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海王星观测正当时 | 最新发现

2017-09-05 09:04:07 作者:牧夫天文 关注:astronomycn 神评论

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海王星观测正当时

题图:两个蓝色行星的对比,海王星的直径大约是地球的四倍。它的云带以及大黑斑最早由美国宇航局的旅行者2号于1989年发现。尽管使用普通的望远镜无法欣赏这两个细节特征,但是用业余爱好者的望远镜就足以看到这个巨大冰冷的行星表面的蓝色。在九月的天空的宝瓶座中人们可以看到的这颗最遥远的大行星。使用普通的双筒望远镜就可以找到它,然而却无法把它从背景的恒星中分辨出来。只有在中等口径的望远镜才能看到这颗引人注目的蓝色巨大行星。

在几十年前,冥王星一直被认为是太阳系最外层的行星。之后天文学家们惊奇的发现,由于冥王星的运行轨道是椭圆形,在1979年到1999年期间它曾经一度非常接近海王星,在那个时候海王星是太阳系最远的行星,正如今天一样:在2006年召开的世界天文大会(IAU)上冥王星由于物理原因被天文学家们降级为矮行星。


IAU的决定触动了许多美国天文学家的认知,如此一来1781年Wilhelm Herschel在英格兰发现的天王星,1846年德法天文学家Urbain Le Verrier和Johann Gottfried Galle在柏林联合发现的海王星,以及美国天文学家Clyde Tombaugh在1930年发现的被认为太阳系最远的行星——冥王星的荣誉都将被改变。因为海王星才是太阳系最遥远的行星。同时这一决定所带来的好处是:因为海王星比冥王星亮很多,只需借助一个双筒望远镜就可以观察到太阳系里最远的行星,借助天文望远镜则可以看到更多的细节。


巨大的冰冷的蓝色星球

海王星的轨道半径大约是日地距离的30倍,公转一周需要164.8年,因此它在天球上每年只移动2度多一点,大约只相当于满月直径的四分之一。海王星的直径为50000千米,大约是地球的四倍,只比它的近邻天王星小一点,但是和太阳系的两大巨行星木星和土星相比还差很远。


同它的姊妹星一样,海王星的大气中也含有氢、氦和少许甲烷。由于海王星的上层大气非常寒冷,在大气层下方的气体组分与上层完全不同:在行星表面充斥着高温。尽管如此,气体在巨大的压力开始固化,在这样的极端环境中甚至会产生能够发光的冰水混合物。


即便在天文望远镜中海王星的云带只有2弧秒的视直径,以至于无法被观测到。由NASA的旅行者2号探测器于1989年8月2号向地球传回的照片,以及哈勃空间望远镜拍摄到的照片却显示,在海王星表面只有很少量的高空云层,类似于我们地球上所熟知的卷云(见题图)。对于所有行星而言,我们之所以能看到海王星, 是因为它可以反射太阳光。但是木星却是个例外,它虽然也是一个气态行星,但是它却自身却散发着黄色的光芒,同样是气态行星的海王星的光芒确实蓝色的:因为甲烷气体吸收了太阳光的红色部分,只有蓝色的部分得以反射。


令行星学家们感到困惑的是海王星上最快可以达到2000公里每小时的风速。人们曾经简单的认为,如此遥远的行星,会因为缺少阳光照射而导致大气层活动微弱。除此之外旅行者2号同样拍到了海王星迷人的狭长的光环。它并没有土星光环一样的华丽,而是又薄又暗,因此在地面的人们始终没有发现。从1989年至今,在没有空天探测器造访过海王星,而且目前来看也没有新的计划。


对于地球上的观测者来说,想观测到海王星的细节、光环以及已知的14颗卫星,都只能是一个梦想了。然而能用低倍率的望远镜观测到海王星依然是令人激动的。使用100倍以上的倍率并根据星图的位置,就可以在星空背景中通过一个小小的视圆面把海王星分辨出来。现在海王星位于宝瓶座λ(3.7等)东偏南约1度的位置,宝瓶座λ是一颗肉眼可见的恒星,这为我们确定其大概方位提供了很大的帮助,当然前提是你所在的环境足够好。其在星图上的位置请见图1。

图1:2017年海王星在宝瓶座运行(德语Wassermann,拉丁语Aquarius),在九月份天空晴朗能见度号的情况下,海王星位于宝瓶座λ(Lambda Aquarii)的东南方,在2017年9月19日的清晨海王星距离HIP 113231只有80弧秒的距离,HIP 113231是一颗8.0等的恒星,其亮度非常接近海王星(7.8等),橙色的线表示海王星从8月1日到12月1日的轨迹。

图2:九月份宝瓶座附近星图。

2017年9月5日海王星冲日,这意味着在天空中海王星和太阳恰巧位于地球的两边。在这一天,太阳落下的同时海王星升起,同时在午夜十分到达中天位置,即天空中的最高点,在太阳升起的时候,海王星落入西边的地平线。因此,在这一天海王星整夜可见。在随后秋季的几个月里,它每天升起的时间都在提前,当太阳落下时,海王星在东方的地平线上已经有了一定的高度,在午夜到来之前就已经达到了中天位置而且在日出前就已经沉入西方地平线了。从现在起大约一直持续到年底海王星都有着很好的观测条件,直到它在太阳光中消失不见。


第二观察目标

除了海王星本身,它运行轨道附近的恒星也非常值得一看。在宝瓶座λ东南方50弧分的位置是亮度接近海王星(7.8等)的HIP 113231/ HD 216777(亮度8.0等),在2017年9月18日这一天海王星会非常接近它,并在9月19日清晨时分达到最近,最近角距离只有80弧秒!在观测海王星的同时,也可以对比这两颗星不同的光芒,在高倍望远镜中海王星闪耀了蓝色的光芒,而HP113231却是一颗黄色的恒星。


一台20cm口径的望远镜可以提供大约200倍的有效放大倍数,配合宁静的大气就足够让我们看到非常漂亮的海王星,尽管由于遥远的距离让我们无法看清海王星更多的细节,但是它对我们的吸引力依然不减。利用一支低噪点的行星相机拍摄一段视频,然后运用叠加锐化处理得到一张相对细节丰富的单张照片,见图3.

图3:使用行星相机拍摄视频后叠加处理而成的海王星和海卫一,由Marco Hodde于2016年9月10日拍摄,望远镜口径25cm,焦比20。

在大气宁静度够好的时候,通过一台25cm口径的望远镜甚至可以看到海王星13.5等的卫星——海卫一(Triton)。海卫一的公转周期是5.88天,海卫一至海王星的角距离最大为18弧秒(见图4)。这里有一个特殊现象:海卫一的轨道面和海王星的赤道又157度的夹角,因此其运行方向与海王星是相反的。

图4:2017年9月5日海王星冲日时海卫一的运行轨道。

海卫一距离海王星的真是距离为355000千米,略小于地月平均距离384400千米,而它2707千米的直径却只有不到月球的五分之一。通过这样的对比,也给了我们一个更加直观的感受,在初秋时分闪烁在宝瓶座的海王星距离我们到底有多远。

文中照片均引自NASA

原文载于《Sterne und Weltraum 》2017年第9期

    作者:KLAUS-PETER SCHRÖDER

  德文翻译:王坤  

校译:系外行星地瓜君

编排:邱煜欣

责任编辑:解仁江

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