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外行星(外行星有哪些行星)

时间:2023-10-02 21:14:31 作者:鹰视狼顾 来源:用户分享

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探索宇宙(第9讲:太阳系的外行星,天王星、海王星和矮行星)

大家好,今天将为大家详细介绍太阳系中的三颗外行星,即天王星、海王星和矮行星。让我们一起探索这些神秘星球的奥秘吧!

首先,我们来了解一下什么是外行星。

外行星是指在太阳系中距离太阳较远的行星,其绕日运行周期较长,温度较低。

在太阳系中,共有五颗外行星,分别是天王星、海王星、冥王星、妊神星和鸟神星。这些行星的绕日运行周期从几年到数十年不等,远长于内行星的周期。

接下来,让我们来了解一下天王星。

天王星是太阳系中第七颗行星,也是第一颗被发现的行星。它的绕日运行周期为84年,距离太阳约为30亿公里。天王星是一个巨大的冰巨星,其体积比地球大17倍,但比木星和土星小。

它的自转轴倾斜角度为97度,这使得它的季节变化非常特殊。天王星的大气主要由氢、氦、水和甲烷等组成,其中甲烷是其主要的成分之一。

除此之外,天王星还拥有一些有趣的卫星,其中最著名的是它的17颗卫星,这些卫星的命名都与英国神话人物有关。

接下来,我们来了解一下海王星。

海王星是太阳系中第八颗行星,也是最后一个被发现的行星。它的绕日运行周期为165年,距离太阳约为45亿公里。海王星也是一个巨大的冰巨星,其体积比地球大16倍。

它的自转轴倾斜角度也非常大,达到了28度。海王星的大气主要由氢、氦、甲烷和水等组成,其中甲烷也是其主要成分之一。

除此之外,海王星还拥有多达21颗卫星,其中最著名的是它的6颗大卫星,这些卫星也被称为“海王星环”。

最后,让我们来了解一下矮行星。

矮行星是在2006年国际天文学联合会大会上定义的一类天体,它们具有以下特点:1. 绕日运行;2. 未能清除其轨道附近的物质;3. 不是受其他天体的引力影响而绕日运行。

矮行星的代表是冥王星和妊神星。冥王星是第一颗被发现的矮行星,它的绕日运行周期为248年,距离太阳约为44亿公里。冥王星的大气主要由氮、甲烷和一氧化碳等组成,其表面存在着一个巨大的心形区域。

妊神星是第二颗被发现的矮行星,它的绕日运行周期为495年,距离太阳约为36亿公里。妊神星的大气可能主要由一氧化碳和甲烷等组成。

外行星的特点和发现历史也是非常有趣的。

天王星的发现始于1781年,当时英国天文学家威廉·赫歇尔偶然地观察到了一颗新的星星,这就是我们现在所知道的天王星。

而海王星的发现则始于1846年,当时人们通过望远镜观察到了一个微小的圆点,这就是海王星。

矮行星的发现则始于2005年,当时美国天文学家克莱德·汤博发现了冥王星,这是第一颗被发现的矮行星。

外行星还有许多尚未解开的谜团,例如它们的内部结构、磁场和卫星形成的原因等。科学家们正在通过各种手段研究这些问题,以期更好地了解这些神秘的星球。

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究竟什么是系外行星?目前已经发现了多少个这样的天体?

你是一个爱幻想的人吗?在寂静的夜晚,你喜欢坐在星空下,凝视着天上的星星,幻想着别的世界是什么样子吗?你是否想象过在宇宙中除了地球外的别的角落还存在着其它的生命呢?

当天文学家发现了太阳系中的其他行星,一个很自然的想法就是——其它行星中是否有一些别的生命?。随着时间的推移和科学家们对绕日行星越来越深入的研究,很明显地,地球确实是一个很特别的地方,也确实是唯一一个适合生物生活的地方。

对于一些人来说,了解到地球在太阳系中是孤独的存在可能就已经结束了对宇宙的探索,但是,对于好奇的天文学家来说,他们远远不满足于在太阳系中的探索,因为他们知道,还有数十亿像太阳一样的其他恒星散落在宇宙中。

既然有这么多类似太阳的恒星,那么是不是这些恒星的周围也会有像地球一样具有适合生物生存的环境的星球呢?或许吧!

天文学家称这些环绕其他恒星的行星为“系外行星”,这是太阳系外行星的简称。到目前为止,科学家已经发现了许多不同大小的系外行星,它们有些比木星还要大,而有些则比地球还要小得多。

科学家已经认识到其他类似的太阳系与地球所处的太阳系有相似之处。例如,系外行星也可以绕它们的恒星在不同的距离运行。有的系外行星由于距离恒星太近,它们的表面温度甚至会熔化铁。

另一些系外行星的轨道距离正好与它们在恒星的宜居带中所处的距离相当,宜居带是一个系外行星能够允许液态水存在其表面的温度的区域。科学家们认为,液态水的存在是生命得以形成的关键因素之一。

不幸的是,从地球并不容易观测到系外行星。与它们环绕的恒星发出的亮光相比,系外行星发出的光往往比较小并且十分昏暗,这使得它们难以被发现。但是机智的科学家们开发了一种间接的发现系外行星的方法,他们称之为“凌日法”。

根据系外行星绕恒星运行规律就像地球绕太阳运行的规律一样,科学家们推测:系外行星会定期地在恒星和地球之间穿行。通过长期测量行星的亮度变化,科学家可以识别出与绕其运行的系外行星相对应的恒星亮度的周期性下降。

尽管天文学家长期以来一直认为系外行星存在,但第一批系外行星的存在直到20世纪90年代才得到证实。自那时以来,已经发现了2,000多个系外行星。其中有1,000多个系外行星都是通过美国宇航局的开普勒太空望远镜这一设备观测到的。

开普勒太空望远镜于2009年进入轨道,通过凌日法搜寻系外行星长达四年之久。即使它最初的任务已经结束,但开普勒太空望远镜收集的大量的数据至今还在被科学家们用于探索与研究。

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3. wonderopolis

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宇宙中还有“另一个地球”?

美国《大西洋》月刊网站8月11日发表题为《遥远的星球不再如此遥远》的文章,作者为玛丽娜·科伦,全文摘编如下:

正如上世纪90年代的许多事情一样,天文学最激动人心的发现之一始于一份传真。

1994年的夏天,日内瓦大学的天文学家迪迪埃·奎洛兹整理了通过测量恒星微妙运动的新望远镜技术获得的数据。科学家认为,这样的运动有可能表明太阳系外存在围绕着自己的太阳运转的行星。一颗遥远行星的引力可能会拖拽它的恒星,使恒星出现轻微的摆动。此前还没有人以这种方式发现过所谓的系外行星,因此当奎洛兹最终发现一颗摇摆的恒星时,他认为这可能是仪器的错误。但神秘的颤抖并没有消失。于是,奎洛兹给他正在夏威夷休假的顾问米歇尔·马约尔发了一份传真:“我想我找到了一颗行星。”

这个晃动揭示了一个大约50光年外围绕一颗类似太阳的恒星运转的约为木星质量一半大小的世界。奎洛兹及其团队根据其围绕的恒星将它命名为“飞马座51b”。这颗行星的存在本身令人惊讶,但也表明了某种非同寻常的东西:一定有更多这样的行星。

系外行星千姿百态

确实还有更多——非常非常多。自那之后,天文学家已经证实,银河系中存在4400多颗系外行星。他们发现了寒冷的行星和炽热的行星、遍布熔岩的行星和降玻璃雨的行星、密度像棉花糖的行星,以及毫不夸张地说正在蒸发到太空中的行星。但如今,天文学界对一项发现的关注度已大不如前。“在头20年里,系外行星领域的确处于那种像集邮一样的阶段,”美国国家航空航天局(NASA)研究系外行星的天体物理学家杰茜·克里斯蒂安森说,“我们那时就像这样,哇,闪亮的新东西。”

现在,已经有了足够多的行星可以让我们真正研究它们的样子。研究人员正在扩展现有技术的极限,并想象用何种更强大的工具能去补充细节,并将吸引人的系外(exo)这个前缀应用到其他领域:系外地形学、系外地质学、系外生态学和系外卫星等。在遥远星光的微小晃动中,天文学家早已不再限于仅仅探测新行星,而是以前所未有的精确度去研究这些遥远的世界。

虽然科学家是通过一颗恒星的运动发现了飞马座51b,但此后的大多数系外行星都是通过恒星的光发现的。当一颗遥远的行星绕到其恒星前面时,它会阻挡住一丝星光,使我们从地球上看去恒星会暂时变暗。当天文学家观测一颗恒星足够长的时间,并记录下恒星变暗的数据时,他们不仅能够证实一颗行星的存在,还能够证实那颗行星绕其恒星运行需要多长时间、其大气层的组成及其表面的温度。

这些是通常很容易分辨的系外行星基本知识。但其他恒星的光包含了更多我们才刚刚开始了解的信息。例如,一位天文学家研究了系外行星反射的恒星光量,以分析其表面可能由什么构成,如冰的反射率大于水,水的反射率大于尘埃。我最近碰到的最有趣的方法之一使通过恒星光来寻找系外行星的传统方法出现了转折。研究系外行星的天体物理学家莫伊娅·麦克蒂尔解释说:“我们知道,岩石行星会有一些凹凸不平的特征,如果这种行星转到了恒星前面,这些特征会时隐时现,从而阻挡恒星更多的光线。”这些微小的变化可能表明行星上存在高山、火山和其他高耸的地形。

生命迹象扑朔迷离

天文学家也越来越了解系外行星的天空,尽可能多地利用望远镜观测遥远大气层的特征。有大气层的行星会吸收其恒星的部分光,从而在最终到达地球的光上留下印记。科学家研究了这些印记,以找到太阳系外行星大气中各种分子特征的证据:氧、氢、钠、铁甚至水蒸气。其中一些物质在宇宙中相当常见,因此天文学家现在正在扩大他们的搜索范围,以囊括一些更不寻常的生物特征——即生物体而非化学过程产生的特征——并研究他们如何能在恒星光中发现这种独特的印记。

直到最近,研究人员才开始在系外行星上寻找更先进的生命迹象,即繁忙社会的无线电信号。最近,致力于寻找智慧文明所发出无线电信号的“突破聆听”计划与NASA的凌日系外行星勘测卫星进行了合作研究,该太空望远镜已经发现了144颗隐藏在其他恒星光照下的获证实的系外行星。数十年来,地球的无线电发射一直在向太空飘荡,传递着有关我们存在的信息。对其他行星来说,情况或许也是如此。

归根结底,推动系外行星研究的动力与其说是寻找新类型的世界,不如说是要找到一种特定的世界:我们能找到另一个地球吗?天文学家迄今发现的大多数行星,包括飞马座51b(那封改变天文学的传真的主角),都是不宜居的。我们仍在寻找NASA天体物理学家克里斯蒂安森所说的“系外行星的圣杯”:一个与地球大小差不多的岩石星球,在其恒星的宜居轨道上运行,那里的水不会一直冻结或蒸发,而是会在其表面分布。在这种地方——实际上是唯一的地方——我们可以自信地说,生命可能会出现。

在数以千计的已知系外行星中,只有165颗是与地球大小相当的岩石行星,它们比由气体构成的巨型行星更难探测。不过,天文学家仍然有统计数据的支持。科学家估计,银河系中的每一颗恒星都至少有一颗行星,他们认为,位于恒星宜居带内的行星很常见。正如作家乔·马钱特在她的《人类宇宙》一书中所写:“即便生命在某个特定行星上不太可能出现,我们也知道,仅在我们的银河系中,生命就有数十亿个存在的机会。”

距离遥远难以造访

但是,正如在系外行星研究中经常发生的那样,技术仍在追赶理论。例如,要尝试麦克蒂尔的系外地形学方法,天文学界需要比目前正在运行的更强大的仪器。天文学家只能幻想看到像别人的城市灯光闪烁一样奇妙或为抵御致命超新星而建造的防爆屏障一样引人注目的东西。尽管有所有这些新的研究,但我们离拍摄到分辨率大于单个像素的小型岩石行星尚有许多年的距离。

对系外行星的研究让我想起了阿波罗登月,那是人类唯一真正去过的其他世界。当阿姆斯特朗、奥尔德林和柯林斯从那次旅行回来时,他们填写了一份海关表格,称“月球”是他们的出发地点,并申报了月岩和月壤样本为携带物品。那一小张纸把月球变成了人们真正可以触及和行走的地方。人类也许会再次造访月球,也许某一天还会把火星变成造访地。

我们当然可以尝试用某些方式让系外行星变成某些地方——借助出色的插图,正如耶鲁大学人类学家莉萨·梅塞里所说的那样,她撰文讲述了科学家可以如何帮助公众将系外行星等科学目标看做现实世界。或许这能给我们中的一些人——不会花许多时间去分析星光的非科学家人士——带来某种模糊的感觉。梅塞里说:“能够确定相似性——即便我们不可能到达那里——就像是以某种方式缩小了宇宙,会让我们感觉更有联系。”

但是,在可预见的未来,系外行星仍将是非常遥远而抽象的。就算以光速的若干分之一的速度飞行,到达距离我们最近的恒星周围的地球大小的行星也需要几十年时间。对太阳系外行星的研究总是会回到一个令人伤感但又不可改变的事实:天文学的一大部分内容是试图在地球上去了解外面的那一切,而我们能到达的地方总是有限的。

来源: 参考消息

我们该用什么方法才能在其他恒星周围发现行星?

截至2016年2月,已经有近2000颗系外行星被发现并确认,你可以在NASA官网中查询到最新的数据。这个数字还在不断变化,部分原因是我们目前的探索方法在不断改进。

下面是一些探测太阳系外行星的方法:

1)直接成像:这似乎是最明显的选择——看到行星本身。不幸的是,这是非常困难的,因为行星被来自其母星的光芒淹没了。试图从一颗太阳系外恒星发出的光中分辨出行星的光,就像试图在雾天的夜晚用纽约市的望远镜辨认出一只萤火虫在旧金山一盏探照灯旁盘旋发出的光一样。尽管这种方法没有像其他方法那样探测到那么多行星,但由于我们技术的进步,它的潜力在过去几年里急剧增加。

图片说明:2013年1月2日:天文学家估计银河系可能包含多达4000亿颗系外行星,这几乎是每一颗恒星都有一颗行星。

2) 天体测量:研究恒星在天空中的精确位置称为天体测量。我们总是认为一颗行星是绕着一颗恒星运行的,但实际上,行星和恒星都是绕着一个共同的质心在运行。恒星总是比行星大得多,所以质心离恒星更近,因此恒星的轨道非常小,而行星的轨道则明显得多。尽管行星引力导致的恒星位置变化非常小,但通过对恒星实时位置的仔细研究,是可以发现这种微小变化的。由于这种测量方式过于困难,以至于使用这种方法至今还未能探测到系外行星。

图解:画家笔下的系外行星OGLE-2005-BLG-390Lb。

3) 多普勒频移(也称为径向速度法):这种方法依赖于行星和恒星都围绕一个共同的质心运行。如果轨道是侧向运行的,恒星就会在它的小轨道上先向我们靠近,再远离我们。当一个物体向我们移动时,我们检测到的光是蓝移的(我们看到的光波长比正常情况下短),当一个物体远离我们时,我们检测到的光是红移的(我们看到的光波长比正常情况下长)。光的多普勒频移和声音的多普勒频移非常相似,如果你曾经在救护车经过的时候站在路边,你可能已经遇到过这种情况。救护车的警报声在接近和远离我们时并不相同,因为声波先被压缩,后被拉长了。由于多普勒频移,恒星光谱(恒星的亮度与波长的关系图)的这些变化可以被检测到。已发现的很大一部分的太阳系外行星就是通过这种方法探测到的。

图解:画家笔下的HD 188753 Ab的虚构卫星上的三重日落。

4) 脉冲星计时:1991年,在脉冲星周围发现了第一颗太阳系外行星。脉冲星是一种非常古老的恒星,它发出的光束可以扫过我们的视野(有点像灯塔发出的光)。这些脉冲可以非常精确地计时(脉冲星可以制做非常精确的时钟),但是如果一颗行星正在绕脉冲星运行,脉冲计时就会改变。由于脉冲星周围的环境对生命来说非常不利,天文学家对于使用脉冲星计时技术来寻找太阳系外行星的方法并不积极。他们更感兴趣的是寻找可能孕育生命的行星以及更像我们地球的行星。

图解:画家笔下的脉冲星行星PSR B1620-26c。

5) 凌星法:如果行星从它的母星和观测者之间穿过(这意味着在轨道边缘),因为行星的遮挡,可以观察到从母星发出的光会稍微倾斜。目前大多数太阳系外行星都是使用开普勒太空望远镜通过这种方法发现的。

图解:利用凌日法侦测系外行星,下方的线图代表不同时间地球所接收到的光量。

6) 引力微透镜:这种方法使用了爱因斯坦广义相对论中的复杂数学。该技术的理论基础是质量大的物体会弯曲它们周围的空间,所以当光经过这个空间时,光可以被放大。天文学家使用这种方法观察可能带有行星的恒星,当它从一颗遥远的背景恒星前面经过时,背景恒星发出的光会被前景恒星的行星以一种非常特殊的方式放大(如果该行星存在的话)。如果我没有很好地解释这个方法,别担心!引力微透镜是一个非常有争议的问题,因为它无法得到证实。前景恒星和背景恒星之间的特殊排列不会发生第二次,所以天文学家无法证明他们所看到的特殊放大是真实的,又或者特殊放大现象仅仅是普通旧式测量的误差造成的。

为了更好地理解我刚才所说的,到目前为止大多数行星都是用多普勒和凌星法发现的。然而,寻找更多系外类地行星最有希望的两种技术是直接成像和凌星法(只要我们能充分改进我们的技术,就能够实现!)

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3. curious.astrornell-Sabrina Stierwalt

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