§7.4 行星及太阳系小天体概况除太阳以外，组成我们太阳系的主要天体，一是大行星，二是卫星，三是太阳系小天体 大行星，按其距太阳的远近次序是：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星这些行星的大小和质量相差很大，但都比太阳小得多它们的总质量是太阳的1/ 718，总体积只有太阳的1/ 600，行星一般不发射可见光，而以表面反射太阳光显得明亮，我们才能够看到它们的外貌近年来，发现了木星和土星都有射电辐射，改变了人们对行星的传统看法，行星在以恒星组成各个星座的天空背景上，有明显的相对移动我们借助于天文望远镜，可以看到行星有一定的视圆面，所以在大气抖动下，行星不象点状恒星那样有星光闪耀的现象如果仔细对比，还可以发现各行星有其颜色特征，在不同的时候，亮度也有变化，按照这些特征，在晴朗无月的夜晚，我们不难把它们同恒星区别开来 依据不同，行星的分类也不同，目前主要有：（1）以地球轨道为界，以内的叫地内行星，以外的叫地外行星；（2）以小行星带为界，以内的叫内行星，以外的叫外行星；（3）根据行星的各种性质，过去人们把九大行星分成两类，即"类地行星"，包括水星、金星、地球和火星；"类木行星"，包括木星、土星、天王星和海王星，其中木星和土星也有人称"巨行星"。
太阳系除大行星和卫星外，还有几十万颗小行星、彗星、流星体等天体 17世纪初期，望远镜的诞生为行星和卫星物理状况的研究提供了条件19世纪中叶以后，照相术、分光术、测光术广泛地应用到行星的研究和观测中来，20世纪射电天文学诞生以后，又扩大了行星和卫星的研究手段，雷达方法不仅可以测定行星的表面特征，甚至可以测绘表面图随着空间技术的发展，20世纪行星际飞船发射成功，除了冥王星之外，就近考察了水星、金星、火星、木星、土星、天王星和海王星7个大行星及其一些卫星；无人实验装置已在火星表面着陆并落向金星和木星的大气深处行星际飞船还飞掠并就近探测了小行星和彗星人类已获得了大量的资料和数据，大大增加了对行星各方面的了解，也使太阳系起源演化理论的研究进入了一个新的时期 2006年8月国际天文学联合会决议中提到：对太阳系行星和其它天体按下述方法定义为三个不同的类别（1）“行星”是一个具有如下性质的天体：①位于围绕太阳系的轨道上，②有足够大的质量来克服固体应力以达到流体静力平衡的形状（近于球体），③已经清空了其轨道附近的区域2）“矮行星”是一个具有如下性质的天体：①位于围绕太阳的轨道上，②有足够大的质量来克服固体应力以达到流体静力平衡的形状（近于球体），③还没有清空了其轨道附近的区域；④不是一颗卫星。
3）其它所有围绕太阳运动的不是卫星的天体应被通称为太阳系小天体根据上述定义，行星指八大行星，它们是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星冥王星是一颗“矮行星”，并且被视为海王星外天体（简称海外天体，记为:TNO）的一个新族的标志 一、 大行星 1、水星 水星，又叫辰星，如图7.16是太阳系中离太阳最近的大行星，与太阳的距离为0.387AU ，即约5791万km，它与太阳的最大角距不超过28°，因此，它经常被黎明或黄昏的太阳光辉所淹没，很难被人们看到最亮时视星等为－1.9m水星以较扁的椭圆轨道绕太阳运转，轨道偏心率e = 0.206，其轨道面与黄道面的夹角约为70，公转周期为87.969天，水星的半径为2440km，为地球半径的38%，它的质量为3.33×1026g，水星的大小在八大行星中是最小的水星的平均密度为5.44g/cm3，比地球的平均密度5.52g/cm3略小些，其化学组成和内部结构也与地球相似，用大望远镜可以看到水星的位相变化和一些暗区过去由这些特征推测水星的自转周期与公转周期相等（它的一面总朝向太阳），1960年用雷达测出自转周期59天，现在更准确值为58.646天，为公转周期的2/3。
水星赤道面与轨道面交角小于28°水星轨道有每世纪快43"的反常进动 人类发射的行星探测器已拍摄到详细的水星表面照片，貌似月球水星上有上千个直径100km以上的环形山，大的直径达1300千米水星上还有许多高1km以上，长几百公里的悬崖，这是月球上所没有的水星上有同月球上一样的山脉、平原和盆地，也有象月球上的哥白尼和第谷环形山那样的辐射纹，有的还有中央山峰水星上还有冲击流出的熔岩与地球不同，水星上没有断层，显然是没有板块构造运动的发生，水星上的环形山是在它形成晚期由陨星撞击形成的 水星上有极稀薄的大气，大气压小于2×10-9毫巴，还不到地球表面大气压的一千亿分之一，原因是水星的重力小，只有地球的1/5，其逃逸速度只有4.3km/s，白天温度很高，可达到600K，最高可达700K，这样水星上不可能有很多大气水星表面温度差很大，夜晚降至150K，子夜时可达100K水星大气中含有氢、氦、氧、碳、氖、氩、氙等元素水星大气没有水汽已得到公认，但近来有人报道观测到水星上有冰山的存在，水是水星原来就有的？还是后来由陨星和彗星带来的？看法有分歧至于水星有水的说法还待证实探测器"水手10号"还发现水星周围有偶极磁场，强度约为几百伽码，而且有磁层。
这一点纠正了在1974年以前人们一直以为水星由于自转缓慢不会有磁场的观念2004年8月美国发射“信使“号探测器，准备对水星作进一步的探测2、金星金星，中国古称"太白"，因为它有时出现在日落后的西方，有时出现在日出前的东方，因此，在中国就有东有"启明"，西有"长庚"之说见图7.17金星是肉眼所见最亮的行星，最亮时可达- 4.4等，比最亮时的木星还高5倍，比天狼星还亮14倍，有时甚至白天都能看见它，因为它给人们留下的印象是很深刻的 金星是离太阳第二近的行星，它的轨道接近正圆（e = 0.007），与太阳的平均距离为0.723AU，即1亿8百多千米，公转周期为224.7天，公转轨道面与黄道面夹角为3°23′40″金星公转会合期为584天金星有位相变化，它同太阳的最大角距为48°，因此，我们可以在日出前或日落后地平高度48°以内作为"晨星"或"昏星"看到它，金星是太阳系内唯一逆向自转的大行星，它的自转周期为243天，且自转慢，所以一个金星日相当于地球上的117日，而在金星的一年中只有两个金星昼夜，从金星上看太阳，太阳从西方升起，在东方落下 金星的大小、质量和平均密度都与地球接近，其半径为6070km，只比地球小一点，质量为4.87×1027g，为地球的82%，平均密度为5.2g/cm3，金星是一个有大气层的固体球，理论推算其化学组成都与地球相似，有一个半径为3100千米的铁镍核，中间一层是主要由硅、氧、铁、镁等化合物组成的"幔"，外面一层由硅化物组成的很薄的"壳"。
金星有浓密的大气，表面大气压约为地球的100倍大气中二氧化碳含量在90 %，低层甚至可达99 %，其次是氨占2～3 %，水汽和氧占不到1 %，由于水汽含量少，金星的浓云不是由水汽形成的，而是由浓硫酸雾形成的，金星表面完全被这种云雾遮住，其云量达100%，金星的云的反照率可达70%，因而金星看起来白亮由于金星上浓厚的大气层及大气环流，金星上也有天气变化在金星云里，时常有大规模放电现象，空间探测器曾记录到一 次持续15分钟的大雷电，金星大气也有自己的电离层 金星大气的二氧化碳产生非常强的"温室效应"，就是太阳的可见光和紫外线可以穿透二氧化碳和水汽而加热金星，而金星向外辐射的热能（主要是红外辐射），则因二氧化碳和水汽的吸收和阻挡不能辐射出去，这就使金星表面的温度升高，好象玻璃暖房能使室内达到较高的温度一样金星大气中二氧化碳占97%，温室效应十分强烈，几乎使全部辐射热都回到金星表面，这使金星表面温度高达465～485℃，达到了熔化铅的温度，而且基本上没有地区、季节的区别地球上也有温室效应，只不过目前不如金星的强烈但是，人类应引起高度的重视 雷达测量及金星探测器在金星着陆研究获得的资料表明，金星表面是灼热干燥的，到处怪石嶙峋，有类似于月海的很大的平坦区，也有坎坷不平的山区。
金星雷达图就展现出一条宽阔的断裂峡谷（深1.5km，宽120km，长达1300km），和隆起的环形火山口金星表面的风速约3.5km / h，足可以刮起灰沙，可以部分掩埋或剥蚀岩石块，探测器在金星表面既发现了古老的风化岩石，又发现很年轻的、充满棱角锐利的浮砾有人推测，在金星断层上，火山可能仍在活动，它的表面仍处在巨大变迁中 近来探测表明金星基本没有磁场，也没有发现辐射带希望2005年“金星快车”探测器发射能给人类带来更多关于金星大气和云层新的信息 3、地球 地球是人类的家园，见图7.18关于"地球的运动以及地球运动的地理意义"我们将在第9章中专门介绍这里仅就地球是一颗行星以及它与其它大行星的比较进行说明 地球是太阳系的一颗普通行星，按顺序，它是第三颗行星，1968年宇宙飞船在36000km高空拍摄了第一张显示地球完整面貌的照片从宇宙飞船上看到的地球--悬在空中，是一个大气包裹着的蓝色星球就大小和质量而言，地球在太阳系大行星中是很不显眼的虽然还有3颗大行星比地球小，但和巨行星相比，它就小得多了，然而在八大行星中，唯独地球是一个繁荣昌盛、生机勃勃的有生命的世界"阿波罗8号"的宇航员说："地球是混沌广漠的宇宙中一片壮丽的绿洲。
"直到今天据我们所知，地球是太阳系中唯一有生命的星球，这与地球在太阳系中有一些独特的优越条件有关 第一，它与太阳的距离适中，加上自转与公转周期相当，使得地球能接收适量的太阳辐射整个地球表面平均温度约为15℃，适于万物生长，而且，能使水在大范围内保持液态，形成水圈水星和金星离太阳太近，它们接受的辐射能分别为地球的6.7倍和1.9倍，表面温度很高而距太阳较远的木星和土星所获得的太阳能仅为地球的40%和1%更远的天王星、海王星和冥王星所接收的太阳辐射就更微弱了，它们表面的温度都在零下二百多度除了地球之外的其他行星，由于表面温度过高或过低，都不利于生命的形成和发展只有地球具有适宜的温度，成为孕育生命、繁衍生命的场所 其次，地球的质量虽不大，但密度较大，由重元素组成，具有一层坚硬的岩石外壳，能贮存液态水岩石上层经风化，发育形成土壤层，能为动、植物的生长发育提供良好的基地其它类地行星虽然也有固态的外壳但没有液态水贮存其上，同时由于其上的温度过高或过低，水汽含量很少在金星的大气中只有1%的水汽，又因温度高，水不能成为液态火星上由于温度低，少量水集结在两极上形成冰层至于类木行星则密度低，只有中心是由岩石或是冰、铁组成的核，球体大部分都呈气态和液态。
这样的环境，高等动植物是无法生存的 第三，在地球引力作用下，大量气体聚集在地球周围，形成包围地球的大气层大气层对地面的物理状况和生态环境有决定性影响而水星的质量只有地球的1/8，即使它在形成初期有大气，但由于引力小， 空气分子的运动速度超过了它的逃逸速度，气体都散失了；由于没有大气，故即使有水，也会蒸发成水汽，逐渐逃逸掉地球的大气经过长期的演化，现代大气主要成分是氮和氧，与早期的大气截然不同，而金星和火星的大气主要成分是二氧化碳，巨行星和远日行星的大气主要成分是氢、氦、氨和有毒的甲烷地球的大气除了提供生物呼吸的氧外，还能调节地表温度大气的循环使地面获得大范围的降水大气还能保护地面不受流星的直接撞击 第四，地球大气中含氧丰富，高空氧在太阳紫外线作用下形成臭氧层，臭氧层吸收太阳紫外辐射，使之不能到达地表这在九大行星中也是少有的（近来在火星上空有发现，但也只有很少一些臭氧分子） 。