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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?

2024-10-02科学

【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?】

要是有一天你站到海王星上了,你就会瞅见,在地球上金贵得不行的钻石,在这儿那可就屁都不是了,这儿啊,成天到晚地下「钻石雨」呢。这到底是咋回事儿啊?

太阳系里有8大行星呢,海王星是离太阳最远的那个。有多远呢?大概30个天文单位那么远。在这么老远的地方,海王星绕着太阳公转一圈,得花165个地球年的时间。这就好比在海王星上待一年,就相当于在地球上过了165年呢。

海王星离地球大概有43到47亿公里远呢,这是个啥概念啊?咱都知道,现在人类知道的最快的就是光速了。可就算从地球射出去一束光,这光也得花4小时10分钟才能跑到海王星那儿。这么老远的距离啊,弄得人类一直都没机会凑近了去探测这颗星球。一直到1977年呢,人类第一个能从海王星旁边飞过去的探测器「旅行者二号」才被发射上天。从地球到海王星,「旅行者二号」吭哧吭哧飞了整整11年哪,直到1989年才总算到了海王星,还拍下了珍贵照片,这才把这颗星球神秘的面纱给揭开喽。

海王星离得实在太远喽,不像火星、水星那样,老早就被人们瞅见还记下来了。海王星可是头一个先靠天体力学算出来,然后人们才用观测设备瞅见的行星呢。人们瞅见天王星之后啊,就发现天王星跑的轨道和理论上的轨道不太一样。1845年的时候呢,约翰·可夫·亚当斯和埃班·勤维叶寻思啊,天王星肯定是被一颗更远的行星给影响了,所以轨道才和理论上有偏差,然后他俩就把这颗还没被发现的行星轨道给预测出来了。

嘿,到了1846年的时候呢,柏林天文台的台长约翰·格弗里恩·盖尔啊,嘿,还真就在他们预先算好的地儿发现了一颗以前从没瞅见过的行星,这颗行星就是海王星喽。这么说吧,海王星啊,那就是天文学家们靠着计算给弄出来的行星呢。再后来啊,人们就用罗马神话里的海神涅普顿(Neptune)来给这颗行星起名字,翻成中文呢,就叫海王星啦。

【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?】

在太阳系那八大行星里啊,有四颗是气态行星呢,海王星就名列其中。地球是由岩石啊、泥土啥的组成的,海王星可不一样,它是由氢、氦、甲烷之类的气体凑一块儿的。嘿,您瞧这事儿闹的,海王星体积足足是地球的72倍呢,可这重量呢,也就地球的17.147倍。

钻石这玩意儿啊,本质上不就是碳嘛。咋就成了钻石呢?那是碳原子在高温高压的环境下,弄出了一种特殊的晶体结构。这么说来啊,只要有高温高压的条件,再加上碳原子,就能搞出钻石来。嘿,海王星上就正好有这样的条件呢,为啥呢?因为海王星的大气层里有甲烷啊。

好几十年前呢,科学家琢磨着人工合成钻石的时候就瞅见这么个事儿。要是温度和压力都足够高啊,甲烷就会裂变成碳原子,这些碳原子再凑一块儿就能变成钻石啦。海王星表面那是冷得够呛,可它里头却是高温高压的地儿,在这种环境下,甲烷变成钻石的条件就齐活了。海王星这星球密度小,钻石密度大,所以钻石一形成就跟疯了似的,以老快的速度朝着星球核心猛扎下去。等扎到星球里头,这儿的温度和压力又能让钻石升华了,钻石就变成气态又回到星球表面了。这么一来,海王星上成天到晚都有钻石变来变去的,可不就跟天天下「钻石雨」似的嘛。

【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?】

要去探测天王星、海王星这种原地行星啊,航天器光用燃料电池可不够,还得有一种特别的加速法子,就是「引力弹弓」。这玩意儿呢,是上世纪初苏联的科学家尤里康德拉图克琢磨出来的。咋回事儿呢?就是在往海王星去的路上,利用其他行星的重力场给太空探测器加速,就像甩东西似的把探测器甩向下一个目标,探测器就在行星之间蹦来蹦去的,这么一来就能省燃料啦。

在探测海王星的时候啊,旅行者二号被太阳引力给拿捏住了,速度就一个劲儿地慢下来,慢到啥程度呢?都比不上挣脱太阳引力得有的那个16.7公里/秒的第三宇宙速度了。这可咋整呢?嘿,它就打起了木星的主意,利用木星的引力弹弓效应,就像在木星那强大引力下狠狠地踩了一脚油门似的,一下子速度就超过了每秒37公里,这可比第三宇宙速度高出去老远了。

弄明白引力弹弓是咋回事儿之后,嘿,奇了怪了,打1989年起到现在,这都三十多年了,咋就再没有一个探测器跑到海王星那儿搞研究去呢?

头一个就是轨迹约束。海王星轨道特殊得很呢,想发射探测器就得赶上合适的窗口期,这窗口期可金贵了,12年才露一回脸。就算赶上这窗口期了,还得借处在合适位置的木星当引力弹弓,这样才能把长距离星际飞行的成本给降下来,少花点钱啊。

还有个让海王星30年都没再被探测的原因得怪电池。要是像探测月球或者火星的探测器那样用太阳能板,那可不行。为啥呢?海王星离太阳太远啦,那地方阳光弱得可怜。而且啊,从地球到海王星,咋说也得十几年呢。要是没有核动力,航天器在离太阳这么老远的地方根本没法工作。

美国航天局啊,虽然面前一堆挑战,可还是弄出个重返海王星的「三叉戟计划」呢,打算在2026年就发射第一颗探测器。嘿,中国航天局也不含糊,也把自己的海王星探测计划给亮出来了。照这么看啊,用不了多久,人类的航天器肯定又能跑到那颗神秘的海王星上去溜达溜达喽。