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托福阅读机经之天文篇

2014-04-14 11:56   我要纠错 | 打印 | 收藏 | | |

导语外语教育网小编整理了托福阅读机经之天文篇,希望对大家有所帮助。更多托福免费精彩内容,敬请关注外语教育网。

木星,一个太阳系中的无冕之王。他有着伟岸的身姿,“重量级”的身份,更是身受群臣膜拜。木星的周围环绕着66颗卫星,他们就像最忠实的臣子,千万年桓古不变,拱卫在君王之旁,忠实的履行着自己的责任,千万年来,不知道为自己守护的“君王“承受过多少来自宇宙的打击,经历多少岁月的洗礼,哪怕粉身碎骨,仍然按照自己的轨迹默默地走下去,他们是最忠诚的卫士。

自从伽利略在1610年发现木卫三(英文名:Ganymede)至今400多年里,还未发现过超越他的卫星,它直径约5262公里,比行星水星和矮行星冥王星还要大,但是质量确是水星的一半,而且是迄今为止发现的太阳系中唯一拥有自己磁层的卫星,种种特征都可谓是独一无二。木卫三的表面,一部分由复杂的沟壑和山脊构成,另一部分则是密布着的陨石坑,他的地质由硅、氧化合物掺杂着多种金属构成,另外还蕴含着一些冰体。木卫三本体分层明显,地核由大量流动的熔铁构成,根据星体表面及大气等特征,推测在木卫三表面之下200千米处存在一个被夹在两层冰体之间的咸水海洋。木卫三地质年龄估计有40亿年之久;而地球的天文年龄约为45.5亿年,而天文年龄要大于地质年龄,所以我们无法分清他和地球谁大谁小。

伽利略在确定木卫三是围绕木星运行时,曾考虑过“科斯米安卫星”的名字,但最终将之命名为“美第奇卫星”。关于木卫三的命名还有好多种形式,直至20世纪中期才普遍使用“加尼美得”。在早期的天文学文献中,该卫星均以罗马数字作为指代(该体系由伽利略提出),即被称为木卫三或“朱庇特的第三颗卫星”。后来随着土星的卫星群的发现,基于开普勒和马里乌斯建议的命名系统开始被用于指称木星的卫星。木卫三加尼美得是伽利略卫星中唯一一颗以男性人物名字命名的。希腊神话故事中加尼美得是特洛伊城的王子,因为长相异常英俊被宙斯(也就是罗马神话中的Jupiter)看中带入神界,做了一名负责倒酒的侍童。另外,中国科学史学家、天文学家席泽宗认为,这颗卫星早在前362年就由东周战国时代的天文学家甘德发现,比伽利略和马里乌斯早了两千多年。不过这种说法没有得到国际普遍的认可。

木卫三的轨道距离木星1070400公里,是伽利略卫星中距离木星第三近的,其公转周期为7天3小时。和大部分臣子与君王的关系一样,木卫三也为木星所节制,永远都以同一面面向守护的君主。它的轨道离心率很小,轨道倾角也很小,接近于木星赤道,同时在数百年的周期里,轨道的离心率和倾角还会以周期函数的形式受到太阳和木星引力影响,这种轨道的变化使得其转轴倾角在0-0.33°之间变化。

木卫三和木卫二、木卫一保持着轨道共振关系:即木卫三每公转一周,木卫二即公转两周、木卫一公转四周。当木卫二位于近拱点、木卫一位于远拱点时,两者之间会出现上合现象;而当木卫二位于近拱点时,它和木卫三之间也会出现上合现象。木卫一到木卫二和木卫二到木卫三的上合位置会以相同速率移动,遂三者之间有可能出现三星上合现象。这种复杂的轨道共振被称为拉普拉斯共振。拉普拉斯共振是如何形成的。现今存在两种假说:一种认为这种状态在太阳系形成之初即已存在;另一种认为这种状态是在太阳系形成之后才发展出来的。一种可能的形成过程如下:首先是由于木星的潮汐效应,致使木卫一的轨道向外推移,直至某一点与木卫二发生2:1的轨道共振;之后其轨道继续向外推移,同时将部分的旋转力矩转移给木卫二,从而也引起了后者的轨道向外推移;这个过程持续进行,直到木卫二到达某一点,与木卫三形成2:1的轨道共振。最终三者之间的两对上合现象的位置移动速率保持一致,形成拉普拉斯共振。

木卫三的形成可能由木星环绕着的星云的吸积作用所诞生,——即在木星形成之后环绕于其四周的、由气体和尘埃组成的圆盘。木卫三的吸积过程持续了大约1万年,相较于木卫四的10万年要“轻松”得多。当伽利略卫星开始形成之际,木星次星云中所含的气体成分已经相对较少;这导致了木卫四较长的吸积时间。相反,由于木卫三是紧接木星之后形成的,这时的次星云还比较浓密,所以其吸积作用所耗时间较短。相对较短的形成时间使得吸积过程中产生的热量较少逃逸,这些未逃逸的热量导致了冰体的融化和木卫三内部结构的分化:即岩石和冰体相互分开,岩石沉入星体中心形成内核。在这方面,木卫三与木卫四不同,后者由于其较长的形成时间而导致吸积热逃逸殆尽,从而无法在初期融化冰体以及分化内部结构。这一假说揭示了为何质量和构成物质如此接近的两颗卫星看起来却如此得不同。

随着人类发展和科技的进步,人们对木卫三的了解也逐渐加深,人们曾多次发射飞掠过或绕木星运行的探测器对木卫三进行了仔细勘查。其中的第一批是先驱者10号和先驱者11号,两者传回的关于木卫三的信息较少。之后旅行者1号和旅行者2号于1979年飞掠过木卫三。它们精确测定了它的大小,最终证明它的体积要大于土卫六,后者曾被认为大于前者。此外,这两艘飞船还发现了木卫三上的槽沟地形。

1995年,伽利略号进入环木星轨道。在1996年至2000年间,它共6次近距离飞掠过木卫三。这6次飞掠被命名为G1,G2,G7,G8,G28,G29。在最接近的一次飞掠——G2——中,伽利略号距离木卫三表面仅264千米。在1996年的G1飞掠中,它发现了木卫三的磁场。后来又发现了木卫三的地下海洋,并于2001年对外公布。伽利略号传回了大量的光谱图像,并在木卫三表面发现了数种非冰化合物。最近前往近距离探测木卫三的探测器是新视野号,它于2007年在前往冥王星的途中飞掠过了木卫三,并在加速过程中拍摄了木卫三的地形图和构成图。

说到木卫三,就不得不让人联想到木卫四 (英文名:Callisto)。木卫四也是木星群臣中忠诚的代表,他的贡献毫不逊色于木卫三,他表面的陨石坑已达到饱和,随便一次撞击都会覆盖从前留下的陨石坑。木卫四拥有一层非常稀薄的大气,主要由二氧化碳构成。探测器伽利略号上的近红外测绘分光仪勘查到该大气层的吸收特征,从而证实了它的存在。不过这层大气非常稀薄,仅仅需要四天,组成它的物质就会消耗殆尽,所以该大气一定源源不断的得到了补充,补充来源可能是从该星体冰质地壳中升华出的干冰,这也与该星体表面明亮地区瘤状地形的冰体升华形成设想相吻合。

木卫四的电离层则是在伽利略号的数次飞掠中被首次发现,其高电子密度与大气中二氧化碳的光致电离作用的效果不相符。所以有人猜测木卫四大气层的主要成分应该是氧气(含量为二氧化碳的10倍到100倍),但是尚未在该大气中探测到氧气的存在。所以这也成为了一个令人费解的谜团,又或者是一种我们目前无法探知的成分。如同木卫二和木卫三一样,也有人认为在木卫四表面之下的咸水海洋中可能存在着外星生命。但是较之木卫二和木卫三来说,木卫四上的环境显得相对恶劣,主要是因为:缺乏可接触的岩石物质、来自星体内核的热通量较低。科学家特伦斯·约翰森这样论述木卫四和其他伽利略卫星上生命存在可能性的问题:“ 构成生命的基本材料——我们称之为“前生命时期物质”——在许多太阳系天体,如彗星、小行星和冰卫星中含量都十分丰富。生物学家相信液态水和热量是支撑生命必不可少的,所以能够在另一个天体上发现液态水是十分令人振奋的。但是,对于木卫四来说,至少在目前阶段,热量是一个大问题,它上头的海洋主要依靠放射性元素衰变加热,而离木星相对较近的木卫二则能够依靠引力潮汐产生更多的热量。 ”基于如上的考虑和其他科学观测,木卫二被认为是伽利略卫星中最可能存在生命的天体。

万物皆有灵,生命的本源是存在,区别只是在于生命的表现形式,我们怀疑木卫四是否存在外星生命的同时,却忽略了木卫四本身就是一种生命的形态,就像我们常说的星球寿命多久多久,其本身也是一种我们无法理解或者感知的生命形态,所以究其生命存在不如探知其何为我所用。在2003年,美国航空航天局针对人类未来对外太阳系的探索进行一项被称为“人类外行星探索”的概念型研究。在详细审议中将目标定位木卫四。科学家们认为有可能在木卫四表面建立一个基地,从而为太阳系更深空间的探索提供燃料支持。在木卫四上建立基地的好处在于它的较低辐射和地质上的稳定性。同时它还能为进一步探索木卫二提供便利支持,也是在木星系中设置前往更远的外太阳系空间飞船的维修站的理想地点——在离开木卫四之后,飞船可以通过近距离飞掠木星获得重力助推。所以说木卫四对人类未来的发展作用在于其战略位置和生命形态,它将是人类征服太阳系的一块跳板。

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