旅行者 - 2号以每秒22公里的速度从天王星的云顶8万公里处掠过。旅行者 - 2号自发射后经过8年时间的漫长路程,但与天王星会合只是一瞬间的事。在最接近天王星前后的6个小时内所发回来的数据,远远超过了自年天王星发现以来从地球上观测所获得的数据。天王星离地球极远,是太阳系中第7颗令人迷惑的行星。由于旅行者 - 2号的探测,使得我们仿佛亲临其境有在天王星边上擦过之感,同时也产生了很多新的谜,这次探测的主要成果如下。
最大的谜磁轴与自转轴不一致
天王星有没有磁场?这在以前是没有观测到的。根据旅行者 - 2号的探测,明白了天王星也存在着磁场。它的磁场强度在赤道附近是0.25高斯,比地球的磁场0.31高斯稍微弱一点。问题是磁场的中心线,亦即磁轴与自转轴之间有55度的偏移。由此,在太阳系的行星中磁轴与自转轴基本一致的这种通常说法就被这种发现所推翻了。
类似极光的发光现象
大气组成和温度天王星的大气层上部主要是氢,混有少量的氦和甲烷,大气层的高度随着甲烷多少而改变。过去一个时期曾猜测天王星的大气中氦含量约为40%,但根据旅行者 - 2号的探测,氨含量大约为15%,这个组成比例与木星大气成分中氦含量的10%相类似。
另外,也明白了天王星的大气层上部,现在向着太阳一侧的南极其温度为450℃ ~ 480°C,而背着太阳的另一侧其温度为700℃-730℃。不知道什么缘故不向阳的阴暗面其温度反而高。对此,科学家曾认为在天王星上不是没有冷却系统的吗?这个谜正有待于去揭开。
极光天王星的大气层为天王星半径的2倍,达到了5万公里的高度,旅行者 - 2号观察到了大气中的氢分子与带电粒子相碰撞所放射出来的紫外线。由于这些带电粒子是由太阳喷射出来的正电子、电子、氢离子等所形成的磁场而产生的等离子区,因此,这种紫外线辐射称之为电子发射。电子发射只在有太阳光的地方发生,这与地球上由极光产生的发光现象相似,在天王星的内侧的磁极附近也能看到。
地球的极光是在磁力线集中的北极和南极上空,由带电粒子与氧和氮分子冲撞而产生的神奇色彩,在天王星上好像是由带电粒子与氢分子冲撞而产生的。
放射线带根据旅行者 - 2号的探测,天王星和地球相似、也存在放射线带。在这个放射线带里的等离子区的温度约高达2亿8000万摄氏度以上,可以说它是由磁力线所截获到的高能正电子和电子所形成的。
十一个光环
光环根据以往的观察,只知道天王星有九个光环。这次旅行者 - 2号在E环外侧同至δ环内侧之间发现了一个光环。另外,在最靠近天王星的一个光环内侧也发现了一个模糊不清形似绸带状的光环,因此天王星总共可以观察到十一个光环。
以往观察到天王星各个光环的宽度以E环为最明显和最宽,其宽度为100公里,这次旅行者 - 2号在最内侧发现的一个光环,其宽度为3700公里,这相当于土星光环的宽度。
这样,从地球的方向来看,当太阳光从天王星内侧透过时,可以证实有十一个光环,每个光环是由很多细的光环所构成,同时,细光环之间漂浮着一些极微小的粒子。
根据旅行者 - 2号的探测,土星的光环是由1000个以上的细光环所构成,天王星也是如此,其构成光环的粒子大小以E环为例,如将电波射至E环,根据反射率等来加以计算,可以知道大部分是直径1公里以上的球体,这与构成土星光环的无数微粒,以至直径为数厘米的超微粒子相比,可以说构成天王星光环的粒子是极大的。
羊倌卫星在最外侧的E环两侧夹着和围绕着两颗羊倌卫星。这种羊倌卫星可能是宇宙中极微小的粒子环绕不知名的星体旋转而成为闭合的光环形成的。旅行者-1号也在土星的光环上发现类似的羊倌卫星。由于对构成光环的无数粒子来看、好像是管理羊群的羊倌那样,所以称之为羊倌卫星。天王星也有类似的羊倌卫星。各颗羊倌卫星的直径约为15 ~ 20公里,非常之小。
在羊倌卫星发现之前,旅行者 - 2号已在E环外侧发现了8颗卫星,它们的直径略微大于50-130公里。从地球上可以观察到天王星有5颗卫星,如再加上旅行者 - 2号新发现的10颗卫星(包括2颗羊倌卫星),那么天王星总共有15颗卫星。
以前在地球上观察到的天王星5颗卫星、由于它们极暗,故而在地球上不可能进行详细的清晰的观察,但这次旅行者2号已传来了惊人清晰的近距离卫星照片。
卫星上复杂的地壳构成
天卫五这是地球上观察到最靠近天王星的一颗卫星,它在离天王星中心13万公里的地方围绕天王星旋转,是一颗直径为500公里的小卫星。旅行者 - 2号在距它31000公里的地方掠过,卫星照片的分辨率可以达到600米。天卫五的表面是由许多火山口、洼地所构成,地沟纵横起伏。由于地壳的变动,在卫星照片上可以观察到的断层和火山口洼地极大,直径约为30公里,而地沟可深达数公里,这些复杂的地壳结构反映了卫星的变化过程。
天卫一它是最靠近天王星旋转的第二颗卫星,其直径为1330公里,整颗卫星的太阳光反射率为52 ~ 30%,因此是地面上观察到5颗卫星中最明亮的一颗。根据旅行者 - 2号在距该卫星128,000公里处所拍摄的卫星照片来看,卫星表面有细状的断层结构,走向复杂,并可观察到很多火山洼地。另外,其它一些照片的阳光反射率竟高达45%,这大概是由于水结成冰反射的缘故。
天卫二该卫星是5颗卫星中光反射率最低的一颗,因此很暗,从地球上观察几乎看不到,所以有“黑色天使卫星”之称。根据旅行者 - 2号拍摄的照片来看,卫星表面大部分被火山口、洼地所覆盖。
天卫三是天王星诸卫星中第二颗大卫星,直径为1600公里,其表面遍布很多火山口和洼地,可以观察到峡谷地带向两个方向延伸,峡谷宽度为50 ~ 100公里。长度可达数公里。另外,还可观察到卫星表面有非常活跃的地壳变动现象。
天卫四它是在最外侧围绕天王星旋转的一颗最大卫星,直径为1630公里,中央部分最引人注目的是一些极大的火山口洼地,以及高达6000米的高山,火山口的底部被一些黑色的物质覆盖着,看来这可能是火山口形成后喷出的含有碳素的物质冻结所形成的。
[科学朝日[日],1986年第4期]