【宇宙简史】冥王星就这样被发现了！太阳系也由此揭开了他神秘的面纱 #宇宙探索 #天文 #宇宙 #未解之謎

現在的天文望遠鏡在我們普通人看來 已經是非常非常的厲害了 如果有人在月球上滑亮一根普通的火柴 我們在地球上都能夠觀測到 天文學家們通過觀察幾百光年外 一顆恆星的微弱的抖動 就能夠知道這顆恆星的大小和各種性狀 甚至還能知道這顆恆星是否擁有一居行星 這些行星離我們如此之遙遠 我們根本無法直接觀測到 以人類目前的宇宙飛船的速度 飛幾百萬年都到不了 我們製造的射電望遠鏡 能夠捕捉到極度微弱的宇宙電波 這些電波有多微弱呢 著名的天文學家、科普作家卡爾沙根 就打過一個非常生動的比方 他說人類自1951年以來 收集到的全部來自太陽系以外的電波的 總能量加起來 但是其實一直到1978年 我們才發現冥王星還有一顆衛星 那年夏天 在美國亞利桑那州的羅維爾天文臺 那麼有一個名叫詹姆斯·克里斯蒂的 年輕天文學家 就在這個羅維爾天文臺 對大量冥王星的照片例行檢查的時候 他發現了一些特別的東西 他發現在冥王星的邊上 雖然不知道那個是什麼東西 但肯定不是冥王星的一部分 詹姆斯與他的同事羅伯特·哈林頓 在討論了一番之後 就得出結論 他們看到的是一顆衛星 也就是冥衛一 後來這顆衛星被命名爲卡奴 這顆衛星還挺不一般的 它是全太陽系中與主星的大小最接近的 它的直徑差不多剛好是冥王星的一半 這個發現是對冥王星大行星地位的 一個非常嚴重的打擊 雖然它的這個地位向來都不太穩固 過去人們不知道有卡奴 現在卻發現 原來以爲是一顆行星大小的空間中 卻要放下兩個天體 你想這個冥王星得有多小 冥王星的質量只有地球的0.24% 直徑還不到地球的五分之一 如果把地球比喻成一隻籃球的話 那麼冥王星差不多就只有乒乓球那麼大 如果把冥王星的表面積全部展開 差不多就剛好是俄羅斯國土的面積 也就是1700多萬平方公里 實際上太陽系中至少有7顆衛星 包括月球都比冥王星要大 1978年我們發現了冥衛1 2006年我們又發現了冥衛2和冥衛3 2011年發現了冥衛4 2012年發現了冥衛5 天文學家們相信 還有更多的冥王星衛星等待着我們去發現 他們推測這些衛星 很可能都是一次天體相撞事件的碎片 你或許會感到奇怪 爲啥發現一顆我們自己太陽系中的衛星 要用那麼長的時間 這裏面有三個原因 第一 是有沒有一臺專門爲某個目的而設計的天文望遠鏡 第二 天文學家有沒有把望遠鏡指向正確的地方 第三 是因爲冥王星本身實在是太闇弱 更不要說它的衛星了 不過這裏面最關鍵的還是望遠鏡的指向 普通人一想到天文觀測 往往會以爲天文學家們總是扛上一大堆的觀測設備 然後晚上出門對着天空一遍一遍的掃望 這種想象其實是完全錯誤的 真實的情況是 世界上所有的天文望遠鏡 幾乎都是對準了天空中很小很小的一塊區域 專門尋找某一種天體 比如說尋找類星體 尋找黑洞 或者觀測遙遠的核外星系等等 真正能用於掃描天空的 只能是射電望遠鏡陣列 它們最初都是由軍方設計製造的 我們平常在雜誌或者屏幕上看到的那些 又清晰又漂亮的天文圖片 其實大多數都是假的 它們是藝術家的再創作 或者是由無數張照片的合成圖 詹姆斯發現冥王星的那張天文照片 其實相當的模糊 那上面的冥王星 確確實實就像一小團絨毛 而它的衛星則是更模糊的一小點毛刺 其實它們和你在網上或者在雜誌上看到的那種藝術圖片 是大不一樣的 在那些圖片上 你們往往會看到的都是輪廓分明 充滿了浪漫氣息的冥王星和它的衛星 我們的天文學家們整整用了七年的時間 才各自獨立的確認了它們的存在 這也說明當時的天文照片有多難辨認 不過 2015年飛行了將近十年的新視野號冥王星探測器 終於是近距離的飛略過了冥王星 最近的時候 它距離冥王星只有9600公里 它爲冥王星和冥衛一拍攝到了一張非常清晰的照片 人類這才首次真正看到了冥王星和它的衛星卡戎到底長成啥樣 現在我的電腦桌面就是這張冥王星的清晰照片 非常的漂亮 比較巧的是 這個詹姆斯發現冥王星衛星的所在地 也就是亞利桑那州的那個弗拉格斯塔夫 正是冥王星1930年首次被發現的地方 這個天文臺的創始人就是帕西瓦爾·羅威爾 他的家族在波士頓是最古老最富有的家族之一 而波士頓生產大豆和血魚 當地有一首很出名的歌謠 歌謠中說 羅威爾家族只跟卡帕特家族說話 而卡帕特家族只跟上帝說話 但羅威爾這個人最出名的是他寫的關於火星的專著 他到死都相信火星上遍佈着運河 而火星人從兩極飲水灌溉 乾旱的赤道附近的農作物產區 這個羅威爾還堅信 在海王星的軌道之外 還有第九顆未知的大行星 他稱之爲行星X 這是因爲羅威爾觀測到了天王星和海王星的軌道異動 他因此就推測 有一顆氣態巨行星對它們產生了軌道攝動 爲此 羅威爾在生命的最後幾年就一直致力於尋找行星X 但是非常不幸 他於1916年突然去世 這與他工作過於疲勞是有一定關係的 他的繼承人爲了遺產鬧得不可開交 搜尋工作自然也就中斷了 到了1929年 某種程度上是爲了轉移公衆對火星運河傳聞的關注度 這個是由羅威爾炮製的傳說 不過這個傳說演了羅威爾天文臺當時正處在非常尷尬的一種窘境當中 天文臺的負責人就決定恢復搜尋行星X 於是他們從坎薩斯州聘請了一位叫做克萊德·湯伯的年輕人負責此事 雖然這個湯伯並非科班出身 但是他很勤奮 有非常敏銳的直覺 經過數年的耐心尋找 湯伯終於在天文照片上發現了冥王星 那不過是閃耀的群星中一個非常闇弱的小光點 這個發現堪稱奇蹟 但更引人注意的是湯伯的觀測結果 卻證明了羅威爾對海王星之外的那顆行星X的預言是完全搞錯了 羅威爾以爲這顆新行星是一顆氣態巨行星 結果卻根本不是 雖然有一些專家包括湯伯自己 都對新行星的性狀還有一定的懷疑 但在那個激情年代 這種懷疑很快被天文星發現的激動情緒一掃而空 迅速的就登上了各大報紙的頭條 這是第一顆由美國人發現的大行星 雖然有些人認爲它不過是遙遠的一個小冰塊而已 但這種觀點已經無法轉移公衆的視線了 它被命名爲冥王星 取這個名字有一部分原因是因爲它的前兩個首字母PL 也是羅威爾的名字 也就是Pasiviel Roel的說寫 羅威爾經常用PL來簽名 這個去世多年的羅威爾就再次被人們四處傳頌 而湯伯則快被人們遺忘了 只有在行星天文學家中 它的名字才一直受到尊敬 不過直到今天依然還有很少的一些天文學家認爲 在冥王星之外還有一顆大行星 這顆未知的大行星是一個真正的龐然大物 有木星的十倍這麼大 只是它實在是太遙遠了 接收到的太陽光實在是太少 而且幾乎沒有反射光 所以我們很難以觀測到 它很可能是一顆未形成的恆星 離我們大約有一光年左右的距離 之所以會有這樣的觀點 最主要的一個原因就是 我們發現宇宙中的大多數的恆星 基本上都是成雙成對出現的 也就是說雙星系統是恆星的主流 似乎恆星都喜歡結伴而行 而像太陽系這樣的單星系統反而顯得有點特殊 不過目前支持這個假設的天文學家其實並不多 主流的聲音基本上已經否定了這個假說 我們的太陽系更大的可能的的確確就是一個單星系統 雖然在銀河系中不常見 但也並不算非常的奇特 那麼在2006年8月之前 冥王星一直都是被當作太陽系的九大行星之一的 所以在我們的小時候 當然00後是除外的 一直學的就是太陽系有九大行星 我們還背得朗朗上口 其實冥王星的大行星地位一直就在受到天文學界的挑戰 1999年2月份的那次國際天文學大會 就已經討論過這個問題了 不過那次大會的裁定是肯定了冥王星的大行星地位 天文學家們實在是捨不得改掉這個 沿用了60多年的說法 但是呢好景不長 那麼到了2006年8月份的國際天文學大會 也就是在布拉格的那次國際天文學大會 就再次討論了這個問題 這次冥王星就被開除出了大行星的隊伍 而把它放到了一個新增加的類型當中 過去我們只有小行星、貴星和大行星 現在呢我們又多了一個矮行星 這個冥王星在1930年被發現後不久呢 美國就有一位叫做倫納德的天文學家就想到 冥王星是不太可能就是海王星外唯一的天體的 是否還有一連串的海王星外天體等待着我們被發現呢 冥王星只不過是第一顆而已 他提出的這個想法呢 得到了當時不少天文學家的支持 到了1951年 著名的天文學家傑拉德·科伊伯就寫出了一篇論文 正式提出了在太陽系中存在一個狹長的圓盤 在這個圓盤中分佈着海量的小天體 冥王星只不過是這些海量小天體中的一個而已 那麼在隨後的幾十年中 科伊伯的理論就被天文觀測所證實 於是這個天體帶就被命名爲科伊伯帶 現在我們已經知道 科伊伯帶的位置 處於距離太陽40-50個天文單位的低清角的軌道上 這裏過去一直都被認爲是空無一物的 是太陽系的盡頭 但事實上這裏卻滿布着直徑從數公里到上千公里的 冰封的微行星 不過請大家注意我這裏說的滿布 那是指天文學尺度上的滿布 如果以這種我們的探測器或者宇宙飛船的這種尺度來看 其實是分佈的非常非常細數的 也就是說我們的探測器或者我們的宇宙飛船 在穿過這片區域的時候 基本上會感覺是空無一物的 你根本不可能撞上去 因爲概率實在是太低太低了 那麼按照現在天文學家的估計 也許可能有幾十億個類似的天體分佈在科伊伯帶裏 而絕大多數都極爲闇弱 光反射率極低 大約只有4% 這個4%就相當於一塊木炭的反射率 那麼關於科伊伯帶的起源和詳細的結構 到現在其實我們還沒有完全搞清楚 目前的理論推測 是這個科伊伯天體帶 可能是來源於太陽圓形星盤上的碎片 這些碎片相互吸引碰撞 最後形成了微行星帶 太陽風在這裏也會減速 科伊伯帶至少有三顆矮行星 也就是冥王星 任神星和鳥神星 這個科伊伯帶還是短週期彗星的發源地 著名的哈雷彗星就是從這裏來的 冥王星的公轉軌道也是相當的特殊 太陽系的八大行星的公轉軌道 基本上都是處在同一個平面上的 但冥王星的軌道卻是有傾角的 與黃道面有一個17度的夾角 就好像有人瀟灑的那種歪戴着帽子的感覺 而且它的公轉軌道和海王星的公轉軌道 是有交叉的 也就是說冥王星每一圈 都在相當長的時間裏頭 離海王星距離我們更近 其實在20世紀80年代和90年代的 大部分時間裏面 海王星實際上是太陽系裏面 離我們最遠的行星 只是到了1999年的2月11日 冥王星才重新回到外側的軌道 它將在那裏繼續停留228年的時間 冥王星距離地球最近的時候 差不多是45億公里 最遠的時候則有75億公里 光也要跑4到6個小時才能到達 美國是在2006年的1月19日 發射了新視野號 有時這顆探測器 也被譯爲新地平線號探測器 它關閉引擎後的時速 達到了58000多公里 這是我們人類有史以來 以最快的發射速度離開地球的飛行器 但注意我說的是發射速度 它飛了將近10年 終於在2015年的7月份 飛到了冥王星的附近 這裏被認爲是狹義太陽系的邊緣 也就是太陽風能夠吹到的邊界 不過太陽系真正的邊疆 是距離地球兩光年外的奧爾特雲 那麼有關奧爾特雲我們後面再談 因此新視野號要4萬多年 才能夠真正的飛出太陽系 不過1977年發射的旅行者一號探測器 現在的飛行速度比新視野號更快 它經過了幾次大猩猩的引力助推後 現在的速度已經達到了17公里每秒 差不多相當於一般的步槍子彈 出膛速度的20多倍 但即便是這個速度 它也要在73600年後 才能飛到離我們最近的下一顆恆星 也就是比林星 所以這個宇宙之大 遠遠超出了我們的想象 這個旅行者號探測器選擇在1977年的 8月和9月發射是有原因的 因爲那一年 木星土星天王星海王星 恰好在同一方向上排成一條直線 這種機會非常的罕見 平均大概只有175年纔會有一次 這就使得兩個探測器 可以4次利用引力助推效應 獲得極高的速度 這個引力助推效應 就有點像在宇宙中甩鏈子球 引力助推也被稱之爲引力彈弓 它是我們目前幾乎所有宇宙探測器 都要利用的一種加速技巧 這種技巧可以不需要燃料 或者利用極少量的一點燃料 就給宇宙探測器增加很多的速度 它的原理是這樣的 因爲所有的大猩猩 都是圍繞着太陽公轉的 因此相對於探測器來說 這些大猩猩具有極大的動量 而宇宙飛行器在飛向這些大猩猩的時候 就好像是一個人撞向了一列火車 人會被這個火車高速的彈開 只不過在太空中 飛行器和大猩猩是不需要接觸 就會在引力作用下被彈開的 那麼理論上 飛行器能額外獲得的最大速度 是這顆大猩猩公轉速度的兩倍 換句話說 如果飛行器的速度是v 大猩猩公轉的速度是u 那麼在理想狀態下 飛行器的最終速度是v加上2u 這個速度還是相當可觀的 比如說木星的公轉速度 大約是13公里每秒 所以理論上 飛行器最多可以獲得26公里每秒的額外速度 當然 我們前面還說過旅行者一號 現在的最終速度 其實也只不過是17公里每秒 所以說實際情況因爲非常的複雜 飛行器能夠額外獲得的速度 與飛行器和大猩猩的相對運動的方向 是有很大的關係的 當然 在飛行器獲得額外速度之後 只要它是朝遠離太陽的方向繼續飛的 那麼就會受到太陽引力的影響 逐漸的降低速度 這裏有太陽 猩猩以及它們的衛星 還有小猩猩帶上數十億顆翻滾的石塊 當然還有彗星和其他各種各樣的小天體 但所有的這一切加起來 也只不過是佔了這片空域的 不到萬億分之一而已 我估計你自己大概已經想到了 凡是你從小到大 見過的所有的太陽系的那種星圖 沒有一張是按比例繪製的 在那些掛在教室中的天文圖片上 內太陽系行星一個挨一個的排列着 而外太陽系的氣矩星 甚至能夠把影子投射到後面的一顆上 其實這些都是藝術想象 但爲了把所有的星星都畫在一張圖上 這種處理方式卻又是必不可少的 比如說 海王星並不是在木星後面一點點遠 實際上 海王星到地球的距離 是木星到地球距離的6倍 海王星接受到的陽光 只有木星接受到的3% 那麼我請大家到我的微信公衆號中 回覆關鍵詞 太陽系這三個字 我給您看一張 按照真實的距離比例 畫的太陽系全家福的圖 但是我請你注意一下 在那張圖上 行星的直徑 並不是按照真實比例來畫的 如果把行星的直徑和距離 用同一個比例尺的話 那麼這張圖片 就需要畫上個幾十公里長才夠了 假設有一張等比例的太陽系掛圖 地球縮小到只有一粒豆子那麼大的話 那麼木星就會在300米之外 冥王星會在2.5公里之外 這個冥王星就會縮小到 像細菌這麼一點兒大 肉眼都看不到 在這個比例尺度下面 離我們最近的恆星 也就是半人馬座α星C 我們稱之爲比林星的那顆星 在16000公里之外