❶ 有關太陽系的資料
太陽系的領域包括太陽,4顆像地球的內行星,由許多小岩石組成的小行星帶,4顆充滿氣體的巨大外行星,充滿冰凍小岩石,被稱為柯伊伯帶的第二個小天體區。在柯伊伯帶之外還有黃道離散盤面和太陽圈,和依然屬於假設的奧爾特雲。
依照至太陽的距離,行星序是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、和海王星,8顆中的6顆有天然的衛星環繞著,這些星習慣上因為地球的衛星被稱為月球而都被視為月球。在外側的行星都有由塵埃和許多小顆粒構成的行星環環繞著,而除了地球之外,肉眼可見的行星以五行為名,在西方則全都以希臘和羅馬神話故事中的神仙為名。三顆矮行星是冥王星,柯伊伯帶內最大的天體之一,穀神星,小行星帶內最大的天體,和屬於黃道離散天體的鬩神星。
概述和軌道
太陽系內天體的軌道太陽系的主角是位居中心的太陽,它是一顆光譜分類為G2V的主序星,擁有太陽系內已知質量的99.86%,並以引力主宰著太陽系。木星和土星,太陽系內最大的兩顆行星,又佔了剩餘質量的90%以上,目前仍屬於假說的奧爾特雲,還不知道會佔有多少百分比的質量。
太陽系內主要天體的軌道,都在地球繞太陽公轉的軌道平面(黃道)的附近。行星都非常靠近黃道,而彗星和柯伊伯帶天體,通常都有比較明顯的傾斜角度。
由北方向下鳥瞰太陽系,所有的行星和絕大部分的其他天體,都以逆時針(右旋)方向繞著太陽公轉。有些例外的,像是哈雷彗星。
環繞著太陽運動的天體都遵守開普勒行星運動定律,軌道都以太陽為橢圓的一個焦點,並且越靠近太陽時的速度越快。行星的軌道接近圓型,但許多彗星、小行星和柯伊伯帶天體的軌道則是高度橢圓的。
在這么遼闊的空間中,有許多方法可以表示出太陽系中每個軌道的距離。在實際上,距離太陽越遠的行星或環帶,與前一個的距離就會更遠,而只有少數的例外。例如,金星在水星之外約0.33天文單位的距離上,而土星與木星的距離是4.3天文單位,海王星又在天王星之外10.5天文單位。曾有些關系式企圖解釋這些軌道距離變化間的交互作用,但這樣的理論從未獲得證實。
形成和演化
藝術家筆下的原行星盤
太陽系的形成據信應該是依據星雲假說,最早是在1755年由康德和1796年由拉普拉斯各自獨立提出的。這個理論認為太陽系是在46億年前在一個巨大的分子雲的塌縮中形成的。這個星雲原本有數光年的大小,並且同時誕生了數顆恆星。研究古老的隕石追溯到的元素顯示,只有超新星爆炸的心臟部分才能產生這些元素,所以包含太陽的星團必然在超新星殘骸的附近。可能是來自超新星爆炸的震波使鄰近太陽附近的星雲密度增高,使得重力得以克服內部氣體的膨脹壓力造成塌縮,因而觸發了太陽的誕生。
被認定為原太陽星雲的地區就是日後將形成太陽系的地區,直徑估計在7,000至20,000天文單位,而質量僅比太陽多一點(多0.1至0.001太陽質量)。當星雲開始塌縮時,角動量守恆定律使它的轉速加快,內部原子相互碰撞的頻率增加。其中心區域集中了大部分的質量,溫度也比周圍的圓盤更熱。當重力、氣體壓力、磁場和自轉作用在收縮的星雲上時,它開始變得扁平成為旋轉的原行星盤,而直徑大約200天文單位,並且在中心有一個熱且稠密的原恆星。
對年輕的金牛T星的研究,相信質量與預熔合階段發展的太陽非常相似,顯示在形成階段經常都會有原行星物質的圓盤伴隨著。這些圓盤可以延伸至數百天文單位,並且最熱的部分可以達到數千K的高溫。
一億年後,在塌縮的星雲中心,壓力和密度將大到足以使原始太陽的氫開始熱融合,這會一直增加直到流體靜力平衡,使熱能足以抵抗重力的收縮能。這時太陽才成為一顆真正的恆星。
相信經由吸積的作用,各種各樣的行星將從雲氣(太陽星雲)中剩餘的氣體和塵埃中誕生:
·當塵粒的顆粒還在環繞中心的原恆星時,行星就已經開始成長;
·然後經由直接的接觸,聚集成1至10公里直徑的叢集;
·接著經由碰撞形成更大的個體,成為直徑大約5公里的星子;
·在未來得數百萬年中,經由進一步的碰撞以每年15厘米的的速度繼續成長。
在太陽系的內側,因為過度的溫暖使水和甲烷這種易揮發的分子不能凝聚,因此形成的星子相對的就比較小(僅佔有圓盤質量的0.6%),並且主要的成分是熔點較高的硅酸鹽和金屬等化合物。這些石質的天體最後就成為類地行星。再遠一點的星子,受到木星引力的影響,不能凝聚在一起成為原行星,而成為現在所見到的小行星帶。
在更遠的距離上,在凍結線之外,易揮發的物質也能凍結成固體,就形成了木星和土星這些巨大的氣體巨星。天王星和海王星獲得的材料較少,並且因為核心被認為主要是冰(氫化物),因此被稱為冰巨星。
一旦年輕的太陽開始產生能量,太陽風會將原行星盤中的物質吹入行星際空間,從而結束行星的成長。年輕的金牛座T星的恆星風就比處於穩定階段的較老的恆星強得多。
根據天文學家的推測,目前的太陽系會維持直到太陽離開主序。由於太陽是利用其內部的氫作為燃料,為了能夠利用剩餘的燃料,太陽會變得越來越熱,於是燃燒的速度也越來越快。這就導致太陽不斷變亮,變亮速度大約為每11億年增亮10%。
從現在起再過大約76億年,太陽的內核將會熱得足以使外層氫發生融合,這會導致太陽膨脹到現在半徑的260倍,變為一個紅巨星。此時,由於體積與表面積的擴大,太陽的總光度增加,但表面溫度下降,單位面積的光度變暗。
隨後,太陽的外層被逐漸拋離,最後裸露出核心成為一顆白矮星,一個極為緻密的天體,只有地球的大小卻有著原來太陽一半的質量。
[編輯本段]結構和組成
太陽系是由受太陽引力約束的天體組成的系統是宇宙中的一個小天體系統,
太陽系的結構可以大概地分為五部分:
太陽
太陽是太陽系的母星,也是最主要和最重要的成員。它有足夠的質量讓內部的壓力與密度足以抑制和承受核融合產生的巨大能量,並以輻射的型式,例如可見光,讓能量穩定的進入太空。太陽在赫羅圖上的位置
太陽在分類上是一顆中等大小的黃矮星,不過這樣的名稱很容易讓人誤會,其實在我們的星系中,太陽是相當大與明亮的。恆星是依據赫羅圖的表面溫度與亮度對應關系來分類的。通常,溫度高的恆星也會比較明亮,而遵循此一規律的恆星都會位在所謂的主序帶上,太陽就在這個帶子的中央。但是,但是比太陽大且亮的星並不多,而比較暗淡和低溫的恆星則很多。
太陽在恆星演化的階段正處於壯年期,尚未用盡在核心進行核融合的氫。太陽的亮度仍會與日俱增,早期的亮度只是現在的75%。
計算太陽內部氫與氦的比例,認為太陽已經完成生命周期的一半,在大約50億年後,太陽將離開主序帶,並變得更大與更加明亮,但表面溫度卻降低的紅巨星,屆時它的亮度將是目前的數千倍。
太陽是在宇宙演化後期才誕生的第一星族恆星,它比第二星族的恆星擁有更多的比氫和氦重的金屬(這是天文學的說法:原子序數大於氦的都是金屬。)。比氫和氦重的元素是在恆星的核心形成的,必須經由超新星爆炸才能釋入宇宙的空間內。換言之,第一代恆星死亡之後宇宙中才有這些重元素。最老的恆星只有少量的金屬,後來誕生的才有較多的金屬。高金屬含量被認為是太陽能發展出行星系統的關鍵,因為行星是由累積的金屬物質形成的。
行星際物質
除了光,太陽也不斷的放射出電子流(等離子),也就是所謂的太陽風。這條微粒子流的速度為每小時150萬公里,在太陽系內創造出稀薄的大氣層(太陽圈),范圍至少達到100天文單位(日球層頂),也就是我們所認知的行星際物質。 太陽的黑子周期(11年)和頻繁的閃焰、日冕物質拋射在太陽圈內造成的干擾,產生了太空氣候。伴隨太陽自轉而轉動的磁場在行星際物質中所產生的太陽圈電流片,是太陽系內最大的結構。
地球的磁場從與太陽風的互動中保護著地球大氣層。水星和金星則沒有磁場,太陽風使它們的大氣層逐漸流失至太空中。 太陽風和地球磁場交互作用產生的極光,可以在接近地球的磁極(如南極與北極)的附近看見。
宇宙線是來自太陽系外的,太陽圈屏障著太陽系,行星的磁場也為行星自身提供了一些保護。宇宙線在星際物質內的密度和太陽磁場周期的強度變動有關,因此宇宙線在太陽系內的變動幅度究竟是多少,仍然是未知的。
行星際物質至少在在兩個盤狀區域內聚集成宇宙塵。第一個區域是黃道塵雲,位於內太陽系,並且是黃道光的起因。它們可能是小行星帶內的天體和行星相互撞擊所產生的。第二個區域大約伸展在10-40天文單位的范圍內,可能是柯伊伯帶內的天體在相似的互相撞擊下產生的。
內太陽系
內太陽系在傳統上是類地行星和小行星帶區域的名稱,主要是由硅酸鹽和金屬組成的。這個區域擠在靠近太陽的范圍內,半徑還比木星與土星之間的距離還短。
內行星所有的內行星
四顆內行星或是類地行星的特點是高密度、由岩石構成、只有少量或沒有衛星,也沒有環系統。它們由高熔點的礦物,像是硅酸鹽類的礦物,組成表面固體的地殼和半流質的地幔,以及由鐵、鎳構成的金屬核心所組成。四顆中的三顆(金星、地球、和火星)有實質的大氣層,全部都有撞擊坑和地質構造的表面特徵(地塹和火山等)。內行星容易和比地球更接近太陽的內側行星(水星和金星)混淆。行星運行在一個平面,朝著一個方向
水星
水星(Mercury)(0.4 天文單位)是最靠近太陽,也是最小的行星(0.055地球質量)。它沒有天然的衛星,僅知的地質特徵除了撞擊坑外,只有大概是在早期歷史與收縮期間產生的皺折山脊。 水星,包括被太陽風轟擊出的氣體原子,只有微不足道的大氣。目前尚無法解釋相對來說相當巨大的鐵質核心和薄薄的地幔。假說包括巨大的沖擊剝離了它的外殼,還有年輕時期的太陽能抑制了外殼的增長。
金星
金星 (Venus)(0.7 天文單位)的體積尺寸與地球相似(0.86地球質量),也和地球一樣有厚厚的硅酸鹽地幔包圍著核心,還有濃厚的大氣層和內部地質活動的證據。但是,它的大氣密度比地球高90倍而且非常乾燥,也沒有天然的衛星。它是顆炙熱的行星,表面的溫度超過400°C,很可能是大氣層中有大量的溫室氣體造成的。沒有明確的證據顯示金星的地質活動仍在進行中,但是沒有磁場保護的大氣應該會被耗盡,因此認為金星的大氣是經由火山的爆發獲得補充。
地球
地球(Earth)(1 天文單位)是內行星中最大且密度最高的,也是維一地質活動仍在持續進行中並擁有生命的行星。它也擁有類地行星中獨一無二的水圈和被觀察到的板塊結構。地球的大氣也於其他的行星完全不同,被存活在這兒的生物改造成含有21%的自由氧氣。它只有一顆衛星,即月球;月球也是類地行星中唯一的大衛星。地球公轉(太陽)一圈約365天,自轉一圈約1天。(太陽並不是總是直射赤道,因為地球圍繞太陽旋轉時,稍稍有些傾斜。)
火星
火星(Mars)(1.5 天文單位)比地球和金星小(0.17地球質量),只有以二氧化碳為主的稀薄大氣,它的表面,例如奧林匹斯山有密集與巨大的火山,水手號峽谷有深邃的地塹,顯示不久前仍有劇烈的地質活動。火星有兩顆天然的小衛星,戴摩斯和福伯斯,可能是被捕獲的小行星。
小行星帶
小行星的主帶和特洛伊小行星 小行星是太陽系小天體中最主要的成員,主要由岩石與不易揮發的物質組成。
主要的小行星帶位於火星和木星軌道之間,距離太陽2.3至3.3 天文單位,它們被認為是在太陽系形成的過程中,受到木星引力擾動而未能聚合的殘余物質。
小行星的尺度從大至數百公里、小至微米的都有。除了最大的穀神星之外,所有的小行星都被歸類為太陽系小天體,但是有幾顆小行星,像是灶神星、健神星,如果能被證實已經達到流體靜力平衡的狀態,可能會被重分類為矮行星。
小行星帶擁有數萬顆,可能多達數百萬顆,直徑在一公里以上的小天體。盡管如此,小行星帶的總質量仍然不可能達到地球質量的千分之一。小行星主帶的成員依然是稀稀落落的,所以至今還沒有太空船在穿越時發生意外。
直徑在10至10-4 米的小天體稱為流星體。
穀神星
穀神星 (Ceres)(2.77 天文單位)是主帶中最大的天體,也是主帶中唯一的矮行星。它的直徑接近1000公里,因此自身的引力已足以使它成為球體。它在19世紀初被發現時,被認為是一顆行星,在1850年代因為有更多的小天體被發現才重新分類為小行星;在2006年,又再度重分類為矮行星。
小行星族
在主帶中的小行星可以依據軌道元素劃分成幾個小行星群和小行星族。小行星衛星是圍繞著較大的小行星運轉的小天體,它們的認定不如繞著行星的衛星那樣明確,因為有些衛星幾乎和被繞的母體一樣大。
在主帶中也有彗星,它們可能是地球上水的主要來源。
特洛依小行星的位置在木星的 L4或L5點(在行星軌道前方和後方的不穩定引力平衡點),不過"特洛依"這個名稱也被用在其他行星或衛星軌道上位於拉格朗日點上的小天體。 希耳達族是軌道周期與木星2:3共振的小行星族,當木星繞太陽公轉二圈時,這群小行星會繞太陽公轉三圈。
內太陽系也包含許多「淘氣」的小行星與塵粒,其中有許多都會穿越內行星的軌道。
中太陽系
太陽系的中部地區是氣體巨星和它們有如行星大小尺度衛星的家,許多短周期彗星,包括半人馬群也在這個區域內。此區沒有傳統的名稱,偶爾也會被歸入"外太陽系",雖然外太陽系通常是指海王星以外的區域。在這一區域的固體,主要的成分是"冰"(水、氨和甲烷),不同於以岩石為主的內太陽系。
外行星
所有的外行星 在外側的四顆行星,也稱為類木行星,囊括了環繞太陽99%的已知質量。木星和土星的大氣層都擁有大量的氫和氦,天王星和海王星的大氣層則有較多的「冰」,像是水、氨和甲烷。有些天文學家認為它們該另成一類,稱為「天王星族」或是「冰巨星」。這四顆氣體巨星都有行星環,但是只有土星的環可以輕松的從地球上觀察。「外行星」這個名稱容易與「外側行星」混淆,後者實際是指在地球軌道外面的行星,除了外行星外還有火星。
木星
木星(Jupiter)(5.2 天文單位),主要由氫和氦組成,質量是地球的318倍,也是其他行星質量總合的2.5倍。木星的豐沛內熱在它的大氣層造成一些近似永久性的特徵,例如雲帶和大紅斑。木星已經被發現的衛星有63顆,最大的四顆,甘尼米德、卡利斯多、埃歐、和歐羅巴,顯示出類似類地行星的特徵,像是火山作用和內部的熱量。甘尼米德比水星還要大,是太陽系內最大的衛星。
土星
土星(Saturn)(9.5 天文單位),因為有明顯的環系統而著名,它與木星非常相似,例如大氣層的結構。土星不是很大,質量只有地球的95倍,它有60顆已知的衛星,泰坦和恩塞拉都斯,擁有巨大的冰火山,顯示出地質活動的標志。泰坦比水星大,而且是太陽系中唯一實際擁有大氣層的衛星。
天王星
天王星(Uranus)(19.6 天文單位),是最輕的外行星,質量是地球的14倍。它的自轉軸對黃道傾斜達到90度,因此是橫躺著繞著太陽公轉,在行星中非常獨特。在氣體巨星中,它的核心溫度最低,只輻射非常少的熱量進入太空中。天王星已知的衛星有27顆,最大的幾顆是泰坦尼亞、歐貝隆、烏姆柏里厄爾、艾瑞爾、和米蘭達。
海王星
海王星(Neptune)(30 天文單位)雖然看起來比天王星小,但密度較高使質量仍有地球的17倍。他雖然輻射出較多的熱量,但遠不及木星和土星多。海王星已知有13顆衛星,最大的崔頓仍有活躍的地質活動,有著噴發液態氮的間歇泉,它也是太陽系內唯一逆行的大衛星。在海王星的軌道上有一些1:1軌道共振的小行星,組成海王星特洛伊群。
彗星
彗星歸屬於太陽系小天體,通常直徑只有幾公里,主要由具揮發性的冰組成。 它們的軌道具有高離心率,近日點一般都在內行星軌道的內側,而遠日點在冥王星之外。當一顆彗星進入內太陽系後,與太陽的接近會導致她冰冷表面的物質升華和電離,產生彗發和拖曳出由氣體和塵粒組成、肉眼就可以看見的彗尾。
短周期彗星是軌道周期短於200年的彗星,長周期彗星的軌周期可以長達數千年。短周期彗星,像是哈雷彗星,被認為是來自柯伊伯帶;長周期彗星,像海爾·波普彗星,則被認為起源於奧爾特雲。有許多群的彗星,像是克魯茲族彗星,可能源自一個崩潰的母體。有些彗星有著雙曲線軌道,則可能來自太陽系外,但要精確的測量這些軌道是很困難的。 揮發性物質被太陽的熱驅散後的彗星經常會被歸類為小行星。
半人馬群
半人馬群是散布在9至30 天文單位的范圍內,也就是軌道在木星和海王星之間,類似彗星以冰為主的天體。半人馬群已知的最大天體是10199 Chariklo,直徑在200至250 公里。第一個被發現的是2060 Chiron,因為在接近太陽時如同彗星般的產生彗發,目前已經被歸類為彗星。有些天文學家將半人馬族歸類為柯伊伯帶內部的離散天體,而視為是外部離散盤的延續。
外海王星區
在海王星之外的區域,通常稱為外太陽系或是外海王星區,仍然是未被探測的廣大空間。這片區域似乎是太陽系小天體的世界(最大的直徑不到地球的五分之一,質量則遠小於月球),主要由岩石和冰組成。
柯伊伯帶
柯伊伯帶,最初的形式,被認為是由與小行星大小相似,但主要是由冰組成的碎片與殘骸構成的環帶,擴散在距離太陽30至50 天文單位之處。這個區域被認為是短周期彗星——像是哈雷彗星——的來源。它主要由太陽系小天體組成,但是許多柯伊伯帶中最大的天體,例如創神星、伐樓拿、2003 EL61、2005 FY9和厄耳枯斯等,可能都會被歸類為矮行星。估計柯伊伯帶內直徑大於50 公里的天體會超過100,000顆,但總質量可能只有地球質量的十分之一甚至只有百分之一。許多柯伊伯帶的天體都有兩顆以上的衛星,而且多數的軌道都不在黃道平面上。
柯伊伯帶大致上可以分成共振帶和傳統的帶兩部分,共振帶是由與海王星軌道有共振關系的天體組成的(當海王星公轉太陽三圈就繞太陽二圈,或海王星公轉兩圈時只繞一圈),其實海王星本身也算是共振帶中的一員。傳統的成員則是不與海王星共振,散布在39.4至47.7 天文單位范圍內的天體。傳統的柯伊伯帶天體以最初被發現的三顆之一的1992 QB1為名,被分類為類QB1天體。
冥王星和卡戎
冥王星和已知的三顆衛星 冥王星(Pluto)(平均距離39 天文單位)是一顆矮行星,也是柯伊伯帶內已知的最大天體之一。當它在1930年被發現後被認為是第九顆行星,直到2006年才重分類為矮行星。冥王星的軌道對黃道面傾斜17度,與太陽的距離在近日點時是29.7天文單位(在海王星軌道的內側),遠日點時則達到49.5天文單位。
目前還不能確定卡戎(Charon),冥王星的衛星,是否應被歸類為目前認為的衛星還是屬於矮行星,因為冥王星和卡戎互繞軌道的質心不在任何一者的表面之下,形成了冥王星-卡戎雙星系統。另外兩顆很小的衛星,尼克斯(Nix)與許德拉(Hydra)則繞著冥王星和卡戎公轉。
冥王星在共振帶上,與海王星有著3:2的共振(冥王星繞太陽公轉二圈時,海王星公轉三圈)。柯伊伯帶中有著這種軌道的天體統稱為類冥天體。
離散盤
離散盤與柯伊伯帶是重疊的,但是向外延伸至更遠的空間。離散盤內的天體應該是在太陽系形成的早期過程中,因為海王星向外遷徙造成的引力擾動才被從柯伊伯帶拋入反覆不定的軌道中。多數黃道離散天體的近日點都在柯伊伯帶內,但遠日點可以遠至150 天文單位;軌道對黃道面也有很大的傾斜角度,甚至有垂直於黃道面的。有些天文學家認為黃道離散天體應該是柯伊伯帶的另一部分,並且應該稱為"柯伊伯帶離散天體"。
此外,關於類似太陽系的天體系統的研究的另一個目的是探索其他星球上是否也存在著生命。
太陽系是由受太陽引力約束的天體組成的系統,它的最大范圍約可延伸到1光年以外。太陽系的主要成員有:太陽(恆星)、九大行星(包括地球)、無數小行星、眾多衛星(包括月亮),還有彗星、流星體以及大量塵埃物質和稀薄的氣態物質.在太陽系中,太陽的質量占太陽系總質量的99.8%,其它天體的總和不到有太陽的0.2%。太陽是中心天體,它的引力控制著整個太陽系,使其它天體繞太陽公轉,太陽系中的九大行星(水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星)都在接近同一平面的近圓軌道上,朝同一方向繞太陽公轉。
距離
(AU)
半徑
(地球)
質量
(地球)
軌道傾角
(度)
軌道
偏心率
傾斜度
密度
(g/cm3)
太陽 0 109 332,800 --- --- --- 1.410
水星 0.39 0.38 0.05 7 0.2056 0.1° 5.43
金星 0.72 0.95 0.89 3.394 0.0068 177.4° 5.25
地球 1.0 1.00 1.00 0.000 0.0167 23.45° 5.52
火星 1.5 0.53 0.11 1.850 0.0934 25.19° 3.95
木星 5.2 11.0 318 1.308 0.0483 3.12° 1.33
土星 9.5 9.5 95 2.488 0.0560 26.73° 0.69
天王星 19.2 4.0 17 0.774 0.0461 97.86° 1.29
海王星 30.1 3.9 17 1.774 0.0097 29.56° 1.64
冥王星 39.5 0.18 0.002 17.15 0.2482 119.6° 2.03
❷ 太陽系天體地質概況
銀河系是直徑100000光年,擁有約2000億顆恆星的棒旋星系。太陽位居銀河外圍的一條旋渦臂上,稱為獵戶臂或本地臂(圖1-6)。太陽距離銀核25000~28000光年,在銀河系內的運動速度大約是220km/s,因此環繞銀河公轉一圈需要2.25億~2.5億年,這個公轉周期稱為銀河年。
圖1-6 太陽系在銀河系中的位置
太陽系在銀河系中的位置是地球上能發展出生命的一個很重要的因素,它的軌道非常接近圓形,並且和旋臂保持大致相同的速度,這意味著它相對旋臂是幾乎不動的。因為旋臂遠離了有潛在危險的超新星密集區域,使地球長期處在穩定的環境之中得以發展出生命。如果太陽系接近銀河系恆星群居的中心,鄰近恆星強大的引力對奧爾特雲產生的擾動會將大量的彗星送入太陽系內,導致與地球的碰撞而危害到發展中的生命。銀河中心強烈的輻射線也會干擾生命的發展。
太陽系由太陽和所有受到太陽引力約束的天體組成,包括太陽、8顆行星和至少165顆已知的衛星,以及數以億計的太陽系小天體。根據到太陽的距離,8顆行星依次是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。離太陽較近的水星、金星、地球及火星稱為類地行星,木星與土星稱為近日行星,天王星與海王星稱為遠日行星。
(一)太陽系的形成和演化
關於太陽系的起源有許多假說,概括起來有星雲說、災變說、俘獲說、戴文賽等等,還有所謂碰撞說、雙星說、超新星說等。
1.星雲說
最初的星雲說是18世紀下半葉由德國哲學家康德和法國天文學家拉普拉斯提出來的,人們一般稱之為康德-拉普拉斯星雲說。他們認為:太陽系是由一塊星雲收縮形成的,先形成的是太陽,然後剩餘的星雲物質進一步收縮演化形成行星(圖1-7)。
圖1-7 星雲說
康德-拉普拉斯星雲說只是初步地說明了太陽系的起源問題,有許多觀測事實難以用它來解釋。所以,星雲說在很長時間里陷入了窘境。直到20世紀,隨著現代天文學和物理學的進展,特別是近幾十年裡,恆星演化理論的日趨成熟,星雲說又煥發出了新的活力。
現代觀測事實證明,恆星是由星雲形成的。太陽系的形成在宇宙中並不是一個偶然的現象,而是普遍的、必然的結果。另外,關於太陽系的許多新發現也有力地支持了星雲說。
2.災變說
災變說認為行星是某種偶然發生事件引起的劇變而形成的。
第一個災變說是法國人G..L.L布豐於1745年提出的彗星說:認為一顆大彗星掠碰太陽使它自轉起來,而碰出的太陽物質在繞轉過程中形成了行星和衛星。它否定上帝創世,一度有相當影響(圖1-8)。
圖1-8 災變說
3.俘獲說
這種學說認為構成行星和衛星的物質是太陽形成後從太陽鄰近區域俘獲來的。前蘇聯科學家施米特1944年提出的隕星說認為,太陽在運行中穿過一個星際雲,俘獲了3%太陽質量的星際物質,這些物質逐漸形成行星和衛星。還有一些人,如愛爾蘭的埃奇沃思、英國的彭德雷和威廉斯以及印度的米特拉等,提出了其他類型的俘獲說,他們在描述圖像和處理方法上存在著很大差別。提出俘獲說的一個主要出發點是為了說明太陽系的形成(圖1-9)。
圖1-9 俘獲說
4.戴文賽假說
1977年,我國著名天文學家戴文賽根據天文觀測的實際資料並吸取各家假說之長,提出了關於太陽系形成的看法。其要點如下:
1)5億年前星際物質因彼此吸引而收縮,形成一個旋轉的原始星雲團。原始星雲團不斷收縮,越轉越快,並逐漸變扁。
2)原始星雲最初的溫度很低,為冰點以下200多攝氏度,由於收縮使大量引力勢能轉化為熱能,使其溫度逐漸升高。
3)原始星雲收縮到大致為今天海王星軌道的大小時,其赤道處的旋轉離心力大致等於星雲本身對赤道處物質的吸引力,因此赤道處的物質便不再收縮,但星雲內部還在繼續收縮,最後就形成了一個周邊較厚而中心較薄的旋轉星雲盤。
4)原始星雲中大約97%的物質通過收縮而在星雲盤的中心聚集成為太陽,其餘物質中細微的固體質點通過相互碰撞和引力吸引聚集成為行星。
5)離太陽較近的區域因為溫度高,原始物質中大部分揮發性物質幾乎全部逃逸,剩下的是鐵、硅、鎂、硫及它們的氧化物,組成體積和質量較小、但密度較大的類地行星。離太陽較遠的區域因為溫度低,除了擁有類地行星物質以外還有大量的氫原子、氫分子、氦、氖等,以及氧、碳、氮及它們的氫化物,它們組成了體積和質量大但密度較小的木星和土星。離太陽最遠的區域行星因受太陽的吸引力微弱,大部分逃逸,或所存很少,行星的體積、質量、密度約介於前兩類行星之間。
6)由於太陽曾經拋射出部分帶電物質並損失了角動量,而行星是由原始星雲中最外面的物質形成的,這部分物質的角動量本來就很大,這就造成了太陽系角動量具有目前的分布特點。
(二)太陽系的結構和組成
太陽系大概可以分為五部分(圖1-10)。
圖1-10 太陽系(舒良樹,2010)
1.太陽
太陽是太陽系最主要和最重要的成員。它有足夠的質量讓內部的壓力與密度足以抑制和承受核融合產生的巨大能量,並以輻射的形式,例如可見光,讓能量穩定地進入太空。
太陽在分類上是一顆中等大小的黃矮星,不過這樣的名稱很容易讓人誤會,其實在我們的星系中,太陽是相當大、相當明亮的。
太陽在恆星演化的階段正處於壯年期,尚未用盡在核心進行核融合的氫。太陽的亮度仍會與日俱增,早期的亮度只是現在的75%。
計算太陽內部氫與氦的比例,認為太陽已經完成生命周期的一半,在大約50億年後,太陽將變得更大更明亮,但表面溫度卻降低,屆時它的亮度將是目前的數千倍。
太陽是在宇宙演化後期才誕生的第一星族恆星,它比第二星族的恆星擁有更多的比氫和氦重的金屬(這是天文學的說法:原子序數大於氦的都是金屬)。比氫和氦重的元素是在恆星的核心形成的,必須經由超新星爆炸才能釋入宇宙的空間內。換言之,第一代恆星死亡之後宇宙中才有這些重元素。最老的恆星只有少量的金屬,後來誕生的才有較多的金屬。高金屬含量被認為是太陽能發展出行星系統的關鍵,因為行星是由累積的金屬物質形成的。
除了光,太陽也不斷的放射出電子流(等離子),也就是所謂的太陽風。這條微粒子流的速度為每小時150萬千米,在太陽系內創造出稀薄的大氣層(太陽圈),范圍至少達到100天文單位(日球層頂),也就是我們所認知的行星際物質。太陽的黑子周期(11年)和頻繁的閃焰、日冕物質拋射在太陽圈內造成的干擾,產生了太空氣候。伴隨太陽自轉而轉動的磁場在行星際物質中所產生的太陽圈電流片,是太陽系內最大的結構。
地球的磁場與太陽風在互動中保護著地球大氣層。水星和金星則沒有磁場,太陽風使它們的大氣層逐漸流失至太空中。太陽風和地球磁場交互作用產生的極光,可以在接近地球磁極的附近(如南極與北極)看見。
宇宙線來自太陽系外,太陽圈屏障著太陽系,行星的磁場也為行星自身提供了一些保護。宇宙線在星際物質內的密度和太陽磁場周期的強度變動有關,宇宙線在太陽系內的變動幅度究竟是多少?仍然是未知的。
圖1-11 所有的內行星(Kutner,2003,有修改)
2.內太陽系
內太陽系傳統上指類地行星和小行星帶區域,現稱為內行星(圖1-11),主要是由硅酸鹽和金屬組成的。這個區域擠在靠近太陽的范圍內,半徑比木星與土星之間的距離還小。
四顆內行星或是類地行星的特點是高密度、由岩石構成、只有少量或沒有衛星,沒有環系統。它們由高熔點的礦物,如硅酸鹽類,組成表面固體的地殼和半流質的地幔,由鐵、鎳構成金屬核心。四顆中的三顆(金星、地球和火星)有實質的大氣層,全部都有撞擊坑和地質構造的表面特徵(地塹和火山等)。行星在一個平面朝著一個方向運行。
水星(0.4天文單位) 是最靠近太陽,也是最小的行星(0.055地球質量)。它沒有天然的衛星,僅知的地質特徵除了撞擊坑外,只有大概是在早期產生的皺折山脊。水星,包括被太陽風轟擊出的氣體原子,只有微不足道的大氣。目前尚無法解釋相對來說相當巨大的鐵質核心和薄薄的地幔。相關假說包括巨大的沖擊剝離了它的外殼,及年輕時期的太陽能抑制了外殼的增長等。
金星(0.7天文單位) 的體積尺寸與地球相似(0.86地球質量),也和地球一樣有厚厚的硅酸鹽地幔包圍著核心。它的大氣密度比地球高90倍而且非常乾燥,沒有天然的衛星。它是一顆炙熱的行星,表面的溫度超過400℃,很可能是大氣層中有大量的溫室氣體造成的。沒有明確的證據顯示金星的地質活動仍在進行中,但是沒有磁場保護的大氣應該會被耗盡,因此,認為金星的大氣是由火山的爆發獲得補充。
地球(1天文單位) 是內行星中最大且密度最高的,也是唯一地質活動仍在持續進行並擁有生命的行星。它擁有類地行星中獨一無二的水圈和被觀察到的板塊結構。地球的大氣與其他的行星完全不同,含有21%的氧氣。它只有一顆衛星,即月球;月球也是類地行星中唯一的大衛星。地球公轉(太陽)一圈約365天,自轉一圈1天(太陽並不是總是直射赤道,因為地球圍繞太陽旋轉時,稍稍有些傾斜)。
火星(1.5天文單位) 比地球和金星小(0.17地球質量),只有以二氧化碳為主的稀薄大氣,它的表面,有密集與巨大的火山、深邃的地塹,顯示不久前仍有劇烈的地質活動。火星有兩顆天然的小衛星,戴摩斯和福伯斯,可能是被捕獲的小行星。
小行星是太陽系小天體中最主要的成員,主要由岩石與不易揮發的物質組成(圖1-12)。
圖1-12 小行星的主帶和特洛伊小行星
主要的小行星帶位於火星和木星軌道之間,距離太陽2.3至3.3天文單位,它們被認為是在太陽系形成過程中,受到木星引力擾動而未能聚合的殘余物質。
小行星的尺度大至數百千米,小至數微米。除了最大的穀神星之外,所有的小行星都被歸類為太陽系小天體;但是有幾顆小行星,像灶神星、健神星,如果能被證實已經達到流體靜力平衡的狀態,可能會被重新分類為矮行星。
小行星帶擁有數萬顆、可能多達數百萬顆直徑在1km以上的小天體。盡管如此,小行星帶的總質量仍然不可能達到地球質量的千分之一。小行星主帶的成員是稀稀落落的,所以至今沒有太空船在穿越時發生意外。
3.中太陽系
太陽系的中部地區是氣體巨星和它們如行星大小衛星的家,許多短周期彗星,包括半人馬群也在這個區域內。此區沒有傳統的名稱,偶爾也會被歸入「外太陽系」,雖然外太陽系通常是指海王星以外的區域。在這一區域的固體,主要的成分是「冰」(水、氨和甲烷),不同於以岩石為主的內太陽系。
在外側的四顆行星,也稱為類木行星,囊括了環繞太陽99%的已知質量。木星(圖1-3a)和土星(圖1-3b)的大氣層都擁有大量的氫和氦,天王星和海王星的大氣層則有較多的「冰」。有些天文學家認為它們該另成一類,稱為「天王星族」或是「冰巨星」。這四顆氣體巨星都有行星環,但是只有土星的環可以輕松的從地球上觀察。「外行星」這個名稱容易與「外側行星」混淆,後者實際是指在地球軌道外面的行星,除了外行星外還有火星。
圖1-13 木星(a)和土星(b)(Kunetr,2003)
木星(5.2天文單位) 主要由氫和氦組成,質量是地球的318倍,是其他行星質量總合的2.5倍。木星的豐沛內熱給它的大氣層造成一些近似永久性的特徵,例如雲帶和大紅斑。木星已經被發現的衛星有63顆,最大的有4顆:甘尼米德、卡利斯多、埃歐和歐羅巴,顯示出類似類地行星的特徵。甘尼米德比水星還要大,是太陽系內最大的衛星。
土星(9.5天文單位) 有明顯的環系統。它與木星非常相似,例如大氣層的結構。土星不是很大,質量只有地球的95倍,它有60顆已知的衛星,其中泰坦和恩塞拉都斯擁有巨大的冰火山,顯示出地質活動的標志。泰坦比水星大,是太陽系中唯一實際擁有大氣層的衛星。
天王星(19.6天文單位) 是最輕的外行星,質量是地球的14倍。它的自轉軸對黃道傾斜達到90度,因此是橫躺著繞著太陽公轉,在行星中非常獨特。在氣體巨星中,它的核心溫度最低,只輻射非常少的熱量進入太空中。天王星已知的衛星有27顆,最大的幾顆是泰坦尼亞、歐貝隆、烏姆柏里厄爾、艾瑞爾和米蘭達。
海王星(30天文單位) 雖然看起來比天王星小,但密度較高,質量是地球的17倍。他雖然輻射出較多的熱量,但遠不及木星和土星多。海王星已知有13顆衛星,最大的崔頓仍有活躍的地質活動,有著噴發液態氮的間歇泉,它是太陽系內唯一逆行的大衛星。在海王星的軌道上有一些1:1軌道共振的小行星,組成海王星特洛伊群。
彗星 歸屬於太陽系小天體,通常直徑只有幾千米,主要由具揮發性的冰組成。它們的軌道離心率高,近日點一般都在內行星軌道的內側,而遠日點在冥王星之外。當一顆彗星進入內太陽系後,與太陽的接近會導致冰冷表面的物質升華和電離,產生彗發,拖曳出由氣體和塵粒組成、肉眼就可以看見的彗尾。
短周期彗星是軌道周期短於200年的彗星,長周期彗星的軌道周期可以長達數千年。短周期彗星,像哈雷彗星,被認為來自柯伊伯帶;長周期彗星,像海爾·波普彗星,則被認為起源於奧爾特雲。有許多群的彗星,像克魯茲族彗星,可能源自一個崩潰的母體。有
些彗星有著雙曲線軌道,則可能來自太陽系外,但要精確的測量這些軌道是很困難的。揮發性物質被太陽的熱驅散後的彗星經常會被歸類為小行星。
4.外海王星區
冥王星(Pluto)和另外兩顆很小的衛星尼克斯(Nix)與許德拉(Hydra),就位於這個區域。目前還不能確定卡戎(Charon)是否應歸類為衛星還是矮行星(圖1-14)。
圖1-14 冥王星和已知的三顆衛星
海王星之外的區域,通常稱為外太陽系或是外海王星區,仍然是未被探測的廣大空間。這片區域似乎是太陽系小天體的世界(最大的直徑不到地球的1/5,質量則遠小於月球),主要由岩石和冰組成。
5.最遠的區域
太陽系於何處結束?以及星際介質開始的位置沒有明確定義的界線,因為這需要由太陽風和太陽引力兩者來決定。太陽風能影響到星際介質的距離大約是冥王星距離的4倍;太陽引力所能及的范圍,應該是這個距離的千倍以上。
太陽圈的外緣是日球層頂,此處是太陽風最後的終止之處,外面即是恆星際空間。太陽圈外緣的形狀和形式很可能受到與星際物質相互作用的流體動力學的影響。
我們的太陽系仍然有許多未知數。考量鄰近的恆星,估計太陽的引力可以控制2光年(125000天文單位)的范圍。奧爾特雲向外延伸的程度,大概不會超過50000天文單位。盡管發現的塞德娜,范圍在柯伊伯帶和奧爾特雲之間,仍然有數萬天文單位半徑的區域是未曾被探測的。水星和太陽之間的區域也仍在持續的研究中。
❸ 關於太陽系的資料
水星
水星最接近太陽,是太陽系中第二小行星。水星在直徑上小於木衛三和土衛六,但它更重。
公轉軌道: 距太陽 57,910,000 千米 (0.38 天文單位)
行星直徑: 4,880 千米
質量: 3.30e23 千克
在古羅馬神話中水星是商業、旅行和偷竊之神,即古希臘神話中的赫耳墨斯,為眾神傳信的神,或許由於水星在空中移動得快,才使它得到這個名字。
早在公元前3000年的蘇美爾時代,人們便發現了水星,古希臘人賦於它兩個名字:當它初現於清晨時稱為阿波羅,當它閃爍於夜空時稱為赫耳墨斯。不過,古希臘天文學家們知道這兩個名字實際上指的是同一顆星星,赫拉克賴脫(公元前5世紀之希臘哲學家)甚至認為水星與金星並非環繞地球,而是環繞著太陽在運行。
僅有水手10號探測器於1973年和1974年三次造訪水星。它僅僅勘測了水星表面的45%(並且很不幸運,由於水星太靠近太陽,以致於哈博望遠鏡無法對它進行安全的攝像)。
水星的軌道偏離正圓程度很大,近日點距太陽僅四千六百萬千米,遠日點卻有7千萬千米,在軌道的近日點它以十分緩慢的速度按歲差圍繞太陽向前運行(歲差:地軸進動引起春分點向西緩慢運行,速度每年0.2",約25800年運行一周,使回歸年比恆星年短的現象。分日歲差和行星歲差兩種,後者是由行星引力產生的黃道面變動引起的。)在十九世紀,天文學家們對水星的軌道半徑進行了非常仔細的觀察,但無法運用牛頓力學對此作出適當的解釋。存在於實際觀察到的值與預告值之間的細微差異是一個次要(每千年相差七分之一度)但困擾了天文學家們數十年的問題。有人認為在靠近水星的軌道上存在著另一顆行星(有時被稱作Vulcan,「祝融星」),由此來解釋這種差異,結果最終的答案頗有戲劇性:愛因斯坦的廣義相對論。在人們接受認可此理論的早期,水星運行的正確預告是一個十分重要的因素。(水星因太陽的引力場而繞其公轉,而太陽引力場極其巨大,據廣義相對論觀點,質量產生引力場,引力場又可看成質量,所以巨引力場可看作質量,產生小引力場,使其公轉軌道偏離。類似於電磁波的發散,變化的磁場產生電場,變化的電場產生磁場,傳向遠方。--譯注)
在1962年前,人們一直認為水星自轉一周與公轉一周的時間是相同的,從而使面對太陽的那一面恆定不變。這與月球總是以相同的半面朝向地球很相似。但在1965年,通過多普勒雷達的觀察發現這種理論是錯誤的。現在我們已得知水星在公轉二周的同時自轉三周,水星是太陽系中目前唯一已知的公轉周期與自轉周期共動比率不是1:1的天體。
水星上的溫差是整個太陽系中最大的,溫度變化的范圍為90開到700開。相比之下,金星的溫度略高些,但更為穩定。
水星在許多方面與月球相似,它的表面有許多隕石坑而且十分古老;它也沒有板塊運動。另一方面,水星的密度比月球大得多,(水星 5.43 克/立方厘米 月球 3.34克/立方厘米)。水星是太陽系中僅次於地球,密度第二大的天體。事實上地球的密度高部分源於萬有引力的壓縮;或非如此,水星的密度將大於地球,這表明水星的鐵質核心比地球的相對要大些,很有可能構成了行星的大部分。因此,相對而言,水星僅有一圈薄薄的硅酸鹽地幔和地殼。
巨大的鐵質核心半徑為1800到1900千米,是水星內部的支配者。而硅酸鹽外殼僅有500到600千米厚,至少有一部分核心大概成熔融狀。
事實上水星的大氣很稀薄,由太陽風帶來的被破壞的原子構成。水星溫度如此之高,使得這些原子迅速地散逸至太空中,這樣與地球和金星穩定的大氣相比,水星的大氣頻繁地被補充更換。
水星的表面表現出巨大的急斜面,有些達到幾百千米長,三千米高。有些橫處於環形山的外環處,而另一些急斜面的面貌表明他們是受壓縮而形成的。據估計,水星表面收縮了大約0.1%(或在星球半徑上遞減了大約1千米)。
水星上最大的地貌特徵之一是Caloris 盆地,直徑約為1300千米,人們認為它與月球上最大的盆地Maria相似。如同月球的盆地,Caloris盆地很有可能形成於太陽系早期的大碰撞中,那次碰撞大概同時造成了星球另一面正對盆地處奇特的地形。
除了布滿隕石坑的地形,水星也有相對平坦的平原,有些也許是古代火山運動的結果,但另一些大概是隕石所形成的噴出物沉積的結果。
水星有一個小型磁場,磁場強度約為地球的1%。
至今未發現水星有衛星。
通常通過雙筒望遠鏡甚至直接用肉眼便可觀察到水星,但它總是十分靠近太陽,在曙暮光中難以看到。Mike Harvey的行星尋找圖表指出此時水星在天空中的位置(及其他行星的位置),再由「星光燦爛」這個天象程序作更多更細致的定製。
金星
金星是離太陽第二近,太陽系中第六大行星。在所有行星中,金星的軌道最接近圓,偏差不到1%。
軌道半徑: 距太陽 108,200,000 千米 (0.72 天文單位)
行星直徑: 12,103.6 千米
質量: 4.869e24 千克
金星 (希臘語: 阿佛洛狄特;巴比倫語: Ishtar)是美和愛的女神,之所以會如此命名,也許是對古代人來說,它是已知行星中最亮的一顆。(也有一些異議,認為金星的命名是因為金星的表面如同女性的外貌。)
金星在史前就已被人所知曉。除了太陽與月亮外,它是最亮的一顆。就像水星,它通常被認為是兩個獨立的星構成的:晨星叫Eosphorus,晚星叫Hesperus,希臘天文學家更了解這一點。
既然金星是一顆內層行星,從地球用望遠鏡觀察它的話,會發現它有位相變化。伽利略對此現象的觀察是贊成哥白尼的有關太陽系的太陽中心說的重要證據。
第一艘訪問金星的飛行器是1962年的水手2號。隨後,它又陸續被其他飛行器:金星先鋒號,蘇聯尊嚴7號(第一艘在其他行星上著陸的飛船)、尊嚴9號(第一次返回金星表面照片[左圖])訪問(迄今已總共至少20次)。最近,美國軌道飛行器Magellan成功地用雷達產生了金星表面地圖。
金星的自轉非常不同尋常,一方面它很慢(金星日相當於243個地球日,比金星年稍長一些),另一方面它是倒轉的。另外,金星自轉周期又與它的軌道周期同步,所以當它與地球達到最近點時,金星朝地球的一面總是固定的。這是不是共鳴效果或只是一個巧合就不得而知了。
金星有時被譽為地球的姐妹星,在有些方面它們非常相像:
-- 金星比地球略微小一些(95%的地球直徑,80%的地球質量)。
-- 在相對年輕的表面都有一些環形山口。
-- 它們的密度與化學組成都十分類似。
由於這些相似點,有時認為在它厚厚的雲層下面金星可能與地球非常相像,可能有生命的存在。但是不幸的是,許多有關金星的深層次研究表明,在許多方面金星與地球有本質的不同。
金星的大氣壓力為90個標准大氣壓(相當於地球海洋深1千米處的壓力),大氣大多由二氧化碳組成,也有幾層由硫酸組成的厚數千米的雲層。這些雲層擋住了我們對金星表面的觀察,使得它看來非常模糊。這稠密的大氣也產生了溫室效應,使金星表面溫度上升400度,超過了740開(總以使鉛條熔化)。金星表面自然比水星表面熱,雖然金星比水星離太陽要遠兩倍。
雲層頂端有強風,大約每小時350千米,但表面風速卻很慢,每小時幾千米不到。
地球
地球是距太陽第三顆,也是第五大行星:
軌道半徑: 149,600,000 千米 (離太陽1.00 天文單位)
行星直徑: 12,756.3 千米
質量: 5.9736e24 千克
地球是唯一一個不是從希臘或羅馬神話中得到的名字。Earth一詞來自於古英語及日耳曼語。這里當然有許多其他語言的命名。在羅馬神話中,地球女神叫Tellus-肥沃的土地(希臘語:Gaia, 大地母親)
直到16世紀哥白尼時代人們才明白地球只是一顆行星。
地球,當然不需要飛行器即可被觀測,然而我們直到二十世紀才有了整個行星的地圖。由空間拍到的圖片應具有合理的重要性;舉例來說,它們大大幫助了氣象預報及暴風雨跟蹤預報。它們真是與眾不同的漂亮啊!
地球由於不同的化學成分與地震性質被分為不同的岩層(深度-千米):
0- 40 地殼
40- 400 Upper mantle - 上地幔
400- 650 Transition region - 過渡區域
650-2700 Lower mantle - 下地幔
2700-2890 D'' layer - D"層
2890-5150 Outer core - 外核
5150-6378 Inner core - 內核
地殼的厚度不同,海洋處較薄,大洲下較厚。內核與地殼為實體;外核與地幔層為流體。不同的層由不連續斷面分割開,這由地震數據得到;其中最有名的有數地殼與上地幔間的莫霍面-不連續斷面了。
地球的大部分質量集中在地幔,剩下的大部分在地核;我們所居住的只是整體的一個小部分(下列數值×10e24千克):
大氣 = 0.0000051
海洋 = 0.0014
地殼 = 0.026
地幔 = 4.043
外地核 = 1.835
內地核 = 0.09675
地核可能大多由鐵構成(或鎳/鐵),雖然也有可能是一些較輕的物質。地核中心的溫度可能高達7500K,比太陽表面還熱;下地幔可能由硅,鎂,氧和一些鐵,鈣,鋁構成;上地幔大多由olivene,pyroxene(鐵/鎂硅酸鹽),鈣,鋁構成。我們知道這些金屬都來自於地震;上地幔的樣本到達了地表,就像火山噴出岩漿,但地球的大部分還是難以接近的。地殼主要由石英(硅的氧化物)和類長石的其他硅酸鹽構成。就整體看,地球的化學元素組成為:
34.6% 鐵
29.5% 氧
15.2% 硅
12.7% 鎂
2.4% 鎳
1.9% 硫
0.05% 鈦
地球是太陽系中密度最大的星體。
其他的類地行星可能也有相似的結構與物質組成,當然也有一些區別:月球至少有一個小內核;水星有一個超大內核(相當於它的直徑);火星與月球的地幔要厚得多;月球與水星可能沒有由不同化學元素構成的地殼;地球可能是唯一一顆有內核與外核的類地行星。值得注意的是,我們的有關行星內部構造的理論只是適用於地球。
不像其他類地行星,地球的地殼由幾個實體板塊構成,各自在熱地幔上漂浮。理論上稱它為板塊說。它被描繪為具有兩個過程:擴大和縮小。擴大發生在兩個板塊互相遠離,下面湧上來的岩漿形成新地殼時。縮小發生在兩個板塊相互碰撞,其中一個的邊緣部份伸入了另一個的下面,在熾熱的地幔中受熱而被破壞。在板塊分界處有許多斷層(比如加利福尼亞的San Andreas斷層),大洲板塊間也有碰撞(如印度洋板塊與亞歐板塊)。目前有八大板塊:
北美洲板塊 - 北美洲,西北大西洋及格陵蘭島
南美洲板塊 - 南美洲及西南大西洋
南極洲板塊 - 南極洲及沿海
亞歐板塊 - 東北大西洋,歐洲及除印度外的亞洲
非洲板塊 - 非洲,東南大西洋及西印度洋
印度與澳洲板塊 - 印度,澳大利亞,紐西蘭及大部分印度洋
Nazca板塊 - 東太平洋及毗連南美部分地區
太平洋板塊 - 大部分太平洋(及加利福尼亞南岸)
還有超過廿個小板塊,如阿拉伯,菲律賓板塊。地震經常在這些板塊交界處發生。繪成圖使得更容易地看清板塊邊界。
地球的表面十分年輕。在50億年的短周期中(天文學標准),不斷重復著侵蝕與構造的過程,地球的大部分表面被一次又一次地形成和破壞,這樣一來,除去了大部分原始的地理痕跡(比如星體撞擊產生的火山口)。這樣一來,地球上早期歷史都被清除了。地球至今已存在了45到46億年,但已知的最古老的石頭只有40億年,連超過30億年的石頭都屈指可數。最早的生物化石則小於39億年。沒有任何確定的記錄表明生命真正開始的時刻。
71%的地球表面為水所覆蓋。地球是行星中唯一一顆能在表面存在有液態水(雖然在土衛六的表面存在有液態乙烷與甲烷,木衛二的地下有液態水)。我們知道,液態水是生命存在的重要條件。海洋的熱容量也是保持地球氣溫相對穩定的重要條件。液態水也造成了地表侵蝕及大洲氣候的多樣化,目前這是在太陽系中獨一無二的過程(很早以前,火星上也許也有這種情況)。
地球的大氣由77%的氮,21%氧,微量的氬、二氧化碳和水組成。地球初步形成時,大氣中可能存在大量的二氧化碳,但是幾乎都被組合成了碳酸鹽岩石,少部分溶入了海洋或給活著的植物消耗了。現在板塊構造與生物活動維持了大氣中二氧化碳到其他場所再返回的不停流動。大氣中穩定存在的少量二氧化碳通過溫室效應對維持地表氣溫有極其深遠的重要性。溫室效應使平均表面氣溫提高了35攝氏度(從凍人的-21℃升到了適人的14℃);沒有它海洋將會結冰,而生命將不可能存在。
豐富的氧氣的存在從化學觀點看是很值得注意的。氧氣是很活潑的氣體,一般環境下易和其他物質快速結合。地球大氣中的氧的產生和維持由生物活動完成。沒有生命就沒有充足的氧氣。
地球與月球的交互作用使地球的自轉每世紀減緩了2毫秒。當前的調查顯示出大約在9億年前,一年有481天又18小時。
火星
火星為距太陽第四遠,也是太陽系中第七大行星:
公轉軌道: 離太陽227,940,000 千米 (1.52 天文單位)
行星直徑: 6,794 千米
質量: 6.4219e23 千克
火星(希臘語: 阿瑞斯)被稱為戰神。這或許是由於它鮮紅的顏色而得來的;火星有時被稱為「紅色行生」。(趣記:在希臘人之前,古羅馬人曾把火星人微言輕農耕之神來供奉。而好侵略擴張的希臘人卻把火星作為戰爭的象徵)而三月份的名字也是得自於火星。
火星在史前時代就已經為人類所知。由於它被認為是太陽系中人類最好的住所(除地球外),它受到科幻小說家們的喜愛。但可惜的是那條著名的被Lowell「看見」的「運河」以及其他一些什麼的,都只是如Barsoomian公主們一樣是虛構的。
第一次對火星的探測是由水手4號飛行器在1965年進行的。人們接連又作了幾次嘗試,包括1976年的兩艘海盜號飛行器。此後,經過長達20年的間隙,在1997年的七月四日,火星探路者號終於成功地登上火星。
火星的軌道是顯著的橢圓形。因此,在接受太陽照射的地方,近日點和遠日點之間的溫差將近30攝氏度。這對火星的氣候產生巨大的影響。火星上的平均溫度大約為218K(-55℃,-67華氏度),但卻具有從冬天的140K(-133℃,-207華氏度)到夏日白天的將近300K(27℃,80華氏度)的跨度。盡管火星比地球小得多,但它的表面積卻相當於地球表面的陸地面積。
除地球,火星是具有最多各種有趣地形的固態表面行星。其中不乏一些壯觀的地形:
- 奧林匹斯山脈: 它在地表上的高度有24千米(78000英尺),是太陽系中最大的山脈。它的基座直徑超過500千米,並由一座高達6千米(20000英尺)的懸崖環繞著;
- Tharsis: 火星表面的一個巨大凸起,有大約4000千米寬,10千米高;
- Valles Marineris: 深2至7千米,長為4000千米的峽谷群;
- Hellas Planitia: 處於南半球,6000多米深,直徑為2000千米的沖擊環形山。
火星的表面有很多年代已久的環形山。但是也有不少形成不久的山谷、山脊、小山及平原。
在火星的南半球,有著與月球上相似的曲型的環狀高地。相反的,它的北半球大多由新近形成的低平的平原組成。這些平原的形成過程十分復雜。南北邊界上出現幾千米的巨大高度變化。形成南北地勢巨大差異以及邊界地區高度劇變的原因還不得而知(有人推測這是由於火星外層物增加的一瞬間產生的巨大作用力所形成的)。最近,一些科學家開始懷疑那些陡峭的高山是否在它原先的地方。這個疑點將由「火星全球勘測員」來解決。
火星的內部情況只是依靠它的表面情況資料和有關的大量數據來推斷的。一般認為它的核心是半徑為1700千米的高密度物質組成;外包一層熔岩,它比地球的地幔更稠些;最外層是一層薄薄的外殼。相對於其他固態行星而言,火星的密度較低,這表明,火星核中的鐵(鎂和硫化鐵)可能含帶較多的硫。
如同水星和月球,火星也缺乏活躍的板塊運動;沒有跡象表明火星發生過能造成像地球般如此多褶皺山系的地殼平移活動。由於沒有橫向的移動,在地殼下的巨熱地帶相對於地面處於靜止狀態。再加之地面的輕微引力,造成了Tharis凸起和巨大的火山。但是,人們卻未發現火山最近有過活動的跡象。雖然,火星可能曾發生過很多火山運動,可它看來從未有過任何板塊運動。
火星上曾有過洪水,地面上也有一些小河道,十分清楚地證明了許多地方曾受到侵蝕。在過去,火星表面存在過干凈的水,甚至可能有過大湖和海洋。但是這些東西看來只存在很短的時間,而且據估計距今也有大約四十億年了。(Valles Marneris不是由流水通過而形成的。它是由於外殼的伸展和撞擊,伴隨著Tharsis凸起而生成的)。
在火星的早期,它與地球十分相似。像地球一樣,火星上幾乎所有的二氧化碳都被轉化為含碳的岩石。但由於缺少地球的板塊運動,火星無法使二氧化碳再次循環到它的大氣中,從而無法產生意義重大的溫室效應。因此,即使把它拉到與地球距太陽同等距離的位置,火星表面的溫度仍比地球上的冷得多。
火星的那層薄薄的大氣主要是由余留下的二氧化碳(95.3%)加上氮氣(2.7%)、氬氣(1.6%)和微量的氧氣(0.15%)和水汽(0.03%)組成的。火星表面的平均大氣壓強僅為大約7毫巴(比地球上的1%還小),但它隨著高度的變化而變化,在盆地的最深處可高達9毫巴,而在Olympus Mons的頂端卻只有1毫巴。但是它也足以支持偶爾整月席捲整顆行星的颶風和大風暴。火星那層薄薄的大氣層雖然也能製造溫室效應,但那些僅能提高其表面5K的溫度,比我們所知道的金星和地球的少得多。
火星的兩極永久地被固態二氧化碳(乾冰)覆蓋著。這個冰罩的結構是層疊式的,它是由冰層與變化著的二氧化碳層輪流疊加而成。在北部的夏天,二氧化碳完全升華,留下剩餘的冰水層。由於南部的二氧化碳從沒有完全消失過,所以我們無法知道在南部的冰層下是否也存在著冰水層。這種現象的原因還不知道,但或許是由於火星赤道面與其運行軌道之間的夾角的長期變化引起氣候的變化造成的。或許在火星表面下較深處也有水存在。這種因季節變化而產生的兩極覆蓋層的變化使火星的氣壓改變了25%左右(由海盜號測量出)。
但是最近通過哈博望遠鏡的觀察卻表明海盜號當時勘測時的環境並非是典型的情況。火星的大氣現在似乎比海盜號勘測出的更冷、更幹了(詳細情況請看來自STScI站點)。
海盜號嘗試過作實驗去決定火星上是否有生命,結果是否定的。但樂觀派們指出,只有兩個小樣本是合格的,並且又並非來自最好的地方。以後的火星探索者們將繼續更多的實驗。
火星的衛星
火星有兩個小型的近地面衛星。
衛星 距離(千米) 半徑(千米) 質量(千克) 發現者 發現日期
火衛一 9000 11 1.08e16 Hall 1877
火衛二 23000 6 1.80e15 Hall 1877
木星
木星是離太陽第五顆行星,而且是最大的一顆,比所有其他的行星的合質量大2倍(地球的318倍)。
公轉軌道: 距太陽 778,330,000 千米 (5.20 天文單位)
行星直徑: 142,984 千米 (赤道)
質量: 1.900e27 千克
木星(a.k.a. Jove; 希臘人稱之為 宙斯)是上帝之王,奧林匹斯山的統治者和羅馬國的保護人,它是Cronus(土星)的兒子。
木星是天空中第四亮的物體(次於太陽,月球和金星;有時候火星更亮一些),早在史前木星就已被人類所知曉。根據伽利略1610年對木星四顆衛星:木衛一,木衛二,木衛三和木衛四(現常被稱作伽利略衛星)的觀察,它們是不以地球為中心運轉的第一個發現,也是贊同哥白尼的日心說的有關行星運動的主要依據;由於伽利略直言不諱地支持哥白尼的理論而被宗教裁判所逮捕,並被強迫放棄自己的信仰,關在監獄中度過了餘生。
木星在1973年被先鋒10號首次拜訪,後來又陸續被先鋒11號,旅行者1號,旅行者2號和Ulysses號考查。目前,伽利略號飛行器正在環繞木星運行,並將在以後的兩年中不斷發回它的有關數據。
氣態行星沒有實體表面,它們的氣態物質密度只是由深度的變大而不斷加大(我們從它們表面相當於1個大氣壓處開始算它們的半徑和直徑)。我們所看到的通常是大氣中雲層的頂端,壓強比1個大氣壓略高。
木星由90%的氫和10%的氦(原子數之比, 75/25%的質量比)及微量的甲烷、水、氨水和「石頭」組成。這與形成整個太陽系的原始的太陽系星雲的組成十分相似。土星有一個類似的組成,但天王星與海王星的組成中,氫和氦的量就少一些了。
木星可能有一個石質的內核,相當於10-15個地球的質量。
內核上則是大部分的行星物質集結地,以液態金屬氫的形式存在。這些木星上最普通的形式基礎可能只在40億巴壓強下才存在,木星內部就是這種環境(土星也是)。液態金屬氫由離子化的質子與電子組成(類似於太陽的內部,不過溫度低多了)。在木星內部的溫度壓強下,氫氣是液態的,而非氣態,這使它成為了木星磁場的電子指揮者與根源。同樣在這一層也可能含有一些氦和微量的「冰」。
最外層主要由普通的氫氣與氦氣分子組成,它們在內部是液體,而在較外部則氣體化了,我們所能看到的就是這深邃的一層的較高處。水、二氧化碳、甲烷及其他一些簡單氣體分子在此處也有一點兒。
雲層的三個明顯分層中被認為存在著氨冰,銨水硫化物和冰水混合物。然而,來自伽利略號的證明的初步結果表明雲層中這些物質極其稀少(一個儀器看來已檢測了最外層,另一個同時可能已檢測了第二外層)。但這次證明的地表位置十分不同尋常(左圖)--基於地球的望遠鏡觀察及更多的來自伽利略號軌道飛船的最近觀察提示這次證明所選的區域很可能是那時候木星表面最溫暖又是雲層最少的地區。
木星和其他氣態行星表面有高速颶風,並被限制在狹小的緯度范圍內,在連近緯度的風吹的方向又與其相反。這些帶中輕微的化學成分與溫度變化造成了多彩的地表帶,支配著行星的外貌。光亮的表面帶被稱作區(zones),暗的叫作帶(belts)。這些木星上的帶子很早就被人們知道了,但帶子邊界地帶的漩渦則由旅行者號飛船第一次發現。伽利略號飛船發回的數據表明表面風速比預料的快得多(大於400英里每小時),並延伸到根所能觀察到的一樣深的地方,大約向內延伸有數千千米。木星的大氣層也被發現相當紊亂,這表明由於它內部的熱量使得颶風在大部分急速運動,不像地球只從太陽處獲取熱量。
木星表面雲層的多彩可能是由大氣中化學成分的微妙差異及其作用造成的,可能其中混入了硫的混合物,造就了五彩繽紛的視覺效果,但是其詳情仍無法知曉。
色彩的變化與雲層的高度有關:最低處為藍色,跟著是棕色與白色,最高處為紅色。我們通過高處雲層的洞才能看到低處的雲層。
木星表面的大紅斑早在300年前就被地球上的觀察所知曉(這個發現常歸功於卡西尼,或是17世紀的Robert Hooke)。大紅斑是個長25,000千米,跨度12,000千米的橢圓,總以容納兩個地球。其他較小一些的斑點也已被看到了數十年了。紅外線的觀察加上對它自轉趨勢的推導顯示大紅斑是一個高壓區,那裡的雲層頂端比周圍地區特別高,也特別冷。類似的情況在土星和海王星上也有。目前還不清楚為什麼這類結構能持續那麼長的一段時間。
木星向外輻射能量,比起從太陽處收到的來說要多。木星內部很熱:內核處可能高達20,000開。該熱量的產量是由開爾文-赫爾姆霍茲原理生成的(行星的慢速重力壓縮)。(木星並不是像太陽那樣由核反應產生能量,它太小因而內部溫度不夠引起核反應的條件。)這些內部產生的熱量可能很大地引發了木星液體層的對流,並引起了我們所見到的雲頂的復雜移動過程。土星與海王星在這方面與木星類似,奇怪的是,天王星則不。
木星與氣態行星所能達到的最大直徑一致。如果組成又有所增加,它將因重力而被壓縮,使得全球半徑只稍微增加一點兒。一顆恆星變大隻能是因為內部的熱源(核能)關系,但木星要變成恆星的話,質量起碼要再變大80倍。
木星有一個巨型磁場,比地球的大得多,磁層向外延伸超過6.5e7千米(超過了土星的軌道!)。(小記:木星的磁層並非球狀,它只是朝太陽的方向延伸。)這樣一來木星的衛星便始終處在木星的磁層中,由此產生的一些情況在木衛一上有了部分解釋。不幸的是,對於未來太空行走者及全身心投入旅行者號和伽利略號設計的專家來說,木星的磁場在附近的環境捕獲的高能量粒子將是一個大障礙。這類「輻射」類似於,不過大大強烈於,地球的電離層帶的情況。它將馬上對未受保護的人類產生致命的影響。
伽利略號號飛行器對木星大氣的探測發現在木星光環和最外層大氣層之間另存在了一個強輻射帶,大致相當於電離層輻射帶的十倍強。驚人的是,新發現的帶中含有來自不知何方的高能量氦離子。
木星有一個同土星般的光環,不過又小又微弱。它們的發現純屬意料之外,只是由於兩個旅行者1號的科學家一再堅持航行10億千米後,應該去看一下是否有光環存在。其他人都認為發現光環的可能性為零,但事實上它們是存在的。這兩個科學家想出的真是一條妙計啊。它們後來被地面上的望遠鏡拍?/ca>
❹ 銀河系裡有幾個太陽啊
銀河系就是太陽系所在的星系。我們太陽系大家族就是在這個星系之中。晚上我們看到的天河,就是它的最密集部分。在銀河系裡有著上千億顆各種星星,其中包括太陽及其家屬在內,其次是星際星體和塵埃、星雲、星團等。如果我們站在銀河系外來觀看的話,整個銀河系就像包在「棉絮團」中合在一起的兩片「銅鈸」。它的四周比較扁平,中間部分隆起。
在太陽周圍的空間里,有一些天體在太陽的引力作用下,按橢圓軌道繞著太陽運動。太陽和圍繞它運動的這些天體,構成了一個大家庭,稱為太陽系。
太陽系的成員包括太陽和九顆大行星、已證實的66顆天然衛星、已正式編號的3000多顆小行星、為數眾多的彗星、流星體以及散布在行星際空間的稀薄氣體和塵埃等物質。
太陽
太陽是太陽系的中心天體,是離我們最近的一顆恆星。太陽系的九大行星和其他天體都圍繞它運動。太陽與地球的平均距離為14960萬公里,半徑為69.6萬公里,為地球半徑的109倍,體積為地球的130萬倍,質量為地球的33萬倍(占整個太陽系質量的99.86%),平均密度為1.4克/厘米3。太陽具有強大的吸引力,是控制太陽系天體運動的主要力量源泉。
太陽是一個熾熱的氣體球,表面溫度約6000℃,愈向內部溫度愈高,中心溫度高達1500萬K。在這樣的高溫高壓下,太陽中心區不停地進行著氫核聚變成氦核的熱核反應,產生巨大的能量。太陽每秒鍾釋放出約4×1033爾格的能量,相當於0.5億億億馬力;其中只有二十二億分之一的能量輻射到我們的地球,是地球上光和熱的主要來源。
太陽是銀河系中的一顆普通恆星,位於銀道面之北的獵戶座旋臂上,距銀心約2.3光年,它以每秒250公里的速度繞銀心轉動,公轉一周約需2.5億年。太陽也在自轉,其周期在日面赤道帶約25天;兩極區約為35天。通過對太陽光譜的分析,得知太陽的化學成分與地球幾乎相同,只是比例有所差異。太陽上最豐富的元素是氫,其次是氦,還有碳、氮、氧和各種金屬。據推算,太陽的壽命約為100億年,目前已度過約50億年。
行星
沿橢圓軌道環繞太陽運行的、近似球形的天體叫行星。太陽系有九大行星,按距離太陽的次序是:水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星和冥王星。冥王星離太陽最遠,其軌道直徑約120億公里;天文學家認為太陽系的疆界可能比這個范圍還要大得多。
九大行星按它們距離太陽的遠近分為內行星和外行星兩群:水星、金星、地球和火星為內行星;木星、土星、天王星、海王星、冥王星為外圍行星。若按它們的質量、大小和結構特徵,則分為類地行星和類木行星兩類。體積小而密度大、自轉慢、衛星少的行星與地球相似,稱為類地行星,如水星、金星、火星稱為類地行星;體積大而密度小,自轉相當快、衛星多的行星稱為類木行星,土星、天王星、海王星和冥王星都是類木行星。
行星本身不發射可見光,以其表面反射太陽光而發亮。在星空背景上,行星有明顯的相對移動。這種移動都沿著黃道進行。九大行星中,最先被人們知道的是水星、金星、火星、木星和土星。太陽系中的另外三顆行星是在發明天文望遠鏡後發現的。1781年英國F.W.赫歇耳發現天王星;法國的勒威耶和英國的亞當斯各自推算出海王星的位置,1846年由德國的伽勒所觀測到;冥王星則是1930年由美國的湯博發現。
衛星
圍繞行星運動的天體叫衛星。月球就是地球的衛星,它像一個忠實的衛士一樣,既繞著地球運動,又伴隨著地球一起繞太陽運動。除了水星和金星之外,太陽系的其他行星周圍都有衛星。到目前為止,連月球在內,太陽系中共發現66顆衛星:地球1顆,火星2顆,木星16顆,土星23顆,天王星15顆,海王星8顆,冥王星1顆。
衛星與行星一樣,本身不發射可見光,以其表面反射太陽光而發亮。較大的小行星,如第532號大力神小行星及18號小行星也有衛星。從20世紀50年代起,人類先後發射了一批衛星,稱為「人造衛星」。大多為人造地球衛星,也有人造月球衛星和人造行星衛星等等。
彗星
太陽系中比較特殊的成員。環繞太陽運行或行經太陽附近的雲霧狀天體。絕大部分彗星都沿著很扁的橢圓軌道繞太陽運行。彗星的結構比較復雜,一般說來,中央密集而明亮的固體部分叫彗核,由一些「冰塊」(冰凍的水、甲烷、氨等)石頭和塵埃組成。核的四周被一種雲霧狀的物質包圍著,叫做彗發。彗核和彗發合成彗頭。
1970年,人造衛星在地球大氣層外觀測兩顆明亮的彗星,發現彗頭周圍還有一層直徑達1000萬公里的氫雲,當彗星逐漸接近太陽時,太陽輻射壓力和太陽風把彗星蒸發出來的氣體物質推向和太陽相反的方向,形成了彗尾。
彗星繞太陽運動的軌道一般分為三類:拋物線、雙曲線和橢圓。在拋物線或雙曲線軌道上運行的彗星叫做「非周期彗星」,它們接近太陽一次就一去不復返了。在橢圓軌道上運動的彗星稱為「周期彗星」,周期最短的三年多;最長的可以到1000多年。現在發現的彗星有1600多顆。
小行星
小行星是太陽系裡的小天體,它們大多分布在火星、木星軌道之間的小行星帶中,從1801年義大利天文學家皮亞齊發現第一顆小行星起,小行星的發現至今只有200多年的歷史。
按照提丟斯一波得定則,1781年3月,著名天文學家威廉·赫歇耳在英國意外地發現了天王星,它幾乎就在定則給出的距離上,從而有力地支持了提丟斯一波得定則,更激發了人們尋找新行星的興趣。
1801年元旦之夜,人們沉浸在辭舊迎新的歡樂中。義大利西西里島巴勒莫天文台台長皮亞齊,為編制一本星表而做巡天觀測時,發現了一個在火星和木星之間游動的陌生天體,後來計算它的軌道正好與要找的行星吻合,被命名為穀神星。因當時測得的半徑只有400多公里(幾經重新測定,現在的精確數值略大於1000公里),不能和大行星相比,所以叫做小行星。
翌年3月,德國天文愛好者奧伯斯發現了第二顆小行星——智神星,除了稍小一點兒,它在好些方面與穀神星伯仲難分。接著又連續發現了婚神星和灶神星。19世紀末開始用照相方法尋找小行星之前,已發現322顆小行星。此後小行星的發現逐年增多,特別是近年來由於探測技術及軌道計算方法都有了很大的改進,每年發現的小行星數竟達二三百顆。據統計,到1994年底被正式編號命名的小行星已達5300多顆。天文學家推測,太陽系內小行星大約有50萬顆。
按照國際慣例,新發現的小行星先給予臨時命名,在發現年代之後加兩個拉丁字母,第一個表示發現的時間,以半個月為單位,按字母順序排列,第二個則表示在這段時間內發現的次序,也按字母順序排列。新發現的小行星算出軌道後,再經過兩個以上不同沖日年代的觀測,方能得到正式編號和永久命名。發現者享有對小行星的命名權。設在美國史密松天文台的國際小行星中心,負責收集所有的小行星的觀測資料,並進行系統的軌道認證和編號。
最早發現的小行星大多以古希臘、羅馬的神話人物命名,後來的許多小行星常常冠以天文學家或城市的名字。1928年,我國著名天文學家張鈺哲在美國葉凱士天文台發現了1125號小行星,他將這顆小行星命名為中華,這是中國人發現的第一顆小行星,時至今日,紫金山天文台已累積發現了幾百顆新小行星,到1994年底正式編號和命名的有120多顆。
歷史上發現小行星最多的是萊因馬齊,他共發現了246顆小行星,其次是首先把照相技術引進小行星觀測的德國天文學家沃爾夫,他以發現231顆小行星的記錄位居第二。
小行星的直徑很小,在天文學家所獲得的幾百顆小行星半徑值中,只有幾顆較大、較近的小行星是直接測量的,其他都是用光度法、紅外波和偏振法測定的。測量表明,直徑在50公里以上的小行星大約有560顆,絕大多數小行星的直徑都在1公里以下。
至於小行星的質量,除1號穀神星、2號智神星和4號灶神星外,所有的小行星質量都是由它們的直徑和假定的密度推算出來的,僅有數量級的概念。一般認為小行星總質量值為1000億噸,其中穀神星大約占總質量的一半。
小行星的反照率取決於它們的化學組成和表面狀況。由於小行星表面各部分的反照率不同,再加上自轉,使小行星的亮度產生周期性的變化。根據亮度變化曲線,可測出小行星的自轉周期和自轉軸的取向,並推測它們的形狀。從目前已知自轉狀況的200多顆小行星看來,自轉周期多數在4~16小時,平均為11.47小時。自轉軸的取向是隨機分布的。直徑大於100公里的小行星的形狀一般比較規則,接近球形,直徑小於100公里的小行星形狀則是各種各樣的,有的呈長柱形,有的猶如啞鈴,還有的甚至像是兩塊石塊粘在一起的。
我國紫金山天文台從50年代末開始對小行星的光電觀測,已發表了數十條小行星光度曲線,其中有些是在國際上首次發表的,由於觀測質量高,被國外觀測者廣泛採用。
小行星的公轉軌道都是橢圓的,大約有95%的小行星軌道半長徑在2.17~3.64天文單位之間,這一空間區域稱為小行星的主環帶,位於主環帶里的小行星稱為「主帶小行星」。
一小部分小行星離群索居,形成幾個特殊的群體。軌道半徑大於3.3天文單位的稱為遠距小行星,其中最著名的是脫羅央群,它們的軌道半徑和木星的一樣大。從太陽望去,有一些位於木星之前60°,有一些位於木星之後60°,前者叫「希臘群」,後者叫「純脫羅央群」。
另一個特殊群體是近距小行星,它們的軌道近日點深入到內太陽系,有的甚至跑進地球軌道以內,稱為近地小行星。按照軌道近日點的距離和半長徑的數值特徵,近地小行星又被劃分成阿莫爾型、阿波羅型和阿登型。阿莫爾型小行星的軌道特徵是近日距都在火星軌道之內——1.02~1.3天文單位,半長徑1.39~4.23天文單位,偏心率0.062~0.574,傾角2.2°~52.1°,小行星直徑為0.3~38.5公里。現已發現這類小行星有70多顆。阿波羅小行星的軌道特徵是近日距小於1.017天文單位,而半長徑大於1天文單位,因有一段軌道與地球軌道非常靠近甚至相交,而引起天文學家的特別關注。這類小行星已發現了100多顆。阿登型小行星的軌道半長徑都小於1天文單位,近日距也小於1天文單位,遠日距略大於1天文單位。這種小行星為數不多,目前僅發現10顆左右。因它們的軌道與地球近似,周期也相差不多,所以比阿波羅型小行星更受到重視。
一些近地小行星在大行星的攝動下,軌道會和地球軌道相交,從而有可能與地球相撞。在過去的幾十億年中,這種事件可能確實發生過。通過空間遙感技術,在地球上已發現了100多個隕石坑,其中91處推測是小行星撞擊造成的。據科學家考證,1976年吉林隕石雨的母體就是接近火星軌道的阿波羅型小行星的一個碎塊。最近美國科學家提出,導致6500萬年前恐龍滅絕的也是一顆隕落的阿波羅型小行星。
雖然小行星撞擊地球造成的危害很大,但是這種機率是微乎其微的。研究表明,直徑10公里大小的小行星平均1億年左右才會與地球相撞一次,地球每百萬年受到三次較小的小行星的撞擊,但其中只有一次發生在陸地上。為了預防這種不測事件,一些國家正在考慮發射專門監測近地小行星的人造地球衛星,及早發現並排除它們。
1978年6月7日,美國天文學家麥克馬洪在觀測532號大力神小行星掩恆星時,發現它有一顆衛星,命名為1978(532)I,這是天文學家第一次發現小行星有衛星。532號小行星和其衛星的直徑分別為243公里和45.6公里,彼此相距977公里。半年後,天文學家又從18號郁神星掩恆星的資料中發現它也有衛星。這對小天體的中心距為460公里,直徑分別為135公里和37公里,倘若這是一顆同步衛星,那麼在郁神星上看來,這個「月亮」的角直徑可達5°24′,視面積幾乎是我們月球的120倍。以後,又在重新處理過去的一些小行星掩星資料時發現若干小行星也有衛星,其中包括2號智神星、6號春神星、9號海神星、12號凱神星等,大概有三四十顆。
1980年,美國天文學家利用光斑干涉測量的新技術證明2號智神星確實存在一顆衛星,但是,對於小行星是否有衛星的問題一直懸而未決,一些持反對意見的天文學家認為,人類已經發射了那麼多空間探測器,但迄今未發現一顆小行星的衛星,所以小行星有衛星的結論缺乏觀測證據。另外,小行星衛星在天體系統中屬於什麼層次,能否與月球或木衛等相提並論現在也沒有定論。
1989年發射的木星探測器「伽利略」在1991年10月飛過第951號小行星加斯帕,圓了天文學家近探小行星的夢想。1993年8月,「伽利略」掠過第243號小行星艾達,進行了多項觀測記錄。1994年2月,天文學家分析「伽利略」發回的資料,發現艾達附近有一顆比它小得多的衛星,並在英國學術周刊《自然》上發表了艾達與衛星的合影、衛星的放大圖像。此後,「伽利略」又發回更新的成像和光譜資料。據此,天文學家估計艾達衛星的直徑為1.5公里,發現時距小行星僅100公里,天文學家認為,這是確切發現小行星有衛星的第一例。
小行星雖然很小,但是它們在以往的天文學研究中卻曾起過重要的作用。譬如,1873年,德國天文學家伽勒利用8號花神星沖日,1877年英國天文學家吉爾利用4號灶神星沖日測定日地距離,都得到了精確的結果。1930~1931年,433號愛神星大沖時,國際天文學聯合會組織了空前規模的國際聯測,得到了三角測量所能達到的最精確的日地距離數值—14958萬公里。
另外,利用小行星還可以測定行星的質量。當某顆小行星接近大行星時,大行星對它的攝動作用必然影響其軌道,從它軌道的微小變化中可以算出行星的實際質量。1870年,天文學家利用29號愛姆菲特列塔接近木星時所測得的木星質量為太陽質量的1/1047,今天天文學家仍在採用這個數值。水星、金星、土星、火星等行星的質量均是用小行星測定的,測出的值有相當高的准確度。
為了改進和提高星表的精度,國際天文學聯合會組織十幾個天文台對穀神星等10顆小行星進行長期的監測和歸算,從實際的數據及已知的軌道根數求得黃道和天赤道的准確位置。
小行星還為研究太陽系起源和演化提供重要線索。按照現代太陽系形成理論,太陽系是在46億年前由一團混沌星雲凝聚而成的。而當初星雲形成太陽系的具體過程已無法從地球和其他行星上找到痕跡了,只有小行星和彗星還保留著許多太陽系形成初期的狀態,因此,它們被天文學家稱為太陽系早期的「活化石」。
另外,小行星的研究對於發展人類航天事業,保護地球環境,開發宇宙都有重要的意義。特別是近地小行星,它們既是潛在的礦物資源,又是小行星中最容易實現航天近探的目標,「伽利略號」宇宙飛船已於1991年10月29日掠過951號小行星加斯帕,從距離1600公里處飛近的探測器,可以清楚地看到這顆小行星表面50米的細節特徵。飛船上的近紅外測繪分光儀所作的初步測量表明,加斯帕的形狀很不規則,有可能是由一個大的母體中分裂出來的,是一顆金屬型小行星。這是宇宙飛船探測的第一例小行星。目前,義大利已制定了一個以皮亞齊命名的近地小行星航天探測計劃,准備近探433號愛神星。
太陽系新貌
1957年10月4日,第一顆人造地球衛星發射成功,開辟了人類探測太陽系的新時代。1959年前蘇聯宇宙飛船繞月飛行,開始了現代太陽系天體表面的研究。它拍攝了月球背面照片,第一次把月球的另一面展示在人們面前。1962年12月14日,美國「水手2號」到達金星附近,揭開了行星近距離探測的新篇章。從那時起,行星探測器紛紛升上天空。至今,對金星作近距離空間考察的探測器已達30個,有一個探測器測量了水星的地形;17個探測器飛到火星附近;測量地球和月亮的探測器就更多了。美國還先後發射了「先鋒」 10號、 11號和「旅行者」 1號、 2號考察外行星。截至1989年8月25日「旅行者2號」飛近海王星,太陽系的九大行星已有八個被行星探測器考察過了。目前,太陽系的4個內行星表面狀況已初步了解,一大批衛星的地形也現端倪。行星探測器向地球傳回成千上萬張照片和考察數據,為我們描繪出太陽系天體的一些新貌。
本世紀50年代以來,人造衛星和向月飛行的航天器,開辟了觀測地球的新途徑。同步衛星在離地面36000公里高空,拍攝到清晰的地球照片。最為精彩的是「阿波羅17號」在向月球飛行中所拍攝的地球照片。只見藍色的地球,上面海洋陸地都輪廓分明,浩浩蒼穹,地球出現在天上。
過去,人們認為地球的形狀是個圓球或像個桔子。通過人造衛星的觀測,發現地球是一個不規則的球體,赤道以南比赤道以北高7.6米,南極高地心距離比北極短15.2米。地球的形狀像個梨,梨柄在北極;梨底在南極。在60年代,空間探測器還發現,由於太陽風的影響,地球磁場被壓縮成一個彗星狀的區域(磁層),在這個區域里,有兩條高能帶電粒子的輻射帶——范艾倫帶。
1969年7月21日,美國的「阿波羅11號」宇宙飛船把第一批宇航員送上了月球,實現了人類登月的夙願。宇航員利用帶去的月球車,在月面上進行了多學科的考察,收集到270多千克月岩和土壤的樣品。通過分析這些樣品,發現月岩的化學成分與地球岩石基本相似,沒有發現可生存的月球有機物,也不存在古微生物的證據。在月球上還發現有地震那樣的月震,但月震很弱,最大的月震只有1~2級。通過測定月球的放射性元素,得知月球和地球同齡,它們都有46億歲了。
空間探測結果告訴我們,月球已不是唯一布滿環形山的天體了。水星、金星、火星的表面都很像月球,環形山星羅棋布,既有高山,也有平原。火星上的奧林匹斯火山口,是太陽系中最大的火山口,直徑為600多公里。探測器發回的信息告訴我們,土衛四和土衛五上的環形山,多得與月球不相上下。
金星探測器為我們描述了金星風光:金星天空(雲)是橙黃色的,金星的大部分表面都覆蓋著一層「浮土」。金星表面的溫度是460℃左右,氣壓約為地球的90倍。在金星上,既有山脈也有峽谷,一條2000多公里長的大裂縫,自南向北穿過金星赤道,裂縫最深的地方有2900米左右。這是目前在太陽系天體上發現的一條最大的裂縫。
金星上空閃電頻繁,每分鍾達20多次,有一次竟持續了15分鍾。土星的大氣中也常常是電光閃閃,雷聲隆隆,「旅行者2號」曾記錄到數千次威力比地球上強烈數萬倍的閃電。
自從1877年義大利天文學家斯基帕雷利提出火星運河以來,火星上的水一直為人們所關注。1973年,美國天文學家休古寧注意到火星赤道以南的「太陽湖」地區異常明亮,他認為是有水存在。後來「海盜號」飛船發現那裡上空的水蒸汽也比別的地方豐富。經天文學家們研究,並從該地區的雷達探測發現,在一個直徑為300~500公里地帶,雷達回波隨季節而變化,這也是水的特徵。「水手號」還發現火星表面有乾涸的河床。科學家們認為,火星表面雖然現在沒有水,但在古代卻存在過海洋。
在對太陽系行星研究中,進度較大的是火山。1979年3月,「旅行者1號」發現木衛一上至少有8座活火山活動,其中有一座正以每小時1600公里的速度噴發著氣體和固體物質,噴發物的高度達480公里。以後又發現木衛二和海衛一有活火山活動。除活火山外,在太陽系固體行星表面上復雜的地形形成過程中,火山起著相當重要的作用。
本世紀上半葉,除了地球磁場外,其他行星是否存在磁場,是行星物理學研究的一個新課題。20多年來,大量空間飛行器攜帶著磁場計、太陽風粒子譜儀和帶電粒子望遠鏡飛到行星附近進行近距離的直接探測。現在,除冥王星外,其他八大行星都被宇宙飛船考察過了。這些空間飛行器發回地球的數據表明,地球、木星、土星都具有極強的磁場;水星的磁場較地球、木星、土星的弱一些;金星的磁場比地球弱得多;火星存在磁場,但有無固有磁場目前尚無定論。此外,「旅行者2號」在天王星和海王星附近也進行了磁場測量,結果表明這兩顆大行星都有磁場存在。行星存在磁場,磁場與行星周圍運動物質相互作用,便可以形成一種特殊區域——磁層。磁層中有等粒子體套、尖點、等離子體片、輻射帶和等粒子體層等。地球磁層里有內外兩個輻射帶,分別由質子和電子組成。空間飛行器發回的數據表明,水星、木星、土星都具有磁層;金星和火星的磁層面目尚不很清楚;天王星和海王星也可能有磁層存在。
地球上有極光,其他行星上是否也有極光?過去有人認為木星上也會有極光,但探測了20多年,一直未發現。1979年,「旅行者1號」發現木星背著太陽的一面,有長達三萬多公里的極光,在地球以外第一次探測到太陽系天體上的極光。
土星曾以它有光環繚繞而被稱為最美麗的行星。土星光環是怎樣組成的呢?1980年11月,「旅行者1號」在飛近土星時,對土星光環進行了「面對面」的考察。原來,土星光環平面內有100~1000條大小不等的環,環內還有環,很像唱片上的紋路。有些光環還像發辮那樣互相扭結在一起,難解難分。土星光環是由無數顆大小不等的微粒組成的。
現在,土星已不是唯一有光環的行星了。1977年,美國、中國、印度、南非等國的天文學家在觀測天王星掩恆星時,意外地發現天王星也有光環。1979年3月,「旅行者1號」考察木星時,發現木星也有一條寬達數千公里、厚約30公里的光環。1989年8月,「旅行者2號」飛到海王星附近探測時,發現海王星也存在光環。經研究,太陽系九大行星中,4個類木行星(木星、土星、天王星和海王星)均有光環結構;4個類地行星(水星、金星、地球和火星)則一顆都沒有光環。冥王星離我們太遠,它有沒有環仍然是一個謎。
1979年以後,宇宙飛船先後訪問了土星,相繼發現了土星的一些新衛星。現在發現土星共有23顆衛星,是太陽系中最大的一個家族。木星有16顆衛星,是第二大家族。「旅行者」1號和2號在行星際空間的大旅行,使地面基地觀測已知的33顆太陽系天然衛星增加到66個,極大地豐富了人類關於太陽系天體的知識寶庫。
參考資料:/
❺ 太陽系八大行星介紹和他們的西方傳說
水星Mercury
水星最接近太陽,是太陽系中最小的行星。水星在直徑上小於木衛三和土衛六,但它更重。
水星
基本數據
公轉軌道: 距太陽 57,910,000 千米 (0.38 天文單位) 水星直徑: 4,880 千米 質量: 3.30e23 千克
名稱來源
在古羅馬神話中水星是商業、旅行和偷竊之神,即古希臘神話中的赫耳墨斯,為眾神傳信的神,或許由於水星在空中移動得快,才使它得到這個名字
金星Venu
金星是離太陽第二近,太陽系中第六大行星。在所有行星中,金星的軌道最接近圓,偏差不到1%。
金星
基本數據
軌道半徑: 距太陽 108,200,000 千米 (0.72 天文單位) 行星直徑: 12,103.6 千米 質量: 4.869e24 千克
名稱來源
金星 (希臘語:阿佛洛狄忒;巴比倫語: Ishtar)是美和愛的女神,之所以會如此命名,也許是對古代人來說,它是已知行星中最亮的一顆。(也有一些異議,認為金星的命名是因為金星的表面如同女性的外貌。)
地球Earth
地球是距太陽第三顆,也是第五大行星
基本數據
軌道半徑: 149,600,000 千米 (離太陽1.00 天文單位) 行星直徑: 12,756.3 千米 質量: 5.9736e24 千克
名稱來源
地球是唯一一個不是從希臘或羅馬神話中得到的名字。Earth一詞來自於古英語及日耳曼語。這里當然有許多其他語言的命名。在羅馬神話中,地球女神叫Tellus-肥沃的土地(希臘語:Gaia, 大地母親) 直到16世紀哥白尼時代人們才明白地球只是一顆行星。 它也是太陽系唯一有水的行星。 地球,當然不需要飛行器即可被觀測,然而我們直到二十世紀才有了整個行星的地圖。由空間拍到的圖片應具有合理的重要性;舉例來說,它們大大幫助了氣象預報及暴風雨跟蹤預報。它們真是與眾不同的漂亮啊!
主要成分
地球由於不同的化學成分與地震性質被分為不同的岩層(深度-千米): 0- 40 地殼 40- 400 Upper mantle - 上地幔 400- 650 Transition region - 過渡區域 650-2700 Lower mantle - 下地幔 2700-2890 D'' layer - D"層 2890-5150 Outer core - 外核 5150-6378 Inner core - 內核 地殼的厚度不同,海洋處較薄,大洲下較厚。內核與地殼為實體;外核與地幔層為流體。不同的層由不連續斷面分割開,這由地震數據得到;其中最有名的有數地殼與上地幔間的莫霍面-不連續斷面了。 地球的大部分質量集中在地幔,剩下的大部分在地核;我們所居住的只是整體的一個小部分(下列數值×10e24千克): 大氣 = 0.0000051 海洋 = 0.0014 地殼 = 0.026 地幔 = 4.043 外地核 = 1.835 內地核 = 0.09675 地核可能大多由鐵構成(或鎳/鐵),雖然也有可能是一些較輕的物質。地核中心的溫度可能高達7500K,比太陽表面還熱;下地幔可能由硅,鎂,氧和一些鐵,鈣,鋁構成;上地幔大多由olivene,pyroxene(鐵/鎂硅酸鹽),鈣,鋁構成。我們知道這些金屬都來自於地震;上地幔的樣本到達了地表,就像火山噴出岩漿,但地球的大部分還是難以接近的。地殼主要由石英(硅的氧化物)和類長石的其他硅酸鹽構成。就整體看,地球的化學元素組成為: 34.6% 鐵 29.5% 氧 15.2% 硅 12.7% 鎂 2.4% 鎳 1.9% 硫 0.05% 鈦 地球是太陽系中密度最大的星體。 其他的類地行星可能也有相似的結構與物質組成,當然也有一些區別:月球至少有一個小內核;水星有一個超大內核(相當於它的直徑);火星與月球的地幔要厚得多;月球與水星可能沒有由不同化學元素構成的地殼;地球可能是唯一一顆有內核與外核的類地行星。值得注意的是,我們的有關行星內部構造的理論只是適用於地球。 不像其他類地行星,地球的地殼由幾個實體板塊構成,各自在熱地幔上漂浮。理論上稱它為板塊說。它被描繪為具有兩個過程:擴大和縮小。擴大發生在兩個板塊互相遠離,下面湧上來的岩漿形成新地殼時。縮小發生在兩個板塊相互碰撞,其中一個的邊緣部份伸入了另一個的下面,在熾熱的地幔中受熱而被破壞。在板塊分界處有許多斷層(比如加利福尼亞的San Andreas斷層),大洲板塊間也有碰撞(如印度洋板塊與亞歐板塊)。目前有八大板塊: 北美洲板塊 - 北美洲,西北大西洋及格陵蘭島 南美洲板塊 - 南美洲及西南大西洋 南極洲板塊 - 南極洲及沿海 亞歐板塊 - 東北大西洋,歐洲及除印度外的亞洲 非洲板塊 - 非洲,東南大西洋及西印度洋 印度與澳洲板塊 - 印度,澳大利亞,紐西蘭及大部分印度洋 Nazca板塊 - 東太平洋及毗連南美部分地區 太平洋板塊 - 大部分太平洋(及加利福尼亞南岸) 還有超過廿個小板塊,如阿拉伯,菲律賓板塊。地震經常在這些板塊交界處發生。繪成圖使得更容易地看清板塊邊界。 地球的表面十分年輕。在50億年的短周期中(天文學標准),不斷重復著侵蝕與構造的過程,地球的大部分表面被一次又一次地形成和破壞,這樣一來,除去了大部分原始的地理痕跡(比如星體撞擊產生的火山口)。這樣一來,地球上早期歷史都被清除了。地球至今已存在了45到46億年,但已知的最古老的石頭只有40億年,連超過30億年的石頭都屈指可數。最早的生物化石則小於39億年。沒有任何確定的記錄表明生命真正開始的時刻。 71%的地球表面為水所覆蓋。地球是行星中唯一一顆能在表面存在有液態水(雖然在土衛六的表面存在有液態乙烷與甲烷,木衛二的地下有液態水)。我們知道,液態水是生命存在的重要條件。海洋的熱容量也是保持地球氣溫相對穩定的重要條件。液態水也造成了地表侵蝕及大洲氣候的多樣化,目前這是在太陽系中獨一無二的過程(很早以前,火星上也許也有這種情況)。 地球的大氣由77%的氮,21%氧,微量的氬、二氧化碳和水組成。地球初步形成時,大氣中可能存在大量的二氧化碳,但是幾乎都被組合成了碳酸鹽岩石,少部分溶入了海洋或給活著的植物消耗了。現在板塊構造與生物活動維持了大氣中二氧化碳到其他場所再返回的不停流動。大氣中穩定存在的少量二氧化碳通過溫室效應對維持地表氣溫有極其深遠的重要性。溫室效應使平均表面氣溫提高了35攝氏度(從凍人的-21℃升到了適人的14℃);沒有它海洋將會結冰,而生命將不可能存在。 豐富的氧氣的存在從化學觀點看是很值得注意的。氧氣是很活潑的氣體,一般環境下易和其他物質快速結合。地球大氣中的氧的產生和維持由生物活動完成。沒有生命就沒有充足的氧氣。 地球與月球的交互作用使地球的自轉每世紀減緩了2毫秒。當前的調查顯示出大約在9億年前,一年有481天又18小時。
火星Mar
火星為距太陽第四遠,也是太陽系中第七大行星,在我國古代又稱熒惑,因為火星呈紅色,熒熒像火,亮度常有變化;而且在天空中運動,有時從西向東,有時又從東向西,情況復雜,令人迷惑,所以我國古代叫它「熒惑」,有「熒熒火光,離離亂惑。」之意。
基本數據
公轉軌道: 離太陽227,940,000 千米 (1.52 天文單位) 行星直徑: 6,794 千米 質量: 6.4219e23 千克
名稱來源
火星(希臘語: 阿瑞斯)被稱為戰神。這或許是由於它鮮紅的顏色而得來的;火星有時被稱為「紅色行星」。(趣記:在希臘人之前,古羅馬人曾把火星人微言輕農耕之神來供奉。而好侵略擴張的希臘人卻把火星作為戰爭的象徵)而三月份的名字也是得自於火星。
木星Jupiter
木星是離太陽第五顆行星,而且是最大的一顆,比所有其他的行星的合質量大2倍(地球的318倍)。
基本數據
公轉軌道: 距太陽 778,330,000 千米 (5.20 天文單位) 行星直徑: 142,984 千米 (赤道) 質量: 1.900e27 千克
名稱來源
木星(a.k.a. Jove; 希臘人稱之為 宙斯)是上帝之王,奧林匹斯山的統治者和羅馬國的保護人,它是Cronus(土星)的兒子。
土星Saturn
土星是離太陽第六遠的行星,也是八大行星中第二大的行星:
基本數據
公轉軌道: 距太陽 1,429,400,000 千米 (9.54 天文單位) 行星直徑: 120,536 千米 (赤道) 質量: 5.68e26 千克
名稱來源
在羅馬神話中,土星(Saturn)是農神的名稱。希臘神話中的農神Cronus是Uranus(天王星)和該亞的兒子,也是宙斯(木星)的父親。土星也是英語中「星期六」(Saturday)的詞根。
天王星Uranu
天王星是太陽系中離太陽第七遠行星,從直徑來看,是太陽系中第三大行星。天王星的體積比海王星大,質量卻比其小。
基本數據
公轉軌道: 距太陽2,870,990,000 千米 (19.218 天文單位) 行星直徑: 51,118 千米(赤道) 質量: 8.683e25 千克
名稱來源
烏拉諾斯是古希臘神話中的宇宙之神,是最早的至高無上的神。他是該亞的兒子兼配偶,是Cronus(農神土星)、獨眼巨人和泰坦(奧林匹斯山神的前輩)的父親。
海王星Neptune
海王星是環繞太陽運行的第八顆行星,也是太陽系中第四大天體(直徑上)。海王星在直徑上小於天王星,但質量比它大。
海王星
基本信息
公轉軌道: 距太陽 4,504,000,000 千米 (30.06 天文單位) 行星直徑: 49,532 千米(赤道) 質量: 1.0247e26 千克
名稱來源
在古羅馬神話中海王星(古希臘神話:波塞冬(Poseidon))代表海神
❻ 有幾大洋和幾大洲
地球有七大洲和四大洋組成,七大洲分別是:亞洲、非洲、歐洲、大洋洲、北美洲、南美洲以及南極洲,四大洋分別是:太平洋、大西洋、印度洋以及北冰洋。
地球是太陽系八大行星之一,按離太陽由近及遠的次序排為第三顆,也是太陽系中直徑、質量和密度最大的類地行星,距離太陽1.5億公里。地球自西向東自轉,同時圍繞太陽公轉。現有40億~46億歲,它有一個天然衛星——月球,二者組成一個天體系統——地月系統。46億年以前起源於原始太陽星雲。
地球赤道半徑6378.137千米,極半徑6356.752千米,平均半徑約6371千米,赤道周長大約為40076千米,呈兩極稍扁赤道略鼓的不規則的橢圓球體。地球表面積5.1億平方公里,其中71%為海洋,29%為陸地,在太空上看地球呈藍色。
❼ 太陽系八大行星
[編輯本段]【水星】
英文名:Mercury
水星最接近太陽,是太陽系中最小最輕的行星。水星在直徑上小於木衛三和土衛六。
水星基本參數:
軌道半長徑: 5791萬 千米 (0.38 天文單位)
公轉周期: 87.70 天
自轉方向:自西向東
平均軌道速度: 47.89 千米/每秒
軌道偏心率: 0.206
軌道傾角: 7.0 度
行星赤道半徑: 2440 千米
質量(地球質量=1): 0.0553
密度: 5.43 克/立方厘米
自轉周期: 58.65 日
衛星數: 無
公轉軌道: 距太陽 57,910,000 千米 (0.38 天文單位)
在古羅馬神話中水星是商業、旅行和偷竊之神,即古希臘神話中的赫耳墨斯,為眾神傳信的神,或許由於水星在空中移動得快,才使它得到這個名字。
早在公元前3000年的蘇美爾時代,人們便發現了水星,古希臘人賦於它兩個名字:當它初現於清晨時稱為阿波羅,當它閃爍於夜空時稱為赫耳墨斯。不過,古希臘天文學家們知道這兩個名字實際上指的是同一顆星星,赫拉克賴脫(公元前5世紀之希臘哲學家)甚至認為水星與金星並非環繞地球,而是環繞著太陽在運行。
僅有水手10號探測器於1973年和1974年三次造訪水星。它僅僅勘測了水星表面的45%(並且很不幸運,由於水星太靠近太陽,以致於哈博望遠鏡無法對它進行安全的攝像)。
水星的軌道偏離正圓程度很大,近日點距太陽僅四千六百萬千米,遠日點卻有7千萬千米,它在軌道近日點所具有的圍繞太陽的緩慢歲差現象,被稱為「水星近日點軌道進動」。(歲差:地軸進動引起春分點向西緩慢運行,速度每年0.2",約25800年運行一周,使回歸年比恆星年短的現象。分日歲差和行星歲差兩種,後者是由行星引力產生的黃道面變動引起的。)在十九世紀,天文學家們對水星的軌道半徑進行了非常仔細的觀察,但無法運用牛頓力學對此作出適當的解釋。存在於實際觀察到的值與預告值之間的細微差異是一個次要(每千年相差七分之一度)但困擾了天文學家們數十年的問題。有人認為在靠近水星的軌道上存在著另一顆行星(有時被稱作Vulcan,「祝融星」),由此來解釋這種差異,結果最終的答案頗有戲劇性:愛因斯坦的廣義相對論。在人們接受認可此理論的早期,水星運行的正確預告是一個十分重要的因素。(水星因太陽的引力場而繞其公轉,而太陽引力場極其巨大,據廣義相對論觀點,質量產生引力場,引力場又可看成質量,所以巨引力場可看作質量,產生小引力場,使其公轉軌道偏離。類似於電磁波的發散,變化的磁場產生電場,變化的電場產生磁場,傳向遠方。--譯注)
在1962年前,人們一直認為水星自轉一周與公轉一周的時間是相同的,從而使面對太陽的那一面恆定不變。這與月球總是以相同的半面朝向地球很相似。但在1965年,通過多普勒雷達的觀察發現這種理論是錯誤的。現在我們已得知水星在公轉二周的同時自轉三周,水星是太陽系中目前唯一已知的公轉周期與自轉周期共動比率不是1:1的天體。
由於上述情況及水星軌道極度偏離正圓,將使得水星上的觀察者看到非常奇特的景像,處於某些經度的觀察者會看到當太陽升起後,隨著它朝向天頂緩慢移動,將逐漸明顯地增大尺寸。太陽將在天頂停頓下來,經過短暫的倒退過程,再次停頓,然後繼續它通往地平線的旅程,同時明顯地縮小。在此期間,星星們將以三倍快的速度劃過蒼空。在水星表面另一些地點的觀察者將看到不同的但一樣是異乎尋常的天體運動。
水星上的溫差是整個太陽系中最大的,溫度變化的范圍為90開到700開。相比之下,金星的溫度略高些,但更為穩定。
水星在許多方面與月球相似,它的表面有許多隕石坑而且十分古老;它也沒有板塊運動。另一方面,水星的密度比月球大得多,(水星 5.43 克/立方厘米 月球 3.34克/立方厘米)。水星是太陽系中僅次於地球,密度第二大的天體。事實上地球的密度高部分源於萬有引力的壓縮;或非如此,水星的密度將大於地球,這表明水星的鐵質核心比地球的相對要大些,很有可能構成了行星的大部分。因此,相對而言,水星僅有一圈薄薄的硅酸鹽地幔和地殼。
巨大的鐵質核心半徑為1800到1900千米,是水星內部的支配者。而硅酸鹽外殼僅有500到600千米厚,至少有一部分核心大概成熔融狀。
事實上水星的大氣很稀薄,由太陽風帶來的被破壞的原子構成。水星溫度如此之高,使得這些原子迅速地散逸至太空中,這樣與地球和金星穩定的大氣相比,水星的大氣頻繁地被補充更換。
水星的表面表現出巨大的急斜面,有些達到幾百千米長,三千米高。有些橫處於環形山的外環處,而另一些急斜面的面貌表明他們是受壓縮而形成的。據估計,水星表面收縮了大約0.1%(或在星球半徑上遞減了大約1千米)。
水星上最大的地貌特徵之一是Caloris 盆地(右圖),直徑約為1300千米,人們認為它與月球上最大的盆地Maria相似。如同月球的盆地,Caloris盆地很有可能形成於太陽系早期的大碰撞中,那次碰撞大概同時造成了星球另一面正對盆地處奇特的地形(左圖)。
除了布滿隕石坑的地形,水星也有相對平坦的平原,有些也許是古代火山運動的結果,但另一些大概是隕石所形成的噴出物沉積的結果。
水手號探測器的數據提供了一些近期水星上火山活動的初步跡象,但我們需要更多的資料來確認。
令人驚訝的是,水星北極點的雷達掃描(一處未被水手10號勘測的區域)顯示出在一些隕石坑的被完好保護的隱蔽處存在冰的跡象。
水星有一個小型磁場,磁場強度約為地球的1%。
至今未發現水星有衛星。
通常通過雙筒望遠鏡甚至直接用肉眼便可觀察到水星,但它總是十分靠近太陽,在曙暮光中難以看到。Mike Harvey的行星尋找圖表指出此時水星在天空中的位置(及其他行星的位置),再由「星光燦爛」這個天象程序作更多更細致的定製。
[編輯本段]【金星】
金星英文名:Venus
八大行星之一,中國古代稱之為太白或太白金星。它有時是晨星,黎明前出現在東方天空,被稱為「啟明」;有時是昏星,黃昏後出現在西方天空,被稱為「長庚」。金星是全天中除太陽和月亮外最 亮的星,猶如一顆耀眼的鑽石,於是古希臘人稱它為阿佛洛狄忒--愛與美的女神,而羅馬人則稱它為維納斯--美神。
金星基本參數
自轉方向:自東向西
公轉周期:224.701天
平均軌道速度:35.03 千米/每秒
軌道偏心率:0.007
軌道傾角:3.4 度
赤道直徑:12,103.6千米
直 徑:12105千米
質量(地球質量=1):0.8150
密度:5.24 克/立方厘米
衛星數量:0
公轉半徑:108,208,930 km(0.72 天文單位)
表面面積:4.6億平方千米
自轉時間:243.02天
逃逸速度:10.4 千米/秒
金星在史前就已被人所知曉。除了太陽與月亮外,它是最亮的一顆。
金星是一顆內層行星,從地球用望遠鏡觀察它的話,會發現它有位相變化。伽利略對此現象的觀察是贊成哥白尼的有關太陽系的太陽中心說的重要證據。
第一艘訪問金星的飛行器是1962年的水手2號。隨後,它又陸續被其他飛行器:金星先鋒號,蘇聯尊嚴7號、尊嚴9號訪問。
金星的自轉非常不同尋常,一方面它很慢(金星日相當於243個地球日,比金星年稍長一些),另一方面它是倒轉的。另外,金星自轉周期又與它的軌道周期同步,所以當它與地球達到最近點時,金星朝地球的一面總是固定的。這是不是共鳴效果或只是一個巧合就不得而知了。
金星有時被譽為地球的姐妹星,在有些方面它們非常相像:
-- 金星比地球略微小一些(95%的地球直徑,80%的地球質量)。
-- 在相對年輕的表面都有一些環形山口。
-- 它們的密度與化學組成都十分類似。
由於這些相似點,有時認為在它厚厚的雲層下面金星可能與地球非常相像,可能有生命的存在。但是不幸的是,許多有關金星的深層次研究表明,在許多方面金星與地球有本質的不同。
金星的大氣壓力為90個標准大氣壓(相當於地球海洋深1千米處的壓力),大氣大多由二氧化碳組成,也有幾層由硫酸組成的厚數千米的雲層。這些雲層擋住了我們對金星表面的觀察,使得它看來非常模糊。這稠密的大氣也產生了溫室效應,使金星表面溫度上升400度,超過了740開(足以使鉛條熔化)。金星表面自然比水星表面熱,雖然金星比水星離太陽要遠倍。雲層頂端有強風,大約每小時350千米,但表面風速卻很慢,每小時幾千米不到。
[編輯本段]【地球】
英文:earth
地球是距太陽第三顆,也是第五大行星:
軌道半徑: 149,600,000 千米 (離太陽1.00 天文單位)
行星直徑: 12,756.3 千米
質量: 5.9736e24 千克
赤道引力(地球=1) 1.00
逃逸速度(公里/秒) 11.2
自轉周期(日) 0.9973
公轉周期(日)365.2422
黃赤交角(度) 23.26
反照率 0.30
自轉方向:自西向東
地球是唯一一個不是從希臘或羅馬神話中得到的名字。Earth一詞來自於古英語及日耳曼語。這里當然有許多其他語言的命名。在羅馬神話中,地球女神叫Tellus-肥沃的土地(希臘語:Gaia, 大地母親)
直到16世紀哥白尼時代人們才明白地球只是一顆行星。
地球,當然不需要飛行器即可被觀測,然而我們直到二十世紀才有了整個行星的地圖。由空間拍到的圖片應具有合理的重要性;舉例來說,它們大大幫助了氣象預報及暴風雨跟蹤預報。它們真是與眾不同的漂亮啊!
地球由於不同的化學成分與地震性質被分為不同的岩層(深度-千米):
0- 40 地殼
40- 400 Upper mantle - 上地幔
400- 650 Transition region - 過渡區域
650-2700 Lower mantle - 下地幔
2700-2890 D'' layer - D"層
2890-5150 Outer core - 外核
5150-6378 Inner core - 內核
地殼的厚度不同,海洋處較薄,大洲下較厚。內核與地殼為實體;外核與地幔層為流體。不同的層由不連續斷面分割開,這由地震數據得到;其中最有名的有數地殼與上地幔間的莫霍面-不連續斷面了。
地球的大部分質量集中在地幔,剩下的大部分在地核;我們所居住的只是整體的一個小部分(下列數值×10e24千克):
大氣 = 0.0000051
海洋 = 0.0014
地殼 = 0.026
地幔 = 4.043
外地核 = 1.835
內地核 = 0.09675
地核可能大多由鐵構成(或鎳/鐵),雖然也有可能是一些較輕的物質。地核中心的溫度可能高達7500K,比太陽表面還熱;下地幔可能由硅,鎂,氧和一些鐵,鈣,鋁構成;上地幔大多由olivene,pyroxene(鐵/鎂硅酸鹽),鈣,鋁構成。我們知道這些金屬都來自於地震;上地幔的樣本到達了地表,就像火山噴出岩漿,但地球的大部分還是難以接近的。地殼主要由石英(硅的氧化物)和類長石的其他硅酸鹽構成。就整體看,地球的化學元素組成為:
34.6% 鐵
29.5% 氧
15.2% 硅
12.7% 鎂
2.4% 鎳
1.9% 硫
0.05% 鈦
地球是太陽系中密度最大的星體。
其他的類地行星可能也有相似的結構與物質組成,當然也有一些區別:月球至少有一個小內核;水星有一個超大內核(相當於它的直徑);火星與月球的地幔要厚得多;月球與水星可能沒有由不同化學元素構成的地殼;地球可能是唯一一顆有內核與外核的類地行星。值得注意的是,我們的有關行星內部構造的理論只是適用於地球。
不像其他類地行星,地球的地殼由幾個實體板塊構成,各自在熱地幔上漂浮。理論上稱它為板塊說。它被描繪為具有兩個過程:擴大和縮小。擴大發生在兩個板塊互相遠離,下面湧上來的岩漿形成新地殼時。縮小發生在兩個板塊相互碰撞,其中一個的邊緣部份伸入了另一個的下面,在熾熱的地幔中受熱而被破壞。在板塊分界處有許多斷層(比如加利福尼亞的San Andreas斷層),大洲板塊間也有碰撞(如印度洋板塊與亞歐板塊)。目前有六大板塊:
美洲板塊 - 北美洲,南美洲,西大西洋及格陵蘭島
南極板塊 - 南極洲及沿海
歐亞板塊 - 東北大西洋,歐洲及除印度外的亞洲
非洲板塊 - 非洲,東南大西洋及西印度洋
印度洋板塊 - 印度,澳大利亞,紐西蘭及大部分印度洋
太平洋板塊 - 大部分太平洋(及加利福尼亞南岸)
還有超過廿個小板塊,如阿拉伯,菲律賓板塊。地震經常在這些板塊交界處發生。繪成圖使得更容易地看清板塊邊界。
地球的表面十分年輕。在50億年的短周期中(天文學標准),不斷重復著侵蝕與構造的過程,地球的大部分表面被一次又一次地形成和破壞,這樣一來,除去了大部分原始的地理痕跡(比如星體撞擊產生的火山口)。這樣一來,地球上早期歷史都被清除了。地球至今已存在了45到46億年,但已知的最古老的石頭只有40億年,連超過30億年的石頭都屈指可數。最早的生物化石則小於39億年。沒有任何確定的記錄表明生命真正開始的時刻。
71%的地球表面為水所覆蓋。地球是行星中唯一一顆能在表面存在有液態水(雖然在土衛六的表面存在有液態乙烷與甲烷,木衛二的地下有液態水)。我們知道,液態水是生命存在的重要條件。海洋的熱容量也是保持地球氣溫相對穩定的重要條件。液態水也造成了地表侵蝕及大洲氣候的多樣化,目前這是在太陽系中獨一無二的過程(很早以前,火星上也許也有這種情況)。
地球的大氣由77%的氮,21%氧,微量的氬、二氧化碳和水組成。地球初步形成時,大氣中可能存在大量的二氧化碳,但是幾乎都被組合成了碳酸鹽岩石,少部分溶入了海洋或給活著的植物消耗了。現在板塊構造與生物活動維持了大氣中二氧化碳到其他場所再返回的不停流動。大氣中穩定存在的少量二氧化碳通過溫室效應對維持地表氣溫有極其深遠的重要性。溫室效應使平均表面氣溫提高了35攝氏度(從凍人的-21℃升到了適人的14℃);沒有它海洋將會結冰,而生命將不可能存在。
豐富的氧氣的存在從化學觀點看是很值得注意的。氧氣是很活潑的氣體,一般環境下易和其他物質快速結合。地球大氣中的氧的產生和維持由生物活動完成。沒有生命就沒有充足的氧氣。
地球與月球的交互作用使地球的自轉每世紀減緩了2毫秒。當前的調查顯示出大約在9億年前,一年有481天又18小時。
地球的衛星:月球(月亮)[moon]
❽ 太陽系怎麼起源的
太陽系是在銀河系的區域運動中起源的。談及我們所處的地球,這是宇宙中,毋庸置疑的“文明搖籃”。我們都知道,地球上的各種生態環境,簡直得天獨厚適合文明的生長,時至今日,NASA的科研人員,也只發現了六顆“類地行星”而已。
但是,很多人缺乏了解的是,太陽系這個空間,其實比“地球”更加少見。至少,我們道現在為止還沒有發現任何和“太陽系”有著高度相似的小型星系。
木星並不是太陽系土生土長的行星,而是從外部闖入,最終被太陽的引力系統同化的行星。在它到來之際,碾碎了那幾十顆類地行星;因此,太陽系才成了如今的樣子。這件事,大概發生在距今三十億年之前。