第25章 天王星冒险传奇(2/2)

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- 编码与调制：对收集到的数据进行编码和调制，将数字信号转换为适合在无线电信道中传输的形式，然后通过高增益天线向地球发送。

- 地面深空网络接收：地球上的美国国家航空航天局（nasa）深空网络发挥着关键作用，它由分布在全球不同地点的大型射电望远镜组成，包括美国、西班牙和澳大利亚的天文台，这些望远镜协同工作，能够实时跟踪旅行者2号的位置，接收其发送的数据信号，并将数据传输到地面控制中心。

天王星卫星的部分发现如下：

数量与命名发现

- 数量增加：随着观测技术的不断进步，天王星已知卫星的数量在不断增加。1787年，威廉·赫歇尔发现了天王星的前两颗卫星——奥伯龙和泰坦尼亚；1851年，威廉·拉塞尔发现了天卫一和天卫二；1948年，杰拉德· kuiper发现了天卫五；1986年，旅行者2号探测器发现了10颗新卫星；之后，通过哈勃空间望远镜和地面望远镜又陆续发现了一些卫星，截至2024年，已知天王星有28颗卫星。

- 命名规律：天王星的卫星大多以莎士比亚作品中的角色命名，只有少数几颗卫星的名字取自亚历山大·蒲柏的作品。

物理特征发现

- 地表特征多样：通过探测器观测，发现天王星卫星的地表特征丰富多样。如天卫一艾瑞尔表面布满了峡谷、山脊、断层和山谷，是天王星所有卫星中最亮的一个；天卫五米兰达有巨大的断层峡谷，其深度可达大峡谷的12倍，还有梯田状的地层和看起来非常古老或年轻的表面；天卫四奥伯龙古老且表面布满了撞击坑。

- 内部结构特殊：有研究表明，一些卫星可能存在特殊的内部结构。如天卫一艾瑞尔和天卫五米兰达可能拥有地下海洋，天卫一表面覆盖着大量二氧化碳冰，其来源可能与内部液态海洋有关。

轨道特性发现

- 轨道倾斜与行星相似：天王星卫星的轨道与天王星的自转轴倾斜角度接近，都接近98度，这在太阳系中是非常独特的，表明卫星可能是在天王星形成后，因一次巨大碰撞被撞歪后形成的。

- 存在牧羊卫星：如天卫六和天卫七是牧羊卫星，它们对天王星的薄而外的“epsilon”环起到了限定和维持其形状的作用。

天王星卫星的轨道特点对其环境和地质特征有诸多影响，具体如下：

轨道倾斜角度大

- 环境方面：由于天王星卫星的轨道面与天王星公转轨道面交角接近98°，卫星在运行过程中会经历极端的光照条件变化。比如在天王星的极昼和极夜期间，其卫星也会受到类似影响，导致卫星表面温度差异极大，进而影响卫星表面物质的状态和大气的分布与运动。

- 地质方面：这种极端的轨道倾斜使得卫星受到的潮汐力方向和大小在不同时期变化明显，可能引发卫星内部的物质发生大规模的迁移和重新分布，从而促使地质活动的发生，如天卫五表面复杂的峡谷和悬崖地形，可能就是在这种长期的潮汐作用下形成的。

轨道面与赤道面交角小

- 环境方面：卫星轨道面与天王星赤道面交角小，使得卫星大部分时间处于天王星赤道附近的区域，这里的引力场相对较为稳定，卫星受到的引力干扰相对较小，有利于卫星保持相对稳定的环境。

- 地质方面：稳定的轨道环境使得卫星的地质结构受外力干扰较小，地质演化过程相对较为缓慢和稳定，一些古老的地质特征得以较好地保存下来，如天卫四布满陨石坑的古老表面。

轨道形状接近圆形

- 环境方面：接近圆形的轨道使得卫星与天王星之间的距离相对稳定，卫星所受到的天王星引力大小和方向变化较小，从而使卫星的环境相对稳定，温度、气候等环境因素的变化也相对较小。

- 地质方面：稳定的引力环境有利于卫星内部结构的稳定，减少了因引力变化引起的内部物质摩擦和碰撞，使得地质活动相对不那么活跃，地质结构的变化也较为缓慢，有助于维持卫星表面地质特征的长期稳定性。

天王星已知的卫星有29颗，部分卫星名称如下：

主要卫星

- 天卫一（艾瑞尔）：由英国天文学家威廉·拉塞尔于1851年发现，表面布满峡谷、山脊、断层和山谷，是天王星所有卫星中最亮的一个。

- 天卫二（乌姆柏里厄尔）：同样由威廉·拉塞尔于1851年发现，是天王星最暗的卫星，表面分布着起伏剧烈的火山口地形。

- 天卫三（泰坦尼亚）：于1851年被发现，是天王星最大的卫星，表面覆满火山灰，有长达数千公里的大峡谷。

- 天卫四（欧贝隆）：1851年被发现，古老且表面布满了撞击坑，陨石坑底有许多暗区。

- 天卫五（米兰达）：1948年由杰拉德·kuiper发现，有巨大的断层峡谷，其深度可达大峡谷的12倍，还有梯田状的地层和看起来非常古老或年轻的表面。

其他卫星

- 天卫六（科迪莉亚）：旅行者2号于1986年发现，是epsilon光环中离主星最近的一颗牧羊卫星。

- 天卫七（奥菲莉亚）：旅行者2号于1986年发现，是epsilon外层光环中的一颗牧羊卫星。

- 天卫十六（卡利班）：1997年被发现，其运行轨道从天王星算起约有720万千米。

- 天卫十八（普洛斯彼罗）：1999年被发现，直径约有30-40公里。

- 天卫二十二（弗朗西斯科）：2001年被发现，离天王星千米。

米兰达的形成原因目前尚无定论，主要有以下几种假说：

吸积盘假说

认为米兰达是由天王星形成后不久其周围的吸积盘物质聚集而成。在太阳系早期，行星形成过程中，围绕着新生天王星的吸积盘内的气体和尘埃颗粒相互碰撞、吸附，逐渐增大，最终形成了米兰达。

撞击假说

该假说指出，可能有较大天体撞击了天王星或其早期的卫星，撞击产生的碎片在天王星的引力作用下重新聚集，形成了米兰达。这种撞击事件可能导致了米兰达独特的地质特征和内部结构。

引力俘获假说

米兰达可能原本是太阳系中独立的小天体，在经过天王星附近时，被天王星的引力所俘获，从而成为其卫星。在被俘获后，它在天王星的引力场和其他卫星的影响下，逐渐演化成现在的状态。

米兰达稀薄大气层的形成原因主要有以下几点：

撞击蒸发

米兰达在其形成和演化过程中，不断遭受陨石和小行星等天体的撞击。这些撞击产生的巨大能量使卫星表面的物质升温、熔化甚至汽化，其中一些气体分子获得了足够的能量逃离表面，形成了稀薄的大气层。

内部气体释放

米兰达内部可能存在着一些挥发性物质，如甲烷、氨和水冰等。在其内部的地质活动或热演化过程中，这些物质可能会逐渐释放出来，从而为大气层提供了一定的气体来源。

太阳风作用

太阳风是由太阳发出的高速带电粒子流，当它与米兰达的表面相互作用时，会使表面的一些原子和分子被电离并获得足够的能量，从而逃逸到卫星的周围，形成稀薄的大气层。

米兰达稀薄大气层中的气体成分主要有以下几种：

氢气和氦气

由于天王星的大气主要由氢气和氦气组成，作为其卫星，米兰达的大气层中可能也存在一定量的氢气和氦气。

甲烷

天王星大气中有甲烷，米兰达在形成和演化过程中可能受其影响，大气层中也含有甲烷，甲烷的存在使米兰达的表面可能呈现出一些特殊的物理和化学性质。

氨和硫化氢

天王星大气中含有氨和硫化氢，米兰达的大气层中或许也有这两种气体，不过含量可能极少。

水汽

米兰达表面存在冰，在一些地质活动或温度变化过程中，冰可能会升华形成水汽，从而进入大气层。