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科普:太阳系大行星简介

地理  加入时间:2013-12-05  杨梅  点击:603  评论数:

    所谓九大行星,即水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星。但是在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”,“九大行星”已成为历史。

    

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(足以使铅条熔化)。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;下地幔可能由和一些构成;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,21%氧,微量的、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。

编辑本段火星

  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、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(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



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