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1、太阳系定律1 太阳系的特征太阳系是由行星、小行星、彗星等天体绕中心星球太阳所组成的绕转运动组合体。在太阳系中有系中系，如行星和卫星所组成的行星系，卫星和绕其转动的子卫星所组成的卫星系，等等。太阳系具有如下特征：1.1 星球轨道形状特征绕太阳公转的星球轨道形状为：近圆形、椭圆形、抛物线形和双曲线形。在太阳系中，水星、金星、地球、火星等，它们的绕太阳公转轨道形状为近圆形，而外围的其它星球公转轨道为椭圆形。太阳系的彗星公转轨道为椭圆形、抛物线形和双曲线形，图3-1是太阳系模式图，图3-2是彗星轨道图。1.2 星球公转方向特征绕太阳公转的星球，九颗行星都为逆时针方向公转，而有些彗星如哈雷彗星为顺时针方
2、向绕太阳公转。1.3 星球自转方向特征太阳系的金星自转方向为顺时针，而其它八颗行星都为逆时针方向自转并同公转方向相同。图3-1 太阳系模式图1.4 星球分布特征太阳系的九颗行星公转轨道面都在太阳赤阳面两侧附近，而彗星的公转轨道面从太阳两极到太阳赤道各纬度都有分布。图3-3是彗星轨道倾角即在太阳周围不同纬度的分布图。1.5 星球运动姿势特征地球是倾斜在轨道上自转，天王星是躺着在轨道上自转，其它几颗星球为直立或倾斜着自转。1.6 太阳系内星系特征由彗星和行星绕太阳旋转所形成的太阳系的上述五个特征，对于由卫星绕行星旋转所形成的行星系来说基本相同。、图3-2 彗星轨道图 图3-3 彗星在太阳周围分布图
3、2 太阳系成因假说简介将一些有代表性的太阳系成因的理论及假说做如下简略介绍。2.1 布封学说法国动物学家布封在1745年提出：曾经有一个大彗星碰到了太阳，使太阳转动起来。碰出来的一些物质形成了行星和次一级的卫星，并使之绕中心天体转动起来。这个学说叫做彗星碰撞学说。2.2 张伯伦学说美国地质学家张伯伦在1900年提出：曾经有一个恒星走到离太阳很近的地方，由于潮汐力的作用，在太阳两面形成巨大的潮，就象我们现在所见到的日珥。在这两个巨大的潮中有气体、液体和固体。固体聚集成块叫做星子，由这些星子发展成为行星等绕太阳转动的天体。这个学说也叫做星子学说。2.3 谢伊学说美国天文学家谢伊于1910年提出：有
4、两个星云相碰，在碰撞后的星云中形成了太阳，其它物质形成行星。也叫星云碰撞学说。2.4 阿亨尼学说瑞典化学家阿亨尼于1908年提出：有两个恒星沿着一个角度侧面相撞，使这两个恒星变为一个恒星，由于侧向相撞所以产生了转动。相撞后所飞出的物质形成行星等天体。这个学说也叫侧撞恒星合拼学说。2.5 毕克顿学说西新兰科学家毕克顿于1881年提出：一个恒星接近太阳时，潮汐作用，使太阳和另颗恒星都发生变形，在两者中间分出呈卵形的物体，这些物体成为绕太阳转动的行星。用该学者自己的形象说法，两个相接近的恒星潮汐力所拉出的物体就象宇宙中的火花。有人将该学说称为宇宙火花学说。2.6 罗素学说美国天文学家罗素于1935年
5、提出：太阳曾经是一对双星，后来有一颗恒星走近将其中一颗子星拉走，被拉走时留下了一长条物质，这些物质后来形成了行星。这个学说也叫双星学说。2.7 魏扎克学说德国天文学家魏扎克于1944年提出：太阳形成后被一个气体尘埃云包围着，这个云由于旋转而变扁，形成了星云盘，后来星云盘形成行星。这个学说可以叫做太阳进入星云学说。2.8 费森柯夫学说前苏联天文学家费森柯夫于1919年提出：形成行星的物质全部是从太阳上抛射出来的，由于原来的太阳质量大、含氢量高，自转速度快而且不稳定，因此抛射出形成行星的物质。这个学说叫做太阳自身抛射学说。2.9 伯克兰学说挪威科学家伯克兰于1912年指出：电磁力在太阳系形成过程中
6、起到重要作用。太阳从一开始就有磁场，太阳抛射出的离子，沿着磁力线在螺旋轨道上向外运动，停留在一些圆上，圆的半径决定了电子电荷和离子质量的比率，这样就形成了一系列的球，不同的球由不同的离子组成。这个球的物质后来集聚形成一个行星。这个学说叫做离子集聚学说。2.10 麦克雷学说英国天文学家麦克雷于1960年提出：形成太阳系的大星云首先破裂为许多小星云，这些小星云具有随机的运动和转动速度及方向。小星云常常相互碰撞，绝大部分结合起来形成了太阳，另外一部分小星云形成了行星。这个学说可以叫做原云先碎后聚学说。2.11 瓦尔科维奇学说罗马尼亚物理学家瓦尔科维奇于1964年提出：太阳系内的类地行星是同太阳星云外
7、围部分或由太阳抛射出的物质形成的，而类木行星是太阳在星际空间运行时，从遇到的星际云中所俘获的物质形成的。这个学说叫做异源分步形成学说。3.2.12 布郎学说美国物理学家布郎于1971年提出：在过去有一个质量是太阳50-100倍大的超新星爆发时，抛射物中的一个碎块形成了今天的太阳系。该学说叫做超新星爆发碎块成因学说。2.13 米特拉学说印度天文学家米特拉于1975年提出：太阳系是以星团方式集体产生的。在宇宙中有一个很大的星际云由于自吸引出现湍流，进而形成一个星团，这个星团逐渐互相散开，原太阳是其中一个初始角动量几乎为零的成员星。以后，原太阳在绕银心转动的过程中，不断吸积那些与其自己轨道相似的颗粒
8、，逐渐形成一个围绕太阳的球形包层，进而演化为星云盘，并且由于它的角动量传给了原太阳而使太阳自转起来。这个学说可以叫做星团散开形成太阳学说。2.14 康德和拉普拉斯学说康德是德国哲学家，生于1724年，死于1804年。拉普拉斯是法国数学家和物理力学家。生于1749年，死于1827年。这两位太阳系星云学说创始人在互相不知道的情况下，分别发表了内容大体相同的太阳系起源学说即星云学说。太阳系起源星云学说为大多数天文学家认可。从十八世纪到现在虽然已经过去了二百多年，在这期间有许多科学家提出过有关太阳系起源的星云学说，尽管这些学说在某些方面和某些形成机制上都有自己的见解，但总的宗旨没有离开康德拉普拉斯星云
9、学说。太阳系起源星云学说宗旨就是一句话：太阳系是从一个星云中形成的。在这个星云中有气体、有尘埃、有冰块、有大大小小的固体物质。在万有引力作用下物质相互吸引，星云体积在缩小。在这个星云的中心形成了太阳。由于星云原始存在转动，在体积缩小时，因为角动量守恒，星云转动加快，变成扁球状。扁平面上的星云继续收缩形成了现在的共面同方向转动的行星。3 关于太阳系起源学说的分类有关太阳系起源的学说虽然高达四十多家，但是按照太阳周围星球的物质来源可以划分为三个学派：、分出说；、俘获说；、共同形成说。、分出说。在这一学派中，有的认为是另外一颗恒星碰到太阳，碰出了物质，这些碰出的物质形成了行星。有的认为：太阳曾经出现
10、过巨大规模的变动，例如太阳的自转快度变快，由一个恒星分裂为两个恒星，后来因为某种原因，其中一个离开了，离开时所留下的物质形成行星。有的认为：太阳原来是一对双星，其中一颗子星被另外靠近的一颗大星拉走了或俘获了。在子星被拉走或俘获时所留下来的物质形成了太阳系现在的行星。也有的认为：太阳的伴星爆发成超新星，留下的物质形成了行星。另外还有的观点认为是太阳自身抛射出来的物质形成了行星。、俘获说。这一学派的共同看法认为是太阳先形成的。太阳形成后俘获了周围的或宇宙空间里的其它星际物质，而由这些物质形成了行星。、共同形成说。形形色色的各类星云说都是属于这一学派。这一学派认为：太阳系是由一个星云形成的。尽管各学
11、者对太阳系内的星球形成和自转及公转有各自的见解，但他们都共同认为太阳系是由一个原始星云逐渐演化而形成的，或者说形成行星的物质来源于太阳或与太阳有关系的其它星球。4 模拟试验一个太阳系成因理论或叫假说不仅能解释太阳系的特征，而且也能解释行星系和其它星系的特征。为了研究太阳系的成因和解释太阳系的特征，用一块磁铁和一个小铁球，做一下试验：4.1 试验一：小铁球用线吊起来挂在空中不动，将用线吊着的磁铁块和小铁球在一个水平面上，磁铁块在小铁球的西面，由北向南运动，如图3-4。试验结果如下(见图3-5：当两者相距适当的运动距离，如果磁铁块运动速度慢，在靠近小铁球时，小铁球就被磁铁块吸了去(图3-5A)；当
12、磁铁块以适当的速度运行时，小铁球就会沿着一个近圆形轨迹绕磁铁块转动(图3-5B)；当磁铁块以较快的速度从小铁球一侧通过时，小铁球就是一个抛物线弧形或双曲线弧形从磁铁块一侧运动过去（图3-2C）。同时小铁球也产生如图E方向的自传。图3-4 磁铁快从铁球西侧运动示意图 图 3-5 试验一结果示意图 4.2试验二：如同试验一，不同的是：让磁铁块在小铁球的东侧由南向北运动，如图3-6.图3-6 磁铁快从铁球东侧运动示意图试验结果如下：公转和自传方向就完全反向了。4.3试验三：如同试验一，不同的是，让小铁球沿F方向自传，然后磁铁块在小铁球西侧由北向南运动，如图3-7。图 3-7 试验三模拟试验结果示意图
13、试验结果如下：小铁球仍然沿F方向转动，只是自传速度变慢了。4.4试验四：如同试验一，不同的是：磁铁块和小铁球大小近似时，试验结果是：二者互相绕转，如图3-8。图 3-8试验四模拟试验结果示意图将以上的试验反过来：让小铁球运动，其结果是一样的。4.5 人造地球卫星的轨道 图3-9是发射人造地球卫星可能出现的几种轨道形状。人造卫星轨道形状完全取决于末级火箭的速度。如末级火箭的末速度小，卫星的轨道形状为图3-6的形，卫星将回落到地球上。如果末级火箭的末速度正好，其卫星轨道形状为图3-6的形，为绕地球的圆形轨道。如果末级火箭末速度大，其卫星轨道形状为图3-6的形，成为椭圆 形。如果末级火箭的末速度等于
14、地球的逃逸速度时，卫星的轨道形状为图3-6的形，呈抛物线形。如果末级火箭末速度大于地球的逃逸速度，卫星的运动轨道就成为双曲线形。人造地球卫星在地球上空的高度和运动方向也由末级火箭的末级高度和末级方向所决定。 图3-9卫星运动的轨道4.6 嫦娥二号的轨道图3-10是嫦娥二号奔月轨道示意图。虽然嫦娥二号是人造天体，但它和月亮形成了月卫星系。图3-10 嫦娥二号奔月轨道示意图5 太阳系的成因解释太阳系中所有的成员都是在太阳形成以后进入太阳系轨道的。其进入太阳系轨道的方式有以下几种：第一种，在太阳还没有进入银河系轨道之前，太阳在宇宙中独立运行时，就有星球进入到了太阳的周围，成为太阳的绕转星球，太阳是带着绕转星球进入了银河系轨道。第二种，太阳在绕银河系银心运动时，同其它绕银河系星球的轨道相靠近，从而俘获了绕其它星球转动的天体。第三种，在银河系中独立运行的星球在离太阳距离和速度适合时进入到了太阳系，成为绕太阳转动的一员。成为太阳系成员的星球，有两种来源，其一是在银河系内发生爆炸而形成的星球，如彗星；其二是从银河系之外形成的，如行星。5.1 绕太阳公转轨道形状的成因太阳系成员的轨道形状由进入太阳系时的相对速度和相对距离决定。进入太阳系轨道的星球速度小了，就“掉”进太阳了；速度正好，其轨道形状为近圆形；其速度大一
