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太阳系

构成
起源和演化
太阳系的运动
系内行星

八大行星资料
第九大行星纠纷
“水内行星”
其他资料
行星的分类

类地行星
类木行星

到底谁是最远的行星

太阳系和其他行星系
对太阳系的探索与研究

太阳 +
八大行星 +

太阳系
solar system

  就是我们现在所在的恒星系统。由太阳、8颗大行星(原先有九大行星,因为冥王星被剔除为矮行星)、66颗卫星(原有67颗,冥王星的卫星被剔除)以及无数的小行星、彗星及陨星组成的。行星由太阳起往外的顺序是:水星(mercury)、金星(venus)、地球(earth)、火星(mars)、木星(jupiter)、土星(saturn)、天王星(uranus)、海王星(neptune)。离太阳较近的水星、金星、地球及火星称为类地行星(terrestrial planets)。宇宙飞船对它们都进行了探测,还曾在火星与金星上着陆,获得了重要成果。它们的共同特征是密度大(>3.0克/立方厘米),体积小,自转慢,卫星少,内部成分主要为硅酸盐(silicate),具有固体外壳。离太阳较远的木星、土星、天王星、海王星称为类木行星(jovian planets)。它们都有很厚的大气圈,其表面特征很难了解,一般推断,它们都具有与类地行星相似的固体内核。在火星与木星之间有1000000个以上的小行星(asteroid)(即由岩石组成的不规则的小星体)。推测它们可能是由位置界于火星与木星之间的某一颗行星碎裂而成的,或者是一些未能聚积成为统一行星的石质碎块。陨星存在于行星之间,成分是石质或者铁质。(原文:hawking.org.cn)

  这些行星都以太阳为中心以椭圆轨道公转,虽然除了水星的十分接近于圆。行星轨道中或多或少在同一平面内(称为黄道面并以地球公转轨道面为基准)。黄道面与太阳赤道仅有7度的倾斜。冥王星的轨道大都脱离了黄道面,倾斜度达17度。上面的图表从一个特定的高于黄道面的透视角显示了各轨道的相对大小及关系(非圆的现象显而易见)。它们绕轨道运动的方向一致(从太阳北极上看是逆时针方向),因此,科学家们把冥王星排除在九大行星之外。除金星和天王星外自转方向也如此。

  太阳系位于银河系边缘

  太阳系是由太阳以及在其引力作用下围绕它运转的天体构成的天体系统。它包括太阳、八大行星及其卫星、小行星、彗星、流星体以及行星际物质。人类所居住的地球就是太阳系中的一员。

太阳系的构成(原文:hawking.org.cn)

  太阳系的中心是太阳,虽然它只是一颗中小型的恒星,但它的质量已经占据了整个太阳系总质量的99.85%;余下的质量中包括行星与它们的卫星、行星环,还有小行星、彗星、柯伊伯带天体、外海王星天体、理论中的奥尔特云、行星间的尘埃、气体和粒子等行星际物质。整个太阳系所有天体的总表面面积约为17亿平方千米。太阳以自己强大的引力将太阳系中所有的天体紧紧地控制在他自己周围,使它们井然有序地围绕自己旋转。同时,太阳又带着太阳系的全体成员围绕银河系的中心运动。(原文:hawking.org.cn)

  太阳系内迄今发现了八颗大行星。有时称它们为“八行星”。按照距离太阳的远近,这八大行星依次是:最近的水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。水星、金星、地球和火星也被称为类地行星,木星和土星也被称为巨行星,天王星、海王星也被称为远日行星。除了水星和金星外,其他的行星都有卫星。在火星和木星之间还存在着数十万个大小不等,形态各异的小行星,天文学家将这个区域称为小行星带。此外,太阳系中还有超过1000颗的彗星,以及不计其数的尘埃、冰团、碎块等小天体。

  太阳系中的各个天体主要由氢、氦、氖等气体,冰(水、氨、甲烷)以及含有铁、硅、镁等元素的岩石构成。类地行星、地球、月球、火星、木星的部分卫星、小行星主要由岩石组成;木星和土星主要由氢和氦组成,其核可能是岩石或冰。(原文:hawking.org.cn)

太阳系的起源和演化

  一般以为行星系统是恒星形成过程的一部分,但是也有学者认为这是两颗恒星差一点撞击而成。最普遍的理论是说太阳系是从星云形成。

  恒星形成的基本过程为此:

  1. 星云中较密的核心部分变得太重,重心不稳定,开始分裂和崩溃坠落。一部分的重心能量变为放射的红外线,剩下的增加核心的温度。核心部分开始成为圆盘形状。

  2. 当密度和温度道足够高, 氘融合燃烧开始发生,辐射的向外压力减慢(但不中止)临近其他核心崩溃。

  3. 其他的原料继续下落到这一颗原恒星,它们的角动量的作用可能导致双极流程。

  4. 最后,氢开始熔化在星的核心,外面剩余的包围材料被清除。

  太阳星云这个假说,是1755年由伊曼努尔·康德提议。他说,太阳星云慢慢地转动,由于重力逐渐凝聚并且铺平,最终形成恒星和行星。一个相似的模型在1796年由拉普拉斯提出。

  太阳星云开始直径大约100AU,质量是现在太阳的两三倍。在这个星云中,比较重的物质往中间落,积聚成块,是成为以后的行星。而星云外部越来越冷,因此靠里的行星有很多重的矿物质,而靠外的行星是气体或冰体。原太阳大约在46亿年前形成,以后八亿年中各个行星形成。

太阳系的运动

  太阳系是银河系的一部分。银河系是一个螺旋形星系,直径十万光年,包括两千多亿颗星。太阳是银河系较典型的恒星,离星系中心大约两万五千到两万八千光年。太阳系移动速度约每秒220公里,两亿两千六百万年在星系转一圈。

  太阳系中的八大行星都位于差不多同一平面的近圆轨道上运行,朝同一方向绕太阳公转。除金星以外,其他行星的自转方向和公转方向相同。

  彗星的绕日公转方向大都相同,多数为椭圆形轨道,一般公转周期比较长。

太阳系内行星

  太阳与八大行星的一些资料

  下表的数据都是相对于太阳的数值:(卫星数截至2005年底)

  太阳与八大行星数据对照表(赤道直径以地球直径6370公里为单位),距离与轨道半径以天文单位为单位。

天体 距离(AU) 赤道直径 质量 轨道半径(AU)|轨道倾角(度)|公转周期(年)|自转周期(天)|已发现卫星数

太阳 0 109 333,400 -- -- -- 27.275 --
水星 0.39 0.382 0.05528 0.38710 7.0050 0.240852 58.6 0
金星 0.72 0.949 0.82 0.72 3.4 0.615 243.0185(逆向自转) 0
地球 1.00 1.00 1.00 1.00 0 1.00 0.9973 1
火星 1.5 0.53 0.11 1.52 1.9 1.88 1.0260 2
木星 5.2 11.2 318 5.20 1.3 11.86 0.4135 63
土星 9.5 9.41 95 9.54 2.5 29.46 0.444 47(有34颗已命名)
天王星 19.2 3.98 14.6 19.22 0.8 84.01 0.7183 29
海王星 30.1 3.81 17.2 30.06 1.8 164.79 0.6713 13

  1930年,冥王星被国际天文学联合会正式确认为行星,但一些天文学家对其行星的身份仍持怀疑态度。

  根据2006年08月24日国际天文学联合会大会的决议:冥王星被视为是太阳系的“矮行星”,不再被视为行星。

  太阳系的第九大行星

  在19世纪末,很多天文学家推测海王星之外还有别的行星,因为测试海王星的轨道和理论算出的轨道不一样。他们叫这颗星“行星X”,是未知行星的意思。(原文:hawking.org.cn)

  美国天文学家帕西瓦尔·罗威尔在1909年和1913年两次寻找海王星之外的行星,但是没有找到。1915年结束之后,罗威尔发表论文,写出估测的行星数据。其实在那一年,他所在的天文台照到了冥王星的照片,但是直到1930年才认出这是一颗行星。

  可是冥王星的质量太小,无法解释海王星的轨道。天文学家继续寻找“行星X”,但是这个名字又有了第十大行星的意思,因为X是拉丁文的10。直到“旅行者2 号”探测器临近海王星,才发现海王星的质量一直算错很多。用正确的质量,加上冥王星的影响,海王星的现实轨道和计算轨道一致。

  按照行星轨道计算,和地球差不多大小的行星不可能在60AU之内(冥王星现在离太阳大约30AU)。如果确实有第十大行星,它的轨道会很倾斜,很可能是外星系的天体,靠太阳太近,而被太阳吸引入轨。

  一直以来,天文界对冥王星的地位一直有所争议。甚至有些地方的天文馆将冥王星从九大行星的地位中剔除。

  根据2006年08月24日国际天文学联合会大会的决议:冥王星被视为是太阳系的“矮行星”,不再被视为行星。

  自21世纪以来,科学家在冥王星更远的外围分别发现了三颗较大的行星。依序为2004年所发现的“Sedna”,代号为 2003 VB12;2005年同时发表的“Santa”,代号为2003 EL61及代号为2003 UB313(发现者未公布其名称)的行星。

  2005年7月19日美国科学家发现的2003 UB313,研究人员估算其直径达3,000公里,被一些人认为很可能是太阳系第十大行星。但2006年国际天文学联合大会决议:将其列入矮行星.

  “水内行星”

  天文学家曾发现离太阳最近的水星有一些无法解释的微小运动,天文学家怀疑可能有一个比水星更靠近太阳的行星的引力引起的,并用一个火神的名字给这个行星起名为“祝融星”(中文常译为“火神星”),但天文学家们观测了五十多年仍然未找到这颗行星。

  “水内行星”的假设,已被科学家爱因斯坦的广义相对论排除。广义相对论的引力理论解释了水星的奇怪运动,但天文学家们仍未放弃对“水内行星”的探寻。(原文:hawking.org.cn)

  其他资料

  太阳系内众多包含固态表面,而其直径超过1公里的天体,它们的总表面积达17亿平方公里。

  有人认为太阳其实是一个双星系统的主星,在遥远的地方存在着一个伴星,名为“涅米西斯” (Nemesis)。该假设是用作解释地球出现生物大灭绝的一些规则性,认为其伴星会摄动系内的小行星和彗星,使其改变轨道冲进太阳系,增加撞击地球的机会并出现定期生物灭绝。

  行星的分类与形成

  类地行星是经由碰撞聚集固态的物质颗粒成为微小行星 ,再聚集微小行星形成的。

  类木行星以水冰相互吸附为起点,质量够大后,进一步吸附氢、甲烷,形成气体行星。

  太阳系的行星大致可分为两大类:类地行星与类木行星

  类地行星

  成员包括有水星、金星、地球、火星。是小而密的岩石世界,具有较稀少的大气。内部结构:中心有金属核心,外为石质的地壳所包围,表面有相当多的坑洞,平均密度约为3-5g/cm3 。

  类木行星

  成员包括有木星、土星、天王星、海王星。 是体积大、质量大、但是密度小的气体世界,具有浓密的大气。平均密度约≤1.75 g/cm3,土星的密度约为0.7g/cm3,木星 质量约为地球的318倍。 结构:由内而外,中心有岩石核心、液态金属氢、液态分子氢、充满气体的大气层,表面有漩涡状的云层。另有行星环及为 数众多的卫星环绕著太阳系的八大行星,以太阳为中心依序为:水星(Mercury)、金星(Venus)、地球(Earth)、火星(Mars)、木星(Jupiter)、土星(Saturn)、天王星(Uranus)、海王星(Neptune) 。

  到底谁是太阳系中最远的行星?

  从1999年2月11日开始,冥王星终於变成太阳系中名符其实的最远的行星。根据JPL天文学家们的计算,从国际标准时(UT)9:08a.m.(中原标准时间17:08)开始的228年内,冥王星都会是离太阳最远的行星。

  1930年2月18日,Clyde Tombaugh研究Lowell天文台望远镜所拍摄的天空照片时发现了冥王星。冥王星绕日周期为248年,轨道倾角约为17度,轨道偏心率约为0.2480。它主要是由岩石和冰所组成,有四季的变化。冥王星只有一颗卫星,名为查龙(Charon),在1978年才发现它的存在。由於冥王星轨道倾角及偏心率都比其他行星大很多,也就是说,冥王星近日点附近的轨道,有部份会落在海王星轨道的内侧,所以从1979年2月7日开始到1999年2月11日为止的20年间,冥王星至太阳的距离比海王星还近。

  这样看来,2月11日时,冥王星会不会和海王星发生碰撞呢?答案是:不会!为什么呢?冥王星和海王星若要相撞,则两者必须同时到达它们的轨道交点。冥王星和海王星的会合周期大约是497年,即冥王星每绕日二周,海王星已绕日三周。所以每当冥王星经过轨道交点的时候,海王星总会绕到别的地方,发生碰撞的机会微乎其微。此外,冥王星相对於黄道面的轨道倾角比其他行星都大很多,也是不会发生碰撞的原因之一。(原文:hawking.org.cn)

  冥王星的直径大约是2300公里左右,在所有行星中,它比类地行星(水、金、地、火)小很多,甚至比月球还小;它的性质跟巨大且为气态的类木行星(木、土、天王、海王)不一样;轨道倾角及偏心率也都比其他行星大很多。所以有些天文学家认为冥王星应不属於「行星」一族,而应是归类於「库伯带(Kuiper Belt)」的成员。柯依伯带位于海王星和冥王星轨道外的区域,带中的天体都比冥王星小很多,而且大多是由冰所组成,可能是太阳系演化早期的残片。不过,冥王星的外形是成圆球形,与这些库伯带天体多为不规则状又有些许的不同;而且冥王星很规律地绕日旋转,所以,在经过众多争议之后,它仍被归为「行星」族。 2006年08月24日国际天文学联合会大会的决议:冥王星被视为是太阳系的“矮行星”,不再被视为行星。

  所以我们对冥王星的认识非常有限。美国太空总署(NASA)下所属的喷射推进实验室(JPL)目前正在进行一个称为「冥王星?w伯带(Pluto-Kuiper Express)」的计划,预计在公元2004年发射太空船,大约再10年之后,太空船就会飞掠冥王星和查龙,并探测库伯带中的天体。

  根据2006年08月24日国际天文学联合会大会的决议:冥王星被视为是太阳系的“矮行星”,不再被视为行星。从这一天起,冥王星不再是太阳系中最远的行星,海王星代替了它的地位。

太阳系和其他行星系

  虽然学者同意另外还有其他和太阳系相似的天体系统,但直到1992年才发现别的行星系。至今已发现几十个行星系,但是详细材料还是很少。这些行星系的发现是依靠多普勒效应,通过观测恒星光谱的周期性变化,分析恒星运动速度的变化情况,并据此推断是否有行星存在,并且可以计算行星的质量和轨道。应用这项技术只能发现木星级的大行星,像地球大小的行星就找不到了。(原文:hawking.org.cn)

  此外,关于类似太阳系的天体系统的研究的另一个目的是探索其他星球上是否也存在着生命。

对太阳系的探索与研究

  人类出于对自身生存环境了解的渴望以及日益紧张的地球资源,从1959年开始不断的通过空间探测器等进行空间探测,研究太阳系。目前主要集中在月球和火星的探测以及小行星和彗星的探测。

  对太阳系的长期研究,分化出了这样几门学科:(原文:hawking.org.cn)

  太阳系化学:

  空间化学的一个重要分科,研究太阳系诸天体的化学组成(包括物质来源、元素与同位素丰度)和物理-化学性质以及年代学和化学演化问题。太阳系化学与太阳系起源有密切关系。

  太阳系物理学:

  研究太阳系的行星、卫星、小行星、彗星、流星以及行星际物质的物理特性、化学组成和宇宙环境的学科。

  太阳系内的引力定律:

  太阳系内各天体之间引力相互作用所遵循的规律。(原文:hawking.org.cn)

  太阳系稳定性问题:

  天体演化学和天体力学的基本问题之一。

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