太空的疑问

除了行星之外,宇宙里还有各式各样的星体,彗星就是其中的一种,这种星体是怎样形成的?它与其他星球有何不同?它会给地球带来灾难吗?另外,地球之外的星球有生命吗?它们是否与地球一样,有山川河流、火山地震?

太空流浪者——彗星

彗星为何引人注目

20世纪末,全世界天文爱好者开始翘首以待,用期待又兴奋的心情迎接两个回归的彗星明星,即先有1996年的百武彗星,后有1997年的海尔波普彗星的闪亮登场。

彗星为什么如此引人注目呢?首先是它的奇异的形状,毛茸茸的彗头中间嵌着闪光的彗核,拖着又长又透亮的彗尾;其次彗星突然出现,来也匆匆,去也匆匆,有的则从遥远的行星际尽头奔向太阳,随后又扬长而去,长久不归,如同浪迹太阳系的漂泊者。

埃德蒙·哈雷的观测

埃德蒙·哈雷曾担任过格林尼治天文台台长。1682年,他通过分析观测记录,发现1531年、1607年和1682年的3颗彗星在出现方法、运行轨道和时间间隔上有着惊人的相似之处,遂于1705年断定,这几颗彗星是同一颗彗星的反复出现,并预言这一彗星将在1758年再度出现在空中,并且每隔76年将出现一次。

后来,哈雷的预言得以证实,该彗星在1758年的圣诞之夜果然再次回归,遗憾的是哈雷已于16年前与世长辞,无缘与他会面了。为纪念哈雷的功绩,从此,这颗彗星就被正式命名为“哈雷彗星”,这也是人类第一次预报归期的彗星。

哈雷彗星的回归

20世纪哈雷彗星有两次回归,第一次是1910年5月,地球在哈雷彗星庞大的尾巴中逗留了好几个小时,亮度如同火星,让人大饱眼福。第二次,1985年至1986年,就远不如上次壮观,直至1986年3月和4月,人们才在南半球上空一睹其尊容。

哈雷彗星每76年回归一次,绝大部分时间深居在太阳系的边陲地区,即使用现代最大的望远镜也难以搜寻到它的身影。地球上的人们只有在它回归时有三四个月的时间能够见到它。

彗星是个脏雪球

1986年,天文学家已经认识到,彗星实际上是一个由石块、尘埃、甲烷、氨所组成的冰块。彗核外表酷似一个深黑色的长马铃薯,就像一个脏雪球。这样的小个子,远离太阳时在地球上是无法辨认的,当这个脏雪球飞向太阳时,太阳的加热作用,使其表面冰蒸发升华成气体,与尘埃粒子一起围绕彗核成为云雾状的彗发和核,合称彗头。彗发又使阳光散射,便形成星云般淡光的长长彗尾。这时,彗头直径可达几十万千米,彗尾长达好几千万千米,变得好似庞然大物,但质量却小得出奇,绝大部分集中于彗核,只是地球质量的1/10亿。

天空稀客、常客、过客

彗星可分为沿椭圆形轨道运动的周期彗星,以及沿抛物线和双曲线轨道运动的非周期彗星。周期彗星循着轨道周期性回到太阳附近来,只有在这时显得亮,我们在地球上才容易发现它。哈雷彗星是短周期彗星的代表,它的周期是76年,下次它来到太阳附近将是21世纪60年代,2061年将会出现。

最短的是恩克彗星,周期3.3年,从1786年发现以来,已出现过50多次,算是常客了。而非周期彗星就可以算是太阳系的过客,他们可能沿着双曲线和抛物线从遥远的太阳系深处来,在太阳这儿打个弯,又不知跑到哪处天涯海角去了。

掠日彗星

美国一颗专门观测太阳的人造卫星记录到:1977年8月30日,一颗彗星撞到太阳!这是人类第一次发现的彗星与太阳相撞。天文学家认为这颗与太阳相撞的彗星是掠日彗星族中的一颗。300年来,天文学家只观测到8颗这一族的彗星。因为他们都是以很近的距离像燕子掠过水面似的掠过太阳表面,所以称为“掠日彗星”。

最早的一颗“掠日彗星”是1680年发现的,它以每秒530千米的高速在离太阳表面只有23万千米处穿过。离开太阳最近的是1963年发现的一颗彗星,它在离太阳表面只有60000千米处飞过。太阳直径是139万千米,这个彗星离开太阳只有60000千米,它简直是擦边而过,实在是惊险的历程!

实际上还有许多掠日彗星没有被地面上的人们发现,这是因为太阳光太亮,以致很难观测到距离太阳很近的彗星。1977年这颗与太阳相撞的彗星,如“以卵击石”,在太阳身上撞了个粉碎,而太阳却毫不在乎,我行我素,继续照耀亿万年。

2011年10月9日,一颗罕见的巨型掠日彗星撞击了太阳,闪光照亮了夜空。在轨道上运行的探测器在撞击发生前7小时,捕获了这颗正高速冲向太阳的彗星的实时画面。随后,当这颗彗星一头扎进太阳的熊熊烈焰之后,太阳表面随即发生一次X级耀斑爆发,大量带电粒子穿透日冕冲入太空,如节日的烟火般照亮宇宙夜空。

这颗彗星是在2011年9月30日,由地面业余彗星观测者发现的。当它冲入太阳时发生了分裂,非常壮观。太阳和太阳风层探测器抓拍到了撞击发生前数小时的画面,但是最后的场面却被一场出乎意料的剧烈太阳耀斑爆发淹没了。

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百武彗星:是一颗非周期性彗星,由日本鹿儿岛业余天文学家百武裕司于1996年1月30日发现,是他发现的第二颗彗星。“百武彗星”通常是特指“百武2号”彗星,这颗彗星让他闻名于世。

冥王星存废的争议

冥王星是行星吗

美国罗斯地球及太空中心的科学家提出新理论,认为太阳系中离太阳最远的冥王星其实不是行星,而只是一块巨大的冰,应将其“废掉”。

据这个隶属纽约美国自然历史博物馆的机构称,在海王星外是一条冰雪形成的管星带,这其中就包括冥王星。

不过大部分天文学家认为,除非有确实证据,否则冥王星将仍被视为太阳系第九大行星。

行星资格的争论

自从70多年前被发现的那天起,冥王星便与“争议”二字联系在了一起,一是由于其被发现的过程是基于一个错误的理论;二是由于当初将其质量估算错了,误将其纳入到了大行星的行列。

1930年,美国天文学家汤博发现了冥王星,但当时错估了冥王星的质量,以为冥王星比地球还大,所以命名为大行星。

然而,经过近30多年的进一步观测,科学家发现它的直径只有2300千米,比月球还要小,等到冥王星的大小被确认,“冥王星是大行星”早已被写入教科书,以后也就将错就错了。冥王星的质量远比其他行星小,甚至在卫星世界中也只能排在第七、第八位左右。

新世纪的发现

进入21世纪,天文望远镜技术的改进,使人们能够进一步对海王星外天体有更深的了解。

2002年,被命名为50000Quaoar,即夸欧尔的小行星被发现,这个新发现的小行星的直径达1280千米,要长于冥王星的直径的一半。

2005年7月9日,又一颗新发现的海王星外天体被宣布正式命名为厄里斯。

根据厄里斯的亮度和反照率推断,它要比冥王星略大。这是1846年发现海王星之后太阳系中所发现的最大天体。它的发现者和众多媒体起初都将之称为“第十大行星”。

也有天文学家认为,厄里斯的发现为重新考虑冥王星的行星地位提供了有力佐证。

冥王星真的能废除吗

冥王星一直都跟其他八大行星有所区别,它较像管星,其公转轨道比其他行星多倾斜了17度。

在1930年刚发现它时,科学家认为它的体积一如地球,但现在发现它的宽度只有2273千米,比月球还小。

1992年,天文学家在海王星外发现由数以百计的冰和石组成的彗星,将之称为凯珀带,其中约有70颗分星与冥王星的公转轨道相近。

罗斯中心称,由于对行星没有一致的诠释,故应把太阳系分为太阳与五类物体:像金星、水星、地球和火星这种由高密度石质形成的细小行星;在火星与木星之间由碎石和铁形成的小行星带;巨大的气体星球如土星、木星、天王星、海王星;奥尔特星云和凯珀带。

至于冥王星,罗斯中心认为它应是凯珀带的一分子。

该中心说,过去也有行星被“废”的先例,如1801年被称为行星的谷神星,后来就被重划为小行星,因为它的宽度只有933千米。

反对“废”掉冥王星的天文学家说,谷神星的行星地位只享用了一年,而冥王星却享用70多年,况且“废”谷神星是获天文学界一致同意的。

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在罗马神话中,冥王星是冥界的首领。这颗行星得到这个名字,是由于他离太阳太远以致于一直沉默在无尽的黑暗之中,与人们想象的冥境相似。

冥王星归类为矮行星

发现比冥王星大的星体

2006年8月,有关太阳系行星数量变化的消息传遍了世界各地。

一直以来,行星都被看做是围绕太阳公转的大型天体。太阳系的行星共有9颗,冥王星是最外围的行星。在这之前虽然一直没有对行星下过一个精确的定义,但也没有谁提出过异议。

然而,1930年发现的冥王星在当时虽然被认为和地球差不多大小,但随着观测技术的进步,科学家们逐渐发现它的体积比原先预测的要小得多,运行轨道也并不规则,这些都不符合人们对于行星的判断标准。到了1978年,冥王星的卫星卡戎星被发现,它的体积竟然是冥王星的一半,这也说明冥王星的实际体积比地球的卫星月亮还要小。

通过近年的观测,在海王星外侧发现了许多小型外天体,这一切都逐渐表明:冥王星与行星的成因不同,只是太阳系边缘无数微型天体中的一颗。到了2003年10月,科学家们终于发现了一颗比冥王星更大的天体:UB313,于2006年9月命名为厄里斯。

这样一来,不论是从科学理论角度来说,还是从体积的大小来讲,冥王星都已与行星的特征不符,天文学界已将其归为小行星之中新的一类“矮行星”的代表之一。

正式确定行星的概念

直至这时才有许多人发现:一直以来科学界对于行星都没有具体的定义。对我们来说,“行星”的存在太过寻常,以至于人们忘了给它一个准确的概念。或者不如说,“水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星”这一长串名字便是人们一直以来对行星的定义。然而,随着观测水平的提高,天文学家在冥王星附近又发现了许多小型天体。当然,既然说是小型天体,那些不计其数的小行星也就不足为奇了。可谁也没有想到,会在这一带发现一颗比冥王星还要大的小型天体。

在刚刚发现这颗比冥王星还要大的天体时,科学家们用小行星的命名方式将它命名为厄里斯。它的直径为2400公里,比直径为2390千米的冥王星要大。这样就出现了一个问题,因为它比冥王星大,厄里斯的发现者主张将其列为第十大行星。这个提议原本无可厚非,但紧接着,科学家们又发现了几颗和冥王星大小相当的小型天体。这样一来,如果承认厄里斯为第十大行星,那么,十一大行星、十二大行星等等也会相继出现。如此一来,“大行星”的数量便会多得数不清。

废除冥王星九大行星的身份

2006年8月24日,世界上的众多天文学家聚集到国际天文学联合会总部捷克首都布拉格,就冥王星的问题展开了讨论,最终确定废除冥王星作为九大行星之一的身份。那么冥王星该何去何从呢?起初大家认为它应被归类在小行星之中,但从行星到小行星的称谓难免给人以“降低身份”的印象,于是大家决定创建矮行星这一新的分类,并以冥王星作为该分类的代表。

不管怎样,太阳系内产生这样大的变动,最主要的原因便是随着观测技术的进步,在海王星和冥王星的轨道附近以及更远的地方发现了许多新的天体。起初为了纪念预言这些天体存在的两位天文学家,这些天体被称为“艾吉沃斯·柯伊伯天体”,最近它们已经有了一个更加大众化的名字“太阳系外缘天体”。

太阳系外缘天体分布在距太阳约30至50天文单位的空间里,但随着轨道直径长达1000天文单位的小行星陆续被发现,太阳系的范围也越来越大。而至于太阳系究竟有多大,这个问题仍有待我们进一步探索。

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卡戎星:又称冥卫一,是在1978年发现的。2005年,又发现两颗冥王星的卫星冥卫二和冥卫三。依现行的定义,冥卫一可能是冥王星最大的卫星,也可能与冥王星组成双矮行星。

金星是启明星吗

金星是天空最亮的星

金星是除太阳外最亮的星,比著名的天狼星还要亮14倍。天狼星是除太阳外地球能够看到的最亮的恒星,它就像一颗耀眼的钻石,时常镶嵌在湛蓝的天空。所以,古希腊人称它为爱与美的女神,而罗马人则称它为维纳斯。

金星和水星一样,是太阳系中仅有的两个没有天然卫星的大行星。因此,金星上的夜空中没有“月亮”,在金星上能够看到的最亮的“星星”只有地球。由于离太阳比较近,所以在金星上看太阳,太阳的大小比地球上看到的大一倍半。

金星的质量和大气

从结构上看,金星和地球有不少相似之处。金星的半径约为6073千米,只比地球半径小300千米,体积是地球的0.88倍,质量为地球的4/5;平均密度略小于地球。

虽说如此,但两者的环境却有天壤之别:金星的表面温度很高,不存在液态水,加上极高的大气压力和严重缺氧等残酷的自然条件,金星存在生命的可能性极小。

金星周围有浓密的大气和云层。只有借助于射电望远镜才能穿过这层大气,看到金星表面的本来面目。

金星大气中,二氧化碳最多,占97%以上。同时还有一层厚达20000米至30000米的由浓硫酸组成的浓云。

金星自转方向

金星表面温度高达465℃至485℃,大气压约为地球的90倍,这种气压相当于人类在地球900米深海中的压力。

金星自转方向跟天王星一样,但与其他行星相反,是自东向西。因此,在金星上看,太阳是西升东落。

金星绕太阳公转的轨道是一个很接近正圆的椭圆形,偏差不超过一度,并且与黄道面接近重合,其公转速度约为每秒35000米,公转周期约为224.70天。但其自转周期却为243日,也就是说,金星的自转恒星日一天比一年还长。

不过,按照地球标准,以一次日出到下一次日出算一天的话,则金星上的一天要远远小于243天。这是因为金星是逆向自转的缘故;在金星上看日出是在西方,日落在东方;一个日出到下一个日出的昼夜交替只是地球上的116.75天。

在地球上看金星与太阳的最大视角不超过48度,因此金星不会整夜出现在夜空中。我国民间称黎明时分的金星为启明星,傍晚时分的金星为长庚星。

金星逆向自转现象,有可能是很久以前金星与其他小行星相撞而造成的,但是现在还无法证明。除了这种不寻常的逆行自转以外,金星还有一点不寻常。金星的自转周期和轨道是同步的,这么一来,当两颗行星距离最近时,金星总是以同一个面来面对地球。这可能是潮汐锁定作用的结果,当两颗行星靠得足够近时,潮汐力就会影响金星自转。当然,也有可能是其他未知的原因。

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天亮前后,东方地平线上有时会看到一颗特别明亮的“晨星”,人们叫它“启明星”;在黄昏时分,西方余晖中有时会出现一颗非常明亮的“昏星”,人们叫它“长庚星”。这两颗星都是同一金星。

火星上是否有生命

关于生命存在的争论

火星的外表虽然伤痕累累,现在却已经有许多科学家认为:火星地表之下,有可能生存着最低级的、类似细菌或病毒的微生物的有机体。另一些科学家虽然感觉到火星上现在根本不存在生命,但并不排斥这样一种可能性:在某个极为遥远的古老时期,火星可能曾经出现过“生物繁盛”的时代。

这些争论的范围不断扩展。其中的一个关键因素就是:从作为陨石到达了地球的火星碎片或岩石当中,是否找到了一些可能存在过的微生物化石,是否找到了生命过程的化学证据。这个证据,必须连同对生命过程进行的那些肯定性试验结果一同被定了下来,即“海盗号”登陆车就曾经进行过此类试验。

生命的烙印

火星上干涸的河床构造是否显示曾有过生命存在?但是,吉尔伯特·莱文却不认同。他为此进行了“放射性同位素跟踪释放”实验,而这个实验则显示出了准确无误的积极读数。他当时想公布这个结果。

1996年8月,美国宇航局宣布,他们在编号ALH8400的火星陨石中,发现了微生物化石的明显遗迹。这时,莱文公布了实验结果。美国宇航局公布的证据,支持了莱文本人的观点,即这颗红色星球上一直存在着生命,尽管那里的环境极为严酷:“生命比我们所想象的要顽强。在原子反应堆内部的原子燃料棒里发现了微生物;在完全没有光线的深海里,也发现了微生物。”

英国欧佩恩大学行星科学教授柯林·皮灵格也同意这个观点。他乐观地说:“我完全相信,火星上的环境曾一度有利于生命的产生。”

他还指出,“有的试验证明,在150℃高温里也有生命形式存在。你还能找到多少比生命更顽强的东西呢?”

生命存在的依据

科学家们认为,没有液态水,任何地方都不可能萌发生命。假如这是正确的,那么,火星过去和现在存在着生命的证据,就必然非常明显地意味着:火星上曾经充满过大量的液态水。

但是,这并不必然意味着任何生命都不能在火星上存活。恰恰相反,最近一些科学发现和实验已经表明:生命能够在任何环境下繁衍,至少在地球上是如此。

在地球上,休眠的微生物被琥珀包裹了数千万年而保存下来。1995年,美国加利福尼亚州的科学家曾经成功地使这些微生物复活,并把它们放在了密封的实验室里。另外一些有繁殖能力的微生物有机体,已经从水晶盐当中被分离了出来,它们的年龄超过了两亿年。

科学家的继续探索

随着美国宇航局对火星的继续探索,科学家们相信,火星和地球之间存在交叉感染的情况是极为可能的。的确,早在人类开始太空飞行时代之前很久,可能已经发生过这种交叉感染的情况了。

来自火星表面的陨石落到地球上,同样,有人认为因小行星的撞击而从地球飞溅出去的岩石有时也必定会到达火星。

可以想象,地球上的生命本身就有可能是由火星陨石携带过来的,反之也是如此,生命体也可能被从地球上带到火星。火星上到底有没有生命?也许,直至人类的脚步踏上火星之前,它永远不会有一个明确的答案。

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1877年,意大利天文学家斯基帕雷利对从望远镜里看到的火星上那些隐隐约约的直的暗沟大吃一惊,这些暗沟就像海峡连接着大海一样,把一些宽广的暗区连接了起来,他将其命名为“水道”。

天王星也有环带吗

探测天王星的历程

1977年8月20日,“旅行者2号”太空船发射升空,它的使命是为了探测天王星。

1986年1月24日,“旅行者2号”在8年的漫长岁月和48亿千米的长途跋涉之后,才从距离天王星的最近点飞过。

为能接收来自“旅行者2号”上的微弱电波,美国宇航局把位于澳大利亚堪培拉的64米天线与澳大利亚帕克斯天文台的64米天线联机工作,以提高整个深空跟踪网的接收能力。

天王星环带的发现

1977年3月10日,出现了天王星掩恒星的罕见天象。各国天文学家都对此进行了深入研究,结果,人们竟意外地发现天王星也有环带。

此后,天文学家利用13次天王星掩恒星的机会,对天王星的环带进行了多次研究和反复调查。

“旅行者2号”飞抵天王星之前,天文学家确认天王星共有9个环带。

后来,“旅行者2号”在成功地拍摄了天王星光环的同时,还详细考察了已知的5颗卫星,并同时发现了10颗新的卫星,送回许多令人叹为观止的精彩照片。

从这些照片看,这5颗老卫星的地貌多彩多姿,可称得上是太阳系固体天体表面地形的缩影。

天王星的真面目

“旅行者2号”从1986年1月10日开始传送回天王星本体照片,此次“旅行者2号”的观测资料表明,氦的含量约为10%至15%。

天王星环绕太阳公转的姿态非常特别,它的赤道面与轨道面的倾角是97度55分,因此在天王星的一年,相当于84个地球年中太阳光轮流照射在它的南极和北极。

“旅行者2号”还捕捉到天王星发出的射电波,这表明天王星有磁场存在。天王星的秘密破解了许多,但新的迷团又不断增加。要清楚认识天王星,还要靠科学家不懈地努力。

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美国宇航局分别于2003年和2005年观测到天王星两个新发现的环带,其中之一位于天王星已知环带的外侧,而另一个位于其外侧,两颗新发现的卫星因亮度太低,在照片上几不可见。

海王星上有火山吗

海王星的英姿

在海王星被发现后的143年中,尽管天文学家们采用了高倍率望远镜,仍对它无法进行深入了解。

1989年8月,宇宙飞船“旅行者2号”从距离海王星云端4800千米的地方飞过,一下子改变了这种状况。通过“旅行者2号”从44.8亿千米的远方发回的照片,人们终于看清了海王星的英姿。

从此,人们才知道,海王星并不是太阳系里的一个死堆,而是经常有风暴活动。它有3个光环,也就是卫星与小行星碰撞的古老遗迹。它有8颗卫星,其中一颗此刻正在从冰火山中喷出液态氮的泡沫。

海王星的发现

其实,在很久以前两位数学家用纸和铅笔就“发现”了海王星。根据天王星的奇异轨道,亚当斯和勒威耶各自预测存在着一个新行星。他们计算出,在更远的地方有一个大的重力源作用于天王星,使它的速度时快时慢,就如被钓上来的鱼在线上蹦跳一样。但天文学家都不相信这两位数学家的发现,因此也没去寻找这个新行星。

1846年,勒威耶把他的图纸寄给了一位名叫伽勒的年轻德国天文学家。就在那天晚上,伽勒在夜空中观测到这个蓝色的行星。

巨大的风暴

1989年8月,“旅行者2号”从海王星旁边飞过。在这之前的几个月,“旅行者2号”的照相机就可以拍摄到海王星的详细情况。这些情况从地球上是无法看到的。海王星上有一巨大鹅卵形风暴,直径大约1.28万千米,看上去犹如蓝色海王星向外注视着的一只大眼睛,科学家们称之为“大黑斑”。在这个风暴的眼里,直径640千米的“雨果号”飓风只是一个斑点而已。

不过这种风暴并不是海王星独有。“旅行者2号”发现,木星和土星上的风暴更大而且更为强烈。这种风暴天气使科学家们感到兴奋,他们了解到,这些行星在气象方面是活跃的。

海王星卫星

让科学家感到欣慰的是“旅行者2号”共发现了6颗海王星的新卫星照片,使海王星的卫星总数增加到8颗。海卫一是海王星最大的一颗卫星,也是“旅行者2号”照相机拍摄的主要目标。

从科学家们观测到的情况来看,海卫一曾经是一个行星。这种说法的主要证据是,海卫一是唯一一颗沿着与其母行星运行方向相反的轨道运行的大卫星。在整个太阳系里没有一颗大卫星这样逆行。

海卫一上的冰火山

海卫一上陨石坑也特别少,表明海卫一地质活跃。由冰覆盖的表面部分溶解后又重新冻结,将一些最大最老的陨石坑都覆盖了。从“旅行者2号”发回的照片中,可以看出海卫一上有活的冰火山。

但这些冰火山不像地球上的火山那样喷出赤热的岩浆,而是喷出液态氮。当液态氮到达极其寒冷的表面时,马上被冻结成冰晶射流,高达8000米。

这股射流遇到海卫一大气的微风后,就形成风吹的条纹,落回到海卫一的表面。但所有的这些还都只是猜测,它是否正确,最终还只有靠人类的科学发展去下定论。

海王星大黑斑

“旅行者2号”探测海王星的期间,海王星上最明显的特征就属位于南半球的大黑斑。在海王星表面南纬22度,有的类似木星大红斑及土星大白斑的蛋型漩涡,以大约16天的周期以反时针方向旋转,称为“大黑斑”。

由于大黑斑每18.3小时左右绕行海王星一圈,比海王星的自转周期还要长,大暗斑附近的纬度吹着速度达300米每秒的强烈西风。“旅行者2号”还在海王星南半球发现,一个较小的黑斑和一个以大约16小时环绕行星一周的速度飞驶的不规则的小团白色烟雾。它或许是一团从大气层低处上升的羽状物,但它真正的本质还是一个谜。

然而,1994年哈勃望远镜对海王星的观察显示出大黑斑竟然消失了!它或许就这么消散了,或许暂时被大气层的其他部分所掩盖。

几个月后哈勃望远镜在海王星的北半球发现了一个新的黑斑。这表明海王星的大气层变化频繁,这也许是因为云的顶部和底部温度差异的细微变化所引起的。

我还想知道

海卫一的赤道附近,有一个由冰覆盖着的蓝色地带,这个地带是由冰冻的甲烷气体构成的。这使海卫一成为太阳系中唯一一颗真正的“蓝色卫星”。