1、福州一中天文社社團輔導材料（5）專題四 太陽系的一般概念 什么是太陽系？太陽系是以太陽為中心，和所有受到太陽的引力約束天體的集合體： 行星、衛星、矮行星和數以億計的太陽系小天體。這些小天體包括小行星、柯伊伯帶的天體、彗星和星際塵埃。1太陽太陽是太陽系中唯一會發光的恒星，是太陽系的中心天體，太陽系質量的99.86%都集中在太陽。太陽系中的八大行星、小行星、彗星等，都圍繞著太陽運行。太陽的基本參數：質量：1.9891*1030kg 半徑：69.6萬千米 （相當于多少地月距離？）視星等：約-26等 絕對星等：4.83等年齡：約50億年 壽命：約100億年2.1 行星太陽系的八大行星：水星、金星、地球

2、、火星、木星、土星、天王星、海王星。水星（Mercury）（0.4 天文單位）是最靠近太陽，也是最小的行星（0.055地球質量）。它沒有天然的衛星，僅知的地質特征除了撞擊坑外，只有大概是在早期歷史與收縮期間產生的皺折山脊。金星（Venus）（0.7 天文單位）的體積尺寸與地球相似（0.86地球質量），也和地球一樣有厚厚的硅酸鹽地幔包圍著核心，還有濃厚的大氣層和內部地質活動的證據。但是，它的大氣密度比地球高90倍而且非常干燥，也沒有天然的衛星。它是顆炙熱的行星，表面的溫度超過400°C，很可能是大氣層中有大量的溫室氣體造成的。它的自轉方向很特殊，自東向西。地球（Earth）（1 天文單

3、位）是內行星中最大且密度最高的。它也擁有類地行星中獨一無二的水圈和被觀察到的板塊結構。地球的大氣也于其他的行星完全不同，被存活在這兒的生物改造成含有21%的自由氧氣。它只有一顆衛星，即月球。火星（Mars）（1.5 天文單位）比地球和金星小（0.17地球質量），只有以二氧化碳為主的稀薄大氣，它的表面，例如奧林匹斯山有密集與巨大的火山，水手號峽谷有深邃的地塹，顯示不久前仍有劇烈的地質活動。只有兩顆衛星。木星（Jupiter）（5.2 天文單位），主要由氫和氦組成，質量是地球的318倍，也是其他行星質量總合的2.5倍。木星的豐沛內熱在它的大氣層造成一些近似永久性的特征，例如云帶和大紅斑。木星已經被

4、發現的衛星有63顆。水星還要大，是太陽系內最大的衛星。土星（Saturn）（9.5 天文單位），因為有明顯的環系統而著名，它與木星非常相似，例如大氣層的結構。土星不是很大，質量只有地球的95倍，它有60顆已知的衛星。 天王星（Uranus）（19.2 天文單位），是最輕的外行星，質量是地球的14倍。它的自轉軸對黃道傾斜達到90度，因此是橫躺著繞著太陽公轉，在行星中非常獨特。天王星已知的衛星有27顆。海王星（Neptune）（30 天文單位）雖然看起來比天王星小，但密度較高使質量仍有地球的17倍。他雖然輻射出較多的熱量，但遠不及木星和土星多。海王星已知有13顆衛星。它是通過萬有引力定律計算預測出

5、位置發現的行星，鞏固了牛頓萬有引力定律的地位。 探究利用以下公式：將各行星（以及小行星帶）離太陽的距離（au）計算出來。天體n定律解實際距離（au）水星0.3871金星20.7233地球31.0000火星41.5237（小行星帶）5（2.77）木星65.2026土星79.5549天王星819.2184海王星930.1104我們會發現，這個奇妙的公式計算出的解與實際值非常接近，這個奇妙的定律是由德國的一位中學教師戴維·提丟斯所提出，后來被柏林天文臺臺長約翰·波德歸納成了一個經驗公式來表示。該公式微妙地將行星離太陽的距離表示出來，并且預測出了小行星帶的位置，到目前都沒有人知道這

6、是什么原因。該著名的公式被稱為提丟斯-波德定則。 2.2 行星的視運動 人們所看到的行星在天球上位置的移動叫做行星的視運動。古代的人們對于金、木、水、火、土五顆行星很早就進行觀測，有大量的記載，發現行星的視位置對于太陽有相對運動，對于恒星也有相對運動。行星的這些視運動的規律可以用開普勒三定律（請自行查詢何為開三定律）來解釋。行星同太陽的相對位置的變化表現在一個會合周期內，行星同太陽的黃經差不斷變化，因此，它們的相對位置要發生一系列變化。這種變化又因地內行星和地外行星而不同。下面就這兩類不同情況進一步進行解釋。    （1）地內行星相對于太陽的視運動（合、

7、大距、凌日）地內行星相對太陽的黃經相等時，稱為"合"，即行星合日。"合"分為上合（距地球最遠）和下合（據地球最近）。在合日時，行星被太陽光輝所淹沒。經過上合以后，地內行星逐漸偏離太陽向東，東行幾個月后，行星與太陽的距離達到最大，稱為"東大距"，這段時間，太陽落山后，它出現在西方天空，也叫做"昏星"，這時的金星我國叫"長庚星"。東大距后，它又一天天地靠近太陽，當它的黃經再次等于太陽黃經時，叫下合，這時它重新消失在太陽的光輝里，我們看不見它。以后它又偏離太陽，往太陽西側運行，這時的行星由昏星變為&q

8、uot;晨星"，清晨在東方天空出現，這時的金星我國叫"啟明星"，此后它偏離太陽的距角一天天增加，一直到"西大距"時為止，西大距后，地內行星與太陽距角逐漸減小，直到再一次上合，以后再重復上述的運動，它們總是在太陽兩側來回擺。東、西大距是觀測內行星的最好時機，由于行星軌道不是正圓，大距角不是常數，金星大距在45°48°之間，水星在18°28°之間，因此，人們要觀測水星是不容易的，而金星是常常可以見到的。在下合時，如果地內行星離黃道面非常近，從地球上看來，地內行星便在日面前經過，發生水星或金星凌日的現象。水星凌

9、日平均每一百年只發生13次，接下來的發生時間在2016年5月9日、2019年11月11日、2032年11月3日、2039年11月7日。因水星視圓面非常小，必須借助望遠鏡才能觀測到。金星凌日不需要望遠鏡，就可以看到它在視日面上緩緩通過，但比較罕見。金星凌日每兩次為一組，兩次之間相隔8年，但兩組之間卻相隔100多年，最近的一組是2004年6月8日和2012年6月6日。（2）地外行星對于太陽的視運動（沖、方照、合）當地外行星和太陽的黃經相等時，稱為"合"，這時它與太陽同升同落，我們看不到它，過一段時間，當地外行星同太陽黃徑相差90°時，且在視太陽的西邊，稱為"

10、西方照"，此時半夜左右它從東方升起，太陽升起時，它已轉到南方最高位置。當行星和太陽黃經相差180°時的位置叫做"沖"，即行星沖日，這時行星日落時升起，日出時下落，整夜都可以觀測到，沖是觀測地外行星的大好時機。當行星和太陽黃經相差90°時，且在視太陽的東邊，叫做"東方照"， 東方照時，太陽落山后，它出現在南方天空，于半夜時下落，之后再到合的位置。同理，因行星軌道不是正圓，每次沖，行星與地球距離不同，距離最近的沖，叫"大沖"。（3）行星的會合運動所謂會合運動，是指地球，行星與太陽的相對位置而言的。行星的連續兩

11、次合（或沖）所經歷的時間稱為會合周期。如果知道行星和地球的公轉周期，我們就可以算出行星運動的會合周期。以下我們來推導一下行星的會合周期公式：如圖7.9，是地球和一個地外行星的軌道，為簡化起見，假定兩個軌道都是正圓。設某次沖日時地球在E1 ，地外行星在P1，經過一個會合期后，又發生沖，這時地球公轉一周后再轉過角到達位置E2，而地外行星只轉過角到達P2 。以E和T分別表示地球和地外行星的恒星周期，S表示行星的會合周期，則地球與地外行星的平均公轉角速度360°/E和360°/T,那么在S時間內地球和地外行星轉過的角度為：    (1) &#

12、160;(2)    由上兩式消去，便得到：    (3)    對于地內行星可以得到類似公式：    (4)式中P為地內行星的恒星周期。（如何記憶這個公式？）公式（3）、（4）叫做行星會合運動方程式，在實際應用中，常常是由觀測定出會合周期，利用E =365.2564天（恒星年）。按這兩個公式計算出行星的恒星周期，在簡單應用中由這兩個公式可以得到較好的近似結果。PS：這個問題有沒有很像一個經典的追及問題？甲乙同學一人走路，一人跑步，同時

13、從跑到的起點出發，多久才能會合一次？思考一下這個問題，再與行星的會合運動做一下比較。（4）行星相對于恒星背景的運動圖：火星相對于恒星背景的視運動地內行星離太陽比地球離太陽近，它們的軌道比地球的軌道小。地內行星公轉的角速度比地球的公轉角速度大，在地內行星繞太陽公轉一周的時間內，地球只走過一段弧。從地球上看去，由于地內行星和地球都在繞太陽公轉，并且軌道面有一定的夾角，地內行星在天球上恒星中間就走了一個打圈的路線，出現了順行、留、逆行、留、又順行的視運動現象，而且，地內行星逆行發生在下合前后。地外行星比地球離太陽更遠，它們的軌道在地球軌道的外面按照開普勒定律，地外行星的公轉周期比地球長，當地球在軌道

14、上公轉一周時，地外行星只在軌道上走一段弧。由于地球比地外行星公轉周期短，地球軌道速度比地外行星軌道速度大，所以從地球上看去在沖前后地外行星逆行，順行與逆行之間轉變階段稱為"留"，這樣地外行星的視運動就出現了順行、留、逆行、留、又順行的有規律的現象。3.1 彗星 在科學不發達的古代和中世紀，彗星的偶然出現和它的奇特外貌，常使人們感到驚慌和恐怖，以致有人把它與戰爭、饑荒、洪水、瘟疫等災難聯系起來，稱彗星為"災星"。縱觀歷史，雖然有些彗星碰巧出現在災難事件前后，但實際上，彗星的出現完全是一種自然現象，跟地球上的天災人禍毫無關系。古人對彗星的觀測和記錄有不少資料

15、，中國則是世界上最早記錄彗星和記錄資料最豐富的國家之一。     彗星是呈云霧狀的較小的天體，一般肉眼看不到，只能通過望遠鏡才能看到。目前，用望遠鏡每年平均可以發現約10顆左右的彗星。據統計，迄今人類觀測到的彗星，除去重復出現的,約有1,600多顆，太陽系中實際存在的彗星比這要多得多。一般公轉周期大于200年的叫長周期彗星，它們要幾百年、幾千年甚至更長時間才走近太陽一次，彗星軌道面與黃道面的交角一般都比行星大很多，一半彗星是逆行的。 彗星的彗尾只有在它接近太陽時才有的短暫現象，據觀測記錄彗尾形狀多種多樣，一般總是向背離太陽方向延伸，通常一條尾巴，但也不是

16、絕對。有的就沒有尾巴，比如恩克彗星；有的卻有2條、3條，甚至4條；有的彗尾較直，由離子氣體組成，呈藍色，稱為"離子彗尾"；有的彗尾彎曲，彎曲程度不一；由微塵組成,呈黃色,稱為"塵埃彗尾"。彗星的結構彗星的命名法則：由1995年起，國際天文聯合會參考小行星的命名法則，采用以半個月為單位，按英文字母順序排列的新彗星編號法。以英文全部字母去掉I和Z不用將剩下的24個字母的順序，如1月份上半月為A、1月份下半月為B、按此類推至12月下半月為Y。其后再 以1、2、3.等數字序號編排同一個半月內所發現的彗星。此外為方便識別彗星的狀況，于編號前加上標記：A/ 可能為小

17、行星P/ 確認回歸1次以上的短周期彗星，P前面再加上周期彗星總表編號（如哈雷彗星為1P/1982 U1或簡稱1P亦可）C/ 長周期彗星（200年周期以上，如海爾·波普彗星為C/1995 O1）X/ 尚未算出軌道根數的彗星D/ 不再回歸或可能已消失了的彗星（如舒梅克?利維九號彗星為D/ 1993 F2）問題：請解釋艾森彗星的命名（C/2012 S1）。3.1 彗星與流星雨流星雨是一種有成群的流星看起來像是從空中的一點中迸發出來，并附落下來的特殊天象。這一點或一小塊天區叫做流星雨的輻射點。輻射點是一種透視效果。形成流星雨的根本原因是由于彗星的破碎而形成的。碎片進入彗星的軌道，當地球穿過彗

18、星碎片的軌道的時候，就有機會看到流星雨。本章綜合練習（部分常識問題需查詢相關書籍）：1. 以下哪兩種天象間隔時間最短？（ ） （A） 水星東大距到下次西大距 （B） 水星西大距到下次東大距 （C） 金星東大距到下次西大距 （D） 金星西大距到下次東大距 2. 內行星的最佳觀測時間是（ ）。（A）東大距 （B）西大距 （C）上合 （D）沖3. 極大日期出現在每年10月份的是（ ）流星雨。 （A） 獵戶座 （B）雙子座 （C）天琴座 （D）仙女座 4. 在木星的四顆伽利略衛星中，直徑最大的是（ ）。（A）木衛一 （B）木衛二 （C）木衛三 （D）木衛四5. 歲星指的是（ ）。（A）木星 （B）火星 （C）金星 （D）土星6. 觀測地外行星的最佳時機是在它（ ）的時候。（A）沖 （B）上合 （C）東方照 （D）西方照7. 著名的獅子座流星雨與以下哪一顆彗星有關？（ ）（A）恩克彗星 （B）艾森彗星 （C）哈雷彗星 （D）坦普爾塔特爾彗星8. 在福州，我們不可能在午夜看見（ ）。（A）金星 （B）木星 （C）土星 （D）火星（關于月相）9. “月落烏啼霜滿天，江楓漁火對愁眠。姑蘇城外寒山寺，夜半鐘聲到客船”，這首詩描寫的是詩人見到的真實景象，那么當晚的月相是（ ）。（A）上弦月 （B）下弦月 （C）滿月