假如有一天站在海王星上，你會(huì)發(fā)現(xiàn)在地球上奢侈的鉆石在這里變得一文不值，這里無(wú)時(shí)無(wú)刻不在下“鉆石雨”，這是怎么一回事呢？
太陽(yáng)系一共有8大行星，其中海王星便是距離太陽(yáng)最遠(yuǎn)的那一個(gè)，大概有30個(gè)天文單位遠(yuǎn)在這個(gè)距離上，海王星上繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)一周需要花費(fèi)165個(gè)地球年，也就是說(shuō)在海王星上過(guò)一年，相當(dāng)于在地球上過(guò)了165年。
海王星距離地球大概在43~47億公里遠(yuǎn)，這是什么概念呢？目前人類已知最快的是光速，但是如果從地球發(fā)射一束光，這一束光也要4小時(shí)10分鐘才能到達(dá)海王星。這么遠(yuǎn)的距離也讓人類一直沒(méi)有近距離探測(cè)這顆星球的機(jī)會(huì)，直到1977年人類首顆飛掠海王星的探測(cè)器“旅行者二號(hào)”才發(fā)射升空，從地球到海王星，旅行者二號(hào)足足飛行了11年之久，直到1989年才最終抵達(dá)海王星，并拍下珍貴照片為我們揭開(kāi)這顆星球的神秘面紗。
由于距離實(shí)在是太遠(yuǎn)了，所以海王星并不像火星、水星這些行星很早就被人們觀測(cè)并記錄下來(lái)，它是第一個(gè)通過(guò)天體力學(xué)計(jì)算后，再被人們利用觀測(cè)設(shè)備觀測(cè)到的。人們?cè)谟^測(cè)到天王星以后，發(fā)現(xiàn)天王星的運(yùn)行軌道和理論軌道存在差異，1845年約翰·可夫·亞當(dāng)斯和埃班·勤維葉根據(jù)天王星是受到一顆更遠(yuǎn)位置上的行星影響，所以軌道和理論之間存在偏差，他們預(yù)測(cè)了這顆尚未被發(fā)現(xiàn)行星的軌道。
到了1846年，柏林天文臺(tái)臺(tái)長(zhǎng)約翰·格弗里恩·蓋爾，果然在他們預(yù)測(cè)的位置發(fā)現(xiàn)了一顆從未見(jiàn)過(guò)的行星，這就是海王星。所以，海王星其實(shí)是一顆被天文學(xué)家們“計(jì)算出來(lái)的行星”。后來(lái)，人們用羅馬神話中的海神涅普頓(Neptune)給這顆行星命名，翻譯成中文就是海王星。
在太陽(yáng)系8大行星中，有4顆是氣態(tài)行星，海王星就是其中之一，它不像地球是由巖石、泥土組成的，而是由氫、氦、甲烷等氣體組成。所以海王星雖然體積是地球的72倍，但是重量卻只是地球的17.147倍。
而鉆石的本質(zhì)其實(shí)就是碳，是碳原子在高溫高壓條件下產(chǎn)生的特殊晶體結(jié)構(gòu)，所以只要有高溫高壓的條件，還有碳原子就能形成鉆石，在海王星上恰好具備這樣的條件，因?yàn)楹Ｍ跣谴髿鈱又泻屑淄椤?/span>
幾十年前科學(xué)家在嘗試人工合成鉆石的時(shí)候就發(fā)現(xiàn)，在足夠高的溫度和壓力情況下，甲烷就會(huì)分解產(chǎn)生碳原子，碳原子進(jìn)一步聚合就可以形成鉆石。雖然說(shuō)海王星的表面非常寒冷，但是在星球內(nèi)部卻是高溫高壓的環(huán)境，在這樣的環(huán)境下就可以滿足甲烷變成鉆石的條件。由于海王星本身密度很小，鉆石的密度又很大，所以在鉆石形成以后會(huì)以非常高的速度向星球的核心沉降，等沉降到星球內(nèi)部，這里的溫度和壓力又達(dá)到“鉆石”的升華點(diǎn)，鉆石就會(huì)被蒸發(fā)形成氣態(tài)返回星球表面。所以海王星上無(wú)時(shí)無(wú)刻不在發(fā)生著鉆石的形成和蒸發(fā)，也就讓海王星上無(wú)時(shí)無(wú)刻在下著“鉆石雨”。
為了探測(cè)天王星、海王星這一類原地行星，除了航天器需要使用和燃料電池以外，還必須要依靠一種特殊的加速方式，這就是“引力彈弓”。這是一種上世紀(jì)初蘇聯(lián)科學(xué)家尤里康德拉圖克提出的，利用前往海王星途中其他行星的重力場(chǎng)來(lái)給太空探測(cè)器加速，將它甩向下一個(gè)目標(biāo)，在行星之間反復(fù)橫跳，最終達(dá)到節(jié)省燃料的目的。
在探測(cè)海王星的過(guò)程中，旅行者二號(hào)由于受到太陽(yáng)引力作用，速度逐漸減弱，一度少于掙脫太陽(yáng)引力要求的16.7公里/秒的第三宇宙速度。所以它就利用了木星的引力彈弓，在木星的強(qiáng)大引力的作用下狠狠踩了一腳油門(mén)，速度一度超過(guò)了每秒37公里，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于第三宇宙速度。
了解完引力彈弓以后，為什么1989年到現(xiàn)在，三十多年的時(shí)間里人類再?zèng)]有一顆探測(cè)器到達(dá)海王星進(jìn)行研究呢？
首先是軌跡約束。由于海王星軌道的特殊性，所以要想發(fā)射探測(cè)器必須要有合適的窗口期，而這個(gè)窗口期每隔12年才會(huì)有一次。即便是在窗口期內(nèi)，我們也必須借助合適位置的木星作為引力彈弓來(lái)降低成本，降低長(zhǎng)距離星際飛行的成本。
而造成30年來(lái)再?zèng)]有海王星探測(cè)的另一個(gè)原因是電池，如果像傳統(tǒng)月球或者火星探測(cè)器那樣使用太陽(yáng)能板，海王星距離太陽(yáng)實(shí)在太遠(yuǎn)，陽(yáng)光非常微弱，而且從地球到海王星至少要十幾年，如果沒(méi)有核動(dòng)力，航天器沒(méi)有辦法在離太陽(yáng)這么遠(yuǎn)的地方工作。
雖然面臨很多挑戰(zhàn)，美國(guó)航天局也提出了重返海王星的“三叉戟計(jì)劃”計(jì)劃在2026年發(fā)射首顆探測(cè)器，中國(guó)航天局也同樣提出了自己的海王星探測(cè)計(jì)劃，相信不久的將來(lái)人類航天器會(huì)再次到達(dá)這顆神秘的星球。
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