帮我收集太阳系的九大行星的资料
帮我收集1:太阳系九大行星的表面温度(包括:向阳表面的温度大概范围,和平均值和不向阳面的温度大概范围,和平均值。)2:太阳系九大行星的‘表面元素组成’‘内部元素组成’和‘...
帮我收集1:太阳系九大行星的表面温度(包括:向阳表面的温度大概范围,和平均值和不向阳面的温度大概范围,和平均值。)
2:太阳系九大行星的‘表面元素组成’‘内部元素组成’和‘大气元素组成’
以上两答案也可答一个,只要尽力就有可能得分。
谢谢各位拉!!!!!!!!!!!!!!
同志们:
注意我的问题,请看清楚再回答。 展开
2:太阳系九大行星的‘表面元素组成’‘内部元素组成’和‘大气元素组成’
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水星地表温度为179摄氏度
九大行星
在2006年8月24日于布拉格举行的第26界国际天文联会中通过的第5号决议中,冥王星被划为矮行星,并命名为小行星134340号,从太阳系九大行星中被除名。所以现在太阳系只有八大行星。文中所有涉及“九大行星”的都已改为“八大行星”。
水星
水星最接近太阳,是太阳系中第二小行星。水星在直径上小于木卫三和土卫六,但它更重。
公转轨道: 距太阳 57,910,000 千米 (0.38 天文单位)
行星直径: 4,880 千米
质量: 3.30e23 千克
在古罗马神话中水星是商业、旅行和偷窃之神,即古希腊神话中的赫耳墨斯,为众神传信的神,或许由于水星在空中移动得快,才使它得到这个名字。
早在公元前3000年的苏美尔时代,人们便发现了水星,古希腊人赋于它两个名字:当它初现于清晨时称为阿波罗,当它闪烁于夜空时称为赫耳墨斯。不过,古希腊天文学家们知道这两个名字实际上指的是同一颗星星,赫拉克赖脱(公元前5世纪之希腊哲学家)甚至认为水星与金星并非环绕地球,而是环绕着太阳在运行。
仅有水手10号探测器于1973年和1974年三次造访水星。它仅仅勘测了水星表面的45%(并且很不幸运,由于水星太靠近太阳,以致于哈博望远镜无法对它进行安全的摄像)。
水星的轨道偏离正圆程度很大,近日点距太阳仅四千六百万千米,远日点却有7千万千米,在轨道的近日点它以十分缓慢的速度按岁差围绕太阳向前运行(岁差:地轴进动引起春分点向西缓慢运行,速度每年0.2",约25800年运行一周,使回归年比恒星年短的现象。分日岁差和行星岁差两种,后者是由行星引力产生的黄道面变动引起的。)在十九世纪,天文学家们对水星的轨道半径进行了非常仔细的观察,但无法运用牛顿力学对此作出适当的解释。存在于实际观察到的值与预告值之间的细微差异是一个次要(每千年相差七分之一度)但困扰了天文学家们数十年的问题。有人认为在靠近水星的轨道上存在着另一颗行星(有时被称作Vulcan,“祝融星”),由此来解释这种差异,结果最终的答案颇有戏剧性:爱因斯坦的广义相对论。在人们接受认可此理论的早期,水星运行的正确预告是一个十分重要的因素。(水星因太阳的引力场而绕其公转,而太阳引力场极其巨大,据广义相对论观点,质量产生引力场,引力场又可看成质量,所以巨引力场可看作质量,产生小引力场,使其公转轨道偏离。类似于电磁波的发散,变化的磁场产生电场,变化的电场产生磁场,传向远方。--译注)
在1962年前,人们一直认为水星自转一周与公转一周的时间是相同的,从而使面对太阳的那一面恒定不变。这与月球总是以相同的半面朝向地球很相似。但在1965年,通过多普勒雷达的观察发现这种理论是错误的。现在我们已得知水星在公转二周的同时自转三周,水星是太阳系中目前唯一已知的公转周期与自转周期共动比率不是1:1的天体。
水星上的温差是整个太阳系中最大的,温度变化的范围为90开到700开。相比之下,金星的温度略高些,但更为稳定。
水星在许多方面与月球相似,它的表面有许多陨石坑而且十分古老;它也没有板块运动。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)。水星是太阳系中仅次于地球,密度第二大的天体。事实上地球的密度高部分源于万有引力的压缩;或非如此,水星的密度将大于地球,这表明水星的铁质核心比地球的相对要大些,很有可能构成了行星的大部分。因此,相对而言,水星仅有一圈薄薄的硅酸盐地幔和地壳。
巨大的铁质核心半径为1800到1900千米,是水星内部的支配者。而硅酸盐外壳仅有500到600千米厚,至少有一部分核心大概成熔融状。
事实上水星的大气很稀薄,由太阳风带来的被破坏的原子构成。水星温度如此之高,使得这些原子迅速地散逸至太空中,这样与地球和金星稳定的大气相比,水星的大气频繁地被补充更换。
水星的表面表现出巨大的急斜面,有些达到几百千米长,三千米高。有些横处于环形山的外环处,而另一些急斜面的面貌表明他们是受压缩而形成的。据估计,水星表面收缩了大约0.1%(或在星球半径上递减了大约1千米)。
水星上最大的地貌特征之一是Caloris 盆地,直径约为1300千米,人们认为它与月球上最大的盆地Maria相似。如同月球的盆地,Caloris盆地很有可能形成于太阳系早期的大碰撞中,那次碰撞大概同时造成了星球另一面正对盆地处奇特的地形。
除了布满陨石坑的地形,水星也有相对平坦的平原,有些也许是古代火山运动的结果,但另一些大概是陨石所形成的喷出物沉积的结果。
水星有一个小型磁场,磁场强度约为地球的1%。
至今未发现水星有卫星。
通常通过双筒望远镜甚至直接用肉眼便可观察到水星,但它总是十分靠近太阳,在曙暮光中难以看到。Mike Harvey的行星寻找图表指出此时水星在天空中的位置(及其他行星的位置),再由“星光灿烂”这个天象程序作更多更细致的定制。
金星
金星是离太阳第二近,太阳系中第六大行星。在所有行星中,金星的轨道最接近圆,偏差不到1%。
轨道半径: 距太阳 108,200,000 千米 (0.72 天文单位)
行星直径: 12,103.6 千米
质量: 4.869e24 千克
金星 (希腊语: 阿佛洛狄特;巴比伦语: Ishtar)是美和爱的女神,之所以会如此命名,也许是对古代人来说,它是已知行星中最亮的一颗。(也有一些异议,认为金星的命名是因为金星的表面如同女性的外貌。)
金星在史前就已被人所知晓。除了太阳与月亮外,它是最亮的一颗。就像水星,它通常被认为是两个独立的星构成的:晨星叫Eosphorus,晚星叫Hesperus,希腊天文学家更了解这一点。
既然金星是一颗内层行星,从地球用望远镜观察它的话,会发现它有位相变化。伽利略对此现象的观察是赞成哥白尼的有关太阳系的太阳中心说的重要证据。
第一艘访问金星的飞行器是1962年的水手2号。随后,它又陆续被其他飞行器:金星先锋号,苏联尊严7号(第一艘在其他行星上着陆的飞船)、尊严9号(第一次返回金星表面照片[左图])访问(迄今已总共至少20次)。最近,美国轨道飞行器Magellan成功地用雷达产生了金星表面地图。
金星的自转非常不同寻常,一方面它很慢(金星日相当于243个地球日,比金星年稍长一些),另一方面它是倒转的。另外,金星自转周期又与它的轨道周期同步,所以当它与地球达到最近点时,金星朝地球的一面总是固定的。这是不是共鸣效果或只是一个巧合就不得而知了。
金星有时被誉为地球的姐妹星,在有些方面它们非常相像:
-- 金星比地球略微小一些(95%的地球直径,80%的地球质量)。
-- 在相对年轻的表面都有一些环形山口。
-- 它们的密度与化学组成都十分类似。
由于这些相似点,有时认为在它厚厚的云层下面金星可能与地球非常相像,可能有生命的存在。但是不幸的是,许多有关金星的深层次研究表明,在许多方面金星与地球有本质的不同。
金星的大气压力为90个标准大气压(相当于地球海洋深1千米处的压力),大气大多由二氧化碳组成,也有几层由硫酸组成的厚数千米的云层。这些云层挡住了我们对金星表面的观察,使得它看来非常模糊。这稠密的大气也产生了温室效应,使金星表面温度上升400度,超过了740开(总以使铅条熔化)。金星表面自然比水星表面热,虽然金星比水星离太阳要远两倍。
云层顶端有强风,大约每小时350千米,但表面风速却很慢,每小时几千米不到。
地球
地球是距太阳第三颗,也是第五大行星:
轨道半径: 149,600,000 千米 (离太阳1.00 天文单位)
行星直径: 12,756.3 千米
质量: 5.9736e24 千克
地球是唯一一个不是从希腊或罗马神话中得到的名字。Earth一词来自于古英语及日耳曼语。这里当然有许多其他语言的命名。在罗马神话中,地球女神叫Tellus-肥沃的土地(希腊语:Gaia, 大地母亲)
直到16世纪哥白尼时代人们才明白地球只是一颗行星。
地球,当然不需要飞行器即可被观测,然而我们直到二十世纪才有了整个行星的地图。由空间拍到的图片应具有合理的重要性;举例来说,它们大大帮助了气象预报及暴风雨跟踪预报。它们真是与众不同的漂亮啊!
地球由于不同的化学成分与地震性质被分为不同的岩层(深度-千米):
0- 40 地壳
40- 400 Upper mantle - 上地幔
400- 650 Transition region - 过渡区域
650-2700 Lower mantle - 下地幔
2700-2890 D'' layer - D"层
2890-5150 Outer core - 外核
5150-6378 Inner core - 内核
地壳的厚度不同,海洋处较薄,大洲下较厚。内核与地壳为实体;外核与地幔层为流体。不同的层由不连续断面分割开,这由地震数据得到;其中最有名的有数地壳与上地幔间的莫霍面-不连续断面了。
地球的大部分质量集中在地幔,剩下的大部分在地核;我们所居住的只是整体的一个小部分(下列数值×10e24千克):
大气 = 0.0000051
海洋 = 0.0014
地壳 = 0.026
地幔 = 4.043
外地核 = 1.835
内地核 = 0.09675
地核可能大多由铁构成(或镍/铁),虽然也有可能是一些较轻的物质。地核中心的温度可能高达7500K,比太阳表面还热;下地幔可能由硅,镁,氧和一些铁,钙,铝构成;上地幔大多由olivene,pyroxene(铁/镁硅酸盐),钙,铝构成。我们知道这些金属都来自于地震;上地幔的样本到达了地表,就像火山喷出岩浆,但地球的大部分还是难以接近的。地壳主要由石英(硅的氧化物)和类长石的其他硅酸盐构成。就整体看,地球的化学元素组成为:
34.6% 铁
29.5% 氧
15.2% 硅
12.7% 镁
2.4% 镍
1.9% 硫
0.05% 钛
地球是太阳系中密度最大的星体。
其他的类地行星可能也有相似的结构与物质组成,当然也有一些区别:月球至少有一个小内核;水星有一个超大内核(相当于它的直径);火星与月球的地幔要厚得多;月球与水星可能没有由不同化学元素构成的地壳;地球可能是唯一一颗有内核与外核的类地行星。值得注意的是,我们的有关行星内部构造的理论只是适用于地球。
不像其他类地行星,地球的地壳由几个实体板块构成,各自在热地幔上漂浮。理论上称它为板块说。它被描绘为具有两个过程:扩大和缩小。扩大发生在两个板块互相远离,下面涌上来的岩浆形成新地壳时。缩小发生在两个板块相互碰撞,其中一个的边缘部份伸入了另一个的下面,在炽热的地幔中受热而被破坏。在板块分界处有许多断层(比如加利福尼亚的San Andreas断层),大洲板块间也有碰撞(如印度洋板块与亚欧板块)。目前有八大板块:
北美洲板块 - 北美洲,西北大西洋及格陵兰岛
南美洲板块 - 南美洲及西南大西洋
南极洲板块 - 南极洲及沿海
亚欧板块 - 东北大西洋,欧洲及除印度外的亚洲
非洲板块 - 非洲,东南大西洋及西印度洋
印度与澳洲板块 - 印度,澳大利亚,新西兰及大部分印度洋
Nazca板块 - 东太平洋及毗连南美部分地区
太平洋板块 - 大部分太平洋(及加利福尼亚南岸)
还有超过廿个小板块,如阿拉伯,菲律宾板块。地震经常在这些板块交界处发生。绘成图使得更容易地看清板块边界。
地球的表面十分年轻。在50亿年的短周期中(天文学标准),不断重复着侵蚀与构造的过程,地球的大部分表面被一次又一次地形成和破坏,这样一来,除去了大部分原始的地理痕迹(比如星体撞击产生的火山口)。这样一来,地球上早期历史都被清除了。地球至今已存在了45到46亿年,但已知的最古老的石头只有40亿年,连超过30亿年的石头都屈指可数。最早的生物化石则小于39亿年。没有任何确定的记录表明生命真正开始的时刻。
71%的地球表面为水所覆盖。地球是行星中唯一一颗能在表面存在有液态水(虽然在土卫六的表面存在有液态乙烷与甲烷,木卫二的地下有液态水)。我们知道,液态水是生命存在的重要条件。海洋的热容量也是保持地球气温相对稳定的重要条件。液态水也造成了地表侵蚀及大洲气候的多样化,目前这是在太阳系中独一无二的过程(很早以前,火星上也许也有这种情况)。
地球的大气由77%的氮,21%氧,微量的氩、二氧化碳和水组成。地球初步形成时,大气中可能存在大量的二氧化碳,但是几乎都被组合成了碳酸盐岩石,少部分溶入了海洋或给活着的植物消耗了。现在板块构造与生物活动维持了大气中二氧化碳到其他场所再返回的不停流动。大气中稳定存在的少量二氧化碳通过温室效应对维持地表气温有极其深远的重要性。温室效应使平均表面气温提高了35摄氏度(从冻人的-21℃升到了适人的14℃);没有它海洋将会结冰,而生命将不可能存在。
丰富的氧气的存在从化学观点看是很值得注意的。氧气是很活泼的气体,一般环境下易和其他物质快速结合。地球大气中的氧的产生和维持由生物活动完成。没有生命就没有充足的氧气。
地球与月球的交互作用使地球的自转每世纪减缓了2毫秒。当前的调查显示出大约在9亿年前,一年有481天又18小时。
火星
火星为距太阳第四远,也是太阳系中第七大行星:
公转轨道: 离太阳227,940,000 千米 (1.52 天文单位)
行星直径: 6,794 千米
质量: 6.4219e23 千克
火星(希腊语: 阿瑞斯)被称为战神。这或许是由于它鲜红的颜色而得来的;火星有时被称为“红色行生”。(趣记:在希腊人之前,古罗马人曾把火星人微言轻农耕之神来供奉。而好侵略扩张的希腊人却把火星作为战争的象征)而三月份的名字也是得自于火星。
火星在史前时代就已经为人类所知。由于它被认为是太阳系中人类最好的住所(除地球外),它受到科幻小说家们的喜爱。但可惜的是那条著名的被Lowell“看见”的“运河”以及其他一些什么的,都只是如Barsoomian公主们一样是虚构的。
第一次对火星的探测是由水手4号飞行器在1965年进行的。人们接连又作了几次尝试,包括1976年的两艘海盗号飞行器。此后,经过长达20年的间隙,在1997年的七月四日,火星探路者号终于成功地登上火星。
火星的轨道是显著的椭圆形。因此,在接受太阳照射的地方,近日点和远日点之间的温差将近30摄氏度。这对火星的气候产生巨大的影响。火星上的平均温度大约为218K(-55℃,-67华氏度),但却具有从冬天的140K(-133℃,-207华氏度)到夏日白天的将近300K(27℃,80华氏度)的跨度。尽管火星比地球小得多,但它的表面积却相当于地球表面的陆地面积。
除地球,火星是具有最多各种有趣地形的固态表面行星。其中不乏一些壮观的地形:
- 奥林匹斯山脉: 它在地表上的高度有24千米(78000英尺),是太阳系中最大的山脉。它的基座直径超过500千米,并由一座高达6千米(20000英尺)的悬崖环绕着;
- Tharsis: 火星表面的一个巨大凸起,有大约4000千米宽,10千米高;
- Valles Marineris: 深2至7千米,长为4000千米的峡谷群;
- Hellas Planitia: 处于南半球,6000多米深,直径为2000千米的冲击环形山。
火星的表面有很多年代已久的环形山。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,有着与月球上相似的曲型的环状高地。相反的,它的北半球大多由新近形成的低平的平原组成。这些平原的形成过程十分复杂。南北边界上出现几千米的巨大高度变化。形成南北地势巨大差异以及边界地区高度剧变的原因还不得而知(有人推测这是由于火星外层物增加的一瞬间产生的巨大作用力所形成的)。最近,一些科学家开始怀疑那些陡峭的高山是否在它原先的地方。这个疑点将由“火星全球勘测员”来解决。
火星的内部情况只是依靠它的表面情况资料和有关的大量数据来推断的。一般认为它的核心是半径为1700千米的高密度物质组成;外包一层熔岩,它比地球的地幔更稠些;最外层是一层薄薄的外壳。相对于其他固态行星而言,火星的密度较低,这表明,火星核中的铁(镁和硫化铁)可能含带较多的硫。
如同水星和月球,火星也缺乏活跃的板块运动;没有迹象表明火星发生过能造成像地球般如此多褶皱山系的地壳平移活动。由于没有横向的移动,在地壳下的巨热地带相对于地面处于静止状态。再加之地面的轻微引力,造成了Tharis凸起和巨大的火山。但是,人们却未发现火山最近有过活动的迹象。虽然,火星可能曾发生过很多火山运动,可它看来从未有过任何板块运动。
火星上曾有过洪水,地面上也有一些小河道,十分清楚地证明了许多地方曾受到侵蚀。在过去,火星表面存在过干净的水,甚至可能有过大湖和海洋。但是这些东西看来只存在很短的时间,而且据估计距今也有大约四十亿年了。(Valles Marneris不是由流水通过而形成的。它是由于外壳的伸展和撞击,伴随着Tharsis凸起而生成的)。
在火星的早期,它与地球十分相似。像地球一样,火星上几乎所有的二氧化碳都被转化为含碳的岩石。但由于缺少地球的板块运动,火星无法使二氧化碳再次循环到它的大气中,从而无法产生意义重大的温室效应。因此,即使把它拉到与地球距太阳同等距离的位置,火星表面的温度仍比地球上的冷得多。
火星的那层薄薄的大气主要是由余留下的二氧化碳(95.3%)加上氮气(2.7%)、氩气(1.6%)和微量的氧气(0.15%)和水汽(0.03%)组成的。火星表面的平均大气压强仅为大约7毫巴(比地球上的1%还小),但它随着高度的变化而变化,在盆地的最深处可高达9毫巴,而在Olympus Mons的顶端却只有1毫巴。但是它也足以支持偶尔整月席卷整颗行星的飓风和大风暴。火星那层薄薄的大气层虽然也能制造温室效应,但那些仅能提高其表面5K的温度,比我们所知道的金星和地球的少得多。
火星的两极永久地被固态二氧化碳(干冰)覆盖着。这个冰罩的结构是层叠式的,它是由冰层与变化着的二氧化碳层轮流叠加而成。在北部的夏天,二氧化碳完全升华,留下剩余的冰水层。由于南部的二氧化碳从没有完全消失过,所以我们无法知道在南部的冰层下是否也存在着冰水层。这种现象的原因还不知道,但或许是由于火星赤道面与其运行轨道之间的夹角的长期变化引起气候的变化造成的。或许在火星表面下较深处也有水存在。这种因季节变化而产生的两极覆盖层的变化使火星的气压改变了25%左右(由海盗号测量出)。
但是最近通过哈博望远镜的观察却表明海盗号当时勘测时的环境并非是典型的情况。火星的大气现在似乎比海盗号勘测出的更冷、更干了(详细情况请看来自STScI站点)。
海盗号尝试过作实验去决定火星上是否有生命,结果是否定的。但乐观派们指出,只有两个小样本是合格的,并且又并非来自最好的地方。以后的火星探索者们将继续更多的实验。
火星的卫星
火星有两个小型的近地面卫星。
卫星 距离(千米) 半径(千米) 质量(千克) 发现者 发现日期
火卫一 9000 11 1.08e16 Hall 1877
火卫二 23000 6 1.80e15 Hall 1877
木星
木星是离太阳第五颗行星,而且是最大的一颗,比所有其他的行星的合质量大2倍(地球的318倍)。
公转轨道: 距太阳 778,330,000 千米 (5.20 天文单位)
行星直径: 142,984 千米 (赤道)
质量: 1.900e27 千克
木星(a.k.a. Jove; 希腊人称之为 宙斯)是上帝之王,奥林匹斯山的统治者和罗马国的保护人,它是Cronus(土星)的儿子。
木星是天空中第四亮的物体(次于太阳,月球和金星;有时候火星更亮一些),早在史前木星就已被人类所知晓。根据伽利略1610年对木星四颗卫星:木卫一,木卫二,木卫三和木卫四(现常被称作伽利略卫星)的观察,它们是不以地球为中心运转的第一个发现,也是赞同哥白尼的日心说的有关行星运动的主要依据;由于伽利略直言不讳地支持哥白尼的理论而被宗教裁判所逮捕,并被强迫放弃自己的信仰,关在监狱中度过了余生。
木星在1973年被先锋10号首次拜访,后来又陆续被先锋11号,旅行者1号,旅行者2号和Ulysses号考查。目前,伽利略号飞行器正在环绕木星运行,并将在以后的两年中不断发回它的有关数据。
气态行星没有实体表面,它们的气态物质密度只是由深度的变大而不断加大(我们从它们表面相当于1个大气压处开始算它们的半径和直径)。我们所看到的通常是大气中云层的顶端,压强比1个大气压略高。
木星由90%的氢和10%的氦(原子数之比, 75/25%的质量比)及微量的甲烷、水、氨水和“石头”组成。这与形成整个太阳系的原始的太阳系星云的组成十分相似。土星有一个类似的组成,但天王星与海王星的组成中,氢和氦的量就少一些了。
木星可能有一个石质的内核,相当于10-15个地球的质量。
内核上则是大部分的行星物质集结地,以液态金属氢的形式存在。这些木星上最普通的形式基础可能只在40亿巴压强下才存在,木星内部就是这种环境(土星也是)。液态金属氢由离子化的质子与电子组成(类似于太阳的内部,不过温度低多了)。在木星内部的温度压强下,氢气是液态的,而非气态,这使它成为了木星磁场的电子指挥者与根源。同样在这一层也可能含有一些氦和微量的“冰”。
最外层主要由普通的氢气与氦气分子组成,它们在内部是液体,而在较外部则气体化了,我们所能看到的就是这深邃的一层的较高处。水、二氧化碳、甲烷及其他一些简单气体分子在此处也有一点儿。
云层的三个明显分层中被认为存在着氨冰,铵水硫化物和冰水混合物。然而,来自伽利略号的证明的初步结果表明云层中这些物质极其稀少(一个仪器看来已检测了最外层,另一个同时可能已检测了第二外层)。但这次证明的地表位置十分不同寻常(左图)--基于地球的望远镜观察及更多的来自伽利略号轨道飞船的最近观察提示这次证明所选的区域很可能是那时候木星表面最温暖又是云层最少的地区。
木星和其他气态行星表面有高速飓风,并被限制在狭小的纬度范围内,在连近纬度的风吹的方向又与其相反。这些带中轻微的化学成分与温度变化造成了多彩的地表带,支配着行星的外貌。光亮的表面带被称作区(zones),暗的叫作带(belts)。这些木星上的带子很早就被人们知道了,但带子边界地带的漩涡则由旅行者号飞船第一次发现。伽利略号飞船发回的数据表明表面风速比预料的快得多(大于400英里每小时),并延伸到根所能观察到的一样深的地方,大约向内延伸有数千千米。木星的大气层也被发现相当紊乱,这表明由于它内部的热量使得飓风在大部分急速运动,不像地球只从太阳处获取热量。
木星表面云层的多彩可能是由大气中化学成分的微妙差异及其作用造成的,可能其中混入了硫的混合物,造就了五彩缤纷的视觉效果,但是其详情仍无法知晓。
色彩的变化与云层的高度有关:最低处为蓝色,跟着是棕色与白色,最高处为红色。我们通过高处云层的洞才能看到低处的云层。
木星表面的大红斑早在300年前就被地球上的观察所知晓(这个发现常归功于卡西尼,或是17世纪的Robert Hooke)。大红斑是个长25,000千米,跨度12,000千米的椭圆,总以容纳两个地球。其他较小一些的斑点也已被看到了数十年了。红外线的观察加上对它自转趋势的推导显示大红斑是一个高压区,那里的云层顶端比周围地区特别高,也特别冷。类似的情况在土星和海王星上也有。目前还不清楚为什么这类结构能持续那么长的一段时间。
木星向外辐射能量,比起从太阳处收到的来说要多。木星内部很热:内核处可能高达20,000开。该热量的产量是由开尔文-赫尔姆霍兹原理生成的(行星的慢速重力压缩)。(木星并不是像太阳那样由核反应产生能量,它太小因而内部温度不够引起核反应的条件。)这些内部产生的热量可能很大地引发了木星液体层的对流,并引起了我们所见到的云顶的复杂移动过程。土星与海王星在这方面与木星类似,奇怪的是,天王星则不。
木星与气态行星所能达到的最大直径一致。如果组成又有所增加,它将因重力而被压缩,使得全球半径只稍微增加一点儿。一颗恒星变大只能是因为内部的热源(核能)关系,但木星要变成恒星的话,质量起码要再变大80倍。
木星有一个巨型磁场,比地球的大得多,磁层向外延伸超过6.5e7千米(超过了土星的轨道!)。(小记:木星的磁层并非球状,它只是朝太阳的方向延伸。)这样一来木星的卫星便始终处在木星的磁层中,由此产生的一些情况在木卫一上有了部分解释。不幸的是,对于未来太空行走者及全身心投入旅行者号和伽利略号设计的专家来说,木星的磁场在附近的环境捕获的高能量粒子将是一个大障碍。这类“辐射”类似于,不过大大强烈于,地球的电离层带的情况。它将马上对未受保护的人类产生致命的影响。
伽利略号号飞行器对木星大气的探测发现在木星光环和最外层大气层之间另存在了一个强辐射带,大致相当于电离层辐射带的十倍强。惊人的是,新发现的带中含有来自不知何方的高能量氦离子。
木星有一个同土星般的光环,不过又小又微弱。它们的发现纯属意料之外,只是由于两个旅行者1号的科学家一再坚持航行10亿千米后,应该去看一下是否有光环存在。其他人都认为发现光环的可能性为零,但事实上它们是存在的。这两个科学家想出的真是一条妙计啊。它们后来被地面上的望远镜拍
九大行星
在2006年8月24日于布拉格举行的第26界国际天文联会中通过的第5号决议中,冥王星被划为矮行星,并命名为小行星134340号,从太阳系九大行星中被除名。所以现在太阳系只有八大行星。文中所有涉及“九大行星”的都已改为“八大行星”。
水星
水星最接近太阳,是太阳系中第二小行星。水星在直径上小于木卫三和土卫六,但它更重。
公转轨道: 距太阳 57,910,000 千米 (0.38 天文单位)
行星直径: 4,880 千米
质量: 3.30e23 千克
在古罗马神话中水星是商业、旅行和偷窃之神,即古希腊神话中的赫耳墨斯,为众神传信的神,或许由于水星在空中移动得快,才使它得到这个名字。
早在公元前3000年的苏美尔时代,人们便发现了水星,古希腊人赋于它两个名字:当它初现于清晨时称为阿波罗,当它闪烁于夜空时称为赫耳墨斯。不过,古希腊天文学家们知道这两个名字实际上指的是同一颗星星,赫拉克赖脱(公元前5世纪之希腊哲学家)甚至认为水星与金星并非环绕地球,而是环绕着太阳在运行。
仅有水手10号探测器于1973年和1974年三次造访水星。它仅仅勘测了水星表面的45%(并且很不幸运,由于水星太靠近太阳,以致于哈博望远镜无法对它进行安全的摄像)。
水星的轨道偏离正圆程度很大,近日点距太阳仅四千六百万千米,远日点却有7千万千米,在轨道的近日点它以十分缓慢的速度按岁差围绕太阳向前运行(岁差:地轴进动引起春分点向西缓慢运行,速度每年0.2",约25800年运行一周,使回归年比恒星年短的现象。分日岁差和行星岁差两种,后者是由行星引力产生的黄道面变动引起的。)在十九世纪,天文学家们对水星的轨道半径进行了非常仔细的观察,但无法运用牛顿力学对此作出适当的解释。存在于实际观察到的值与预告值之间的细微差异是一个次要(每千年相差七分之一度)但困扰了天文学家们数十年的问题。有人认为在靠近水星的轨道上存在着另一颗行星(有时被称作Vulcan,“祝融星”),由此来解释这种差异,结果最终的答案颇有戏剧性:爱因斯坦的广义相对论。在人们接受认可此理论的早期,水星运行的正确预告是一个十分重要的因素。(水星因太阳的引力场而绕其公转,而太阳引力场极其巨大,据广义相对论观点,质量产生引力场,引力场又可看成质量,所以巨引力场可看作质量,产生小引力场,使其公转轨道偏离。类似于电磁波的发散,变化的磁场产生电场,变化的电场产生磁场,传向远方。--译注)
在1962年前,人们一直认为水星自转一周与公转一周的时间是相同的,从而使面对太阳的那一面恒定不变。这与月球总是以相同的半面朝向地球很相似。但在1965年,通过多普勒雷达的观察发现这种理论是错误的。现在我们已得知水星在公转二周的同时自转三周,水星是太阳系中目前唯一已知的公转周期与自转周期共动比率不是1:1的天体。
水星上的温差是整个太阳系中最大的,温度变化的范围为90开到700开。相比之下,金星的温度略高些,但更为稳定。
水星在许多方面与月球相似,它的表面有许多陨石坑而且十分古老;它也没有板块运动。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)。水星是太阳系中仅次于地球,密度第二大的天体。事实上地球的密度高部分源于万有引力的压缩;或非如此,水星的密度将大于地球,这表明水星的铁质核心比地球的相对要大些,很有可能构成了行星的大部分。因此,相对而言,水星仅有一圈薄薄的硅酸盐地幔和地壳。
巨大的铁质核心半径为1800到1900千米,是水星内部的支配者。而硅酸盐外壳仅有500到600千米厚,至少有一部分核心大概成熔融状。
事实上水星的大气很稀薄,由太阳风带来的被破坏的原子构成。水星温度如此之高,使得这些原子迅速地散逸至太空中,这样与地球和金星稳定的大气相比,水星的大气频繁地被补充更换。
水星的表面表现出巨大的急斜面,有些达到几百千米长,三千米高。有些横处于环形山的外环处,而另一些急斜面的面貌表明他们是受压缩而形成的。据估计,水星表面收缩了大约0.1%(或在星球半径上递减了大约1千米)。
水星上最大的地貌特征之一是Caloris 盆地,直径约为1300千米,人们认为它与月球上最大的盆地Maria相似。如同月球的盆地,Caloris盆地很有可能形成于太阳系早期的大碰撞中,那次碰撞大概同时造成了星球另一面正对盆地处奇特的地形。
除了布满陨石坑的地形,水星也有相对平坦的平原,有些也许是古代火山运动的结果,但另一些大概是陨石所形成的喷出物沉积的结果。
水星有一个小型磁场,磁场强度约为地球的1%。
至今未发现水星有卫星。
通常通过双筒望远镜甚至直接用肉眼便可观察到水星,但它总是十分靠近太阳,在曙暮光中难以看到。Mike Harvey的行星寻找图表指出此时水星在天空中的位置(及其他行星的位置),再由“星光灿烂”这个天象程序作更多更细致的定制。
金星
金星是离太阳第二近,太阳系中第六大行星。在所有行星中,金星的轨道最接近圆,偏差不到1%。
轨道半径: 距太阳 108,200,000 千米 (0.72 天文单位)
行星直径: 12,103.6 千米
质量: 4.869e24 千克
金星 (希腊语: 阿佛洛狄特;巴比伦语: Ishtar)是美和爱的女神,之所以会如此命名,也许是对古代人来说,它是已知行星中最亮的一颗。(也有一些异议,认为金星的命名是因为金星的表面如同女性的外貌。)
金星在史前就已被人所知晓。除了太阳与月亮外,它是最亮的一颗。就像水星,它通常被认为是两个独立的星构成的:晨星叫Eosphorus,晚星叫Hesperus,希腊天文学家更了解这一点。
既然金星是一颗内层行星,从地球用望远镜观察它的话,会发现它有位相变化。伽利略对此现象的观察是赞成哥白尼的有关太阳系的太阳中心说的重要证据。
第一艘访问金星的飞行器是1962年的水手2号。随后,它又陆续被其他飞行器:金星先锋号,苏联尊严7号(第一艘在其他行星上着陆的飞船)、尊严9号(第一次返回金星表面照片[左图])访问(迄今已总共至少20次)。最近,美国轨道飞行器Magellan成功地用雷达产生了金星表面地图。
金星的自转非常不同寻常,一方面它很慢(金星日相当于243个地球日,比金星年稍长一些),另一方面它是倒转的。另外,金星自转周期又与它的轨道周期同步,所以当它与地球达到最近点时,金星朝地球的一面总是固定的。这是不是共鸣效果或只是一个巧合就不得而知了。
金星有时被誉为地球的姐妹星,在有些方面它们非常相像:
-- 金星比地球略微小一些(95%的地球直径,80%的地球质量)。
-- 在相对年轻的表面都有一些环形山口。
-- 它们的密度与化学组成都十分类似。
由于这些相似点,有时认为在它厚厚的云层下面金星可能与地球非常相像,可能有生命的存在。但是不幸的是,许多有关金星的深层次研究表明,在许多方面金星与地球有本质的不同。
金星的大气压力为90个标准大气压(相当于地球海洋深1千米处的压力),大气大多由二氧化碳组成,也有几层由硫酸组成的厚数千米的云层。这些云层挡住了我们对金星表面的观察,使得它看来非常模糊。这稠密的大气也产生了温室效应,使金星表面温度上升400度,超过了740开(总以使铅条熔化)。金星表面自然比水星表面热,虽然金星比水星离太阳要远两倍。
云层顶端有强风,大约每小时350千米,但表面风速却很慢,每小时几千米不到。
地球
地球是距太阳第三颗,也是第五大行星:
轨道半径: 149,600,000 千米 (离太阳1.00 天文单位)
行星直径: 12,756.3 千米
质量: 5.9736e24 千克
地球是唯一一个不是从希腊或罗马神话中得到的名字。Earth一词来自于古英语及日耳曼语。这里当然有许多其他语言的命名。在罗马神话中,地球女神叫Tellus-肥沃的土地(希腊语:Gaia, 大地母亲)
直到16世纪哥白尼时代人们才明白地球只是一颗行星。
地球,当然不需要飞行器即可被观测,然而我们直到二十世纪才有了整个行星的地图。由空间拍到的图片应具有合理的重要性;举例来说,它们大大帮助了气象预报及暴风雨跟踪预报。它们真是与众不同的漂亮啊!
地球由于不同的化学成分与地震性质被分为不同的岩层(深度-千米):
0- 40 地壳
40- 400 Upper mantle - 上地幔
400- 650 Transition region - 过渡区域
650-2700 Lower mantle - 下地幔
2700-2890 D'' layer - D"层
2890-5150 Outer core - 外核
5150-6378 Inner core - 内核
地壳的厚度不同,海洋处较薄,大洲下较厚。内核与地壳为实体;外核与地幔层为流体。不同的层由不连续断面分割开,这由地震数据得到;其中最有名的有数地壳与上地幔间的莫霍面-不连续断面了。
地球的大部分质量集中在地幔,剩下的大部分在地核;我们所居住的只是整体的一个小部分(下列数值×10e24千克):
大气 = 0.0000051
海洋 = 0.0014
地壳 = 0.026
地幔 = 4.043
外地核 = 1.835
内地核 = 0.09675
地核可能大多由铁构成(或镍/铁),虽然也有可能是一些较轻的物质。地核中心的温度可能高达7500K,比太阳表面还热;下地幔可能由硅,镁,氧和一些铁,钙,铝构成;上地幔大多由olivene,pyroxene(铁/镁硅酸盐),钙,铝构成。我们知道这些金属都来自于地震;上地幔的样本到达了地表,就像火山喷出岩浆,但地球的大部分还是难以接近的。地壳主要由石英(硅的氧化物)和类长石的其他硅酸盐构成。就整体看,地球的化学元素组成为:
34.6% 铁
29.5% 氧
15.2% 硅
12.7% 镁
2.4% 镍
1.9% 硫
0.05% 钛
地球是太阳系中密度最大的星体。
其他的类地行星可能也有相似的结构与物质组成,当然也有一些区别:月球至少有一个小内核;水星有一个超大内核(相当于它的直径);火星与月球的地幔要厚得多;月球与水星可能没有由不同化学元素构成的地壳;地球可能是唯一一颗有内核与外核的类地行星。值得注意的是,我们的有关行星内部构造的理论只是适用于地球。
不像其他类地行星,地球的地壳由几个实体板块构成,各自在热地幔上漂浮。理论上称它为板块说。它被描绘为具有两个过程:扩大和缩小。扩大发生在两个板块互相远离,下面涌上来的岩浆形成新地壳时。缩小发生在两个板块相互碰撞,其中一个的边缘部份伸入了另一个的下面,在炽热的地幔中受热而被破坏。在板块分界处有许多断层(比如加利福尼亚的San Andreas断层),大洲板块间也有碰撞(如印度洋板块与亚欧板块)。目前有八大板块:
北美洲板块 - 北美洲,西北大西洋及格陵兰岛
南美洲板块 - 南美洲及西南大西洋
南极洲板块 - 南极洲及沿海
亚欧板块 - 东北大西洋,欧洲及除印度外的亚洲
非洲板块 - 非洲,东南大西洋及西印度洋
印度与澳洲板块 - 印度,澳大利亚,新西兰及大部分印度洋
Nazca板块 - 东太平洋及毗连南美部分地区
太平洋板块 - 大部分太平洋(及加利福尼亚南岸)
还有超过廿个小板块,如阿拉伯,菲律宾板块。地震经常在这些板块交界处发生。绘成图使得更容易地看清板块边界。
地球的表面十分年轻。在50亿年的短周期中(天文学标准),不断重复着侵蚀与构造的过程,地球的大部分表面被一次又一次地形成和破坏,这样一来,除去了大部分原始的地理痕迹(比如星体撞击产生的火山口)。这样一来,地球上早期历史都被清除了。地球至今已存在了45到46亿年,但已知的最古老的石头只有40亿年,连超过30亿年的石头都屈指可数。最早的生物化石则小于39亿年。没有任何确定的记录表明生命真正开始的时刻。
71%的地球表面为水所覆盖。地球是行星中唯一一颗能在表面存在有液态水(虽然在土卫六的表面存在有液态乙烷与甲烷,木卫二的地下有液态水)。我们知道,液态水是生命存在的重要条件。海洋的热容量也是保持地球气温相对稳定的重要条件。液态水也造成了地表侵蚀及大洲气候的多样化,目前这是在太阳系中独一无二的过程(很早以前,火星上也许也有这种情况)。
地球的大气由77%的氮,21%氧,微量的氩、二氧化碳和水组成。地球初步形成时,大气中可能存在大量的二氧化碳,但是几乎都被组合成了碳酸盐岩石,少部分溶入了海洋或给活着的植物消耗了。现在板块构造与生物活动维持了大气中二氧化碳到其他场所再返回的不停流动。大气中稳定存在的少量二氧化碳通过温室效应对维持地表气温有极其深远的重要性。温室效应使平均表面气温提高了35摄氏度(从冻人的-21℃升到了适人的14℃);没有它海洋将会结冰,而生命将不可能存在。
丰富的氧气的存在从化学观点看是很值得注意的。氧气是很活泼的气体,一般环境下易和其他物质快速结合。地球大气中的氧的产生和维持由生物活动完成。没有生命就没有充足的氧气。
地球与月球的交互作用使地球的自转每世纪减缓了2毫秒。当前的调查显示出大约在9亿年前,一年有481天又18小时。
火星
火星为距太阳第四远,也是太阳系中第七大行星:
公转轨道: 离太阳227,940,000 千米 (1.52 天文单位)
行星直径: 6,794 千米
质量: 6.4219e23 千克
火星(希腊语: 阿瑞斯)被称为战神。这或许是由于它鲜红的颜色而得来的;火星有时被称为“红色行生”。(趣记:在希腊人之前,古罗马人曾把火星人微言轻农耕之神来供奉。而好侵略扩张的希腊人却把火星作为战争的象征)而三月份的名字也是得自于火星。
火星在史前时代就已经为人类所知。由于它被认为是太阳系中人类最好的住所(除地球外),它受到科幻小说家们的喜爱。但可惜的是那条著名的被Lowell“看见”的“运河”以及其他一些什么的,都只是如Barsoomian公主们一样是虚构的。
第一次对火星的探测是由水手4号飞行器在1965年进行的。人们接连又作了几次尝试,包括1976年的两艘海盗号飞行器。此后,经过长达20年的间隙,在1997年的七月四日,火星探路者号终于成功地登上火星。
火星的轨道是显著的椭圆形。因此,在接受太阳照射的地方,近日点和远日点之间的温差将近30摄氏度。这对火星的气候产生巨大的影响。火星上的平均温度大约为218K(-55℃,-67华氏度),但却具有从冬天的140K(-133℃,-207华氏度)到夏日白天的将近300K(27℃,80华氏度)的跨度。尽管火星比地球小得多,但它的表面积却相当于地球表面的陆地面积。
除地球,火星是具有最多各种有趣地形的固态表面行星。其中不乏一些壮观的地形:
- 奥林匹斯山脉: 它在地表上的高度有24千米(78000英尺),是太阳系中最大的山脉。它的基座直径超过500千米,并由一座高达6千米(20000英尺)的悬崖环绕着;
- Tharsis: 火星表面的一个巨大凸起,有大约4000千米宽,10千米高;
- Valles Marineris: 深2至7千米,长为4000千米的峡谷群;
- Hellas Planitia: 处于南半球,6000多米深,直径为2000千米的冲击环形山。
火星的表面有很多年代已久的环形山。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,有着与月球上相似的曲型的环状高地。相反的,它的北半球大多由新近形成的低平的平原组成。这些平原的形成过程十分复杂。南北边界上出现几千米的巨大高度变化。形成南北地势巨大差异以及边界地区高度剧变的原因还不得而知(有人推测这是由于火星外层物增加的一瞬间产生的巨大作用力所形成的)。最近,一些科学家开始怀疑那些陡峭的高山是否在它原先的地方。这个疑点将由“火星全球勘测员”来解决。
火星的内部情况只是依靠它的表面情况资料和有关的大量数据来推断的。一般认为它的核心是半径为1700千米的高密度物质组成;外包一层熔岩,它比地球的地幔更稠些;最外层是一层薄薄的外壳。相对于其他固态行星而言,火星的密度较低,这表明,火星核中的铁(镁和硫化铁)可能含带较多的硫。
如同水星和月球,火星也缺乏活跃的板块运动;没有迹象表明火星发生过能造成像地球般如此多褶皱山系的地壳平移活动。由于没有横向的移动,在地壳下的巨热地带相对于地面处于静止状态。再加之地面的轻微引力,造成了Tharis凸起和巨大的火山。但是,人们却未发现火山最近有过活动的迹象。虽然,火星可能曾发生过很多火山运动,可它看来从未有过任何板块运动。
火星上曾有过洪水,地面上也有一些小河道,十分清楚地证明了许多地方曾受到侵蚀。在过去,火星表面存在过干净的水,甚至可能有过大湖和海洋。但是这些东西看来只存在很短的时间,而且据估计距今也有大约四十亿年了。(Valles Marneris不是由流水通过而形成的。它是由于外壳的伸展和撞击,伴随着Tharsis凸起而生成的)。
在火星的早期,它与地球十分相似。像地球一样,火星上几乎所有的二氧化碳都被转化为含碳的岩石。但由于缺少地球的板块运动,火星无法使二氧化碳再次循环到它的大气中,从而无法产生意义重大的温室效应。因此,即使把它拉到与地球距太阳同等距离的位置,火星表面的温度仍比地球上的冷得多。
火星的那层薄薄的大气主要是由余留下的二氧化碳(95.3%)加上氮气(2.7%)、氩气(1.6%)和微量的氧气(0.15%)和水汽(0.03%)组成的。火星表面的平均大气压强仅为大约7毫巴(比地球上的1%还小),但它随着高度的变化而变化,在盆地的最深处可高达9毫巴,而在Olympus Mons的顶端却只有1毫巴。但是它也足以支持偶尔整月席卷整颗行星的飓风和大风暴。火星那层薄薄的大气层虽然也能制造温室效应,但那些仅能提高其表面5K的温度,比我们所知道的金星和地球的少得多。
火星的两极永久地被固态二氧化碳(干冰)覆盖着。这个冰罩的结构是层叠式的,它是由冰层与变化着的二氧化碳层轮流叠加而成。在北部的夏天,二氧化碳完全升华,留下剩余的冰水层。由于南部的二氧化碳从没有完全消失过,所以我们无法知道在南部的冰层下是否也存在着冰水层。这种现象的原因还不知道,但或许是由于火星赤道面与其运行轨道之间的夹角的长期变化引起气候的变化造成的。或许在火星表面下较深处也有水存在。这种因季节变化而产生的两极覆盖层的变化使火星的气压改变了25%左右(由海盗号测量出)。
但是最近通过哈博望远镜的观察却表明海盗号当时勘测时的环境并非是典型的情况。火星的大气现在似乎比海盗号勘测出的更冷、更干了(详细情况请看来自STScI站点)。
海盗号尝试过作实验去决定火星上是否有生命,结果是否定的。但乐观派们指出,只有两个小样本是合格的,并且又并非来自最好的地方。以后的火星探索者们将继续更多的实验。
火星的卫星
火星有两个小型的近地面卫星。
卫星 距离(千米) 半径(千米) 质量(千克) 发现者 发现日期
火卫一 9000 11 1.08e16 Hall 1877
火卫二 23000 6 1.80e15 Hall 1877
木星
木星是离太阳第五颗行星,而且是最大的一颗,比所有其他的行星的合质量大2倍(地球的318倍)。
公转轨道: 距太阳 778,330,000 千米 (5.20 天文单位)
行星直径: 142,984 千米 (赤道)
质量: 1.900e27 千克
木星(a.k.a. Jove; 希腊人称之为 宙斯)是上帝之王,奥林匹斯山的统治者和罗马国的保护人,它是Cronus(土星)的儿子。
木星是天空中第四亮的物体(次于太阳,月球和金星;有时候火星更亮一些),早在史前木星就已被人类所知晓。根据伽利略1610年对木星四颗卫星:木卫一,木卫二,木卫三和木卫四(现常被称作伽利略卫星)的观察,它们是不以地球为中心运转的第一个发现,也是赞同哥白尼的日心说的有关行星运动的主要依据;由于伽利略直言不讳地支持哥白尼的理论而被宗教裁判所逮捕,并被强迫放弃自己的信仰,关在监狱中度过了余生。
木星在1973年被先锋10号首次拜访,后来又陆续被先锋11号,旅行者1号,旅行者2号和Ulysses号考查。目前,伽利略号飞行器正在环绕木星运行,并将在以后的两年中不断发回它的有关数据。
气态行星没有实体表面,它们的气态物质密度只是由深度的变大而不断加大(我们从它们表面相当于1个大气压处开始算它们的半径和直径)。我们所看到的通常是大气中云层的顶端,压强比1个大气压略高。
木星由90%的氢和10%的氦(原子数之比, 75/25%的质量比)及微量的甲烷、水、氨水和“石头”组成。这与形成整个太阳系的原始的太阳系星云的组成十分相似。土星有一个类似的组成,但天王星与海王星的组成中,氢和氦的量就少一些了。
木星可能有一个石质的内核,相当于10-15个地球的质量。
内核上则是大部分的行星物质集结地,以液态金属氢的形式存在。这些木星上最普通的形式基础可能只在40亿巴压强下才存在,木星内部就是这种环境(土星也是)。液态金属氢由离子化的质子与电子组成(类似于太阳的内部,不过温度低多了)。在木星内部的温度压强下,氢气是液态的,而非气态,这使它成为了木星磁场的电子指挥者与根源。同样在这一层也可能含有一些氦和微量的“冰”。
最外层主要由普通的氢气与氦气分子组成,它们在内部是液体,而在较外部则气体化了,我们所能看到的就是这深邃的一层的较高处。水、二氧化碳、甲烷及其他一些简单气体分子在此处也有一点儿。
云层的三个明显分层中被认为存在着氨冰,铵水硫化物和冰水混合物。然而,来自伽利略号的证明的初步结果表明云层中这些物质极其稀少(一个仪器看来已检测了最外层,另一个同时可能已检测了第二外层)。但这次证明的地表位置十分不同寻常(左图)--基于地球的望远镜观察及更多的来自伽利略号轨道飞船的最近观察提示这次证明所选的区域很可能是那时候木星表面最温暖又是云层最少的地区。
木星和其他气态行星表面有高速飓风,并被限制在狭小的纬度范围内,在连近纬度的风吹的方向又与其相反。这些带中轻微的化学成分与温度变化造成了多彩的地表带,支配着行星的外貌。光亮的表面带被称作区(zones),暗的叫作带(belts)。这些木星上的带子很早就被人们知道了,但带子边界地带的漩涡则由旅行者号飞船第一次发现。伽利略号飞船发回的数据表明表面风速比预料的快得多(大于400英里每小时),并延伸到根所能观察到的一样深的地方,大约向内延伸有数千千米。木星的大气层也被发现相当紊乱,这表明由于它内部的热量使得飓风在大部分急速运动,不像地球只从太阳处获取热量。
木星表面云层的多彩可能是由大气中化学成分的微妙差异及其作用造成的,可能其中混入了硫的混合物,造就了五彩缤纷的视觉效果,但是其详情仍无法知晓。
色彩的变化与云层的高度有关:最低处为蓝色,跟着是棕色与白色,最高处为红色。我们通过高处云层的洞才能看到低处的云层。
木星表面的大红斑早在300年前就被地球上的观察所知晓(这个发现常归功于卡西尼,或是17世纪的Robert Hooke)。大红斑是个长25,000千米,跨度12,000千米的椭圆,总以容纳两个地球。其他较小一些的斑点也已被看到了数十年了。红外线的观察加上对它自转趋势的推导显示大红斑是一个高压区,那里的云层顶端比周围地区特别高,也特别冷。类似的情况在土星和海王星上也有。目前还不清楚为什么这类结构能持续那么长的一段时间。
木星向外辐射能量,比起从太阳处收到的来说要多。木星内部很热:内核处可能高达20,000开。该热量的产量是由开尔文-赫尔姆霍兹原理生成的(行星的慢速重力压缩)。(木星并不是像太阳那样由核反应产生能量,它太小因而内部温度不够引起核反应的条件。)这些内部产生的热量可能很大地引发了木星液体层的对流,并引起了我们所见到的云顶的复杂移动过程。土星与海王星在这方面与木星类似,奇怪的是,天王星则不。
木星与气态行星所能达到的最大直径一致。如果组成又有所增加,它将因重力而被压缩,使得全球半径只稍微增加一点儿。一颗恒星变大只能是因为内部的热源(核能)关系,但木星要变成恒星的话,质量起码要再变大80倍。
木星有一个巨型磁场,比地球的大得多,磁层向外延伸超过6.5e7千米(超过了土星的轨道!)。(小记:木星的磁层并非球状,它只是朝太阳的方向延伸。)这样一来木星的卫星便始终处在木星的磁层中,由此产生的一些情况在木卫一上有了部分解释。不幸的是,对于未来太空行走者及全身心投入旅行者号和伽利略号设计的专家来说,木星的磁场在附近的环境捕获的高能量粒子将是一个大障碍。这类“辐射”类似于,不过大大强烈于,地球的电离层带的情况。它将马上对未受保护的人类产生致命的影响。
伽利略号号飞行器对木星大气的探测发现在木星光环和最外层大气层之间另存在了一个强辐射带,大致相当于电离层辐射带的十倍强。惊人的是,新发现的带中含有来自不知何方的高能量氦离子。
木星有一个同土星般的光环,不过又小又微弱。它们的发现纯属意料之外,只是由于两个旅行者1号的科学家一再坚持航行10亿千米后,应该去看一下是否有光环存在。其他人都认为发现光环的可能性为零,但事实上它们是存在的。这两个科学家想出的真是一条妙计啊。它们后来被地面上的望远镜拍
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在2006年8月24日于布拉格举行的第26界国际天文联会中通过的第5号决议中,冥王星被划为矮行星,并命名为小行星134340号,从太阳系九大行星中被除名。所以现在太阳系只有八大行星。文中所有涉及“九大行星”的都已改为“八大行星”。
水星
水星最接近太阳,是太阳系中第二小行星。水星在直径上小于木卫三和土卫六,但它更重。
公转轨道: 距太阳 57,910,000 千米 (0.38 天文单位)
行星直径: 4,880 千米
质量: 3.30e23 千克
在古罗马神话中水星是商业、旅行和偷窃之神,即古希腊神话中的赫耳墨斯,为众神传信的神,或许由于水星在空中移动得快,才使它得到这个名字。
早在公元前3000年的苏美尔时代,人们便发现了水星,古希腊人赋于它两个名字:当它初现于清晨时称为阿波罗,当它闪烁于夜空时称为赫耳墨斯。不过,古希腊天文学家们知道这两个名字实际上指的是同一颗星星,赫拉克赖脱(公元前5世纪之希腊哲学家)甚至认为水星与金星并非环绕地球,而是环绕着太阳在运行。
仅有水手10号探测器于1973年和1974年三次造访水星。它仅仅勘测了水星表面的45%(并且很不幸运,由于水星太靠近太阳,以致于哈博望远镜无法对它进行安全的摄像)。
水星的轨道偏离正圆程度很大,近日点距太阳仅四千六百万千米,远日点却有7千万千米,在轨道的近日点它以十分缓慢的速度按岁差围绕太阳向前运行(岁差:地轴进动引起春分点向西缓慢运行,速度每年0.2",约25800年运行一周,使回归年比恒星年短的现象。分日岁差和行星岁差两种,后者是由行星引力产生的黄道面变动引起的。)在十九世纪,天文学家们对水星的轨道半径进行了非常仔细的观察,但无法运用牛顿力学对此作出适当的解释。存在于实际观察到的值与预告值之间的细微差异是一个次要(每千年相差七分之一度)但困扰了天文学家们数十年的问题。有人认为在靠近水星的轨道上存在着另一颗行星(有时被称作Vulcan,“祝融星”),由此来解释这种差异,结果最终的答案颇有戏剧性:爱因斯坦的广义相对论。在人们接受认可此理论的早期,水星运行的正确预告是一个十分重要的因素。(水星因太阳的引力场而绕其公转,而太阳引力场极其巨大,据广义相对论观点,质量产生引力场,引力场又可看成质量,所以巨引力场可看作质量,产生小引力场,使其公转轨道偏离。类似于电磁波的发散,变化的磁场产生电场,变化的电场产生磁场,传向远方。--译注)
在1962年前,人们一直认为水星自转一周与公转一周的时间是相同的,从而使面对太阳的那一面恒定不变。这与月球总是以相同的半面朝向地球很相似。但在1965年,通过多普勒雷达的观察发现这种理论是错误的。现在我们已得知水星在公转二周的同时自转三周,水星是太阳系中目前唯一已知的公转周期与自转周期共动比率不是1:1的天体。
水星上的温差是整个太阳系中最大的,温度变化的范围为90开到700开。相比之下,金星的温度略高些,但更为稳定。
水星在许多方面与月球相似,它的表面有许多陨石坑而且十分古老;它也没有板块运动。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)。水星是太阳系中仅次于地球,密度第二大的天体。事实上地球的密度高部分源于万有引力的压缩;或非如此,水星的密度将大于地球,这表明水星的铁质核心比地球的相对要大些,很有可能构成了行星的大部分。因此,相对而言,水星仅有一圈薄薄的硅酸盐地幔和地壳。
巨大的铁质核心半径为1800到1900千米,是水星内部的支配者。而硅酸盐外壳仅有500到600千米厚,至少有一部分核心大概成熔融状。
事实上水星的大气很稀薄,由太阳风带来的被破坏的原子构成。水星温度如此之高,使得这些原子迅速地散逸至太空中,这样与地球和金星稳定的大气相比,水星的大气频繁地被补充更换。
水星的表面表现出巨大的急斜面,有些达到几百千米长,三千米高。有些横处于环形山的外环处,而另一些急斜面的面貌表明他们是受压缩而形成的。据估计,水星表面收缩了大约0.1%(或在星球半径上递减了大约1千米)。
水星上最大的地貌特征之一是Caloris 盆地,直径约为1300千米,人们认为它与月球上最大的盆地Maria相似。如同月球的盆地,Caloris盆地很有可能形成于太阳系早期的大碰撞中,那次碰撞大概同时造成了星球另一面正对盆地处奇特的地形。
除了布满陨石坑的地形,水星也有相对平坦的平原,有些也许是古代火山运动的结果,但另一些大概是陨石所形成的喷出物沉积的结果。
水星有一个小型磁场,磁场强度约为地球的1%。
至今未发现水星有卫星。
通常通过双筒望远镜甚至直接用肉眼便可观察到水星,但它总是十分靠近太阳,在曙暮光中难以看到。Mike Harvey的行星寻找图表指出此时水星在天空中的位置(及其他行星的位置),再由“星光灿烂”这个天象程序作更多更细致的定制。
金星
金星是离太阳第二近,太阳系中第六大行星。在所有行星中,金星的轨道最接近圆,偏差不到1%。
轨道半径: 距太阳 108,200,000 千米 (0.72 天文单位)
行星直径: 12,103.6 千米
质量: 4.869e24 千克
金星 (希腊语: 阿佛洛狄特;巴比伦语: Ishtar)是美和爱的女神,之所以会如此命名,也许是对古代人来说,它是已知行星中最亮的一颗。(也有一些异议,认为金星的命名是因为金星的表面如同女性的外貌。)
金星在史前就已被人所知晓。除了太阳与月亮外,它是最亮的一颗。就像水星,它通常被认为是两个独立的星构成的:晨星叫Eosphorus,晚星叫Hesperus,希腊天文学家更了解这一点。
既然金星是一颗内层行星,从地球用望远镜观察它的话,会发现它有位相变化。伽利略对此现象的观察是赞成哥白尼的有关太阳系的太阳中心说的重要证据。
第一艘访问金星的飞行器是1962年的水手2号。随后,它又陆续被其他飞行器:金星先锋号,苏联尊严7号(第一艘在其他行星上着陆的飞船)、尊严9号(第一次返回金星表面照片[左图])访问(迄今已总共至少20次)。最近,美国轨道飞行器Magellan成功地用雷达产生了金星表面地图。
金星的自转非常不同寻常,一方面它很慢(金星日相当于243个地球日,比金星年稍长一些),另一方面它是倒转的。另外,金星自转周期又与它的轨道周期同步,所以当它与地球达到最近点时,金星朝地球的一面总是固定的。这是不是共鸣效果或只是一个巧合就不得而知了。
金星有时被誉为地球的姐妹星,在有些方面它们非常相像:
-- 金星比地球略微小一些(95%的地球直径,80%的地球质量)。
-- 在相对年轻的表面都有一些环形山口。
-- 它们的密度与化学组成都十分类似。
由于这些相似点,有时认为在它厚厚的云层下面金星可能与地球非常相像,可能有生命的存在。但是不幸的是,许多有关金星的深层次研究表明,在许多方面金星与地球有本质的不同。
金星的大气压力为90个标准大气压(相当于地球海洋深1千米处的压力),大气大多由二氧化碳组成,也有几层由硫酸组成的厚数千米的云层。这些云层挡住了我们对金星表面的观察,使得它看来非常模糊。这稠密的大气也产生了温室效应,使金星表面温度上升400度,超过了740开(总以使铅条熔化)。金星表面自然比水星表面热,虽然金星比水星离太阳要远两倍。
云层顶端有强风,大约每小时350千米,但表面风速却很慢,每小时几千米不到。
地球
地球是距太阳第三颗,也是第五大行星:
轨道半径: 149,600,000 千米 (离太阳1.00 天文单位)
行星直径: 12,756.3 千米
质量: 5.9736e24 千克
地球是唯一一个不是从希腊或罗马神话中得到的名字。Earth一词来自于古英语及日耳曼语。这里当然有许多其他语言的命名。在罗马神话中,地球女神叫Tellus-肥沃的土地(希腊语:Gaia, 大地母亲)
直到16世纪哥白尼时代人们才明白地球只是一颗行星。
地球,当然不需要飞行器即可被观测,然而我们直到二十世纪才有了整个行星的地图。由空间拍到的图片应具有合理的重要性;举例来说,它们大大帮助了气象预报及暴风雨跟踪预报。它们真是与众不同的漂亮啊!
地球由于不同的化学成分与地震性质被分为不同的岩层(深度-千米):
0- 40 地壳
40- 400 Upper mantle - 上地幔
400- 650 Transition region - 过渡区域
650-2700 Lower mantle - 下地幔
2700-2890 D'' layer - D"层
2890-5150 Outer core - 外核
5150-6378 Inner core - 内核
地壳的厚度不同,海洋处较薄,大洲下较厚。内核与地壳为实体;外核与地幔层为流体。不同的层由不连续断面分割开,这由地震数据得到;其中最有名的有数地壳与上地幔间的莫霍面-不连续断面了。
地球的大部分质量集中在地幔,剩下的大部分在地核;我们所居住的只是整体的一个小部分(下列数值×10e24千克):
大气 = 0.0000051
海洋 = 0.0014
地壳 = 0.026
地幔 = 4.043
外地核 = 1.835
内地核 = 0.09675
地核可能大多由铁构成(或镍/铁),虽然也有可能是一些较轻的物质。地核中心的温度可能高达7500K,比太阳表面还热;下地幔可能由硅,镁,氧和一些铁,钙,铝构成;上地幔大多由olivene,pyroxene(铁/镁硅酸盐),钙,铝构成。我们知道这些金属都来自于地震;上地幔的样本到达了地表,就像火山喷出岩浆,但地球的大部分还是难以接近的。地壳主要由石英(硅的氧化物)和类长石的其他硅酸盐构成。就整体看,地球的化学元素组成为:
34.6% 铁
29.5% 氧
15.2% 硅
12.7% 镁
2.4% 镍
1.9% 硫
0.05% 钛
地球是太阳系中密度最大的星体。
其他的类地行星可能也有相似的结构与物质组成,当然也有一些区别:月球至少有一个小内核;水星有一个超大内核(相当于它的直径);火星与月球的地幔要厚得多;月球与水星可能没有由不同化学元素构成的地壳;地球可能是唯一一颗有内核与外核的类地行星。值得注意的是,我们的有关行星内部构造的理论只是适用于地球。
不像其他类地行星,地球的地壳由几个实体板块构成,各自在热地幔上漂浮。理论上称它为板块说。它被描绘为具有两个过程:扩大和缩小。扩大发生在两个板块互相远离,下面涌上来的岩浆形成新地壳时。缩小发生在两个板块相互碰撞,其中一个的边缘部份伸入了另一个的下面,在炽热的地幔中受热而被破坏。在板块分界处有许多断层(比如加利福尼亚的San Andreas断层),大洲板块间也有碰撞(如印度洋板块与亚欧板块)。目前有八大板块:
北美洲板块 - 北美洲,西北大西洋及格陵兰岛
南美洲板块 - 南美洲及西南大西洋
南极洲板块 - 南极洲及沿海
亚欧板块 - 东北大西洋,欧洲及除印度外的亚洲
非洲板块 - 非洲,东南大西洋及西印度洋
印度与澳洲板块 - 印度,澳大利亚,新西兰及大部分印度洋
Nazca板块 - 东太平洋及毗连南美部分地区
太平洋板块 - 大部分太平洋(及加利福尼亚南岸)
还有超过廿个小板块,如阿拉伯,菲律宾板块。地震经常在这些板块交界处发生。绘成图使得更容易地看清板块边界。
地球的表面十分年轻。在50亿年的短周期中(天文学标准),不断重复着侵蚀与构造的过程,地球的大部分表面被一次又一次地形成和破坏,这样一来,除去了大部分原始的地理痕迹(比如星体撞击产生的火山口)。这样一来,地球上早期历史都被清除了。地球至今已存在了45到46亿年,但已知的最古老的石头只有40亿年,连超过30亿年的石头都屈指可数。最早的生物化石则小于39亿年。没有任何确定的记录表明生命真正开始的时刻。
71%的地球表面为水所覆盖。地球是行星中唯一一颗能在表面存在有液态水(虽然在土卫六的表面存在有液态乙烷与甲烷,木卫二的地下有液态水)。我们知道,液态水是生命存在的重要条件。海洋的热容量也是保持地球气温相对稳定的重要条件。液态水也造成了地表侵蚀及大洲气候的多样化,目前这是在太阳系中独一无二的过程(很早以前,火星上也许也有这种情况)。
地球的大气由77%的氮,21%氧,微量的氩、二氧化碳和水组成。地球初步形成时,大气中可能存在大量的二氧化碳,但是几乎都被组合成了碳酸盐岩石,少部分溶入了海洋或给活着的植物消耗了。现在板块构造与生物活动维持了大气中二氧化碳到其他场所再返回的不停流动。大气中稳定存在的少量二氧化碳通过温室效应对维持地表气温有极其深远的重要性。温室效应使平均表面气温提高了35摄氏度(从冻人的-21℃升到了适人的14℃);没有它海洋将会结冰,而生命将不可能存在。
丰富的氧气的存在从化学观点看是很值得注意的。氧气是很活泼的气体,一般环境下易和其他物质快速结合。地球大气中的氧的产生和维持由生物活动完成。没有生命就没有充足的氧气。
地球与月球的交互作用使地球的自转每世纪减缓了2毫秒。当前的调查显示出大约在9亿年前,一年有481天又18小时。
火星
火星为距太阳第四远,也是太阳系中第七大行星:
公转轨道: 离太阳227,940,000 千米 (1.52 天文单位)
行星直径: 6,794 千米
质量: 6.4219e23 千克
火星(希腊语: 阿瑞斯)被称为战神。这或许是由于它鲜红的颜色而得来的;火星有时被称为“红色行生”。(趣记:在希腊人之前,古罗马人曾把火星人微言轻农耕之神来供奉。而好侵略扩张的希腊人却把火星作为战争的象征)而三月份的名字也是得自于火星。
火星在史前时代就已经为人类所知。由于它被认为是太阳系中人类最好的住所(除地球外),它受到科幻小说家们的喜爱。但可惜的是那条著名的被Lowell“看见”的“运河”以及其他一些什么的,都只是如Barsoomian公主们一样是虚构的。
第一次对火星的探测是由水手4号飞行器在1965年进行的。人们接连又作了几次尝试,包括1976年的两艘海盗号飞行器。此后,经过长达20年的间隙,在1997年的七月四日,火星探路者号终于成功地登上火星。
火星的轨道是显著的椭圆形。因此,在接受太阳照射的地方,近日点和远日点之间的温差将近30摄氏度。这对火星的气候产生巨大的影响。火星上的平均温度大约为218K(-55℃,-67华氏度),但却具有从冬天的140K(-133℃,-207华氏度)到夏日白天的将近300K(27℃,80华氏度)的跨度。尽管火星比地球小得多,但它的表面积却相当于地球表面的陆地面积。
除地球,火星是具有最多各种有趣地形的固态表面行星。其中不乏一些壮观的地形:
- 奥林匹斯山脉: 它在地表上的高度有24千米(78000英尺),是太阳系中最大的山脉。它的基座直径超过500千米,并由一座高达6千米(20000英尺)的悬崖环绕着;
- Tharsis: 火星表面的一个巨大凸起,有大约4000千米宽,10千米高;
- Valles Marineris: 深2至7千米,长为4000千米的峡谷群;
- Hellas Planitia: 处于南半球,6000多米深,直径为2000千米的冲击环形山。
火星的表面有很多年代已久的环形山。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,有着与月球上相似的曲型的环状高地。相反的,它的北半球大多由新近形成的低平的平原组成。这些平原的形成过程十分复杂。南北边界上出现几千米的巨大高度变化。形成南北地势巨大差异以及边界地区高度剧变的原因还不得而知(有人推测这是由于火星外层物增加的一瞬间产生的巨大作用力所形成的)。最近,一些科学家开始怀疑那些陡峭的高山是否在它原先的地方。这个疑点将由“火星全球勘测员”来解决。
火星的内部情况只是依靠它的表面情况资料和有关的大量数据来推断的。一般认为它的核心是半径为1700千米的高密度物质组成;外包一层熔岩,它比地球的地幔更稠些;最外层是一层薄薄的外壳。相对于其他固态行星而言,火星的密度较低,这表明,火星核中的铁(镁和硫化铁)可能含带较多的硫。
如同水星和月球,火星也缺乏活跃的板块运动;没有迹象表明火星发生过能造成像地球般如此多褶皱山系的地壳平移活动。由于没有横向的移动,在地壳下的巨热地带相对于地面处于静止状态。再加之地面的轻微引力,造成了Tharis凸起和巨大的火山。但是,人们却未发现火山最近有过活动的迹象。虽然,火星可能曾发生过很多火山运动,可它看来从未有过任何板块运动。
火星上曾有过洪水,地面上也有一些小河道,十分清楚地证明了许多地方曾受到侵蚀。在过去,火星表面存在过干净的水,甚至可能有过大湖和海洋。但是这些东西看来只存在很短的时间,而且据估计距今也有大约四十亿年了。(Valles Marneris不是由流水通过而形成的。它是由于外壳的伸展和撞击,伴随着Tharsis凸起而生成的)。
在火星的早期,它与地球十分相似。像地球一样,火星上几乎所有的二氧化碳都被转化为含碳的岩石。但由于缺少地球的板块运动,火星无法使二氧化碳再次循环到它的大气中,从而无法产生意义重大的温室效应。因此,即使把它拉到与地球距太阳同等距离的位置,火星表面的温度仍比地球上的冷得多。
火星的那层薄薄的大气主要是由余留下的二氧化碳(95.3%)加上氮气(2.7%)、氩气(1.6%)和微量的氧气(0.15%)和水汽(0.03%)组成的。火星表面的平均大气压强仅为大约7毫巴(比地球上的1%还小),但它随着高度的变化而变化,在盆地的最深处可高达9毫巴,而在Olympus Mons的顶端却只有1毫巴。但是它也足以支持偶尔整月席卷整颗行星的飓风和大风暴。火星那层薄薄的大气层虽然也能制造温室效应,但那些仅能提高其表面5K的温度,比我们所知道的金星和地球的少得多。
火星的两极永久地被固态二氧化碳(干冰)覆盖着。这个冰罩的结构是层叠式的,它是由冰层与变化着的二氧化碳层轮流叠加而成。在北部的夏天,二氧化碳完全升华,留下剩余的冰水层。由于南部的二氧化碳从没有完全消失过,所以我们无法知道在南部的冰层下是否也存在着冰水层。这种现象的原因还不知道,但或许是由于火星赤道面与其运行轨道之间的夹角的长期变化引起气候的变化造成的。或许在火星表面下较深处也有水存在。这种因季节变化而产生的两极覆盖层的变化使火星的气压改变了25%左右(由海盗号测量出)。
但是最近通过哈博望远镜的观察却表明海盗号当时勘测时的环境并非是典型的情况。火星的大气现在似乎比海盗号勘测出的更冷、更干了(详细情况请看来自STScI站点)。
海盗号尝试过作实验去决定火星上是否有生命,结果是否定的。但乐观派们指出,只有两个小样本是合格的,并且又并非来自最好的地方。以后的火星探索者们将继续更多的实验。
火星的卫星
火星有两个小型的近地面卫星。
卫星 距离(千米) 半径(千米) 质量(千克) 发现者 发现日期
火卫一 9000 11 1.08e16 Hall 1877
火卫二 23000 6 1.80e15 Hall 1877
木星
木星是离太阳第五颗行星,而且是最大的一颗,比所有其他的行星的合质量大2倍(地球的318倍)。
公转轨道: 距太阳 778,330,000 千米 (5.20 天文单位)
行星直径: 142,984 千米 (赤道)
质量: 1.900e27 千克
木星(a.k.a. Jove; 希腊人称之为 宙斯)是上帝之王,奥林匹斯山的统治者和罗马国的保护人,它是Cronus(土星)的儿子。
木星是天空中第四亮的物体(次于太阳,月球和金星;有时候火星更亮一些),早在史前木星就已被人类所知晓。根据伽利略1610年对木星四颗卫星:木卫一,木卫二,木卫三和木卫四(现常被称作伽利略卫星)的观察,它们是不以地球为中心运转的第一个发现,也是赞同哥白尼的日心说的有关行星运动的主要依据;由于伽利略直言不讳地支持哥白尼的理论而被宗教裁判所逮捕,并被强迫放弃自己的信仰,关在监狱中度过了余生。
木星在1973年被先锋10号首次拜访,后来又陆续被先锋11号,旅行者1号,旅行者2号和Ulysses号考查。目前,伽利略号飞行器正在环绕木星运行,并将在以后的两年中不断发回它的有关数据。
气态行星没有实体表面,它们的气态物质密度只是由深度的变大而不断加大(我们从它们表面相当于1个大气压处开始算它们的半径和直径)。我们所看到的通常是大气中云层的顶端,压强比1个大气压略高。
木星由90%的氢和10%的氦(原子数之比, 75/25%的质量比)及微量的甲烷、水、氨水和“石头”组成。这与形成整个太阳系的原始的太阳系星云的组成十分相似。土星有一个类似的组成,但天王星与海王星的组成中,氢和氦的量就少一些了。
木星可能有一个石质的内核,相当于10-15个地球的质量。
内核上则是大部分的行星物质集结地,以液态金属氢的形式存在。这些木星上最普通的形式基础可能只在40亿巴压强下才存在,木星内部就是这种环境(土星也是)。液态金属氢由离子化的质子与电子组成(类似于太阳的内部,不过温度低多了)。在木星内部的温度压强下,氢气是液态的,而非气态,这使它成为了木星磁场的电子指挥者与根源。同样在这一层也可能含有一些氦和微量的“冰”。
最外层主要由普通的氢气与氦气分子组成,它们在内部是液体,而在较外部则气体化了,我们所能看到的就是这深邃的一层的较高处。水、二氧化碳、甲烷及其他一些简单气体分子在此处也有一点儿。
云层的三个明显分层中被认为存在着氨冰,铵水硫化物和冰水混合物。然而,来自伽利略号的证明的初步结果表明云层中这些物质极其稀少(一个仪器看来已检测了最外层,另一个同时可能已检测了第二外层)。但这次证明的地表位置十分不同寻常(左图)--基于地球的望远镜观察及更多的来自伽利略号轨道飞船的最近观察提示这次证明所选的区域很可能是那时候木星表面最温暖又是云层最少的地区。
木星和其他气态行星表面有高速飓风,并被限制在狭小的纬度范围内,在连近纬度的风吹的方向又与其相反。这些带中轻微的化学成分与温度变化造成了多彩的地表带,支配着行星的外貌。光亮的表面带被称作区(zones),暗的叫作带(belts)。这些木星上的带子很早就被人们知道了,但带子边界地带的漩涡则由旅行者号飞船第一次发现。伽利略号飞船发回的数据表明表面风速比预料的快得多(大于400英里每小时),并延伸到根所能观察到的一样深的地方,大约向内延伸有数千千米。木星的大气层也被发现相当紊乱,这表明由于它内部的热量使得飓风在大部分急速运动,不像地球只从太阳处获取热量。
木星表面云层的多彩可能是由大气中化学成分的微妙差异及其作用造成的,可能其中混入了硫的混合物,造就了五彩缤纷的视觉效果,但是其详情仍无法知晓。
色彩的变化与云层的高度有关:最低处为蓝色,跟着是棕色与白色,最高处为红色。我们通过高处云层的洞才能看到低处的云层。
木星表面的大红斑早在300年前就被地球上的观察所知晓(这个发现常归功于卡西尼,或是17世纪的Robert Hooke)。大红斑是个长25,000千米,跨度12,000千米的椭圆,总以容纳两个地球。其他较小一些的斑点也已被看到了数十年了。红外线的观察加上对它自转趋势的推导显示大红斑是一个高压区,那里的云层顶端比周围地区特别高,也特别冷。类似的情况在土星和海王星上也有。目前还不清楚为什么这类结构能持续那么长的一段时间。
木星向外辐射能量,比起从太阳处收到的来说要多。木星内部很热:内核处可能高达20,000开。该热量的产量是由开尔文-赫尔姆霍兹原理生成的(行星的慢速重力压缩)。(木星并不是像太阳那样由核反应产生能量,它太小因而内部温度不够引起核反应的条件。)这些内部产生的热量可能很大地引发了木星液体层的对流,并引起了我们所见到的云顶的复杂移动过程。土星与海王星在这方面与木星类似,奇怪的是,天王星则不。
木星与气态行星所能达到的最大直径一致。如果组成又有所增加,它将因重力而被压缩,使得全球半径只稍微增加一点儿。一颗恒星变大只能是因为内部的热源(核能)关系,但木星要变成恒星的话,质量起码要再变大80倍。
木星有一个巨型磁场,比地球的大得多,磁层向外延伸超过6.5e7千米(超过了土星的轨道!)。(小记:木星的磁层并非球状,它只是朝太阳的方向延伸。)这样一来木星的卫星便始终处在木星的磁层中,由此产生的一些情况在木卫一上有了部分解释。不幸的是,对于未来太空行走者及全身心投入旅行者号和伽利略号设计的专家来说,木星的磁场在附近的环境捕获的高能量粒子将是一个大障碍。这类“辐射”类似于,不过大大强烈于,地球的电离层带的情况。它将马上对未受保护的人类产生致命的影响。
伽利略号号飞行器对木星大气的探测发现在木星光环和最外层大气层之间另存在了一个强辐射带,大致相当于电离层辐射带的十倍强。惊人的是,新发现的带中含有来自不知何方的高能量氦离子。
木星有一个同土星般的光环,不过又小又微弱。它们的发现纯属意料之外,只是由于两个旅行者1号的科学家一再坚持航行10亿千米后,应该去看一下是否有光环存在。其他人都认为发现光环的可能性为零,但事实上它们是存在的。这两个科学家想出的真是一条妙计啊。它们后来被地面上的望远镜拍了照。
不像土星的,木星的光环较暗
水星
水星最接近太阳,是太阳系中第二小行星。水星在直径上小于木卫三和土卫六,但它更重。
公转轨道: 距太阳 57,910,000 千米 (0.38 天文单位)
行星直径: 4,880 千米
质量: 3.30e23 千克
在古罗马神话中水星是商业、旅行和偷窃之神,即古希腊神话中的赫耳墨斯,为众神传信的神,或许由于水星在空中移动得快,才使它得到这个名字。
早在公元前3000年的苏美尔时代,人们便发现了水星,古希腊人赋于它两个名字:当它初现于清晨时称为阿波罗,当它闪烁于夜空时称为赫耳墨斯。不过,古希腊天文学家们知道这两个名字实际上指的是同一颗星星,赫拉克赖脱(公元前5世纪之希腊哲学家)甚至认为水星与金星并非环绕地球,而是环绕着太阳在运行。
仅有水手10号探测器于1973年和1974年三次造访水星。它仅仅勘测了水星表面的45%(并且很不幸运,由于水星太靠近太阳,以致于哈博望远镜无法对它进行安全的摄像)。
水星的轨道偏离正圆程度很大,近日点距太阳仅四千六百万千米,远日点却有7千万千米,在轨道的近日点它以十分缓慢的速度按岁差围绕太阳向前运行(岁差:地轴进动引起春分点向西缓慢运行,速度每年0.2",约25800年运行一周,使回归年比恒星年短的现象。分日岁差和行星岁差两种,后者是由行星引力产生的黄道面变动引起的。)在十九世纪,天文学家们对水星的轨道半径进行了非常仔细的观察,但无法运用牛顿力学对此作出适当的解释。存在于实际观察到的值与预告值之间的细微差异是一个次要(每千年相差七分之一度)但困扰了天文学家们数十年的问题。有人认为在靠近水星的轨道上存在着另一颗行星(有时被称作Vulcan,“祝融星”),由此来解释这种差异,结果最终的答案颇有戏剧性:爱因斯坦的广义相对论。在人们接受认可此理论的早期,水星运行的正确预告是一个十分重要的因素。(水星因太阳的引力场而绕其公转,而太阳引力场极其巨大,据广义相对论观点,质量产生引力场,引力场又可看成质量,所以巨引力场可看作质量,产生小引力场,使其公转轨道偏离。类似于电磁波的发散,变化的磁场产生电场,变化的电场产生磁场,传向远方。--译注)
在1962年前,人们一直认为水星自转一周与公转一周的时间是相同的,从而使面对太阳的那一面恒定不变。这与月球总是以相同的半面朝向地球很相似。但在1965年,通过多普勒雷达的观察发现这种理论是错误的。现在我们已得知水星在公转二周的同时自转三周,水星是太阳系中目前唯一已知的公转周期与自转周期共动比率不是1:1的天体。
水星上的温差是整个太阳系中最大的,温度变化的范围为90开到700开。相比之下,金星的温度略高些,但更为稳定。
水星在许多方面与月球相似,它的表面有许多陨石坑而且十分古老;它也没有板块运动。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)。水星是太阳系中仅次于地球,密度第二大的天体。事实上地球的密度高部分源于万有引力的压缩;或非如此,水星的密度将大于地球,这表明水星的铁质核心比地球的相对要大些,很有可能构成了行星的大部分。因此,相对而言,水星仅有一圈薄薄的硅酸盐地幔和地壳。
巨大的铁质核心半径为1800到1900千米,是水星内部的支配者。而硅酸盐外壳仅有500到600千米厚,至少有一部分核心大概成熔融状。
事实上水星的大气很稀薄,由太阳风带来的被破坏的原子构成。水星温度如此之高,使得这些原子迅速地散逸至太空中,这样与地球和金星稳定的大气相比,水星的大气频繁地被补充更换。
水星的表面表现出巨大的急斜面,有些达到几百千米长,三千米高。有些横处于环形山的外环处,而另一些急斜面的面貌表明他们是受压缩而形成的。据估计,水星表面收缩了大约0.1%(或在星球半径上递减了大约1千米)。
水星上最大的地貌特征之一是Caloris 盆地,直径约为1300千米,人们认为它与月球上最大的盆地Maria相似。如同月球的盆地,Caloris盆地很有可能形成于太阳系早期的大碰撞中,那次碰撞大概同时造成了星球另一面正对盆地处奇特的地形。
除了布满陨石坑的地形,水星也有相对平坦的平原,有些也许是古代火山运动的结果,但另一些大概是陨石所形成的喷出物沉积的结果。
水星有一个小型磁场,磁场强度约为地球的1%。
至今未发现水星有卫星。
通常通过双筒望远镜甚至直接用肉眼便可观察到水星,但它总是十分靠近太阳,在曙暮光中难以看到。Mike Harvey的行星寻找图表指出此时水星在天空中的位置(及其他行星的位置),再由“星光灿烂”这个天象程序作更多更细致的定制。
金星
金星是离太阳第二近,太阳系中第六大行星。在所有行星中,金星的轨道最接近圆,偏差不到1%。
轨道半径: 距太阳 108,200,000 千米 (0.72 天文单位)
行星直径: 12,103.6 千米
质量: 4.869e24 千克
金星 (希腊语: 阿佛洛狄特;巴比伦语: Ishtar)是美和爱的女神,之所以会如此命名,也许是对古代人来说,它是已知行星中最亮的一颗。(也有一些异议,认为金星的命名是因为金星的表面如同女性的外貌。)
金星在史前就已被人所知晓。除了太阳与月亮外,它是最亮的一颗。就像水星,它通常被认为是两个独立的星构成的:晨星叫Eosphorus,晚星叫Hesperus,希腊天文学家更了解这一点。
既然金星是一颗内层行星,从地球用望远镜观察它的话,会发现它有位相变化。伽利略对此现象的观察是赞成哥白尼的有关太阳系的太阳中心说的重要证据。
第一艘访问金星的飞行器是1962年的水手2号。随后,它又陆续被其他飞行器:金星先锋号,苏联尊严7号(第一艘在其他行星上着陆的飞船)、尊严9号(第一次返回金星表面照片[左图])访问(迄今已总共至少20次)。最近,美国轨道飞行器Magellan成功地用雷达产生了金星表面地图。
金星的自转非常不同寻常,一方面它很慢(金星日相当于243个地球日,比金星年稍长一些),另一方面它是倒转的。另外,金星自转周期又与它的轨道周期同步,所以当它与地球达到最近点时,金星朝地球的一面总是固定的。这是不是共鸣效果或只是一个巧合就不得而知了。
金星有时被誉为地球的姐妹星,在有些方面它们非常相像:
-- 金星比地球略微小一些(95%的地球直径,80%的地球质量)。
-- 在相对年轻的表面都有一些环形山口。
-- 它们的密度与化学组成都十分类似。
由于这些相似点,有时认为在它厚厚的云层下面金星可能与地球非常相像,可能有生命的存在。但是不幸的是,许多有关金星的深层次研究表明,在许多方面金星与地球有本质的不同。
金星的大气压力为90个标准大气压(相当于地球海洋深1千米处的压力),大气大多由二氧化碳组成,也有几层由硫酸组成的厚数千米的云层。这些云层挡住了我们对金星表面的观察,使得它看来非常模糊。这稠密的大气也产生了温室效应,使金星表面温度上升400度,超过了740开(总以使铅条熔化)。金星表面自然比水星表面热,虽然金星比水星离太阳要远两倍。
云层顶端有强风,大约每小时350千米,但表面风速却很慢,每小时几千米不到。
地球
地球是距太阳第三颗,也是第五大行星:
轨道半径: 149,600,000 千米 (离太阳1.00 天文单位)
行星直径: 12,756.3 千米
质量: 5.9736e24 千克
地球是唯一一个不是从希腊或罗马神话中得到的名字。Earth一词来自于古英语及日耳曼语。这里当然有许多其他语言的命名。在罗马神话中,地球女神叫Tellus-肥沃的土地(希腊语:Gaia, 大地母亲)
直到16世纪哥白尼时代人们才明白地球只是一颗行星。
地球,当然不需要飞行器即可被观测,然而我们直到二十世纪才有了整个行星的地图。由空间拍到的图片应具有合理的重要性;举例来说,它们大大帮助了气象预报及暴风雨跟踪预报。它们真是与众不同的漂亮啊!
地球由于不同的化学成分与地震性质被分为不同的岩层(深度-千米):
0- 40 地壳
40- 400 Upper mantle - 上地幔
400- 650 Transition region - 过渡区域
650-2700 Lower mantle - 下地幔
2700-2890 D'' layer - D"层
2890-5150 Outer core - 外核
5150-6378 Inner core - 内核
地壳的厚度不同,海洋处较薄,大洲下较厚。内核与地壳为实体;外核与地幔层为流体。不同的层由不连续断面分割开,这由地震数据得到;其中最有名的有数地壳与上地幔间的莫霍面-不连续断面了。
地球的大部分质量集中在地幔,剩下的大部分在地核;我们所居住的只是整体的一个小部分(下列数值×10e24千克):
大气 = 0.0000051
海洋 = 0.0014
地壳 = 0.026
地幔 = 4.043
外地核 = 1.835
内地核 = 0.09675
地核可能大多由铁构成(或镍/铁),虽然也有可能是一些较轻的物质。地核中心的温度可能高达7500K,比太阳表面还热;下地幔可能由硅,镁,氧和一些铁,钙,铝构成;上地幔大多由olivene,pyroxene(铁/镁硅酸盐),钙,铝构成。我们知道这些金属都来自于地震;上地幔的样本到达了地表,就像火山喷出岩浆,但地球的大部分还是难以接近的。地壳主要由石英(硅的氧化物)和类长石的其他硅酸盐构成。就整体看,地球的化学元素组成为:
34.6% 铁
29.5% 氧
15.2% 硅
12.7% 镁
2.4% 镍
1.9% 硫
0.05% 钛
地球是太阳系中密度最大的星体。
其他的类地行星可能也有相似的结构与物质组成,当然也有一些区别:月球至少有一个小内核;水星有一个超大内核(相当于它的直径);火星与月球的地幔要厚得多;月球与水星可能没有由不同化学元素构成的地壳;地球可能是唯一一颗有内核与外核的类地行星。值得注意的是,我们的有关行星内部构造的理论只是适用于地球。
不像其他类地行星,地球的地壳由几个实体板块构成,各自在热地幔上漂浮。理论上称它为板块说。它被描绘为具有两个过程:扩大和缩小。扩大发生在两个板块互相远离,下面涌上来的岩浆形成新地壳时。缩小发生在两个板块相互碰撞,其中一个的边缘部份伸入了另一个的下面,在炽热的地幔中受热而被破坏。在板块分界处有许多断层(比如加利福尼亚的San Andreas断层),大洲板块间也有碰撞(如印度洋板块与亚欧板块)。目前有八大板块:
北美洲板块 - 北美洲,西北大西洋及格陵兰岛
南美洲板块 - 南美洲及西南大西洋
南极洲板块 - 南极洲及沿海
亚欧板块 - 东北大西洋,欧洲及除印度外的亚洲
非洲板块 - 非洲,东南大西洋及西印度洋
印度与澳洲板块 - 印度,澳大利亚,新西兰及大部分印度洋
Nazca板块 - 东太平洋及毗连南美部分地区
太平洋板块 - 大部分太平洋(及加利福尼亚南岸)
还有超过廿个小板块,如阿拉伯,菲律宾板块。地震经常在这些板块交界处发生。绘成图使得更容易地看清板块边界。
地球的表面十分年轻。在50亿年的短周期中(天文学标准),不断重复着侵蚀与构造的过程,地球的大部分表面被一次又一次地形成和破坏,这样一来,除去了大部分原始的地理痕迹(比如星体撞击产生的火山口)。这样一来,地球上早期历史都被清除了。地球至今已存在了45到46亿年,但已知的最古老的石头只有40亿年,连超过30亿年的石头都屈指可数。最早的生物化石则小于39亿年。没有任何确定的记录表明生命真正开始的时刻。
71%的地球表面为水所覆盖。地球是行星中唯一一颗能在表面存在有液态水(虽然在土卫六的表面存在有液态乙烷与甲烷,木卫二的地下有液态水)。我们知道,液态水是生命存在的重要条件。海洋的热容量也是保持地球气温相对稳定的重要条件。液态水也造成了地表侵蚀及大洲气候的多样化,目前这是在太阳系中独一无二的过程(很早以前,火星上也许也有这种情况)。
地球的大气由77%的氮,21%氧,微量的氩、二氧化碳和水组成。地球初步形成时,大气中可能存在大量的二氧化碳,但是几乎都被组合成了碳酸盐岩石,少部分溶入了海洋或给活着的植物消耗了。现在板块构造与生物活动维持了大气中二氧化碳到其他场所再返回的不停流动。大气中稳定存在的少量二氧化碳通过温室效应对维持地表气温有极其深远的重要性。温室效应使平均表面气温提高了35摄氏度(从冻人的-21℃升到了适人的14℃);没有它海洋将会结冰,而生命将不可能存在。
丰富的氧气的存在从化学观点看是很值得注意的。氧气是很活泼的气体,一般环境下易和其他物质快速结合。地球大气中的氧的产生和维持由生物活动完成。没有生命就没有充足的氧气。
地球与月球的交互作用使地球的自转每世纪减缓了2毫秒。当前的调查显示出大约在9亿年前,一年有481天又18小时。
火星
火星为距太阳第四远,也是太阳系中第七大行星:
公转轨道: 离太阳227,940,000 千米 (1.52 天文单位)
行星直径: 6,794 千米
质量: 6.4219e23 千克
火星(希腊语: 阿瑞斯)被称为战神。这或许是由于它鲜红的颜色而得来的;火星有时被称为“红色行生”。(趣记:在希腊人之前,古罗马人曾把火星人微言轻农耕之神来供奉。而好侵略扩张的希腊人却把火星作为战争的象征)而三月份的名字也是得自于火星。
火星在史前时代就已经为人类所知。由于它被认为是太阳系中人类最好的住所(除地球外),它受到科幻小说家们的喜爱。但可惜的是那条著名的被Lowell“看见”的“运河”以及其他一些什么的,都只是如Barsoomian公主们一样是虚构的。
第一次对火星的探测是由水手4号飞行器在1965年进行的。人们接连又作了几次尝试,包括1976年的两艘海盗号飞行器。此后,经过长达20年的间隙,在1997年的七月四日,火星探路者号终于成功地登上火星。
火星的轨道是显著的椭圆形。因此,在接受太阳照射的地方,近日点和远日点之间的温差将近30摄氏度。这对火星的气候产生巨大的影响。火星上的平均温度大约为218K(-55℃,-67华氏度),但却具有从冬天的140K(-133℃,-207华氏度)到夏日白天的将近300K(27℃,80华氏度)的跨度。尽管火星比地球小得多,但它的表面积却相当于地球表面的陆地面积。
除地球,火星是具有最多各种有趣地形的固态表面行星。其中不乏一些壮观的地形:
- 奥林匹斯山脉: 它在地表上的高度有24千米(78000英尺),是太阳系中最大的山脉。它的基座直径超过500千米,并由一座高达6千米(20000英尺)的悬崖环绕着;
- Tharsis: 火星表面的一个巨大凸起,有大约4000千米宽,10千米高;
- Valles Marineris: 深2至7千米,长为4000千米的峡谷群;
- Hellas Planitia: 处于南半球,6000多米深,直径为2000千米的冲击环形山。
火星的表面有很多年代已久的环形山。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,有着与月球上相似的曲型的环状高地。相反的,它的北半球大多由新近形成的低平的平原组成。这些平原的形成过程十分复杂。南北边界上出现几千米的巨大高度变化。形成南北地势巨大差异以及边界地区高度剧变的原因还不得而知(有人推测这是由于火星外层物增加的一瞬间产生的巨大作用力所形成的)。最近,一些科学家开始怀疑那些陡峭的高山是否在它原先的地方。这个疑点将由“火星全球勘测员”来解决。
火星的内部情况只是依靠它的表面情况资料和有关的大量数据来推断的。一般认为它的核心是半径为1700千米的高密度物质组成;外包一层熔岩,它比地球的地幔更稠些;最外层是一层薄薄的外壳。相对于其他固态行星而言,火星的密度较低,这表明,火星核中的铁(镁和硫化铁)可能含带较多的硫。
如同水星和月球,火星也缺乏活跃的板块运动;没有迹象表明火星发生过能造成像地球般如此多褶皱山系的地壳平移活动。由于没有横向的移动,在地壳下的巨热地带相对于地面处于静止状态。再加之地面的轻微引力,造成了Tharis凸起和巨大的火山。但是,人们却未发现火山最近有过活动的迹象。虽然,火星可能曾发生过很多火山运动,可它看来从未有过任何板块运动。
火星上曾有过洪水,地面上也有一些小河道,十分清楚地证明了许多地方曾受到侵蚀。在过去,火星表面存在过干净的水,甚至可能有过大湖和海洋。但是这些东西看来只存在很短的时间,而且据估计距今也有大约四十亿年了。(Valles Marneris不是由流水通过而形成的。它是由于外壳的伸展和撞击,伴随着Tharsis凸起而生成的)。
在火星的早期,它与地球十分相似。像地球一样,火星上几乎所有的二氧化碳都被转化为含碳的岩石。但由于缺少地球的板块运动,火星无法使二氧化碳再次循环到它的大气中,从而无法产生意义重大的温室效应。因此,即使把它拉到与地球距太阳同等距离的位置,火星表面的温度仍比地球上的冷得多。
火星的那层薄薄的大气主要是由余留下的二氧化碳(95.3%)加上氮气(2.7%)、氩气(1.6%)和微量的氧气(0.15%)和水汽(0.03%)组成的。火星表面的平均大气压强仅为大约7毫巴(比地球上的1%还小),但它随着高度的变化而变化,在盆地的最深处可高达9毫巴,而在Olympus Mons的顶端却只有1毫巴。但是它也足以支持偶尔整月席卷整颗行星的飓风和大风暴。火星那层薄薄的大气层虽然也能制造温室效应,但那些仅能提高其表面5K的温度,比我们所知道的金星和地球的少得多。
火星的两极永久地被固态二氧化碳(干冰)覆盖着。这个冰罩的结构是层叠式的,它是由冰层与变化着的二氧化碳层轮流叠加而成。在北部的夏天,二氧化碳完全升华,留下剩余的冰水层。由于南部的二氧化碳从没有完全消失过,所以我们无法知道在南部的冰层下是否也存在着冰水层。这种现象的原因还不知道,但或许是由于火星赤道面与其运行轨道之间的夹角的长期变化引起气候的变化造成的。或许在火星表面下较深处也有水存在。这种因季节变化而产生的两极覆盖层的变化使火星的气压改变了25%左右(由海盗号测量出)。
但是最近通过哈博望远镜的观察却表明海盗号当时勘测时的环境并非是典型的情况。火星的大气现在似乎比海盗号勘测出的更冷、更干了(详细情况请看来自STScI站点)。
海盗号尝试过作实验去决定火星上是否有生命,结果是否定的。但乐观派们指出,只有两个小样本是合格的,并且又并非来自最好的地方。以后的火星探索者们将继续更多的实验。
火星的卫星
火星有两个小型的近地面卫星。
卫星 距离(千米) 半径(千米) 质量(千克) 发现者 发现日期
火卫一 9000 11 1.08e16 Hall 1877
火卫二 23000 6 1.80e15 Hall 1877
木星
木星是离太阳第五颗行星,而且是最大的一颗,比所有其他的行星的合质量大2倍(地球的318倍)。
公转轨道: 距太阳 778,330,000 千米 (5.20 天文单位)
行星直径: 142,984 千米 (赤道)
质量: 1.900e27 千克
木星(a.k.a. Jove; 希腊人称之为 宙斯)是上帝之王,奥林匹斯山的统治者和罗马国的保护人,它是Cronus(土星)的儿子。
木星是天空中第四亮的物体(次于太阳,月球和金星;有时候火星更亮一些),早在史前木星就已被人类所知晓。根据伽利略1610年对木星四颗卫星:木卫一,木卫二,木卫三和木卫四(现常被称作伽利略卫星)的观察,它们是不以地球为中心运转的第一个发现,也是赞同哥白尼的日心说的有关行星运动的主要依据;由于伽利略直言不讳地支持哥白尼的理论而被宗教裁判所逮捕,并被强迫放弃自己的信仰,关在监狱中度过了余生。
木星在1973年被先锋10号首次拜访,后来又陆续被先锋11号,旅行者1号,旅行者2号和Ulysses号考查。目前,伽利略号飞行器正在环绕木星运行,并将在以后的两年中不断发回它的有关数据。
气态行星没有实体表面,它们的气态物质密度只是由深度的变大而不断加大(我们从它们表面相当于1个大气压处开始算它们的半径和直径)。我们所看到的通常是大气中云层的顶端,压强比1个大气压略高。
木星由90%的氢和10%的氦(原子数之比, 75/25%的质量比)及微量的甲烷、水、氨水和“石头”组成。这与形成整个太阳系的原始的太阳系星云的组成十分相似。土星有一个类似的组成,但天王星与海王星的组成中,氢和氦的量就少一些了。
木星可能有一个石质的内核,相当于10-15个地球的质量。
内核上则是大部分的行星物质集结地,以液态金属氢的形式存在。这些木星上最普通的形式基础可能只在40亿巴压强下才存在,木星内部就是这种环境(土星也是)。液态金属氢由离子化的质子与电子组成(类似于太阳的内部,不过温度低多了)。在木星内部的温度压强下,氢气是液态的,而非气态,这使它成为了木星磁场的电子指挥者与根源。同样在这一层也可能含有一些氦和微量的“冰”。
最外层主要由普通的氢气与氦气分子组成,它们在内部是液体,而在较外部则气体化了,我们所能看到的就是这深邃的一层的较高处。水、二氧化碳、甲烷及其他一些简单气体分子在此处也有一点儿。
云层的三个明显分层中被认为存在着氨冰,铵水硫化物和冰水混合物。然而,来自伽利略号的证明的初步结果表明云层中这些物质极其稀少(一个仪器看来已检测了最外层,另一个同时可能已检测了第二外层)。但这次证明的地表位置十分不同寻常(左图)--基于地球的望远镜观察及更多的来自伽利略号轨道飞船的最近观察提示这次证明所选的区域很可能是那时候木星表面最温暖又是云层最少的地区。
木星和其他气态行星表面有高速飓风,并被限制在狭小的纬度范围内,在连近纬度的风吹的方向又与其相反。这些带中轻微的化学成分与温度变化造成了多彩的地表带,支配着行星的外貌。光亮的表面带被称作区(zones),暗的叫作带(belts)。这些木星上的带子很早就被人们知道了,但带子边界地带的漩涡则由旅行者号飞船第一次发现。伽利略号飞船发回的数据表明表面风速比预料的快得多(大于400英里每小时),并延伸到根所能观察到的一样深的地方,大约向内延伸有数千千米。木星的大气层也被发现相当紊乱,这表明由于它内部的热量使得飓风在大部分急速运动,不像地球只从太阳处获取热量。
木星表面云层的多彩可能是由大气中化学成分的微妙差异及其作用造成的,可能其中混入了硫的混合物,造就了五彩缤纷的视觉效果,但是其详情仍无法知晓。
色彩的变化与云层的高度有关:最低处为蓝色,跟着是棕色与白色,最高处为红色。我们通过高处云层的洞才能看到低处的云层。
木星表面的大红斑早在300年前就被地球上的观察所知晓(这个发现常归功于卡西尼,或是17世纪的Robert Hooke)。大红斑是个长25,000千米,跨度12,000千米的椭圆,总以容纳两个地球。其他较小一些的斑点也已被看到了数十年了。红外线的观察加上对它自转趋势的推导显示大红斑是一个高压区,那里的云层顶端比周围地区特别高,也特别冷。类似的情况在土星和海王星上也有。目前还不清楚为什么这类结构能持续那么长的一段时间。
木星向外辐射能量,比起从太阳处收到的来说要多。木星内部很热:内核处可能高达20,000开。该热量的产量是由开尔文-赫尔姆霍兹原理生成的(行星的慢速重力压缩)。(木星并不是像太阳那样由核反应产生能量,它太小因而内部温度不够引起核反应的条件。)这些内部产生的热量可能很大地引发了木星液体层的对流,并引起了我们所见到的云顶的复杂移动过程。土星与海王星在这方面与木星类似,奇怪的是,天王星则不。
木星与气态行星所能达到的最大直径一致。如果组成又有所增加,它将因重力而被压缩,使得全球半径只稍微增加一点儿。一颗恒星变大只能是因为内部的热源(核能)关系,但木星要变成恒星的话,质量起码要再变大80倍。
木星有一个巨型磁场,比地球的大得多,磁层向外延伸超过6.5e7千米(超过了土星的轨道!)。(小记:木星的磁层并非球状,它只是朝太阳的方向延伸。)这样一来木星的卫星便始终处在木星的磁层中,由此产生的一些情况在木卫一上有了部分解释。不幸的是,对于未来太空行走者及全身心投入旅行者号和伽利略号设计的专家来说,木星的磁场在附近的环境捕获的高能量粒子将是一个大障碍。这类“辐射”类似于,不过大大强烈于,地球的电离层带的情况。它将马上对未受保护的人类产生致命的影响。
伽利略号号飞行器对木星大气的探测发现在木星光环和最外层大气层之间另存在了一个强辐射带,大致相当于电离层辐射带的十倍强。惊人的是,新发现的带中含有来自不知何方的高能量氦离子。
木星有一个同土星般的光环,不过又小又微弱。它们的发现纯属意料之外,只是由于两个旅行者1号的科学家一再坚持航行10亿千米后,应该去看一下是否有光环存在。其他人都认为发现光环的可能性为零,但事实上它们是存在的。这两个科学家想出的真是一条妙计啊。它们后来被地面上的望远镜拍了照。
不像土星的,木星的光环较暗
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水星,距离太阳最近的行星。中国古代称为辰星。最亮时目视星等为-1.9等,与太阳角距最大不超过28°,由于它离太阳很近,经常淹没在太阳的光辉里,只有在大距前后才能观测到。至今尚未发现有卫星。水星的轨道倾角为7°,是除冥王星外轨道倾角最大的行星。公转的平均速度为47.89公里/秒,是太阳系中运动速度最快的行星,轨道半长径约5790万公里,离心率较大,为0.206,仅次于冥王星。公转周期为87.969日,会合周期为115.86日,自转周期为58.646日,恰为公转周期2/3。19世纪中叶发现水星的近日点进动每百年为5601〃,用经典力学只能解释5558〃,其余43〃无法解释,即“水星近日点进动问题”。有人提出是由尚未发现的“水内行星”引起的,并计算出“水内行星”的轨道,但多次利用日全食进行观测都未发现。直至1915年,爱因斯坦建立了广义相对论后,才得以解决。水星的赤道半径约2440公里,是地球的38.3%,体积是地球的5.6%,质量为3.33×1026克,也是地球的5.6%,平均密度为5.46克/厘米3,仅次于地球,表面重力加速度为373厘米/秒2。反率为0.06,色指数为+0.91,都比月球的略小。水星的表面很象月球,有很多大小不一的环形山及平原、裂谷、盆地等。水星有极稀薄的大气,气压小于2×10-9百帕,由氦、氢、氧、碳、氩、氖、氙等元素组成。由于大气非常稀薄,所以昼夜温差很大,白天温度高达700K,而夜间可降到100K。水星有偶极磁场,赤道上磁场强度为4×10-7特斯拉,两极为7×10-7特斯拉。
金星,太阳系九大行星之一,按距离太阳由远到近的顺序排列第二。中国古代称“太白星”,为除日、月之外全天最亮的星,最亮时达-4.4等。由于金星位于地球轨道内侧,所以总是出现在太阳附近,它与太阳的角距不大于48°,当位于太阳西方时为晨星,位于太阳东方时为昏星,古代的人为它们分别命名,称晨星为“启明”,称昏星为“长庚”。至今尚未发现金星有卫星。金星的公转轨道是一个很接近正圆的椭圆,其离心率仅0.007,轨道倾角为3.4°。与太阳的平均距离为0.723天文单位,平均轨道速度约35公里/秒,公转周期224.7日。金星与地球间的距离变化相当大,最近时仅4×107公里,此时视直径为61〃;最远时可达2.57×108公里,视直径仅10〃。金星是太阳系内唯一逆向自转的大行星,也就是说,在金星上太阳是西升东落的。金星的自转非常缓慢,周期为243日,比它的公转周期还要长。金星上的一昼夜相当于117个地球日。金星的大小、质量、密度与地球都很接近,其半径约6050公里,是地球赤道半径的95%;质量为4.87×1027克,是地球的81.5%;平均密度约为地球的95%。金星有一层非常浓密的大气,表面气压相当于地球的90倍,主要由二氧化碳组成,占97%以上,此外还有少量的氮、氩、一氧化碳、水蒸气,氯化氢和氟化氢等。金星大气中还存在着频繁的放电现象。由于有浓密的大气保护,金星表面较为平坦,环形山的数目很少,有一些不太高的山或山脉。金星表面不存在任何液态水,由于严酷的自然条件,是不可能有生命存在的。金星没有磁场和辐射带,太阳风、紫外线和X射线可以长趋直入,直达大气深处,在离表面附近的地方形成薄薄的电离层。
由于行星大气中的二氧化碳和水气可以让可见光和紫外线顺利通过,对于红外线却相当于不透明。太阳辐射的可见光和紫外线可以穿过它们加热行星表面,行星向外辐射的热能(主要是红外线)却被吸收和阻挡,最终又返回到行星表面,这样,行星的表面温度会不断升高,要在较高的温度下才能达到热平衡。金星大气非常浓厚,而且97%以上是二氧化碳,因此温室效应非常强烈,表面温度达480℃左右,而且基本上无地区、昼夜季节的差别。
地球,太阳系九大行星之一,按离太阳由近及远的次序为第三颗。它有一个天然卫星——月球,二者组成一个天体系统——地月系统。地球大约有46亿年的历史。
一、自转和公转
1543年,哥白尼在《天体运行论》一书中首先完整地提出了地球自转和公转的概念。此后,大量的观测和实验都证明了地球自西向东自转,同时围绕太阳公转。1851年,法国物理学家傅科在巴黎成功地进行了一次著名的实验(傅科摆试验),证明地球的自转。地球自转周期约为23时56分4秒平太阳时,地球公转的轨道是椭圆的。公转轨道的半长径为149597870公里,轨道的偏心率为0.0167,公转周期为一恒星年,公转平均速度为每秒29.79公里,黄道与赤道交角(黄赤交角)为23°27′。地球自转和公转运动的结合产生了地球上的昼夜交替、四季变化和五带(热带、南北温带和南北寒带)的区分。地球白转的速度是不均匀的,有长期变化、季节性变化和不规则变化。同时,由于日、月、行星的引力作用以及大气、海洋和地球内部物质的各种作用,使地球自转轴在空间和地球本体内的方向都要产生变化,即岁差和章动、极移和黄赤交角变化。
二、形状和大小
地球是球形这个概念的出现,可上溯到公元前五、六世纪。当时,希腊的毕达哥拉斯学派的哲学家只是从球形最美的观念出发产生这一概念的。亚里士多德根据月食时月球上地影是一个圆,第一次科学地论证了地球是个球体。中国早在战国时期,哲学家惠施已提出地球是球形的看法。
公元前三世纪,古希腊的地理学家埃拉托斯特尼成功地用三角测量法测量了阿斯旺和亚历山大城之间的子午线长。中国唐朝时期,在一行的指导下,由南宫说率领的测量队在河南省黄河南北的平原地带进行了最早的弧度测量,算出了北极的地平高度差一度,相当于南北地面距离相差约351里80步(唐朝的长度单位5尺=1步,300步=1里),从而可算出地球的半径。这项工作比阿拉伯人的类似工作约早100年。在现代,除用大地测量方法外;还可用重力测量确定地球的均衡形状。人造地球卫星上天后,地球动力学测地方法得到很大发展。各种方法的联合使用,使得地球形状和大小的测定精度大大提高。1976年国际天文学联合会天文常数系统中,地球赤道半径α为6378140米,地球扁率因子1/f为298.257。地球不是正球体,而是扁球体,或者说,更象个梨状的旋转体。人造地球卫星的观测结果表明、地球的赤道也是个椭圆,据此可认为地球是个三轴椭球体。地球自转产主的惯性离心力使得球形的地球由两极向赤道逐渐膨胀,成为目前的略扁的旋转椭球体形状,极半径比赤道半径约短21公里。地球内部物质分布的不均匀性,进一步造成地球表面形状的不规则性。在大地测量学中,所谓的地球形状是指大地水准面的形状,在这个面上重力位各处相同,是个等位面。日、月对地球的引力作用使地球上的海洋、大气产生潮汐现象,也使固体地球(在某种程度上是个弹性体)发生弹性形变,这就是所谓“固体潮”。
三、质量和重力加速度
地球的质量为5.976×l027克,这是根据万有引力定律测定的。地球质量的确定提供了测定其他天体质量的依据。从地球的质量可得出地球的平均密度为5.52克/厘米3。地球上任何质点都受到地球引力和惯性离心力的作用,二者的合力就是重力。重力随高度递增而减小,也随纬度而变化。赤道上的重力加速度为978.伽(厘米/秒2),两极处为983.2伽。有些地方还会出现重力异常现象,这反映出地球内部物质分布的不均匀性。重力异常同地质构造和矿床有关。地球因受到日、月引潮力的作用,它的重力加速度也有微小的周期变化,最大的可达十分之几毫伽。
四、构造
地球可以看作由一系列的同心层组成。地球内部,有核、幔、壳结构。地球外部,有水圈、大气圈,还有磁层,形成了围绕固态地球的外套。磁层和大气圈阻挡着来自空间的紫外线、X射线、高能粒子和众多的流星对地面的直接轰击。
地球表面十分之七以上为蓝色的海洋所覆盖,湖泊、江河只占地球表面水域很少的部分。地球表面的液态水层,叫做水圈,从形成至今至少已有30亿年。地球的表层由各种岩石和土壤组成,地面崎岖不平,低洼部分被水淹没成为海洋、湖泊;高出水面的陆地则有平原、高山。地球固体表面总垂直起伏约为20公里,它是珠穆朗玛峰顶(据中国登山队1975年测定,珠穆朗玛峰海拔高度为8848.13米)和最深的海洋深度(马里亚纳海沟深度约11公里)之间的高差,它超过大陆地壳平均厚度的一半。洋底象陆地一样不平坦,也不平静。洋底岩石年龄要比陆地年轻得多。陆地上大多数岩石的年龄小于二十几亿年。陆地上到处可以找到沉积岩,说明在远古时期这些地方可能是海洋。地表虽有少量的环形山,但难以找到类似月球、火星和水星那样多的环形山,这是因为地球表面受到外力(水和大气)和内力(地震和火山)的作用,不断风化、侵蚀和瓦解的结果。
长期以来,人们认为地壳构造运动主要表现为地面的隆起和沉降,以垂直运动为主,水平运动是次要的。近十多年来,愈来愈多的科学家认为,地球上部不仅有垂直运动,而且还有更大的水平运动,海洋和大陆的相对位置在地质时期也是变化着的。1912年伟格纳提出大陆漂移假说。此后,有的地质学家认为,地球早先存在两块古大陆——南半球的冈瓦纳古陆和北半球的劳亚古陆。但在很长时期里许多科学家拒绝承认大陆漂移假说,因为当时人们很难相信有这么大的力量把原先的大陆块撕开,使各碎块分别逐渐漂移到今天的位置。六十年代初,黑斯和迪茨提出了洋底扩张假说,认为全球大地构造是洋底不断扩张的直接结果。正是由于洋底扩张假说和板块运动理论的发展,又使大陆漂移学说重新受到重视。
地球最上层约几十公里厚的一圈是强度很大的岩石圈,其下几百公里厚的一层是软流层,强度较小,在长期的应力作用下这一层的物质具有可塑性。岩石圈漂浮在软流圈上。在地球内部能量(原始热量和发射性热)释放时,地内温度和密度的不均匀分布,引起地幔物质的对流运动。地幔对流物质沿着洋底的洋中脊的裂隙向两侧方向运动,不断形成新的洋底。此外,老的洋底不断向外扩张,当它们接近大陆边缘时,在地幔对流向下拖曳力的作用下,插入大陆地壳下面,致使岩石圈发生一系列的构造运动。这种对流作用可使整个洋底在三亿年左右更新一次。岩石圈被一些活动构造带所割裂,分成几个不连续的单元,称为大陆板块。勒比雄把全球岩石圈分成六大板块:欧亚板块、美洲板块、非洲板块、太平洋板块、澳洲板块和南极板块。海底的扩张导致大陆板块发生运动。板块的相互挤压造成了巨大的山系,自阿尔卑斯山经过土耳其和高加索,最后到喜马拉雅山的山系正是属于这种情况;也有的地方,两个板块的岩石同时下沉,造成洋底的深渊,此外,板块的运动还造成了火山和地震。关于板块运动的理论,目前还在不断发展之中,同时也存在许多有争论的问题。
五、起源和演化
对地球起源和演化问题进行系统的科学研究始于十八世纪中叶,至今已经提出多种学说。现在流行的看法是:地球作为一个行星,远在46亿年以前起源于原始太阳星云。它同其他行星一样,经历了吸积、碰撞这样一些共同的物理演化过程。地球胎形成伊始,温度较低,并无分层结构,只是由于陨石物质的轰击,放射性衰变致热和原始地球的重力收缩,才使地球温度逐渐增加。随着温度的升高,地球内部物质也就具有越来越大的可塑性,且有局部熔融现象。这时,在重力作用下物质分异开始,地球外部较重的物质逐渐下沉,地球内部较轻的物质逐渐上升,一些重的元素(如液态铁)沉到地球中心,形成一个密度较大的地核(地震波的观测表明,地球外核是液态的)。物质的对流伴随着大规模的化学分离,最后地球就逐渐形成现今的地壳、地幔和地核等层次。
在地球演化早期,原始大气逃逸殆尽。伴随着物质的重新组合和分化,原先在地球内部的各种气体上升到地表成为第二代大气,后来,因绿色植物的光合作用,进一步发展成为现代大气。另一方面,地球内部温度升高,使内部结晶水汽化。随着地表温度逐渐下降,气态水经过凝结、降雨落到地面形成水圈。约在三、四十亿年前,地球上开始出现单细胞生命,然后逐步进化为各种各样的生物,直到人类这样的高级生物,构成了一个生物圈。
火星,太阳系九大行星之一,按距离太阳由近到远的顺序排列第四。中国古代称荧惑。火星外观呈火红色,亮度变化明显,视星等在+1.5等到-2.9等之间。卫星两颗,由霍耳在1877年火星大冲时发现。火星公转轨道椭圆形,轨道面与黄道面的交角为1.9°,轨道半长径约为1.524天文单位,轨道离心率为0.093。由于离心率较大,火星的近日距和远日距相差4200万公里,因此火星冲日时与地球的距离有较大的变化。火星的公转周期为686.980日,平均轨道速度为24.13公里/秒。火星自转周期为24小时37分22.6秒,赤道面与公转轨道面的交角为23°59′(比地球稍大),因此火星上也有明显的四季变化。火星赤道半径为3395公里,是地球的53%,体积为地球的15%,质量为6.42×1026克,为地球的10.8%,平均密度为3.96克/厘米3,表面重力加速度为地球的38%。火星大气比地球大气稀薄得多,主要成分是二氧化碳(95%)、氮(3%)、氩(1-2%),水汽和氧的含量极少。火星表面大气压为7.5毫巴,相当于地球上30-40公里高空的大气压。尘暴是火星大气中独有的现象,小规模的尘暴经常出现。每个火星年还会发生一次席卷全球的大尘暴。火星表面的大部分地区被红色的硅酸盐、赤铁矿等铁的氧化物及其他金属化合物覆盖,因而显出明亮的橙红色。火星表面的温度比地球低30℃以上,昼夜温差常超过100℃。在火星赤道附近,最高温度为20℃左右,两极地区的最低温度可达-139℃。火星表面有众多的环形山、火山和峡谷。北半球主要为巨大的火山溶岩平原和一些死火山;南半球到处崎岖不平,环形山星罗棋布。火星上不存在液态水,但有几千条干涸的河床,最长的约1500公里,宽60公里,这说明以前火星上可能有过大量的液态水。火星两极地区被白色极冠覆盖。极冠是火星表面最显著的标志,它的大小随季节变化,处于夏天的半球极冠的范围不大,而处于冬天的半球极冠可延伸到纬度60 °处。极冠由冰和固态二氧化碳(干冰)组成,温度在-70℃到-139℃之间,由于二氧化碳随温度的变化不断的气化和凝结,使得极冠的大小不断变化。极冠中大约保存有大气中20%的二氧化碳,水的含量比大气中多得多,如果极冠中的冰全部融化成液态水,可以在火星表面形成一个10米厚的水层。极冠于17世纪由荷兰物理学家惠更斯发现。火星在许多方面都与地球相近,有被大气包围着的固体表面,有四季的交和季节的变化,它的极冠夏天缩小,冬天扩大,像是冰雪的消融和冻结,火星表面的颜色也随季节发生变化,像是植物的生长和凋零,19世纪末,观测到火星上面有“运河”。因此火星上是否有生命,甚至是否有象人一样的高级生命成了人们非常感兴趣的问题。20世纪60年代,火星探测器发回的资料证明所谓“火星运河”是人眼的错觉造成的,它们实际并不存在。火星表面颜色随季节的变化是一种纯粹的气象现象,火星表面是一个极为荒凉的世界,没有液态水,大气极为稀薄,而且十分寒冷,是不适于生命存在的。1976年,“海盗”1号、2号探测器在事先选定的火星上最有希望存在生命的地区软着陆,采集了土样,土样在实验过程中发生了某种变化,但无法确定这种变化是由微生物的新陈代谢引起的,还是土壤中某种化学过程的结果。因此,现在还不能完全排除火星上存在低级生物的可能性。
木星,太阳系九大行星中最大的一颗,按离太阳由近及远的次序为第五颗。中国古代就认识到木星约12年运行一周天,而把周天分成十二份,称十二次,木星每年行经一次,用木星所在的星次可以纪年,因此木星被称为岁星。是天空中的第三亮星,最亮时达-2.4等,只有金星和冲日时的火星比它亮。木星有众多的卫星,截止到1990年,已发现16颗。1979年,行星际探测器“旅行者”1号还发现木星有一个很暗的光环。木星在椭圆轨道上绕太阳运行,轨道半长径为5.205天文单位,离心率为0.048,它在近日点同太阳的距离比远日点近约0.5天文单位。木星的轨道面与黄道面的交角很小,只有1.3°。木星绕太阳公转的周期为4332.589天,约合11.86年,平均轨道速度为13.06公里/秒。木星是太阳系内自转最快的行星,赤道上自转周期仅9小时50分30秒,两极地区的自转稍慢。由于高速自转,使得它的扁率相当大,达0.0648。木星的自转轴几乎是垂直于公转轨道道的,二者的交角达86°55′。木星的赤道半径为71400公里,是地球的11.2倍,体积是地球的1316倍;质量为1.9×1030克,比地球的质量大300多倍,是其他八大行星总质量的2.5倍,平均密度只有1.33克/厘米3,赤道上的重力加速度为27.07米/秒2,两极为23.22米/秒2。木星有着浓密的大气,主要成份是氢和氦,还含有少量的氨、甲烷和水。用望远镜观测木星,可以看到大气中有一系列与赤道平行的明暗交替的云带,云带的形状随时间不断变化。这表明木星大气中存在着激烈的运动。木星表面的温度很低,根据理论计算,它表面的有效温度应为105K,但地面观测和行星际探测器测得的结果均高于理论值,对木星的红外观测也表明,木星辐射的热能为它接收到的太阳热能的两倍,这说明木星内部存在着热源。木星还有着比地球更大更强的磁层和辐射带。木星磁层比地球磁层大100倍。它可分为三个区域。内区(离木星表面20个木星半径的范围内)具有与地球辐射带相近的强辐射带;中介区(从20个木星半径到100个木星半径)的磁力线被离心力歪曲。内区和中介区都按约10小时的自转周期转动。外区(60-90个木星半径范围内)的磁场很弱,到磁层边界处已趋于零。除很靠近木星表面的部分外,木星的磁场是偶极场,但场的方向与地磁场相反,即地球上指北的罗盘到木星上变为指南。木星的磁轴与自转轴间的交角为10.8°。离木星3个木星半径以内的磁场是4极或8极的,场强为3-11×10-4特斯拉。木星表面大红斑,位于赤道南侧,长达2万多公里,宽约1.1万公里,略呈蛋形。发现于1660年,300多年来尽管它的颜色和亮度不断变化,但形状和大小几乎没有变,大红斑沿逆时针方向绕中心转动,而且在经度方向上有漂移运动,因而肯定不是固体的表面特征。现在认为它很可能是一个大旋涡,或者说它是一团激烈上升的气流。旋涡或气流中含有红磷化合物,大红斑的颜色可能是因此产生的。至于大红斑能长期存在的原因,目前尚不清楚。
土星,太阳系九大行星之一,按离太阳由近及远的次序为第六颗。中国古代称填星或镇星。1871年发现天王星之前,土星一直被认为是离太阳最远的行星。土星有较多的卫星,截止1990年已发现了23颗,它还有易见的光环。土星绕太阳公转的轨道是离心率为0.055的椭圆,轨道半长径为9.576天文单位,即约为14亿公里,它同太阳的距离在近日点时和在远日点时相差约1天文单位。公转轨道面与黄道面的交角为2.5°。公转周期为10759.2天,即约29.5年。平均轨道速度为每秒9.64公里,自转很快,自转角速度随纬度变化,赤道上自转周期是10小时14分,纬度60°处为10小时40分,高速的自转使土星呈明显的扁球形,极半径只有赤道半径的91.2%,土星的赤道面与轨道面的交角为26°44′。土星的赤道半径为60000公里,是地球的9.41倍,体积是地球的745倍。质量为5.688×1029克,是地球的95.18倍。在九大行星中,土星的大小和质量仅次于木星,居第二位。平均密度只有0.70克/厘米3,比水还低。由于土星的大半径和低密度,它表面的重力加速度与地球表面相近。土星的大气以氢、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云,有彩色的亮带和暗纹,但比木星大气中的云带规则。土星表面温度约为-140℃,云顶温度为-170℃。行星探测器“先驱者”11号发现土星上有一个由电离氢构成的电离层,电离层温度约为977℃。土星也有磁?br>参考资料:《神秘的宇宙》
金星,太阳系九大行星之一,按距离太阳由远到近的顺序排列第二。中国古代称“太白星”,为除日、月之外全天最亮的星,最亮时达-4.4等。由于金星位于地球轨道内侧,所以总是出现在太阳附近,它与太阳的角距不大于48°,当位于太阳西方时为晨星,位于太阳东方时为昏星,古代的人为它们分别命名,称晨星为“启明”,称昏星为“长庚”。至今尚未发现金星有卫星。金星的公转轨道是一个很接近正圆的椭圆,其离心率仅0.007,轨道倾角为3.4°。与太阳的平均距离为0.723天文单位,平均轨道速度约35公里/秒,公转周期224.7日。金星与地球间的距离变化相当大,最近时仅4×107公里,此时视直径为61〃;最远时可达2.57×108公里,视直径仅10〃。金星是太阳系内唯一逆向自转的大行星,也就是说,在金星上太阳是西升东落的。金星的自转非常缓慢,周期为243日,比它的公转周期还要长。金星上的一昼夜相当于117个地球日。金星的大小、质量、密度与地球都很接近,其半径约6050公里,是地球赤道半径的95%;质量为4.87×1027克,是地球的81.5%;平均密度约为地球的95%。金星有一层非常浓密的大气,表面气压相当于地球的90倍,主要由二氧化碳组成,占97%以上,此外还有少量的氮、氩、一氧化碳、水蒸气,氯化氢和氟化氢等。金星大气中还存在着频繁的放电现象。由于有浓密的大气保护,金星表面较为平坦,环形山的数目很少,有一些不太高的山或山脉。金星表面不存在任何液态水,由于严酷的自然条件,是不可能有生命存在的。金星没有磁场和辐射带,太阳风、紫外线和X射线可以长趋直入,直达大气深处,在离表面附近的地方形成薄薄的电离层。
由于行星大气中的二氧化碳和水气可以让可见光和紫外线顺利通过,对于红外线却相当于不透明。太阳辐射的可见光和紫外线可以穿过它们加热行星表面,行星向外辐射的热能(主要是红外线)却被吸收和阻挡,最终又返回到行星表面,这样,行星的表面温度会不断升高,要在较高的温度下才能达到热平衡。金星大气非常浓厚,而且97%以上是二氧化碳,因此温室效应非常强烈,表面温度达480℃左右,而且基本上无地区、昼夜季节的差别。
地球,太阳系九大行星之一,按离太阳由近及远的次序为第三颗。它有一个天然卫星——月球,二者组成一个天体系统——地月系统。地球大约有46亿年的历史。
一、自转和公转
1543年,哥白尼在《天体运行论》一书中首先完整地提出了地球自转和公转的概念。此后,大量的观测和实验都证明了地球自西向东自转,同时围绕太阳公转。1851年,法国物理学家傅科在巴黎成功地进行了一次著名的实验(傅科摆试验),证明地球的自转。地球自转周期约为23时56分4秒平太阳时,地球公转的轨道是椭圆的。公转轨道的半长径为149597870公里,轨道的偏心率为0.0167,公转周期为一恒星年,公转平均速度为每秒29.79公里,黄道与赤道交角(黄赤交角)为23°27′。地球自转和公转运动的结合产生了地球上的昼夜交替、四季变化和五带(热带、南北温带和南北寒带)的区分。地球白转的速度是不均匀的,有长期变化、季节性变化和不规则变化。同时,由于日、月、行星的引力作用以及大气、海洋和地球内部物质的各种作用,使地球自转轴在空间和地球本体内的方向都要产生变化,即岁差和章动、极移和黄赤交角变化。
二、形状和大小
地球是球形这个概念的出现,可上溯到公元前五、六世纪。当时,希腊的毕达哥拉斯学派的哲学家只是从球形最美的观念出发产生这一概念的。亚里士多德根据月食时月球上地影是一个圆,第一次科学地论证了地球是个球体。中国早在战国时期,哲学家惠施已提出地球是球形的看法。
公元前三世纪,古希腊的地理学家埃拉托斯特尼成功地用三角测量法测量了阿斯旺和亚历山大城之间的子午线长。中国唐朝时期,在一行的指导下,由南宫说率领的测量队在河南省黄河南北的平原地带进行了最早的弧度测量,算出了北极的地平高度差一度,相当于南北地面距离相差约351里80步(唐朝的长度单位5尺=1步,300步=1里),从而可算出地球的半径。这项工作比阿拉伯人的类似工作约早100年。在现代,除用大地测量方法外;还可用重力测量确定地球的均衡形状。人造地球卫星上天后,地球动力学测地方法得到很大发展。各种方法的联合使用,使得地球形状和大小的测定精度大大提高。1976年国际天文学联合会天文常数系统中,地球赤道半径α为6378140米,地球扁率因子1/f为298.257。地球不是正球体,而是扁球体,或者说,更象个梨状的旋转体。人造地球卫星的观测结果表明、地球的赤道也是个椭圆,据此可认为地球是个三轴椭球体。地球自转产主的惯性离心力使得球形的地球由两极向赤道逐渐膨胀,成为目前的略扁的旋转椭球体形状,极半径比赤道半径约短21公里。地球内部物质分布的不均匀性,进一步造成地球表面形状的不规则性。在大地测量学中,所谓的地球形状是指大地水准面的形状,在这个面上重力位各处相同,是个等位面。日、月对地球的引力作用使地球上的海洋、大气产生潮汐现象,也使固体地球(在某种程度上是个弹性体)发生弹性形变,这就是所谓“固体潮”。
三、质量和重力加速度
地球的质量为5.976×l027克,这是根据万有引力定律测定的。地球质量的确定提供了测定其他天体质量的依据。从地球的质量可得出地球的平均密度为5.52克/厘米3。地球上任何质点都受到地球引力和惯性离心力的作用,二者的合力就是重力。重力随高度递增而减小,也随纬度而变化。赤道上的重力加速度为978.伽(厘米/秒2),两极处为983.2伽。有些地方还会出现重力异常现象,这反映出地球内部物质分布的不均匀性。重力异常同地质构造和矿床有关。地球因受到日、月引潮力的作用,它的重力加速度也有微小的周期变化,最大的可达十分之几毫伽。
四、构造
地球可以看作由一系列的同心层组成。地球内部,有核、幔、壳结构。地球外部,有水圈、大气圈,还有磁层,形成了围绕固态地球的外套。磁层和大气圈阻挡着来自空间的紫外线、X射线、高能粒子和众多的流星对地面的直接轰击。
地球表面十分之七以上为蓝色的海洋所覆盖,湖泊、江河只占地球表面水域很少的部分。地球表面的液态水层,叫做水圈,从形成至今至少已有30亿年。地球的表层由各种岩石和土壤组成,地面崎岖不平,低洼部分被水淹没成为海洋、湖泊;高出水面的陆地则有平原、高山。地球固体表面总垂直起伏约为20公里,它是珠穆朗玛峰顶(据中国登山队1975年测定,珠穆朗玛峰海拔高度为8848.13米)和最深的海洋深度(马里亚纳海沟深度约11公里)之间的高差,它超过大陆地壳平均厚度的一半。洋底象陆地一样不平坦,也不平静。洋底岩石年龄要比陆地年轻得多。陆地上大多数岩石的年龄小于二十几亿年。陆地上到处可以找到沉积岩,说明在远古时期这些地方可能是海洋。地表虽有少量的环形山,但难以找到类似月球、火星和水星那样多的环形山,这是因为地球表面受到外力(水和大气)和内力(地震和火山)的作用,不断风化、侵蚀和瓦解的结果。
长期以来,人们认为地壳构造运动主要表现为地面的隆起和沉降,以垂直运动为主,水平运动是次要的。近十多年来,愈来愈多的科学家认为,地球上部不仅有垂直运动,而且还有更大的水平运动,海洋和大陆的相对位置在地质时期也是变化着的。1912年伟格纳提出大陆漂移假说。此后,有的地质学家认为,地球早先存在两块古大陆——南半球的冈瓦纳古陆和北半球的劳亚古陆。但在很长时期里许多科学家拒绝承认大陆漂移假说,因为当时人们很难相信有这么大的力量把原先的大陆块撕开,使各碎块分别逐渐漂移到今天的位置。六十年代初,黑斯和迪茨提出了洋底扩张假说,认为全球大地构造是洋底不断扩张的直接结果。正是由于洋底扩张假说和板块运动理论的发展,又使大陆漂移学说重新受到重视。
地球最上层约几十公里厚的一圈是强度很大的岩石圈,其下几百公里厚的一层是软流层,强度较小,在长期的应力作用下这一层的物质具有可塑性。岩石圈漂浮在软流圈上。在地球内部能量(原始热量和发射性热)释放时,地内温度和密度的不均匀分布,引起地幔物质的对流运动。地幔对流物质沿着洋底的洋中脊的裂隙向两侧方向运动,不断形成新的洋底。此外,老的洋底不断向外扩张,当它们接近大陆边缘时,在地幔对流向下拖曳力的作用下,插入大陆地壳下面,致使岩石圈发生一系列的构造运动。这种对流作用可使整个洋底在三亿年左右更新一次。岩石圈被一些活动构造带所割裂,分成几个不连续的单元,称为大陆板块。勒比雄把全球岩石圈分成六大板块:欧亚板块、美洲板块、非洲板块、太平洋板块、澳洲板块和南极板块。海底的扩张导致大陆板块发生运动。板块的相互挤压造成了巨大的山系,自阿尔卑斯山经过土耳其和高加索,最后到喜马拉雅山的山系正是属于这种情况;也有的地方,两个板块的岩石同时下沉,造成洋底的深渊,此外,板块的运动还造成了火山和地震。关于板块运动的理论,目前还在不断发展之中,同时也存在许多有争论的问题。
五、起源和演化
对地球起源和演化问题进行系统的科学研究始于十八世纪中叶,至今已经提出多种学说。现在流行的看法是:地球作为一个行星,远在46亿年以前起源于原始太阳星云。它同其他行星一样,经历了吸积、碰撞这样一些共同的物理演化过程。地球胎形成伊始,温度较低,并无分层结构,只是由于陨石物质的轰击,放射性衰变致热和原始地球的重力收缩,才使地球温度逐渐增加。随着温度的升高,地球内部物质也就具有越来越大的可塑性,且有局部熔融现象。这时,在重力作用下物质分异开始,地球外部较重的物质逐渐下沉,地球内部较轻的物质逐渐上升,一些重的元素(如液态铁)沉到地球中心,形成一个密度较大的地核(地震波的观测表明,地球外核是液态的)。物质的对流伴随着大规模的化学分离,最后地球就逐渐形成现今的地壳、地幔和地核等层次。
在地球演化早期,原始大气逃逸殆尽。伴随着物质的重新组合和分化,原先在地球内部的各种气体上升到地表成为第二代大气,后来,因绿色植物的光合作用,进一步发展成为现代大气。另一方面,地球内部温度升高,使内部结晶水汽化。随着地表温度逐渐下降,气态水经过凝结、降雨落到地面形成水圈。约在三、四十亿年前,地球上开始出现单细胞生命,然后逐步进化为各种各样的生物,直到人类这样的高级生物,构成了一个生物圈。
火星,太阳系九大行星之一,按距离太阳由近到远的顺序排列第四。中国古代称荧惑。火星外观呈火红色,亮度变化明显,视星等在+1.5等到-2.9等之间。卫星两颗,由霍耳在1877年火星大冲时发现。火星公转轨道椭圆形,轨道面与黄道面的交角为1.9°,轨道半长径约为1.524天文单位,轨道离心率为0.093。由于离心率较大,火星的近日距和远日距相差4200万公里,因此火星冲日时与地球的距离有较大的变化。火星的公转周期为686.980日,平均轨道速度为24.13公里/秒。火星自转周期为24小时37分22.6秒,赤道面与公转轨道面的交角为23°59′(比地球稍大),因此火星上也有明显的四季变化。火星赤道半径为3395公里,是地球的53%,体积为地球的15%,质量为6.42×1026克,为地球的10.8%,平均密度为3.96克/厘米3,表面重力加速度为地球的38%。火星大气比地球大气稀薄得多,主要成分是二氧化碳(95%)、氮(3%)、氩(1-2%),水汽和氧的含量极少。火星表面大气压为7.5毫巴,相当于地球上30-40公里高空的大气压。尘暴是火星大气中独有的现象,小规模的尘暴经常出现。每个火星年还会发生一次席卷全球的大尘暴。火星表面的大部分地区被红色的硅酸盐、赤铁矿等铁的氧化物及其他金属化合物覆盖,因而显出明亮的橙红色。火星表面的温度比地球低30℃以上,昼夜温差常超过100℃。在火星赤道附近,最高温度为20℃左右,两极地区的最低温度可达-139℃。火星表面有众多的环形山、火山和峡谷。北半球主要为巨大的火山溶岩平原和一些死火山;南半球到处崎岖不平,环形山星罗棋布。火星上不存在液态水,但有几千条干涸的河床,最长的约1500公里,宽60公里,这说明以前火星上可能有过大量的液态水。火星两极地区被白色极冠覆盖。极冠是火星表面最显著的标志,它的大小随季节变化,处于夏天的半球极冠的范围不大,而处于冬天的半球极冠可延伸到纬度60 °处。极冠由冰和固态二氧化碳(干冰)组成,温度在-70℃到-139℃之间,由于二氧化碳随温度的变化不断的气化和凝结,使得极冠的大小不断变化。极冠中大约保存有大气中20%的二氧化碳,水的含量比大气中多得多,如果极冠中的冰全部融化成液态水,可以在火星表面形成一个10米厚的水层。极冠于17世纪由荷兰物理学家惠更斯发现。火星在许多方面都与地球相近,有被大气包围着的固体表面,有四季的交和季节的变化,它的极冠夏天缩小,冬天扩大,像是冰雪的消融和冻结,火星表面的颜色也随季节发生变化,像是植物的生长和凋零,19世纪末,观测到火星上面有“运河”。因此火星上是否有生命,甚至是否有象人一样的高级生命成了人们非常感兴趣的问题。20世纪60年代,火星探测器发回的资料证明所谓“火星运河”是人眼的错觉造成的,它们实际并不存在。火星表面颜色随季节的变化是一种纯粹的气象现象,火星表面是一个极为荒凉的世界,没有液态水,大气极为稀薄,而且十分寒冷,是不适于生命存在的。1976年,“海盗”1号、2号探测器在事先选定的火星上最有希望存在生命的地区软着陆,采集了土样,土样在实验过程中发生了某种变化,但无法确定这种变化是由微生物的新陈代谢引起的,还是土壤中某种化学过程的结果。因此,现在还不能完全排除火星上存在低级生物的可能性。
木星,太阳系九大行星中最大的一颗,按离太阳由近及远的次序为第五颗。中国古代就认识到木星约12年运行一周天,而把周天分成十二份,称十二次,木星每年行经一次,用木星所在的星次可以纪年,因此木星被称为岁星。是天空中的第三亮星,最亮时达-2.4等,只有金星和冲日时的火星比它亮。木星有众多的卫星,截止到1990年,已发现16颗。1979年,行星际探测器“旅行者”1号还发现木星有一个很暗的光环。木星在椭圆轨道上绕太阳运行,轨道半长径为5.205天文单位,离心率为0.048,它在近日点同太阳的距离比远日点近约0.5天文单位。木星的轨道面与黄道面的交角很小,只有1.3°。木星绕太阳公转的周期为4332.589天,约合11.86年,平均轨道速度为13.06公里/秒。木星是太阳系内自转最快的行星,赤道上自转周期仅9小时50分30秒,两极地区的自转稍慢。由于高速自转,使得它的扁率相当大,达0.0648。木星的自转轴几乎是垂直于公转轨道道的,二者的交角达86°55′。木星的赤道半径为71400公里,是地球的11.2倍,体积是地球的1316倍;质量为1.9×1030克,比地球的质量大300多倍,是其他八大行星总质量的2.5倍,平均密度只有1.33克/厘米3,赤道上的重力加速度为27.07米/秒2,两极为23.22米/秒2。木星有着浓密的大气,主要成份是氢和氦,还含有少量的氨、甲烷和水。用望远镜观测木星,可以看到大气中有一系列与赤道平行的明暗交替的云带,云带的形状随时间不断变化。这表明木星大气中存在着激烈的运动。木星表面的温度很低,根据理论计算,它表面的有效温度应为105K,但地面观测和行星际探测器测得的结果均高于理论值,对木星的红外观测也表明,木星辐射的热能为它接收到的太阳热能的两倍,这说明木星内部存在着热源。木星还有着比地球更大更强的磁层和辐射带。木星磁层比地球磁层大100倍。它可分为三个区域。内区(离木星表面20个木星半径的范围内)具有与地球辐射带相近的强辐射带;中介区(从20个木星半径到100个木星半径)的磁力线被离心力歪曲。内区和中介区都按约10小时的自转周期转动。外区(60-90个木星半径范围内)的磁场很弱,到磁层边界处已趋于零。除很靠近木星表面的部分外,木星的磁场是偶极场,但场的方向与地磁场相反,即地球上指北的罗盘到木星上变为指南。木星的磁轴与自转轴间的交角为10.8°。离木星3个木星半径以内的磁场是4极或8极的,场强为3-11×10-4特斯拉。木星表面大红斑,位于赤道南侧,长达2万多公里,宽约1.1万公里,略呈蛋形。发现于1660年,300多年来尽管它的颜色和亮度不断变化,但形状和大小几乎没有变,大红斑沿逆时针方向绕中心转动,而且在经度方向上有漂移运动,因而肯定不是固体的表面特征。现在认为它很可能是一个大旋涡,或者说它是一团激烈上升的气流。旋涡或气流中含有红磷化合物,大红斑的颜色可能是因此产生的。至于大红斑能长期存在的原因,目前尚不清楚。
土星,太阳系九大行星之一,按离太阳由近及远的次序为第六颗。中国古代称填星或镇星。1871年发现天王星之前,土星一直被认为是离太阳最远的行星。土星有较多的卫星,截止1990年已发现了23颗,它还有易见的光环。土星绕太阳公转的轨道是离心率为0.055的椭圆,轨道半长径为9.576天文单位,即约为14亿公里,它同太阳的距离在近日点时和在远日点时相差约1天文单位。公转轨道面与黄道面的交角为2.5°。公转周期为10759.2天,即约29.5年。平均轨道速度为每秒9.64公里,自转很快,自转角速度随纬度变化,赤道上自转周期是10小时14分,纬度60°处为10小时40分,高速的自转使土星呈明显的扁球形,极半径只有赤道半径的91.2%,土星的赤道面与轨道面的交角为26°44′。土星的赤道半径为60000公里,是地球的9.41倍,体积是地球的745倍。质量为5.688×1029克,是地球的95.18倍。在九大行星中,土星的大小和质量仅次于木星,居第二位。平均密度只有0.70克/厘米3,比水还低。由于土星的大半径和低密度,它表面的重力加速度与地球表面相近。土星的大气以氢、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云,有彩色的亮带和暗纹,但比木星大气中的云带规则。土星表面温度约为-140℃,云顶温度为-170℃。行星探测器“先驱者”11号发现土星上有一个由电离氢构成的电离层,电离层温度约为977℃。土星也有磁?br>参考资料:《神秘的宇宙》
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了照。
不像土星的,木星的光环较暗(反照率为0.05)。它们由许多粒状的岩石质材料组成。
木星光环中的粒子可能并不是稳定地存在(由大气层和磁场的作用)。这样一来,如果光环要保持形状,它们需被不停地补充。两颗处在光环中公转的小卫星:木卫十六和木卫十七,显而易见是光环资源的最佳候选人。
木星的卫星
木星有16颗已知卫星,4颗大伽利略发现的卫星,12颗小的。
由于伽利略卫星产生的引潮力,木星运动正逐渐地变缓。同样,相同的引潮力也改变了卫星的轨道,使它们慢慢地逐渐远离木星。
木卫一,木卫二,木卫三由引潮力影响而使公转共动关系固定为1:2:4,并共同变化。木卫四也是这其中一个部分。在未来的数亿年里,木卫四也将被锁定,以木卫三的两倍公转周期,木卫一的八倍来运行。
木星的卫星由宙斯一生中所接触过的人来命名(大多是他的情人)。
卫星 距离
(千米) 半径
(千米) 质量
(千克) 发现者 发现日期
木卫十六 128000 20 9.56e16 Synnott 1979
木卫十五 129000 10 1.91e16 Jewitt 1979
木卫五 181000 98 7.17e18 Barnard 1892
木卫十四 222000 50 7.77e17 Synnott 1979
木卫一 422000 1815 8.94e22 伽利略 1610
木卫二 671000 1569 4.80e22 伽利略 1610
木卫三 1070000 2631 1.48e23 伽利略 1610
木卫四 1883000 2400 1.08e23 伽利略 1610
木卫十三 11094000 8 5.68e15 Kowal 1974
木卫六 11480000 93 9.56e18 Perrine 1904
木卫十 11720000 18 7.77e16 Nicholson 1938
木卫七 11737000 38 7.77e17 Perrine 1905
木卫十二 21200000 15 3.82e16 Nicholson 1951
木卫十一 22600000 20 9.56e16 Nicholson 1938
木卫八 23500000 25 1.91e17 Melotte 1908
木卫九 23700000 18 7.77e16 Nicholson 1914
较小卫星的数值是约值。
土星
土星是离太阳第六远的行星,也是八大行星中第二大的行星:
公转轨道: 距太阳 1,429,400,000 千米 (9.54 天文单位)
卫星直径: 120,536 千米 (赤道)
质量: 5.68e26 千克
在罗马神话中,土星(Saturn)是农神的名称。希腊神话中的农神Cronus是Uranus(天王星)和该亚的儿子,也是宙斯(木星)的父亲。土星也是英语中“星期六”(Saturday)的词根。
土星在史前就被发现了。伽利略在1610年第一次通过望远镜观察到它,并记录下它的奇怪运行轨迹,但也被它给搞糊涂了。早期对于土星的观察十分复杂,这是由于当土星在它的轨道上时每过几年,地球就要穿过土星光环所在的平面。(低分辨率的土星图片所以经常有彻底性的变化。)直到1659年惠更斯正确地推断出光环的几何形状。在1977年以前,土星的光环一直被认为是太阳系中唯一存在的;但在1977年,在天王星周围发现了暗淡的光环,在这以后不久木星和海王星周围也发现了光环。
先锋11号在1979年首先去过土星周围,同年又被旅行家1号和2号访问。现在正在途中的卡西尼飞行器将在2004年到达土星。
通过小型的望远镜观察也能明显地发现土星是一个扁球体。它赤道的直径比两极的直径大大约10%(赤道为120,536千米,两极为108,728千米),这是它快速的自转和流质地表的结果。其他的气态行星也是扁球体,不过没有这样明显。
土星是最疏松的一颗行星,它的比重(0.7)比水的还要小。
与木星一样,土星是由大约75%的氢气和25%的氦气以及少量的水,甲烷,氨气和一些类似岩石的物质组成。这些组成类似形成太阳系时,太阳星云物质的组成。
土星内部和木星一样,由一个岩石核心,一个具有金属性的液态氢层和一个氢分子层,同时还存在少量的各式各样的冰。
土星的内部是剧热的(在核心可达12000开尔文),并且土星向宇宙发出的能量比它从太阳获得的能量还要大。大多数的额外能量与木星一样是由Kelvin-Helmholtz原理产生的。但这可能还不足以解释土星的发光本领,一些其他的作用可能也在进行,可能是由于土星内部深层处氦的“冲洗”造成的。
木星上的明显的带状物 在土星上则模糊许多,在赤道附近变得更宽。由地球无法看清它的顶层云,所以直到旅行者飞船偶然观测到,人们才开始对土星的大气循环情况开始研究。土星与木星一样,有长周期的椭圆轨道以及其他的大致特征。在1990年,哈博望远镜观察到在土星赤道附近一个非常大的白色的云,这是当旅行者号到达时并不存在的;在1994年,另一个比较小的风暴被观测到。
从地球上可以看到两个明显的光环(A和B)和一个暗淡的光环(C),在A光环与B光环之间的间隙被称为“卡西尼部分”。一个在A光环的外围部分更为暗淡的间隙被称为“Encke Gap”(但这有点用词不当,因为它可能从没被Encke看见过)。旅行者号发送回的图片显示还有四个暗淡的光环。土星的光环与其他星的光环不同,它是非常明亮的。(星体反照率为0.2 - 0.6)
尽管从地球上看光环是连续的,但这些光环事实上是由无数在各自独立轨道的微小物体构成的。它们的大小的范围由1厘米到几米不等,也有可能存在一些直径为几公里的物体。
土星的光环特别地薄,尽管它们的直径有250,000千米甚至更大,但是它们最多只有1.5千米厚。尽管它们有给人深刻印象的明显的形象,但是在光环中只有很少的物质--如果光环被压缩成一个物件,它最多只可能是100千米宽。
光环中的微粒可能主要是由水凝成的冰组成,但它们也可能是由冰裹住外层的岩石状微粒。
旅行者号证实令人迷惑的半径的不均匀性在光环中的确存在,这被叫做“spokes(辅条)”,这是首先由一个业余天文学家报道的。它们的自然本性带给了我们一个谜,但使得我们有了弄清土星磁场区的线索。
土星最外层的光环,F光环,是由一些更小的光环组成的繁杂构造,它的一些“绳结(Knots)”是很明显的。科学家们推测这些所谓的结可能是块状的光环物质或是一些迷你的月亮。这些奇怪的织状物在旅行者1号发回的图象中很明显,但它们在旅行者2号发回的图象中看不见,可能是因为后者拍到的光环部分的成分与前者的略有不同。
土星的卫星之间和光环系统中有着复杂的潮汐共振现象:一些卫星,所谓的“牧羊卫星”(比如土卫十五,土卫十六和土卫十七)对保持光环形状有着明显的重要性;土卫一看来应对卡西尼部分某种物质的缺乏负责任,这与小行星带中Kirkwood gaps遇到的情况类似;土卫十八处于Encke Gap中。整个系统太复杂,我们所掌握的还很贫乏。
土星(以及其他类木行星)的光环的由来还不清楚,尽管它们可能自从形成时就有光环,但是光环系统是不稳定的,它们可能在前进过程中不断更新,也可能是比较大的卫星的碎片。
像其他类木行星一样,土星有一个极有意义的磁场区。
在无尽的夜空中,土星很容易被眼睛看到。尽管它可能不如木星那么明亮,但是它很容易被认出是颗行星,因为它不会象恒星那样“闪烁”。光环以及它的卫星能通过一架小型业余天文望远镜观察到。Mike Harvey的行星寻找图表指出此时水星在天空中的位置(及其他行星的位置),再由Starry Night这个天象程序作更多更细致的定制。
土星的卫星
土星有18颗被命名的卫星,比其他任何行星都多。还有一些小卫星还将被发现。
在那些旋转速度已知的卫星中,除了土卫九和土卫七以外都是同步旋转的。
有三对卫星,土卫一-土卫三,土卫二-土卫四和土卫六-土卫七有万有引力的互相作用来维持它们轨道间的固定关系。土卫一公转周期恰巧是土卫三的一半,它们可以说是在1:2共动关系中,土卫二-土卫四的也是1:2; 土卫六-土卫七的则是3:4关系。
除了18颗被命名的卫星以外,至少已有一打以上已经被报道了,并且已经给予了临时的名称。
卫星 距离
(千米) 半径
(千米) 质量
(千克) 发现者 发现日期
土卫十八 134000 10 ? Showalter 1990
土卫十五 138000 14 ? Terrile 1980
土卫十六 139000 46 2.70e17 Collins 1980
土卫十七 142000 46 2.20e17 Collins 1980
土卫十一 151000 57 5.60e17 Walker 1980
土卫十 151000 89 2.01e18 Dollfus 1966
土卫一 186000 196 3.80e19 赫歇耳 1789
土卫二 238000 260 8.40e19 赫歇耳 1789
土卫三 295000 530 7.55e20 卡西尼 1684
土卫十三 295000 15 ? Reitsema 1980
土卫十四 295000 13 ? Pascu 1980
土卫四 377000 560 1.05e21 卡西尼 1684
土卫十二 377000 16 ? Laques 1980
土卫五 527000 765 2.49e21 卡西尼 1672
土卫六 1222000 2575 1.35e23 惠更斯 1655
土卫七 1481000 143 1.77e19 波德 1848
土卫八 3561000 170 1.88e21 卡西尼 1671
土卫九 12952000 110 4.00e18 Pickering 1898
土星的光环
光环 距离
(千米) 宽度
(千米) 质量
(千克)
D 67000 7500 ?
C 74500 17500 1.1e18
B 92000 25500 2.8e19
卡西尼部分
A 122200 14600 6.2e18
F 140210 500 ?
G 165800 8000 1e7?
E 180000 300000 ?
(距离是指从土星中心到光环内部的边缘)这种分类真的有点误导,因为微粒的密度以一个复杂的方式改变,不能用分类法划分为一个明显的区域:在光环中存在不断的变化;那些间隙并不是全部空的,这些光环并不是一个完美的圆环。
天王星
天王星是太阳系中离太阳第七远行星,从直径来看,是太阳系中第三大行星。天王星的体积比海王星大,质量却比其小。
公转轨道: 距太阳2,870,990,000 千米 (19.218 天文单位)
行星直径: 51,118 千米(赤道)
质量: 8.683e25 千克
读天王星的英文名字,发音时要小心,否则可能会使人陷于窘迫的境地。Uranus应读成"YOOR a nus" ,不要读成"your anus"(你的肛门)或是"urine us"(对着我们撒尿)。
乌拉诺斯是古希腊神话中的宇宙之神,是最早的至高无上的神。他是该亚的儿子兼配偶,是Cronus(农神土星)、独眼巨人和泰坦(奥林匹斯山神的前辈)的父亲。
天王星是由威廉·赫歇耳通过望远镜系统地搜寻,在1781年3月13日发现的,它是现代发现的第一颗行星。事实上,它曾经被观测到许多次,只不过当时被误认为是另一颗恒星(早在1690年John Flamsteed便已观测到它的存在,但当时却把它编为34 Tauri)。赫歇耳把它命名为"the Georgium Sidus(天竺葵)"(乔治亚行星)来纪念他的资助者,那个对美国人而言臭名昭著的英国国王:乔治三世;其他人却称天王星为“赫歇耳”。由于其他行星的名字都取自希腊神话,因此为保持一致,由波德首先提出把它称为“乌拉诺斯(Uranus)”(天王星),但直到1850年才开始广泛使用。
只有一艘行星际探测器曾到过天王星,那是在1986年1月24日由旅行者2号完成的。
大多数的行星总是围绕着几乎与黄道面垂直的轴线自转,可天王星的轴线却几乎平行于黄道面。在旅行者2号探测的那段时间里,天王星的南极几乎是接受太阳直射的。这一奇特的事实表明天王星两极地区所得到来自太阳的能量比其赤道地区所得到的要高。然而天王星的赤道地区仍比两极地区热。这其中的原因还不为人知。
而且它不是以大于90度的转轴角进行正向转动,就是以倾角小于90度进行逆向转动。问题是你要在某个地方画一条分界线,因为比如对金星是否是真的逆向转动(不是倾角接近180度的正向转动)就有一些争议。
天王星基本上是由岩石和各种各样的冰组成的,它仅含有15%的氢和一些氦(与大都由氢组成的木星和土星相比是较少的)。天王星和海王星在许多方面与木星和土星在去掉巨大液态金属氢外壳后的内核很相象。虽然天王星的内核不像木星和土星那样是由岩石组成的,但它们的物质分布却几乎是相同的。
天王星的大气层含有大约83%的氢,15%的氦和2%的甲烷。
如其他所有的气态行星一样,天王星也有带状的云围绕着它快速飘动。但是它们太微弱了,以至只能由旅行者2号经过加工的图片才可看出。最近由哈博望远镜的观察显示的条纹却更大更明显。据推测,这种差别主要是由于季节的作用而产生的(太阳直射到天王星的某个低纬地区可能造成明显的白天黑夜的作用)。
天王星显蓝色是其外层大气层中的甲烷吸收了红光的结果。那儿或许有像木星那样的彩带,但它们被覆盖着的甲烷层遮住了。
像其他所有气态行星一样,天王星有光环。它们像木星的光环一样暗,但又像土星的光环那样由相当大的直径达到10米的粒子和细小的尘土组成。天王星有11层已知的光环,但都非常暗淡;最亮的那个被称为Epsilon光环。天王星的光环是继土星的被发现后第一个被发现的,这一发现被认为是十分重要的,由此我们知道了光环是行星的一个普遍特征,而不是仅为土星所特有的。
旅行者2号发现了继已知的5颗大卫星后的10颗小卫星。看来在光环内还有一些更小的卫星。
谈到天王星转轴的问题,还值得一提的是它的磁场也十分奇特,它并不在此行星的中心,而倾斜了近60度。这可能是由于天王星内部的较深处的运动而造成的。
有时在晴朗的夜空,刚好可用肉眼看到模糊的天王星,但如果你知道它的位置,通过双筒望远镜就十分容易观察到了。通过一个小型的天文望远镜可以看到一个小圆盘状。迈克·哈卫的行星寻找图表显示了天王星以及其它行星在天空中的位置。越来越多的细节,越来越好的图表将被如灿烂星河这样的天文程序来发现和完成。
天王星的卫星
天王星有15颗已命名的卫星,以及2颗已发现但暂未命名的卫星。
与太阳系中的其他天体不同,天王星的卫星并不是以古代神话中的人物而命名的,而是用莎士比亚和罗马教皇的作品中人物的名字。
它们自然分成两组:由旅行者2号发现的靠近天王星的很暗的10颗小卫星和5颗在外层的大卫星。
它们都有一个圆形轨道围绕着天王星的赤道(因此相对于赤道面有一个较大的角度)。
卫星 距离
(千米) 半径
(千米) 质量
(千克) 发现者 发现日期
天卫六 50000 13 ? 旅行者2号 1986
天卫七 54000 16 ? 旅行者2号 1986
天卫八 59000 22 ? 旅行者2号 1986
天卫九 62000 33 ? 旅行者2号 1986
天卫十 63000 29 ? 旅行者2号 1986
天卫十一 64000 42 ? 旅行者2号 1986
天卫十二 66000 55 ? 旅行者2号 1986
天卫十三 70000 27 ? 旅行者2号 1986
天卫十四 75000 34 ? 旅行者2号 1986
天卫十八 75000 20 ? Karkoschka 1999
天卫十五 86000 77 ? 旅行者2号 1985
天卫五 130000 236 6.30e19 Kuiper 1948
天卫一 191000 579 1.27e21 Lassell 1851
天卫二 266000 585 1.27e21 Lassell 1851
天卫三 436000 789 3.49e21 赫歇耳 1787
天卫四 583000 761 3.03e21 赫歇耳 1787
天卫十六 7200000 30 ? Gladman 1997
天卫十七
12200000 60 ? Gladman
1997
天王星的光环
光环 距离
(千米) 宽度
(千米)
1986U2R 38000 2,500
6 41840 1-3
5 42230 2-3
4 42580 2-3
Alpha 44720 7-12
Beta 45670 7-12
Eta 47190 0-2
Gamma 47630 1-4
Delta 48290 3-9
1986U1R 50020 1-2
Epsilon 51140 20-100
(距离是指从天王星的中心算到光环的内边的长度)
海王星
海王星是环绕太阳运行的第八颗行星,也是太阳系中第四大天体(直径上)。海王星在直径上小于天王星,但质量比它大。
公转轨道: 距太阳 4,504,000,000 千米 (30.06 天文单位)
行星直径: 49,532 千米(赤道)
质量: 1.0247e26 千克
在古罗马神话中海王星(古希腊神话:波塞冬(Poseidon))代表海神。
在天王星被发现后,人们注意到它的轨道与根据牛顿理论所推知的并不一致。因此科学家们预测存在着另一颗遥远的行星从而影响了天王星的轨道。Galle和d'Arrest在1846年9月23日首次观察到海王星,它出现的地点非常靠近于亚当斯和勒威耶根据所观察到的木星、土星和天王星的位置经过计算独立预测出的地点。一场关于谁先发现海王星和谁享有对此命名的权利的国际性争论产生于英国与法国之间(然而,亚当斯和勒威耶个人之间并未有明显的争论);现在将海王星的发现共同归功于他们两人。后来的观察显示亚当斯和勒威耶计算出的轨道与海王星真实的轨道偏差相当大。如果对海王星的搜寻早几年或晚几年进行的话,人们将无法在他们预测的位置或其附近找到它。
仅有一艘宇宙飞船旅行者2号于1989年8月25日造访过海王星。几首我们所知的全部关于海王星的信息来自这次短暂的会面。
由于冥王星的轨道极其怪异,因此有时它会穿过海王星轨道,自1979年以来海王星成为实际上距太阳最远的行星,在1999年冥王星才会再次成为最遥远的行星。
海王星的组成成份与天王星的很相似:各种各样的“冰”和含有15%的氢和少量氦的岩石。海王星相似于天王星但不同于土星和木星,它或许有明显的内部地质分层,但在组成成份上有着或多或少的一致性。但海王星很有可能拥有一个岩石质的小型地核(质量与地球相仿)。它的大气多半由氢气和氦气组成。还有少量的甲烷。
海王星的蓝色是大气中甲烷吸收了日光中的红光造成的。
作为典型的气体行星,海王星上呼啸着按带状分布的大风暴或旋风,海王星上的风暴是太阳系中最快的,时速达到2000千米。
和土星、木星一样,海王星内部有热源--它辐射出的能量是它吸收的太阳能的两倍多。
在旅行者2号造访海王星的期间,行星上最明显的特征就属位于南半球的大黑斑(The Great Dark Spot)了。黑斑的大小大约是木星上的大红斑的一半(直径的大小与地球相似),海王星上的疾风以300米每秒(700英里每小时)的速度把大黑斑向西吹动。旅行者2号还在南半球发现一个较小的黑斑极一以大约16小时环绕行星一周的速度飞驶的不规则的小团白色烟雾,现在得知是“The Scooter”。它或许是一团从大气层低处上升的羽状物,但它真正的本质还是一个迹。
然而,1994年哈博望远镜对海王星的观察显示出大黑斑竟然消失了!它或许就这么消散了,或许暂时被大气层的其他部分所掩盖。几个月后哈博望远镜在海王星的北半球发现了一个新的黑斑。这表明海王星的大气层变化频繁,这也许是因为云的顶部和底部温度差异的细微变化所引起的。
海王星也有光环。在地球上只能观察到暗淡模糊的圆弧,而非完整的光环。但旅行者2号的图像显示这些弧完全是由亮块组成的光环。其中的一个光环看上去似乎有奇特的螺旋形结构。
同天王星和木星一样,海王星的光环十分暗淡,但它们的内部结构仍是未知数。
人们已命名了海王星的光环:最外面的是Adams(它包括三段明显的圆弧,今已分别命名为自由Liberty,平等Equality和互助Fraternity),其次是一个未命名的包有Galatea卫星的弧,然后是Leverrier(它向外延伸的部分叫作Lassell和Arago),最里面暗淡但很宽阔的叫Galle。
海王星的磁场和天王星的一样,位置十分古怪,这很可能是由于行星地壳中层传导性的物质(大概是水)的运动而造成的。
通过双目望远镜可观察到海王星(假如你真的知道往哪儿看),但假如你要看到行星上的一切而非仅仅一个小圆盘,那么你就需要一架大的天文望远镜。Mike Harvey的行星寻找图表指出此时海王星在天空中的位置(及其他行星的位置),再由Starry Night这个天象程序作更多更细致的定制。
海王星的卫星
海王星有8颗已知卫星:7颗小卫星和海卫一。
卫星 距离
(千米)
半径
(千米)
质量
(千克)
发现者 发现日期
海卫三 48000 29 ? 旅行者2号 1989
海卫四 50000 40 ? 旅行者2号 1989
海卫五 53000 74 ? 旅行者2号 1989
海卫六 62000 79 ? 旅行者2号 1989
海卫七 74000 96 ? 旅行者2号 1989
海卫八 118000 209 ? 旅行者2号 1989
海卫一 355000 1350 2.14e22 Lassell 1846
海卫二 5509000 170 ? Kuiper 1949
海王星的光环
光环 距离
(千米) 宽度
(千米) 另称
Diffuse 41900 15 1989N3R, Galle
Inner 53200 15 1989N2R, 勒威耶
Plateau 53200 5800 1989N4R, Lassell, Arago
Main 62930 < 50 1989N1R, Adams
冥王星
一般认为,冥王星是离太阳最远而且是最小的行星。太阳系中有七颗卫比冥王星大(月球, 木卫一, 木卫二, 木卫三, 木卫四, 土卫六 and 海卫一)。
公转轨道: 离太阳平均距离5,913,520,000 千米 (39.5 天文单位)
行星直径: 2274 千米
质量: 1.27e22 千克
另,在国际天文学联合会大会召开之后,经过投票表决,冥王星被降级为矮行星,至此太阳系只剩下八大行星。“九大行星”的说法已经成为历史。
接上面ronnie_的补充
不像土星的,木星的光环较暗(反照率为0.05)。它们由许多粒状的岩石质材料组成。
木星光环中的粒子可能并不是稳定地存在(由大气层和磁场的作用)。这样一来,如果光环要保持形状,它们需被不停地补充。两颗处在光环中公转的小卫星:木卫十六和木卫十七,显而易见是光环资源的最佳候选人。
木星的卫星
木星有16颗已知卫星,4颗大伽利略发现的卫星,12颗小的。
由于伽利略卫星产生的引潮力,木星运动正逐渐地变缓。同样,相同的引潮力也改变了卫星的轨道,使它们慢慢地逐渐远离木星。
木卫一,木卫二,木卫三由引潮力影响而使公转共动关系固定为1:2:4,并共同变化。木卫四也是这其中一个部分。在未来的数亿年里,木卫四也将被锁定,以木卫三的两倍公转周期,木卫一的八倍来运行。
木星的卫星由宙斯一生中所接触过的人来命名(大多是他的情人)。
卫星 距离
(千米) 半径
(千米) 质量
(千克) 发现者 发现日期
木卫十六 128000 20 9.56e16 Synnott 1979
木卫十五 129000 10 1.91e16 Jewitt 1979
木卫五 181000 98 7.17e18 Barnard 1892
木卫十四 222000 50 7.77e17 Synnott 1979
木卫一 422000 1815 8.94e22 伽利略 1610
木卫二 671000 1569 4.80e22 伽利略 1610
木卫三 1070000 2631 1.48e23 伽利略 1610
木卫四 1883000 2400 1.08e23 伽利略 1610
木卫十三 11094000 8 5.68e15 Kowal 1974
木卫六 11480000 93 9.56e18 Perrine 1904
木卫十 11720000 18 7.77e16 Nicholson 1938
木卫七 11737000 38 7.77e17 Perrine 1905
木卫十二 21200000 15 3.82e16 Nicholson 1951
木卫十一 22600000 20 9.56e16 Nicholson 1938
木卫八 23500000 25 1.91e17 Melotte 1908
木卫九 23700000 18 7.77e16 Nicholson 1914
较小卫星的数值是约值。
土星
土星是离太阳第六远的行星,也是八大行星中第二大的行星:
公转轨道: 距太阳 1,429,400,000 千米 (9.54 天文单位)
卫星直径: 120,536 千米 (赤道)
质量: 5.68e26 千克
在罗马神话中,土星(Saturn)是农神的名称。希腊神话中的农神Cronus是Uranus(天王星)和该亚的儿子,也是宙斯(木星)的父亲。土星也是英语中“星期六”(Saturday)的词根。
土星在史前就被发现了。伽利略在1610年第一次通过望远镜观察到它,并记录下它的奇怪运行轨迹,但也被它给搞糊涂了。早期对于土星的观察十分复杂,这是由于当土星在它的轨道上时每过几年,地球就要穿过土星光环所在的平面。(低分辨率的土星图片所以经常有彻底性的变化。)直到1659年惠更斯正确地推断出光环的几何形状。在1977年以前,土星的光环一直被认为是太阳系中唯一存在的;但在1977年,在天王星周围发现了暗淡的光环,在这以后不久木星和海王星周围也发现了光环。
先锋11号在1979年首先去过土星周围,同年又被旅行家1号和2号访问。现在正在途中的卡西尼飞行器将在2004年到达土星。
通过小型的望远镜观察也能明显地发现土星是一个扁球体。它赤道的直径比两极的直径大大约10%(赤道为120,536千米,两极为108,728千米),这是它快速的自转和流质地表的结果。其他的气态行星也是扁球体,不过没有这样明显。
土星是最疏松的一颗行星,它的比重(0.7)比水的还要小。
与木星一样,土星是由大约75%的氢气和25%的氦气以及少量的水,甲烷,氨气和一些类似岩石的物质组成。这些组成类似形成太阳系时,太阳星云物质的组成。
土星内部和木星一样,由一个岩石核心,一个具有金属性的液态氢层和一个氢分子层,同时还存在少量的各式各样的冰。
土星的内部是剧热的(在核心可达12000开尔文),并且土星向宇宙发出的能量比它从太阳获得的能量还要大。大多数的额外能量与木星一样是由Kelvin-Helmholtz原理产生的。但这可能还不足以解释土星的发光本领,一些其他的作用可能也在进行,可能是由于土星内部深层处氦的“冲洗”造成的。
木星上的明显的带状物 在土星上则模糊许多,在赤道附近变得更宽。由地球无法看清它的顶层云,所以直到旅行者飞船偶然观测到,人们才开始对土星的大气循环情况开始研究。土星与木星一样,有长周期的椭圆轨道以及其他的大致特征。在1990年,哈博望远镜观察到在土星赤道附近一个非常大的白色的云,这是当旅行者号到达时并不存在的;在1994年,另一个比较小的风暴被观测到。
从地球上可以看到两个明显的光环(A和B)和一个暗淡的光环(C),在A光环与B光环之间的间隙被称为“卡西尼部分”。一个在A光环的外围部分更为暗淡的间隙被称为“Encke Gap”(但这有点用词不当,因为它可能从没被Encke看见过)。旅行者号发送回的图片显示还有四个暗淡的光环。土星的光环与其他星的光环不同,它是非常明亮的。(星体反照率为0.2 - 0.6)
尽管从地球上看光环是连续的,但这些光环事实上是由无数在各自独立轨道的微小物体构成的。它们的大小的范围由1厘米到几米不等,也有可能存在一些直径为几公里的物体。
土星的光环特别地薄,尽管它们的直径有250,000千米甚至更大,但是它们最多只有1.5千米厚。尽管它们有给人深刻印象的明显的形象,但是在光环中只有很少的物质--如果光环被压缩成一个物件,它最多只可能是100千米宽。
光环中的微粒可能主要是由水凝成的冰组成,但它们也可能是由冰裹住外层的岩石状微粒。
旅行者号证实令人迷惑的半径的不均匀性在光环中的确存在,这被叫做“spokes(辅条)”,这是首先由一个业余天文学家报道的。它们的自然本性带给了我们一个谜,但使得我们有了弄清土星磁场区的线索。
土星最外层的光环,F光环,是由一些更小的光环组成的繁杂构造,它的一些“绳结(Knots)”是很明显的。科学家们推测这些所谓的结可能是块状的光环物质或是一些迷你的月亮。这些奇怪的织状物在旅行者1号发回的图象中很明显,但它们在旅行者2号发回的图象中看不见,可能是因为后者拍到的光环部分的成分与前者的略有不同。
土星的卫星之间和光环系统中有着复杂的潮汐共振现象:一些卫星,所谓的“牧羊卫星”(比如土卫十五,土卫十六和土卫十七)对保持光环形状有着明显的重要性;土卫一看来应对卡西尼部分某种物质的缺乏负责任,这与小行星带中Kirkwood gaps遇到的情况类似;土卫十八处于Encke Gap中。整个系统太复杂,我们所掌握的还很贫乏。
土星(以及其他类木行星)的光环的由来还不清楚,尽管它们可能自从形成时就有光环,但是光环系统是不稳定的,它们可能在前进过程中不断更新,也可能是比较大的卫星的碎片。
像其他类木行星一样,土星有一个极有意义的磁场区。
在无尽的夜空中,土星很容易被眼睛看到。尽管它可能不如木星那么明亮,但是它很容易被认出是颗行星,因为它不会象恒星那样“闪烁”。光环以及它的卫星能通过一架小型业余天文望远镜观察到。Mike Harvey的行星寻找图表指出此时水星在天空中的位置(及其他行星的位置),再由Starry Night这个天象程序作更多更细致的定制。
土星的卫星
土星有18颗被命名的卫星,比其他任何行星都多。还有一些小卫星还将被发现。
在那些旋转速度已知的卫星中,除了土卫九和土卫七以外都是同步旋转的。
有三对卫星,土卫一-土卫三,土卫二-土卫四和土卫六-土卫七有万有引力的互相作用来维持它们轨道间的固定关系。土卫一公转周期恰巧是土卫三的一半,它们可以说是在1:2共动关系中,土卫二-土卫四的也是1:2; 土卫六-土卫七的则是3:4关系。
除了18颗被命名的卫星以外,至少已有一打以上已经被报道了,并且已经给予了临时的名称。
卫星 距离
(千米) 半径
(千米) 质量
(千克) 发现者 发现日期
土卫十八 134000 10 ? Showalter 1990
土卫十五 138000 14 ? Terrile 1980
土卫十六 139000 46 2.70e17 Collins 1980
土卫十七 142000 46 2.20e17 Collins 1980
土卫十一 151000 57 5.60e17 Walker 1980
土卫十 151000 89 2.01e18 Dollfus 1966
土卫一 186000 196 3.80e19 赫歇耳 1789
土卫二 238000 260 8.40e19 赫歇耳 1789
土卫三 295000 530 7.55e20 卡西尼 1684
土卫十三 295000 15 ? Reitsema 1980
土卫十四 295000 13 ? Pascu 1980
土卫四 377000 560 1.05e21 卡西尼 1684
土卫十二 377000 16 ? Laques 1980
土卫五 527000 765 2.49e21 卡西尼 1672
土卫六 1222000 2575 1.35e23 惠更斯 1655
土卫七 1481000 143 1.77e19 波德 1848
土卫八 3561000 170 1.88e21 卡西尼 1671
土卫九 12952000 110 4.00e18 Pickering 1898
土星的光环
光环 距离
(千米) 宽度
(千米) 质量
(千克)
D 67000 7500 ?
C 74500 17500 1.1e18
B 92000 25500 2.8e19
卡西尼部分
A 122200 14600 6.2e18
F 140210 500 ?
G 165800 8000 1e7?
E 180000 300000 ?
(距离是指从土星中心到光环内部的边缘)这种分类真的有点误导,因为微粒的密度以一个复杂的方式改变,不能用分类法划分为一个明显的区域:在光环中存在不断的变化;那些间隙并不是全部空的,这些光环并不是一个完美的圆环。
天王星
天王星是太阳系中离太阳第七远行星,从直径来看,是太阳系中第三大行星。天王星的体积比海王星大,质量却比其小。
公转轨道: 距太阳2,870,990,000 千米 (19.218 天文单位)
行星直径: 51,118 千米(赤道)
质量: 8.683e25 千克
读天王星的英文名字,发音时要小心,否则可能会使人陷于窘迫的境地。Uranus应读成"YOOR a nus" ,不要读成"your anus"(你的肛门)或是"urine us"(对着我们撒尿)。
乌拉诺斯是古希腊神话中的宇宙之神,是最早的至高无上的神。他是该亚的儿子兼配偶,是Cronus(农神土星)、独眼巨人和泰坦(奥林匹斯山神的前辈)的父亲。
天王星是由威廉·赫歇耳通过望远镜系统地搜寻,在1781年3月13日发现的,它是现代发现的第一颗行星。事实上,它曾经被观测到许多次,只不过当时被误认为是另一颗恒星(早在1690年John Flamsteed便已观测到它的存在,但当时却把它编为34 Tauri)。赫歇耳把它命名为"the Georgium Sidus(天竺葵)"(乔治亚行星)来纪念他的资助者,那个对美国人而言臭名昭著的英国国王:乔治三世;其他人却称天王星为“赫歇耳”。由于其他行星的名字都取自希腊神话,因此为保持一致,由波德首先提出把它称为“乌拉诺斯(Uranus)”(天王星),但直到1850年才开始广泛使用。
只有一艘行星际探测器曾到过天王星,那是在1986年1月24日由旅行者2号完成的。
大多数的行星总是围绕着几乎与黄道面垂直的轴线自转,可天王星的轴线却几乎平行于黄道面。在旅行者2号探测的那段时间里,天王星的南极几乎是接受太阳直射的。这一奇特的事实表明天王星两极地区所得到来自太阳的能量比其赤道地区所得到的要高。然而天王星的赤道地区仍比两极地区热。这其中的原因还不为人知。
而且它不是以大于90度的转轴角进行正向转动,就是以倾角小于90度进行逆向转动。问题是你要在某个地方画一条分界线,因为比如对金星是否是真的逆向转动(不是倾角接近180度的正向转动)就有一些争议。
天王星基本上是由岩石和各种各样的冰组成的,它仅含有15%的氢和一些氦(与大都由氢组成的木星和土星相比是较少的)。天王星和海王星在许多方面与木星和土星在去掉巨大液态金属氢外壳后的内核很相象。虽然天王星的内核不像木星和土星那样是由岩石组成的,但它们的物质分布却几乎是相同的。
天王星的大气层含有大约83%的氢,15%的氦和2%的甲烷。
如其他所有的气态行星一样,天王星也有带状的云围绕着它快速飘动。但是它们太微弱了,以至只能由旅行者2号经过加工的图片才可看出。最近由哈博望远镜的观察显示的条纹却更大更明显。据推测,这种差别主要是由于季节的作用而产生的(太阳直射到天王星的某个低纬地区可能造成明显的白天黑夜的作用)。
天王星显蓝色是其外层大气层中的甲烷吸收了红光的结果。那儿或许有像木星那样的彩带,但它们被覆盖着的甲烷层遮住了。
像其他所有气态行星一样,天王星有光环。它们像木星的光环一样暗,但又像土星的光环那样由相当大的直径达到10米的粒子和细小的尘土组成。天王星有11层已知的光环,但都非常暗淡;最亮的那个被称为Epsilon光环。天王星的光环是继土星的被发现后第一个被发现的,这一发现被认为是十分重要的,由此我们知道了光环是行星的一个普遍特征,而不是仅为土星所特有的。
旅行者2号发现了继已知的5颗大卫星后的10颗小卫星。看来在光环内还有一些更小的卫星。
谈到天王星转轴的问题,还值得一提的是它的磁场也十分奇特,它并不在此行星的中心,而倾斜了近60度。这可能是由于天王星内部的较深处的运动而造成的。
有时在晴朗的夜空,刚好可用肉眼看到模糊的天王星,但如果你知道它的位置,通过双筒望远镜就十分容易观察到了。通过一个小型的天文望远镜可以看到一个小圆盘状。迈克·哈卫的行星寻找图表显示了天王星以及其它行星在天空中的位置。越来越多的细节,越来越好的图表将被如灿烂星河这样的天文程序来发现和完成。
天王星的卫星
天王星有15颗已命名的卫星,以及2颗已发现但暂未命名的卫星。
与太阳系中的其他天体不同,天王星的卫星并不是以古代神话中的人物而命名的,而是用莎士比亚和罗马教皇的作品中人物的名字。
它们自然分成两组:由旅行者2号发现的靠近天王星的很暗的10颗小卫星和5颗在外层的大卫星。
它们都有一个圆形轨道围绕着天王星的赤道(因此相对于赤道面有一个较大的角度)。
卫星 距离
(千米) 半径
(千米) 质量
(千克) 发现者 发现日期
天卫六 50000 13 ? 旅行者2号 1986
天卫七 54000 16 ? 旅行者2号 1986
天卫八 59000 22 ? 旅行者2号 1986
天卫九 62000 33 ? 旅行者2号 1986
天卫十 63000 29 ? 旅行者2号 1986
天卫十一 64000 42 ? 旅行者2号 1986
天卫十二 66000 55 ? 旅行者2号 1986
天卫十三 70000 27 ? 旅行者2号 1986
天卫十四 75000 34 ? 旅行者2号 1986
天卫十八 75000 20 ? Karkoschka 1999
天卫十五 86000 77 ? 旅行者2号 1985
天卫五 130000 236 6.30e19 Kuiper 1948
天卫一 191000 579 1.27e21 Lassell 1851
天卫二 266000 585 1.27e21 Lassell 1851
天卫三 436000 789 3.49e21 赫歇耳 1787
天卫四 583000 761 3.03e21 赫歇耳 1787
天卫十六 7200000 30 ? Gladman 1997
天卫十七
12200000 60 ? Gladman
1997
天王星的光环
光环 距离
(千米) 宽度
(千米)
1986U2R 38000 2,500
6 41840 1-3
5 42230 2-3
4 42580 2-3
Alpha 44720 7-12
Beta 45670 7-12
Eta 47190 0-2
Gamma 47630 1-4
Delta 48290 3-9
1986U1R 50020 1-2
Epsilon 51140 20-100
(距离是指从天王星的中心算到光环的内边的长度)
海王星
海王星是环绕太阳运行的第八颗行星,也是太阳系中第四大天体(直径上)。海王星在直径上小于天王星,但质量比它大。
公转轨道: 距太阳 4,504,000,000 千米 (30.06 天文单位)
行星直径: 49,532 千米(赤道)
质量: 1.0247e26 千克
在古罗马神话中海王星(古希腊神话:波塞冬(Poseidon))代表海神。
在天王星被发现后,人们注意到它的轨道与根据牛顿理论所推知的并不一致。因此科学家们预测存在着另一颗遥远的行星从而影响了天王星的轨道。Galle和d'Arrest在1846年9月23日首次观察到海王星,它出现的地点非常靠近于亚当斯和勒威耶根据所观察到的木星、土星和天王星的位置经过计算独立预测出的地点。一场关于谁先发现海王星和谁享有对此命名的权利的国际性争论产生于英国与法国之间(然而,亚当斯和勒威耶个人之间并未有明显的争论);现在将海王星的发现共同归功于他们两人。后来的观察显示亚当斯和勒威耶计算出的轨道与海王星真实的轨道偏差相当大。如果对海王星的搜寻早几年或晚几年进行的话,人们将无法在他们预测的位置或其附近找到它。
仅有一艘宇宙飞船旅行者2号于1989年8月25日造访过海王星。几首我们所知的全部关于海王星的信息来自这次短暂的会面。
由于冥王星的轨道极其怪异,因此有时它会穿过海王星轨道,自1979年以来海王星成为实际上距太阳最远的行星,在1999年冥王星才会再次成为最遥远的行星。
海王星的组成成份与天王星的很相似:各种各样的“冰”和含有15%的氢和少量氦的岩石。海王星相似于天王星但不同于土星和木星,它或许有明显的内部地质分层,但在组成成份上有着或多或少的一致性。但海王星很有可能拥有一个岩石质的小型地核(质量与地球相仿)。它的大气多半由氢气和氦气组成。还有少量的甲烷。
海王星的蓝色是大气中甲烷吸收了日光中的红光造成的。
作为典型的气体行星,海王星上呼啸着按带状分布的大风暴或旋风,海王星上的风暴是太阳系中最快的,时速达到2000千米。
和土星、木星一样,海王星内部有热源--它辐射出的能量是它吸收的太阳能的两倍多。
在旅行者2号造访海王星的期间,行星上最明显的特征就属位于南半球的大黑斑(The Great Dark Spot)了。黑斑的大小大约是木星上的大红斑的一半(直径的大小与地球相似),海王星上的疾风以300米每秒(700英里每小时)的速度把大黑斑向西吹动。旅行者2号还在南半球发现一个较小的黑斑极一以大约16小时环绕行星一周的速度飞驶的不规则的小团白色烟雾,现在得知是“The Scooter”。它或许是一团从大气层低处上升的羽状物,但它真正的本质还是一个迹。
然而,1994年哈博望远镜对海王星的观察显示出大黑斑竟然消失了!它或许就这么消散了,或许暂时被大气层的其他部分所掩盖。几个月后哈博望远镜在海王星的北半球发现了一个新的黑斑。这表明海王星的大气层变化频繁,这也许是因为云的顶部和底部温度差异的细微变化所引起的。
海王星也有光环。在地球上只能观察到暗淡模糊的圆弧,而非完整的光环。但旅行者2号的图像显示这些弧完全是由亮块组成的光环。其中的一个光环看上去似乎有奇特的螺旋形结构。
同天王星和木星一样,海王星的光环十分暗淡,但它们的内部结构仍是未知数。
人们已命名了海王星的光环:最外面的是Adams(它包括三段明显的圆弧,今已分别命名为自由Liberty,平等Equality和互助Fraternity),其次是一个未命名的包有Galatea卫星的弧,然后是Leverrier(它向外延伸的部分叫作Lassell和Arago),最里面暗淡但很宽阔的叫Galle。
海王星的磁场和天王星的一样,位置十分古怪,这很可能是由于行星地壳中层传导性的物质(大概是水)的运动而造成的。
通过双目望远镜可观察到海王星(假如你真的知道往哪儿看),但假如你要看到行星上的一切而非仅仅一个小圆盘,那么你就需要一架大的天文望远镜。Mike Harvey的行星寻找图表指出此时海王星在天空中的位置(及其他行星的位置),再由Starry Night这个天象程序作更多更细致的定制。
海王星的卫星
海王星有8颗已知卫星:7颗小卫星和海卫一。
卫星 距离
(千米)
半径
(千米)
质量
(千克)
发现者 发现日期
海卫三 48000 29 ? 旅行者2号 1989
海卫四 50000 40 ? 旅行者2号 1989
海卫五 53000 74 ? 旅行者2号 1989
海卫六 62000 79 ? 旅行者2号 1989
海卫七 74000 96 ? 旅行者2号 1989
海卫八 118000 209 ? 旅行者2号 1989
海卫一 355000 1350 2.14e22 Lassell 1846
海卫二 5509000 170 ? Kuiper 1949
海王星的光环
光环 距离
(千米) 宽度
(千米) 另称
Diffuse 41900 15 1989N3R, Galle
Inner 53200 15 1989N2R, 勒威耶
Plateau 53200 5800 1989N4R, Lassell, Arago
Main 62930 < 50 1989N1R, Adams
冥王星
一般认为,冥王星是离太阳最远而且是最小的行星。太阳系中有七颗卫比冥王星大(月球, 木卫一, 木卫二, 木卫三, 木卫四, 土卫六 and 海卫一)。
公转轨道: 离太阳平均距离5,913,520,000 千米 (39.5 天文单位)
行星直径: 2274 千米
质量: 1.27e22 千克
另,在国际天文学联合会大会召开之后,经过投票表决,冥王星被降级为矮行星,至此太阳系只剩下八大行星。“九大行星”的说法已经成为历史。
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水星地表温度为179摄氏度
九大行星
在2006年8月24日于布拉格举行的第26界国际天文联会中通过的第5号决议中,冥王星被划为矮行星,并命名为小行星134340号,从太阳系九大行星中被除名。所以现在太阳系只有八大行星。文中所有涉及“九大行星”的都已改为“八大行星”。
水星
水星最接近太阳,是太阳系中第二小行星。水星在直径上小于木卫三和土卫六,但它更重。
公转轨道: 距太阳 57,910,000 千米 (0.38 天文单位)
行星直径: 4,880 千米
质量: 3.30e23 千克
在古罗马神话中水星是商业、旅行和偷窃之神,即古希腊神话中的赫耳墨斯,为众神传信的神,或许由于水星在空中移动得快,才使它得到这个名字。
早在公元前3000年的苏美尔时代,人们便发现了水星,古希腊人赋于它两个名字:当它初现于清晨时称为阿波罗,当它闪烁于夜空时称为赫耳墨斯。不过,古希腊天文学家们知道这两个名字实际上指的是同一颗星星,赫拉克赖脱(公元前5世纪之希腊哲学家)甚至认为水星与金星并非环绕地球,而是环绕着太阳在运行。
仅有水手10号探测器于1973年和1974年三次造访水星。它仅仅勘测了水星表面的45%(并且很不幸运,由于水星太靠近太阳,以致于哈博望远镜无法对它进行安全的摄像)。
水星的轨道偏离正圆程度很大,近日点距太阳仅四千六百万千米,远日点却有7千万千米,在轨道的近日点它以十分缓慢的速度按岁差围绕太阳向前运行(岁差:地轴进动引起春分点向西缓慢运行,速度每年0.2",约25800年运行一周,使回归年比恒星年短的现象。分日岁差和行星岁差两种,后者是由行星引力产生的黄道面变动引起的。)在十九世纪,天文学家们对水星的轨道半径进行了非常仔细的观察,但无法运用牛顿力学对此作出适当的解释。存在于实际观察到的值与预告值之间的细微差异是一个次要(每千年相差七分之一度)但困扰了天文学家们数十年的问题。有人认为在靠近水星的轨道上存在着另一颗行星(有时被称作Vulcan,“祝融星”),由此来解释这种差异,结果最终的答案颇有戏剧性:爱因斯坦的广义相对论。在人们接受认可此理论的早期,水星运行的正确预告是一个十分重要的因素。(水星因太阳的引力场而绕其公转,而太阳引力场极其巨大,据广义相对论观点,质量产生引力场,引力场又可看成质量,所以巨引力场可看作质量,产生小引力场,使其公转轨道偏离。类似于电磁波的发散,变化的磁场产生电场,变化的电场产生磁场,传向远方。--译注)
在1962年前,人们一直认为水星自转一周与公转一周的时间是相同的,从而使面对太阳的那一面恒定不变。这与月球总是以相同的半面朝向地球很相似。但在1965年,通过多普勒雷达的观察发现这种理论是错误的。现在我们已得知水星在公转二周的同时自转三周,水星是太阳系中目前唯一已知的公转周期与自转周期共动比率不是1:1的天体。
水星上的温差是整个太阳系中最大的,温度变化的范围为90开到700开。相比之下,金星的温度略高些,但更为稳定。
水星在许多方面与月球相似,它的表面有许多陨石坑而且十分古老;它也没有板块运动。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)。水星是太阳系中仅次于地球,密度第二大的天体。事实上地球的密度高部分源于万有引力的压缩;或非如此,水星的密度将大于地球,这表明水星的铁质核心比地球的相对要大些,很有可能构成了行星的大部分。因此,相对而言,水星仅有一圈薄薄的硅酸盐地幔和地壳。
巨大的铁质核心半径为1800到1900千米,是水星内部的支配者。而硅酸盐外壳仅有500到600千米厚,至少有一部分核心大概成熔融状。
事实上水星的大气很稀薄,由太阳风带来的被破坏的原子构成。水星温度如此之高,使得这些原子迅速地散逸至太空中,这样与地球和金星稳定的大气相比,水星的大气频繁地被补充更换。
水星的表面表现出巨大的急斜面,有些达到几百千米长,三千米高。有些横处于环形山的外环处,而另一些急斜面的面貌表明他们是受压缩而形成的。据估计,水星表面收缩了大约0.1%(或在星球半径上递减了大约1千米)。
水星上最大的地貌特征之一是Caloris 盆地,直径约为1300千米,人们认为它与月球上最大的盆地Maria相似。如同月球的盆地,Caloris盆地很有可能形成于太阳系早期的大碰撞中,那次碰撞大概同时造成了星球另一面正对盆地处奇特的地形。
除了布满陨石坑的地形,水星也有相对平坦的平原,有些也许是古代火山运动的结果,但另一些大概是陨石所形成的喷出物沉积的结果。
水星有一个小型磁场,磁场强度约为地球的1%。
至今未发现水星有卫星。
通常通过双筒望远镜甚至直接用肉眼便可观察到水星,但它总是十分靠近太阳,在曙暮光中难以看到。Mike Harvey的行星寻找图表指出此时水星在天空中的位置(及其他行星的位置),再由“星光灿烂”这个天象程序作更多更细致的定制。
金星
金星是离太阳第二近,太阳系中第六大行星。在所有行星中,金星的轨道最接近圆,偏差不到1%。
轨道半径: 距太阳 108,200,000 千米 (0.72 天文单位)
行星直径: 12,103.6 千米
质量: 4.869e24 千克
金星 (希腊语: 阿佛洛狄特;巴比伦语: Ishtar)是美和爱的女神,之所以会如此命名,也许是对古代人来说,它是已知行星中最亮的一颗。(也有一些异议,认为金星的命名是因为金星的表面如同女性的外貌。)
金星在史前就已被人所知晓。除了太阳与月亮外,它是最亮的一颗。就像水星,它通常被认为是两个独立的星构成的:晨星叫Eosphorus,晚星叫Hesperus,希腊天文学家更了解这一点。
既然金星是一颗内层行星,从地球用望远镜观察它的话,会发现它有位相变化。伽利略对此现象的观察是赞成哥白尼的有关太阳系的太阳中心说的重要证据。
第一艘访问金星的飞行器是1962年的水手2号。随后,它又陆续被其他飞行器:金星先锋号,苏联尊严7号(第一艘在其他行星上着陆的飞船)、尊严9号(第一次返回金星表面照片[左图])访问(迄今已总共至少20次)。最近,美国轨道飞行器Magellan成功地用雷达产生了金星表面地图。
金星的自转非常不同寻常,一方面它很慢(金星日相当于243个地球日,比金星年稍长一些),另一方面它是倒转的。另外,金星自转周期又与它的轨道周期同步,所以当它与地球达到最近点时,金星朝地球的一面总是固定的。这是不是共鸣效果或只是一个巧合就不得而知了。
金星有时被誉为地球的姐妹星,在有些方面它们非常相像:
-- 金星比地球略微小一些(95%的地球直径,80%的地球质量)。
-- 在相对年轻的表面都有一些环形山口。
-- 它们的密度与化学组成都十分类似。
由于这些相似点,有时认为在它厚厚的云层下面金星可能与地球非常相像,可能有生命的存在。但是不幸的是,许多有关金星的深层次研究表明,在许多方面金星与地球有本质的不同。
金星的大气压力为90个标准大气压(相当于地球海洋深1千米处的压力),大气大多由二氧化碳组成,也有几层由硫酸组成的厚数千米的云层。这些云层挡住了我们对金星表面的观察,使得它看来非常模糊。这稠密的大气也产生了温室效应,使金星表面温度上升400度,超过了740开(总以使铅条熔化)。金星表面自然比水星表面热,虽然金星比水星离太阳要远两倍。
云层顶端有强风,大约每小时350千米,但表面风速却很慢,每小时几千米不到。
地球
地球是距太阳第三颗,也是第五大行星:
轨道半径: 149,600,000 千米 (离太阳1.00 天文单位)
行星直径: 12,756.3 千米
质量: 5.9736e24 千克
地球是唯一一个不是从希腊或罗马神话中得到的名字。Earth一词来自于古英语及日耳曼语。这里当然有许多其他语言的命名。在罗马神话中,地球女神叫Tellus-肥沃的土地(希腊语:Gaia, 大地母亲)
直到16世纪哥白尼时代人们才明白地球只是一颗行星。
地球,当然不需要飞行器即可被观测,然而我们直到二十世纪才有了整个行星的地图。由空间拍到的图片应具有合理的重要性;举例来说,它们大大帮助了气象预报及暴风雨跟踪预报。它们真是与众不同的漂亮啊!
地球由于不同的化学成分与地震性质被分为不同的岩层(深度-千米):
0- 40 地壳
40- 400 Upper mantle - 上地幔
400- 650 Transition region - 过渡区域
650-2700 Lower mantle - 下地幔
2700-2890 D'' layer - D"层
2890-5150 Outer core - 外核
5150-6378 Inner core - 内核
地壳的厚度不同,海洋处较薄,大洲下较厚。内核与地壳为实体;外核与地幔层为流体。不同的层由不连续断面分割开,这由地震数据得到;其中最有名的有数地壳与上地幔间的莫霍面-不连续断面了。
地球的大部分质量集中在地幔,剩下的大部分在地核;我们所居住的只是整体的一个小部分(下列数值×10e24千克):
大气 = 0.0000051
海洋 = 0.0014
地壳 = 0.026
地幔 = 4.043
外地核 = 1.835
内地核 = 0.09675
九大行星
在2006年8月24日于布拉格举行的第26界国际天文联会中通过的第5号决议中,冥王星被划为矮行星,并命名为小行星134340号,从太阳系九大行星中被除名。所以现在太阳系只有八大行星。文中所有涉及“九大行星”的都已改为“八大行星”。
水星
水星最接近太阳,是太阳系中第二小行星。水星在直径上小于木卫三和土卫六,但它更重。
公转轨道: 距太阳 57,910,000 千米 (0.38 天文单位)
行星直径: 4,880 千米
质量: 3.30e23 千克
在古罗马神话中水星是商业、旅行和偷窃之神,即古希腊神话中的赫耳墨斯,为众神传信的神,或许由于水星在空中移动得快,才使它得到这个名字。
早在公元前3000年的苏美尔时代,人们便发现了水星,古希腊人赋于它两个名字:当它初现于清晨时称为阿波罗,当它闪烁于夜空时称为赫耳墨斯。不过,古希腊天文学家们知道这两个名字实际上指的是同一颗星星,赫拉克赖脱(公元前5世纪之希腊哲学家)甚至认为水星与金星并非环绕地球,而是环绕着太阳在运行。
仅有水手10号探测器于1973年和1974年三次造访水星。它仅仅勘测了水星表面的45%(并且很不幸运,由于水星太靠近太阳,以致于哈博望远镜无法对它进行安全的摄像)。
水星的轨道偏离正圆程度很大,近日点距太阳仅四千六百万千米,远日点却有7千万千米,在轨道的近日点它以十分缓慢的速度按岁差围绕太阳向前运行(岁差:地轴进动引起春分点向西缓慢运行,速度每年0.2",约25800年运行一周,使回归年比恒星年短的现象。分日岁差和行星岁差两种,后者是由行星引力产生的黄道面变动引起的。)在十九世纪,天文学家们对水星的轨道半径进行了非常仔细的观察,但无法运用牛顿力学对此作出适当的解释。存在于实际观察到的值与预告值之间的细微差异是一个次要(每千年相差七分之一度)但困扰了天文学家们数十年的问题。有人认为在靠近水星的轨道上存在着另一颗行星(有时被称作Vulcan,“祝融星”),由此来解释这种差异,结果最终的答案颇有戏剧性:爱因斯坦的广义相对论。在人们接受认可此理论的早期,水星运行的正确预告是一个十分重要的因素。(水星因太阳的引力场而绕其公转,而太阳引力场极其巨大,据广义相对论观点,质量产生引力场,引力场又可看成质量,所以巨引力场可看作质量,产生小引力场,使其公转轨道偏离。类似于电磁波的发散,变化的磁场产生电场,变化的电场产生磁场,传向远方。--译注)
在1962年前,人们一直认为水星自转一周与公转一周的时间是相同的,从而使面对太阳的那一面恒定不变。这与月球总是以相同的半面朝向地球很相似。但在1965年,通过多普勒雷达的观察发现这种理论是错误的。现在我们已得知水星在公转二周的同时自转三周,水星是太阳系中目前唯一已知的公转周期与自转周期共动比率不是1:1的天体。
水星上的温差是整个太阳系中最大的,温度变化的范围为90开到700开。相比之下,金星的温度略高些,但更为稳定。
水星在许多方面与月球相似,它的表面有许多陨石坑而且十分古老;它也没有板块运动。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)。水星是太阳系中仅次于地球,密度第二大的天体。事实上地球的密度高部分源于万有引力的压缩;或非如此,水星的密度将大于地球,这表明水星的铁质核心比地球的相对要大些,很有可能构成了行星的大部分。因此,相对而言,水星仅有一圈薄薄的硅酸盐地幔和地壳。
巨大的铁质核心半径为1800到1900千米,是水星内部的支配者。而硅酸盐外壳仅有500到600千米厚,至少有一部分核心大概成熔融状。
事实上水星的大气很稀薄,由太阳风带来的被破坏的原子构成。水星温度如此之高,使得这些原子迅速地散逸至太空中,这样与地球和金星稳定的大气相比,水星的大气频繁地被补充更换。
水星的表面表现出巨大的急斜面,有些达到几百千米长,三千米高。有些横处于环形山的外环处,而另一些急斜面的面貌表明他们是受压缩而形成的。据估计,水星表面收缩了大约0.1%(或在星球半径上递减了大约1千米)。
水星上最大的地貌特征之一是Caloris 盆地,直径约为1300千米,人们认为它与月球上最大的盆地Maria相似。如同月球的盆地,Caloris盆地很有可能形成于太阳系早期的大碰撞中,那次碰撞大概同时造成了星球另一面正对盆地处奇特的地形。
除了布满陨石坑的地形,水星也有相对平坦的平原,有些也许是古代火山运动的结果,但另一些大概是陨石所形成的喷出物沉积的结果。
水星有一个小型磁场,磁场强度约为地球的1%。
至今未发现水星有卫星。
通常通过双筒望远镜甚至直接用肉眼便可观察到水星,但它总是十分靠近太阳,在曙暮光中难以看到。Mike Harvey的行星寻找图表指出此时水星在天空中的位置(及其他行星的位置),再由“星光灿烂”这个天象程序作更多更细致的定制。
金星
金星是离太阳第二近,太阳系中第六大行星。在所有行星中,金星的轨道最接近圆,偏差不到1%。
轨道半径: 距太阳 108,200,000 千米 (0.72 天文单位)
行星直径: 12,103.6 千米
质量: 4.869e24 千克
金星 (希腊语: 阿佛洛狄特;巴比伦语: Ishtar)是美和爱的女神,之所以会如此命名,也许是对古代人来说,它是已知行星中最亮的一颗。(也有一些异议,认为金星的命名是因为金星的表面如同女性的外貌。)
金星在史前就已被人所知晓。除了太阳与月亮外,它是最亮的一颗。就像水星,它通常被认为是两个独立的星构成的:晨星叫Eosphorus,晚星叫Hesperus,希腊天文学家更了解这一点。
既然金星是一颗内层行星,从地球用望远镜观察它的话,会发现它有位相变化。伽利略对此现象的观察是赞成哥白尼的有关太阳系的太阳中心说的重要证据。
第一艘访问金星的飞行器是1962年的水手2号。随后,它又陆续被其他飞行器:金星先锋号,苏联尊严7号(第一艘在其他行星上着陆的飞船)、尊严9号(第一次返回金星表面照片[左图])访问(迄今已总共至少20次)。最近,美国轨道飞行器Magellan成功地用雷达产生了金星表面地图。
金星的自转非常不同寻常,一方面它很慢(金星日相当于243个地球日,比金星年稍长一些),另一方面它是倒转的。另外,金星自转周期又与它的轨道周期同步,所以当它与地球达到最近点时,金星朝地球的一面总是固定的。这是不是共鸣效果或只是一个巧合就不得而知了。
金星有时被誉为地球的姐妹星,在有些方面它们非常相像:
-- 金星比地球略微小一些(95%的地球直径,80%的地球质量)。
-- 在相对年轻的表面都有一些环形山口。
-- 它们的密度与化学组成都十分类似。
由于这些相似点,有时认为在它厚厚的云层下面金星可能与地球非常相像,可能有生命的存在。但是不幸的是,许多有关金星的深层次研究表明,在许多方面金星与地球有本质的不同。
金星的大气压力为90个标准大气压(相当于地球海洋深1千米处的压力),大气大多由二氧化碳组成,也有几层由硫酸组成的厚数千米的云层。这些云层挡住了我们对金星表面的观察,使得它看来非常模糊。这稠密的大气也产生了温室效应,使金星表面温度上升400度,超过了740开(总以使铅条熔化)。金星表面自然比水星表面热,虽然金星比水星离太阳要远两倍。
云层顶端有强风,大约每小时350千米,但表面风速却很慢,每小时几千米不到。
地球
地球是距太阳第三颗,也是第五大行星:
轨道半径: 149,600,000 千米 (离太阳1.00 天文单位)
行星直径: 12,756.3 千米
质量: 5.9736e24 千克
地球是唯一一个不是从希腊或罗马神话中得到的名字。Earth一词来自于古英语及日耳曼语。这里当然有许多其他语言的命名。在罗马神话中,地球女神叫Tellus-肥沃的土地(希腊语:Gaia, 大地母亲)
直到16世纪哥白尼时代人们才明白地球只是一颗行星。
地球,当然不需要飞行器即可被观测,然而我们直到二十世纪才有了整个行星的地图。由空间拍到的图片应具有合理的重要性;举例来说,它们大大帮助了气象预报及暴风雨跟踪预报。它们真是与众不同的漂亮啊!
地球由于不同的化学成分与地震性质被分为不同的岩层(深度-千米):
0- 40 地壳
40- 400 Upper mantle - 上地幔
400- 650 Transition region - 过渡区域
650-2700 Lower mantle - 下地幔
2700-2890 D'' layer - D"层
2890-5150 Outer core - 外核
5150-6378 Inner core - 内核
地壳的厚度不同,海洋处较薄,大洲下较厚。内核与地壳为实体;外核与地幔层为流体。不同的层由不连续断面分割开,这由地震数据得到;其中最有名的有数地壳与上地幔间的莫霍面-不连续断面了。
地球的大部分质量集中在地幔,剩下的大部分在地核;我们所居住的只是整体的一个小部分(下列数值×10e24千克):
大气 = 0.0000051
海洋 = 0.0014
地壳 = 0.026
地幔 = 4.043
外地核 = 1.835
内地核 = 0.09675
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