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海王星,奇妙的外太阳系天体,自转、公转、轨道共振都别具一格

来源:网络 编辑:小彩 更新:2026-07-30

这是我们地球的公转周期,自转周期和轴向倾斜角度所共同决定的。

当这三个要素应用于其他星球上时,大部分原理也是相同的。

考虑一下海王星。

作为第八颗也是距离太阳最远的一颗行星,海王星拥有一个非常宽广的公转轨道和相对而言较低的转速。

由于这个原因,在海王星上的一天很长,相当于165个地球年。

同时加上海王星较极端的轴向倾斜角度,这也意味着海王星会经历一下相当极端的季节变化。

图解: 海王星和地球大小比较。

公转周期

海王星在距我们的太阳平均4504450000千米(2798656000英里;

30.11个天文单位)上环绕太阳。

由于它的轨道偏心值(0.009456),这个距离在不断变化,范围由位于近日点处的4460000000千米(2771000000英里;

29.81个天文单位)到它位于元日点出的454000000千米(2821000000英里;

30.33个 天文单位)。

图解:海王星以及其他远日行星的绕日运行轨道,以及太阳系外围的富含冰的开普勒小行星带。

NASA

以平均5.43千米/秒的公转速度,海王星需要164.8地球年(60182地球天)来完成一次公转。

这意味着,实际上,海王星上的一年相当于地球上的165年。

然而,由于海王星的自转周期是0.6713地球日(16小时6分钟36秒),海王星上的一年相当于89666个海王星太阳日。

鉴于海王星在1846年被发现,人类对于他的存在只有171年的了解(在这篇文章被写出来的时候)。

这意味着从它被发现开始计算,这颗星球只完成了一个公转周期(这个周期结束于2010年)加上七年的零头。

这个新的公转周期将会结束于2179年。

轨道共振

由于它位于我们的外太阳系,海王星的而公转对于临近的柯伊伯带有着深远的影响。

这个与小行星主带相似(不过比它大了很多)的区域由许多位于海王星公转轨道(据太阳30个天文单位)和距太阳约55个天文单位的地区内的微小的冰球和冰体组成。

图解:展示太阳系星体间的间距,六个遥远的柯伊伯带天体之间的不同寻常的近距离,以及可能存在的第九大行星的动态图解。

Caltech/nagualdesign

正如同木星的引力主宰小行星主带,影响它的形状并偶尔使一些小行星和微型行星进入内太阳系一样,海王星的引力主宰了柯伊伯带(Kuiper Belt)。

这造成了柯伊伯带中的间隔(由于会受到海王星的轨道共振而产生的空白区域)。

在这些间隔区域,物体对于海王星拥有一个1:2,2:3或3:4的共振比,意味着每当海王星完成两次公转时,这些天体会完成一次公转,或当海王星完成三次公转的时候,它们会完成两次,依此类推。

由于冥王星是其中最大的星体,超过两百个已知存在的位于2:3共振比地带的小行星被成为冥族小行星。

尽管冥王星经常穿越海王星的公转轨道,他们2:3的共振比保证了他们永远不会相撞。

偶尔海王星的重力也会导致冰星体被踢出柯伊伯带。

许多这样的冰星体最终去向了内太阳系,在那里它们成为了拥有极长公转周期的彗星。

海王星的最大卫星,海卫一,过去曾被认为是一颗被花王星的引力捕获的柯伊伯带天体(Kuiper Belt Object)以及海外天体(Trans-Neptunian Object 。

它的与其他卫星不同的逆行运转(retrograde motion)为这个猜测提供了证据。

与此同时,海王星也拥有一定数目的位于它的第四和第五拉格朗日点(Lagrange points)的特洛伊族天体(Trojan Objects)。

这些海王星特洛伊族天体可以被认为是与海王星又有着1:1的轨道共振比。

季节变化

与太阳系中的其他行星很相似,海王星的轴是相对太阳的黄道面倾斜的。

对于海王星而言,它的轴相对于其运行轨道的夹角约为28.32°(地球的黄赤交角为23.5°)。

由于这一点,海王星在一年的时间里不同的一半球将会接收到比另外一个半球更多的阳光,从而导致它将会经历季节变化。

不过对于海王星而言,一个季节将会持续极长的四十年,使得见证一个完整的季节循环十分困难。

图解: 大黑斑(上面),滑行车(中间白色云彩)和小黑斑(底部)。

尽管大多数加热海王星大气的热量都来源海王星内部不知名的热源,一个由威斯康星大学麦迪逊分校和NASA的喷气推进实验室的研究者们共同完成的研究指出海王星的季节变化与太阳辐射也有关系。

这个结果是基于在1996年和2002年之间哈勃望远镜提供的海王星检验图像。

图解: 海王星高层的云带在较低层云顶形成阴影。

这些图像展示了海王星的巨大南部云带在过去六年的时间里正在逐步变得越来越宽和亮——这段时期与南半球开始了它长达四十年的夏季的时间恰巧吻合。

这片正在变大的云层被归因于逐渐增大的太阳辐射,由于它在南半球不断聚集但在赤道上相当有限。

图解:哈勃望远镜拍摄的照片,展示了海王星南半球的季节变化。

NASA, L. Sromovsky, and P. Fry University of Wisconsin-Madison

海王星在许多方面仍是一个神秘的星球。

然而,正在进行的关于它的观测揭示了许多相似的行为模式,例如,尽管它的成分与地球大相径庭,运转轨道相较地球离太阳也远得多,它的黄赤交角以及公转周期仍然造成了它不同半球上的季节变化。

能够知道无论我们冒险进入太阳系内多远的地方进行探索,无论看上去这些星球与地球有多么不同,这里仍然有着许多不变的准则,这一点是极好的。

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3. universetoday-Matt Williams-伊泽理

一光年有多远?人类探测器飞了50年,才飞了一光天?

一光年到底有多远?为什么人类的探测器飞了快五十年,却连这段路的百分之一都没走完? 更扎心的是,就算你真的飞到一光年外,也还没到最近的另一颗恒星。

你甚至可能还在太阳系外围,连这片家门口的荒地,都没有彻底穿过去。

你肯定听过答案:一光年,大约九万四千六百亿公里。

可这个数字太大了。

多念一个零,少念一个零,对你的感觉几乎没有区别。

所以这一次,我们换一把尺子。

把太阳缩成一颗直径两点五厘米的玻璃球,放在你面前。

地球跟着缩小,只剩一粒细沙那么大。

你把它放到距离玻璃球两米七的位置,地球轨道就摆好了。

接下来往外走。

走过木星、土星,一直走到八十多米外,你终于放下海王星。

整个八大行星的地盘,看起来也就一个足球场的尺度。

那么,一光年的刻度,应该放在哪里?球场外面?隔壁街道?还是城市另一头? 都不够。

你得从这颗玻璃球出发,走出去大约一百七十公里。

记住,地球才在两米七外。

海王星才在八十多米外。

而你现在要跨过的,是一段足以连接两座城市的距离。

沿途绝大多数地方,连一颗行星都没有。

你以前看到的太阳系示意图,把行星挤得整整齐齐,却很难让你真正感受到,它们之间到底空成什么样。

如果把人类的探测器,也放进这套模型呢? 旅行者一号,一九七七年出发,掠过木星和土星,一路飞向太阳风影响之外。

它每秒能飞十七公里。

你眨一下眼,它就已经越过一座城市的一部分。

可持续飞行近半个世纪,它在这套模型里,也不过走到距离玻璃球几百米的地方。

前面那条通往一光年的路,依然长得几乎看不到尽头。

按每秒十七公里算,飞完一光年,需要大约一万七千六百年。

你出发时留下的城市,可能已经消失。

你说的语言,可能早就没人听得懂。

而飞船,还在赶路。

你可能觉得,这不公平。

旅行者一号毕竟是几十年前的技术。

换一台快得多的探测器,总能把时间压下来吧? 帕克太阳探测器,在最接近太阳时,速度能达到每小时约六十九万公里。

假设它能一直保持这样的速度,飞完一光年,仍然需要一千五百多年。

而且,这已经是一个过于理想的假设。

帕克的极速,来自它沿轨道冲向太阳时的加速。

离开太阳之后,它会减速。

那个惊人的纪录,不能直接变成一张通往恒星的车票。

不过,先让我们跳过这些困难。

假设未来的你,终于抵达一光年外,在那里建起了一座太空站。

你回头看,太阳还看得见吗? 看得见。

它不会彻底淹没在星海里,仍然会是一颗非常明亮的星。

但你熟悉的金色圆盘消失了,剩下的,只是一个指向家的光点。

抵达这里的阳光,比地球附近微弱了约四十亿倍。

能看见它,不代表还能靠它照亮身边的世界。

就像远处一盏灯,你知道它亮着,脚下却依旧一片漆黑。

至于地球,那颗你想念的蓝色星球,肉眼已经根本找不到。

它自己不会发出可见光,只能反射太阳的光。

那一点微弱的亮度,几乎淹没在太阳旁边。

更让人难受的是,就算设备足够好,让你看清了家乡,你看到的,也是一年前的地球。

因为光从那里来到你的眼睛,已经走了整整一年。

这时候,你想给家里发一条消息。

今天是家人的三十岁生日。

你对着镜头说出生日快乐,按下发送。

消息离开天线,穿过黑暗,等它抵达地球,那个人已经三十一岁了。

对方看完,立刻回复一句谢谢。

你再收到这两个字时,又过去一年。

一来一回,两年。

这里最奢侈的东西,可能就是一次普通的聊天。

你问家里今天怎么样,等到回答抵达,那个今天,早就变成了两年前。

你换更好的天线,能让画面更清楚,声音更清晰,却不能把这一年变成一秒。

无线电和激光,在真空中都以光速传播。

设备可以升级,距离带来的等待,却不会自动消失。

如果太空站突然出了故障呢?你向地球求救,就算那边的人收到后立刻想出解决办法,操作指令也要等两年,才能回到你手里。

真正走进星际空间,你得先学会自己解决问题。

因为在这里,连一句别着急,都可能来不及。

可一光年外,到底有什么在等你? 没有一堵墙,没有一条天然边界,也没有一颗刚好停在那里、等你登陆的星球。

这只是人类在宇宙里画下的一道刻度。

我们认为,远离行星轨道的地方,还分布着奥尔特云中的冰冷天体。

它的范围仍有不确定性。

一光年的终点,甚至可能还没有超出这片遥远的区域。

穿过太阳风形成的边界,和离开所有绕太阳运行的天体,并不是同一件事。

而最近的另一颗恒星,比邻星,距离我们约四点二四光年。

你费尽力气走完这一光年,连去它那里的四分之一路程,都还没走到。

所以,下次再听见一光年,不妨想想那颗玻璃球。

地球在两米七外,你站在一百七十公里外。

脚下没有路灯,没有补给,也没有能立刻回答你的人。

而这段让人类飞上一万多年、让一句问候往返两年的距离,在宇宙里,却只是尺子上最开始的一个刻度。

太阳系要提前散伙了?肇事者竟是它自己

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经过成千上万次扰动后,外围行星轨道将被打乱,太阳系也会提前“散伙”。

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