人类第一次探测太阳系行星是什么时候如题望远镜的观测,太阳系的第一次探测是由望远镜开启的,始于天文学家首度开始绘制这些因光度暗淡...
人类第一次探测太阳系行星是什么时候
如题太阳系的第一次探测是由望远镜开启的,始于天文学家首度开始绘制这些因光度暗淡而肉眼看不见的天体之际。
伽利略是第一位发现太阳系天体细节的天文学家。他发现月球的火山口,太阳的表面有黑子,木星有4颗卫星环绕着。惠更斯追随着伽利略的发现,发现土星的卫星泰坦和土星环的形状。后继的卡西尼发现了4颗土星的卫星,还有土星环的卡西尼缝、木星的大红斑。 1705年,爱德蒙·哈雷认识到在1682年出现的彗星,实际上是每隔75-76年就会重复出现的一颗彗星,现在称为哈雷彗星。这是除了行星之外的天体会围绕太阳公转的第一个证据。
1781年,威廉·赫歇尔在观察一颗它认为的新彗星时,在金牛座发现了联星。事实上,它的轨道显示是一颗行星,天王星,这是第一颗被发现的行星。
1801年,朱塞普·皮亚齐发现谷神星,这是位于火星和木星轨道之间的一个小世界,而一开始他被当成一颗行星。然而,接踵而来的发现使在这个区域内的小天体多达数以万计,导致他们被重新归类为小行星。
到了1846年,天王星轨道的误差导致许多人怀疑是不是有另一颗大行星在远处对他施力。埃班·勒维耶的计算最终导致了海王星的发现。在1859年,因为水星轨道近日点有一些牛顿力学无法解释的微小运动(“水星近日点进动”),因而有人假设有一颗水内行星祝融星(中文常译为“火神星”)存在;但这一运动最终被证明可以用广义相对论来解释,但某些天文学家仍未放弃对“水内行星”的探寻。
为解释外行星轨道明显的偏差,帕西瓦尔·罗威尔认为在其外必然还有一颗行星存在,并称之为X行星。在他过世后,它的罗威尔天文台继续搜寻的工作,终于在1930年由汤博发现了冥王星。但是,冥王星是如此的小,实在不足以影响行星的轨道,因此它的发现纯属巧合。就像谷神星,他最初也被当作行星,但是在邻近的区域内发现了许多大小相近的天体,因此在2006年冥王星被国际天文学联会重新分类为矮行星。
在1992年,夏威夷大学的天文学家大卫·朱维特和麻省理工学院的珍妮·卢发现1992 QB1,被证明是一个冰冷的、类似小行星带的新族群,也就是现在所知的柯伊伯带,冥王星和卡戎都被是其中的成员。
米高·布朗、乍德·特鲁希略和大卫·拉比诺维茨在2005年宣布发现的阋神星是比冥王星大的离散盘上天体,是在海王星之后绕行太阳的最大天体。
太空船的观测
自从进入太空时代,许多的探测都是各国的太空机构所组织和执行的无人太空船探测任务。
太阳系内所有的行星都已经被由地球发射的太空船探访,进行了不同程度的各种研究。虽然都是无人的任务,人类还是能观看到所有行星表面近距离的照片,在有登陆艇的情况下,还进行了对土壤和大气的一些实验。
第一个进入太空的人造天体是前苏联在1957年发射的史泼尼克一号,成功的环绕地球一年之久。美国在1959年发射的先驱者6号,是第一个从太空中送回影像的人造卫星。
第一个成功的飞越过太阳系内其他天体的是月球1号,在1959年飞越了月球。最初是打算撞击月球的,但却错过了目标成为第一个环绕太阳的人造物体。水手2号是第一个环绕其他行星的人造物体,在1962年绕行金星。第一颗成功环绕火星的是1964年的水手4号。直到1974年才有水手10号前往水星。
探测外行星的第一艘太空船是先驱者10号,在1973年飞越木星。在1979年,先驱者11号成为第一艘拜访土星的太空船。旅行者计划在1977年先后发射了两艘太空船进行外行星的大巡航,在1979年探访了木星,1980和1981年先后访视了土星。旅行者2号继续在1986年接近天王星和在1989年接近海王星。 旅行者太空船已经远离海王星轨道外,在发现和研究终端震波、日鞘和日球层顶的路径上继续前进。依据NASA的资料,两艘旅行者太空船已经在距离太阳大约93天文单位处接触到终端震波。
还没有太空船曾经造访过柯伊伯带天体。而在2006年1月19日发射的新视野号将成为第一艘探测这个区域的人造太空船。这艘无人太空船预计在2021年飞越冥王星。如果这被证明是可行的,任务将会扩大以继续观察一些柯伊伯带的其他天体。
在1966年,月球成为除了地球之外第一个有人造卫星绕行的太阳系天体(月球10号),然后是火星在1971年(水手9号),金星在1975年(金星9号),木星在1995年(伽利略号,也在1991年首先飞掠过小Gaspra),爱神星在2000年(会合-舒梅克号),和土星在2004年(卡西尼号-惠更斯号)。信使号太空船正在前往水星的途中,预计在2021年开始第一次绕行水星的轨道;同一时间,黎明号太空船将设定轨道在2021年环绕灶神星,并在2021年探索谷神星。
第一个在太阳系其它天体登陆的计划是前苏联在1959年都登陆月球的月球2号。从此以后,抵达越来越遥远的行星,在1966年计划登陆或撞击金星(金星3号),1971年到火星(火星3号),但直到1976年才有维京1号成功登陆火星,2001年登陆爱神星(会合-舒梅克号),和2005年登陆土星的卫星泰坦(惠更斯号)。伽利略太空船也在1995年抛下一个探测器进入木星的大气层;由于木星没有固体的表面,这个探测器在下降的过程中被逐渐增高的温度和压力摧毁掉。
载人探测
载人的探测目前仍被限制在邻近地球的环境内。第一个进入太空(以超过100公里的高度来定义)的人是前苏联的太空人尤里·加加林,于1961年4月12日搭乘东方一号升空。第一个在地球之外的天体上漫步的是尼尔·阿姆斯特朗,它是在1969年的太阳神11号任务中,于7月21日在月球上完成的。美国的航天飞机是唯一能够重覆使用的太空船,并已完成许多次的任务。在轨道上的第一个太空站是NASA的太空实验室,可以有多位乘员,在1973年至1974年间成功的同时乘载着三位太空人。第一个真正能让人类在太空中生活的是前苏联的和平号空间站,从1989年至1999年在轨道上持续运作了将近十年。它在2001年退役,后继的国际空间站也从那时继续维系人类在太空中的生活。在2004年,太空船1号成为在私人的基金资助下第一个进入次轨道的太空船。同年,美国前总统乔治·布什宣布太空探测的远景规划:替换老旧的航天飞机、重返月球、甚至载人前往火星。
8月,他首先用它观察了月球。不想,人们眼中的那个千娇百媚、美轮美奂的银盘,在他的望远镜中却成了一张千疮百孔、丑陋不堪的“大麻脸”!于是他把那些四周边缘高耸突出的圆状命名为“环形山”,而管较平坦的暗黑区域称之为“海”。更重要的是,他由此知道,月球并非是上帝创造的尤物,天堂中的东西也不一定是尽善尽美的,他相信月球和地球一样,是个有着实地的世界,说不定,在那些山洞内还可能栖息着神秘的“月球人”呢。 接着,伽利略又把目标指向了灿烂的星星,尽管在望远镜内“星星还是那个星星”,但明显地变得更加明亮了,而且还出现了众多原先肉眼无法见到的小星,由此他也成为世界上最早识破漫漫银河奥秘的人——这不是“牛奶路”,而是无数星体交织在一起的光辉!这一切也使他相信,哥白尼所说的“恒星离我们极其遥远”可能是句至理名言,不然为什么望远镜无法把它们放大呢。 伽利略望远镜原理
从那年年底起,伽利略的目光又投向了行星。1月7日,他已见到了木星那淡黄色的小小圆面,这说明行星确实比恒星近得多。同时他马上又发现木星旁边始终有4个更小的光点,它们几乎排成一条直线,连续几个月的跟踪使他确信,像月亮绕地球那样,它们都在绕木星转动,应当是木星的卫星。这说明,不是所有天体都在绕地球!所以也就成为哥白尼日心说的第一个观测依据。 为了纪念伽利略这个发现,后人还把这4个比较大的木星卫星称为“伽利略卫星”。现在知道,除了木卫二略小于月球外,其他3颗都比月亮还大,而木卫二则是目前天文学家的掌上明珠,因为它上面有着真正的水的海洋,许多迹象表明,木卫二上很可能是太阳系中第二个存在生命的星球!所以当年野蛮审讯伽利略的教皇后来发出“只要木星的光芒还在天空中闪耀,人们就不会忘记伽利略”的哀叹,成了对他最好的评价。 1610年8月,伽利略对金星的兴趣大增,因为他在望远镜内见到了它呈弯月般的形状,为了探明究竟,做进一步的研究,但他又怕被别人抢先发表出来,所以他把观测结果的那句话,重新排列成一组字谜公开(当时这也是一种保护发明权的时尚做法)。 “Hace immature a me iam frustra leguntur, O.Y.”直译的意思是“枉然,这些东西被我今天不成熟地收获了。”这35个字母的古怪句子究竟意味着什么?伽利略到底“收获”了什么?局外人是很难从中猜出端倪的。直到当年12月,伽利略才公布了他的谜底: “Cynthiae figures aemulatur mater amorum.”——“爱神的母亲仿效狄安娜的位相”。熟悉希腊神话的人都知道,爱神的母亲正是维纳斯,也就是金星,而狄安娜又正是月神的罗马名。 为什么金星会如月球那样有位相变化?这只能说明,金星不是在绕地球运动,只有它在绕太阳运转,而且距太阳比地球更近才能解释这一奇怪的天象。 此外他还发现了太阳表面上的黑子,证明太阳本身在自转着…… 这一切,都为埋葬“地心说”奠定了基础。而当时人们盛行的话是:“哥伦布发现了新大陆,伽利略发现了新宇宙。” 伽利略使用的这种望远镜比较简单,属于折射望远镜,管子两端放置两个透镜。伽利略在1609年秋天首次使用它来观测月球,然后观察木星的卫星以及太阳的黑子等。随后,伽利略将他的发现写成24页的《星座信使》(Sidereus Nuncius),并公之于众,但当时并未被迅速接受,因为当时望远镜的原理尚未明确,伽利略也无法详细说明自己的科研成果。一部分学者和教会人士认为望远镜里的景象不过是光影上的幻觉,是望远镜的瑕疵造成的。到了1611年,德国天文学家开普勒出版了《天文光学》,阐述了望远镜的原理,“幻觉说”才渐渐消失。伽利略的发现也得到了证实。
人是怎么测出太阳与地球的距离?
地球也是太阳捕获的星球,为什么有人说太阳的年龄没有地球大?
地球质量只有太阳质量的0.0003%,也就是33万分之一,所以说是太阳形成时剩下的一点渣滓毫不为过。
为什么说地球是太阳系形成时剩下的一点较重的渣滓呢?太阳系八大行星以及太阳本身的密度可以证明。
太阳是个巨大的等离子体,密度当然不大,只有1.408克/cm^3。然后我们按从小到大排列,各大行星的密度分别为:土星0.70g/cm^3;木星1.34g/cm^3;天王星1.58g/cm^3; 海王星2.30g/cm^3;火星3.95g/cm^3;金星5.2g/cm^3; 水星5.4g/cm^3。
而我们地球密度为5.518g/cm^3,在太阳系成为当然的单位重量级老大。
所有的恒星系统都是生成于一坨巨大的分子云(星云)。所有的星云开始都很稀薄,稀薄得比月球表面高度真空还稀薄许多许多倍。如弥漫星云密度只有10~100个原子/cm^3,而月球表面空间环境真空状态比地球人造真空高许多倍,密度还是有地球大气的十万亿分之一,每立方厘米达到80000个原子。
这些星云在自身引力下会慢慢聚集,经历亿万年缓慢变化,密度会越来越高。当重大天体事件发生时,如超新星大爆炸,黑洞碰撞等事件造成的引力波动,会扰动加快星云的收缩。当中心引力渐渐加大,形成坍缩之势时,不均衡的骚动就会使星云旋转起来,离心力作用使星云渐渐形成恒星吸积盘,在这个巨大的吸积盘里,中心恒星渐渐形成,边边角角在碰撞中会形成行星和小天体。
我们太阳系在形成时,中心的太阳吸取了99.86%的质量,剩下的0.14%就被八大行星和许多的矮行星、卫星、小行星、彗星等瓜分,地球有幸分到了0.0003%的质量。太阳形成时会产生强大的恒星风(带电粒子),将身边尚未被吸积的残渣余孽吹走,越轻的物质就吹得越远,越重的物质就吹不太动,只能环绕在身边。
这样就形成了类地行星(有岩石硬壳包裹的行星)在太阳系内环,如水星、金星、地球、火星;而远方的都是气态行星,如木星、土星、天王星、海王星等。
科学分析表明,地球年龄在45亿岁左右,而太阳年龄在46亿岁~50亿岁之间,这是天文学界绝大多数科学家的共识。似乎还没有哪位有影响的天文学家说过地球年龄比太阳大的话,不知这位题主从哪里听说,愿闻其详,再做讨论。
太阳系八大行星都应该是太阳系土生土长的,也没有看到比较有影响的科学论述,认为八大行星有哪颗可能是太阳捕获的。
地球在形成初期,还与一颗叫“忒伊亚”的星球撞了一架。撞击后,火星般大小的“忒伊亚”大部分融入了地球,使地球质量和体积增大一成左右,而地球和“忒伊亚”被撞上天的熔岩物质共同生成了月球,这样地球和月球就我中有你,你中有我了,血脉相连相依相伴了四十多亿年。
这个“忒伊亚”是个什么来头呢?是不是太阳系外来的流浪星球呢?迄今没有这方面的证据。更多的可能是太阳系形成初期,星球轨道还极不稳定,或许是距离地球轨道不远处形成的一颗行星,被双方引力吸引到一起吧。
地球经历了这一撞,虽然被撞歪了脖子,使自转轴与黄道面倾斜成了66°34′角,但却因祸得福,不但壮大了自己,还从此有了一年四季春夏秋冬,为生命的孕育和世界从单调变得多姿多彩创造了条件。
这是多么伟大的一撞啊,没有这一撞,很可能就没有今天的你我他,也没有今天千姿百态的生态世界。
可观测宇宙一共930亿年,人类是怎么测量出来的?
宇宙和可观测宇宙
实际上,宇宙和可观测宇宙是两回事。不过,它们之间是有关系的,简单来说就是可观测宇宙是宇宙的一部分。那宇宙的年龄和可观测宇宙的直径是如何确定下来的呢?
不过,我们在开始讲述之前,我们得先搞清楚宇宙的定义到底是什么?
简单来说,我们大概可以这么理解,宇宙是所有时间、空间与其包含的内容物所构成的集合。
这个定义有啥用呢?
其实,你会发现,在这个定义中,一个个的事件也被包含在了其中。也就是说,宇宙包含了这个宇宙中所有的事件。这听起来好像是一句废话,实际上并没有那么简单。1905年,爱因斯坦提出了4篇具有开创性的论文。
他在第三篇论文中,统一了时间和空间,认为我们不应该把两者分离开看,应该将其看成一体,也就是时空。而后来,爱因斯坦数学老师闵可夫斯基基于爱因斯坦的理论,提出了一个时空光锥的概念。把事件和时空联系了起来。
通过光锥的相关理论,我们就会发现一个问题,并不是所有的时间,都可以让宇宙所有的人同时看到,其中的约束是光速,如果你距离我们2000亿光年,那你做的一件事情,我要2000亿年后才能看到(当然,如果我还活着的话)。因此,同时性是相对的,同一件事情,不同的人看到它发生的时间也是不同的。
那我们回到宇宙的定义,宇宙是整个宇宙中事件的集合,这就意味着,我们没有办法接受到宇宙中所有事件的信息。只有当光到达了我们这里,我们才能看得到。这其实也就是关于光锥的一句很经典的话:光锥之内即命运。
而我们的可观测宇宙其实就是从宇宙诞生至今,我们理论上所能观测到的最大范围,因此,它只能是宇宙的一部分。
可观测宇宙
那问题就来,可观测宇宙的直径到底是咋样的?
其实,按照目前的理论和观测来看,宇宙并不“纯粹”是光速膨胀的。宇宙起源于一次大爆炸,在爆炸之后,宇宙的空间发生了剧烈的膨胀,从那之后,宇宙开始经历了一段长达90亿年左右的减速膨胀,而之后宇宙空间达到了如今的75%左右,也就是距今45亿年前后,宇宙开始加速膨胀,而促使宇宙加速膨胀的是暗能量。
而我们常说宇宙中存在着一种“超光速”的事件,实际上就是空间的膨胀速度,它其实并不违反相对论的光速不变原理。因此,相对论限制的是信息、物质、能量的传递速度,而不是空间的膨胀速率。而且宇宙的膨胀和我们想象中的那种具有边界在扩张是不同的,宇宙其实是整体在扩大。
我们可以举一个简单的例子,如果有个气球,那你可以在气球上点上小点,这些小点代表星系,而当你把气球最大,你就会发现在,这些“星系”就开始彼此远离,宇宙的膨胀就类似于气球这种类型的膨胀。
而我们观测到的超光速,实际上是距离我们比较远的空间的膨胀,以我们为参考系的。如果宇宙一直都是这样加速膨胀,那我们就永远看不到那边空间中的天体了。
搞清楚了膨胀,我们再来看看,可观测宇宙,就像上文说宇宙在膨胀。所以从宇宙诞生开始,有一些光就开始传播,而此刻它恰好能到达地球,这个距离还要把宇宙的膨胀效应考虑进去,通过简单的计算,我们就能得到这个距离其实是461亿光年。
那你可能纳闷,不是930亿光年么?咋就变成了461*2=922亿光年了?少了8亿光年到底去哪里?
其实多出来的这8亿光年是有道理的,要知道,宇宙在诞生之初就像一锅粒子粥,其中微观粒子互相乱撞,光子也在其中,一直没有办法摆脱。后来到了宇宙诞生了38万年后,宇宙冷却到原子结构可以形成,光子就开始宇宙中穿行。因此,我们其实看不到的不是138亿年前宇宙一诞生就开始穿行于的宇宙,而是少了38万年。
人是怎么知道地球的直径?
最早测量地球直径(半径)是这么来的
首先假设太阳光到地球是平行光,并且确认(相信)地球是球
当时希腊人大量涌入埃及,有人就发现了每年总有一天,埃及南部阿斯旺有一口竖直的井,太阳能射到井底。(设为B地),同时设地球球心为O
而与此同时,与其距离x,并且经度相同的A地【这可由水漏计时器等确认二者是等经度的】,有一个高为AD的建筑物,正午的影长为AC
于是你可以知道
此时太阳对A地的入射角α有tanα=AC/AD
由两直线平行,同位角相同,易知此时∠O=α
今已知弧长为x,圆心角为α,那么半径岂不就有……
x=αr
所以r=x/α
那么d=2r=2x/α=2x/arctan(AC/AD) 于是完成任务~
第一次测量时,α=7.2°=0.126
x=800(km)
所以地球直径算出来是d=2X800/0.126≈12700 km
经过几十次反复地测量,老人终于算出了从亚历山大古城到阿斯旺的距离,还利用正午太阳的投影计算出地球子午线的长度,然后推算出地球南北极之间的直径是12630824米。这是人类第一次推出地球的极直径。这位老人就是古希腊的科学家埃拉托色尼。
经过了1763年,到1553年春,巴黎的费涅尔博士乘着马拉的轿车,驶向避暑胜地亚眠。他一面闭目养神,一面数着车轮的转数。车到亚眠,他量了一下轿车轮子的直径,坐下来就算起来了。不一会儿,博士就算出了巴黎到亚眠的距离。接着,他也利用了正午太阳的位置,算出极直径的数值是:12680253米。
又过了近200年。1735年5月16日,一艘法国军舰护送着一支由天文学家、数学家和制图学家组成的考察队,从法国的拉罗舍尔港出发,直驶南美。舰上配备着当时最新的测链、转镜经纬仪、望远镜等仪器。经过8年的考察,1743年,他们宣布了极直径的数值:12707216米。1841年,著名的德国天文学家贝塞耳精心计算了关于地球的一系列数据。他宣布,地球的极直径应该是12712156米。第二次世界大战结束后,美国空军利用先进的航空测量技术,又作了一次更为精确的测量。结果是12713756米。60年代初,科学家借助于人造卫星和电子计算机,算出了极直径是12713884米。
1976年,国际天文学家联合会宣布了地球赤道半径的数字,根据这个数字推算,极直径应该是12713510米。
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