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第5章 太阳系(2)

目前,太阳系内有8颗行星,分别是:水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。在天文学家观测名单上,可能符合行星定义的太阳系内天体有10颗以上。

众神信使--水星:水星是太阳系的八大行星中最小行星,仅比月球大1/3。中国古代称水星辰星。西方人叫它墨丘利,墨丘利是罗马神话中专为众神传递信息的使者,而水星也不愧为信使的称号:它是太阳系中运动最快的行星,绕太阳一周只需88天,自转一周约58天。水星最接近太阳,所以常被猛烈的阳光淹没,望远镜很少能够仔细观察它。

水星没有自然卫星,靠近过水星的探测器只有美国探测器水手10号和美国发射的信使号探测器。由地球上看水星的视星等亮度在-2.0~5.5等之间,但因为距离太阳的最大角度只有28.3°,淹没在日出前或日落后的暮曙光中,因此不太容易被看见。

水星上的太阳看上去要比在地球上大2.5倍,太阳光比地球赤道的阳光还要强6倍。水星朝向太阳的一面,温度极高,可达400℃以上;但背阳一面,长期不见阳光,温度极低,达-173℃。水星地貌酷似月球。水星是太阳系中仅次于地球,密度第二大的天体。

地球姐妹星--金星:金星是太阳系中八大行星之一,离太阳第二近。它是离地球最近的行星。中国古代将其称为长庚、启明或太白金星。公转周期是224.71地球日。

金星是太阳系内唯一逆向自转的大行星,方向自东向西。因此,在金星上看,太阳是西升东落。金星在夜空中亮度仅次于月球,在日出稍前或日落稍后才能达到亮度最大。金星没有天然卫星,因此金星上的夜空中没有“月亮”,最亮的“星星”是地球。

金星是一颗类地行星,有时也被人们叫做地球的“姐妹星”,也是太阳系中唯一一颗没有磁场的行星。在八大行星中金星的轨道最接近圆形,偏心率最小,仅为0.7%。以地球为角的顶点分别连结金星和太阳,就会发现这个角度非常小,即使在最大时也只有48.5°,这是由于金星的轨道处于地球轨道的内侧。因此,当人们看到金星时,不是在清晨便是在傍晚,并分别处在天空的东、西两侧。

金星远古时有海洋火山爆发:科学家对金星南半球的最新成像显示,金星过去非常像地球,其表面火山活动较频繁,拥有海洋。该成像是欧洲宇航局“金星快车号”宇宙飞船记录了2006年5月至2007年12月之间的拍摄照片。

由于金星覆盖云层,金星快车号使用特殊红外线波长能够看穿云层。金星快车是首颗产生地形绘图成像的绕轨道运行的太空飞船,并暗示着金星岩石的化学成份。

金星的高地平原曾是远古大陆,曾被海洋所环绕,其水份可能被蒸发进入到太空,高地平原由于远古时期火山活跃性形成。

20世纪70~80年代,俄罗斯探测器8次着陆金星,都登陆于远离南半球高地平原的区域,其着陆点仅发现类似玄武岩的岩石。这意味着在远古时期金星一定存在海洋和板块构造过程。

金星内部放射性元素能将其表面加热,应具有像地球一样的火山活跃度。在金星一些地区具有黑色岩石,这暗示远古曾有火山活跃的迹象。

金星遍布酸性薄雾,这片奇特的云是欧空局正绕金星飞行的金星快车探测器在2007年7月发现的。金星快车发现明亮而均匀的薄雾中富含硫酸,水蒸汽上升遇到低空中的二氧化硫,经过未知的化学反应,而后上升到金星高层大气中从而形成。在那里,太阳光将部分分子分解,其中一些又重新结合形成会挥发的硫酸。仅仅在几天里,这些均匀的硫酸雾就从金星南极点一直蔓延开来,覆盖了半个行星。

红色行星--火星:火星,八大行星之一,夜空看起来血红。距太阳第四近,属于类地行星,直径为地球的一半,自转轴倾角、自转周期相近,公转一周则花2倍时间。古希腊人把火星作为战争的象征。中国古代叫它“荧惑”,取“荧荧火光,离离乱惑”之意。橘红色外表是因为地表的赤铁矿(氧化铁)。

1965年,人类对火星进行了初次探测。1997年7月4日,火星探路者号终于成功登上火星。火星的轨道呈明显椭圆形,在接受太阳照射的地方,近日点和远日点间温差近160℃。火星基本上是沙漠行星,地表沙丘、砾石遍布,没有稳定的液态水体。二氧化碳为主的大气既稀薄又寒冷,沙尘悬浮其中,每年常有尘暴发生。与地球相比,地质活动不活跃,地表地貌大部分于远古较活跃的时期形成,有密布的陨石坑、火山与峡谷,包括太阳系最高的山--奥林帕斯山和最大峡谷--水手号峡谷。

另一个独特的地形特征是南北半球的明显差别:南方是古老、充满陨石坑的高地,北方则是较年轻的平原。火星两极皆有水冰与干冰组成的极冠,会随着季节消长。在北部的夏天,二氧化碳完全升华,留下剩余的冰水层,而南部的二氧化碳从未完全消失过。

火星目前已知拥有两颗卫星,分别是火卫一、火卫二,都是从小行星带中捕获的天体。在1877年,这两颗卫星由美国天文学家阿萨夫·霍尔发现。

“候补太阳”--木星:木星是太阳系中八大行星中的第五个行星,是太阳系最大的行星。太阳系体积最大、自转最快的行星。古代中国称之岁星,取其绕行天球一周为12年,与地支相同之故。木星密度较地球低,其质量仅为地球的317倍。

木星表面的红、褐、白等五彩条纹图案,可推测木星大气中的风向平行于赤道方向,因区域不同而交互吹西风和东风。大气中含有极微的甲烷、乙烷,且有打雷现象,生成有机物的机率很大。木星著名的南半球大红斑色泽艳丽,是一个巨大的圆形漩涡,超过地球直径的3倍。

木星的主要成分是氢和氦。木星离太阳比较远,表面温度低达-150℃,木星只靠太阳热来加温。木星表面由液态氢、氦组成,再深入地心为液态金属氢,其核心是一个岩质核,约有地球两倍大、十倍重。木星拥有强大磁场,表面磁场强度超过地球的10倍。木星的磁气圈分布范围比地球磁气圈的范围大100多倍,是太阳系中最大的磁气圈。由于太阳风和磁气圈的作用,木星在极区有极光产生。

最美丽的行星--土星:土星是太阳系第二大行星,直径为地球的9.5倍,体积是地球的745倍,质量是地球的95.18倍,中国古代称镇星或填星。土星表面是流体液态氢和氦的海洋,上方覆盖着厚厚的云层。土星上狂风肆虐,沿东西方向的风速可超过1600千米/小时。这些狂风造成土星上空的云层,云层中含有大量结晶氨。

土星大气以氢、氦为主,并含有甲烷和其他气体,大气中飘浮着由稠密的氨晶体组成的相互平行的条纹云,云带以金黄色为主。土星由于快速自转而呈扁球形。土星平均密度是八大行星中密度最小的,只有0.70克/厘米3。如果把它放在水中,它会浮在水面上。

土星也有四季,每一季时间长达7年多,因为离太阳遥远,即使是夏季也很寒冷。土星自转在不同纬度自转速度不同。赤道上自转周期是10小时14分,纬度60?处则变成10小时40分。目前,土星周围已发现23颗卫星。

躺在轨道上行驶的天王星:天王星是太阳向外的第七颗行星,在太阳系的体积第三大,质量第四。天王星是第一颗在现代发现的行星,也是第一颗使用望远镜发现的行星。天王星大气的主要成分是氢和氦,还包含较高比例的由水、氨、甲烷结成的“冰”,及可察觉到的碳氢化合物。

天王星是太阳系内温度最低的行星,最低温达49K,还有复合体组成的云层结构,水在最低云层内,甲烷则构成最高处的云层。

天王星的系统非常独特,其自转轴斜向一边,几乎就躺在公转太阳的轨道平面上,因而南极和北极也躺在其他行星的赤道位置上。从地球看,天王星的环像是环绕着标靶的圆环,它的卫星则像环绕着钟的指针。目前已知天王星有27颗天然卫星。天王星有着季节的变化和渐增的天气活动。天王星的风速可达到每秒250米/秒。天王星表面呈海洋蓝色,这是因为它的甲烷大气吸收了大部分的红色光谱所导致。

海王星探秘:1989年8月25日,旅行者2号探测器飞越海王星,这是人类第一次用空间探测器探测海王星。几乎人们所知的全部关于海王星的信息都来自于这次短暂会晤。在距海王星4827千米的最近点,探测器与海王星相会了,从而使人类首次看清远在距离地球45亿千米之外的海王星面貌。

探测器发现了海王星的6颗新卫星,使其卫星总数增至8颗;首次发现海王星有5条光环,其中3条暗淡、2条明亮。海王星存在磁场和辐射带,大部分地区存在如同地球南北极那样的极光。海王星大气层动荡不定,大气中含有由冰冻甲烷构成的白云和大面积气旋,跟随在气旋后面的是640千米/小时的飓风。海王星上空有一层因阳光照射大气层中的甲烷而形成的烟雾。

类地行星:类地行星、地球型行星或岩石行星均指以硅酸盐岩石为主要成分的行星。

类地行星包括水、金、地、火星,是与地球相类似的行星。它们距离太阳近,体积和质量都较小,平均密度较大,表面温度较高,大小与地球相似,都由岩石构成。天文学家认为,类地行星上可能孕育有生命。

类地行星的构造都很相似:中央是一个核心,以铁为主,且大部分为金属;核心是周围以硅酸盐为主的地凾。类地行星有峡谷、撞击坑、山脉和火山。类地行星的大气层都是再生大气层。

开普勒定律:开普勒定律统称“开普勒三定律”,也叫“行星运动定律”,是指行星在宇宙空间绕太阳公转所遵循的定律。由德国天文学家开普勒根据丹麦天文学家第谷·布拉赫等人的观测资料和星表,通过他本人的观测和分析后,于1609~1619年先后归纳提出。

开普勒第一定律(轨道定律):所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆,太阳处在椭圆的一个焦点上。

开普勒第二定律(面积定律):对任何一个行星来说,它与太阳的连线在相等的时间扫过相等的面积。

开普勒第三定律(周期定律):所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等。

小知识

在火星上寻找生命

不同于月球的死寂,火星上呈现出丰富的景观,包括古代峡谷、枯干的河床、极地冰海遗迹和巨大冰帽等。

火星比地球到太阳的距离还要远半倍,所以火星比地球要冷。白天,火星温度有时可达17℃,晚上,气温会降至-90℃。由于火星上的平均气温低于冰点,所以在它的表面上没有液态水。

但也不尽然。从绕火星作圆周运转的太空船所拍摄的照片上,可看到火星表面上有干涸的河道。它表明在远古时代,火星比现在要温暖潮湿许多。正因为如此,火星成为在太阳系中,不管是现在还是将来,寻求外太空生命最重要目标。

火星日非常接近于地球日,每天24小时37分;其黄道夹角为24?,也非常接近于地球。这样,它就有与地球寒暑相当的四季变化。火星有与地球相似的环境,地球上能繁衍出如此丰富的生命现象,那火星上能蕴有生命迹象,也极有可能。

行星的视运动

行星因地球公转和行星本身绕太阳公转而不断改变其对于恒星的相对位置。行星在天球恒星背景上的相对运动与太阳和月球的情况不同。对太阳和月球来说,这种运动的方向始终朝东。对行星来说,则有时朝东,有时朝西,这是地球和行星二者的公转运动合成后在天球上的反映。

行星在天球上的运行:太阳系内的行星绕太阳公转方向是自西向东。由于各行星公转速度及在其轨道上的位置不同,在地球上观测行星时,行星移动的方向与地球公转方向相同(即自西向东移动),这时称顺行,相反方向时称逆行。当顺行转成逆行时,或逆行转成顺行时,这时行星看来似乎停留不动,称留。

行星与地球在公转轨道上运行:行星与地球分别在其公转轨道上运行,当行星、地球和太阳成一直线时叫合或冲。

对内行星(在地球轨道内的行星,水星、金星都是内行星)而言,太阳在行星与地球之间时,称上合,行星在太阳与地球中间时称下合。

对外行星(在地球轨道外的行星,火星、木星、土星、天王星、海王星和冥王星都是外行星)而言,太阳在行星与地球之间时称合,而地球在行星与太阳中间时称冲,此时,行星与地球的距离最近,是观测的最佳时机。

大距:由于内行星的轨道在地球轨道内,从地球看来,它们和太阳总是形影不离,由太阳东走到太阳西,再回到东。由于它们和太阳很靠近,所以只能在日出前或黄昏后看到它们。当内行星、地球和太阳三颗星所成的角距最大时称大距,能进行观测的时间最长。

行星在太阳东边称东大距,日落后行星会出现在的西面地平在线,此时是观测内行星的最佳时机。

西大距,表示行星在太阳的西边。日出前行星会从东面地平线升上,因为需要在日出前观测,所以观测条件比不上东大距。

凌日:凌日,天象中食的一种,其原理与日食相似,是内行星从地、日间通过,人们可见一个黑点在日面缓缓掠过,如水星、金星凌日。

水星的轨道和黄道面间有7°的夹角,每年的5月和11月,地球经过水星轨道的升交点和降交点附近时,如水星刚好下合日,就会发生水星凌日现象。水星与太阳相距较远,水星直径约为太阳的1/285,所以用望远镜用投影法观测水星凌日,只能见到一个小黑点从太阳面缓慢掠过。

地球

地球是太阳系八大行星之一,从出现之日起,已有46亿年。目前已知最老的岩石大约40亿年前形成--在相当长一段时期,地球是一个由熔化的岩浆形成的火球。地球处在金星与火星之间,是太阳系中距离太阳第三近的行星。地球有一颗卫星。地球表面积71%为水所覆盖,地球也是太阳系中唯一在表面可以拥有液态水的行星,因此它也是迄今为止唯一具有生命个体的行星。

地球的起源:地质学家发现,覆盖在原始地壳上的层层叠叠的岩层,是一部地球几十亿年演变发展留下的“石头大书”,地质学上称为地层。地层从最古老的地质年代开始,叠加到达地表。一般来说,先形成的地层在下,后形成的地层在上,越靠近地层上部的岩层形成年代越短。用现代科学的方法通过对古老岩石的测定,可知地球已有46亿年。

目前,科学上用测定岩石中放射性元素和它们蜕变生成的同位素含量的方法,作为测定地球年龄的“计时器”。

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