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重力辅助播客:天王星和海王星,与艾米西蒙

  重力辅助播客:天王星和海王星,与艾米西蒙由美国宇航局和天体生物学杂志

   2018年3月13日美国东部时间01:51 0 0 更多合作伙伴系列重力辅助播客:天王星和海王星,与艾米西蒙在旅行者2号这里看到的天王星是一个看似平淡无奇的星球。图片来源:NASA / JPL-Caltech 重力辅助播客由美国宇航局行星科学主任吉姆格林主持,他每周都会与地球上一些最伟大的行星科学家进行对话,并在此过程中对太阳系及其他人进行导游。本周,他与戈达德太空飞行中心的艾米·西蒙一起,不仅谈论了太阳系中的一个,而是两个行星:冰巨人天王星和海王星,以及海王星的月亮海卫。你可以在这里收听完整的播客,或阅读下面的成绩单。吉姆格林:天王星和海王星可能是我们所有行星中最不为人知的,其原因当然只有一艘宇宙飞船已经探访过它们,那就是旅行者2号 - 它于1986年由天王星飞过,1989年由海王星飞过。我们称之为冰巨人的行星,但艾米,冰巨人的意思是什么?[ 美国国家航空航天局对天王星的特写任务,海王星 ] 广告 艾米西蒙:天王星和海王星在我们的太阳系中非常独特。它们是非常不同的行星[比我们太阳系中的其他世界]。我们称之为冰巨人的部分原因是因为它们实际上含有大量的水冰。因此,虽然[木星和土星]是气体巨行星,主要是氢和氦,但冰巨人主要是水和其他冰。吉姆格林:他们怎么能够获得那么多的冰?艾米西蒙:他们在太阳系中形成了更远的地方,那里有大量的冰。它们的形状并不像木星或土星那样大,所以它们无法吸入相当多的气体。这就是我们认为他们如此不同的部分原因。吉姆格林:我们的行星形成的一些模拟似乎表明它们形成的距离更接近太阳,然后通过引力相互作用被推出。那包括天王星和海王星。他们是否已经获得了很多Kuiper Belt物品?美国宇航局戈达德太空飞行中心的行星科学家艾米西蒙。美国宇航局戈达德太空飞行中心的行星科学家艾米西蒙。图片来源:NASA 艾米西蒙:当然。事实上,我们认为很多海王星的卫星都是被捕获的柯伊伯带天体。吉姆格林:是的,我认为,这种情况会让它消失一点。当然,我们非常喜欢海王星的那个月亮,称为Triton,是一个如此不寻常的身体,当旅行者2 第一次看到它时,它是相当震惊的。为什么Triton这样一个不同的月亮? Amy Simon:首先,我们认为Triton上有间歇泉,但这些不是我们习惯在地球上使用热水和蒸汽的间歇泉。[特里顿]真的很冷,实际上从表面喷出了氮冰。所以,开始时真的很奇怪。但是,如果你离开Triton的南极,那么你会进入我们称之为“哈密瓜地形”的这个奇怪的地形,因为它看起来像哈密瓜的皮肤。这一切都很糟糕。我们不知道是什么形成的。我们甚至从未见过Triton的另一面,所以谁知道那里有什么?吉姆格林:特里顿的哈密瓜地形和我们在冥王星上看到的一些地形之间有什么类比吗?艾米西蒙:有一些,而且很多都与它们如此冷酷的事实有关。即使他们很冷,他们仍然会进行一些活动,这些活动会让冰块四处移动。我们认为Triton和Pluto实际上有很多共同点,我们想回去学习更多东西。吉姆格林:特里顿是如此壮观的月亮。它比冥王星大,正如我们所说,它实际上可能是一个柯伊伯带对象。它在海王星周围也有一个有趣的轨道。艾米西蒙:对。我们太阳系中的所有行星都朝同一方向移动,它们几乎都朝同一方向旋转。他们所有的卫星都朝同一方向绕行。但是,特里顿没有。它正在逆行,[意思]它正在倒退。这部分是因为我们认为它被捕获了,所以它太接近海王星而被困在那里。 哈勃太空望远镜每年观测天王星。 这种近红外光的视图不仅突出了行星的环,还突出了大气带和云。哈勃太空望远镜每年观测天王星。这种近红外光的视图不仅突出了行星的环,还突出了大气带和云。图片来源:NASA / JPL / STScI 吉姆格林:从地球上看天王星和海王星有多难?艾米西蒙:他们离得很远,他们真的很虚弱。最初发现其他行星的古代天文学家甚至没有看到天王星和海王星。望远镜用它来找到它们。所以,如果你要出去看看,你必须确切地知道在哪里看,你仍然需要望远镜才能找到它们。吉姆格林:他们什么时候被发现?艾米·西蒙:天王星于1781年首次被[威廉·赫歇尔]看见。海王星在1846年的近50年后才被人看到。吉姆格林:海王星的发现真的很有意思,因为观察天王星真的放弃了那里还有别的东西。那是怎么发生的?艾米西蒙:很有意思。他们如何推断所有这些外行星是他们正在观察更近的行星轨道,并不断看到它们被稍微调整一下。他们一直在推测那里不得不有其他东西或者有很多质量[引力]拉动他们的东西。所以,这就是我们如何得知天王星和海王星的想法。但是,即使在那之后,我们仍然认为那里有更多的质量,这导致了对冥王星的追捕。[编者注:具有讽刺意味的是,冥王星的大小不足以扰乱天王星或海王星,冰巨人的轨道上的差异通过更准确的质量测量得到了调和。吉姆格林:天王星似乎没有什么特色。为什么它看起来像那样?艾米西蒙:实际上,我认为可怜的天王星被误解了。大多数时候,天王星的外表非常平淡。这是一种淡蓝色的星球。这是真正的淡蓝色圆点。部分[原因]它是如此冷,它没有很多内部热量。除了天王星之外,我们所有的外巨行星都比从太阳发出的更多的热量。我们认为这会减缓地球内部的对流。你没有得到相当于雷暴的东西,所以你看不到你在其他星球上看到的天王星上的明亮云彩。吉姆格林:关于天王星的另一个非常迷人的方面是它的旋转轴。它与其他所有行星都有很大的不同。这是为什么? 米兰达是最有趣的天王星卫星之一,其表面看起来像是被拆开,融化并再次重新组合在一起。米兰达是最有趣的天王星卫星之一,其表面看起来像是被拆开,融化并再次重新组合在一起。图片来源:NASA / JPL-Caltech 艾米西蒙:那是另一个大难题。天王星的侧面倾斜。[想象]你正在寻找太阳系,它将是零度。它倾斜了98度。所以,它几乎就在身边。我们没有[理论]方法来做到这一点。我们目前最好的猜测是,当它正在形成时,它会碰到更大或更大的东西,并且它被撞倒了。当我们试图解释太阳系如何形成时,这是一个真正的难题。吉姆格林:天王星的卫星是否都在赤道地区的同一平面上?艾米西蒙:他们是。它与我们在其他星球上看到的有点不同,因为它在侧面倾斜。我们得到的结果与我们乘其他星球飞行时的观点不同。 吉姆格林:除了天王星拥有的神话般的卫星之外,它还没有戒指吗?艾米西蒙:那是对的。所有外行星都有环绕它们。天王星非常狭窄。它有大约九个戒指。他们很难看,因为它们太窄了。我们能够通过Voyager 2看到它们,这就是我们发现它们的方式。[编者注:这些戒指实际上是1977年詹姆斯·艾略特,爱德华·邓纳姆和杰西卡·明克在一次恒星掩星中发现的,当我从我们的角度看它背后移动时,一颗背景恒星眨眨眼。但是,环很棒,因为它们是我们实际可以做的一种方式,相当于行星上的地震学。我们可以看一下环如何振荡以及它们的形状如何变化,并了解一下行星的内部。吉姆格林:所以,地球必须摇晃并来回移动环。这真是令人震惊。艾米西蒙:我们在观察其他星球的过程中学到了这一点,特别是在土星,因为它有如此广泛的环。事实上,我们在外行星周围都有环,这告诉我们它们很常见。但是,它们与每个星球的差别也很大。它告诉我们,我们实际上并不知道什么形成戒指并保持戒指。吉姆格林:天王星有磁场吗?艾米西蒙:它确实有一个磁场,它与我们在地球上的东西有很大的不同,我们有一个北磁极和一个南磁极。对于天王星和海王星来说,[磁场]偏离中心。因此,它不是直接位于地球的中心,而且它也不仅仅是北方和南方[方向]。它实际上是一种“多极”。如果你能想到两个磁铁相互交叉,那就差不多了。真的很奇怪。吉姆格林:所以,我们真的必须回到这些行星并访问他们。我们学到了很多东西。艾米西蒙:当然。 海王星深蓝色的气氛比天王星的气氛更活跃。海王星深蓝色的气氛比天王星的气氛更活跃。图片来源:NASA / JPL 吉姆格林:我们将讨论转移到海王星上。旅行者2在飞行过程中发现海王星的真正让我们感到惊讶的是什么?艾米西蒙:海王星和天王星在很多方面根本不相似。除了倾斜更像地球外 - 海王星倾斜约28度[地球倾斜23.5度] - 它与天王星的颜色不同。这是一个更深的蓝色,当我们到达那里时,我们震惊地看到它有一个伟大的暗点,这是一个在海王星的气氛中肆虐的大风暴。吉姆格林:一个黑点?你的意思有点像木星上的大红斑?艾米西蒙:完全相同的东西。这是一场巨大的反旋风,所以这是一场高压风暴。它在整个旅行者飞越中肆虐。但是,当我们第一次看到海王星时,我们再次看到哈勃望远镜,它已经消失了。 吉姆格林:在木星和土星上,我们看到了闪电。天王星和海王星上是否曾发现过闪电?艾米西蒙:我们没有看过闪电,但这部分是因为我们希望在水冰云中形成闪电,在这些寒冷的星球上,水冰是深沉的。当我们在海王星上看到云时,我们实际上看到了甲烷冰云,我们还没有看到闪电。吉姆格林:海王星也有戒指吗?我们对此了解多少?艾米西蒙:海王星确实也有戒指,但这些戒指并不像我们在其他星球周围看到的那样形成。他们是一团糟。我们在地球周围的不同点看到弧 - 部分环。吉姆格林:除了旅行者2发现海王星的戒指外,还有其他技术,我们曾经发现并观察天王星和海王星的戒指。什么是最重要的技术?艾米西蒙:我们拥有的最好的技术,特别是因为我们不接近它们,就是使用星星。当一颗恒星从地球后面经过时,它会变暗。嗯,事实证明,当它通过戒指后,同样的事情发生了。所以,我们可以看到一颗恒星在海王星和它的环之后闪烁。海王星月亮Triton的表面,如旅行者2所见。绿色区域被称为“哈密瓜地形”,而粉红色区域是南极帽中的甲烷冰。海王星月亮Triton的表面,如旅行者2所见。绿色区域被称为“哈密瓜地形”,而粉红色区域是南极帽中的甲烷冰。图片来源:NASA / JPL / USGS Jim Green:除Triton之外还有其他卫星值得注意吗?艾米西蒙:海王星和天王星实际上都有不少卫星。在天王星的情况下,它们都相当小,虽然我们认为它们中的一些确实在它们的表面上也有有趣的冰。对于海王星来说,有一个大月亮,即特里顿,其余的则要小得多。所以,它与我们在土星周围看到的更相似。 Jim Green:你知道,回到其中任何一个并更仔细地看一下卫星会很棒。我愿意打赌我们也可以找到一些捕获的彗星。艾米西蒙:哦,我想我们会找到各种有趣的东西。例如,我们不知道这些卫星中有多少可能是活跃的并且实际上有助于形成环系统。这就是我们在土星土卫二上发现的。事实上,我们没有看到任何这些卫星的另一面,我们不知道那里有什么。吉姆格林:我认为当我们有机会返回并真正花时间在天王星和海王星时,我们将学到很多东西。我们一直在谈论的一些使命想法是什么?艾米西蒙:我已经研究了很多不同的方式去天王星和海王星。我认为最大的问题是它们距离很远,所以你不能快速到达那里。因此,我们已经研究过我们是否可以执行飞行任务,这类似于旅行者2所做的,如果你这样做,你会添加什么?我认为我们为任何任务添加的主要内容是大气探测器,因为我们想要了解大气层中的层是什么,温度是多少。我们也看过轨道器,这些很好,因为它让你有机会探索整个系统 - 环,卫星,特别是Triton--看看那些不同卫星的各个方面发生了什么。海王星的黑暗斑点。 这是旅行者号看到的地方。 当哈勃太空望远镜在1994年寻找它时,它已经从这个行星的南半球消失了,后来被北半球的一个黑点所取代。海王星的黑暗斑点。这是旅行者号看到的地方。当哈勃太空望远镜在1994年寻找它时,它已经从这个行星的南半球消失了,后来被北半球的一个黑点所取代。图片来源:NASA / JPL 吉姆格林:当我们看到其他星球周围的其他行星,我们试图弄清楚人口最多的系外行星是什么,结果发现最常见的是小型星系。所以,这告诉我们天王星和海王星是我们真正需要进一步研究的对象。我们今天如何研究它们?艾米西蒙:我们实际上每年都会用哈勃太空望远镜观察这两颗行星。我们也一直在使用开普勒天体物理望远镜来观察光线曲线[即它们的亮度如何随时间变化的图表],并研究它们的云是如何变化的。即使我们看不到云,我们也可以看到它们的光线变化。因此,我们正在使用尽可能多的不同的地面和空基天文台来观察天王星和海王星。吉姆格林:我们从哈勃和开普勒的观察中发现了什么样的东西?艾米西蒙:目前我们在海王星上看到了更多的云,我们发现它们在很短的时间内变化,而这部分是因为海王星的风速达到每小时数百英里。所以,那些云变化非常快。在过去的几年里,我们还看到了另一个大黑暗点。我们用哈勃发现它,我们已经能够看到它变小并最终消失。我们认为[黑点]也会移动一点,这很有趣。另一方面,天王星真的很安静。当它在2007年经过它的北半球昼夜平分点时,就像它的春天一样,我们突然看到整个地方爆发了云层,但从那以后我们还没有看到很多。我们只看偶尔的。所以他们真的是彼此截然不同的星球。吉姆格林:卡西尼号太空船在土星上发现的事情之一就是这些环在某些季节真的遮蔽了这颗行星,并引起了大气层的各种变化。天王星和海王星的季节需要多长时间?艾米西蒙:关于天王星的一年大约是84 [地球]年。它的每个季节都是21 [地球]年。因为天王星的侧面是倾斜的,这意味着,例如,南极在大约40年内不会看到太阳光。这是非常极端的季节,有助于推动天气。海王星需要164年的时间才能绕太阳运行,所以差不多只有两倍,但它并没有那么极端的倾斜。至少在这一点上,我们没有能够观察到任何季节性变化,因为我们没有观察到足够长的时间。海王星的戒指暗淡无光。 他们在这里只能清楚地看到海王星从图片中消失。海王星的戒指暗淡无光。他们在这里只能清楚地看到海王星从图片中消失。图片来源:NASA / JPL Jim Green:我问我的所有客人他们是如何进入这项业务的,他们的“引力辅助”是什么促使他们前进并使他们成为今天的科学家。艾米,你的是什么?艾米西蒙:我认为我有一个双体重力辅助,实际上,第一个是当航天飞机计划到来时和莎莉骑 - 我真的想成为一名宇航员,成为火星上的第一个女人。但是,老实说,第二个是旅行者2号,当它飞过天王星和海王星时,你看到了所有这些异国情调的世界,粉红色的冰和各种蓝色的颜色,我真是被行星迷住了,我真的很想成为一位行星科学家。吉姆格林:我能引起共鸣。这些只是在我们的太空计划中发生的巨大事件,与许多其他事件一样,它们确实激励了另一代人。艾米,你已经为Goddard工作了好几年了。你是怎么成为NASA的员工的?艾米西蒙:我的开始实际上正在研究伽利略对木星的使命,我作为一名学生正在这样做,并被邀请去伽利略工作,这时我被问到是否也想帮助卡西尼号正在前往土星。我工作的乐器是在美国宇航局戈达德。所以,最终,我搬到了美国宇航局戈达德。吉姆格林:作为一名公务员,你在暑假期间为学生上班和工作提供机会。有多少学生参与了您的组织?艾米西蒙:这取决于夏天,但是在一些夏天,我们有数百名学生在中心做各种各样的项目,从工程到科学,再到我们拥有的所有不同的科学领域。吉姆格林:任何想在暑假期间工作的学生都应该访问www.nasa.gov,并搜索暑期工作。[另请参阅NASA Pathways计划:https://nasajobs.nasa.gov/studentopps/pathways.htm ]

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