天文小知识：海王星是怎样的？是什么造成了海王星上海天相融？真相究竟是什么？

图解：海王星，图源：NASA

海王星在太阳系中的排行第八，也是离太阳最远的行星。

它也是太阳系的四颗大型行星中最小的那一颗。

海王星外观呈现出丰富多样的蓝色，它被以罗马神话中海神的名字命名。

图解：旅行者2号所拍摄的海王星

海王星最早被观测到是在1846年。

但人们对这颗星球的了解甚少，直到近年才有所改变。

这是由于海王星距离地球太远，对他的观察受到限制。

接着在1989年，行星探测器旅行者2号飞越了海王星。

探测器向人们揭示了这个行星及其卫星的一些值得注意的事实。

这些发现中包括海王星有一个稠密的大气层，并且密度随着深度的增加而增加，逐渐与一个巨大而奇怪的海洋合为一体。

图解：勒维耶，用数学发现海王星的人。

海王星的公转和自转

海王星每165年绕太阳转一圈。

当它公转时，海王星沿着一个椭圆型的轨道运动。

为了完成一次公转，这颗行星需要运动很长的一段距离。

海王星轨道与太阳之间的平均距离是一个很巨大的数值。

事实上，这个距离大约是地球和太阳之间的距离的30倍。

图解：海王星和地球大小比较。

海王星在太阳系中的排行第八，也是离太阳最远的行星。

在海王星轨道之外有一个区域会被许多跨越海王星天体穿过。

在这些跨越海王星的天体中，我们最熟悉的是冥王星。

冥王星的轨道有时比海王星更接近太阳。

海王星的磁场每16小时就会旋转一次，这也是海王星上一天的长度。

海王星大气中可视特征（如气流）的旋转速率会因为其处在的纬度的不同有很大的区别。

图解：大黑斑（上面），滑行车（中间白色云彩）和小黑斑（底部）。

一个昏暗而遥远的世界

海王星的直径大约是地球的四倍。

虽然海王星很大，但除非使用望远镜，不然无法从地球上观察到它。

海王星距离我们非常远，这让他看起来又小又暗。

海王星距离太阳约28亿英里（45亿公里）。

因为海王星到太阳之间的距离太远了，所以它能接收的阳光很少。

事实上，到达海王星的阳光强度比到达地球的低了有900倍。

行星反射的阳光越少，星球上的光线就越暗。

大暗斑

海王星离地球太远了，即使通过大型望远镜观察也海王星看起来也很小。

也难怪那么多年来都没人发现他，直到亚当斯和勒维耶（两位为海王星的发现者）告诉天文学家去哪里寻找。

图解：大暗斑，图源NASA

海王星上也有巨大的反气旋风暴，还记得木星上的大红斑吗？在海王星上我们可以看到一些类似东西，它被称为大暗斑。

大暗斑的大小和地球类似。

与其他行星上的不同，海王星的大暗斑风速达到每小时2400公里（1500英里），是太阳系中最快的反气旋风暴。

蓝色的气体巨人

海王星、木星、土星和天王星都是太阳系中的气态巨行星。

它们与地球非常不同，地球的地壳是由岩石构成的，内部则是熔岩。

海王星有一个很深，很厚的，由氢，氦还有微量的甲烷组成的大气。

随着深度的增加，大气变得越来越稠密，逐渐脱离气态，变成一种奇怪的液体。

这种流体被称为超临界流体，它同时具有类气性和类液性。

海王星上的超临界流体由水、甲烷和氨组成。

虽然气液态之间没有明显的分界线，但它也可以算作海洋。

图解：旅行者2号所拍摄到的大黑斑。

海王星的内部结构

海王星不同于其他气体巨行星。

例如，海王星和木星的成分非常不同。

海王星质量的10%左右是由氢气和氦气组成的。

相比之下，木星的质量中大约96%是氢和氦。

海王星质量占比中另90%主要是由较重的元素组成，其中包括碳、氮和氧。

在海王星上，这些元素以甲烷、氨和水等化合物的形式出现。

图解：海王星的内部结构，图源：NASA

大气中的甲烷气体使海王星呈现出蓝色的外观。

我们知道太阳光是由一系列颜色组成的，这些颜色会被某些材料吸收并被其他材料反射，而甲烷会吸收光谱中的红色。

当阳光穿透甲烷气体时，红色被吸收，蓝色被反射，因此使整个行星呈现出蓝色。

因为漂浮在大部分甲烷之上，高层大气中的缕状的云看起来是白色的。

海王星上层大气的温度是-355华氏度（-215摄氏度）。

从那里开始，大气层向星球内部延伸数千英里。

越接近内部，气温就越高。

当其大气压力与地球表面的大气压力大致相同时，海王星上的温度足以使甲烷形成云。

图解：海王星，图片来自哈勃太空望远镜。

图解： L. Sromovsky & NASA

在云层之下，大气层向下延伸数千英里，压力和温度会逐渐升高。

但是大气永远不会到达固体或是液体表面，相反，它逐渐与一个古怪的海洋融合。

这片海洋既不完全是气体，也不完全是液体。

它大约位于大气深度6000英里（10000公里）。

这片海洋由水、甲烷和氨组成。

温度可高达4500°F（2500°C）。

海王星可能有一个大小类似于地球的岩石核心，核芯温度可达到15000°F（8000°C）。

海卫一，冰火山的世界

海卫一是海王星最大的卫星。

它比地球的卫星-月球-稍小，直径约1700英里（2700公里）。

它绕海王星旋转一周需要花费5天20小时。

图解：海卫一，图源：NASA

以上内容尽管很乏味，但是海卫一是一颗非常不寻常的卫星。

大多数卫星的轨道与行星的旋转方向相同，但是海卫一却以相反的方向环绕海王星。

一些科学家认为海卫一的轨道之所以不同，是因为它曾经是一颗独立行星，被海王星引力捕获后成为它的卫星。

海卫一的另一个不寻常特征是其表面的冰火山。

图片展示了火山喷发将物质喷射到5英里外（8公里）的太空中。

这些物质包括冷冻氮、尘埃颗粒和来自海卫一内部的其他材料，这些物质有一定的温度。

为了解释这种温度的产生，科学家引用了一种叫做潮汐摩擦的现象。

图解：海卫一的轨道和运转方向（红）与大多数卫星的轨道（绿）的比较

当物体的形状在重力作用下发生改变时，就会产生潮汐摩擦。

更准确地说，潮汐摩擦是形状变化中的阻力。

海王星的引力对海卫一产生了拉伸。

由于海卫一围绕海王星的轨道是略为椭圆的，引力拉伸的程度也在不断变化。

（当海卫一靠近海王星时，引力对它拉伸增加，当海卫一远离海王星时，拉伸减少。

）拉伸程度的变化中产生摩擦阻力加热了海卫一的内部。

尽管海卫一内部温度很高，但它的表面却很冷。

温度约为-391华氏度（-235摄氏度）。

海卫一的表面可能比冥王星还要冷（海卫一通常比冥王星更接近太阳。

但是海卫一的表面高度反射）。

图解：海卫一是一个地质活跃的卫星，其表面年轻复杂

海卫一的部分表面有褶皱，其他部分似乎被冰冻的湖泊所覆盖。

在这些地方，水可能从海卫一的内部喷发出来，然后冻结起来变得像岩石一样坚硬。

海卫一的大部分表面都被白雪覆盖。

因为海卫一的表面太冷了，所以雪不是由水形成。

相反，科学家认为雪是由冻结在大气中的氮晶体组成的。

海卫一结冰表面反射的阳光使它成为太阳系中最白的天体之一。

图解：海卫一表面的撞击坑很少，说明其表面活动剧烈

海卫一另一个不寻常之处是它拥有一个主要成分是氮气的稀薄大气层。

大多数卫星太小，不足以维持住大气层。

但是海卫一表面太冷了，即使是它微弱的引力也能将它的氮气大气层维持数十亿年。

海王星的其他卫星及其行星环

除了海卫一，海王星还有十二个卫星。

比海卫一离海王星更近的卫星是：Naiad（海卫三）, Thalassa（海卫四）, Despina（海卫五）, Galatea（海卫六）, Larissa（海卫七）, 和 Proteus（海卫八）。

轨道距离较远的卫星有：Nereid（海卫二）, Halimede（海卫九）, Sao（海卫十一）, Laomedeia（海卫十二）, Psamathe（海卫十）, 和Neso（海卫十三）。

图解：海王星的行星环，图源NASA

海王星最小的卫星海卫十是在2003年由茂纳凯亚天文台（Mauna Kea Observatory）发现的。

它的直径只有24英里（38公里）。

它的轨道距离海王星约3000万英里（4800万公里）。

只有海卫十三在比他更远的轨道上绕海王星运行。

海王星周围有四个稀薄行星环。

这些环很可能是由灰尘、沙粒和小冰粒组成的。

它们也可能含有岩石和巨石。

这些环可能是由陨石撞击里层轨道的卫星后产生的爆炸的碎片形成的。

它们也可能是由很久以前破裂的卫星的碎片形成的。

图解：从海卫一上看海王星的模拟视图

与大多数看起来光滑均匀的行星环不同，海王星最外层的环有三条明亮的弧线。

这些弧可能是由海卫六引起的，它正好在环的内部运行。

海卫六和环之间的复杂引力作用可能导致环中可以反射光的冰凝结在一起。

这种相互作用也会影响卫星的轨道。

旅行者2号对海王星的短暂探索，无疑有助增加我们对这颗行星的了解。

但关于海王星还有很多事情仍然是个谜。

下一次访问——可能是在2030年左右，或者更晚一些——无疑将揭示这颗位于太阳系边缘的蓝色行星的更多信息。

参考资料

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

3. thetimenow- The Timenow- Anuraplant