太阳系的行星及深空探测

传播11

一、飞天的尝试

  飞天是人类深深的情结。经过数代人不懈的探索，最终成功了，有了飞机、卫星、飞船等。但人类还不知足，晚上望着天上点点的繁星，总想飞上去看看：那里有没有仙女？有没有嫦娥？有没有与我们不一样的东西？这就是人类的好奇心，可能与生俱来。







从鸟得到启示


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千万次失败后，人类成功了！







      飞机像鸟一样飞来飞去，火箭把卫星送上了天，把探测器推离了地球。





    回望上世纪（20世纪），最激动人心的技术成就当是航天技术和发明计算机。这两件事对当今世界影响太深远了，是人类文明中最靓丽的伟大成就！



二、飞离地球的早期尝试



路径

月球—火星--其它星--离开太阳系.

  1957年10月4日，前苏联成功发射世界上第一颗人造地球卫星。卫星可以离开地面，但只是绕地球运行，还没有离开地球。



   1959年，前苏联发射“月球1号”探测器，这是人类发射的第一个星际探测器，也是第一个几乎摆脱地球引力场的航天器，发射两天后它从距月球5995千米处掠过（月球）。

  1969年，美国人在月球上登陆，人类的脚印首次印在了另一个星球上。



    1964年11月,美国发射火星探测器“水手4号”，飞行八个多月后从火星表面9800千米上空掠过火星，这是人类第一枚成功到达火星并发回数据的探测器，也是人类首次完全摆脱地球束缚、到达与地球相同地位的另一颗行星上的伟大壮举。对人类而言，也许地球不再是唯一的摇篮了！

    2021年，中国的“天问一号”探测器在火星上登陆，这是我国首个深空探测器（比美国晚了57年），由此迈开了深空探测的第一步。


    以后，人类一发而不可收拾，在50多年的时间，先后探测了太阳系中地球以外的八大行星，给它们拍照、采样，然后传回数据进行研究。
三、太阳系的行星







  离太阳最近，向阳面430℃。“一年”只有88天（公转，地球年），而“一天”则为58.8天（地球日）（自转较慢）。

水星

最早探测：1974年，美国



    固态行星，蛮荒之地。表面重力加速度3.9m/s²



  固态行星。天上最亮的那个星，黄昏或黎明时才能能看到。公转周期为224.7天，自转周期为243天，一天也太漫长了！

金星

最早探测：1962年，美国



  表面温度可高达500°C！表面重力加速度8.78m/s²。



   固态行星，公转周期为687天，自转周期为1天，表面-63 ℃。人类好想移民火星！

火星

最早探测：1964，美国



  火星的表面像地球的戈壁滩，重力加速度3.7米/秒²。



  太阳系体积最大、质量最大的气态行星，公转周期12年，自转周期10小时，表面温度-168℃。

木星

最早探测：1972，美国



重力加速度24.9米/秒²。



  太阳系第2大行星，公转周期29.6年，自转周期10.6小时。表面温 度：-191℃~-130℃。

土星

最早探测：1979年，美国



  气态行星，表面重力加速度10,44米/秒²。



  冰巨星，内核由冰和岩石组成，可能有水。公转周期83.7年，自转周期17小时。

天王星

最早探测：1986年，美国



表面重力加速度8.7米/秒²。表面温度-216 ℃。



海王星可能有一个固态的核，其表面可能覆盖有一层冰，质量是地球的17倍。公转周期60年，自转周期16小时。表面温度-214℃。

海王星

最早探测：1989年，美国



  表面重力加速度11.2米/秒²。大气压强约为地球大气压的100倍。



    一颗人类知之最少的行星。2005年被国际天文联合会(IAU)从太阳系的行星中除名。2015年首次近距离拍摄到 ，人数首次清晰看到它的芳容。公转周期248年，自转周期163小时（6日又9小时）。

冥王星

最早探测：2015年，美国



    冥王星的成份未知，冥王星可能像海卫一一样是由70%岩石和30%冰水混合而成的。表面重力加速度0.655m/s²。表面温度-223℃。



     其实，太阳系行星中，最美丽最动人最温馨的第三大行星则是我们的共同家园--地球。地球的大小、结构、运行轨道、运行速度、倾斜度，地球的大气、磁场、温度等等，是那么完美和谐，使得我们能呼吸空气、沐浴阳光，自在成长。

  这一切都应该感恩太阳母亲源源不断的能量赠与和其它兄弟姐妹行星的庇护，感恩太阳系形成时的大爆炸和宇宙创生时的大爆炸：那样的不偏不倚，生命产生了，人类出现了，并创造了自己的文明！



    人类对太阳系行星的认识仍然很少，至今还没有踏足任何一颗（地球以外），只是发射探测器。

    2022年，美国宇航局（NASA）发布未来十年重要探测任务：把对太阳系的了解作为下一个十年（2022年到2032年）的探索重点。

    2022年，中国国家航天局宣布，计划在2030年前后发射天问四号，作为一枚“二合一”探测器，将先后考察木星、天王星。



四、天空的大小

关于天空的大小--

宇宙不可思量？？？？

宇宙

”

    天空有多大？这可能是一个人类思维无法触及的话题！





    宇宙的尺度450亿光年（半径），还不知道这半径之外是什么东西呢！（光年，长度单位，1光年为光1年传播的距离，约为9.5万亿千米。）

   我们还是先看看银河系和太阳系吧，那还是可以思量的。



    面对银河系千千万万的恒星，太阳系、地球不过沧海一栗，人类更谈不上什么啦。



    海王星（或冥王星）轨道的外侧，有一个由很多小行星组成的行星带，叫做柯伊伯带。柯伊伯带以内，太阳系比较拥挤，汇聚了九大行星和众多的小行星（带），人类的探测器目前也刚刚飞出柯伊伯带。柯伊伯带的外则，则是几乎无边无际，空无一物的奥尔特云（太阳抛射的粒子组成），奥尔特云的外缘就是我们所说的太阳系边界（太阳粒子飞了40多亿年才到达那里），其直径为10万个AU（1AU=1.5亿千米，为地球到太阳的距离，称为1个“天文单位”），合15万亿公里（千米）。

    这距离太远了，从地球出发，坐上当今人类最快的飞行器（每秒飞19.2千米），需2.9万年！而要走出银河系，真不敢再想了！



太阳系及附近的星系



    在奥尔特云边界的外侧，则是另外的星系了。这些星系目前可通过望远镜观测，而人类的探测器可能还需数万年才能到达！

五、飞离太阳系的探测活动

    仰望星空，还要脚踏实地，人类一直在行动。至今，人类有5个探测器正不分昼夜地飞离地球，飞出太阳系。



注意看这5个探测器行进的方向

（1）“先驱者10号”探测器。1972年由美国宇航局（即NASA）发射，在飞行30年后，于2003年1月失去联系，目前正朝着金牛座的方向前进，将在200万年后抵达那里。

（2）“先驱者11号”探测器。1973年由美国宇航局（NASA）发射，1995年11月失去联系，目前正朝着天鹰星座行进，将在400万年后抵达那里。

（3） 旅行者2号探测器。1977年8月由美国宇航局（NASA）发射。于2018年12月突破日球层顶，成为第二个确定进入星际空间的人类探测器；至2021年，距离太阳188亿公里。

（4）“旅行者1号”探测器。1977年9由美国宇航局（NASA）发射。于2012年8月进入星际空间，至2021年已飞到距离太阳225亿公里的区域，2025年它在耗尽所携带能源后也将与地球失去联系，成为漂浮在宇宙中的一艘“流浪探测器”。（还会沿目标方向继续飞行）

（5）“新视野”探测器。2006年美国宇航局（NASA）发射，这是继伟大的先驱者10号、先驱者11号、旅行者1号和旅行者2号之后，第五个飞离地球的人类探测器，也是目前飞得最快的飞行器。








  探测器带去了地球的方位、人类形体及语言（包括普通话、粤语和闽南语）、简单数学、重要物品及制作该探测器的科学家姓名等信息。以期上万年、数亿年后遇上宇宙的智慧生物--人类的朋友。



看到了什么？

  五十多年来，这些探测器在飞离地球过程中，除了飞掠、探测、发现火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星（包括它们的卫星）和柯伊伯带的小行星外，还没有其它的发现，没有找到地外生命，没有找到人类的朋友。但新视野号首次拍摄到的冥王星和柯伊伯带的小行星照片足够让人类惊掉下巴！

  当这些探测器离开柯伊伯带，飞入奥尔特云，在往后的数万年甚至数百万年时间里，将不会再遇到任何东西，没有回程，而是孤独地奔向没有目的地的远方......



冥王星，2015年拍摄



“天涯海角”小行星（编号486958），2019年拍摄

     （6）新一代星际探测器。2021年，美国约翰・霍普金斯大学天体物理学星际探测器团队提出一个雄心勃勃计划：他们研制的新一代星际探器将穿越日球层，达到距离地球1000AU的区域！(即1500亿公里，这也是一个非常遥远的距离，若以新视野号速度计算，需要飞292年才能到达！)到时，探测器将深入星际介质 —— 到达太阳系的宇宙虚空区域，“这将是我们首次从太阳系外侧拍摄日球层，看看我们的太阳系家园是什么模样！”





探索无止境



    对宇宙的探索需要全人类的共同努力，需要人们打破自家的藩篱，走出寨门、国门，来到国际合作的舞台，才更有所作为。

    制作飞行几十年几百年甚至上百万年的飞行器，不仅需要非凡的智慧，还需要巨大的资金投入，需要国家间的合作。

    宇宙时间太漫长，几十年几百年只是一瞬间，需要一代代人接力，去追逐那无边远方的微弱星光，才使人类的希望之光不致熄灭！



【后记】继“飞离地球，飞向奥尔特云（一）”“飞离地球，飞向奥尔特云（二）”和“探测太阳系的行星”后，推出第四篇关于星空探测的科普读物，文中的的数据、图、概念和理论均经多方求证，采用现今流行和公认的文献。如果推文能使您对宇宙探索和物理学有所了解和感悟，正是笔者之期冀。

【作者简介】潘仕恒，广州市白云中学教师，高中物理正高级教师，广东省中小学名教师工作室主持人，广州市基础教育系统名教师。

  2023年8月15日，于广州。