这些图像暴露了太阳系的黑暗面

我如果你想了解组成我们太阳系的耀眼的天体家族——从微小的、飞溅的彗星到巨大的、带环的行星——你可以先沉浸在充斥着科学文献的技术术语中。扁圆形。他们发现。磁气圈。挥发物。无论如何，如果你这么想，就大胆尝试吧。这是很值得的。但如果你的目标是对你在这个围绕太阳的多彩社区中的位置形成一种更直观的感觉，你可以用一个来自艺术世界的词来开始这个快速课程:明暗对比的．

文艺复兴时期的艺术家们创造了这个词，用来描述一种新颖的美学，这种美学的定义是一幅画的明亮部分和暗淡部分之间的极端反差。明暗对比的(意大利语为“明暗”)赋予画布一种广阔的立体感和一种情感的神秘感。对于包括达芬奇、伦勃朗和维米尔在内的艺术家来说，这种新方法也与中世纪呆板、单调的艺术风格形成了鲜明的对比。天文爱好者,明暗对比的这只是对他们的先辈几千年前发现的自然真理的一个极其迟来的认识。天空的运行是通过光与暗的对比相互作用来表达的。

太阳系中最绚烂的日食从地球上是看不到的。

虽然光似乎是天空中最主要的元素，但黑暗往往包含最强大的教训。黑暗定义了最可怕和最令人恐惧的占星术事件，日全食，并激发了科学史上一些最伟大的进步。中国占星家对日食的书面记录至少可以追溯到公元前2000年。公元前6世纪，巴比伦人发明了一种复杂的历法，使他们能够非常准确地预测日食。

在现代，日食导致氦元素的发现和太阳上的剧烈喷发；1919年，日食的阴影使研究人员首次验证了阿尔伯特·爱因斯坦的广义相对论。即使在今天,，明暗对比的仍然是发现和理解的有力工具。即使在今天,明暗对比的仍然是发现和理解的有力工具。在整个太阳系中，黑暗暴露了只有光才能掩盖的秘密位置:那些引人注目的地方，卫星被撕裂，彗星诞生，外星生命可能在冰雪覆盖的海洋中游泳。

火星上的污点太阳

日食并不是地球独有的现象。在任何月球与太阳对齐的世界都可能出现这种现象。火星有两颗这样的卫星，火卫一和火卫二。这两个行星都很小——较大的火卫一直径为14英里，几乎比曼哈顿岛还大——但它们也非常接近地球。因此，从火星表面看，火卫一看起来足够大，足以遮住太阳的很大一部分。火卫一的轨道运行也只需要7小时39分钟，所以它的阴影会不断扫过火星的地貌。

美国宇航局的核动力机遇号探测器观察到的2013年8月20日的火卫一日食。这些事件发生的时间有助于行星科学家监测火星卫星的运动，并预测它们的命运。火卫一正在稳定地向火星内部螺旋旋转;最新的计算表明，在不到5000万年的时间里，它将被行星的引力撕裂。它的残骸将被涂抹成一个环系统，就像土星的环一样，但更小、更暗。

火卫一的块状形状也从它对太阳的不规则轮廓中很明显。很明显，它不是一个像我们的月亮，现在没有人确定它是如何到达那里的。一种观点认为火卫一和火卫二是被火星捕获的不受控制的小行星。另一种说法是，它们是在一次巨大的、古老的撞击中从行星上喷发出的碎片形成的。火卫一甚至可能是某种天上的凤凰，诞生于一个早期的卫星的残骸，它被撕裂成环，然后重新组合。2024年，日本航天局将发射一项名为MMX(火星卫星探索)访问火卫一，对其表面取样，并填补这个阴影卫星的细节。

被一颗带光环的行星遮盖

太阳系中最绚烂的日食从地球上是看不到的，但有一次却是捕获从2004年到2017年，卡西尼号飞船围绕土星飞行。2012年10月17日，在调查期间，174^th轨道上，它直接从行星的后面经过，进入了它的阴影中。然而，并非一切都是黑暗的。在土星的边缘可以看到来自日食的光线，这使得研究人员可以研究土星厚厚的、多风的氢氦大气层的结构。

从一个独特的角度来看，最伟大的视觉戏剧来自地球的光环。你在这里看到的任何东西都不会被太阳直接照亮；相反，你看到的是阳光从构成光环的冰块上散射下来。颜色表示这些块的结构和组成，而亮度表示它们的平均大小；显然，它们的规模从尘埃斑点到小房子大小的漂浮冰山不等。这种不寻常的调色板部分是由于这种不熟悉的照明类型，部分是由于图像的组成方式：卡西尼号的成像相机在红外线、红光和紫光下拍摄了三张照片，然后将它们组合起来模拟彩色视图。

在左下方的黑暗中，有两个微弱而迷人的光点。它们是土卫二和土卫二，是土星82颗卫星中的两颗。土卫二是一个非常小的星球，它的冰层下有一片温暖的海洋。天体生物学家现在认为它是太阳系中最有可能寻找外星生命的地方之一。这一努力正得到另一场光影戏的帮助。稍后再详细介绍。

被一颗矮行星遮蔽

看到土星日食是一件罕见的事情。在冥王星附近看到日蚀是一个百年一遇的事件。它发生了2015年7月14日，当美国宇航局的新视野号宇宙飞船飞到矮行星冥王星后面，准备离开太阳系时，没有计划让它再次发生。

在很长一段时间里，冥王星被认为是一个没有空气的、惰性的世界。“新视野号”的事实证明并非如此。如果冥王星是一个光秃秃的冰球，它看起来就像一个黑色的圆盘，几乎看不见。浓郁的蓝色边缘讲述了一个完全不同的故事。尽管冥王星比地球的卫星小，尽管温度徘徊在零下390华氏度左右，但它有一个复杂的大气，由氮与甲烷和一氧化碳组成，充满了意想不到的蓝色雾霾。仔细看，你会发现雾霾被分成了几十层。使用“新地平线”数据的科学家认为，雾霾是由光化学烟雾组成的(不像糟糕的洛杉矶)，包括乙烯和乙炔等有机化合物。这些粒子非常细小，它们散射的大部分是蓝光，这也是为什么我们的天空是蓝色的。为什么它们遵循如此复杂的分层结构，没有人知道。

再仔细看，你会看到薄雾中划破的黑线。这些是冥王星崎岖的山峰上山脉的阴影，由深冻的水冰组成，并覆盖着氮冰川。这些阴影类似于被称为黄昏光线的黑暗线，你经常会看到在云层周围被太阳照亮。只有在这种情况下，黑暗提供了我们对冥王星冰冻地形的首次测量。

被一颗喷发的彗星遮住了

任何经过太阳前面的东西都能造成日食。不一定是行星或卫星。一颗彗星也能做到这一点这个图像这颗彗星被称为67P/ Churyumov-Gerasimenko，或者简称为“67P”。从2014年到2016年，欧洲航天局(European Space Agency)的罗塞塔(Rosetta)任务对67P进行了近距离研究，在其表面投放了一个小型着陆器，并获得了迄今为止拍摄的最好的彗星固态冷核照片。

2016年3月29日，罗塞塔在510英里外拍摄了这张67P彗星的照片。彗星本身很小，在其最长的维度上只有2.5英里宽。严格地说，这不是一次真正的日食；太阳稍微偏侧，而不是直接在彗星后面。但在这种安排下，彗星几乎完全是背光的，它的夜晚面向我们，背景是繁星。你可以看到一缕阳光落在彗星的顶部。然而，真正有趣的是围绕着彗星的模糊喷流和流光，当从后面像这样照亮彗星时，它们显得尤为突出。

67P彗星一生中的大部分时间——数十亿年——都在柯伊伯带的昏暗中度过。柯伊伯带是太阳系外的一个区域，远远超出冥王星。在某一时刻，它受到了干扰，向内落向太阳。然后在1959年，它不幸经过了木星，这使它离木星更近了。现在，它的冰冻气体在太阳的热量下定期汽化，释放出尘埃云，使喷流和飘带可见。你在这里看到的，以前从未见过的，是彗星尾巴形成过程的第一阶段。彗星本身就像一块煤一样黑;它留下的巨大的气体和尘埃的轨迹是捕捉阳光，使彗星在我们的天空中看起来美丽的发光。

柯伊伯带的剪影

有时天文学家在看到阴影之前无法理解他们所看到的东西。神秘物体Arrokoth就是如此。它位于柯伊伯带(67P彗星的发源地)，距离太阳40多亿英里，是新视野号在与冥王星及其卫星相遇后的第二个目的地。

在2018年12月31日“新视野号”抵达之前，我们对这个天体几乎一无所知;它只是哈勃太空望远镜在黑暗中观察到的一个小点。在最初的航天器图像中，Arrokoth看起来像一个22英里高的雪人，一个较小的球挤在另一个较大的球上。一天后，宇宙飞船回头看了看正在加速离开的目标，画面变得更加复杂。

阿罗科思出现就像两片空白，它的体积挡住了背景恒星的光线，边缘是两个薄薄的月牙状的微弱阳光(这里因为长时间曝光而模糊了)。很明显，这个物体不是雪人，而是两个煎饼粘在一起的边缘。以前没人见过这样的东西。如此精巧的结构也只能通过同样精细、温和的过程形成。地球的形成是一个剧烈的过程，以小行星的撞击和可怕的大规模碰撞为标志。Arrokoth指出，暴力并不总是解决问题的办法。在太阳系的外边缘，物体是如此的寒冷和缓慢移动，显然，它们可以简单地接触并粘在一起。

《暮光之城》中的间歇泉

土卫二是另一个迷人的天体，只有当你不直接观察它时，它的秘密才会显露出来。如果不是有一个关键的线索泄露出来，隐藏在冰层下的温暖海洋很可能一直都不为人所知，那就是:在这颗310英里宽的卫星的南极，有喷泉从裂缝中喷发出来。间歇泉是很微妙的特征，在土卫二表面的直接图像中是看不见的。但当它们在空旷的空间中显现出轮廓时，尤其是在阳光的照射下。

在这张卡西尼号于2010年11月30日拍摄的照片中，多个间歇泉正从不同的方向喷涌而出。土卫二对间歇泉的阴影帮助科学家确定了间歇泉的位置和几何形状;观察这些影子在一个季节中是如何变化的，可以进一步完善信息。对喷出物质的化学分析带来了一些令人振奋的消息。除了预期的水和盐，间歇泉还含有有机化合物。卡西尼号上的仪器还探测到了二氧化硅的存在，这种物质可以在海底火山中与水混合。

综上所述，证据表明土卫二既有生命的原始成分，也有潜在的能量来源。地球上的热液喷口支持着丰富的生态系统。不过，如果土卫二上有生命，可能很难找到。即使在最薄的地方，冰壳也可能至少有一英里厚，这意味着任何生物一定在漆黑的黑暗中游动。

热星球上的冷阴影

最近关于太阳系最引人注目的发现之一就是到处都有水——只是大部分不是在肉眼可见的地方。土卫二的海洋就是一个很好的例子(木星的卫星木卫二上也有类似的海洋，其他几个卫星上也很可能有)。也许，更令人惊讶的是，在距离太阳最近的行星水星上发现了水冰。白天的温度徘徊在800华氏度左右，这似乎排除了任何水，更不用说冰了。事实证明，秘密就在于看那些没有阳光的地方。

在水星的南北两极周围，有几十个陨石坑和盆地，形成了永久的阴影。由于它们不接受来自太阳的热量，又因为水星没有大气层，这些地方的温度一直非常低，超过零下300华氏度。在这样的温度下，冰可以无限期地保持稳定，这就解释了为什么雷达波从这些区域反射回来，就像它们击中了冰层一样。

在2011年到2015年间，美国宇航局的信使号飞船绘制了永久黑暗的陨石坑确认它们与雷达回波的模式相匹配。信使号的地形测量还显示，阴影中的陨石坑似乎含有厚厚的倾斜沉积物，这些沉积物可能是水冰的堆积物。类似的冰沉积物似乎点缀着我们月球的两极，它们可以为未来的月球探险者提供有用的资源。

木星的紫外发光

在过去的几十年里，天文学的意义明暗对比的随着天文学家们开发出不仅可以观测黑暗的工具，还可以观测人眼看不见的光的形式，它已经扩大了。因此，熟悉的世界突然出现了陌生的面孔。木星以其标志性的彩色条纹云和巨大的红斑而闻名。但通过“朱诺”号宇宙飞船的紫外线眼睛，云层消失了，地球无情的极光显现出来闯进视图．

蓝色的椭圆形显示了持续围绕木星北极的极光环。当来自太阳的带电粒子被木星的磁场捕获，然后被抛入大气层，在那里它们以紫外线的形式释放能量时，就会发出这种光。

木星上的一切都是超大的，它的极光也不例外。极光环的宽度超过2万英里，大约是地球直径的三倍。木星的磁场如此之强，以至于它产生了电流，连接到它成千上万的卫星;在这些洋流撞击地球的地方，它们创造了图像中的点。当带电粒子撞击大气层时，其能量是地球上微弱的可见光极光的30倍。

金星的内部热量

远离太阳的第二颗行星得不到尊重;美国已经30多年没有向金星发射过航天器了。部分原因是它看起来太无聊了。这颗行星被永久的、不间断的云层所覆盖，反射了照射到它们的75%的光线。这使得金星在地球的天空中明亮而美丽，但很难以任何有意义的方式进行研究——至少，只要你把自己限制在可见光范围内。

日本的明崎探测器目前在金星轨道上，用红外辐射探测金星，看到了一个完全不同的世界。在它的云层下，金星有一层厚达地球90倍的二氧化碳大气，这会产生极端的温室效应，将金星表面加热到华氏850度。在这种温度下，表面在红外线下发出明亮的光，就像夜视镜上的灯一样。因此，Ataksuki所看到的就像是一张底片，所有通常的明暗概念都颠倒了。

在这张图中，我们看到的是夜晚一侧的金星。这种照明不是来自太阳，而是来自该行星及其低层大气的红外能量。亮斑是上层云层较薄的区域，可以让红外线穿透;黑暗的区域是厚的，高空云层。从这个角度看，金星是一个狂野、狂暴、充满活力的地方。金星的大小和组成也与地球非常相似，但不知怎么的，它变成了一个地狱行星。这个星球可以预见我们自己的悲惨命运。它值得我们仔细观察。

额外收获:月亮的光明面

在所有这些关于太阳系黑暗的讨论中，你可能已经注意到没有提到月球的黑暗面。理由很充分：这不是真的。它的每一个部分都能接收到阳光，除了靠近两极的阴影坑。就连平克·弗洛伊德也知道这一点，温柔地提醒细心的听众：“月球没有黑暗的一面，真的。事实上，它全是黑暗的。唯一让它看起来明亮的是太阳。”

远离黑暗，庆祝光明，看看这个可爱的东西动画由NASA的科学可视化工作室创建。它提供了一种不同的感知转变，展示了站在月球背面(人们通常形容为“黑暗”的那一面)上方的人看到的月相。让视频播放，让阳光照进来。

科里·s·鲍威尔喜欢探索物理学和天文学的外在可能性。他写的有博客并共同主办科学的规则播客。@coreyspowell