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时刻在下“钻石雨”的海王星,距离地球最远,人类有机会探索吗?

娱圈一说

2022-05-07 23:42广东

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你知道距离地球最远的行星是哪一个吗?这就是神秘的“冰巨星”海王星,为什么说海王星是被“算出来”的?

假如有一天站在海王星上,你会发现在地球上奢侈的钻石在这里变得一文不值,这里无时无刻不在下“钻石雨”,这是怎么一回事呢?

太阳系一共有8大行星,其中海王星便是距离太阳最远的那一个,大概有30个天文单位远在这个距离上,海王星上绕太阳公转一周需要花费165个地球年,也就是说在海王星上过一年,相当于在地球上过了165年。

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海王星距离地球大概在43~47亿公里远,这是什么概念呢?目前人类已知最快的是光速,但是如果从地球发射一束光,这一束光也要4小时10分钟才能到达海王星。这么远的距离也让人类一直没有近距离探测这颗星球的机会,直到1977年人类首颗飞掠海王星的探测器“旅行者二号”才发射升空,从地球到海王星,旅行者二号足足飞行了11年之久,直到1989年才最终抵达海王星,并拍下珍贵照片为我们揭开这颗星球的神秘面纱。

由于距离实在是太远了,所以海王星并不像火星、水星这些行星很早就被人们观测并记录下来,它是第一个通过天体力学计算后,再被人们利用观测设备观测到的。人们在观测到天王星以后,发现天王星的运行轨道和理论轨道存在差异,1845年约翰·可夫·亚当斯和埃班·勤维叶根据天王星是受到一颗更远位置上的行星影响,所以轨道和理论之间存在偏差,他们预测了这颗尚未被发现行星的轨道。

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到了1846年,柏林天文台台长约翰·格弗里恩·盖尔,果然在他们预测的位置发现了一颗从未见过的行星,这就是海王星。所以,海王星其实是一颗被天文学家们“计算出来的行星”。后来,人们用罗马神话中的海神涅普顿(Neptune)给这颗行星命名,翻译成中文就是海王星。

如果说有一个地方无时无刻不在下钻石雨,你愿意去吗?神奇的海王星上,为什么会下钻石雨呢?

在太阳系8大行星中,有4颗是气态行星,海王星就是其中之一,它不像地球是由岩石、泥土组成的,而是由氢、氦、甲烷等气体组成。所以海王星虽然体积是地球的72倍,但是重量却只是地球的17.147倍。

而钻石的本质其实就是碳,是碳原子在高温高压条件下产生的特殊晶体结构,所以只要有高温高压的条件,还有碳原子就能形成钻石,在海王星上恰好具备这样的条件,因为海王星大气层中含有甲烷。

几十年前科学家在尝试人工合成钻石的时候就发现,在足够高的温度和压力情况下,甲烷就会分解产生碳原子,碳原子进一步聚合就可以形成钻石。虽然说海王星的表面非常寒冷,但是在星球内部却是高温高压的环境,在这样的环境下就可以满足甲烷变成钻石的条件。由于海王星本身密度很小,钻石的密度又很大,所以在钻石形成以后会以非常高的速度向星球的核心沉降,等沉降到星球内部,这里的温度和压力又达到“钻石”的升华点,钻石就会被蒸发形成气态返回星球表面。所以海王星上无时无刻不在发生着钻石的形成和蒸发,也就让海王星上无时无刻在下着“钻石雨”。

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你知道什么是引力弹弓吗,为什么航天器在探测远地行星的时候都需要用到?为什么1989年之后人类再也没有探测海王星?

为了探测天王星、海王星这一类原地行星,除了航天器需要使用和燃料电池以外,还必须要依靠一种特殊的加速方式,这就是“引力弹弓”。这是一种上世纪初苏联科学家尤里康德拉图克提出的,利用前往海王星途中其他行星的重力场来给太空探测器加速,将它甩向下一个目标,在行星之间反复横跳,最终达到节省燃料的目的。

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在探测海王星的过程中,旅行者二号由于受到太阳引力作用,速度逐渐减弱,一度少于挣脱太阳引力要求的16.7公里/秒的第三宇宙速度。所以它就利用了木星的引力弹弓,在木星的强大引力的作用下狠狠踩了一脚油门,速度一度超过了每秒37公里,远远高于第三宇宙速度。

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了解完引力弹弓以后,为什么1989年到现在,三十多年的时间里人类再没有一颗探测器到达海王星进行研究呢?

首先是轨迹约束。由于海王星轨道的特殊性,所以要想发射探测器必须要有合适的窗口期,而这个窗口期每隔12年才会有一次。即便是在窗口期内,我们也必须借助合适位置的木星作为引力弹弓来降低成本,降低长距离星际飞行的成本。

而造成30年来再没有海王星探测的另一个原因是电池,如果像传统月球或者火星探测器那样使用太阳能板,海王星距离太阳实在太远,阳光非常微弱,而且从地球到海王星至少要十几年,如果没有核动力,航天器没有办法在离太阳这么远的地方工作。

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虽然面临很多挑战,美国航天局也提出了重返海王星的“三叉戟计划”计划在2026年发射首颗探测器,中国航天局也同样提出了自己的海王星探测计划,相信不久的将来人类航天器会再次到达这颗神秘的星球。

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