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文檔簡介
★我國古代稱日、月、水、火、木、金、土為“七曜”,將太陽、月亮、五大行星視為一類。蓋天說:天圓如張蓋,地方如棋局。★西方古典天文學體系主要承襲了古希臘學者的思想,“地心說”長期處統治地位。“地心說”最早由古希臘學者亞里斯多德(340—380BC)提出。他認為地球是宇宙的中心任務,是靜止不動的,太陽、恒星、月亮都繞地球運動。★公元二世紀(140年)古希臘著名天文學家托勒玫綜合并發展了古希臘學者的思想,在“大綜合論”一書中,詳細闡述了“地心體系”,后人稱之為“托勒玫宇宙體系”。★地心體系認為地球是宇宙的中心,天體都圍繞它運轉,最近地球的月亮,其次水星、金星、太陽,火、木、土、恒星天、最高天。視太陽、行星、月亮的運動一樣,并用本輪、均輪加偏心圓來描述天體運動。★隨著東方文明(四大發明)的傳入歐洲,歐洲科技開始革新,對東方物質文明的追求促進了航海發展,商品經濟發展技術改革,解放了人們的思想。環球航海新航路的開辟、哥倫布發現新大陸,哥白尼在天文學上的革新都是歐洲文藝復興時(1440—1540)的偉大創舉。第二節太陽系一、認識太陽和太陽系的歷史過程★哥白尼創建“日心說”被譽為近代天文學的奠基人、開山祖師。哥白尼,1473年生于波蘭,僧侶,職業醫生,業余天文學家。他花了40多年研究宇宙體系。“天體運行論”—一部與地心體系針鋒相對的描述日心體系的巨著,引起了宇宙觀的一場革命。★“日心說”提出太陽是宇宙的中心,地球僅是繞太陽運動的一顆行星,并詳述了日心體系的結構。“天體運行論”幾乎包括了整個時代的全部天文學,它差不多重新解釋了天文學中的基本問題,并且第一次完全徹底地說明了許多觀測到的現象是由于地球自轉和公轉的結果,這樣大大簡化了宇宙構造理論的數學論證。★哥白尼不僅合理的解釋了行星的視運動,而且成功用地球繞日公轉說明了地心說無法說明的問題,例如:水星、金星為什么總是在太陽周圍運動、金星的逆行現象。★利用幾何學原理,哥白尼學說相當準確地推算出各個行星到太陽的距離與地球軌道半徑的比值,提供了一個太陽系比例的概念。并能準確計算出每顆行星公轉周期。一、認識太陽和太陽系的歷史過程★日心說科學地解釋行星亮度的大幅度周期變化現象。哥白尼還首先預測,由于地球運動必然有恒星視差,只是由于距離十分遙遠,這種位移非常微小而已。★恩格斯評價哥白尼的學說:“使自然科學從神學中解放出來”,“科學的發展從此便大踏步前進了”。★哥白尼的日心說是科學、哲學、天文學劃時代的進步,當時被宗教教會視為異端學邪說,受到封鎖,正是通過布魯諾、伽利略、開普勒、牛頓等人一個世紀的斗爭、宣傳和發展,日心說才最后取得勝利并使經典天文學建立起穩固的基礎.★布魯諾,意大利唯物論哲學家(1548—1600)對日心說宣揚做出突出貢獻。★丹麥天文學家第谷.布拉赫(1546—1601)和德國人開普勒。布拉赫對日心說的貢獻在于他所做的觀測。他是發明望遠鏡以前那時代最偉大的天文觀測家。他第谷.布拉赫極為精確的行星運動的觀測數據。★開普勒,第谷.布拉赫的助手,德國數學家,分析整理第谷.布拉赫留下的觀測數據并總結出了行星運動三定律—開普勒定律,使日心說突破了哥白尼圓形軌道的錯誤假定,從此天文學研究走上了正軌,并為牛頓力學創立奠定了基礎。★伽利略(1564—1642),是首先使用望遠鏡從事天文觀測并獲得許多重大發現的第一人。他用大量觀測事實進一步證明了哥白尼學說的正確性:伽利略1609年,用30倍的望遠鏡看到了月亮的環形山,畫出了第一幅月面圖;1610年,他又發現木星有四顆衛星,他斷言,衛繞木轉、木繞太陽轉,正如地球帶月球繞太陽公轉一樣。為哥白尼學說找到了有力證據。后來他把望遠鏡對準金星,發現了相變,土星兩顆衛星;觀測太陽發現太陽黑子…….。1632年出版“托勒玫和哥白尼兩大宇宙體系的對話”一書,以對話方式,確鑿闡述哥白尼理論,批判宗教陳腐觀念。
世人稱“哥倫布發現新大陸,伽利略發現新宇宙”。★牛頓(1642—1727),英國近代史上最負盛名的物理學家、數學家、天文學家,總結了當時在力學和天文學方面的一系列重大發現,并用自己創立的微積分理論,采用數學分析方法把雜亂的材料進行概括整理,創立了萬有引力定律、建立起一套完整的牛頓力學體系,使支配天體運動的普遍定律建立在穩固的數學基礎上,并開創了天體力學,完成了哥白尼、伽里略、第谷、開普勒以來所經歷的150多年努力所建樹的工作。★哈雷是十八世紀較有影響的天文學家之一,他主要貢獻有:發現恒星的自行,周期彗星,以及發現了月亮長期加速運動并提出了用金星凌日機會去測日地距離。★十九世紀天體物理學興起,照相、光譜分析廣泛應用標志近代天文學研究進入新的階段。★二十世紀現代天文學以迅猛的速度發展,利用微波技術探測宇宙,考察太空★射電天文學——通過分析太陽射電來認識太陽結構、形態及過程,使光譜研究擴展到可見光以外的波段。20世紀60年代四大發現脈沖星證明恒星演化理論的正確性和實現中子星的預言微波背景輻射證實大爆炸宇宙學的預言分子譜線有機分子、生命起源?類星體,大紅移,幾億~百多億光年,能源.這四大發現都是用射電天文的手段獲得的。迄今射電天文學仍是現代天文學的前沿陣地。★二十世紀五十年代以來,人類首先向月球發射人造衛星以來,已向太空發射了大量的探測器,并建立太空實驗站,人類已進入從地球以外認識太陽系、認識宇宙的太空時代。★1957年10月4日,蘇聯第一次發射人造地球衛星;★1961年4月24日9h21m人類第一次飛向太空,前蘇聯宇航員加加林少校駕駛“東方1號”飛上327公里上空;5月5日美國宇航員艾爾沃特在空中停留15分23秒;1965年3月18日,蘇聯宇航員在太空中做了10分鐘漫步。★1969年7月16日,美國東部時間9時23分,阿波羅11號載阿姆斯特朗、奧爾德林和柯林斯三名宇航員于佛羅里達州肯尼迪航天中心起飛,第三天20日下午4時17分40秒,登月艙降落在月海,阿姆斯特朗、奧爾德林在月面逗留半小時,采集標本做實驗,并在月面豎起一塊金屬牌:“公元1969年7月來自行星地球上的人類首次登上月球,我們為和平而來”。★70年代以后,開始太陽系其他行星的探測,太陽系以外空間的探測,計劃太空旅行、開發太空資源。
★美國的航天飛機誕生于1976年,世界航天業界因而出現百家爭輝的局面。2003年10月,中國首艘載人飛船神舟五號航天飛行圓滿成功,中國成為第三個獨立掌握載人航天技術的國家;2004年1月,歐洲發射的“火星快車”探測器發現火星南極存在冰凍水,這是人類首次直接在火星表面發現水;2004年7月,17個歐洲國家和美國合作的“卡西尼―惠更斯”計劃取得重要進展,“卡西尼”號飛船順利進入土星軌道,成為首個繞土星飛行的人造飛船;2005年年初,“卡西尼”號飛船攜帶的一個探測器成功登陸土衛六,創造了人類探測器登陸其他天體最遠距離的新紀錄;俄羅斯、印度、日本、以色列等幾十個國家都發射了自己的航天器。
★美國先后兩次發生航天飛機失事的慘劇;巴西曾三次發射衛星失敗;歐洲“獵兔犬2”號火星登陸器在茫茫太空中丟失。
★替代航天飛機的新載人航天器也在研制中。美國預計于2015年至2020年將宇航員送上月球,并以此為跳板登陸火星和其他星球。歐洲航天局出臺了“曙光”星際探索計劃,其目標是:在2020年到2025年間,歐洲宇航員將登上月球,為人類在外星球生存積累經驗;從2026年開始,歐洲火星登陸的準備工作將陸續完成;2030年至2035年,計劃將宇航員送上火星。俄政府公布了《2006年到2015年航天發展綱要》,10年內航天撥款總額達到3050億盧布(1美元約合28.8盧布),用于保證載人航天探索。
中國航天“三步走”戰略
第一步是發射無人和載人飛船,將航天員安全地送入近地軌道,進行對地觀測和科學實驗,并使航天員安全返回地面。隨著我國第一名航天員楊利偉于2003年10月16日安全返回,中國載人航天工程的歷史性突破、即第一步的任務已經完成。第二步是繼續突破載人航天的基本技術:多人多天飛行、航天員出艙在太空行走、完成飛船與空間艙的交會對接。在突破這些技術的基礎上,發射短期有人照料的空間實驗室,建成完整配套的空間工程系統。發射神舟六號,即標志著中國開始實施載人航天工程的第二步計劃。第三步,建立永久性的空間試驗室,建成中國的空間工程系統,航天員和科學家可以來往于地球與空間站,進行規模比較大的空間科學試驗中國載人航天“三步走”計劃完成后,航天員和科學家在太空的實驗活動將會實現經常化,為中國和平利用太空和開發太空資源打下堅實基礎。神州一號發射時間:1999年11月20日6時30分7秒;神州二號發射時間:2001年1月10日1時0分3秒;神州三號發射時間:2002年3月25日22時15分;神州四號發射時間:2002年12月30日0時40分;神州五號發射時間:2003年10月15日9時0分0秒整酒泉衛星發射中心發射成功,飛行21小時/14圈;航天員楊利偉成為首位飛上太空的中國人。神州六號200510月12日9時整,中國第二艘載人飛船神舟六號搭乘兩名航天員費俊龍和聶海勝在酒泉衛星發射中心升空。飛行115小時32分鐘,軌道:76圈,高度:343千米。神舟七號于2008年9月25日21時10分04秒從酒泉衛星發射中心起飛,航天員包括翟志剛、劉伯明、景海鵬三名宇航員,將翟志剛在27日下午進行中國第一次出艙活動,取回實驗樣本,出艙活動進行20分鐘左右。神舟七號飛船共計飛行2天20小時27分鐘。飛船近地點200公里到遠地點347公里的橢圓軌道。天宮一號是中國第一個目標飛行器,于2011年9月29日21時16分3秒在酒泉衛星發射中心發射。它的發射標志著中國邁入中國航天“三步走”戰略的第二步第二階段。按照計劃,神舟八號、神舟九號、神舟十號飛船將在兩年內依次與天宮一號完成無人或有人交會對接任務,并建立中國首個空間實驗室。神舟八號飛船2011年11月1日在酒泉衛星發射中心順利升空。11月3日凌晨順利實現與神州八號飛船首次對接。
2004年經國務院立項的中國月球探測計劃即“嫦娥工程”,主要分“繞、落、回”三個階段:
1、2004年-2007年為“繞”的階段,主要目標是發射探測衛星,對月球進行為期1年的全球性、整體性和綜合性探測;將完成4項科學任務,即測繪月球表面的三維影像、探測月球上14種有用元素的全球分布、通過探測月表微波特性并估算全月球月壤厚度以及對距離地球40萬公里的地月空間進行環境監測。2、2007年-2012年為“落”的階段,主要目標是實現月球表面軟著陸與月球巡視探測;3、2012年-2017年為“回”的階段,主要目標是實現月球表面軟著陸并采樣返回。完成這3個階段以后,才可能考慮和實施載人登月。
★嫦娥一號衛星2007年10月24日18時05分,從西昌衛星發射中心開始自己的奔月之旅,開啟了中國深空探測的新里程,中國成為世界上第五個發射月球探測器的國家。“嫦娥一號”月球探測器主要用于獲取月球表面三維影像、分析月球表面有關物質元素的分布特點、探測月壤厚度、探測地月空間環境等。★嫦娥二號衛星2010年10月1日成功發射.★嫦娥三號是第三顆人造繞月探月衛星,計劃于2013年發射,將實現軟著陸、無人探測及月夜生存三大創新。“嫦娥三號”最大的特點是攜帶有一部“中華牌”月球車,實現月球表面探測。二、太陽系的特征★大小:在地球上用儀器觀測太陽的視圓面所張的角度31′59″,稱太陽的視直徑,該角度的一半為太陽的視半徑15′59″,記16′,記,日地平均距離a已知,那么太陽的半徑(線半徑)R=asin=6.96×105千米,即約70萬千米,約地球半徑的109倍。★日地距離:指太陽與地球的平均距離,即地球公轉軌道的半長軸,日地距離149,597,870千米。求算日地距離的方法:當小行星沖日時,它在地球的外側利用雷達(也可用地平視差)測距方法可測出a1的值,再利用開普勒三定律(軌道半長徑立方之比等于周期平方之比)。(一)太陽1、太陽的距離、大小和質量★太陽質量:根據萬有引力定律,地球和太陽間的引力為:F=GM0m/a2式中M0:太陽質量,m:地球質量,a:日地距離,地球繞太陽公轉向心力:f=mv2/2,,v是地繞日公轉線速度,地球繞日公轉的向心力f等于太陽對地球的吸引力,即:F=fGM0m/a2=mv2/2∴M0=av2/G=1.989×
1033克≈2×1027噸太陽的質量相當于地球質量(6x1021噸)的33萬倍,占太陽系總質量的99.8%。★地球接受的總能量:太陽照射在半個地球面上的熱能與垂直于光射的半徑等于地球半徑的大圓上的能量相等,即:1.97(卡/厘米2。分)≈2.5x1018卡/分≈250x1016卡/分≈1046億億焦耳/分。太陽每年給地球的熱量相當于100億億度電力,為目前世界總發電量的幾十億倍。★太陽輻射的總能量:通過太陽常數、日地距離可以求出太陽每分鐘向宇宙空間輻射的總能量。以日地平均距離為半徑的球面上,每分鐘每平方厘米獲得1.97卡≈8.16焦耳的能量,整個球面所獲得的能量總和即太陽每分鐘向宇宙空間輻射的熱約23.18×1027焦耳/分≈9.3x1025卡/秒(一)太陽2、太陽的熱能、強度和熱源★太陽常數:在沒有大氣影響下,日地平均距離處,地表每平方厘米面積上,每分鐘所接受的太陽能(太陽光垂直照射)為1.97卡/分(8.16J/cm2。min),稱太陽常數。★輻射強度:太陽表面積除以太陽輻射總能量就是太陽表面的輻射強度,約6.28×1013焦耳/秒。★表面溫度:根據斯蒂芬—波爾茲曼定律:黑體輻射強度E與其表面絕對溫度下的四次方成正比:E=t4,為波爾茲曼常數,
=5.75×10-12焦耳/厘米2。秒。度E=1.374×10-12卡/厘米2。秒。度4,太陽表面溫度即光球的平均有效溫度,光球以外的色球和日冕溫度隨高度增加到100—200萬度,從光球向內溫度又隨深度的增加而增加,理論推算,太陽中心溫度可達1500萬度,所以說太陽是一個熾熱的氣體火球,高溫使物質失去核外電子而成離子態。通過太陽的光譜分析,組成太陽物質大約3/4為氫元素,而太陽中心溫度高達1500萬度,氫原子在這樣高溫條件下,原子失去電子,質子(原子核)在高溫下運動速度極大,因此原子之間會克服靜電斥力而產生猛烈撞擊,在碰撞過程中,四個原子結合成一個原子核,即氦核,從而釋放出巨大的能量。4H→He+2e+2v+r氫核氦核正電子中微子伽瑪射線這個反應需幾百萬度的高溫才會產生,故稱之為熱核反應。熱核反應中能量與質量的轉化關系式:E=mc2,E:能量,爾格;m:質量,克;c:真空光速,約3x1010cm/s氫核的質量mH=1.0073m0原子量單位;氦核質量mHe=4.0015m0當四個氫彈聚變成一個氦時,質量虧損:△m=(4x1.0073)-4.0015=0.0276m01克氫聚變為氦時質量虧損x克4x1.0073:0.0276=1:x,x=0.0069克當1克H聚為He,同時產生1500億卡的熱量,這個數值相當于燃燒15噸石油,太陽每秒鐘向宇宙空間輻射的能量為:3.86×1033爾格/秒,太陽每秒鐘要虧損400多萬噸的質量(太陽質量2×1027噸),按太陽形成50億年,以同樣的強度輻射,只損耗它全部質量的0.03%。“太陽元素”1868年8月18日,法國天文學家詹遜觀測日全食時,發現日珥的一條橙黃色明線(D3),不能和已知的地球上任何元素的譜線相對應。命名為氦,曾稱“太陽元素”。
27年后,一位名叫雷姆塞的英國化學家終于在地球上也找到了氦。太陽化學組成
太陽有68種元素氫78.4%;氦19.8%;氧0.8%;碳0.3%;氮、氖、鎳各占0.2%;其余元素均在0.1%以下.太陽的較差自轉太陽赤道轉得快約26天轉一圈;極區轉得慢約35天轉一圈太陽磁場太陽各層大氣里的磁場很不相同日面各部分磁場相差很大幾高斯~幾千高斯。太陽黑子磁場是最強的磁場太陽活動都與磁場有關.磁場是活動區最本質的特征3、太陽結構太陽內部可分成三個圈層:★
從太陽中心到1/4太陽半徑范圍是太陽核心,這里進行氫—氦的熱核反應,溫度約1500萬K。★從0.25—0.86太陽半徑,氣體溫度由800萬K—50萬K,密度從20克到10毫克,由太陽核心產生的能量通過這個區域傳遞出去,這個中間層也叫輻射輸能區。★
從0.86半徑—距太陽表面500km溫度降到6600K,密度降到4×10-7克/m3,這樣就把內部熱量對流到表面,這一層叫對流層。★太陽大氣:并不指整個太陽氣體,指近表層部分,分三層:★太陽表面向里500公里厚的層叫光球層,溫度6600K—4600K,密度降到8×10-7克/m3,太陽產生的光能都由光球發射出來.★光球層向外厚約2000公里的一層稱色球層。溫度已增至幾萬度,密度降到10-14克/m3,亮度僅及光球的千分之一。★日冕是太陽的最外層大氣,厚度可以向外延伸相當于幾個太陽半徑(幾百萬公里),密度更低,亮度僅及色球的千分之一。
溫度上百萬度,粒子運動速度極高,部分擺脫太陽引力,奔向星際空間這種現象稱日冕膨脹。隨著日冕膨脹行星際空間不斷得到高速粒子流稱太陽風。太陽結構模型太陽上的各種變化活動稱太陽活動。當太陽活動處于高潮時的太陽稱擾動太陽。當太陽活動處于低潮時,我們稱太陽為寧靜太陽。大量的觀測太陽活動現象都來自光球層這一層。太陽活動的形式主要有以下四種:黑子、光斑、日珥、耀斑。★黑子是太陽光球上的暗色斑點。①較周圍冷而顯得黑暗,它們的溫度大約4500K,而光球的其余部分溫度則為6000K。②黑子的壽命平均為一天左右,有的兩三個小時——兩三個月。③黑子形狀不規則,大小懸殊,大的可達10萬公里,黑子幾乎總是成對出現,兩個大黑子周圍許多小黑子組成的黑子群。④太陽黑子在日面分布表現為東西不對稱,即任何時候日面東邊多于西邊。幾乎所有黑子都分布在日面±45范圍,絕大多數出現在赤道兩側。⑤組成黑子的氣體以確定的方式運動,上層(色球層)向黑子中心流動1公里/秒,較低層(光球)的氣體與比相反以大致相同速度向四周流動。4、太陽活動⑥黑子一個突出特點是具有強大的磁場,黑子磁場強度的范圍:小黑子500高斯,大黑子4000高斯,(太陽、地球磁場強度1高斯)⑦黑子數目以十一年為周期——稱黑子周。大量黑子出現時周期稱太陽黑子數極大期,很少或沒有的期間稱黑子極小期,兩次極大期之間的平均間隔11.2年,變化7.3—17.1年。黑子磁極性變化有22年周期日面上的偶極黑子群中,前導黑子總是與后隨黑子的極性相反。在同一個活動周中,南半球的前導和后隨黑子的極性情況是一樣的。南半球和北半球的情況相反。每一個太陽活動周期中,黑子群的磁極性分布保持不變,但下一個周期的情況則截然相反。黑子的活動周期為11.2年。國際上規定,從1755年起算的黑子周期為第一周。1999年開始為第23周。下一次高峰應該在2010年。太陽黑子相對數變化的11年周期偶極黑子群中黑子磁場極性隨太陽周期的變化黑子“蝴蝶”圖在11年活動周期中,黑子分布呈現蝴蝶狀從高緯到低緯的變化。每只蝴蝶對應一個活動周。黑子出現在南北緯度350之間。★光斑:是光球上更加明亮的斑點,往往出現在太陽圓面的邊緣,是光球外層比較熱的氣團,有時與黑子伴生。★耀斑:日面或邊緣有局部的突然增亮的斑點,出現在黑子群上空的色球層中。耀斑在太陽黑子數極大期的數目最多,這期間每日要爆發三、四次耀斑,大耀斑的直徑可達10萬公里左右,耀斑產生可以接近1000公里/秒的速率拋射出大量發光氣體。耀斑是太陽上最猛烈爆發,在非常短的時間內釋放出巨額能量,幾分鐘即輻射出1032爾格能量,相當于十億顆氫彈的氘放出的能量。★日珥:由光球延伸到日冕中的稠密的氫氣構成的氣體流,大多數日珥由一般臍帶狀的氣流同光球相連接,日珥的氣體較冷但比周圍的日冕明亮。寧靜日珥:有相對穩定的結構能夠在日冕中存在數月。爆發日珥:光球以高速每秒700多公里噴發到日冕中去的發光氣體流,附近一個耀斑流動的結果太陽活動太陽活動對地球的影響地球能源的提供者;耀斑對地球有巨大影響,耀斑產生強大的由高能粒子組成的太陽風,吹到地球附近,對地球產生影響:對地球上的電訊有強烈的干擾;對航天器和宇航員有致命的威脅;在地球大氣高層產生極光,引起地球磁暴。
美麗的極光來自太陽的帶電粒子闖入地球高層大氣,和大氣中的分子或原子碰撞而產生的放電過程,是唯一能用肉眼看到的高層大氣中發生的物理現象.由于地球磁場的作用,太陽高能粒子到達地球時就向地球磁極靠攏.在磁緯60°-70°的區域內,圍繞地球南北磁極的兩個圓環狀地帶(地球的北磁極在加拿大大境內,地球的磁南北極與地理南北極之間大約相距11°)。因此,高緯度地區出現極光現象較多。磁緯越低的地區,只是偶而能見到極光。(二)行星系統太陽系行星發現史到底是誰首次發現了金、木、水、火、土這5顆行星?
1781年3月13日,英國天文學家赫歇爾注意到了雙子座中的一個天體,最終確認它是一顆行星。它以希臘神話中天空之神烏剌諾斯命名,中文稱為天王星。天王星在合適條件下用肉眼也可以觀察到,此前的天文學家曾經看到并記錄它,但沒有想到這顆位置變化不明顯的暗淡星星會是一顆行星。發現天王星后不久,人們就計算出了它的軌道,卻發現觀測數據與理論預測的總有差異。英國科學家亞當斯和法國科學家勒威耶分別提出,這可能是因為還有一顆未知的行星,它的引力導致天王星軌道出現偏差。他們還計算出了未知行星應該在什么地方。
1846年9月23日,德國天文學家伽勒在預測的位置上找到了一顆新行星。這顆行星的顏色好像海水,因而以海洋之神尼普頓命名,中文稱為海王星。
海王星的引力部分解釋了天王星軌道的誤差,但不能完全解決問題,天文學家相信海王星軌道之外還存在一顆未知行星。1930年2月18日這顆神秘行星出現在美國天文學家湯博的視野里。這顆遠離太陽光輝的星星被賦予了地獄之神普盧托的名字,中文稱為冥王星。至此,“太陽系九大行星”的格局堅持了70多年。然而冥王星是一個異類。它個頭太小,軌道太扁,而且軌道平面相對于地球軌道平面有很大的傾斜,而不像其他行星軌道基本上與地球軌道位于同一平面中,這些特征使其行星地位相當不穩定.柯伊伯帶是太陽系外圍的一個區域,那里有許多小天體繞太陽運行,可能是太陽系早期物質形成行星之后的剩余材料。第一個柯伊伯帶天體于1992年被發現,現在其家族成員已經增加到幾百個。從2000年起,柯伊伯帶天體直徑最大記錄不斷被刷新。2004年,當一個叫“塞德娜”的天體以直徑1700公里的尺寸直逼冥王星.2005年7月,昵稱齊娜的“2003UB313”被介紹給公眾,它是70多年來首次在太陽系內發現的比冥王星更大的天體。是推動行星概念被重新定義的決定性發現。
水星:
太陽系中離太陽最近的天體,又名辰星。水星半徑2440公里,質量相當于地球的5.5%,九大行星中僅大于冥王星。水星表面很似月面,凸凹不平,環形山星羅棋布,平原和盆地上有厚厚的絕緣塵。水星平均密度5.46g/m3,表面重力加速度僅及地球的4/10,所以逃逸速度是4.3公里/秒,因而沒有大氣、水,晝夜溫差巨大。水星距太陽的平均距離5790公里,軌道扁(次于冥王星),它與太陽的角距離最大28°
水星繞太陽公轉周期88天,自轉周期58.6天。2、行星概況金星:
視亮度―4—4.4等,半徑為地球的95%,質量為地球的81.5%,重力加速度和逃逸速度為8.6m/s2,10.3km/s2。金星表面有濃密的大氣層,大氣密度是地球的100倍,CO2
占97%,水蒸汽占0.1%,有少量的O2,CN,He,H。金星大氣層頂溫度―55度,表面高達480度左右,一方面是接受輻射能量是地球的二倍,另一方面是CO2的溫室效應。金星表面的大氣壓是地球的100倍,在距表面30~40公里處有一層厚達25公里的由濃硫酸霧組成濃云。金星距太陽平均距離10800萬公里(0.725天文單位),軌道偏心率只有0.007,公轉周期224.7天,自轉243天(恒星相對太陽122天),是太陽系內唯一逆向自轉的大行星。大距時距太陽是45°~48°地球:
太陽系中唯一有人類居住的行星。地球直徑12742km,質量60萬億噸,平均密度5.52g/cm2,九大行星之首,表面重力加速度9.8米/秒2,逃逸速度11.2公里/秒。大氣總質量占地球質量的百萬分之一,大氣中含氮78%,氧氣21%,氬0.93%,二氧化碳0.03%,以及水汽塵埃。大氣中有風雨雷電現象,海平面大氣壓1013.25毫巴,。表面71%面積為海洋覆蓋,與湖泊.江河形成水圈,陸地,平原,高山起伏20公里。與太陽平均距離14960萬公里,公轉軌道橢圓,偏心率0.0167,黃赤交角23°26′。地球自轉周期23時56分4秒(平太陽時),赤道線速度465米/秒,公轉周期365天6時9分10秒(恒星年),30公里/秒,火星:火星半徑3395KM,為地球的53%,體積是地球的15%,質量為地球的10.8%,密度3.9克/厘米3。火星有晝夜變化、四季循環現象。黃赤交角23°59′。
,自轉周期24小時37分,它的公轉周期是地球的2倍,687天。距太陽1.5UA,單位面積獲得的太陽能相當于地球的43%,平均溫度比地球低30°以上,晝夜溫差達120°。火星大氣非常稀薄,氣壓7.5mb(地球1013mb),大氣萬分95%以上是CO2,含3%的氮,1-2%的氬,以及微量的水蒸汽,氧和臭氧等。火星表面沒有液態水,大氣中水含量0.01%,干燥,風大,常發生塵暴。火星表面有明有暗,明亮區域5/6是大陸,沙漠,由紅色硅酸鹽組成(Fe等金屬氧化物呈紅色),暗的部分稱“海或灣”,極地有魄閃耀的極冠,由固體CO2和冰組成。火星表面,礫石覆蓋,環形山多,火星表面還有許多狹谷和洞寬彎曲的干河床。最的河床長1500公里,寬60公里。火星木星:體積和質量最大的行星,直徑為地球的11.2倍,質量相當于地球質量的318倍,是其它行星總質量的2.5倍。體積為地球的1316倍,平均密度只相當于地球的1/4,重力加速度為地球的2.6倍。厚度13000公里濃密的大氣,占質量的1%,主要是H,He,NH4,CH4,H2O和其它物質。望遠鏡里看木星呈明暗交錯與赤道平行的條帶。木星是液態的星球,大氣層下是液態的金屬氫層,內部鐵硅組成巖核球體。有一個由黑石塊組成的衛星帶,厚30公里,寬數千公里,離木星12萬8千公里。木星距太陽5.2天文單位。本星繞太陽公轉軌道偏心率0.048,公轉周期11.86年,近12。木星是太陽系中自轉速度最快的一顆行星,表面自轉速度不一樣,赤道:周期9小時50分30秒,兩極稍慢,最亮時達-2.4。土星:
太陽系中最輕的一顆行星,平均密度0.7g/cm3,直徑120000公里,質量是地球的95倍,體積是地球的745倍,在太陽系中居第二位。土星比重0.7,比水還輕的多,表面重力加速度11.5m/s2,但逃逸速度37公里/秒2。土星大氣以H,He為主,并有甲烷和其它氣體,大氣中飄浮著由氨晶體組成的云。從望遠鏡看也有彩色色帶(云帶),土星表面溫度-140度,云頂-170度.現在認為土星沒有固體外殼,內部是直徑2萬公里的巖石核心,外面包圍著5000公里厚的冰層,再外是8000公里厚的金屬層,最外面是大氣。土星的光環,整個光圈有16圈,三圈最亮,外環寬19000公里,中28000公里,最里叫內環。環是由冰粒,石塊和塵埃組成土星距太陽9.58天文單位。繞太陽公轉軌道偏心率0.055,公轉周期29.5年,土星自轉快,赤道10小時14分,60度緯度處10小時40分,自轉軸與公轉軌道面成63度。土星最亮時-0.4等,比木星還亮天王星:距太陽平均19.2天文單位,直徑49540公里,質量相當于地球的14.63倍,體積為地球的57倍,平均密度只1.24g/cm3。
表面有厚的大氣層,氫的含量最多,推測H的質量相當地球所有氣體質量的50倍多,此外還有甲烷,大氣中有稀薄的甲烷云和面積較廣的氨云。核心是巖石物質組成的含鐵化合物。核心外是由水,冰,氨冰組成的冰幔,冰幔以外是分子氫層,再向外就是厚層的大氣層,大氣質量約占總質量的20%,天王星是太陽系中唯一躺著繞太陽旋轉的行星,赤道面與軌道面成9755'傾角,即自轉軸幾乎倒在它的軌道面上。公轉周期84年,自轉周期24小時(1781年威廉.赫歇爾發現的)。海王星:是1845年計算出來后,1846觀測發現的行星。海王星距太陽平均距離45億公里,30.2天文單位。直徑5萬公里,質量相當于地球的17.2倍,體積是地球的60倍,平均密度16.6g/cm3。它單位面積上接受的太陽光只有地球的1/900,表面溫度只有-230度,有稠密的大氣層,大氣主要是氫,此外還有甲烷和氨因此云層里除了氨云外,還應有甲烷云及氬結晶體組成的云。內部是巖石構成的核心,中間是質量較大的冰包層,最外面是大氣層
繞太陽公轉軌道偏心率小于0.01,公轉一周165年,自轉周期22小時左右,公,自轉均比天王星慢。赤道面與軌道面有2848的交角。海王星有一年四季變化,亮度7.85等,只有借助望遠鏡才能看到。冥王星:太陽系里的準行星,體積小,密度大,固體冰組成,無大氣,獨特之處。距太陽39.75天文單位。1930年天文學家湯博從所拍攝的三張星體照片上,從兩萬多顆星發現的。公轉最慢的周期248年,公轉軌道偏心率最大0.25,在近日點軌道海王星軌道內自轉周期約6天9小時,自轉軸與公轉交角大于60度,所以冥王星也是傾向自轉的。
北京時間24日20),國際天文學聯合會大會舉行閉幕會議,2500多名來自世界各國的天文學家對行星定義決議草案進行投票表決。位居太陽系九大行星末席70多年的冥王星,終于“慘遭降級”,被驅逐出了行星家族。根據國際天文學聯合會大會24日通過的新定義,“行星”指的是圍繞太陽運轉、自身引力足以克服其剛體力而使天體呈圓球狀、并且能夠清除其軌道附近其他物體的天體。按照新的定義,太陽系行星將包括水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星,它們都是在1900年以前被發現的。
根據新定義,同樣具有足夠質量、呈圓球形,但不能清除其軌道附近其他物體的天體被稱為“矮行星”。冥王星是一顆矮行星。其他圍繞太陽運轉但不符合上述條件的物體被統稱為“太陽系小天體”。此次大會決定不再考慮重新認定被視為冥王星最大衛星的卡戎。齊娜2003UB313的編號表示科學家發現它時所依據的觀測數據是2003年獲得的。齊娜的公轉軌道是個很扁的橢圓,它公轉一周需要560年,離太陽最近的距離是38個天文單位(1天文單位為地球到太陽的距離,約1.5億公里),最遠時為97個天文單位。由于齊娜是如此遙遠,哈勃望遠鏡給它拍到的最好照片,也只能顯示出一個分辨率極低的白色光點。天文學家目前認為,齊娜的直徑約2300公里至2500公里,只比冥王星略大。科學家說,齊娜的大氣可能由甲烷和氮組成,現在它離太陽太遠,大氣都結成了冰;當它運動到近日點時,表面溫度將有所升高,甲烷和氮會重新變成氣態。至于其內部結構,現在還只能猜測,有可能是冰和巖石的混合物,與冥王星類似。齊娜有一顆衛星,科學家暫時稱之為加布里埃爾,他是好戰公主齊娜的隨從。這些非正式的名字最終都將被正式名稱取代。是反映太陽系內行星分布距離的規則。1766年由德國一位數學教師提丟斯提出。一個公比為2的數列:03612244896192......每數加4再除10得數列:0.40.71.01.62.85.21019.6......以日地距離為一個天文單位正得:水星金星地球火星木星土星0.3840.7231.001.5242.85.29.542、提丟斯-波得定則3、小行星帶的發現:1801年元旦之夜,意大利天文臺臺長皮亞琦發現了一個a=2.77天文單位的新天體,命名為谷神星,它的直徑不到800公里故而命名為小行星。小行星聚集在火星和木星軌道之間,寬度約為2億公里的環帶內無數的太陽系小天體。它們象九大行星一樣服從行星運行規律,沿著一定的軌道繞太陽公轉,只不過體積很小(一般直徑小于1000公里),重量很輕。新的小行星發現以后,必須再經過三次以上不同沖日年代的觀測證實,并計算出準確可靠的軌道參數方可獲得國際正式編號,永為國際公認。全世界已發現小行星有2萬多顆,我國也發現有4000多顆,有命名權的超過400顆。命名的規則小行星的命名是一種崇高的國際榮譽。國際天文學聯合會專門成立國際小行星命名委員會,負責審議小行星的命名。小行星命名一旦獲得通過,將成為這顆小行星的永久星名,為世界各國所公認。對于獲得國際永久編號的小行星,發現者個人有權利在編號后的10年內為它提出一個名字用于命名。國際天文學聯合會小天體命名委員會對名字予以審核后,將對外發布。國際天文學聯合會規定,小行星提名需要同時滿足以下條件:①名字的長度不超過16個字母;②最好是一個單詞;③名字(在某一語言中)可拼讀;④名字不具有冒犯性;⑤與已有小行星的或行星的自然衛星的名字不過于相近。還規定,主要以政治或軍事活動而聞名的個人或事件的名字,需要在當事人死亡或事件發生超過100年之后才能被用于小行星命名。另外規定,以下兩種情形可能不被接受小行星的命名:①寵物的名字;②純粹的或是主要為商業性質的名字。小行星的命名是天文學界賦予小行星發現者個人的一種權利,也是對發現者為天文學所做貢獻的一種獎勵。發現者在提名的同時還有權利寫一段話,解釋為什么選擇這個名字來為他新發現的小行星命名。國際天文學聯合會小行星中心每月在其出版物《小行星公告》(MinorPlanetCirculars)上,公布最新獲得命名的小行星。以中國科學界人物和華裔科學家姓名命名的小行星130多個,古代8人,其余為現代人,其中科學家為主,宇航員3人,瑞安中學,3個中學生,林青霞、金庸。4、行星運動三定律(開普勒三定律)
*軌道定律行星在一個橢圓形的軌道上繞太陽公轉,太陽位于其中的于個焦點上。 *面積速度定律在同樣時間里,行星(火星)的向徑(行星同太陽的連線)在軌道平面內掃過的面積相等。*周期定律:行星軌道半長徑的立方與公轉周期的平方成正比——以地球軌道為界:水,金位于地球軌道內側,稱地內行星。火,木,土,天,海位于地球軌道外側,稱地外行星。——以火,木軌道之間的小行星帶為界:水金地火,稱帶內行星,簡稱內行星。木土天海冥,稱帶外行星,簡稱外行星。——大行星按物理性質劃分(除冥王星外)可分成類地行星和類木行星兩大類。5、大行星分類類木行星類地行星類地行星和類木行星特點:距離:類地行星性質以地球為代表,包括水金地火,距太陽0.4-1.5天文單位;類木行星性質以木星為代表,包括木土天海,距離為5.2-30天文單位。質量:類地行星質量較小,類木行星質量較大;類地行星中最大是地球,而它的質量僅及木星的1/300;平均密度:類地行星平均5以上,類木行星1.3以下,土星0.7以下;組成物質:類地行星是巖石類物質;類木行星由氫氧組成,大部分處于液態,,擁有濃密大氣溫度:類地行星平均溫度較高;類木行星溫度低,天、海由于遠離太陽而形成冰殼。運動:類地行星公轉速度快,自轉速度慢(太陽潮汐作用);類木行星則相反。
距離質量平均密度組成物質表面溫度運動類地行星以地球為代表,包括水金地火,距太陽0.4-1.5天文單位;質量較小,類木行星質量較大;平均5以上,巖石類物質;平均溫度較高;公轉速度快,自轉速度慢(太陽潮汐作用);類木行星以木星為代表,包括木土天海,距離為5.2-30天文單位質量較大;類地行星中最大是地球,而它的質量僅及木星的1/300;類木行星1.3以下,土星0.7以下;由氫氧組成,大部分處于液態,,擁有濃密大氣溫度低,天、海由于遠離太陽而形成冰殼。與類地行星則相反。(三)彗星和流星體彗星:是具有云霧狀外貌的在扁率很大的橢圓形軌道上繞日運動的小天體.由彗頭和彗尾兩部分構成。彗頭:彗核,彗發,彗暈(云)三部分。彗核:位于彗頭的中間,密集而明亮,由冰凍物質組成彗發:彗核周圍一圈朦朧狀的部分,是彗核周圍的大氣,呈球形,無明確的邊界。彗云:彗發的外圍還包圍著由氫原子組成的巨云,稱氫云,也稱彗云,彗暈。彗尾:是拖在彗核后面的一個又長又亮的尾巴,彗尾是在太陽光壓下產生的,有塵埃彗尾和氣體彗尾,幾十萬—百萬公里,大氣密度小于地球實驗室里的真空.彗星的結構:
彗星在運行過程中它的形態不斷變化:遠離太陽時,一個朦朧的云霧狀的斑點,中間亮,邊緣模糊,容易與星云混淆,只能從它和恒星間有沒有相對運動來判斷它是不是彗星。離太陽4個天文單位時,就有彗發了(是彗核受熱氣化結果),離約1.5天文單位時彗發最大,這時已可見到尾巴,當離太陽再近,彗尾增長很快,而彗發反而縮小了。彗星的化學成分有水,氨,甲烷,氰,氮,CO,CO2等,它們都以冰狀物存在,與宇宙塵埃凍結在一起,是一個臟雪球。彗星繞太陽運行的軌道有橢圓、拋物線、雙曲線三種。在橢圓形軌道上運動的彗星是周期彗星,周期短的3年多,長可達幾千年,甚至萬年。彗星軌道面與黃道面傾角大可達90度,在全天球都可有彗星出現,軌道不穩定,受大行星攝動而改變。周期發生變化。運行方向自東向西,自西向東都有,著名哈雷彗星就是自東向西運動。流星體:是太陽系內環繞太陽運行的塵埃,冰團或碎塊等一類天體。流星:流星體闖入地球大氣圈時,磨擦產生的光跡.以單個形式出現而無規律流星,稱偶發流星。大流星體闖入地球,稱流星雨特別明亮的單個的大流星稱火流星。未燒盡的流星體落到地面就是隕星。
隕星按成分不同可分成三類:以硅酸鹽物質組成的石隕石,數量占93%,1976年吉林隕石;由金屬鐵鎳組成的鐵隕石,數量占5.5%,1965年新疆準葛爾達大隕鐵;兩者都有的叫石鐵隕石,數量占1.5%;一八九一年,在美國亞利桑那州巴林甲(音譯)發現了一個直徑為1280米,深180米的巨大坑穴,坑周圍有一圈高出地面四五十米的土層。有人稱它為“惡魔之坑”。后經學者們考證,這是個“隕石坑”,是距今二萬七千年前,一個重達二萬二千多噸的隕石以五萬八千公里的時速,墜落到地球上而形成的。現在在坑附近仍然能發現很多隕石鐵片。
1908年6月30日早晨7時許,一顆火球從天而降,撞擊俄羅斯西伯利亞地區,引發的大火焚毀8000多萬棵樹木,波及方圓2000多平方公里。這就是著名的通古斯大爆炸(與北京王恭廠大爆炸、印度“死丘”事件并稱為世界三大自然災難之謎)。科學家普遍認為,爆炸由小行星撞地球引起。一顆編號99942的“阿波菲斯”小行星成科學家關注的焦點。科學家計算,到2029年,直徑近300米的“阿波菲斯”將與地球距離不到4萬公里。2036年,受地球引力影響,“阿波菲斯”的運動軌跡有可能發生改變,與地球“親密接觸”。不少科學家認為,小行星撞地球的風險被嚴重低估。100年前的通古斯爆炸發生在通古斯地區上空5至10公里處,威力相當于投擲到日本廣島和長崎原子彈的1000倍。爆炸過后,60公里外的居民感受爆炸引發的地面震動。“兇手”是一顆直徑僅數十米的小行星。
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