1、天 文 知 识 简 介 太阳系家族之一 我们的恒星太阳 太阳，这个被我们一直仰望、一直崇拜的挂在天上的大圆盘，一直都是神 秘的，它的真实情况直到望远镜出现以后才开始知道，并随着科学的发展而越来 越清楚了。 从地球上看，太阳象一个极其明亮的光盘，而且不是很大，而实际上，太阳 是一个非常巨大的气体球，直径达 140 万公里，体积是地球的 133 万倍（但在整 个银河系中它只是中等） 。它离我们 1.5亿公里（这个距离叫做 1 个天文单位， 记做 1AU） ，以光速走需 500 秒，如果是乘坐超音速飞机不停的飞的话，也需要 20 多年才能到达。 太阳的平均密度 1.4 克/厘米 3，为地球的 1/4
2、。太阳的化学组成以质量计， 73.5%的氢、25%的氦、其它重元素，如碳、氮、氧、氖、硫、镁、硅、铁等占 据剩余的 1.5%。太阳总质量占太阳系的 99.87%。 太阳核心温度大约 1500 万度，巨大压力使核心气体密度达到水的 160 倍。 于是在高温高压下，氢发生聚变并释放能量，这就是太阳能量的源泉。氢聚合过 程中产生光子向外辐射能量，而光子经历随机的游离过程达到太阳表面要经过 5 千万年，换句话说，现在照着我们的阳光是 5 千万年前产生的。 从太阳核心逐渐向外，有一个对流层，这区域的气体不停的对流，以传递热 量。 对流层外面是光球层，由于人眼的错觉，这一区域很象太阳表面，而实际上 太阳是
3、不存在事实的表面的。只是这部分气体对可见光而言完全透明，看上去更 明亮。光球层的大气中存在着激烈的活动，用望远镜可以看到光球表面有许多密 密麻麻的斑点状结构，很象一颗颗米粒，称之为米粒组织。它们极不稳定，一般 持续时间仅为 510 分钟，其温度要比光球的平均温度高出 300400K。目前认 为这种米粒组织是光球下面气体的剧烈对流造成的现象。光球层的最著名的活动 是太阳黑子。太阳黑子的形成与太阳内部的强磁场有关，所以太阳黑子总是成对 出现。磁场抑制了黑子区域内气体的对流，使黑子区域的温度降到 4300K（0 K=-273.15） ，同周围对比起来很黑，而实际上并不黑。黑子群中有时会发生 异常能量
4、的释放，即耀斑，它对地球有很大的影响，磁暴、极光等都和它有关。 曾经有过不少新闻报道说是什么太阳黑子大爆炸，这纯属是因为不了解太阳造成 的误解，而实际上是在黑子群中发生的耀斑爆发。而黑子的活动有着爆杂的周期， 平均为 11.2 年。 再向外是色球层，由于强烈的氢辐射，这区域在光谱仪显示为红色，此即它 命名的依据。色球层外面是过渡层，这一层是个升温极快的区域，过渡层底部是 天 文 知 识 简 介 8000K，而顶部则达到 500000K，而它才只有 500 公里厚。这种温度的反常增高 至今也不知道是为什么。在色球上人们还能够看到许多腾起的火焰，这就是天文 上所谓的“日珥” 。日珥是迅速变化着的活
5、动现象，一次完整的日珥过程一般为 几十分钟。同时，日珥的形状也可说是千姿百态，有的如浮云烟雾，有的似飞瀑 喷泉，有的好似一弯拱桥，也有的酷似团团草丛，真是不胜枚举。天文学家根据 形态变化规模的大小和变化速度的快慢将日珥分成宁静日珥、活动日珥和爆发日 珥三大类。最为壮观的要属爆发日珥，本来宁静或活动的日珥，有时会突然“怒 火冲天“，把气体物质拼命往上抛射，然后回转着返回太阳表面，形成一个环状， 所以又称环状日珥。 日冕是太阳大气的最外层，只有在日食时才能清楚看到日冕（当然利用仪器 也可以看到的。日冕温度在 12 百万度之间。产生这样高温度的机制至今仍不 清楚。 太阳向周围空间流失的物质，我们称为
6、太阳风，它们由能量很高的粒子组成， 速度达到 800 公里/秒，一直延伸到火星轨道以外。它们对地球的影响是非常大 的，有时候甚至会造成短暂的通讯失灵。 在银河系内一千多亿颗恒星中，太阳只是普通的一员，它位于银河系的对称 平面附近，距离银河系中心约 26000 光年，在银道面以北约 26 光年, 它一方面 绕着银心以每秒 250 公里的速度旋转，另一方面又相对于周围恒星以每秒 19.7 公里的速度朝着织女星附近方向运动。 太阳的年龄约为 46 亿年，它还可以继续燃烧约 50 亿年。在其存在的最后 阶段，太阳中的氦将转变成重元素，太阳的体积也将开始不断膨胀，直至将地球 吞没。在经过一亿年的红巨星阶
7、段后，太阳将突然坍缩成一颗白矮星-所有恒星 存在的最后阶段。再经历几万亿年，它将最终完全冷却,然后慢慢地消失在黑暗 里。 这就是我们目前所了解的太阳，希望新的科技能让我们对它有更一步的了 解。 天 文 知 识 简 介 太阳系家族之二 被炙烤的行星水星 水星是太阳系中距太阳最近的行星，只有不到 0.4 个天文单位（一天文单位 约等于 1.5 亿公里，即地球至太阳的距离） 。在地球上很难观测到它，它几乎经 常被“淹没”在黄昏或黎明的太阳光辉里。相传，哥白尼曾因一生未见过水星而 抱恨九泉。 水星直径为 4878 公里，比月球大不了多少，是八大行星中最小的，质量是 地球的 1/19，平均密度为 5.4
8、3 克/厘米 3，比地球的略小，排在八大行星中的第 二位。水星表面象极了月球，大大小小的环形山、山间的平原，还有一条著名的 “阿雷西博峡谷” ，谷长 100 多公里，宽 7 公里。水星上其实并没有水，但有极 少量的大气，由太阳风带来的被破坏的原子构成,而且很快就会逃离水星，然后 再补充。水星的昼夜温差很大，夜晚温度低达-173，而白天在太阳的炙烤下可 达 427。水星最热的地方叫“卡路里盆地” ，其直径 1300 公里，你只要看看 它的名字就知道它有多热了。不过，令人惊讶的是，水星北极点的雷达扫描（一 处未被水手 10 号勘测的区域）显示出在一些陨石坑的被完好保护的隐蔽处存在 冰的迹象。 水星
9、的运动很有趣。它的轨道并不是严格的椭圆，而是每绕太阳一周，近日 点都有微小的进动，致使其轨道如花瓣一样。这种现象因为无法用牛顿力学理论 解释，使上个世纪的天文学家产生了“水星内还有行星”的误解。直到爱因斯坦 的“广义相对论”出现，才成功的解释了这种现象。再有，水星至今未发现有卫 星。 水星自转和公转周期也引起过人们的误会。1889 年，意大利人夏帕里利宣 布“水星自转和公转周期都是 88 天” ，因此，它总是一面朝太阳（类似月球总是 一面朝地球） 。直到 1965 年美国人戈登佩廷吉尔和罗戴斯才第一次弄清了它 的真实面目，后来经“水手 10 号”证实，水星的自转周期与公转周期之比为 2/3，一
10、为 59 天；一为 88 天。于是一种非常有趣的现象就出现了，水星上完成 一个昼夜需要自转三圈，而同时刚好又公转两圈，也就是说一个“水星天”等于 两个“水星年” 。 因为以上和种种原因，造成了水星上的观察者看到非常奇特的景像，处于 某些经度的观察者会看到当太阳升起后，随着它朝向天顶缓慢移动，将逐渐明显 地增大尺寸。太阳将在天顶停顿下来，经过短暂的倒退过程，再次停顿，然后继 续它通往地平线的旅程，同时明显地缩小。在此期间，星星们将以三倍快的速度 划过苍空。在水星表面另一些地点的观察者将看到不同的但一样是异乎寻常的天 体运动。 天 文 知 识 简 介 “水手 10 号”发现水星有个强度是地球百分之
11、一的磁场。因此，推测它有 可能有一个高温液态的金属核，经计算，它应有个超过水星直径 2/3 的既重又大 的铁镍内核。水星表面相对比较平坦，但是也有很多环形山，就象一个个“疤痕” 在接受着日光的“治疗” 。 由于水星大部分时间淹没在太阳的光辉中，所以对观测带来很大的不便，想 对它进一步的了解只能等航天技术的发展了。 天 文 知 识 简 介 太阳系家族之三 地球的姐妹金星 金星是夜空中除月亮以外的最明亮的天体，她总是在黎明或黄昏时出现，因 此，古时人们称她为“辰星” 、 “昏星” ，而她又是太阳落下后（或升起前）第一 颗（或最后一颗）能看到的星星，所以又叫“启明星”或“长庚星” 。金星是颗 美丽的
12、星星（指在地球上看） ，西方人叫她“维纳斯” ，可略见一斑。 金星距太阳不到 0.7 个天文单位，与水星一样属于地内行星，她排在第 2 位。 她如同地球的姐妹，她的大小、质量、表面重力加速度和平均密度都与地球差不 多。浓密的大气遮住了金星表面，使外界难以目睹她的芳容，在空间探测技术之 前，人们仅仅了解到金星的公转周期为 225 天，直到 60 年代有了雷达技术，也 不过才知道她的自转周期为 243 天，而且她的自转最为特别，是与公转方向相反 的，这在八大行星中是唯一的。这就出现了很有意思的现象，金星的自转恒星日 一天比一年还长。不过按照地球标准，以一次日出到下一次日出算一天的话，则 金星上的一
13、天要远远小于 243 天。这是因为金星是逆向自转的缘故；在金星上看 日出是在西方，日落在东方；一个日出到下一个日出的昼夜交替只是地球上的 116.75 天。 金星有稠密的大气，她的表面大气压力比地球大 92 倍。金星大气的主要成 份是二氧化碳，占 96%，其次是氮，同时还有一层厚达 20 到 30 公里的由浓硫酸 组成的浓云。由于大量的二氧化碳造成的超级温室效应，使金星表面无论是白 天还是夜晚温度都高达 465485左右，生命根本无法在上面生存。金星的天 空是橙黄色的。金星上也有雷电，曾经记录到的最大一次闪电持续了 15 分钟。 在金星浓密的大气下面，是大片大片广阔的平原和平原之间的高原。在金
14、星 表面的大平原上有两个主要的大陆状高地。北边的高地叫伊师塔地（Ishtar Terra） ，拥有金星最高的麦克斯韦山脉（大约比喜马拉雅山高出两千米） ，它是 根据詹姆斯克拉克麦克斯韦命名的。麦克斯韦山脉（Maxwell Montes）包围 了拉克西米高原（Lakshmi Planum） 。伊师塔地大约有澳大利亚那么大。南半球 有更大的阿芙罗狄蒂地（Aphrodite Terra） ，面积与南美洲相当。这些高地之间 有许多广阔的低地，包括有爱塔兰塔平原低地（Atalanta Planitia ） 、格纳维 尔平原低地（Guinevere Planitia）以及拉卫尼亚平原低地（Lavinia
15、Planitia） 。除了麦克斯韦山脉外，所有的金星地貌均以现实中的或者神话中的 女性命名。由于金星浓厚的大气让流星等天体在到达金星表面之前减速，所以金 星上的陨石坑都不超过 3.2 千米，总之是异常的平坦。象这么平坦的地方在地球 上只有海底才有。 构成金星平原的物质，其主要化学成份是玄武岩的熔岩，其次是沉降的火山 天 文 知 识 简 介 灰或磨碎的石碴。在这些平原上间或有些小的圆顶形小山。还有些长山脊，通常 结成“辫”或带状，长达几千公里，宽有一、二百公里。金星的高原有两类。一 类是巨大的山脉，由山脊和地糟组成，它们排列成斜纹形、锯齿形、十字形等图 案，很象是地板纹理，于是人们就叫它“特斯拉
16、” （希腊语“铺地砖” ） 。另一类 是地槽形，由一些几乎平行的山脊辫组成的山带。 总之，我们的这位姐妹并不的想象中的那么漂亮，如果没有那么多的二氧化 碳，或许她也能成为另一个地球。 天 文 知 识 简 介 太阳系家族之四 我们的行星地球 地球是太阳系中目前已知的唯一的有生命栖息的行星。数千年来，人类对赖 以生存的大地有过种种猜想、探索。古埃及人认为，大地是驮在四只大象背上， 大象站在一只巨大的、浮在海水上的乌龟背上。我国古代一直是盖天说、浑天说 和夜天说三种宇宙观。古希腊，亚里士多德根据月食时月面上出现的圆弧影子推 断出大地是球形的。最早测出地球大小的人是古希腊天文学家埃拉托色尼（公元 前三
17、世纪） 。他的结果已经很准确了。1522 年葡萄牙人麦哲伦作了环球航行，确 证地球为球行。到 1543 年，波兰的哥白尼冲破神权阻挠，建立了“日心说” ，使 人们知道了地球是颗行星。 地球与太阳平均距离为 1 亿 5 千万公里，称为 1 个天文单位。地球公转速度 约为30 公里/秒，转一周约 94000 万公里，公转周期为 365.2422 天。地球自转 周期约为 23 小时 56 分 54.6 秒。由于每年都多出 0.2422 天来，所以才会有闰年 这个变化。地球的自转轴与公转轴有个交角，其值为 2326，由此导致了季节 的变化。 地球赤道半径是 6378.14 公里，极半径要短约 21 公
18、里。地球表面海洋面积 约占 70.8%，最深处是马里亚纳海沟，深 11034 米；陆地面积约占 29.2%，最高 处是珠穆朗玛峰，高 8844.43 米。最大的海洋是太平洋，最大的陆地是欧亚大陆， 最长的河流是尼罗河，最大的峡谷是中国的雅鲁藏布大峡谷。地球的总质量约 60 万亿亿吨。平均密度是 5.52 克/厘米 3，在八大行星中密度最大。 地球地壳平均厚约 17 公里，地幔厚约 2900 公里，地核厚约 3400 公里，地 心温度约 6900K。固态的地壳厚度变化颇大，海洋地区的地壳较薄，平均约 7 公 里厚；而大陆地壳就厚得多，平均约 40 公里厚； 地函也是固态，不过在它上部 有一层极小
19、部分熔融的区域，称为软流圈 ，其上的地函最顶部及整个地壳则称 为岩石圈 ；至于外地核是液态而内地核是固态。 这些不同的层圈都是以不连续 面为界，最有名的就是在地壳与地函之间的莫氏不连续面。地幔占有地球的主要 质量，地核反而位居其次，至于我们生存的空间则只是整个地球极小的一部分而 已 (质量，单位为 1021 吨：大气层=0.0000051，海洋=0.0014，地壳=0.026， 地幔=4.043，外地核=1.835，内地核=0.09675。地核的主要成分是铁 (或铁镍质)， 不过也可能有一些较轻的物质存在，地心的温度约有 7,500K，比太阳表面温度 还高；下部地函的主要成分可能是矽、镁、氧，
20、再加上一些铁、钙及铝；上部地 幔主要成分则是橄榄石及辉石 (铁镁矽酸盐岩石)，也有钙和铝。 以上这些瞭解 都是来自于地震震测资料，虽然上部地幔的物质有时会因著火山喷出熔岩而被带 到地表来，但是我们仍无法到达固体地球的主要部分，目前的海底钻探行动连地 天 文 知 识 简 介 壳都尚未挖穿。 地壳的成分则主要是石英 (二氧化硅) 及硅酸盐类如长石。 整 体估算，地球化学组成的重量百分比为： 铁 34.6% ，氧 29.5% ，硅 15.2% ， 镁 12.7% ，镍 2.4% ，硫 1.9% ，0.05% 钛 。 我们的地球具有数千公里的大气层。大气层与星际空间没有明显分界，火 箭在 3000 公
21、里的高空还发现稀薄大气，大气总质量约 6000 万亿吨。其中包括氮 78%、氧 21%、氩 0.93%、二氧化碳 0.03%，氖 0.0018%，此外还有水气和尘埃等。 6000万亿吨大气这个概念并没有多大意义，但是如果换个角度来看，我们每个 人平均就拥有 100万吨的大气，这 100 万吨大气会使你生活得更好。既然 100 万美元会使你生活得更好，你会因此而全力的保护它，那么，这 100 万吨大气你 也应该好好的去保护它。自由氧的存在也是地球化学组成的一大特征，因为氧是 活性很强的气体，照理说应该很容易就和大气中其它元素相化合，地球上的氧气 完全是由生物作用产生及维持，若没有生命就不会有自由
22、氧。 地球与月球之间的引潮力会使地球的自转周期每一世纪增加约 2 毫秒，最新 研究显示在 9 亿年前一天只有 18 小时，而一年则有 481 天。地球拥有适度的磁 场，推测磁场是起因于液态外地核中的电流。 由于太阳风与地球磁场及外层大 气的交互作用， 极光于焉产生；而上述因素的不均衡造成磁极会在地表移动， 目前磁北极位于加拿大北境。由于太阳风与地球磁场及外层大气的交互作用， 极光于是产生。地球磁场及其与太阳风的交互作用也造成了范艾伦辐射带，它是 环绕著地球的成对环状带，外型就像是甜甜圈，由气体离子 (电浆) 组成，其外 圈由海拔 19,000 公里延伸到 41,000 公里；内圈则介于海拔 1
23、3,000 至 7,600 公 里之间。 迄今，人类对于自己的行星还了解的很不够。一方面我们还要细致地研究地 球，另一方面必须要保护好它，因为我们只有一个地球。 天 文 知 识 简 介 太阳系家族之五 地球的伙伴月球 月球，是我们在夜晚所能看到的最明亮的天体。从古时起，人们便有了很多 关于月球的传说，这一方面反映了古人天上人间的美丽遐想，也反映出古时人类 对月亮知识的贫乏。直到 1609 年伽利略把望远镜对准月亮之后，才使人类逐渐 认识它。 月球是地球唯一的天然卫星。与地球平均距离为 384401 公里，直径为 3476 公里，大约是地球的 3/11，体积相当于地球的 1/49，而质量只等于地
24、球的 1/81，平均密度是地球的 3/5，表面重力加速度为地球的 1/6。因此，在月球上 行走比在地球上省力多了。 月球表面山岭起伏。早期，人们在观测时凭借想象，把月球各部分冠以洋、 海、湾、湖等充满了水的名称。其实，月球上极其干燥，没有一滴液态水的存在。 环形山是月面上最明显的特征，其中大的直径可超过 100 公里，小的不过 只是些凹坑，最著名的环形山叫第谷环形山，第谷环形山的周围还有长长的辐射 纹。其实，所有的陨石造成的环形山都应该有一定程度的辐射纹，只是有的很小 看不到，而有些已经被侵蚀掉了。另外一些环形山是由火山爆发造成的，而直到 现在月球上还存在着活火山。在有些火山口里，有时候会有一
25、些颜色奇特的光出 现，这是由于惰性气体在宇宙射线的轰击下产生的现象，这种现象称为“奇辉” 。 如果你能在望远镜中看到奇辉，那可真是幸运的一件事。 月球上有广阔的平原，人们称之海。已知月海有 22 个，其中最大的叫风暴 洋，约 500 万平方公里。月球上也有山脉，最高的达 9000 多米，比珠穆朗玛峰 还高。 由于月球没有大气，所以月球的昼夜温差可达 300 多度，而它的“天”也 不是蓝色，而是暗黑色，并且还挂着一个蔚蓝色的大“月亮”地球。 月球的自转与公转周期相同，基本就是一个农历月。也就是说，它永远只 有一面朝着地球，这种现象在太阳系中的卫星里面也是比较普遍的。在空间探测 器技术出现之前，我
26、们从来没有见过月球背面是什么样子。而月球背面与正面的 地貌差别还是很大的，背面没有象海一样的大面积平原。 月球约一个农历月绕地球运行一周，而每小时相对背景星空移动半度，即 与月面的视直径相若。与其他卫星不同，月球的轨道平面较接近黄道面，而不是 在地球的赤道面附近。 月球对地球所施的引力是潮汐现象的起因之一。月球围绕地球的轨道为同 步轨道，所谓的同步自转并非严格。由于月球轨道为椭圆形，当月球处于近日点 天 文 知 识 简 介 时，它的自转速度便追不上公转速度，因此我们可见月面东部达东经 98 度的地 区，相反，当月处于远日点时，自转速度比公转速度快，因此我们可见月面西部 达西经 98 度的地区。
27、这种现象称为经天秤动。 严格来说，地球与月球围绕共同质心运转，共同质心距地心 4700 千米（即 地球半径的 2/3 处） 。由于共同质心在地球表面以下，地球围绕共同质心的运动 好像是在“晃动”一般。从地球北极上空观看，地球和月球均以逆时针方向自转； 而且月球也是以逆时针绕地运行；甚至地球也是以逆时针绕日公转的。 月球的核心是否为空心还有待证明。不过，最新的研究表明，月球核心可 能是由 Fe-Ni-S 和榴辉岩物质构成，并且是熔融状态。 人类是在 1969 年 7 月 21 日（北京时间）第一次登上月球的。很可惜，他 们在月球上没有找到广寒宫和嫦娥。呵呵。 天 文 知 识 简 介 太阳系家族之
28、六 地球的近邻火星 火星是地球的一个近邻，在太阳系里是第四颗行星，距太阳 1.6 个天文单位。 肉眼看上去，它呈暗红色，其位置、亮度亦有变化，令人迷惑。我国古代称其 为“荧惑” ，古欧洲人称它为 Mars，意为战神。火星对科学发展有过重要贡献。 17 世纪初，德国天文学家开普勒发现了火星的公转轨道为椭圆形，在此基础上 他提出了行星运动的三大定律，为后来牛顿万有引力定律的发现奠定了良好的基 础。 火星的赤道半径为 3398 公里，自转周期为 24 小时 37 分 23 秒，公转周期约 687天，火星的大气很薄，行星表面分布着大量环形山、火山和沙漠。沙漠中的 砂粒常被大风卷起，形成黄色的“云”状风
29、暴。火星的两极有两块白色区域，称 为“极冠” 。北极极冠一年四季都有，是由水冰构成。南极极冠到夏季就消失了， 是由干冰（二氧化碳）构成的。 火星的表面温度变化很大，日温差达 3550。且各地点温度也不同，最 低处-123，最高温度才-23。在这么寒冷的条件下，显然不会有复杂的生命 存在。最新的探测也没有在火星上发现类似于地球上的生命。 火星上的山大多为环形山，它们既有火山造成的，也有陨石造成的。最大 的火山称为奥林匹克山，其高度达 24 公里，是珠峰的三倍，极其壮观。火星上 的另一壮观景色是巨大的峡谷“水手谷” 。它长达 4000 多公里，宽 200 公里， 深约 67 公里，比地球上最大的峡
30、谷雅鲁藏布大峡谷壮观得多！火星上 有些干涸的河床，还发现了大洪水的遗迹，表明火星上曾经有过丰富的液态水。 至于为什么这些水不见了，还有待进一步的查明。 在火星的南半球，有着与月球上相似的曲型的环状高地（左图） 。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
31、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。 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。 天 文 知 识 简 介 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
32、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 5 度，比我们所 知道的金星和地球的少得多。 火星有两颗卫星，火卫一又叫“恐惧” ；火卫二又叫“惊慌” 。这两颗卫星都 不是规则的球形，活象两个“病马铃薯” ，其表面布满了陨石坑。火星卫星的大 小大致可用三轴椭球体来描述，火卫一三个主直径为 27、21 和 19 公里；火卫二 为 15、12 和 11 公里，这两颗卫星的自转与公转同步（与月球相同） 。 围绕火星的探测将逐步实施，我们期待着能揭开火星更多的秘密。 天 文 知 识 简 介 太阳系家族之七 太阳系中的侏儒小行星 到 19
33、90 年止，紫金山天文台已用我国的著名天文学家的姓名及一些省、市 的地名为 49 颗小行星命名。小行星？恐怕有很多人都不知道它们的存在。 上一篇文章我们提到过开普勒发现行星运动三大定律。就在当年，开普勒同 时提出火星和木星轨道相距太宽，似乎还应有一颗行星存在于之间。后来根据提 丢斯提出并由波得改进的计算行星与太阳间距离的提丢斯波得定则计算，似 乎在距太阳 2.8 天文单位左右的地方应有一颗行星。 终于，1801 年元旦之夜，意大利的皮亚齐发现一颗小行星，取名谷神星。 距太阳 2.77 天文单位，半径仅 500 多公里，虽然个小，但总算填补了波得定则 的空缺。可事情还未完，1802、1804、1
34、807 年又先后发现了智神星、婚神星和 灶神星三颗小行星也在 2.8 天文单位左右，而到现在为止，人类在这个区域共发 现了 50多万颗大大小小的小行星， （正式确定轨道并注册的 12 万多颗） 。这些 行星都很小。奥伯斯根据小行星的轨道，提出火星与木星之间确有过一颗大行星， 取名“法埃冬” （神话人物） ，后来它可能爆炸了，小行星就是其碎片，后来有人 认为现在的冥王星就是法埃冬最大的碎块。当然，这仅仅是推测。而比较主流的 看法是：在太阳系形成初期，因吸积过程的碰撞普遍，造成小颗粒逐渐聚集形成 更大的丛集，一旦聚集到足够的质量（即所谓的微星） ，便能用重力吸引周围的 物质。这些星子就能稳定地累积
35、质量成为岩石行星或巨大的气体行星。而在平均 速度过高的区域，碰撞会使星子碎裂而抑制质量累积，由此阻止了行星大小的天 体生成。在星子的轨道周期与木星的周期成简单整数比的地区，会发生轨道共振， 使这些星子的轨道改变。科学家发现，在火星与木星之间的空间，有许多地方会 与木星有强烈的轨道共振。当木星在形成的过程中向内移动时，这些共振轨道就 会扫掠过小行星带，对散布的星子进行动态激发，增加彼此的相对速度。星子在 这个区域（持续到现在）受到太强烈的摄动因而不能成为行星，只能一如往昔地 绕着太阳公转。因此小行星带可以视为原始太阳系的残留物。 在 1918 年，日本天文学家平山清次注意到小行星带上一些小行星的
36、轨道有 相似的参数，并由此形成了小行星族。2006 年，天文学家宣布在小行星带内发 现了彗星的族群，而且推测这些彗星可能是地球上海洋中水的来源。 小行星都很小，直径在 1000 公里左右的仅“谷神星”一颗，超过 1 公里的 才 1 万多颗，它们大部分都只有几米、几十米，共有 50 多万颗左右。尽管它们 都很小，居然有些小行星还有卫星，真是有趣。 小行星会撞上地球吗？回答是肯定的。看到这里请不要惊慌。要知道，陨石 袭击行星是很常见，可是这是在太阳系 46 亿年的时间内说的，而实际上，直径 天 文 知 识 简 介 在 10 公里上下的“侏儒” ，平均 1 亿年才可能与地球相遇，地球每百万年会受到
37、3 次较小的小行星撞击，其中一次在陆地上；两次在海洋里。而我们已有能力预 测这样的灾害，并且也有能力排除它，大家可以不必过分担心。 天 文 知 识 简 介 太阳系家族之八 家族中的巨人木星 称木星为“巨人” ，是名符其实的。木星是颗很亮的天体，其亮度仅次于金 星。它的直径为 14.3 万公里，是地球的 11.25 倍。木星的质量为 1.91024吨， 是所有其它行星质量和的 2.5 倍。它距太阳 5.2 天文单位，其公转周期是 11.86 年。木星是太阳系中自转最快的行星，其赤道部分自转一周仅 9.84 小时，因此 木星呈扁球状，其赤道与两极半径相差近 5000 公里。 17 世纪，伽利略最早
38、发现了木星有四颗卫星，现在我们称这四颗“木卫” 为“伽利略卫星” 。 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。1675 年，丹麦的天文学家罗默通过观 测木卫一的运动首次测量了光速。虽然不精确，但在天文物理方法上确很成功。 木星在天文史上曾留下不少疑问，随着空间探测技术的发展，这些疑问正 逐渐的在揭开。 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
39、/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。 我们得到的有关木星内部结构的资料（及其他气态行星）来源很不直接， 并有了很长时间的停滞。 （来自伽利略号的木星大气数据只探测到了云层下 150 千米处。 ） 木星可能有一个石质的内核，相当于 1015 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 亿帕压强下才存在，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
40、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。 宇宙飞船探测到木星的磁场强度达 314 高斯（而地球只有 0.30.8高斯） 。木星磁场和地球的一样，是偶极的，磁轴和自转轴之间有 108的倾角。木 天 文 知 识 简 介 星的正磁极指的不是北极，而是南极，这与地球的情况正好相反。由于木星磁场 与太阳风
41、的相互作用，形成了木星磁层。木星磁层的范围大而且结构复杂，在距 离木星 140 万700 万公里之间的巨大空间都是木星的磁层；而地球的磁层只在 距地心 57 万公里的范围内。木星的四个大卫星都被木星的磁层所屏蔽，使之 免遭太阳风的袭击。地球周围有条称为范艾伦带的辐射带，木星周围也有这样的 辐射带。 “旅行者 1 号”还发现木星背向太阳的一面有 3 万公里长的北极光。 1981 年初，当“旅行者 2 号”早已离开木星磁层飞奔土星的途中，曾再次受到 木星磁场的影响。由此看来，木星磁尾至少拖长到 6000 万公里，已达到土星的 轨道上。木星也有极光，不过比地球上的更为壮观，长达 3万公里。 木星和土
42、星与天王星一样具有光环，构成木星环的物质都很细小，环的宽 度约 6500 公里，几乎与地球半径相同了，不过厚度只有 10 公里，共分为四圈。 木星云层很厚，形态也很有意思，它是一系列平行于赤道的带纹，浅色的是 高气压带；深色的是低气压带，深浅交加、明暗交错，甚为美丽，云层中的风很 大，顶部风速可达 600 公里/秒。早在 1665 年，卡西尼就发现木星表面有个大红 斑，300 年过去了，它依然存在。大红斑是一个巨大的漩涡，以逆时针旋转。 大红斑一直在缩小，从以前的 42000公里缩短到现在的 22000 公里、宽度 13000 公里，但仍可装下 3 个地球。它的动力学情况十分复杂，很可能是种“
43、混沌” 形式。至于它为什么能维持这么长时间，至今仍是个迷。 木星有 16 颗卫星，其中四颗“伽利略卫星”相对较大，最小的是地球的一 半；最大的差不多是 5/6 个地球大小。其中的木卫二由于发现表面覆盖着冰层， 而且冰层下面很可能是海洋，所以现在备受关注。因为在海洋里有生命的可能性 极大。 木星与其卫星构成了一个“木星系” ，很象是太阳系的缩影，十分有趣，也 很有意义。人们正期待着技术上的进步，来进一步探测这个令人着迷的“木星系” 。 天 文 知 识 简 介 太阳系家族之九 戴草帽的行星土星 提到土星，人们就会想到它那美丽的光环，在望远镜里它酷似一顶宽边草帽。 它是早期天文学家所认识的最远的行星
44、，我国古代还称其为“填星”或“镇星” ； 西方则称其（Saturn） ，即罗马神话中的“农神” 。 土星是太阳系第二大行星，距太阳 9.45 天文单位，其公转周期为 29.5 年。 它的自转很快，而且角速度随纬度而不同，在赤道自转周期为 10 时 14 分，在纬 度 60 度周期为 10 时 40 分。土星质量是地球的 95.18 倍，密度为 0.7 克/厘米 3，比水还轻。土星核心由岩石和铁组成，上面覆着冰壳，再上面是液态金属和 氢，紧接着是液态分子氢，最外层是土星大气。土星上狂风肆虐，沿东西方向的 风速可超过每小时 1600 公里。土星上空的云层就是这些狂风造成的，云层中含 有大量的结晶氨
45、。土星大气中也有个类似木星上的大红斑，但要小得多，可能是 飓风所致。 土星极地附近呈绿色，是整个表面最暗的区域。根据红外观测得知，云顶温 度为-170，比木星低 50。土星表面的温度约为-140。土星表面有时会出 现白斑，最著名的白斑是 1933 年 8 月发现的，这块白斑出现在赤道区，呈蛋形， 长度达到土星直径的 1/5.以后这个白斑不断地扩大，几乎蔓延到整个土星表面。 由于这颗行星表面温度较低而逃逸速度又大（35.6 公里/秒） ，使土星保留 着几十亿年前它形成时所拥有的全部氢和氦。因此，科学家认为，研究土星目前 的成分就等于研究太阳系形成初期的原始成分，这对于了解太阳内部活动及其演 化有
46、很大帮助。一般认为土星的化学组成像木星，不过氢的含量较少。土星上的 甲烷含量比木星多，而氨的含量则比木星少。 美国国立光学天文台的科学家们在研究“旅行者”2 号发回的土星照片时， 发现了一个奇怪的现象：在土星的北极上空有个六角形的云团。这个云团以北极 点为中心，并按照土星自转的速度旋转。土星北极的六角形云团并不是“旅行者” 2 号直接拍到，因为“旅行者”2 号并没有直接飞越土星北极上空。但它在土星 周围绕行时，从各个角度拍下了土星照片。天文学家们把那些照片合成以后，才 看清了土星北极上空的全貌，也才发现了那个六角形云团。土星北极上空六角形 云团的出现，促使科学家们不得不重新认识土星。 通过望远
47、镜可观察到，土星有三层美丽的光环。靠外的 A 环和 B 环中间被著 名的卡西尼环缝所隔开，它宽约 5000 公里，是 1675 年法国天文学家卡西尼首先 发现的。C环更为靠近土星本体，显得非常暗弱。后来又陆续发现了 D、E、F、G 环及一个环缝（先驱者环缝） 。这些环很宽，但是很薄，大约只有 10 天 文 知 识 简 介 公里。但后来飞船拍摄的土星环显示，土星环既不是什么 5 个环也不是 7 个，而 是成千上万，环中有环，令人眼花缭乱，酷似密纹唱片。经仔细观察知道，土星 环原来并不是过去人们认为简单的一环套一环的结构，而是呈螺旋转动的波浪状。 令人惊异的是，光环的形状各异，有的呈现不对称的锯齿
48、形，有的呈辐射状，有 的竟然象发辫一样，一股套一股地扭合在一起，例如 F 环就由三股小环扭结而成。 所有这些土星环都是由无数大小不等的烁石、冰块和冰和其他物质混合物构成 的。 现已确认的土星卫星共有 23 颗。它们大都很小，只有五颗直径超过 100 公 里，有的直径仅二、三十公里。土卫六是其中最为有名的，它又叫“泰坦” ，是 太阳系中第二大卫星。土卫六存在着浓密的大气，厚达 2700 公里，密度大于地 球大气。土卫六是太阳系内已知的 60 多颗卫星中有大气的唯一卫星。天文学家 们在土卫六大气中发现一种可以孕育生命的氩氰酸有机分子。遗憾的是，并未发 现存在任何生命迹象，此外，土卫六能向外发射电波
49、，使人迷惑。 宇宙飞船对于土星的许多新发现，使科学家们受到极大鼓舞，同时也给人们 提出许多新课题。 天 文 知 识 简 介 太阳系家族之十 躺着的行星天王星 天王星及一些更远的行星是有望远镜以后才能被发现的行星，所以古代无任 何记载。直到 1781 年 3 月 13 日，才由英国天文学家威廉赫歇尔发现了天王 星的存在，从此揭开了人类对太阳系进一步了解的序幕。 天王星是太阳系中第七颗大行星，亮度极大时为 5.7 等，它距太阳约 19.2 天文单位。公转轨道近乎圆形，公转周期为 84.01 年，很特殊的是，天王星赤 道面与轨道面的倾角是 9755，它几乎是“横躺”在轨道平面上绕日运行， 所以它的四季和昼夜变化比较奇特，在每个天王星年中赤道会出现两个冬季和两 个夏季，而它每天的昼夜变化更是极为复杂。天王星的质量大约等于地球的 14.5 倍，直径约 5.18 万公里。 1977 年 3 月 10 日，人们发现了天王星的 5 个环，过了一年又发现 4 个。这 9 个环有 7 个宽度大约只有 5 公里，另外两个分别宽 15 公里和 70 至 1
