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2011年最佳太阳系图片

2011-12-20 11:56:45 本文行家:水强华

近期美国“糟糕天文学”(BadAstronomy)网站总结了2011年度太阳系最佳图片系列,对今年整年度的天文探测进行了完整的回顾。从地球的卫星月球出发到水星,再到土星和它的卫星,一直到太阳系的边缘,最后再回到地球,带领我们在经历太阳系奇幻之旅之后重新审视我们的家园。

  1 月球之花

月球之花月球之花


 美国宇航局月球勘测轨道器(LRO)自2009年以来一直在围绕月球运行的轨道上展开科学考察工作,在此过程中它传回了数以千计的高分辨率图像。其中许多照片的视觉效果非常震撼,比如这里的这张拍摄于2011年3月份的照片。这是一个暂时还没有名字的陨石坑,直径约数公里(图像的覆盖面积是2.2公里*1.4公里)。月球历史上的每一次撞击都会溅出大量的碎屑物质,这些物质中的大部分会在月球重力作用下逐渐落回月球表面,散布在月球地表,看上去就像一朵盛开的鲜花。

  在这张图像中,如果仔细观察,可以看到陨石坑的底部存在一些巨石和其他碎屑物质,这可能是撞击时飞溅起的岩石,它们随后直接落回了形成的陨石坑中。尽管月球上没有大气,但是这些古老的陨石坑仍旧会受到不同程度的侵蚀:无数的陨石撞击事件,太阳风的直接冲击,甚至月球向阳面和背阳面的交替造成的热量变化也会起到侵蚀作用。反观这个陨石坑,它边缘清晰,结构分明,因此我们几乎可以断定它非常年轻,当然这里所说的“年轻”是天文学意义上的定义,这个陨石坑形成时,地球上应当是恐龙统治的时代。

 2 地球挡住太阳对地球上的人们来说,日食还是相当罕见的天象。月球围绕地球运行的“白道”和地球围绕

地球挡太阳地球挡太阳


太阳运行的“黄道”之间存在微小倾角,因此考虑地球-月球-太阳这一三角关系,只有当月球恰好在正确的时间出现在正确的位置上时才会发生日食。

  但是有没有想过,如果你处在围绕地球运行的轨道上的情况呢?要是那样的话,地球本身就将挡住太阳的光芒。事实上,如果更进一步,你会发现事实上每次太阳落山就是一次另类的“日全食”,因为夜晚事实上就是地球的“阴影”挡住了太阳的光芒。美国宇航局的太阳动力学天文台(SDO)全年365天,每天24小时不间断地对太阳进行监测,为了这一功能设计,科学家们为它安排了一个特殊的轨道,以便让地球阻挡太阳视野的发生降低到最低程度。但是每年这种情况仍然会发生两次。

  这张照片拍摄于2011年3月份。地球的阴影盖住了太阳的一部分,形成了这张古怪的照片。这张照片是在紫外线波段拍摄的,在这一波段地球的大气层几乎是不透明的,因此完全阻挡了太阳光,除了左侧有一小块区域除外。这是一处太阳表面极度明亮的物质条带,尽管有地球大气的阻挡,但是它太过明亮,仍然有一部分光线透了过来。这是极其罕见的照片,因为在地球表面永远看不到这种场景,这也是它入选的原因之一。

 3 黎明号眼中的灶神星尽管是第二大的小行星,但是即便是仅仅几年之前,使用最强大的望远镜,灶神星从地球上进行观测也不过是一个模糊的物体,看不清表面的细节。但这一切都在今年改观了:美国宇航局的黎明号小行星探测器抵达灶神星展开考察,并发回大量高分辨率的近景图像。

 

黎明号眼中的灶神星黎明号眼中的灶神星


 灶神星直径约500公里,运行在火星和木星之间的小行星带。今年7月份黎明号探测器顺利进入灶神星轨道,它发回的数据改变了我们对这颗太空大石块的观点:科学家们发现灶神星表面有着复杂的结构,陨石坑,悬崖,山脉,还有绵延分布的裂谷带。但是有点出乎意料的是我们没有发现火山存在的迹象。灶神星的南极是一个巨大的陨石坑,显然在久远的过去曾经有一颗巨大的天体撞击了灶神星。那次撞击产生的大量碎屑散布到太阳系各处,其中有一些落到了地球上,成为灶神星陨石。地质学家们已经在地球上找到数块这种陨石,化学分析显示它们来自灶神星。因此这就是一个非常有意思的事情了:你费尽心力才终于让一艘飞船首次飞抵一颗星球,但是在此之前很久你手里却早已经有了它的岩石样本了。

不过这都没有关系,我们仍然有大量的考察工作需要去做。明年,黎明号将离开灶神星飞往另一颗星球——谷神星,继续它的科学考察之旅。

  

地球不均匀的重力场地球不均匀的重力场


4 地球不均匀的重力场严格意义上来说,这张图像并不是“图像”,而是根据数据制作的“地球重力场分布图”。这是根据欧洲空间局(ESA)在轨运行的GOCE卫星数据制作的。它以极高的精度测量地球表面各处的重力值差异并绘制成图。这样的数据图将有助于科学家们理解洋流,海水循环甚至潮汐高度相关的课题。



 

高分辨率月球图像高分辨率月球图像


 

 5 高分辨率月球图像这张照片看上去平淡无奇,似乎是由一位业余爱好者在自家后院拍摄的作品。但事实上这是一张采用美国宇航局月球勘测轨道器(LRO)拍摄的1300张照片精心拼接制成的高分辨率月球图像,这只是它的缩略图版本,其完整版本文件有550兆大小,打印出来几乎可以做家里的墙纸。宇航局还发布了一个互动版,喜欢互动的用户可以登录网站并自由放大或缩小图像,几乎有身临月球表面的感觉。

 6 太阳活跃期临近 很多人会在心目中将太阳视作是一个稳定的光源和热源,但事实并非如此,由于磁场的作用,太阳会经历周期性的爆发。这就是著名的11年周期。而现在我们正在迎来一次新的太阳活动极大期,时间大约是在2013或2014年期间。上一次太阳活动高峰期的持续时间长的有点异乎寻常,而2011年开始太阳则再次开始显露活跃迹象:黑子大批出现,耀斑频频爆发。

 

太阳活跃期临近太阳活跃期临近


 这张照片所展示的便是这样一次耀斑爆发事件,时间是2011年8月份。这是美国宇航局太阳动力学天文台(SDO)在紫外波段拍摄的。当这种爆发释放出的大量带电粒子冲击地球磁层,我们便将在南北两极上空看到绚丽缤纷的极光现象。但是太阳爆发并不仅仅会带来美丽的视觉盛宴,它还可能导致经济上的严重后果,如1989年3月份的加拿大魁北克省大停电事件等等。除此之外太阳爆发还可能扰乱GPS定位信号,并致使卫星通讯中断。因此研究并监视太阳活动对于全球经济安全是至关重要的

7 火星上的天坑我们对于火星的观点经历了大起大落,现在在科学家的眼中,火星早已不是一个死寂的星球:火山遍布,大量的熔岩流流过广袤的平原。有时候这些熔岩流下方会出现空洞,最终当火山停止喷发后,就会留下地下的空洞管道,称为“岩浆管”。

  

火星上的天坑火星上的天坑


有时候,这样的管道上壁某些位置会出现塌方,这样就形成一个“天坑”。我们在地球上很多地区都会发现这种地貌,但是火星上也有!这是火星上一片几乎没有什么特色的荒芜平原,但是它的地下有一道岩浆管经过,或许有一天遭到了一颗陨石的撞击,于是形成了一个坑洞。随着时间流逝,流沙逐渐覆盖这片区域,形成这样一个漏斗形地貌。测量显示这一漏洞的开口直径约为175米,洞口本身的开口直径约35米。甚至你还可以看到洞口边缘在坑洞底部的影子,通过观察这一影子,宇航局的专家测算出这一坑洞的深度约20米。

 8 行星的边疆自从2006年冥王星不幸被国际天文学联合会(IAU)宣布驱逐出大行星行列之后,海王星便成了新的太阳系大行星边疆。这是一颗巨大的行星,其直径是地球的4倍,但是距离太阳极其遥远:最近处也有44亿公里之遥,这意味着即使是在望远镜中也是一个非常难以观测的暗弱目标。2011年9月,美国天文学家麦克·布朗(Mike Brown)使用地球上最强大的望远镜之一——位于夏威夷的10米口径凯克望远镜拍摄了这颗行星的红外照片。图像中海王星上明亮的条带是其高层云带,就和木星和土星上我们观察到的高空云系是一样的情形。

 

 行星的边疆 行星的边疆


 但是有趣的是,布朗教授当时所计划观测拍摄的目标并不是海王星,而是它冰冻的卫星——海卫一,也就是这张照片中旁边那个亮点。海卫一和柯伊伯带中的其他天体的性质非常相似,科学家们认为它可能曾是柯伊伯带天体,后来被海王星引力所捕获。但是尽管有这样的设想,科学家们却无法理解这种捕获过程是如何发生的,因此对这些遥远天体的观测对于我们理解早期太阳系的演化过程将是十分关键的。9 水星新世界2004年,美国宇航局发射了信使号水星探测器,经过7年的飞行,它终于抵达了水星。将一个探测器送入水星轨道极其困难,因此历史上从未有过先例——信使号是第一颗水星人造卫星,它于2011年3月执行变轨机动并顺利进入水星轨道。在它拍摄的第一批图像中就有这张照片:这是一个以音乐家德彪西命名的陨石坑,直径约80公里,但是它的外缘拥有非常明显的辐射条带,这是历史上陨星撞击水星时飞溅出的物质降落后形成的。水星上这种条带非常普遍。

 

水星新世界水星新世界


 2010年3月份以来,信使号已经获取了海量的数据,其中不仅包括大量的照片,还有地形测高数据,光谱数据,矿物分布图等等。水星和地球极为不同,但是正是这种不同有时候能为我们开拓眼界,提供某种差异性的参考,毕竟太阳系是一个充满不同和差异性的丰富世界。10 土星巨型风暴 2010年下半年,一位业余天文爱好者注意到土星北半球出现了一个奇怪的白点。这是一个风暴,就像是地球上的飓风。在此之后它迅速演变为一个直径数千公里的巨型风暴系统,最后甚至成长为覆盖面积超过地球大小的超级风暴。2011年2月,正在土星运行的美国卡西尼号探测器拍摄了这张照片。这时候这个风暴系统已经随着土星的快速自转被拉长,形成了一个长长的“尾巴”,这个尾巴的长度惊人,从头到尾几乎围绕了土星一周!拍摄这张照片时,整个风暴系统的长度延伸超过30万公里,这几乎相当于地球到月球的距离!



土星巨型风暴土星巨型风暴


  2010年下半年至2011年1月份期间拍摄的很多图像上还显示出很多清晰的假彩色漩涡状结构细节。土星的面貌一下子变得前所未有的微妙而宁静,相比土星风平浪静的南半球,北半球肆虐的风暴让天文学家们大吃一惊。但是吃惊是好的,很多时候,意外的发现是很好的学习过程。幸好,我们有卡西尼号探测器在那里为我们不断发回这些精彩的照片。11 太阳系全家福2011年3月份,信使号探测器成为首颗围绕水星运行的探测器,它拍摄到极高分辨率的水星图像。但是当信使号循着它复杂的轨道飞向水星的途中,地球上的工程师们却还给它分配了一个额外的任务:信使号调转镜头,扫描过整个太阳系,给所有大行星家族成员来了一个全家福。这里所展示的就是这次额外任务的成果:太阳系大行星们的“全家福”。

 

全家福全家福


 照片中的海王星的天王星实在太暗弱了,几乎看不见。金星当时相对靠近信使号,因此非常明亮。而地球和月球依偎在一起,同样出现在图像中。不过说实在的,看到地球和月球在一起,处在似乎无边的黑暗背景之中,这种无法名状的巨大孤独感会让人感到一种不安。而同样于今年升空,预计2018年抵达木星的美国宇航局朱诺号探测器同样在途中转身拍摄了类似的太阳系全家福。

这样的照片让我们能更加冷静地思考我们在宇宙中的位置,我们清晰的看到地球作为一颗脆弱的蓝色微尘在广袤无垠黑暗之中的微不足道。但是与此同时也不应因为这种无助感而感到自卑,毕竟我们能够制造出飞行到如此远处并拍摄这张照片的机器。我们不仅能够派出机器人探测器造访其他的星球,在未来我们也将派出人类宇航员登陆这些星球。从这些角度来看,人类依旧是伟大的。

 12 日珥爆发

日珥爆发日珥爆发


13 彩色土卫六地图土星的光环一直以来吸引着人们的关注,但是土星的卫星同样令人着迷。其中最大的一颗是土卫六。这是一颗巨大的星球,它的体积比作为大行星的水星还要大,事实上如果它围绕太阳运行而不是土星,那它就一定可以算作是一颗大行星。土卫六拥有浓密的大气层,其主要成分是氮气,密度甚至是地球大气层的两倍。它的大气层太厚实了,以至于我们无法看清它的表面。然而波长较长的红外线可以穿透云雾,因此毫不意外的,卡西尼探测器专门安装了相关的红外线探测设备,用于获取相关的数据。

  

土卫六土卫六


有了这些数据,科学家们创制了第一幅土卫六全球彩色地图。这张假彩色地图展示了土卫六地表的丰富地形——白色是崎岖的山地,以及靠近北极地区充满液体的甲烷或乙烷湖泊,除此之外还有大片的风成沙丘(图中暗灰色区域)。这些沙丘中的沙粒不是地球上那种普通的沙粒,而是碳氢化合物构成的“有机沙粒”,它们被风刮到了全球各处。卡西尼的雷达探测结果显示这些沙丘的结构和地球上的沙丘非常类似,但是温度要低得多:大约零下180摄氏度。

  不过尽管温度非常非常低,但是总体而言科学家们仍然认为这是一颗和地球非常相似的星球:浓密的大气层,液态湖泊,风,有机质等等,因此仍然有很多人认为土卫六上可能存在生命。

14 水世界在所有这些太阳系照片中,我想很多人最喜欢的将是这一张。因为这是我们的家——地球。这是一颗太阳系中独一无二的蓝色星球——尽管天王星和海王星也是蓝色的,但那是完全不同的原因,地球上是因为海洋,而天王星和海王星则是因为甲烷。这张照片由美国宇航局的“大地”(Terra)卫星拍摄,这是一颗宇航局的对地观测卫星,主要用于环境监测。

 

水世界水世界


 但是这张照片的不寻常之处在于:请你仔细观察,你将会发现照片中的地球表面绝大部分是蓝色的海洋,是一个真正的水半球!在图像的右上方边缘你可以看到美国加州和墨西哥的一部分,其余几乎全部被海洋覆盖。这里是广袤的太平洋,其宽阔的水域几乎覆盖了地球一半的表面积。水孕育了生命和我们,地球是一个水的世界。这或许解释了为什么当我们审视另外一颗星球时,我们会几乎本能地去寻找这里有没有水,我们是水孕育的孩子,我们要更加细心地保护这颗流水潺潺的星球。

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