大学物理太阳系

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1、太阳系概述 在远古的时候，人们就注意到天上许多星星的相对位置是恒定不变的。但有 5 颗亮星却在众星之间不断地移动。 因此人们把“动”的星星称为“行星”，“不动”的星星称为“恒星”，并给行星各自起了名字，即：水星、金星、 火星、木星和土星。其中水星也称辰星，它最靠近太阳，不超过一辰（30 度）。金星又叫太白星或启明星、长庚星。 它光彩夺目，是全天最亮的星；火星又称“荧惑”，因它的火红颜色而得名；木星也称岁星，它大约 12 年运行一周 天，每年差不多行经一次（全天分成十二次），古代用它来纪年；土星也称镇星或填星，因为它大约 28 年运行一周 天，一年镇守一宿（中国古代把全天分成二十宿）。这就是人们

2、肉眼能看见的五大行星，中国古代统称它们为“五星” ，再加上太阳、月亮总称为“七曜”。 近两个世纪以来，天文学家又发现了 3 颗大行星（天王星、海王星和冥王星）。这样，包括地球在内的 9 颗行星 就构成了一个围绕太阳旋转的行星系统。离太阳最近的行星是水星，以下依次是金星、地球、火星、木星、土星、天 王星、海王星和冥王星。除了水星和金星之外，所有的行星都有卫星。在火星和木星之间存在着数十万颗大小不等、 形状各异的小行星，天文学家把这个区域称为小行星带。此外，太阳系中还有许许多多的彗星、流星以及稀薄的微尘 粒和气体等。 太阳质量占太阳系总质量的 99.8，它以自己强大的引力将太阳系里的所有天体牢牢地

3、吸引在它的周围，使它们不离 不散、井然有序地绕自己旋转。同时，太阳又作为一颗普通恒星，带领它的成员，万古不息地绕银河系的中心运动。 太阳系起源包含两个基本问题：太阳系中形成行星的物质从何而来和行星是怎样形成的。围绕这两个问题，产生了各 种各样的学说。 1755 年，德国哲学家康德(Immanuel Kant)首先提出了太阳系起源的星云假说。他认为，太阳系是由原始星云按照万 有引力定律演化而成。在这个原始星云中，大小不等的固体微粒在万有引力的作用下相互接近，大微粒吸引小微粒形 成较大的团块，团块又陆续把周围的微粒吸引过来，这样，团块越来越大，而“天体在吸引最强的地方开始形成”。 引力最强的中心部

4、分吸引的物质最多，先形成太阳。外面的微粒在太阳吸引下向其下落时，与其它微粒碰撞而改变方 向，变成绕太阳作圆周运动；运动中的微粒又逐渐形成引力中心，最后凝聚成朝同一方向转动的行星。41 年后，法国 著名的数学家和天文学家拉普拉斯（Pierre Simon Laplace）也独立提出了关于太阳系起源的星云假说。与康德的星 云说不同之处在于，他认为太阳系是由炽热气体组成的星云形成的。气体由于冷却而收缩，因此自转加快，离心力也 随之增大，于是星云变得十分扁平。在星云外缘，离心力超过引力的时候便分离出一个圆环，这样反复分离成许多环。 圆环由于物质分布不均匀而进一步收缩，形成行星，中心部分形成太阳。继星云

5、说之后，又相继出现了“灾变说”、 “俘获说”等理论。 随着现代天体物理学和物理学的发展，特别是恒星演化理论的建立，产生了现代星云说，并逐渐占了主导地位。现代 星云假说根据观测资料和理论计算，提出它的主要观点：太阳系原始星云是巨大的星际云瓦解的一个小云，一开始就 在自转，并在自身引力作用下收缩，中心部分形成太阳，外部演化成星云盘，星云盘以后形成行星。目前，现代星云 说又存在不同学派，这些学派之间还存在着许多差别，有待进一步研究和证实。 太阳系全家福九大行星大小比较图 从左至右依次是： 水星 金星 地球 火星 木星 土星 天王星 海王星 冥王星 半径依次是 （地球单位）： 0.38 0.966 1

6、 0.533 11.2 9.36 3.72 3.94 0.18 注：1 地球单位（半径）为：6370 千米九大行星之间距离比较图 从左至右依次是： 水星 金星 地球 火星 木星 土星 天王星 海王星 冥王星 轨道半径依次是 （天文单位）： 0.39 0.72 1 1.524 5.2 9.54 19.2 30.1 39.4注：1 天文单位=太阳到地球的平均距离=149,600,000 千米太阳 我们的家长：太阳是一颗自己能发光发热的气体星球。人们看到的太阳表面叫光球。光球以上的部分是色球层，色球 层的外围是日冕层。这样三个层面合起来构成了太阳的大气层。太阳的直径约为万千米，地球的直径约为 .万千

7、米，太阳与地球相比，太阳的直径是地球直径的倍。的立方，约为。那么， 太阳的体积大约是地球体积的万倍。水星 金星 除了太阳和月亮，天空中最亮的天体就是金星。金星最亮的时候，比著名的天狼星还亮 14 倍。白天它不会被太 阳完全淹没，夜晚它还能把人和地上的物体照出影子。用星等来表示它的亮度的话，最亮时，它可以达到4.6 等以 上 地球 火星 木星和它的 4 个卫星 土星(带光环者)和 6 个较大的卫星 天王星 距离太阳的第七颗行星天王星是太阳系中的第三大行星。它的赤道直径 51,800 公里，每 84.01 地球年绕太阳公转一周， 和太阳之间的平均距离是 28.7 亿公里。自转一周 17 小时 14

8、 分。天王星至少有 22 个卫星，最大的两个是 Titania 和Oberon。 海王星 -离地球太遥远了，通过望远镜观察到，它是一颗淡绿色的行星。 冥王星 是九大行星中离太阳最远的一颗，也是最小的一颗。 太阳与九大行星数据九大行星数据对照表 天体天体距离距离 (天文单位天文单位)赤道直径赤道直径质量质量轨道半径轨道半径 /偏心率偏心率轨道倾角轨道倾角 （度）（度）公转周期（年）公转周期（年） /速度速度(km/s) 自转周期自转周期 （天）（天） 太阳0109333,400 -27.275 水星0.390.3820.060.38 /0.206 70.241 /47.89 58.6 金星0.7

9、20.9490.820.72 /0.007 3.40.615 /35.03 243 地球1.001.001.001.00 /0.017 01.00 /29.79 1.00 火星1.50.530.111.52 /0.093 1.91.88 /24.13 1.03 木星5.211.23185.20 /0.048 1.311.86 /13.06 0.414 土星9.59.41959.54 /0.056 2.529.46 /9.64 0.426 天王星19.23.9814.619.22 /0.046 0.884.01 /6.81 0.718 海王星30.13.8117.230.06 /0.008 1.

10、8164.79 /5.43 0.671 冥王星*39.50.240.0017 39.5 /0.025 17.1248.5 /4.47 6.5 *1930 年以后冥王星才被国际天文学联合会正式确定为行星。一些天文学家对其行星的身份仍持怀疑态度。 太阳系的第十大行星太阳系的第十大行星 在在 1919 世纪世纪末，很多天文学家推测海王星之外还有别的行星，因为测试末，很多天文学家推测海王星之外还有别的行星，因为测试海王星海王星的轨道和理论算出的轨道不一样。他们的轨道和理论算出的轨道不一样。他们叫这颗星叫这颗星“行星行星 X”X”，是未知行星的意思。，是未知行星的意思。 美国天文学家美国天文学家帕西瓦尔

11、帕西瓦尔罗威尔罗威尔在在 19091909 年和年和 19131913 年两次寻找海王星之外的行星，但是没有找到。年两次寻找海王星之外的行星，但是没有找到。19151915 年结束之后，年结束之后，罗威尔发表论文，写出估测的行星数据。其实在那一年，他所在的天文台照到了罗威尔发表论文，写出估测的行星数据。其实在那一年，他所在的天文台照到了冥王星冥王星的照片，但是直到的照片，但是直到 19301930 年才年才认出这是一颗行星。认出这是一颗行星。 可是冥王星的质量太小，无法解释海王星的轨道。天文学家继续寻找可是冥王星的质量太小，无法解释海王星的轨道。天文学家继续寻找“行星行星 X”X”，但是这个名

12、字又有了第十大行星的，但是这个名字又有了第十大行星的意思，因为意思，因为 X X 是拉丁文的是拉丁文的 1010。直到。直到“旅行者旅行者 2 2 号号”探测器临近海王星，才发现海王星的质量一直算错很多。用正确的探测器临近海王星，才发现海王星的质量一直算错很多。用正确的质量，加上冥王星的影响，海王星的现实轨道和计算轨道一致。质量，加上冥王星的影响，海王星的现实轨道和计算轨道一致。 按照行星轨道计算，和地球差不多大小的行星不可能在按照行星轨道计算，和地球差不多大小的行星不可能在 60AU60AU 之内之内( (冥王星现在离太阳大约冥王星现在离太阳大约 30AU)30AU)。如果确实有第十大。如果

13、确实有第十大行星，它的轨道会很倾斜，很可能是外星系的天体，靠太阳太近，而被太阳吸引入轨。行星，它的轨道会很倾斜，很可能是外星系的天体，靠太阳太近，而被太阳吸引入轨。 20052005 年年 7 7 月，美国科学家宣称发现了第十颗行星，它比冥王星略大。月，美国科学家宣称发现了第十颗行星，它比冥王星略大。 冥王星小于第十大行星冥王星小于第十大行星 行星地位再起争议行星地位再起争议2006 年 04 月 15 日 11:57 新浪科技2003 UB313 与其它新发现小天体比对图(图片来源：美国宇航局网站)新浪科技讯 俄罗斯彩带网 4 月 12 日消息，据新科学家杂志刊文称，“哈勃”太空望远镜最近传

14、回的观测数据显示，2003 年发现的太阳系“第十大行星”2003 UB313 的体积尽管远没有前估计的那么大。但也稍大于冥王星，因此有部分科学家建议将其列入太阳系行星行列。此前，科学家们曾推算这颗编号为 2003 UB313 的所谓“第十大行星”直径可达 3500 公里，与此同时，“第九大行星”冥王星的直径仅有 2290 公里。当时就曾经有人声称要把 2003 UB313 列入太阳系行星行列。根据“哈勃”太空望远镜最新提供的照片资料显示，2003 UB313 的直径仅为大约 2400 公里(误差不超过 100 公里)。也就是说，2003 UB313 的直径仅略大于冥王星。它目前与太阳的距离是地

15、球与太阳距离的 98 倍。2003 UB313 发现于 2003 年，随后进行的进一步观测证实，它位于著名的太阳系第二大小行星带-柯伊伯小行星带。它曾一度被科学家们认为是自 1846 年发现海王星以来天文学家们在太阳系中找到的最大天体。2003 UB313 到太阳的距离是冥王星到太阳距离的三倍，而冥王星也曾一直被看做是太阳系内最偏远的行星。 在所谓的“第十大行星”2003 UB313 被发现后，曾有科学家对冥王星是否还应该被称作行星提出了质问。部分科学家甚至建议将冥王星从太阳系行星行列中排除掉。正如德国马克思-普朗克射电天文学研究中心的天文学家弗朗克-贝尔托蒂所说：“考虑到 2003 UB31

16、3 的体积要明显大于冥王星，如果连它都无法被称作行星，那么我们还有什么理由来把冥王星再称作是太阳系第九大行星呢？” 自 1992 年以来，世界各国的天文学家们已在冥王星之外的柯伊伯带发现了上千颗体积较大的小行星。根据天文学家们当前的估算，在柯伊伯小行星带中可能隐藏着 50 多万颗此类体积较大的小行星。目前，已经有许多天文学家称，应取消冥王星的行星地位并将其列入小行星之列。甚至还有一些科学家表示，在太阳系中发现的任何体积超过冥王星的天体都应该称为行星，包括此前发现的 2003 UB313。目前，有关“第十大行星”2003 UB313 的细节问题科学家们还难以给出准确的解释。前不久美国宇航局刚刚发射的“新地平线”号冥王星探测器也许能够收集一些有关 2003 UB313 的信息，但由于它距离太远而未被列入“新地平线