天文学基础知识——太阳系概述.ppt

太 阳 系天文天文协协会学会学术术部部 沙永沙永强天文学基础1-2/70现代科学技术现代科学技术现代科学技术现代科学技术(一一一一)太阳系太阳系一、太阳系概况一、太阳系概况 太阳系在太阳系在银银河系离中心近河系离中心近3万光年万光年处以太阳以太阳为为中心受太阳引力支配的天体系中心受太阳引力支配的天体系统统太阳系太阳系 太阳系太阳系：太阳、八大行星、矮行星及其：太阳、八大行星、矮行星及其66颗卫星、小行星、小行星和彗星以及行星星和彗星以及行星际间的介的介质等等组成。成。3/70现代科学技术现代科学技术现代科学技术现代科学技术(一一一一)太阳系太阳系4/70现代科学技术现代科学技术现代科学技术现代科学技术(一一一一)太阳系太阳系太阳太阳是太阳系中唯一的一是太阳系中唯一的一颗颗恒星，其恒星，其质质量占整个太阳量占整个太阳系的系的 99.87，能，能发出出强烈的光和烈的光和热。八大行星：八大行星：太阳系直径太阳系直径 118 亿km，合，合 79 个天文个天文单位。太阳位。太阳发出的光需要出的光需要 5.5 小小时才能穿出太阳系。才能穿出太阳系。水星水星金星金星地球地球 火星火星 木星木星 土星土星天王星天王星 海天星海天星冥王星冥王星矮行星：矮行星：小行星小行星带带：火、木星之火、木星之间间；冥王星外；冥王星外柯伊伯柯伊伯环带。太阳系中行星运太阳系中行星运转转共面（黄道面）。共面（黄道面）。行星运行星运动动形式：自形式：自转转和和绕绕太阳公太阳公转转。彗星彗星5/70现代科学技术现代科学技术现代科学技术现代科学技术(一一一一)太阳系太阳系八大行星的分八大行星的分类类：（1）类地行星：水星、金星、地球、火星。地行星：水星、金星、地球、火星。特点：密度大（内部特点：密度大（内部为为硅酸硅酸盐盐，有固体外壳）、体，有固体外壳）、体积积小、自小、自转转慢、慢、卫卫星少，有固星少，有固态态外壳和金属核心。外壳和金属核心。（2）类木行星：木星、土星、天王星、海王星。木行星：木星、土星、天王星、海王星。特点：体特点：体积积大，密度小，大，密度小，卫卫星多，自星多，自转转快，无固体快，无固体外壳，有外壳，有浓浓密的大气。密的大气。（3）矮行星）矮行星冥王星：它是一个特殊的行星，既像冥王星：它是一个特殊的行星，既像类地，又像地，又像类木，但又都不是，它个木，但又都不是，它个头很小，很小，轨道特殊，道特殊，异常冰冷。异常冰冷。共面共面,近近圆,同向同向行星，彗星 绕太阳公转卫星(月亮)同时还绕行星公转Kepler 定律太阳系内天体运动1571-1630 6-7/70现代科学技术现代科学技术现代科学技术现代科学技术(一一一一)太阳系太阳系表面的温度：表面的温度：6000。二二.太阳太阳1.熊熊烈焰百熊熊烈焰百亿年年 直径直径约：1.4 106km，是地球直径的是地球直径的109倍。倍。寿命：寿命：100亿年。年。太阳：中等主序星期的太阳：中等主序星期的恒星。恒星。大气中有大气中有 73 种元素。种元素。氢：71%；氦：；氦：26.5%；氧、碳、氧、碳、氮、氮、氖等气体：等气体：2%，镁、镍、硅、硅、硫硫、铁、钙等：等：0.4%，其余，其余 60 种不足种不足 0.1%。8/70现代科学技术现代科学技术现代科学技术现代科学技术(一一一一)太阳系太阳系2.能量及来源能量及来源太阳的能量主要来源：中心的核心部分聚太阳的能量主要来源：中心的核心部分聚变变反反应应。核心：温度核心：温度1.5 107oC；压压力力340亿倍大气倍大气压。释释放能量：放能量：26.7MeV。每秒每秒钟钟有有质质量量为为 6 亿吨的吨的氢热核聚核聚变为 5.96 亿吨的吨的氦，氦，释放出相当于放出相当于 400 万吨万吨氢的能量，根据目前的能量，根据目前对太太阳内部阳内部氢含量的估含量的估计，太阳至少，太阳至少还有有 50 亿年的正常年的正常寿命。寿命。爱爱因斯坦的因斯坦的质质能关系：能关系：氢热氢热核聚核聚变为变为氦：氦：9/70现代科学技术现代科学技术现代科学技术现代科学技术(一一一一)太阳系太阳系3.结构与成分构与成分根据物理属性分根据物理属性分为为：核心、：核心、辐辐射射层层、对对流流层层、光球、光球层层、色球、色球层层、色球、色球层层以外是太阳的大气以外是太阳的大气日冕。日冕。（1）日核）日核 太阳的中心核反太阳的中心核反应区。区。约占太阳半径的占太阳半径的 20，集中，集中了太阳了太阳质量的一半。高温高量的一半。高温高压使使这里的里的氢原子核聚原子核聚变为氦。氦。（2）辐射区射区 范范围：0.25 0.86 太阳半径，太阳半径，边缘温度温度约为 70 万万k。辐射：射：射射线线 X 射射线 极紫外极紫外线紫外紫外线逐逐渐变为可可见光和其他形式的光和其他形式的辐射。射。10/70现代科学技术现代科学技术现代科学技术现代科学技术(一一一一)太阳系太阳系11/70现代科学技术现代科学技术现代科学技术现代科学技术(一一一一)太阳系太阳系（3）对流流层：在：在辐射区外射区外侧，太阳气体呈，太阳气体呈对流的流的不不稳定状定状态，厚度大，厚度大约 14 万万km。温度、温度、压力和密度力和密度变化梯度很大，物化梯度很大，物质径向径向对流流强烈又不均匀，可烈又不均匀，可产生低生低频声波，将机械能通声波，将机械能通过光球光球传输到太阳的外到太阳的外层大气。大气。（4）光球）光球层：厚度：厚度为500km的不透明的黄色气体薄的不透明的黄色气体薄层，温度，温度约 5770 k（太阳的平均有效温度）。（太阳的平均有效温度）。光球光球层发射几乎全部可射几乎全部可见光。光。光球光球层上最上最显著的著的现象是太阳黑子。象是太阳黑子。在光球在光球层有有“米粒米粒”、“超米粒超米粒”组织，“米粒米粒”组织直径直径约 1000 到到 2000 公里公里，寿命，寿命约十分十分钟；“超超米粒米粒”组织，尺度达，尺度达 三万公里三万公里 左右，寿命左右，寿命约 20 小小时。12/70现代科学技术现代科学技术现代科学技术现代科学技术(一一一一)太阳系太阳系（5）色球）色球层 红色的色球色的色球层厚度厚度约1500km。色球色球层温度：温度：4500 k8000 k50000 k。日珥日珥色球上玫瑰色球上玫瑰红色的舌状气体如烈火升色的舌状气体如烈火升腾，大的，大的日珥高于日面几十万公里。日珥高于日面几十万公里。色球上有色球上有许多挺拔的多挺拔的针状物、彩色的状物、彩色的谱斑、斑、细细的网的网纹、冲天的日浪、耀斑。、冲天的日浪、耀斑。耀斑耀斑在色球与日冕之在色球与日冕之间间有有时时会突然会突然发发生生剧剧烈的爆烈的爆发发现现象。象。13/70现代科学技术现代科学技术现代科学技术现代科学技术(一一一一)太阳系太阳系（6）日冕）日冕 太阳的最外太阳的最外层大气。大气。由高温、低密度的等由高温、低密度的等离子体离子体组成。日冕温成。日冕温度达一二百万开。高度达一二百万开。高温使气体温使气体获得克服太得克服太阳引力的阳引力的动能，形成能，形成不断不断发射的射的较稳定粒定粒子流太阳子流太阳风，是造成，是造成彗星尾背向太阳的主彗星尾背向太阳的主要要动力。力。日全食日全食时时看到的日冕看到的日冕 14/70现代科学技术现代科学技术现代科学技术现代科学技术(一一一一)太阳系太阳系太阳太阳风风15/70现代科学技术现代科学技术现代科学技术现代科学技术(一一一一)太阳系太阳系 三三.类地行星（地行星（水星、金星、地球、火星水星、金星、地球、火星）1.水星水星 水星距离太阳水星距离太阳0.39AU。质量量约为3.3 1023kg，为地球地球的的0.055倍倍。日光日光辐辐照照强强度比地球表面大度比地球表面大7倍，水星大气稀薄，昼夜倍，水星大气稀薄，昼夜温差大：温差大：427 -173 。自自转周期周期为58.65地球日，公地球日，公转周期周期为0.241地球年，地球年，即即88地球日。八大行星中除地球之外水星的密度最大地球日。八大行星中除地球之外水星的密度最大（5.43 g/cm3）。水星地貌酷似月球，有大小不一的。水星地貌酷似月球，有大小不一的环环形山、形山、辐辐射射纹纹、平原、裂谷、盆地等地形。、平原、裂谷、盆地等地形。当水星走到太阳和地球之当水星走到太阳和地球之间时间时，我，我们们在太阳在太阳圆圆面上会面上会看到一个小黑点穿看到一个小黑点穿过过，这这种种现现象称象称为为水星凌日。水星水星凌日。水星凌日平均每世凌日平均每世纪发纪发生生 13 次。次。16/70现代科学技术现代科学技术现代科学技术现代科学技术(一一一一)太阳系太阳系水水星星17/70现代科学技术现代科学技术现代科学技术现代科学技术(一一一一)太阳系太阳系金星离地球只有金星离地球只有0.27AU。黄昏的黄昏的“长庚星，黎明庚星，黎明的的“启明星启明星”。2.金星金星金星距太阳金星距太阳约约1.082 108km，直径，直径约为12103.6km，体体积为地球的地球的0.86，质量量为地球的地球的0.81。自自转转周期：周期：243个地球日，自个地球日，自转自自东向西，与公向西，与公转反反向。密度：向。密度：5.24 克克/立方厘米立方厘米 公公转周期周期为224.7个地球日，赤道与个地球日，赤道与轨道面的道面的夹角只有角只有2.6o，故季，故季节效效应不明不明显。金星没有金星没有辐射射带和磁和磁场，CO2含量含量 97%以上，以上，强烈的烈的“温室效温室效应”使金星表面温度高达使金星表面温度高达 465 485 oC，温差很小，基本上没有昼夜、季，温差很小，基本上没有昼夜、季节和地区的差和地区的差别。18/70现代科学技术现代科学技术现代科学技术现代科学技术(一一一一)太阳系太阳系金金星星19/70现代科学技术现代科学技术现代科学技术现代科学技术(一一一一)太阳系太阳系金星表面的气金星表面的气压为压为 90 atm，相当于地球上海洋深，相当于地球上海洋深处 900 米米 左右所受的左右所受的压力。表面力。表面风速大速大约 2-3 米米/秒，随高度的增加，秒，随高度的增加，风速逐速逐渐增大，在增大，在 50-70 公里公里 高空，高空，风速高达速高达 100 米米/秒，秒，强烈的烈的对流流产生了生了频繁的繁的闪电。在离金星表面。在离金星表面 30-88 公里公里 的空的空间，是一是一层浓密的硫酸密的硫酸雾。金星表面不存在任何液。金星表面不存在任何液态水，水，没有任何生命形式存在的可能。金星上最高的山脉没有任何生命形式存在的可能。金星上最高的山脉是麦克斯威是麦克斯威尔山，高度山，高度 11270 米米，北半球大高原，北半球大高原长 3200 公里公里，宽 1600 公里公里，比西藏高原大的，比西藏高原大的多，有一条大裂多，有一条大裂缝穿穿过赤道地区，是太阳系天体上赤道地区，是太阳系天体上发现的最大裂的最大裂缝。20/70现代科学技术现代科学技术现代科学技术现代科学技术(一一一一)太阳系太阳系3.地球地球地球是太阳系中唯一适宜生命存在的天体。地球是太阳系中唯一适宜生命存在的天体。地球内部有四个同心球地球内部有四个同心球层层：内核、外核、地幔和地壳。：内核、外核、地幔和地壳。地球有丰富的水，地球有丰富的水，5.1亿平方公里平方公里的表面上有的表面上有70.8%的的海洋。海洋。自自转周期：周期：23小小时56分分4秒，即秒，即8.616 104s。公公转周期：周期：365.2422 天。天。地球是一个三地球是一个三轴椭轴椭球体，赤道球体，赤道处处略略为为隆起，两极略隆起，两极略为为扁平，赤道半径比极半径扁平，赤道半径比极半径长长 20 多公里。多公里。地球的赤道地球的赤道半径半径为为6 378 137m 6.378 106m，地极半径，地极半径为6 356 752m 6.357 106m。21/70现代科学技术现代科学技术现代科学技术现代科学技术(一一一一)太阳系太阳系地球的地球的质质量大量大约为约为6 1024kg。平均密度：平均密度：5.515克克/厘米厘米3 太阳与地球太阳与地球质量比量比:332946.0 离太阳平均距离：离太阳平均距离：1.49597870 1011 米米 表面温度表面温度:-30 +45 0C 表面大气表面大气压:1.013 105帕斯卡帕斯卡 公公转轨转轨道半道半长长径径 149597870千米千米 公公转轨道偏心率道偏心率 0.0167 黄赤交角黄赤交角 23度度27分分 22/70现代科学技术现代科学技术现代科学技术现代科学技术(一一一一)太阳系太阳系地地球球23/70现代科学技术现代科学技术现代科学技术现代科学技术(一一一一)太阳系太阳系月球月球 月球月球地球唯一的地球唯一的卫星。星。月球的直径月球的直径3 476km，自，自转周期周期为27天天7时43分分11.5秒，秒，公公转周期周期为27天天12时44分。分。月球的公月球的公转轨道接近道接近圆形，形，轨道半径道半径为38万万km。它始。它始终以一面朝地球。以一面朝地球。月球表面有月球表面有较平坦的暗色的平坦的暗色的“月海月海”，和一系列布，和一系列布满“月月陆”的的环形山。形山。月球月球24/70现代科学技术现代科学技术现代科学技术现代科学技术(一一一一)太阳系太阳系朝向地球的月面 25/70现代科学技术现代科学技术现代科学技术现代科学技术(一一一一)太阳系太阳系月球月球环环形山形山26/70现代科学技术现代科学技术现代科学技术现代科学技术(一一一一)太阳系太阳系4.火星火星火星火星轨轨道是地球的道是地球的1.5倍，自身半径是地球的倍，自身半径是地球的0.53倍（倍（3389km），体），体积大大约为地球的地球的1/7。密度。密度 3.934 g/cm3 自自转周期：周期：24小小时37分。分。公公转周期周期为686.98地球日，其赤道与地球日，其赤道与轨道面的道面的倾角角为24o，故季，故季节节效效应应和地球一和地球一样样明明显显。27/70现代科学技术现代科学技术现代科学技术现代科学技术(一一一一)太阳系太阳系火火星星28/70现代科学技术现代科学技术现代科学技术现代科学技术(一一一一)太阳系太阳系1976年美国年美国发射的海盗（射的海盗（Viking）1号和号和2号登上了号登上了火星。探火星。探测结果表明，火星表面的大气果表明，火星表面的大气压0.008 atm，大气的，大气的组成是成是CO2 体体积占占95.6%，N2占占2.7%，Ar占占1.6%，O2占占0.1%，而水汽的含量极微。北半球夏，而水汽的含量极微。北半球夏天白昼的温度天白昼的温度约-10 C，夜，夜间可降到可降到-85 C；在冬季，；在冬季，白昼的最高温度白昼的最高温度-85 C，夜，夜间-125 C。火星表面。火星表面 75%是由硅酸是由硅酸盐，褐，褐铁矿等等铁氧化物构成的沙漠，氧化物构成的沙漠，一片橙一片橙红和棕和棕红色的戈壁景象。色的戈壁景象。当地球和火星运行到太阳的同一当地球和火星运行到太阳的同一侧并差不多排列在一并差不多排列在一条直条直线时，称，称为火星冲日，由于火星的火星冲日，由于火星的椭圆轨道偏心道偏心率率较大，每隔大，每隔 15-17 年有一次与地球特年有一次与地球特别接近的冲，接近的冲，称称为大冲，是大冲，是观测火星的最佳火星的最佳时刻。刻。29/70现代科学技术现代科学技术现代科学技术现代科学技术(一一一一)太阳系太阳系火星表面表火星表面表现为现为两个截然不同的半球，被一个大两个截然不同的半球，被一个大约倾约倾斜于赤道斜于赤道 30 度的大度的大圆分开，南部半个球面崎分开，南部半个球面崎岖不平，不平，部部满环形山，最大的直径形山，最大的直径约 1600 公里，局部地区公里，局部地区环形山的密度与月球和水星差不多；北部半个球面相形山的密度与月球和水星差不多；北部半个球面相对平坦。火星最高的山峰是平坦。火星最高的山峰是“奥林匹斯火山奥林匹斯火山”，其底部，其底部直径直径约 500 公里，火山口直径公里，火山口直径 72 公里，高度公里，高度约 25000 米米，几乎是珠穆朗，几乎是珠穆朗玛峰的三倍。最大的峡谷峰的三倍。最大的峡谷是是“水手水手 9 号号”发现的水手谷，的水手谷，绵延延 5000 多公里，多公里，宽 200 公里公里，比周，比周围地面低地面低 6-7 公里。火星表面不公里。火星表面不存在液存在液态水，但从水，但从发现的数千条干枯河床来看，火星的数千条干枯河床来看，火星从前曾从前曾经有有过水。水。30/70现代科学技术现代科学技术现代科学技术现代科学技术(一一一一)太阳系太阳系火星表面的地形起伏火星表面的地形起伏 31/70现代科学技术现代科学技术现代科学技术现代科学技术(一一一一)太阳系太阳系火星上的谷地火星上的谷地 32/70现代科学技术现代科学技术现代科学技术现代科学技术(一一一一)太阳系太阳系木星是太阳系中最大的行星，木星是太阳系中最大的行星，质量占除太阳外其余量占除太阳外其余质量的量的35%，为地球的地球的318倍，太阳倍，太阳质量的量的0.1%。体。体积是地球的是地球的1300倍，密度只有倍，密度只有 l.4gcm3。其主要成份和太阳一其主要成份和太阳一样，是，是氢和氦。木星大气按和氦。木星大气按质量量氢占占82%，氦占，氦占17%，此外有微量的甲，此外有微量的甲烷（CH4），氨（），氨（NH3），水汽，磷化），水汽，磷化氢（PH3），），锗化化氢（GeH4），乙），乙烷（C2H6），乙炔（），乙炔（O2H2）等。木星）等。木星公公转周期周期：4332.71地球日，地球日，约12年。自年。自转周期周期：0.410地球日。地球日。四四.类木行星（木行星（木星、土星、天王星、海王星木星、土星、天王星、海王星）1.木星木星33/70现代科学技术现代科学技术现代科学技术现代科学技术(一一一一)太阳系太阳系木星木星34/70现代科学技术现代科学技术现代科学技术现代科学技术(一一一一)太阳系太阳系木星大气呈木星大气呈现红现红、棕、棕、蓝蓝、白等丰富彩色和花、白等丰富彩色和花纹纹。木星表面花木星表面花纹纹的主流是平行赤道的一系列亮的主流是平行赤道的一系列亮带带（上（上升的升的热热气流）和暗气流）和暗带带（下降的冷气流）。（下降的冷气流）。最惹人注目的是中心在南最惹人注目的是中心在南纬纬20 的的“大大红红斑斑（GreatRed spot）”，它横跨，它横跨5万万km，是，是类似于似于地球上地球上飓风的大气旋的大气旋。据信。据信这是某种形式的耗散是某种形式的耗散结构。构。木星的赤道半径木星的赤道半径为7.15 104km，是地球的，是地球的11.2倍，倍，极半径极半径为6.69 104km，其，其外形是扁的，是很快的外形是扁的，是很快的自自转转所致。所致。35/70现代科学技术现代科学技术现代科学技术现代科学技术(一一一一)太阳系太阳系木星上的大红斑，是地球直径的三倍 36/70现代科学技术现代科学技术现代科学技术现代科学技术(一一一一)太阳系太阳系木星上的阳光木星上的阳光辐辐射只有地球的射只有地球的4，从，从热量收支平衡量收支平衡来来计算，它的等效温度算，它的等效温度应是是-149 C。木星木星辐射的能量是它从太阳吸收的能量的射的能量是它从太阳吸收的能量的1.67倍，倍，即木星内部有一定的能源。木星的内部在即木星内部有一定的能源。木星的内部在强大的引大的引力作用下力作用下缓慢地收慢地收缩，从而，从而释放出一些放出一些热量。引力量。引力收收缩还不能不能“点燃点燃”核聚核聚变反反应。所以人。所以人们说木星木星是一是一颗“失失败了的恒星了的恒星”。37/70现代科学技术现代科学技术现代科学技术现代科学技术(一一一一)太阳系太阳系现现已已发现发现的木星的的木星的卫卫星可均分星可均分为为 4 组。最内的一最内的一组4个个卫星很小，其中星很小，其中3个是被旅行者号个是被旅行者号发现的；的；外面的第二外面的第二组即伽利略即伽利略卫星。星。上述两上述两组卫星的星的轨道近于道近于圆形，平行于木星的赤道形，平行于木星的赤道面面顺行。行。再外面的第三再外面的第三组轨道偏心率都道偏心率都较大，与木星赤道面大，与木星赤道面约成成30 角，逆向运行。角，逆向运行。最外面一最外面一组卫组卫星太小了，星太小了，对对它它们们的的转动转动几乎一无所几乎一无所知。知。38/70现代科学技术现代科学技术现代科学技术现代科学技术(一一一一)太阳系太阳系木木卫卫一、二、三、四是木星的最大的四一、二、三、四是木星的最大的四颗卫颗卫星（伽星（伽利略利略卫卫星），木星），木卫卫一（一（Io）和木）和木卫二（二（Europa）的）的大小和地球的月亮差不多；木大小和地球的月亮差不多；木卫三（三（Gansmede）和）和木木卫四（四（Callisto）比水星稍大，是太阳系中最大）比水星稍大，是太阳系中最大的的卫星。星。木木卫一是个不断一是个不断喷发着岩着岩浆的火山世界，木的火山世界，木卫二、二、三、四的表面都是冰。四三、四的表面都是冰。四颗卫星的外面几乎都没有星的外面几乎都没有大气。大气。木木卫卫二二可能是太阳系中除地球外唯一有液可能是太阳系中除地球外唯一有液态态水的星水的星球，在它表面的冰球，在它表面的冰层层下有个很深的下有个很深的“地下地下”海洋（水海洋（水幔）；覆盖着整个硅酸幔）；覆盖着整个硅酸盐盐的内核。的内核。39/70现代科学技术现代科学技术现代科学技术现代科学技术(一一一一)太阳系太阳系2.土星土星 土星离太阳的距离是土星离太阳的距离是9.539AU，它离太阳比木星几，它离太阳比木星几乎乎远一倍，也因高速自一倍，也因高速自转（周期（周期10.2小小时）而）而变得得有些扁。有些扁。土星的赤道土星的赤道长半径半径 6.016 104km，是地球的，是地球的9倍。倍。公公转周期周期：10759.5地球日，地球日，29.5地球年。地球年。体体积：745个地球个地球质量量：5.7 1026kg，为地球的地球的95.159倍倍密度密度：0.70g/cm3，是九大行星中最小的，是九大行星中最小的故而它更故而它更应是最是最轻的元素的元素氢和氦和氦为主主组成的。成的。40/70现代科学技术现代科学技术现代科学技术现代科学技术(一一一一)太阳系太阳系土土星星41/70现代科学技术现代科学技术现代科学技术现代科学技术(一一一一)太阳系太阳系土星赤道面与土星赤道面与轨轨道面道面夹夹角有角有 27，故土星上的季，故土星上的季节节效效应颇为应颇为重要。重要。土星内部是由分子土星内部是由分子氢氢和金属和金属组组成的幔（成的幔（mantle）和）和一个硬的内核。一个硬的内核。据估据估计，土星内核的平均密度有，土星内核的平均密度有 19gcm3，含，含25的金属，的金属，75的冰、甲的冰、甲烷和氨。和氨。土星向空土星向空间散散发的能量是它所接收阳光的能量是它所接收阳光辐射的三倍，射的三倍，故其内部也有可故其内部也有可观的能源。不的能源。不过它的引力收它的引力收缩效效应比木星弱得多，其能量来自氦与比木星弱得多，其能量来自氦与氢分离而向下沉分离而向下沉积时释放出的引力放出的引力势能。能。42/70现代科学技术现代科学技术现代科学技术现代科学技术(一一一一)太阳系太阳系土星美土星美丽丽的光的光环环 43/70现代科学技术现代科学技术现代科学技术现代科学技术(一一一一)太阳系太阳系1610年伽利略就注意到土星有年伽利略就注意到土星有许多多“耳耳朵”；1655年惠更斯正确描年惠更斯正确描绘它是与赤道共面的薄它是与赤道共面的薄盘；17世世纪意大利（天）卡西尼（意大利（天）卡西尼（G.Cassini）设想它是由大量想它是由大量不相不相连的碎的碎细物体物体组成；成；土星土星环内内颗粒大小从数米到粒大小从数米到1微米，其成份是混有微米，其成份是混有杂质的的脏冰雪。土星冰雪。土星环的厚度小于的厚度小于10m。土星有土星有18个个卫星，最大的是土星，最大的是土卫六（六（Titan），比木），比木卫三略小，但大于水星。土三略小，但大于水星。土卫六的密度六的密度为 1.9gcm3，其成份是冰雪与岩石，其成份是冰雪与岩石掺掺半。旅行者半。旅行者1号的探号的探测，土土卫六的大气稠密，表面大气六的大气稠密，表面大气压1.5atm，温度，温度-180 C。大气成份主要是。大气成份主要是N2（82一一94%），其余部分），其余部分是甲是甲烷和和氩。44/70现代科学技术现代科学技术现代科学技术现代科学技术(一一一一)太阳系太阳系45/70现代科学技术现代科学技术现代科学技术现代科学技术(一一一一)太阳系太阳系3.天王星天王星天王星是太阳系中次于木星、土星的第三大行星。天王星是太阳系中次于木星、土星的第三大行星。它到太阳的距离它到太阳的距离19AU。天王星的成份主要是。天王星的成份主要是氢和氦。和氦。它的赤道半径它的赤道半径 25 900 km，是地球直径的，是地球直径的4倍，体倍，体积是地球的是地球的65倍，倍，质量是地球的量是地球的14.63倍。平均密度倍。平均密度1.24g/cm3。公公转周期是周期是 30685地球日，折合地球日，折合84地球年。地球年。自自转周期周期17 时 14 分分 24 秒秒(0.71833 地球日地球日)，为逆向自逆向自转。天王星几乎天王星几乎“横躺横躺”在公在公转轨道面上，在它的一年道面上，在它的一年内，太阳光内，太阳光轮流照在它的北极和南极上（目前是它流照在它的北极和南极上（目前是它的南极的南极处于昼半球）。于昼半球）。卫星数星数(已确已确认的的)27 个个46/70现代科学技术现代科学技术现代科学技术现代科学技术(一一一一)太阳系太阳系天天王王星星47/70现代科学技术现代科学技术现代科学技术现代科学技术(一一一一)太阳系太阳系4.海王星海王星海王星到太阳的距离海王星到太阳的距离30AU。它的赤道半径。它的赤道半径 24 750 km，是地球赤道半径的，是地球赤道半径的3.88倍，体倍，体积是地球的是地球的57倍，倍，质量是地球的量是地球的17.22倍。平均密度倍。平均密度1.67g/cm3。自自转周期周期 18小小时12分分24秒（秒（0.658地球日），公地球日），公转周期是周期是 60190 地球日，折合地球日，折合164.8地球年。地球年。卫星数星数：13(已确已确认的的)海王星的色海王星的色调偏偏绿，其大气主要成份，其大气主要成份氢、氦，尚含有、氦，尚含有较多的甲多的甲烷。海王星的大气不像天王星那。海王星的大气不像天王星那样平静，旅平静，旅行者行者2号在它的南号在它的南纬22度度处观察到一个察到一个“大黑斑大黑斑”，这是和木星大是和木星大红斑一斑一类的持久气旋。的持久气旋。48/70现代科学技术现代科学技术现代科学技术现代科学技术(一一一一)太阳系太阳系海王星海王星49/70现代科学技术现代科学技术现代科学技术现代科学技术(一一一一)太阳系太阳系已已发现发现海王星有海王星有13颗卫星，星，1989年年8月月24日旅行者日旅行者2飞临海王星海王星时，对海海卫一（一（Triton）进行了行了较详细的的考察，确定了它的半径考察，确定了它的半径为1360 km，小于月亮，但它，小于月亮，但它的的质量却等于量却等于1.9个月亮。海个月亮。海卫一密度一密度较大，其成份大，其成份应包含相当多的金属和硅酸包含相当多的金属和硅酸盐。海。海卫一具有极稀薄的一具有极稀薄的N2大气，南北极覆盖着固大气，南北极覆盖着固态态氮和甲氮和甲烷烷的极冠，那里的的极冠，那里的温度只有温度只有37K。海。海卫一的表面呈一的表面呈现出出许多火山活多火山活动的的遗迹，加之它的成份与附近星体如此不同，人迹，加之它的成份与附近星体如此不同，人们怀疑疑它是位它是位“异异乡来客来客”。海。海卫一的奇特一的奇特轨道似乎也道似乎也说明明这一点：其一点：其轨道面相道面相对主星赤道面的主星赤道面的倾角达角达28 ，却，却与土星与土星绕日的日的轨道共面；此外，它道共面；此外，它绕主星的旋主星的旋转是逆是逆行的。行的。海王星与美国大小比较 太阳系的遥远边疆冥王星和冥卫一海王星是太阳系中大气活动最为剧烈的一个行星 50-51/70现代科学技术现代科学技术现代科学技术现代科学技术(一一一一)太阳系太阳系冥王星是太阳系最外的行星，它很奇特，冥王星是太阳系最外的行星，它很奇特，2006年确年确定定为太阳系的二太阳系的二级行星行星矮行星。冥王星到太阳的矮行星。冥王星到太阳的距离距离39.4AU。它的赤道半径。它的赤道半径 1500 km，体，体积是是地球的地球的0.009倍，倍，质量是地球的量是地球的0.0026倍。平均密倍。平均密度度1.1g/cm3。自自转周期周期 6.3872地球日，公地球日，公转周期是周期是 90800 地球地球日，折合日，折合248地球年。地球年。卫星数星数(已确已确认的的)3 五五.矮行星（冥王星）矮行星（冥王星）52/70现代科学技术现代科学技术现代科学技术现代科学技术(一一一一)太阳系太阳系冥王星冥王星53/70现代科学技术现代科学技术现代科学技术现代科学技术(一一一一)太阳系太阳系1766年德国天文学家提年德国天文学家提丢斯（斯（J.Titius）偶然）偶然发现一个数列：一个数列：(n+4)/10，将，将n=0,3,6,12,代入，可代入，可相当准确地相当准确地给出当出当时已知行星的已知行星的轨道半径。那道半径。那时天天王星尚未王星尚未发现，提，提丢斯斯波得定波得定则对土星以内的所土星以内的所有行星（包括地球）的位置都描述得很成功，只是有行星（包括地球）的位置都描述得很成功，只是在在 2.8AU处有个空档。有个空档。1781年英国天文学家赫歇年英国天文学家赫歇尔根据公式推算根据公式推算发现了天王星，天王星的了天王星，天王星的发现进一一步步证实这公式有效，更激公式有效，更激发了人了人们在火星和木星之在火星和木星之间寻找找这颗“缺失缺失”行星的行星的热情。情。六六.小行星小行星带 1.提提丢斯斯波得定波得定则54/70现代科学技术现代科学技术现代科学技术现代科学技术(一一一一)太阳系太阳系1801年，意大利的皮年，意大利的皮亚齐（G.Plazzi）在例行的天）在例行的天文文观测中偶然中偶然发现在在2.77 AU处有个小天体，即把有个小天体，即把它命名它命名为谷神星（谷神星（Ceres）。其）。其实它的半径只有它的半径只有500 km，算不得是，算不得是颗行星。行星。1802年德国天文学家奥伯年德国天文学家奥伯斯（斯（H.Olbere）在同一区域内又）在同一区域内又发现另一小行星，另一小行星，随后命名随后命名为智神星（智神星（Pallas）。）。尔后数年，又有人后数年，又有人发现另外两另外两颗小行星小行星婚神星（婚神星（Juno）和灶神星）和灶神星（Vesta）。）。2.2.小行星小行星带带的的发现发现 55/70现代科学技术现代科学技术现代科学技术现代科学技术(一一一一)太阳系太阳系现现在拍在拍摄摄下来的小行星有下来的小行星有50多万。大部分小行星在火多万。大部分小行星在火星和木星之星和木星之间，到太阳的平均距离是，到太阳的平均距离是2.8AU，其中半，其中半数的数的轨道在此数道在此数2.8 0.25AU的范的范围内。内。轨道与地球道与地球轨道相交的小行星，道相交的小行星，统称阿波称阿波罗小行星。小行星。轨道已道已查明的阿波明的阿波罗小行星有小行星有28个，它个，它们都很小都很小（0.4-8km）。估）。估计阿波阿波罗小行星的小行星的总数数约1300。与。与地球相撞的概率是地球相撞的概率是25万年中有一次。万年中有一次。近来天文界近来天文界则认为，太阳与木星的引力平衡，太阳与木星的引力平衡带是形是形成小行星成小行星带的主要原因。在的主要原因。在这个引力平衡个引力平衡带中，任何中，任何大大块的星体都会被太阳和木星的引力扯碎。的星体都会被太阳和木星的引力扯碎。56/70现代科学技术现代科学技术现代科学技术现代科学技术(一一一一)太阳系太阳系57/70现代科学技术现代科学技术现代科学技术现代科学技术(一一一一)太阳系太阳系1.彗星概况彗星概况 七七.彗星彗星 1687年牛年牛顿提出，彗星是和其它天体（行星）一提出，彗星是和其它天体（行星）一样在在绕日日轨道上运行的天体，它道上运行的天体，它们遵从同遵从同样的天体力的天体力学定律。哈雷（学定律。哈雷（E.Halley）注意到，）注意到，1682年出年出现的的彗星与彗星与1607和和1531年的管星极其相似，年的管星极其相似，认为它它们是是同一天体，每同一天体，每76年出年出现一次，并一次，并预言它将在言它将在1758年年再次来再次来临。彗星与行星的重大区彗星与行星的重大区别之一，是它之一，是它们轨道的偏心率道的偏心率很大，即近日点和很大，即近日点和远日点的距离相差甚日点的距离相差甚远。58/70现代科学技术现代科学技术现代科学技术现代科学技术(一一一一)太阳系太阳系彗彗 星星59/70现代科学技术现代科学技术现代科学技术现代科学技术(一一一一)太阳系太阳系哈雷彗星哈雷彗星60/70现代科学技术现代科学技术现代科学技术现代科学技术(一一一一)太阳系太阳系彗星分彗星分为为短周期和短周期和长长周期两周期两类类。短周期彗星的扁短周期彗星的扁椭圆轨椭圆轨道完全道完全处处在太阳系中，周期在太阳系中，周期小于小于 200地球年。地球年。现已知的已知的这类彗星彗星约 100个。其个。其中最典型的就是哈雷彗星，其近日点在中最典型的就是哈雷彗星，其近日点在0.587 AU处（金星以里），（金星以里），远日点差不多在海王星日点差不多在海王星轨道道处，轨道道偏心率达偏心率达0.9672。大多数短周期彗星是大多数短周期彗星是顺行的，但行的，但约有有1/20是逆行的，是逆行的，哈雷彗星即属此例，其哈雷彗星即属此例，其轨道面道面倾角角为162.2。长长周期彗星的周期彗星的轨轨道延伸到冥王星以外很道延伸到冥王星以外很远远的地方，的地方，很很难说难说它它们们的的轨轨道是道是椭圆还椭圆还是抛物是抛物线线。61/70现代科学技术现代科学技术现代科学技术现代科学技术(一一一一)太阳系太阳系2.彗星的成分与彗星的成分与结构构 彗星的彗星的质质量极小，其形状和大小随它量极小，其形状和大小随它们们相相对对于太阳于太阳的位置的位置显显著地著地变变化。化。彗星的彗星的结结构主要由彗核（构主要由彗核（nucleus），彗），彗发（coma）和彗尾（和彗尾（tail）三部分）三部分组成。成。1950年年F.Whipple提出彗星的提出彗星的“脏雪球雪球”理理论，认为彗核由一些易彗核由一些易挥发物物质（如水、（如水、CO2、HCN、甲、甲醛、甲、甲烷、氨等）的冰、氨等）的冰组成，其中混成，其中混杂着一些硅酸着一些硅酸盐尘埃和岩石碎埃和岩石碎块。1986年年2月当哈雷彗星再次到达月当哈雷彗星再次到达近日点近日点时，苏联发射的一射的一对“金星一哈雷彗星金星一哈雷彗星（Vega）”飞行器在离彗核行器在离彗核仅八、九千米八、九千米处穿穿过它。它。探探测的的结果都肯定了果都肯定了脏雪球理雪球理论。彗核彗核气体彗尾气体彗尾离子彗尾离子彗尾彗彗发发太阳太阳彗星运彗星运动动方向方向彗星彗星结结构构62-63/70现代科学技术现代科学技术现代科学技术现代科学技术(一一一一)太阳系太阳系彗星的彗星的结结构构64/70现代科学技术现代科学技术现代科学技术现代科学技术(一一一一)太阳系太阳系 彗彗发发体体积积的的80%是水汽，其密度只有地球海平是水汽，其密度只有地球海平面上空气密度的面上空气密度的 3 10-12，。彗，。彗发发中除水外，最多中除水外，最多的成分是的成分是 CO2。哈雷探。哈雷探测测器器还还在离彗核在离彗核 106km处探探测到到 CO+、CH+、C+、H2O+、H+、C2+、OH+、H3O+等离子和等离子和 OH、C2、C3、CN、NH、NH2等自等自由基，由基，这这些无疑是阳光光化学作用的些无疑是阳光光化学作用的产产物。物。彗尾有两个，第一个永彗尾有两个，第一个永远远沿着背离太阳的方向，沿着背离太阳的方向，