大家一起来想象下,红矮星 白矮星星系的行星的天空会是怎样的

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红矮星周围可能存在外星人 寻找外星生命目光转向红矮星
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评论: |原作者: 伤我心太深
搜寻地外文明的科学家把目光投向了红矮星,期望能有一个大发现。红矮星周围可能存在 寻找外星生命目光转向红矮星银河系中的明亮恒星要让位给那些更暗弱的恒星了吗?恐怕是的,较小的恒星也许是在我们的近邻中搜寻地外生命的最佳场所。当然,这个猜想无疑超出了传统的观念。半个多世纪以来,志在搜寻地外文明的天文学家专注的目标一直是类太阳恒星。这一选择并非盲目:科学家通常假设,如果一颗G型恒星(即类太阳恒星)的周围环境适宜我们人类,那它也利于外星人。
红矮星开普勒-186行星系统宜居带(墨绿色环形)与的比较
但是,还有其他一些恒星,它们距离我们更近、数量也更多,甚至可能更适宜智慧生命生存。它们就是暗弱的红矮星。大量的宜居地在一个漆黑的地点,如果你仰望夜空,就算不借助望远镜也能看到数百颗恒星。这无疑是一幅美景,但你看到的并不是绝大多数恒星的代表,就好像红树林不能代表树林一样。肉眼能看到的大部分亮星都是巨星或者超巨星,后者的质量是太阳的10倍以上,光度也比太阳大得多,这也正是从地球上看它们如此明亮的原因。
红矮星开普勒-138周围存在一颗火星大小的行星(艺术概念图)。
这些大质量恒星之所以格外明亮,是因为光度和质量并不呈线性关系。恒星的质量增大10倍,其光度可以增大3000倍。由此,超巨星成为夜晚的超级明星,虽然数量稀少——超巨星占所有恒星总数的比例不足0.2%,但主宰着夜空。这就像顶尖球手,人数不多,但知名度很高。这个质量—光度关系也适用于小质量恒星。一颗质量仅有太阳1/10的恒星,被称为红矮星,其光度只有太阳的0.08%。正因为如此小的光度,所以红矮星很难被看到。没有望远镜的帮助,肉眼连一颗红矮星都看不到。在北天,6光年远的巴纳德星是距离我们最近的红矮星,视星等9.5等。在南天,比邻星的距离更接近,只有4.23光年,但这颗红矮星的亮度更暗,只有11等。那么,这和寻找地外文明又有什么关系呢?虽然红矮星的光度很小,但它们的数量可以弥补这一点。它们主导着银河系,占据了恒星总数的绝对多数。这应该不会让你感到惊讶,因为大自然经常会以“小则多,大则少”的方式行事,例如田鼠与大象。根据天文观测的结果,在太阳附近有74%的恒星是红矮星。它们也许很小,但其总体对银河系质量的贡献超过了其他任何类型的恒星。虽然到处都是红矮星,但寻找地外文明的科学家几乎没有正眼看过它们。因为他们认为,红矮星有一些尴尬的特性,使得它们不太可能适宜真正高等的生命。不利因素红矮星的第一个缺点是,它们的能量输出功率太低。如果在红矮星周围存在宜居行星,它们必须要能节省下一丝一毫的能量。否则,它们的温度将不足以在其表面维持住液态水。为此,这些行星绕其宿主恒星公转的轨道会比水星绕太阳公转的轨道还要小。靠得这么近是要付出代价的。这些行星很快就会被潮汐锁定,就像月亮被地球潮汐力锁定一样。它们的自转周期和轨道周期将会同步,使得其一个半球会无休止地被其宿主恒星炙烤,而另一个半球则沉浸在没有尽头的瑟瑟寒夜之中。这听上去就像是一场气候灾难,因为在黑夜的一侧空气都会凝固,到处都是白雪皑皑。对陆生的生命体来说,缺乏空气是要命的。第二个问题来自其低光度的另一个后果。红矮星的表面温度从3150℃至3260℃不等。相比之下,太阳的温度要高得多,接近5540℃。因为它们的表面温度较低,红矮星辐射出的光能就较少,而且这些光还会偏向光谱的红端。它们会发出大量的低能光子,高能蓝色光子的数目则很少。因此,一些科学家认为,红矮星发出的光不足以驱动光合作用。另一个值得关注的问题是红矮星周围宜居带的范围很小。在一颗恒星周围环状的宜居带内,适宜的温度使得行星可以维持液态水的存在。与质量更大、光度也更大的恒星相比,暗弱恒星周围的宜居带范围会更小。这表明,围绕红矮星公转的行星位于这一宜居带内,并且能够演化出生命的概率也较小。对红矮星不利的最后一个因素是,它们周围的空间天气很恶劣。红矮星的表面会不时出现巨大的耀斑,释放出的大量辐射对紧靠它的行星上的生命来说是致命的。这些缺点使得红矮星一直被排除在搜寻地外文明的首选目标之外。然而,新的观点和数据表明,这些遍布银河系的恒星也许受到了不公正的对待。宜居之地对搜寻地外文明来说,对红矮星最严厉的批评一直是潮汐锁定问题。一颗酷热和严寒兼备的阴阳行星不太可能是生命的理想选择。在这样离谱的气候中,即便是嗜极微生物也难以生存。但是,对一颗行星来说,一半是炙烤下的岩石、另一半是冰冻的海洋,没有任何大气,这不是严峻的环境,而是把问题想得过分简单了。只要密度尚可,任何大气都能够维持住自身,免于固化成冰。而且当行星的两个半球之间有巨大的温度差时,会立即形成风,气流会把热量从高温的一侧输送到低温的一侧。这将防止空气凝结成冰。10多年前,就有天文学家开始研究这当中的细节,建立起计算机模型来描述拥有二氧化碳单一大气成分的潮汐锁定行星。如果这些被模拟的行星拥有地球大气质量10%以上的大气层,就会有足够的热量被传递到其背阳的一侧,防止其封冻。如果其大气层能更厚的话,温度不高不低的海洋就能覆盖行星表面的大部分区域。
此外,海洋可以为调控极端温度提供进一步的机制。正如地球上的墨西哥湾暖流可以把热带的热量输送到英国和斯堪的纳维亚,红矮星旁行星上的洋流也能防止其背阳侧的水体封冻结冰。最近,有天文学家计算发现,任何含水的潮汐锁定行星都会在其向阳的半球迅速形成厚厚的云层。这可以降低该半球的温度,是另一种提高红矮星旁行星宜居指数的机制。根据这些模拟结果,现在人们对潮汐锁定行星的看法相比过去要乐观得多:不再是一个没有空气的两极分化行星——要么是炽热的沙漠,要么是冰封的海洋。现在认为,潮汐锁定行星也能有温和的气温,一个半球阳光明媚,另一个半球是黑夜,那里的气候和地球一样,液态水和大气层也适宜和繁衍。如果生命存在于这些绿洲中,它们可能会展现出一些有趣的适应性。没有了昼夜或季节变化,植物可以不间断地生长。由于太阳总是位于天空中的同一位置,因此叶片或者其他聚光的部分就无须调整自己的位置。对这些行星上的高等生命来说,考虑到恒星的位置固定不动,架设高效率的光伏发电装置应该不在话下。我们最熟知的潮汐锁定天体是月亮,一个不毛之地。由此,我们偏向于认为,如果一颗行星没有昼夜交替,即如果它的自转角速度等于公转角速度,那它就不太可能是智慧生命理想的栖息地,但事实似乎不是这样。宜居地带即便科学家对在红矮星旁的行星上存在生命的可能性持乐观态度,但他们仍需知道到底有多少这样的行星。在太阳系中,宜居带位于距离太阳0.8个至2个天文单位之间。换句话说,它从金星的轨道外开始,到火星附近结束。但对红矮星来说,其宜居带尚不足太阳系的一半,通常只有零点几个天文单位宽。这么小的范围意味着绝大多数红矮星的宜居带可能是空荡荡的。不过,看一下我们的太阳系。相对于空旷的外太阳系,内太阳系中挤满了行星。这暗示,红矮星周围可能也存在一些有吸引力的行星。开普勒空间望远镜的观测数据表明事实确实如此。天文学家研究了开普勒空间望远镜观测的3897颗红矮星,其中有6 4颗拥有行星候选体。根据这些样本估计,有16%的红矮星在其宜居带中拥有地球大小的行星。这是一个相当大的比例,如果你将其外推到整个银河系——假如银河系的2000亿颗恒星中有75%是红矮星,那么在它们周围就会拥有240亿颗宜居的地球大小行星。当然,红矮星并不是天空中唯一的恒星。在所有恒星中约20%是和太阳相似的G型和K型恒星。开普勒空间望远镜的观测分析表明,它们中的22%很可能在其宜居带中拥有一颗行星。这为银河系的宜居地点又增加了90亿颗行星。不过很显然,绝大部分宜居行星仍然位于银河系中最小恒星的周围。就银河系中拥有宜居行星的恒星而言,红矮星占据着主导地位。这对搜寻地外文明来说无疑是令人鼓舞的消息。但是,红矮星的其他不利因素——低光度和强耀斑——呢?虽然红矮星拥有宜居的行星,但这并不能保证在这些行星上就有文明存在。有科学家估计,在红矮星周围的行星上,植物真正能用于光合作用的恒星光只有地球上接收到的阳光的5%至25%。但即使是如此微弱的光照也足以滋养许多地球植物,包括大米、小麦和一些蔬菜。此外,光合作用也不尽相同。虽然大多数植物使用波长约670纳米的红光,但有许多特殊的细菌能利用波长约900纳米的光来进行光合作用。这些能量较低的光位于光谱的近红外部分,那里正是红矮星辐射的主要波段。有理由相信,达尔文的进化论可以让这些在暗弱红矮星照射下的行星上繁衍出丰富多样的动植物。至于耀斑,不难想象,生命也会演化出各种各样的适应策略。显然,较为简单的生命体可以待在水下,躲在岩石下方,或者是利用贝壳来保护自己。另一种简单的抵御办法就是见机行事,在耀斑逐渐增强的过程中退守到附近的隐蔽所。更有趣的一种可能是生命体能演化出应对它的生物学手段。许多地球上的细菌可以修复因紫外线照射而受损的DNA。如果地球上的生命形式可以抵御辐射的伤害,那么在红矮星旁的行星上起源和演化的植物和动物——长期处于耀斑的环境中——应该也能做到这一点。另外,根据10多年来对红矮星亮度变化的监测,耀斑似乎是很罕见的事件。在可见光波段,红矮星的光度几乎没有变化可言,变化率通常不超过2%。能发出有害X射线的绝大多数都是年龄不足1亿年的红矮星。在这一短暂的时期之后,它们似乎就会平静下来。事实上,虽然红矮星上有耀斑活动,但其持续的时间只有不到1小时。有利因素考虑到银河系中绝大多数的宜居行星都位于红矮星周围,搜寻地外文明的科学家有足够的理由把注意力集中到它们身上。先别急!还有一些事情要弄清楚。搜寻地外文明的计划——包括射电和光学实验——通常会拟定一份由特定类型天体构成的“目标清单”。例如,搜寻地外文明研究所的“凤凰”计划就在1995年至2004年对约1000颗近距离类太阳恒星进行了观测。红矮星的数量是G型恒星的10倍,而且距离我们更近,1000个目标红矮星的平均距离只有1000个目标G型恒星的一半。由此,来自红矮星的外星文明的信号强度就是来自G型恒星的外星文明的4倍,更易寻找。此外,红矮星的低光度对生物学而言也是有利的。类太阳恒星在主序阶段拥有约100亿年的寿命,红矮星的寿命至少是这个数字的10倍以上。由于输出功率低,它们成为中永恒的明灯。换句话说,自大爆炸以来诞生的每一颗红矮星至今都在生机勃勃地发光。红矮星不显老,也不衰老。围绕类太阳恒星的行星,其宜居时间只有大约60亿年;围绕一颗明亮的O型或A型恒星的行星,其宜居时间只有5亿年;但在红矮星周围,完全可以找到一颗年龄为100亿岁的“地球”。如此长的寿命对智慧生命具有重要的影响。在地球上,生命起源之后的头30亿年,所有的生命体都是微生物。直到太阳的年龄达到46亿岁之后,具有智能的生物才登上了舞台。考虑到再过仅10亿年左右,太阳光度的变化就会使得地球不再宜居,可以说太阳系中生命的出现和繁荣正是时候。很明显,红矮星不需要这样的侥幸。它们周围的生命——如果存在的话,有足够的时间来进化出文明,进而可以通信联络。这对搜寻地外文明来说是至关重要的。平均来说,一颗红矮星的年龄会比一颗G型恒星大数十亿年。考虑到智慧生命需要时间来演化,因此年龄大的恒星会更加理想。科学家预计,红矮星周围的行星拥有科学家的比例会更高。鉴于这些优势,搜寻地外文明的科学家正在考虑更多地关照这些常常被忽视的恒星系统。那么,在搜寻到外星人的信号之前,需要观测多少颗红矮星呢?很显然,这还是个未知数。不过,可以做一个简单的推算:16%的红矮星在其宜居带内有一颗地球大小的行星;假设在50亿年之后其中有1/10能演化出智慧生命,而在这当中拥有科学文明的比例也是1/10;那么在每700颗红矮星中,目前至少有一颗拥有智慧文明。这个粗略的估计可能过于乐观了,但这个数字仍然十分引人注目。如果你是一颗围绕红矮星转动的行星上的居民,你可能会很难相信,在一颗类太阳恒星旁的行星上居然会有生命存在。你可能会把搜寻其他文明的射电望远镜只对准其他红矮星。但是,在类太阳恒星中确实有一颗在其周围的行星上存在文明——那就是我们。面对一个如此多样的宇宙,有必要跳出认识和思想的原有桎梏,生命也许能出现在迥然不同的各种环境之中。
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红矮星酷爱“发脾气” 可能给行星带来大灾难
[导读]科学家首度公开承认,红矮星是一种爱发脾气的天体。这种恒星的个头小于太阳,可以在瞬间释放出巨大的能量,类似焰火,威力可能相当于10亿颗原子弹。
腾讯科技讯(雅鼠/编译)通过对银河系内21万5千颗红矮星的观察研究,家首度公开承认,红矮星是一种时不时爱发脾气的天体。这种恒星的个头小于太阳,可以在瞬间释放出巨大的能量,类似焰火,威力可能相当于10亿颗原子弹。天文学家们在为期一周的不间断监视观测中,一共发现了100次这样的“恒星耀斑”。红矮星爱发脾气 可能给行星带来大灾难红矮星是宇宙中数量最多的天体,或许还有众多行星绕其旋转,但是它那令人难以捉摸的脾气会让任何可能存在的外星生命感到不舒服。“耀斑”其实是被加热的等离子气体的爆发,红矮星的大气层中存在着强力磁场带,这些磁场带如果彼此互连,就会像橡皮圈一样突然啪地断开,从而释放出巨大的能量。当红矮星“发脾气”时,就会以包含着紫外线光束、X射线光曝和被称为“太阳风”的离子风暴组成的“耀斑”轰炸围绕其运行的行星。这样的“耀斑”通常持续15分钟左右,某些红矮星还会同时释放多个“耀斑”。科学家们还发现,亮度呈周期性变化的,也就是变星,“发脾气”的可能性更高,是普通红矮星的千倍。这大体是因为变星自转很快,且属于高速运转的双星系统;变星的亮度会变是因为其表面的黑子(也就是恒星表面亮度较暗的斑块)随变星自转而周期出现或消失,而黑子则是磁场带贯穿恒星的产物,既然磁场带间的互连会导致恒星释放巨大能量(放“耀斑”),那么自然是黑子众多的变星发脾气的概率更高。观测研究小组负责人,巴尔的莫空间观测科学研究院的天文学家RachelOsten这样评价:“我们都知道,活跃的年轻恒星会释放“耀斑”,但这次研究表明,就算是已经存在了几十亿年的老恒星,放“耀斑”也是其生命的一部分。如果在环绕这类红矮星的行星上存在生命的话,它们的生存环境一定非常残酷,因为离红矮星距离不够远的行星,其大气层会在‘耀斑’的轰炸下受热膨胀,甚至被完全剥脱掉。”这次观测结果还显示,红矮星的“耀斑”释放次数比上次观察研究少了15次左右,上次观测的是更年轻、更大一些的红矮星。尽管红矮星比太阳小,但是其对流层更深。在对流层里,炙热的气体冒着气泡窜出表面,好像煮沸的燕麦片粥——不要忘了,磁场带就是在对流层形成的!此外,红矮星上的磁场带比太阳上的磁性更强,覆盖面积更大。在太阳上,磁场带(黑子)仅占其表面积的1%,而在红矮星上,则占了表面积的一半。这就不难解释为什么红矮星如此爱发脾气,动不动就放“耀斑”。
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[摘要]一项新研究表明,许多红矮星周围“宜居带”上的类地行星实际上太热而没有生命,失控的温室效应让它们不适合宜居。
研究人员的计算机模拟显示至少与地球质量一样重的行星有足够的引力强度来抓住它们的大部分大气。讯 据国外媒体报道,潜在的支持存在的外行星可能比家想象中少得多。一项新研究表明,许多红矮星周围“宜居带”上的类地行星实际上太热而没有生命。该研究的第一作者,新泽西普林斯顿高级研究所研究人员James Owen在一份声明中表示,先前关于质量与地球相似的星球适合居住的假设,只是因为它们位于宜居带。然而,当考虑到这些行星在数十亿年里是如何演化的,就会发现这个假设是不真实的。红矮星比太阳小且暗,银河系中1000亿颗恒星中约75%都是红矮星,这些恒星中的大多数在宜居带有岩石行星。科学家认为这些行星通常是在约占行星总质量1%的氢氦环境中诞生的。研究人员表示,这些厚厚星际气体将会圈住大量的热量,使得这些行星太烤而不能繁衍生命。但红矮星是极为活跃的恒星,传统观念认为它们强大的辐射会相对迅速地赶走行星上大部分的气体,使得表面温度在一个适宜居住的水平上。Owen和他的同事发现,对红矮星可居住区内的行星来说,在大部分时间里,这可能不会发生。研究人员的计算机模拟显示至少与地球质量一样重的行星有足够的引力强度来抓住它们的大部分大气。该研究小组的成员表示,失控的温室效应可能存在于这样的行星上,使得它们不适合长期居住。但对那些希望生命广泛存在于银河系和中的人们来说,也有一些好消息。建模工作表明较小的行星有更好的前景——像火星大小、质量为地球质量11%的行星。研究发现,这些行星位于红矮星的居住区,可能无法守住它们的大气,因此其表面将变得足够温和而出现生命。研究的合著者Subhanjoy Mohanty在同一份声明中表示,最近的系外行星研究发现提示,在红矮星周围,相比于像地球这样质量大小或更大的行星来说,系外行星中质量更低的行星可能更常见。在这种情况下,有可能确实存在大量潜在的可居住行星围绕着这些凉爽、红色恒星公转。(罗辑/编译)
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还能输入140字行星通常指自身不发光的球体,环绕着恒星运转的天体。一般来说行星需具有一定质量,行星的质量要足够的大(相对于月球)&且近似于圆球状,自身不能像恒星那样发生核聚变反应。一般来说行星需具有一定质量,行星的质量要足够的大(相对于月球)且近似于圆球状,自身不能像恒星那样发生核聚变反应。2007年5月,一组太空科学研究队发现了已知最热的行星(摄氏2040度)。
随着一些具有大小的天体被发现,“行星”一词的科学定义似乎更形逼切。历史上行星名字来自于它们的位置在天空中不固定,就好像它们在星空中行走一般。太阳系内肉眼可见的5颗行星水星、金星、火星、木星和土星早在史前就已经被人类发现了。16世纪后日心说取代了地心说,人类了解到地球本身也是一颗行星。望远镜被发明和万有引力被发现后,人类又发现了天王星、海王星,冥王星(已被重分类为矮行星)还有为数不少的小行星。20世纪末人类在太阳系外的恒星系统中也发现了行星,截至日,人类已发现2125颗太阳系外的行星。
新定义行星
国际天文学联合会大会日通过了“行星”的新定义,这一定义包括以下三点:
1、必须是围绕恒星运转的天体;
2、质量必须足够大,它自身的吸引力必须和自转速度平衡使其呈圆球状;
3、必须清除轨道附近区域,公转轨道范围内不能有比它更大的天体。
一般来说,行星的直径必须在800公里以上,质量必须在5亿亿吨以上。
按照这一定义,太阳系内有12颗行星,分别是:、、、、、、、、、、原先被认为是卫星的“卡戎”和一颗暂时编号为“”的天体。国际天文学联合会下属的行星定义委员会称,不排除将来太阳系中会有更多符合标准的天体被列为行星。目前在天文学家的观测名单上有可能符合行星定义的太阳系内天体就有10颗以上。
在新的行星标准之下,行星定义委员会还确定了一个新的次级定义——“”。这是指轨道在海王星之外、围绕太阳运转周期在200年以上的行星。在符合新定义的12颗太阳系行星中,冥王星、“卡戎”和“”都属于“类冥王星”。
是指用来表征行星场势强弱的参数,用X表示。&X=【GM(地球)/R(地球)】/【GM(天体)/R(天体)】。借助该比值X可以对天体进行分类,可以估算行星中心温度和天体的磁场强度,可以判断天体上是否有大气和水存在。
行星是指不能发生热核反应的天体,其行星指数X&0.。按照行星指数的大小又可细分为:、、主行星、、小行星和。按照运动状态和所处位置的不同,还可细分为:(常)行星可以是前一类6种行星中的任何一种、卫星可以是前一类6种行星中的任何一种、和彗星多是前一类6种行星中的小行星和陨星。阳系新格局
按照这一定义可知:到2010年为止,整个太阳系内一共有:1颗恒星、4颗巨行星、9颗主行星和76颗矮行星,共计90个大天体。但冥王星仍不为主行星。
天文学家发现一系外行星超出现有理论范围太阳系
天文学家发现系外行星形成理论存在缺陷,微引力透镜法将使系外行星观测提升一个台阶。据国外媒体报道,随着开普勒系外行星探测器的发射升空,人类将在未来一段时期内发现较多的系外行星,会有越来越多的系外行星被发现,而几乎所有新发表的研究成果都涉及到一个问题:这些行星到底是如何形成的?当天文学家发现第一颗系外行星时,太阳系行星形成理论是否同样适用于其他星系,是否我们已知的行星形成理论是否只是某个框架的一部分,这些问题都困扰着天体物理学。例如,宇宙存在着大量的热木行星,却在现有的理论范围之外。
这将导致科学家重新审视现有的理论结构,重新回到起点进行推演,而目前最大的难题是:宇宙中到底有多少系外行星?我们所掌握的行星形成模型的漏洞有多大?针对这些问题,科学家发现阻碍系外行星进一步发现的原因是观测方法上存在问题,所采用的引力摇摆法只能发现质量较大的系外行星,而且这些系外行星的轨道必须靠该恒星系统较近。
尽管目前最先进的开普勒系外行星探测器能在一定程度上提升了对系外行星的观测发生力度,容易发现距离地球较远且质量较低的行星,但是也只能发现距离恒星较近的行星。然而,有一种用于发现系外行星的新技术,即引力微透镜法,用该方法发现的系外行星质量已经能降至10倍地球质量,且这类系外行星的轨道距离其恒星系统也较远。根据这个方法,一个天文学家小组公布了用于发现系外岩质行星的范围。检索系外行星表,天文学家使用引力微透镜法发现了13颗系外行星,最新的一颗编号为MOA-2009-BLG-266Lb,通过精确的计算,发现其质量大约只有地球的10倍,公转轨道在3.2个天文单位(一个天文单位为1.5亿公里),而其所在的恒星系统中,恒星的质量大约只有太阳质量的一半。
这个新发现对于系外行星的探索理论是非常重要的。因为这是首次发现这个质量级别的系外行星,科学家将其称为“质量雪线”,这个质量所对应的公转轨道决定了在这颗行星上水是否是液态水,而氨和甲烷是否会冻结成冰,如果具备了液态水的存在的轨道条件,那将极有可能孕育外星生命。但是,这条理论上的“质量雪线”并不是用于衡量外星生命的标准,如果推演到行星形成时期,将使得行星形成坚硬的核结构,而如果超出了这个范围,天文学家估计该行星的形成时间相对而言将非常短暂,若在进一步远离这个范围,行星的密度就会下降。
因此,依据此行星形成理论模型,标准形成质量将达到10倍的地球质量,并在形成初期具有较大的固态物质聚集,而在这个过程中,可进行较慢程度的气体吸积,如果这个过程过快,过于迅速地积累行星材料,其大气结构将变得厚重而崩溃,这个循环的加速将导致这颗行星成为一颗气态行星。
这个行星形成理论模型能否具有广泛的普适性还需要进一步的结合天文观测。通过对与邻近行星系统的对比,判断理论是否符合观测。特别需要点出的是:从这个理论出发,在低质量恒星系统周围,应该不会观测到巨型气态行星,因为气体盘将会在行星大气崩溃导致进一步的吸积效应前消失。天文学家所期待的情况已经被开普勒系外行星探测器所发现的超过500个系外行星观测报告所在证实。
此外,按这个“质量雪线”进行观测时,也发现较多的低质量行星,这也支持了在行星形成初期如果没有较低的温度形成固态物质,将在很大程度上阻止行星形成的假说。与此同时,一些新的观测计划也就在不久得将来实现,比如光学引力透镜实验Ⅳ(OGLE-Ⅳ)探测器即将全面开始运作以及新一代的WISE空间观测天文台将使用更加成熟的微引力透镜进行系外行星观测。
发现史/行星
从古典时代的神圣的游星演化到科学时代的实在的实体,人们对行星的认识是随着历史在不停地进化的。行星的概念已经不仅延伸到太阳系,而且还到达了其他太阳系外系统。对行星定义的内在的模糊性已经导致了不少科学争论。从远古时代起,五个肉眼可见的经典行星就已经被人们熟知,他们对神学、宗教宇宙学和古代天文学都有重要的影响。在古代,天文学家记录了一些特定的光点是相对于其他星星如何移动跨越天空。古希腊人把这些光点叫做“πλ?νητε?&?στ?ρε?”(即planetes&asteres,游星)或简单的称为“πλαν?τοι”(planētoi,漫游者),今天的英文名称行星(planet)就是由此演化出来的。在古代希腊、中国、巴比伦和实际上所有前现代文明中,是人们几乎普遍的相信,地球是宇宙的中心,并且所有的“行星”都围绕着地球旋转。会有这种认识的原因是,人们每天都看到星星围绕着地球旋转,而且看起来好像是常识的认为,地球是坚实且稳定的,应该是静止的而不是会移动的。
1609年,将望远镜指向天空,开启了现代天文学的时代。
日,英国天文学家注意到了双子座中的一个天体,最终确认它是一颗行星。它以希腊神话中天空之神乌剌诺斯命名,中文称为天王星。发现后不久,人们就计算出了它的轨道,却发现观测数据与理论预测的总有差异。英国科学家亚当斯和法国科学家勒威耶分别提出,这可能是因为还有一颗未知的行星,它的引力导致轨道出现偏差。他们还计算出了未知行星应该在什么地方。
日,德国天文学家在预测的位置上找到了一颗新行星。这颗行星的颜色好像海水,因而以海洋之神尼普顿命名,中文称为。海王星的引力部分解释了天王星轨道的误差,但不能完全解决问题,天文学家相信海王星轨道之外还存在一颗未知行星。但这颗神秘行星太远太暗了,经过几代人近一个世纪的努力,它才于日出现在美国天文学家汤博的视野里。这颗远离太阳光辉的星星被赋予了地狱之神普卢托的名字,中文称为。
从2000年起,柯伊伯带天体直径最大记录不断被刷新。2005年7月,昵称齐娜的“2003UB313”被介绍给公众,它是70多年来首次在太阳系内发现的比冥王星更大的天体。这是推动行星概念被重新定义的决定性发现: d 事情已经到了非解决不可的程度。
天文学家在太阳系内寻找新行星的方法:即把假设为静止,然后以它为背景,寻找运动着的行星。不过现在初步分析交由计算机去做,人只需对计算机挑出来的可疑目标进行进一步观察。
名称来历/行星
在中国,根据《史记、历书》记载:黄帝考定星历,建立五行,起消息(修正历法,订出正月起始)。
《.舜典》:在璇璣玉衡以齐七政。孔颖达疏:七政,其政有七,于察之,必在天者,知七政日月与五星也。木曰岁星,火曰荧惑星,土曰镇星,金曰太白星,水曰辰星。
英文行星一词planet源于古希腊文“πλαν?τη?(planētēs)”,意为「游走者」(wanderer)。
1792年日本学者本木良永在翻译的时将“行星”译作“惑星”,取其位置游移不定让人迷惑之意。明治时代亦有京都大学的学者使用“游星”一词来指“行星”。
1859年伟烈亚力与李善兰合作翻译的《谈天》是中文文献中第一次介绍哥白尼的地动说,也是中文“行星”一词第一次出现。
术语划分/行星
太阳系以內的行星以行星表面岩页划分
类地行星(又称「岩页行星」)──即、金星、地球和火星,表面是岩石固体。
类木行星(又称「气体行星」)──即木星、、天王星和海王星,主要成分是气体。
以行星视运动规律划分 (此分类方法因以地球为界,故必会忽略地球)
內侧行星─太阳系中地球轨道內侧的行星,包括水星与金星。
外侧行星─太阳系中地球轨道外侧的行星,包括、木星、土星、天王星、海王星。
形成过程/行星
一顆太阳系外行星想象图
1755年德国哲学家康德在中提出宇宙星球形成演变过程的“星云假说”,之后,随着时间的推移,人类观测到的大量新天体已初步印证了“星云假说”中星球起源于星云的早期演变概念的部分合理性。但星球演变的全过程从白矮星之后却留下了一段空白。像自然界所有事物一样,星球也有从诞生到衰亡的发展过程,它们之所以有不同的形态是由于各星球正处在演变过程中不同的阶段,元素的组成比例不同,分析证明星球都是由相同物质构成(即元素周期表中110种元素)。
当一个星球主要由、类化学性质不稳定的构成时,天体的原子核反应剧烈,这个天体即处在的初期——恒星阶段;当一个星球中硅、铁类化学性质稳定的元素所占比例变的较大时,其原子核反应逐渐变弱时,便处在星球演变的后期——行星阶段。“行星”正是由“恒星”演变形成的,而“彗星”、“流星”又是由“行星”演变而来。宇宙中每个星球的演变都要经过“”、、恒星、、、行星、、几个阶段。星球既有共同性,又有差异,即使处于同一演变阶段也没有形态完全一样的,如自然界的昆虫,在它不同的生长阶段各是卵、幼虫、蛹、蛾等完全不同的形态。
有研究认为:行星是从中产生的。
并为此找到了确凿的证据:银河系中央的小型黑洞能够超速“喷射”行星。在此之前,科学家认为只有特大质量黑洞才能以超速喷射行星。
研究人员称,实际上小型黑洞要比特大质量黑洞喷射更多数量的行星。1988年,美国洛斯·阿拉莫斯国家实验室物理学者杰克---希尔斯预言,银河系中央的特大质量黑洞能破坏双子行星平衡,束缚一颗行星,并以超高速将另一颗行星喷射出银河系。自2004年以来,天文学家共发现9颗被特大质量黑洞高速排斥的行星,他们推测这种特大质量黑洞的质量是太阳的360万倍。然而,美国哈佛--史密森天文物理中心赖安---奥利里和阿维---利奥伯从事的研究表明,银河系中央许多小型黑洞喷射出大量行星。
这些小型黑洞的质量大约只有太阳的10倍,一些研究认为银河系中央至少有25000个小型黑洞围绕在特大质量黑洞附近。当某些小型黑洞将行星喷射出银河系时,它们会进一步地靠近特大质量黑洞。利奥伯说,“小型黑洞比特大质量黑洞排斥喷射行星的速度更快!研究被喷射行星的轨迹和速度将有助于天文学家测定多少黑洞会喷射行星以及它们是如何排斥喷射行星的。”同时,他们也承认开展此项研究是很不容易的,现有的太空望远镜无法观测到银河系中央特大质量黑洞区域,该区域浓缩存在着许多小型黑洞。
研究人员推测,被特大质量喷射的行星速度达到709公里/秒,它们在银河系引力束缚下速度可能会更慢,估计这些行星被喷射时的初始速度达到1200公里/秒。然而,被小型黑洞喷射的行星速度要更快,行星在小型黑洞的排斥作用下可达到2000公里/秒速度脱离银河系。
八大行星/行星
一般来说,行星的直径必须在800公里以上,质量必须在5亿亿吨以上。
按照这一定义,截至2013年,太阳系内有8颗行星,分别是:水星Mercury、金星Venus、地球Earth、火星Mars、木星Jupiter、土星Saturn、天王星Uranus、海王星Neptune。国际天文学联合会下属的行星定义委员会称,不排除将来太阳系中会有更多符合标准的天体被列为行星。在天文学家的观测名单上有可能符合行星定义的太阳系内天体就有10颗以上。矮行星
在新的行星标准之下,行星定义委员会还确定了一个新的次级定义——“类冥王星”。这是指轨道在海王星之外、围绕太阳运转周期在200年以上的行星。在符合新定义的12颗太阳系行星中,冥王星、“卡戎”和“”(齐娜/阋神)都属于“矮行星”。天文学家认为,“矮行星”的轨道通常不是规则的圆形,而是偏心率较大的椭圆形。这类行星的来源,很可能与太阳系内其他行星不同。随着观测手段的进步,天文学家还有可能在太阳系边缘发现更多大天体。未来太阳系的行星名单如果继续扩大,新增的也将是“矮行星”。肉眼可见行星金星行星是自身不发光的,环绕着恒星的天体。一般来说来行星需要具有一定的质量,行星的质量要足够的大,以至于它的形状大约是圆球状,质量不够的被称为小行星。“行星”这个名字来自于它们的位置在天空中不固定,就好像它们在行走一般。太阳系内的肉眼可见的5颗行星是:水星,金星,火星,木星,土星。
人类经过千百年的探索,到16世纪哥白尼建立日心说后才普遍认识到:地球是绕太阳公转的行星之一,而包括地球在内的八大行星则构成了一个围绕太阳旋转的行星系──太阳系的主要成员。行星本身一般不发光,以表面反射恒星的光而发亮。在主要由恒星组成的天空背景上,行星有明显的相对移动。
离太阳最近的行星是水星,以下依次是金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。从行星起源于不同形态的物质出发,可以把八大行星分为三类:类地行星(包括水、金、地、火)、巨行星(木、土)及远日行星(天王、海王)。行星环绕恒星的运动称为公转,行星公转的轨道具有共面性、同向性和近圆性三大特点。所谓共面性,是指八大行星的公转轨道面几乎在同一平面上;同向性,是指它们朝同一方向绕恒星公转;而近圆性是指它们的轨道和圆相当接近。
在一些行星的周围,存在着围绕行星运转的物质环,它们是由大量小块物体(如岩石,冰块等)构成,因反射太阳光而发亮,被称为行星环。20世纪70年代之前,人们一直以为唯独土星有光环,以后相继发现天王星和木星也有光环,这为研究太阳系起源和演化提供了新的信息。
是围绕行星运行的天体,月亮就是地球的卫星。卫星反射太阳光,但除了月球以外,其它卫星的反射光都非常微弱。卫星在大小和质量方面相差悬殊,它们的运动特性也很不一致。在太阳系中,除了水星和金星以外,其它的行星各自都有数目不等的卫星。
在火星与木星之间分布着数十万颗大小不等、形状各异的小行星,沿着椭圆轨道绕太阳运行,这个区域称之为小行星带。此外,太阳系中还有数量众多的彗星,至于飘浮在行星际空间的流星体就更是无法计数了。
这个小行星带和太阳的距离为1.7至4.0个天文单位,其中天体的公转周期为3到6年。曾经一度认为小行星带是一颗行星破裂后的碎片,但现在看来,小行星更可能是形成了行星的那类太空碎石,所以小行星带是演化失败的行星,而不是炸碎的行星。
尽管太阳系内天体品种很多,但它们都无法和太阳相比。太阳是太阳系光和能量的源泉,也是太阳系中最庞大的天体,其半径大约是地球半径的109倍,或者说是地月距离的1.8倍。太阳的质量比地球大33万倍,占到太阳系总质量的99.9%,是整个太阳系的质量中心,它以自己强大的引力将太阳系里的所有天体牢牢控制在其周围,使它们不离不散,并井然有序地绕自己旋转。同时,太阳又作为一颗普通的恒星,带领它的成员,万古不息地绕银河系的中心进行运动。类地行星水星、金星、地球、火星。顾名思义,类地行星的许多特性与地球相接近,它们离太阳相对较近,质量和半径都较小,平均密度则较大。类地行星的表面都有一层硅酸盐类岩石组成的坚硬壳层,有着类似地球和月球的各种地貌特征。对于没有大气的星球(如水星),其外貌类似于月球,密布着环形山和沟纹;而对于像有浓密大气的金星,则其表面地形更像地球。行星早在史前就已经被人类发现了,后来人类了解到,地球本身也是一颗行星。金星研究史年份探测器名称国家任务或成就1967金星4号苏联传回金星大气的信息1970金星7号苏联在夜半球降落,测量了温度1975金星9号与10号苏联传回第一张岩石土壤的照片1978先驱者金星号美国绘制第一张金星全球地图1981金星13号苏联拍摄一批彩色照片,分析一份土壤样品1990麦哲伦号美国采集了重力数据2005金星快车欧洲监测金星的云层、大气环流和磁场火星探测史时间国家名称成就1976美国海盗1、2号传回图像以及对土壤、大气的分析结果1997美国火星探路者发回古老漫滩照片以及土壤分析结果1997美国火星环球探路者为水存在提供进一步证据2003欧洲火星快车测绘火星矿物成分,对大气进行研究2004美国勇气号、机遇号火星车研究岩石土壤,搜寻水是如何影响火星的证据2006美国火星勘测轨道器关注火星天气变化,寻找水存在的迹象巨行星和远日行星木星和是行星世界的巨人,称为巨行星。它们拥有浓密的大气层,在大气之下却并没有坚实的表面,而是一片沸腾着的氢组成的“汪洋大海”。所以它们实质上是液态行星。天王星,海王星这两颗遥远的行星称为远日行星,是在望远镜发明以后才被发现的。它们拥有主要由分子氢组成的大气,通常有一层非常厚的甲烷冰、氨冰之类的冰物质覆盖在其表面上,再以下就是坚硬的岩核。根据上述这一定义,冥王星失去行星地位。
位居太阳系九大行星末席70多年的冥王星,自发现之日起地位就备受争议。经过天文学界多年的争论以及本届国际天文学联合会大会上数天的争吵,冥王星终于“惨遭降级”,被驱逐出了行星家族。从此之后,这个游走在太阳系边缘的天体将只能与其他一些差不多大的“兄弟姐妹”一道被称为“矮行星”。
日,根据国际天文学联合会大会11时通过的新定义,“行星”指的是围绕太阳运转、自身引力足以克服其刚体力而使天体呈圆球状、并且能够清除其轨道附近区域的天体。按照新的定义,太阳系行星将包括水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星,它们都是在1900年以前被发现的。根据新定义,同样具有足够质量、呈圆球形,但不能清除其轨道附近其他物体的天体被称为“矮行星”。冥王星是一颗矮行星。其他围绕太阳运转但不符合上述条件的物体被统称为“太阳系小天体”。
从日11起,新的太阳系八大行星分别是:水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星。
新的天文发现不断使“九大行星”的传统观念受到质疑。天文学家先后发现冥王星与太阳系其他行星的一些不同之处。冥王星所处的轨道在海王星之外,属于太阳系外围的柯伊伯带,这个区域一直是太阳系小行星和彗星诞生的地方。20世纪90年代以来,天文学家发现柯伊伯带(凯珀带)有更多围绕太阳运行的大天体。比如,美国天文学家布朗发现的“”,就是一个直径和质量都超过冥王星的天体。
搜寻系外行星/行星
天体测量法天体测量法是搜寻太阳系外行星最古老的方法。这个方法是精确地测量恒星在天空的位置及观察那个位置如何随着时间的改变而改变。如果恒星有一颗行星,则行星的重力将造成恒星在一条微小的圆形轨道上移动。这样一来,恒星和行星围绕着它们共同的质心旋转。由于恒星的质量比行星大得多,它的运行轨道比行星小得多。视向速度法视向速度法利用了恒星在行星重力的作用下在一条微小的圆形轨道上移动这个事实,目标是测量恒星向着地球或离开地球的运动速度。根据多普勒效应,恒星的视向速度可以从恒星光谱线的移动推导出来。凌日法当行星运行到恒星前方的时候,恒星的光芒会相应减弱。光芒减弱的程度取决于恒星和行星的体积。在恒星HD&209458的例子中,它的光芒减弱了1.7%。天文学家用凌日法发现了恒星HD&209458的行星HD&209458b。脉冲星计时法通过观察脉冲星的信号周期以推断行星是否存在。一般来说,脉冲星的自转周期,也就是它的信号周期是稳定的。如果脉冲星有一颗行星,脉冲星信号周期会发生变化。重力微透镜法用重力透镜效应来发现行星的方法。比如行星OGLE-2005-BLG-390Lb就是用这种方法发现的。
相关争议/行星
就在行星的新定义公布后不久,12名天文学家发表了《抗议冥王星降级请愿书》,质疑数百位天文学家通过投票表决的方式让冥王星降级的做法。按照新的行星定义的第三条来要求,地球可能也会被开除。
抗议冥王星降级请愿书
日,12名天文学家联名在英国《自然》杂志网络版公开发表了《抗议冥王星降级请愿书》,严重质疑数百位天文学家通过投票表决的方式让冥王星离开“行星宝座”的做法。天文学家们还表示,第26届国际天文学联合会上对新的行星的定义也不完全准确。他们称,投票天文学家只占全球天文学家5%,有专家称“这是个草率的决议”。第26届国际天文学联合会会期为10天,很多专家由于经费问题,没有等到最后投票的时刻已经先行离开,实际参加冥王星地位表决的专家只有几百人,这样的投票规模遭到了联名请愿的天文学家的质疑。在请愿书中,这些科学家指出,参加布拉格会议投票的天文学家仅仅占全球天文学家的不足百分之五。这样的比例作出这样重大的决定实在缺乏说服力。
这12名签名的天文学家包括美国宇航局“新地平线号”负责人阿兰·斯登、美国行星科学学院的马克·塞克斯等等。他们还在请愿书倡议反对冥王星降级的天文学家继续签名。阿兰·斯登在接受媒体采访时说:“对该问题的争论不会因24号得决议停止。因为有来自75个国家2500多位的国际天文学会,只有&300人参与了投票。这是个草率的决议,是糟糕的科学。一切都没有结束。”
运用动力学的标准来定义行星会出新问题
刚刚参加完此次会议回国的北京天文馆馆长朱进博士向本报记者介绍说,这次国际天文学联合会的一项很重要的决定,就是把行星和太阳系的其他天体分为三个不同的类别来定义。
行星的定义有三个要求:一是位于围绕太阳的轨道上;二是有足够大的质量使其表面达到流体静力平衡的形状(近于球形);最后是已经清空了其轨道附近的区域。符合这些要求的也只有1900年前发现的8个行星。相对于表决程序上的欠妥,参加请愿的科学家最不能接受的正是新的行星定义。
对于行星定义的第二条,请愿的天文学家认为,新的定义运用的是动力学而不是物质本身的特性,这种特性是决定能否成为一颗行星的必要条件。而且这个结果将影响到天文学其他体系的定义,比如恒星、星系、星云甚至小行星。因为在这些体系的定义中,动力学并不是决定性因素。
地球可能也会被开除
这些天文学家指出,如果按照新定义的第三条,那么像是地球、木星这样的行星也不符合定义,也要被“开除”。新的定义第三条说,行星要有足够引力以清空其轨道附近的区域。如果按照这样的定义,地球、土星、木星它们的轨道之间都有很多的小行星,这样它们就不能被认为是“清空轨道附近区域”。
除这些签名的天文学家外,参加表决会议的威廉斯大学天文学家杰·帕萨克弗也仍然坚持冥王星是一颗行星。他说:“这次会议的精神在于对未来科学发现和行为的规范,但不应是对过去的否定。”
洛威尔天文台主任米李斯也表示,他希望的是增加新的行星,而不是排除冥王星。
矮行星的定义:
a.天体;b.围绕太阳运转;c.自身引力足以克服其刚体力而使天体呈圆球状;d.不能够清除其轨道附近的其它物体;e.不是卫星。
太阳系内符合这一定义的包括:
谷神星、齐娜(即阋神星)、鸟神星、妊神星、冥王星、卡戎星总计六颗。
谷神星:直径约950公里,平均距日距离约4.2亿公里,公转周期约4.6年。原属于小行星的范畴。
齐娜:天文编号为,齐娜是它的昵称,直径在公里之间,平均距日距离约160亿公里,公转周期约560年。2003年新发现的天体,正是由于它的发现,导致太阳系天体类别划分的争论。(既然冥王星都是行星,那么齐娜就应该成为太阳系的第十大行星)
卡戎:直径1200公里,围绕冥王星旋转,公转周期等于冥王星的自转周期为6.4天。虽然卡戎的直径比谷神星还要大,但它是冥王星的卫星(冥王星与卡戎是围绕一点共同旋转,所以,卡戎又是冥王星的伴星。),所以不属于矮行星的范围。
太阳系小天体的定义
a.天体;b.围绕太阳运转;c.不符合行星和矮行星的定义。原来的小行星、彗星等全部归入太阳系小天体的范畴。小行星:asteroid,minor&planet&或&planetoid。小行星是太阳系内类似行星环绕太阳运动,但体积和质量比行星小得多的天体。
至今为止在太阳系内一共已经发现了约70万颗小行星,但这可能仅是所有小行星中的一小部分,只有少数这些小行星的直径大于100千米。到1990年代为止最大的小行星是谷神星,在柯伊伯带(Kuiper&Belt)内发现的一些小行星的直径比谷神星要大,比如2000年发现的伐楼那(Varuna)的直径为900千米,2002年发现的夸欧尔(Quaoar)直径为1280千米,2004年发现的2004&DW的直径甚至达1800千米。2003年发现的塞德娜(小行星90377)位于柯伊伯带以外,其直径约为1500千米。
根据估计,小行星的数目大概可能会有50万。最大的小行星直径也只有1000&公里左右,微型小行星则只有鹅卵石一般大小。直径超过240公里的小行星约有16个。它们都位于地球轨道内侧到土星的轨道外侧的太空中。而绝大多数的小行星都集中在火星与木星轨道之间的小行星带。其中一些小行星的运行轨道与地球轨道相交,曾有某些小行星与地球发生过碰撞。
小行星是太阳系形成后的物质残余。有一种推测认为,它们可能是一颗神秘行星的残骸,这颗行星在远古时代遭遇了一次巨大的宇宙碰撞而被摧毁。但从这些小行星的特征来看,它们并不像是曾经集结在一起。如果将所有的小行星加在一起组成一个单一的天体,那它的直径只有不到&1500&公里——比月球的半径还小。
彗星:除了离太阳很远时以外,彗星的长长的明亮稀疏的彗尾,在过去给人们这样的印象,即认为彗星很靠近地球,甚至就在我们的大气范围之内。1577年第谷指出当从地球上不同地点观察时,彗星并没有显出方位不同:因此他正确地得出它们必定很远的结论。彗星属于太阳系&小天体。每当彗星接近太阳时,它的亮度迅速地增强。对离太阳相当远的彗星的观察表明它们沿着被高度拉长的椭圆运动,而且太阳是在这椭圆的一个焦点上,与开普勒第一定律一致。彗星大部分的时间运行在离太阳很远的地方,在那里它们是看不见的。只有当它们接近太阳时才能见到。大约有40颗彗星公转周期相当短(小于100年),因此它们作为同一颗天体会相继出现。
历史上第一个被观测到相继出现的同一天体是,牛顿的朋友和捐助人哈雷(年)在1705年认识到它是周期性的。它的周期是76年。历史记录表明自从公元前240年也可能自公元前466年来,它每次通过太阳时都被观测到了。它在1986年被观测到通过。离太阳很远时彗星的亮度很低,而且它的光谱单纯是反射阳光的光谱。当彗星进入离太阳8个天文单位以内时,它的亮度开始迅速增长并且光谱急剧地变化。科学家看到若干属于已知分子的明亮谱线。发生这种变化是因为组成彗星的固体物质(彗核)突然变热到足以蒸发并以叫做彗发的气体云包围彗核。太阳的紫外光引起这种气体发光。彗发的直径通常约为105千米,但彗尾常常很长,达108千米或1天文单位。
科学家估计一般接近太阳距离只有几个天文单位的彗星将在几千年内瓦解。公元1066年,诺曼人入侵英国前夕,正逢哈雷彗星回归。当时,人们怀有复杂的心情,注视着夜空中这颗拖着长尾巴的古怪天体,认为是上帝给予的一种战争警告和预示。后来,诺曼人征服了英国,诺曼统帅的妻子把当时哈雷彗星回归的景象绣在一块挂毯上以示纪念。中国民间把彗星贬称为“扫帚星”、“灾星”。像这种把彗星的出现和人间的战争、饥荒、洪水、瘟疫等灾难联系在一起的事情,在中外历史上有很多。彗星是在扁长轨道(极少数在近圆轨道)上绕太阳运行的一种质量较小的云雾状小天体。
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