天文学知识随记

  昨天晚上做梦梦到老师给我们讲土星和地球,醒来后马上上网补充天文学的知识储备。以下均来自维基百科。

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  TrES-4是一个环绕着GSC 02620-00648太阳系外行星,位在武仙座,距离地球1400光年,它不寻常的一点是,它的密度极为的低,只有0.2g/cm3,但是它的表面温度才1300℃,这还不够热到让它膨胀到这种地步,或许行星本生的内热可以解决这问题。

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  内热是源自天体内部,像是行星棕矮星恒星,由重力放射性物质的蜕变产生的。内热的数量与天体的质量有关,质量越大内热就越多。内热能使天体温暖与更为活跃。

  内热是天体形成后残余的热能,除了恒星之外,天体的内热都会逐渐流失。

  气体巨星有比类地行星更多的内热。木星有最多的内热,核心的温度高达36,000 K。在太阳系外侧的行星,内热是天气的主要能源,取代了阳光是类地行星天气的能源。内热从气体巨星的内部提高了有效温度,在木星的情况下,使有效温度上升了40K。对轨道非常靠近恒星的大行星星,内热使得行星更为蓬松扩散

  棕矮星的内热又比气体巨星更多,但仍比恒星为少。棕矮星的内热能足以使进行热核反应成为。如同气体巨星一样,棕矮星的天气与风的能源来自于内热。

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  褐矮星是类恒星天体的一种,它们是所谓“失败的恒星”(Failed Star),与一般恒星不同,褐矮星由于质量不足,不能像正常恒星那样通过氢核聚变维持光度,无法成为主序星。但它们的内部及表面均呈对流状态,不同的化学物质并不会在内部分层存在。研究表明,小于13倍木星质量的天体不会发生氘核聚变,而大于75倍木星质量的天体会产生氢核聚变[1],因此如果只从质量上区分,褐矮星为处于13倍木星质量与75倍木星质量之间的天体。现时人们仍在研究褐矮星在过往是否曾经在某位置发生过核聚变,已知的是,质量大于13个木星的褐矮星可融合。褐矮星的许多性质与太阳系外巨行星(EGP)相似,因此也有人将它们统称为具有亚恒星质量的天体(SMO)。

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  木星主要由组成,其次为、占总质量的四分之一;岩核则由含有其他较重的元素。形状由于自转快速而呈现扁球体(赤道附近有略微但明显可见的凸起)。外大气层明确依纬度分为多个带域,各带域相接的边际容易出现乱流和风暴。最显著的例子是大红斑,最晚在17世纪时人们便以望远镜首度发现它的存在。环绕着行星的是松弱的行星环系统和强大的磁层。木星至少有63个卫星,其中有4个主要卫星、1610年由伽利略发现,合称伽利略卫星。卫星中体积最大的木卫三直径甚至大于水星

  木星是太阳系其他行星质量总和的2.5倍,规模非常巨大,它和太阳质心位在光球、距太阳中心1.068太阳半径处。它的直径是地球的11倍之多,但不比地球密实。木星的体积等同于1321个地球,而质量却只有318倍[4][21]。木星的半径是太阳半径的十分之一[22],质量是0.001倍太阳质量,因此它的密度和太阳相去不远[23]。科学家常用“木星质量”(MJ或MJup)来形容其他天体的质量,尤其是系外行星棕矮星。例如,行星HD 209458b为0.69木星质量,行星柯洛7b则是0.015木星质量[24]

  木卫二的主体构成与类地行星相似,即主要由硅酸盐岩石构成。它的表面由覆盖,据推测厚可达上百千米(上层为冻结的冰壳,冰壳下是液态的海洋),1995到2003年期间环绕木星进行科学考查的伽利略号飞船所采集到的磁场数据表明,木卫二在木星磁场的影响下自身能够产生一个感应磁场,这一发现暗示著,其表层内部很可能存在与咸水海洋相似的传导层。木卫二可能还有一个金属性的铁核。[4]

  木卫二的表面大体光滑,很少有超过几百米的起伏,不过在某些地区也可以观测到接近一公里的落差。木卫二是太阳系中最光滑的天体。它那些显眼的纵横交错的纹路,也就是所谓的返照特色(albedo feature),是由低浅的地形所造成。由于撞击坑非常少,木卫二是返照率最高的卫星之一。这也暗示了它的表面是相当“年青”和“活跃”的;基于对木卫二可能经受的彗星撞击频度的估算,它的“表面”年龄大概在2千万到1亿八千万年之间。[5](the geological features of the surface clearly show a variety of ages).

  木卫二表面最突出的特征就是那些张牙舞爪地布满整个星球的暗色条纹。近距离观测表明,条纹两侧的板块有相向移动的现象。大一点的条纹横向跨度可达20公里,可以观察到这些宽条纹的深色部分和板块外缘有模糊过渡。规则的纹路,以及宽条纹夹有浅色的细纹,这些形态很可能是由表层冰壳开裂较温暖的下层物质暴露而引起的冰火山喷发或间歇泉所造成。这与在地球上的海脊有着相似的效果。据推想,大部分的裂痕是由木星所施加的强大的潮汐压力所造成;由于木卫二已被潮汐锁定,它总是保持一个方向对着木星,固定的压力模式应该可以形成特定的可预测的破例式样。然而在木卫二表面上只有新近出现的裂痕才符合预测的式样,其他的裂痕可以向各个方向延伸,年代越久远的就越是如此。一个较合逻辑的解释是,木卫二其表层的自转速度要略快于其内部,冰面下的海洋将外壳与更下层的地幔分隔开,冰壳在木星的重力牵扯下被撕裂。对比旅行者号和伽利略号拍摄的照片可测算出,大约每10,000年木卫二的外壳会比其内部多自转一周。

  

木卫二的表面温度在赤道地区平均为110K(-163 °C),两极更低,只有50K(-223 °C),所以表面的水是永久冻结的。但是潮汐力所提供的热能可能会使表面冰层以下的水保持液态。这个猜想最初由针对潮汐热的一系列推测所引发(略为偏心的轨道和木卫二与其他伽利略卫星之间的轨道共振所产生的后果)。伽利略计划的读图团队在对伽利略号和旅行者号所拍摄的图像分析之后推测木卫二的地形特征意味着冰下海洋的存在。有学者将木卫二表面极富特色的混乱地带解释为下层海水渗出地表而造成。但是这一解释争议极大,多数对木卫二进行研究的地质学家更倾向于支持一个被称作“厚冰”模型的理论,他们认为即便存在这样的海洋,也几乎不可能对表面造成直接的影响[6]。对冰壳厚度的估算也存在相当大的分歧,有认为是几千米的,也有认为是数十千米的[7]

  木卫二表面为数不多的几个大形的撞击坑就是支持“厚冰”模型的最佳证据。最大的一个撞击坑被若干同心圆圈所环绕,坑内被新鲜的冰填充得相当平整。以此为基础再结合对潮汐力所生成的热能的估算,所推测出冰壳厚度在10到30千米之间,这就意味着冰下的海洋可能深达100千米[5]

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