编者按：《新世纪飞天梦》是中国科学院力学研究所的王柏懿和林烈两位研究员撰写的一部科普小书。它图文并茂，以通俗的语言、严谨的分析和详实的史实，展示了人类不懈追求升空飞天的艰辛历程，说明了各类航天飞行器的基本原理和主要功能，还介绍了航天大师钱学森。承蒙作者的盛意，他们同意以网络书的形式在本网站上发表全书内容。该书主要是为小学高年级和初中的学生们编写的，有些较为专深的相关知识则采用“小贴士”“知识链接”和“你知道吗？”等框图形式在文中给出。

放飞梦想，奔向深空（之四）

林烈

8.5 遥远的邻居

离开了土星，我们要去拜访太阳系中的另一个成员——天王星。那里将是一个极其寒冷的世界，要去探访它，也需要飞行更长的时间。

天王星被称为“乌拉诺斯”，他是古希腊神话中的天空之神，是宙斯的祖父。天王星与古代就为人们所知晓的五颗行星（水星、金星、火星、木星及土星）相比，由于亮度较暗，长期不为人知，直到1781年，才由英国科学家威廉·赫歇尔爵士用望远镜发现了它。它也是人类使用天文望远镜发现的第一颗行星。

天王星是一颗天青色的星球，它有一圈薄薄的光环，仔细观察，实际上这个环是由13个光环组成的。天王星还有一个可观的卫星家族，那里有大大小小29颗卫星。按质量，天王星是太阳系中第四大行星，它和木星、土星一样也是一颗气巨星。

天王星有一个大气层，其主要成分是氢和氦，在大气层中还漂浮着一些由水、氨、甲烷等凝结成的冰粒，大气顶层的温度通常在摄氏零下200度左右，这是一颗非常寒冷的行星。科学家推测，在天王星的大气层下面是由氢和氦组成的液态层，这一层的下面是处于高压下的水冰，其中可能还混杂着一些氨和甲烷，内核由岩石和冰块构成。

天王星和太阳系中其它几颗行星相比，有一些古怪。它的自转速度很快，自转一周仅需16个小时，自转方向又和公转方向相反，而且自转轴几乎和公转轴相垂直。科学家一直在寻找天王星这些反常表现的原因。

经过仔细分析和研究以后，科学家认为：在天王星形成之初，它遭到了一颗体积巨大天体的撞击。由于这次撞击，不但改变了天王星的自转方向，还撞歪了它的自转轴。这次撞击以后留下来的碎片和尘埃，后来形成了天王星的卫星和光环。看来，每一颗行星在形成的过程中，都曾经经历过痛苦的“磨难”。

由于天王星是“躺”在它的公转平面内自转，因此就出现了一个奇特的现象：它的两极交替着指向太阳，天王星的公转周期为84个地球年，这就意味着那里的一个白天和一个黑夜都长达42年。如果一个人生活在这样的星球上，面临如此漫漫的长夜，也许会发疯的。

天王星还有一颗外貌有些怪异的卫星——天卫五。天卫五的直径为472千米，主要由甲烷冰和其它一些成分组成。从外貌上看，它也是伤痕累累，同样也有无数被其它天体猛烈撞击以后留下的痕迹。如果能降落到它的上面去观察一番，也许那里到处是深沟峡谷、峭壁悬崖。

以往，我们人类只派出了为数不多的探测器对天王星作过几次飞掠式的探测，对它的各种情况了解不多，不过从初步了解的情况来看，在天王星及其卫星上，存在生命的可能性不大。详细情况还有待今后的继续研究和探索。

离开天王星以后，我们的下一站将是海王星。它是太阳系中离太阳最远的一颗行星。海王星的发现可以说是牛顿力学的胜利。1781年，发现了天王星以后，科学家发现它的运行轨道和天体力学的计算值不符，这是为什么呢？科学家推测，在天王星以外可能还有一颗行星，正是这颗行星的存在，才使天王星的运行轨道出现了偏离。科学家计算了这颗新行星的轨道，并预测了这颗新行星的位置。1846年，天文学家果然在预测的地方发现了这颗新行星，它就是海王星。

海王星和天王星一样也是一颗气巨星，组成的成分也和天王星类似。按质量计算，它是太阳系中的第三大行星。海王星也有一个浓密的大气层，而且在大气层中经常会刮起巨大的风暴。现在所观察到海王星表面的一些黑斑，它就是海王星大气层中的风暴中心。

海王星和天王星一样也有一个光环，至今已发现它有14颗卫星。

虽然海王星的情况和天王星有些类似，但海王星的卫星——海卫一却与众不同，它上面有一道独特的风景，值得我们去考察一番。

海卫一的直径为2700千米，它是英国天文学家威廉·拉塞尔于1846年发现的。海卫一有一些让人不解的地方：海卫一是一颗逆行的卫星，也就是说它围绕海王星公转的方向和海王星的自转方向相反；而且它的轨道面也是倾斜的，并不在海王星的公转轨道平面之内。它的这些不一般的“表现”，使科学家对它的“身世”产生了疑问。科学家认为它和海王星并非是在同一个行星盘中形成的，而是后来由于某种原因，是被海王星俘获的“外来户”。

科学家推测，海卫一可能来自太阳系边缘的柯伊伯带，它原本和另一颗星星组成了一个双星系统，在这个系统中，每一颗星都围绕着对方旋转，它们又同时围绕着太阳公转。当它们运行到离海王星较近的地方时，由于海王星强大的引力，“拆散”了这个双星系统，其中的一颗被海王星俘获，成了海王星的卫星——海卫一，而另一颗则“逃离”了海王星，那么这颗“逃离”的星星去了哪里呢？科学家认为它就是冥王星。其实，冥王星还没有海卫一大，它的直径仅有2300千米。

1989年，当“旅行者2号”探测器飞越海卫一时，发现海卫一上有间歇性喷泉，那里会不时地向外喷射冰冻的甲烷、氮和其它冰冻的物质。其喷射物的高度可达数十千米。我们将这种喷泉称为“冰火山”。海卫一的表面异常寒冷，大约在摄氏零下230左右。

海卫一是一颗逆行卫星，在海王星巨大潮汐力的作用下，将来会逐渐向海王星靠拢，也许将来有一天会撞向海王星，成为海王星的一部分，也有可能它会被海王星的巨大引力所撕裂，成为海王星的一个光环。

如果从海王星出发，继续往前飞行，就会到达冥王星。冥王星是美国天文学家克莱德·汤博在1930年发现的。这颗星星原来被确定为太阳系中的九大行星之一，但由于它的体积太小，还没有月球大，所以在2006年，科学家经过讨论，决定将它降格为矮行星。冥王星主要由冰块和岩石组成，内核为岩石，岩石大约占到总量的70%。它有一个较稀薄的大气层，主要成分为氮和二氧化碳。冥王星离太阳非常遥远，它绕太阳一周需要248年。现已发现冥王星有五颗卫星，其中冥卫一较大，直径为1200千米。

2006年1月，人类第一个探访冥王星的“新地平线号”探测器发射升空，开始了前往冥王星的旅途。经过长达9年的飞行，于2015年7月飞抵冥王星的附近，由于探测器的飞行速度太快，无法让它作围绕冥王星的飞行，它只能在有限的时间内，对冥王星作了一次飞掠式的探测。“新地平线号”为我们传来了许多清晰的冥王星的照片，它还探测了冥王星表面的各种化学成分。冥王星的表面地势险峻，地形复杂，上面布满了由氮、甲烷及二氧化碳等结成的冰山，那里远离太阳，是一个非常寒冷的世界。

如果越过冥王星，继续飞行，前面是否已是一个万籁俱静、空无一物的区域了呢？实际上那里并不空旷，而且还很“热闹”。上世纪五十年代，美国天文学家杰拉德·柯伊伯就提出，在冥王星以外，可能还有一个充斥着无数由大大小小冰块及岩石构成的小行星带，后来天文界将此小行星带命名为“柯伊伯带”。现在估计，在这个带内小行星的数量有数亿颗之多。至今，在柯伊伯带内已发现了近1000颗小行星，其中最大的直径达数百千米。这些小型天体的主要成分是宇宙尘埃、冰块及岩石。实际上它们都是太阳系形成过程中留下来的“化石”，对我们研究太阳系的起源很有帮助。

从某种意义上讲，柯伊伯带也是一个彗星的“仓库”。那里聚集着大大小小的各种彗星，这些彗星通常都以一个偏心率很大的椭圆轨道在绕太阳运动，当运行到离太阳较近的地方时，其表面的冰层就会被阳光烤热而蒸发，在太阳风的吹拂下形成长长的尾巴，民间称它们为扫把星。实际上，彗星主要成分是水冰，如果这些“天外来客”来到某个星球上，它就会给那个星球带来大量的水分，我们地球上的许多水也是来自于这些“天外来客”——彗星。

这个充满着小行星的柯伊伯带，离我们地球已经非常遥远，现在还很少有探测器能够到达那里。我们太阳系虽然只是银河系中的一个小家庭，但是它所“管辖”的范围已经非常浩瀚，如果我们要一一去拜访，今后还需要做出更大的努力。

完成了太阳系之旅以后，我们人类还有更加宏伟的目标，那就是飞出太阳系，去拜访银河系中的其它邻居，特别是那些和我们地球具有近似生态环境的类地行星。那里有和我们人类一样的生命体吗？如果那里也有郁郁葱葱的森林和一望无际的草原，那么，那里也许就可以成为我们人类的另一个家园。

2017年2月22日，《今日美国报》网站报道，科学家最近发现了一个类似于我们太阳系的天体群，它离我们地球大约40光年，位于水瓶座内。那里有七颗地球大小的行星围绕着一颗恒星运转，其中至少有三颗行星的条件类似于我们地球，它们的条件甚至比我们地球的条件更好，每颗行星上都有液态水，所以那里存在生命的可能性非常高。科学家正准备进一步对它们进行观察和研究，希望能够在那里找到有生命存在的证据。

飞向月球、登陆月球，只是我们人类飞天计划的第一步。我们知道，月球不过是我们地球的一颗卫星，我们的太阳系有八大行星。要知道，太阳系对于宇宙来说也只是一个小家庭，而银河系是一个大家庭，它的范围比太阳系要大得多。在这个大家庭中，大约有2000亿颗像太阳一样的恒星。这些恒星，大都也有自己的小家庭。目前，科学家已经发现了一些和我们地球环境相接近的行星。当然，要去探访银河系中的这些天体，目前对于我们来说还有许多困难，这就需要我们人类研制出更加先进的宇宙飞船。凭借我们人类的聪敏才智，在不久的将来，也许就可以实现飞往这些遥远星球的梦想。

（未完待续）