据表明，木卫二地下隐藏着液态海洋。有些测量数据认为其深度达到62英里（约合100公里）。

　　研究人员认为，在土星和其他质量偏大卫星对木卫二施加的潮汐压力及辐射能的影响下，这颗卫星的内部温度应该很高。木卫二浩瀚的液态海洋令其成为我们寻找外星生命最具前景的目的地之一。

　　因此，美宇航局和欧洲航天局正在准备联合实施一次探测任务，这次任务有望于2020年实施，探测木星、木卫二和另一颗名为木卫三的卫星。任务的主要目标是确定木卫二冰壳厚度，科学家可以从这一结果中获知木卫二维持生命存在的潜力。

　　3.最臭的地方

　　从行星科学角度来讲，木星卫星木卫一是一个令人感兴趣的地方——它是太阳系中火山活动最活跃的地方，表面遍布火山坑。不过，造访木卫一注定不是给人带来美好体验的经历。

　　贝克和拉特克里夫写道，“木星卫星木卫一上面散发着像臭鸡蛋一样的味道。”这种臭味是因为木卫一表面及高层大气所含的硫化氢，而从远处看，木卫一之所以呈现独特的黄色和红色，也与硫化合物有关。火山喷发在木卫一上相当常见，它们不断给木卫一大气输入新的硫气。

　　



　　木星卫星木卫一是一个令人感兴趣的地方——它是太阳系中火山活动最活跃的地方

　　由于以椭圆形轨道绕木星运转，木卫一显得十分活跃。随着木卫一不断在距木星或近或远的轨道上活动，其引力会在这颗巨行星内部产生潮汐可挠性，令地幔升温，引起剧烈爆发。

　　2007年，美宇航局“新地平线”号飞船掠过木卫一，观测到一次火山喷发，当时含硫羽状物升到距表面180英里（约合约合290公里）的高空，而地球上最大规模火山喷发释放的羽状物高度只有12英里（约合19公里）左右。
     
  
        

　　



　　冰质巨行星天王星和海王星在构成方面不同于气态巨行星木星和土星

　　4.最狂暴的暴雨

　　即便是鲍勃·迪伦，也从未想象过宇宙中会有这么大的暴雨。冰质巨行星天王星和海王星在构成方面不同于气态巨行星木星和土星；

　　它们主要由水、氨水和甲烷等“冰”构成，这种构成对行星内核有利：在天王星和海王星地幔，高温可能会将甲烷分解为氢和碳的成分。天文学家认为，强大的压力可能会将碳挤压成晶体点阵，即钻石。

　　正如贝克和拉特克里夫所说：“小到盐粒、大到鹅卵石的‘钻石冰雹’可能不停地冲击液体地幔和岩质核心。核心可能覆盖着厚厚一层钻石，数量比地球上任何一座钻石矿都多。”迄今为止，天王星和海王星的“钻石冰雹”仅仅在理论上存在，行星科学家表示，他们还需要更多的数据才能确定这种奇特的现象是否真的存在。不幸的是，根据计划，目前还没有探测器会对这些遥远的星球展开探索。

　　5.最大的峡谷

　　想象一下一条从美国旧金山延伸至华盛顿特区的峡谷，你便会对火星水手号峡谷的规模有初步的认识。这个巨大的峡谷最早是由美宇航局“水手9”号飞船在1972年发现的，于是，它便以“水手”命名。

　　水手号峡谷在火星表面延伸2485英里（约合4000公里），深度达6.2英里（约合10公里），相比之下，美国科罗拉多大峡谷最深处不过1.1英里（约合1.77公里）。水手号峡谷被认为是个大裂谷，是由火星地幔的物质沸腾并延伸至地壳形成的。

　　



　　最大的峡谷

　　6.最高的山峰

　　火星不仅拥有太阳系最深的峡谷，还拥有最高的山峰。火星火山奥林帕斯山的高度达到27英里（约合44公里），是地球最高峰珠穆朗玛峰的三倍。

　　



　　最高的山峰

　　奥林帕斯山的形成方式可能与地球上的火山一样：由于处于“热点”上方，在一定条件下，热岩的羽状物从火星内部喷涌而出。

　　贝克和拉特克里夫解释说，由于火星不受所谓板块构造理论的约束，其表面火山高度可以慢慢超过地球上的火山。他们写道，在地球上，构造板块的活动就像“火焰上方的传动带。
     
  
        

　　当构造板块在热点上方经过产生大量火山时，火山也因此经历从形成、消失到重新形成的全过程。”由于火星上没有活动的构造板块，奥林帕斯山可能会长时间处于那些形成火山的炽热羽状物上方。

　　7.最令人震惊的雷击

　　20世纪90年代末期，美宇航局“卡西尼”号飞船在赶赴土星的途上，为获取额外引力而飞掠地球。从距地面5.5万英里（约合8.85万公里）的高空，“卡西尼”号发现了无线电波爆发，那其实是地面闪电的信号。

　　闪电会以不同波长释放电磁辐射，包括可见光和无线电波。21世纪初，随着“卡西尼”号继续向火星进发，任务控制人员获得了一个重大发现。

　　“卡西尼”号在1亿英里（约合1.6亿公里）以外的地方，探测到表明是土星强大雷暴天气的无线电脉冲。无线电信号的强度大概是“卡西尼”号从地球上收到的无线电信号的100万倍左右。

　　



　　最令人震惊的雷击

　　虽然多年来科学家并没有直接看到土星的雷暴天气，但无线电爆发表明，它们发生在土星南半球一个名为“风暴巷道”的区域。这张照片显示了那个区域出现的暴风雨，即所谓的“龙形风暴”。最终，“卡西尼”飞船在今年春天首次捕捉到土星雷暴的瞬间。

　　



　　磁活动极为活跃的太阳

　　8.最极端的磁体

　　这张壮观的照片显示了磁活动极为活跃的太阳，此外还有明亮的太阳耀斑、光弧以及流状等离子体。

　　太阳外层的带电等离子体产生了一个规模相当于得克萨斯州的狂暴泡状物，形成许多区域性磁场。通过闪光的等离子体，常常可以看到这些磁场结构的大体轮廓，原因就在于，带电粒子沿着磁力线流动。

　　这也是闪亮的丝状物可以标出太阳黑子轮廓的原因，在太阳黑子所处的区域，等离子体被剧烈的磁场捕获，接着会冷却下来。

　　在磁力线经过的地方，它们可以释放被称为太阳耀斑的巨大能量，甚至是日冕质量抛射物（CME）。单个日冕质量抛射物就能将10%的日冕以极快的速度抛向太空。

　　9.最具破坏性的全球气候变暖

　　金星的大小、密度和构成与地球大体相同，当金星厚厚的大气最早被发现时，寻找外星生命的科学家曾想搞清它上面是否有茂密的丛林和奇异的生命。
     
  
        

　　实际上，金星是一颗受硫磺云控制的炽热星球。金星与太阳之间的距离比日地距离近了2600万英里（约合4180万公里），但这并不是金星表面温度如此之高的唯一原因。

　　地球表面温度因全球变暖现象而持续上升。在温室效应的作用下，太阳辐射到达地球表面，而地球以红外辐射的形式释放出来自太阳的部分能量。

　　



　　最具破坏性的全球气候变暖

　　不过，在金星表面，厚厚的云层和主要由二氧化碳构成的稠密大气捕集到热量，避免其逃逸到太空中。金星的表面温度高达860华氏度，令其成为太阳系中表面温度最高的行星。

　　10.持续时间最长的风暴

　　这场风暴仍未表现出自动平息的迹象。木星“大红斑”最早是由意大利天文学家乔凡尼·多美尼科·卡西尼在1665年发现的；

　　



　　持续时间最长的风暴

　　虽然在18世纪和19世纪初只是偶尔对其进行过观测，但许多天文学家认为，这场风暴自发现以来，已经持续了345年。“大红斑”风暴强度是地球风暴的三倍，风速最高可达每小时400英里（约合每小时644公里）。

　　这场风暴为何能持续数百年之久？据贝克和拉特克里夫解释，其能量来自于木星内部和更小的气旋。他们写道：“引人注意的是，木星内部向云顶提供的能量比其从太阳获取的能量多出70%。

　　引力收缩就像一台大型空气压缩机，在木星深处产生强大的压力和热量。而木星大气中的强大雷暴又将部分热量输送至云顶。”更小的风暴则被“大红斑”吞噬，令其得以继续咆哮。