大學物理太陽系.doc

太陽系概述 在遠古的時候，人們就注意到天上許多星星的相對位置是恒定不變的。但有5顆亮星卻在眾星之間不斷地移動。因此人們把“動”的星星稱為“行星”，“不動”的星星稱為“恒星”，并給行星各自起了名字，即：水星、金星、火星、木星和土星。其中水星也稱辰星，它最靠近太陽，不超過一辰（30度）。金星又叫太白星或啟明星、長庚星。它光彩奪目，是全天最亮的星；火星又稱“熒惑”，因它的火紅顏色而得名；木星也稱歲星，它大約12年運行一周天，每年差不多行經一次（全天分成十二次），古代用它來紀年；土星也稱鎮(zhèn)星或填星，因為它大約28年運行一周天，一年鎮(zhèn)守一宿（中國古代把全天分成二十宿）。這就是人們肉眼能看見的五大行星，中國古代統(tǒng)稱它們?yōu)椤拔逍恰?，再加上太陽、月亮總稱為“七曜”。 近兩個世紀以來，天文學家又發(fā)現(xiàn)了3顆大行星（天王星、海王星和冥王星）。這樣，包括地球在內的9顆行星就構成了一個圍繞太陽旋轉的行星系統(tǒng)。離太陽最近的行星是水星，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，所有的行星都有衛(wèi)星。在火星和木星之間存在著數(shù)十萬顆大小不等、形狀各異的小行星，天文學家把這個區(qū)域稱為小行星帶。此外，太陽系中還有許許多多的彗星、流星以及稀薄的微塵粒和氣體等。 太陽質量占太陽系總質量的99.8，它以自己強大的引力將太陽系里的所有天體牢牢地吸引在它的周圍，使它們不離不散、井然有序地繞自己旋轉。同時，太陽又作為一顆普通恒星，帶領它的成員，萬古不息地繞銀河系的中心運動。 太陽系起源包含兩個基本問題：太陽系中形成行星的物質從何而來和行星是怎樣形成的。圍繞這兩個問題，產生了各種各樣的學說。 1755年，德國哲學家康德(ImmanuelKant)首先提出了太陽系起源的星云假說。他認為，太陽系是由原始星云按照萬有引力定律演化而成。在這個原始星云中，大小不等的固體微粒在萬有引力的作用下相互接近，大微粒吸引小微粒形成較大的團塊，團塊又陸續(xù)把周圍的微粒吸引過來，這樣，團塊越來越大，而“天體在吸引最強的地方開始形成”。引力最強的中心部分吸引的物質最多，先形成太陽。外面的微粒在太陽吸引下向其下落時，與其它微粒碰撞而改變方向，變成繞太陽作圓周運動；運動中的微粒又逐漸形成引力中心，最后凝聚成朝同一方向轉動的行星。41年后，法國著名的數(shù)學家和天文學家拉普拉斯（PierreSimonLaplace）也獨立提出了關于太陽系起源的星云假說。與康德的星云說不同之處在于，他認為太陽系是由熾熱氣體組成的星云形成的。氣體由于冷卻而收縮，因此自轉加快，離心力也隨之增大，于是星云變得十分扁平。在星云外緣，離心力超過引力的時候便分離出一個圓環(huán)，這樣反復分離成許多環(huán)。圓環(huán)由于物質分布不均勻而進一步收縮，形成行星，中心部分形成太陽。繼星云說之后，又相繼出現(xiàn)了“災變說”、“俘獲說”等理論。 隨著現(xiàn)代天體物理學和物理學的發(fā)展，特別是恒星演化理論的建立，產生了現(xiàn)代星云說，并逐漸占了主導地位。現(xiàn)代星云假說根據(jù)觀測資料和理論計算，提出它的主要觀點：太陽系原始星云是巨大的星際云瓦解的一個小云，一開始就在自轉，并在自身引力作用下收縮，中心部分形成太陽，外部演化成星云盤，星云盤以后形成行星。目前，現(xiàn)代星云說又存在不同學派，這些學派之間還存在著許多差別，有待進一步研究和證實。 太陽系全家福九大行星大小比較圖 從左至右依次是：水星金星地球火星木星土星天王星海王星冥王星 半徑依次是 （地球單位）：0.380.96610.53311.29.363.723.940.18 注：1地球單位（半徑）為：6370千米九大行星之間距離比較圖 從左至右依次是：水星金星地球火星木星土星天王星海王星冥王星 軌道半徑依次是 （天文單位）：0.390.7211.5245.29.5419.230.139.4注：1天文單位=太陽到地球的平均距離=149,600,000千米太陽我們的家長：太陽是一顆自己能發(fā)光發(fā)熱的氣體星球。人們看到的太陽表面叫光球。光球以上的部分是色球層，色球層的外圍是日冕層。這樣三個層面合起來構成了太陽的大氣層。太陽的直徑約為萬千米，地球的直徑約為.萬千米，太陽與地球相比，太陽的直徑是地球直徑的倍。的立方，約為。那么，太陽的體積大約是地球體積的萬倍。水星金星 除了太陽和月亮，天空中最亮的天體就是金星。金星最亮的時候，比著名的天狼星還亮14倍。白天它不會被太陽完全淹沒，夜晚它還能把人和地上的物體照出影子。用星等來表示它的亮度的話，最亮時，它可以達到4.6等以上地球火星木星和它的4個衛(wèi)星土星(帶光環(huán)者)和6個較大的衛(wèi)星天王星距離太陽的第七顆行星天王星是太陽系中的第三大行星。它的赤道直徑51,800公里，每84.01地球年繞太陽公轉一周，和太陽之間的平均距離是28.7億公里。自轉一周17小時14分。天王星至少有22個衛(wèi)星，最大的兩個是Titania和Oberon。海王星 -離地球太遙遠了，通過望遠鏡觀察到，它是一顆淡綠色的行星。冥王星 是九大行星中離太陽最遠的一顆，也是最小的一顆。 太陽與九大行星數(shù)據(jù)對照表 天體距離(天文單位)赤道直徑質量軌道半徑/偏心率軌道傾角（度）公轉周期（年）/速度(km/s) 自轉周期（天） 太陽0109333,400-27.275 水星0.390.3820.060.38 /0.20670.241 /47.8958.6 金星0.720.9490.820.72 /0.0073.40.615 /35.03243 地球1.001.001.001.00 /0.01701.00 /29.791.00 火星1.50.530.111.52 /0.0931.91.88 /24.131.03 木星5.211.23185.20 /0.0481.311.86 /13.060.414 土星9.59.41959.54 /0.0562.529.46 /9.640.426 天王星19.23.9814.619.22 /0.0460.884.01 /6.810.718 海王星30.13.8117.230.06 /0.0081.8164.79 /5.430.671 冥王星*39.50.240.001739.5 /0.02517.1248.5 /4.476.5 *1930年以后冥王星才被國際天文學聯(lián)合會正式確定為行星。一些天文學家對其行星的身份仍持懷疑態(tài)度。 太陽系的第十大行星 在19世紀末，很多天文學家推測海王星之外還有別的行星，因為測試海王星的軌道和理論算出的軌道不一樣。他們叫這顆星“行星X”，是未知行星的意思。 美國天文學家帕西瓦爾羅威爾在1909年和1913年兩次尋找海王星之外的行星，但是沒有找到。1915年結束之后，羅威爾發(fā)表論文，寫出估測的行星數(shù)據(jù)。其實在那一年，他所在的天文臺照到了冥王星的照片，但是直到1930年才認出這是一顆行星。 可是冥王星的質量太小，無法解釋海王星的軌道。天文學家繼續(xù)尋找“行星X”，但是這個名字又有了第十大行星的意思，因為X是拉丁文的10。直到“旅行者2號”探測器臨近海王星，才發(fā)現(xiàn)海王星的質量一直算錯很多。用正確的質量，加上冥王星的影響，海王星的現(xiàn)實軌道和計算軌道一致。 按照行星軌道計算，和地球差不多大小的行星不可能在60AU之內(冥王星現(xiàn)在離太陽大約30AU)。如果確實有第十大行星，它的軌道會很傾斜，很可能是外星系的天體，靠太陽太近，而被太陽吸引入軌。 2005年7月，美國科學家宣稱發(fā)現(xiàn)了第十顆行星，它比冥王星略大。 冥王星小于第十大行星 行星地位再起爭議2006年04月15日11:57 新浪科技2003 UB313與其它新發(fā)現(xiàn)小天體比對圖(圖片來源：美國宇航局網(wǎng)站)新浪科技訊 俄羅斯彩帶網(wǎng)4月12日消息，據(jù)新科學家雜志刊文稱，“哈勃”太空望遠鏡最近傳回的觀測數(shù)據(jù)顯示，2003年發(fā)現(xiàn)的太陽系“第十大行星”2003 UB313的體積盡管遠沒有前估計的那么大。但也稍大于冥王星，因此有部分科學家建議將其列入太陽系行星行列。此前，科學家們曾推算這顆編號為2003 UB313的所謂“窗體頂端窗體底端第十大行星”直徑可達3500公里，與此同時，“第九大行星”冥王星的直徑僅有2290公里。當時就曾經有人聲稱要把2003 UB313列入太陽系行星行列。根據(jù)“哈勃”太空望遠鏡最新提供的照片資料顯示，2003UB313的直徑僅為大約2400公里(誤差不超過100公里)。也就是說，2003 UB313的直徑僅略大于冥王星。它目前與太陽的距離是地球與太陽距離的98倍。2003UB313發(fā)現(xiàn)于2003年，隨后進行的進一步觀測證實，它位于著名的太陽系第二大小行星帶-柯伊伯小行星帶。它曾一度被科學家們認為是自1846年發(fā)現(xiàn)海王星以來天文學家們在太陽系中找到的最大天體。2003 UB313到太陽的距離是冥王星到太陽距離的三倍，而冥王星也曾一直被看做是太陽系內最偏遠的行星。 在所謂的“第十大行星”2003 UB313被發(fā)現(xiàn)后，曾有科學家對冥王星是否還應該被稱作行星提出了質問。部分科學家甚至建議將冥王星從太陽系行星行列中排除掉。正如德國馬克思-普朗克射電天文學研究中心的天文學家弗朗克-貝爾托蒂所說：“考慮到2003 UB313的體積要明顯大于冥王星，如果連它都無法被稱作行星，那么我們還有什么理由來把冥王星再稱作是太陽系第九大行星呢？” 自1992年以來，世界各國的天文學家們已在冥王星之外的柯伊伯帶發(fā)現(xiàn)了上千顆體積較大的小行星。根據(jù)天文學家們當前的估算，在柯伊伯小行星帶中可能隱藏著50多萬顆此類體積較大的小行星。目前，已經有許多天文學家稱，應取消冥王星的行星地位并將其列入小行星之列。甚至還有一些科學家表示，在太陽系中發(fā)現(xiàn)的任何體積超過冥王星的天體都應該稱為行星，包括此前發(fā)現(xiàn)的2003 UB313。目前，有關“第十大行星”2003 UB313的細節(jié)問題科學家們還難以給出準確的解釋。前不久美國宇航局剛剛發(fā)射的“新地平線”號冥王星探測器也許能夠收集一些有關2003 UB313的信息，但由于它距離太遠而未被列入“新地平線”號探測器的考察任務內。(久亮)中科院國家天文臺崔辰州博士翻譯的太陽系行星定義的決議最終稿中文版：IAU決議：太陽系內一顆行星的定義當代的觀測正在改變著我們對行星系統(tǒng)的認識，我們對天體的命名反映我們目前的認識是很重要的。這一點特別適用于行星這個名詞。名詞“行星”源自描畫“漫游者”，那時只知道它們是天空中移動的光點。近來的發(fā)現(xiàn)導致我們需要利用現(xiàn)有的科學信息創(chuàng)建一個新的定義。決議5AIAU決定我們太陽系內的行星和其他天體按照下列方式劃分為3個明確的類別：(1)一顆行星1是一個天體，它滿足(a)圍繞太陽運轉，(b)有足夠大的質量來克服固體應力以達到流體靜力平衡的(近于圓球)形狀，同時(c)清空了所在軌道上的其他天體。(2)一顆矮行星是一個天體，它滿足(a)圍繞太陽運轉，(b)有足夠大的質量來克服固體應力以達到流體靜力平衡的(近于圓球)形狀2 ，(c)沒有清空所在軌道上的其他天體，同時(d)不是一顆衛(wèi)星。(3)其他圍繞太陽運轉的天體3 ，衛(wèi)星除外，統(tǒng)稱為“太陽系小天體”。決議5B在決議5A第一節(jié)和腳注1的“行星”前面插入“經典”。即：(1)一顆經典行星4是一個天體IAU決議：冥王星決議6AIAU進一步決定：按照上面的定義冥王星是一顆矮行星，并作為海外天體中一個新類別的原型。決議6B下面的語句加入到決議6A中：這類天體稱為“plutonian objects”。 1 八顆行星是：水星、金星、地球、 火星、木星、土星、天王星、和海王星。2 IAU將啟動相應程序來界定天體屬于矮行星還是其他類別。3 目前這些包括大多數(shù)的太陽系小行星，大多數(shù)的海外天體（TNOs），彗星，和其他小天體。4 八顆經典行星是：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、和海王星2006年08月25日，第26屆IAU大會5A號決議獲得通過，超過80%的代表投票同意更改最后草案，就行星和太陽系中的其他天體定義達成共識。最終決議把行星和太陽系中的其他天體定義為三類，即行星、矮行星和“太陽系小天體”。原九大行星除冥王星外的水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星八個行星依然被稱為“行星”；在20世紀之后陸續(xù)發(fā)現(xiàn)的冥王星、谷神星、齊娜星被稱為“矮行星”。窗體頂端窗體底端太陽系行星發(fā)現(xiàn)史2006年08月24日10:53 新華網(wǎng)沒有人知道我們的祖先是從何時開始仰望星空，也不會有人記得到底是誰首次發(fā)現(xiàn)了金、木、水、火、土這5顆行星?？梢韵嘈牛鼈兠髁恋纳碛霸谛强罩写┬袝r，曾經引起地球上不同地方、不同年代許多人的注意。1609年，伽利略將望遠鏡指向天空，開啟了現(xiàn)代天文學的時代。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(fā)現(xiàn)天王星后不久，人們就計算出了它的軌道，卻發(fā)現(xiàn)觀測數(shù)據(jù)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(xiàn)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。 但這顆神秘行星太遠太暗了，經過幾代人近一個世紀的努力，它才于1930年2月18日出現(xiàn)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(wěn)定，總是有人認為應該把它開除出行星家族。近幾十年來陸續(xù)發(fā)現(xiàn)的許多柯伊伯帶天體，使這個問題進一步激化。 柯伊伯帶是太陽系外圍的一個區(qū)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(fā)現(xiàn)，現(xiàn)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時，情況已經變得難以收拾。忍無可忍的國際天文學聯(lián)合會成立了一個專門委員會來重新討論行星的概念，看看是把這些新發(fā)現(xiàn)的大家伙接納進行星家族，還是索性剝奪冥王星的行星地位。 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(fā)現(xiàn)的比冥王星更大的天體。這是推動行星概念被重新定義的決定性發(fā)現(xiàn)：事情已經到了非解決不可的程度。 天文學家目前在太陽系內尋找新行星的方法，實質上與前輩們所用的方法相同：把恒星假設為靜止，然后以它為背景，尋找運動著的行星。不過現(xiàn)在初步分析交由計算機去做，人只需對計算機挑出來的可疑目標進行進一步觀察。國際天文學聯(lián)合會：太陽系只剩八大行星2006年08月24日今天晚上9點20分，國際天文學聯(lián)合會大會投票5號決議，部分通過新的行星定義，冥王星被排除在行星行列之外，而將其列入“矮行星”。國際天文學聯(lián)合會大會放棄將冥王星之外的太陽系八大行星稱為“經典行星”的說法，從而確認太陽系只有8顆行星，冥王星被降級為入“矮行星”。此前盛傳的第一種方案中提出了太陽系另外增加3顆二級行星的計劃流產。數(shù)十年來，科學家普遍認為太陽系有九大行星，但隨著一顆比冥王星更大、更遠的天體的發(fā)現(xiàn)，使得冥王星大行星地位的爭論愈演愈烈。一是由于其發(fā)現(xiàn)的過程是基于一個錯誤的理論；二是由于當初將其質量估算錯了，誤將其納入到了大行星的行列。因此在國際天文學聯(lián)合會大會上，是否要給冥王星“正名”成為了大會的焦點，為此，天文學家給出了各種方案。1930年美國天文學家湯博發(fā)現(xiàn)冥王星，當時錯估了冥王星的質量，以為冥王星比地球還大，所以命名為大行星。然而，經過近30年的進一步觀測，發(fā)現(xiàn)它的直徑只有2300公里，比月球還要小，等到冥王星的大小被確認，“冥王星是大行星”早已被寫入教科書，以后也就將錯就錯了。冥王星是目前太陽系中最遠的行星，其軌道最扁。冥王星的質量遠比其他行星小，甚至在衛(wèi)星世界中它也只能排在第七、第八位左右。冥王星的表面溫度很低，因而它上面絕大多數(shù)物質只能是固態(tài)或