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1、第二章 天文学,上下四方为宇 往古来今为宙(战国.尸佼) 宇宙泛指天地万物 “宇”指空间,“宙”指时间,哈勃望远镜眼中的绚烂宇宙 图片1:这幅哈勃图像由哈勃太空望远镜广角行星2号相机于2008年11月份拍摄到。图像中的颜色代表了该星云喷射释放的不同物质:红色代表氮气,绿色代表氢气和蓝色代表氧气。,图片2:在哈勃太空望远镜捕捉到的镜头中,昴宿星系最明亮的恒星中的一颗正在通过一团星云,这团外形诡异怪诞、纤细的卷曲状黑色星云正被撕裂。这颗恒星的光芒就如同打在洞穴墙壁上的一束手电筒光束,照亮了掺杂着尘埃的冰冷的黑色星云的表面,图片3:这张照片上优美的“蝴蝶翅膀”实际上是翻滚燥热的气体,其正被超过2万摄
2、氏度的高温加热。这团气体以每小时60万英里的速度穿过太空-相当于在24分钟内从地球跑到月球!在这团狂暴的气体的中央是一颗正走向死亡的恒星,该恒星的质量曾一度达到约太阳质量的五倍。,图片4:一个国际天文学家小组利用哈勃望远镜发现了一个由暗物质组成的朦胧圆环。这个圆环是很久以前两个巨大的星团发生大碰撞后留下的。这是人们首次发现暗物质的分布和常规物质有显著的不同。上面是哈勃望远镜拍摄到的编号为C10024 17的星团图像。,天文学是科学和数学的母亲,在人类的生产生活中占有很重要的地位。 2003年我国成功发射神舟五号飞船,将我国第一名航天员杨利伟送上太空。 2008年9月25日我国成功发射神舟七号宇
3、宙飞船,在太空中实现我国第一次太空行走。 2012年6月16日18时37分,神舟九号飞船在酒泉卫星发射中心发射升空。天宫一号与神九载人交会对接将为中国航天史上掀开极具突破性的一章。,杨利伟,男,汉族 ,辽宁省葫芦岛市绥中县人, 大学文化程度,中国共产党党员。中国人民解放军少将军衔,特级航天员。历任中国航天员科研训练中心副主任,载人航天工程航天员系统副总指挥,现任中国载人航天工程办公室副主任。他是中国培养的第一代航天员,在中共十七大上当选为中央候补委员。杨利伟在原空军部队安全飞行1,350小时。2003年10月15日北京时间9时,杨利伟乘由长征二号F火箭运载的神舟五号飞船首次进入太空,是中华人民
4、共和国第一位进入太空的太空人。,杨利伟在“神舟”五号飞行中进行天地对话,翟志刚,男,汉族,身高172cm,黑龙江省齐齐哈尔市龙江县龙江镇龙西村人,大学文化、双学士学位。1966年10月10日出生,1984年加入中国共产主义青年团,1985年6月入伍,1991年9月入党,现为中国人民解放军航天员大队二级航天员,副师职,大校军衔。 刘伯明,1966年9月出生,黑龙江齐齐哈尔市依安人。1985年6月入伍,曾任空军航空兵某师某团中队长,安全飞行1050小时,被评为空军一级飞行员。1998年1月正式成为中国首批航天员。2005年6月,入选“神六”载人航天飞行乘组梯队成员。现为中国人民解放军航天员大队二级
5、航天员。 景海鹏,男,汉族,山西省运城市人,中共党员,硕士学位。1966年10月出生,1985年6月入伍,1987年9月入党,现为中国人民解放军航天员大队特级航天员,大校军衔。曾任空军某师某团司令部领航主任,安全飞行1200小时,被评为空军一级飞行员。,翟志刚、刘伯明与景海鹏,翟志刚出舱活动挥动五星红旗,景海鹏,男,汉族,山西省运城市人,中共党员,硕士学位。1966年10月出生,1985年6月入伍,1987年9月入党,现为中国人民解放军航天员大队特级航天员,大校军衔。 刘旺,男,汉族,山西省平遥县人,中共党员,硕士学位。1969年3月出生,1988年8月入伍,1988年6月入党,现为中国人民解
6、放军航天员大队二级航天员,大校军衔。 刘洋,女,汉族,河南省安阳林州市人,中共党员,学士学位。1978年10月6日出生,1997年8月入伍,2001年5月入党,现为中国人民解放军航天员大队四级航天员,少校军衔。,天文学,第一节 早期天文学 第二节 星系和宇宙 第三节 恒星 第四节 太阳系(行星),第一节 早期天文学,1、古代中国的天文学 (1)、盖天说 (2)、浑天说 (3)、宣夜说 (4)、三垣四象二十八星宿 (5)、中国历法 2、古代西方的天文学 3、现代天文学的开端,、盖天说:尚书天文志中说:“天象盖笠,地法覆舟。天地各中高处下,北极之下为天地之中,其地最高,而滂沱四溃。三光隐映,以为昼
7、夜。” 盖天说在一定程度上解释了日、月、五星的视运动和太阳在一年四季位置的变化。,盖天说是中国古代宇宙学说。这一学说可能起源于殷末周初,它在发展过程中也有几种不同的见解。早期的盖天说是天圆地方说,认为“天圆如张盖,地方如棋局”,穹隆状的天覆盖在呈正方形的平直大地上。但圆盖形的天与正方形的大地边缘无法吻合。于是又有人提出,天并不与地相接,而是像一把大伞一样高高悬在大地之上,地的周边有八根柱子支撑着,天和地的形状犹如一座顶部为圆穹形的凉亭。共工怒触不周山和女娲氏炼石补天的神话正是以持这种见解的盖天说为依据的。还有一种形成较晚的盖天说提出天是球穹状的,地也是球穹状的,两者间的间距是8万里,北极位于天
8、穹的中央,日月星辰绕之旋转不息,盖天说通常把日月星辰的出没解释为它们运行时远近距离变化所致,离远了就看不见,离近了就看见它们照耀。,太阳在天空的位置时高时低,冬天在南方低空中,一天之内绕一个大圈子;夏天在天顶附近,绕一个小圈子;春秋分则介于其中,盖天说认为,太阳冬至日在天盖上的轨道很大,直径有47.6万华里,夏至日则只有23.8万华里。盖天说又认为人目所及范围为16.7万华里,再远就看不见了,所以白天的到来是因为太阳走近了,晚上是太阳走远了。这样就可以解释昼夜长短和日出入方向的周年变化。,盖天说如何解释昼夜长短,盖天说为了解释天体的东升西落和日月行星在恒星间的位置变化,设想出一种蚁在磨上的模型
9、。认为天体都附着在天盖上,天盖周日旋转不息,带着诸天体东升西落。但日月行星又在天盖上缓慢地东移,由于天盖转得快,日月行星运动慢,都仍被带着做周日旋转,这就如同磨盘上带着几个缓慢爬行的蚂蚁,虽然它们向东爬,但仍被磨盘带着向西转。,盖天说如何解释天体东升西落,、浑天说:浑天说认为地球是球形的,其周围支撑物是一种气体或液体,整个宇宙类似鸡蛋结构的转台,天如壳地如黄。,在宇宙结构的认识上,浑天说显然要比盖天说进步得多,能更好地解释许多天象。另一方面,浑天说手中有两大法宝:一是当时最先进的观天仪浑仪,借助于它,浑天家可以用精确的观测事实来论证浑天说。在中国古代,依据这些观测事实而制定的历法具有相当的精度
10、,这是盖天说所无法比拟的。另一大法宝就是浑象,利用它可以形象地演示天体的运行,使人们不得不折服于浑天说的卓越思想,因此,浑天说逐渐取得了优势地位。到了唐代,天文学家一行等人通过天地测试彻底否定了盖天说,使浑天说在中国古代天文领域称雄了上千年。,浑天仪 浑天仪可以用精确的观测事实来论证浑天说。在古代,依据这些观测事实而制定的历法具有相当的精度。 浑象利用它可以形象地演示天体的运行,使人们不得不折服于浑天说的卓越思想 。 浑天仪是浑仪和浑象的总称。浑仪是测量天体球面坐标的一种仪器,而浑象是古代用来演示天象的仪表。它们是我国东汉天文学家张衡所制的。西方的浑天仪最早由埃拉托色尼于公元前255年发明。,
11、浑天说两大法宝,上面刻着日月星辰等天文的现象。他设法利用水力来转动这种仪器。据说什么星从东方升起来,什么星向西方落下去,都能在浑天仪上看得清清楚楚。,张衡与浑天仪,、宣夜说:认为宇宙是无限的,没有一个硬式的天,空间到处有气体存在,在日月星辰漂浮在气中,他们的运动也受气制约的。这是我国古代的一种朴素的无限宇宙观。 宣夜说是我国历史上最有卓见的宇宙无限论思想。,杞人忧天,杞国有人,忧天地崩坠,身亡所寄,废寝食者。又有忧彼之所忧者,因往晓之,曰:“天,积气耳,无处无气。若屈伸呼吸,终日在天中行止,奈何忧崩坠乎?” 其人曰:“天果积气?日月星宿,不当坠邪?”,晓之者曰:“日、月、星宿,亦积气中之有光耀
12、者,只使坠,亦不能有所中伤。” 其人曰:“奈地坏何?” 晓之者曰:“地,积块耳,充塞四虚,亡处亡块。若躇步跐蹈?终日在地上行止,奈何忧其坏?” 其人舍然大喜,晓之者亦舍然大喜。,三垣:即紫微垣、太微垣、天市垣。各垣都有东、西两藩的星,左右环列,其形如墙垣,故曰为“垣”。,紫薇垣:是三垣的中垣,居于北天中央,所以又称中宫,或紫微宫。紫微宫即皇宫的意思,各星多数以官名命名。它以北极为中枢,东、西两藩共十五颗星。两弓相合,环抱成垣。整个紫微垣据宋皇佑年间的观测记录,共合37个星座,附座 2个,正星163颗,增星181颗。它的天区大致相当于现今国际通用的小熊、大熊、天龙、猎犬、牧夫、武仙、仙王、仙后、
13、英仙、鹿豹等星座。,太微垣:是三垣的上垣,位居于紫微垣之下的东北方,北斗之南。约占天区63度范围,以五帝座为中枢,共含20个星座,正星78颗,增星100颗。它包含室女、后发、狮子等星座的一部分。太微即政府的意思,星名亦多用官名命名,例如左执法即廷尉,右执法即御史大夫等。,三垣分布图,天市垣:是三垣的下垣,位居紫微垣之下的东南方向,约占天空的57度范围,大致相当于武仙、巨蛇、蛇夫等国际通用星座的一部分,包含19个星官(座),正星87颗,增星173颗。它以帝座为中枢,成屏藩之状。天市即集贸市场,星名多用货物、星具,经营内容的市场命名。,四象:在中国传统文化中指青龙、白虎、朱雀、玄武,分别代表东西南
14、北四个方向。在二十八宿中,四象用来划分天上的星星,也称四星、四灵、四圣兽。中国传统方位是以南方在上方,和现代以北方在上方不同,所以描述四象方位,又会说左青龙(东)、右白虎(西)、前朱雀(南)、后玄武(北)来表示。,二十八宿又称为二十八星或二十八舍。最初是古人为比较日、月、金、木、水、火、土的运动而选择的二十八个星官,作为观测时的标记。“宿”的意思和黄道十二宫的“宫”类似,表示日月五星所在的位置。到了唐代,二十八宿成为二十八个天区的主体,这些天区仍以二十八宿的名称为名称,和三垣的情况不同,作为天区,二十八宿主要是为了区划星官的归属。,二十八宿从角宿开始,自西向东排列,与日、月视运动的方向相同。
15、东方青龙七星宿:角、亢、氐、房、心、尾、萁; 北方玄武七星宿:斗、牛(牵牛)、女(须女)、虚、危、室(营室)、壁(东壁); 西方白虎七星宿:奎、娄、胃、昴、毕、觜、参; 南方朱雀七星宿:井(东井)、鬼(舆鬼)、柳、星(七星)、张、翼、轸。,历 法,朔:月球处于太阳与地球之间,几乎和太阳同起同落,朝向地球的一面因为照不到太阳光,所以从地球上是看不见的。 望:月球与太阳的地心黄经相差 180的时刻。这时地球处于太阳与月球之间。月球朝向地球的一面照满太阳光,叫作满月或望月。 一个朔望月,约为29.53059日。在历日的安排中,通常为大小月相间,经过1517个月,接连有两个大月。,六历:黄帝、颛顼、夏
16、、殷、周和鲁。,中国古代的历法不是纯阴历,而是阴阳合历。平年12个月,有6个大月30天和6个小月29天。有大小月之分,是因为月相的变化在29-30天之间(精确数值是29.53天)。每年12个月一共354天,但这个数还不够1个太阳年。地球绕太阳一周的实际时间是365.2422日,比阴历12个月的总和还多出11天多。所以阴历每过3年就和实际太阳年相差1个月的时间,所以每3年就要加1个月,称为闰月。这样是为了使历年的平均时间约等于1个太阳年,并且和自然季节大致符合。,古人根据季节更替和气候变化的规律,把周岁太阳年365又1/4日分为立春、雨水、惊蛰等24个节气。,24个节气的名称和顺序如下: 正月:
17、立春雨水 二月:惊蛰春分 三月:清明谷雨 四月:立夏小满 五月:芒种夏至 六月:小暑大暑 七月:立秋处暑 八月:白露秋分 九月:寒露霜降 十月:立冬小雪 十一月:大雪冬至 十二月:小寒大寒,古代西方的天文学 古埃及农业依赖于尼罗河一年一度的泛滥。同时古埃及人观察到,天空中的天狼星每隔365天就有一次与太阳一同升起,大约在这个时候尼罗河开始涨水,在这个基础上,大约在公元前4000年,古埃及人制定了365天为一年的立法,后人称之为天狼星年。 古代迦勒底人根据2000年间的观察,发现了日食的“沙罗周期”,即日食有18年的循环周期。 公元前5、6世纪,希腊的艾奥尼亚学派认为,月亮是反射太阳的光而明亮,
18、月食是因为月亮运行到地影中去了。,公元前6-公元前4世纪,毕达哥拉斯学派首先认识到地球是球形的。 公约前200年左右,艾拉托色尼确定了黄道和赤道斜交,他测量而来地球的周长。 公元前2世纪末的喜帕恰斯是古代最为大的天文学家,他详细测量了月球轨道的周期、白道和黄道的夹角、白道的偏心率、白道的拱点与交点的运动,由古代的测量,求得了一年的长度为364.25日再减去1/300日,这个数字与现在的误差只有6分钟等等。,十二星座又称黄道十二宫,在西洋占星术中,指描述黄道带上人为划分的十二个随中气点移动的均等区域,这些区域分别充当实际的黄道星座。占星学认为,十二星座代表了人的十二种基本性格原型。现代科学认为西
19、洋占星术是伪科学,认为其与人的性格毫无关系。西洋占星术在欧美、日本等国家少有人相信,但在发展中国家十二星座一说很有市场。,现代天文学的开端 公元15世纪,波兰僧侣哥白尼创立了宇宙日心说,1543年发表在他的著作天体运行论中。 第谷造就了开普勒,而开普勒发现了行星运动三大定律。开普勒三定律标志了现代天文学的开端。,第谷画像,第谷自幼喜欢观察星辰。 1563年8月他作了第一个天文记录木星和土星; 1572年11月11日他发现在仙后座里出现了一颗新星; 1576年在汶岛上建立一所宏大的天文台,他在此坚持了二十多年的天文观测; 1599年到布拉格,任鲁道夫二世的御前天文学家;1600年他邀请开普勒来当
20、助手;1601年10月24日第谷逝世。在最后日子里,他将自己生平积累的观测资料赠给开普勒。,开普勒是德国天文学家,数学家。1571年12月27日生于魏尔,1630年11月15日卒于雷根斯堡。发现了行星沿椭圆轨道运行,并且提出行星运动三定律。,开普勒是德国近代著名的天文学家、数学家、物理学家和哲学家。他以数学的和谐性探索宇宙,在天文学方面做出了巨大的贡献。开普勒是继哥白尼之后第一个站出来捍卫太阳中心说、并在天文学方面有突破性成就的人物,被后世的科学史家称为“天上的立法者”。,开普勒第一定律:也称椭圆定律;也称轨道定律:每一个行星都沿各自的椭圆轨道环绕太阳,而太阳则处在椭圆的一个焦点中。 开普勒第
21、二定律:也称面积定律,在相等时间内,太阳和运动中的行星的连线(向量半径)所扫过的面积都是相等的。 这一定律实际揭示了行星绕太阳公转的角动量守恒。 开普勒第三定律:也称调和定律;也称周期定律:各个行星绕太阳公转周期的平方和它们的椭圆轨道的半长轴的立方成正比。,伽利略的天文观测,有力支持了哥白尼学说。伽利略是第一个用望远镜作为天文观测的人。他的发现有:月亮上有山和谷,银河由恒星组成,木星有四颗卫星,金星有相的变化。 牛顿在开普勒三大定律的基础上,发现了万有引力定律,最终确定了天体运动的动力学理论,众多的天体运动现象都可以得到完美的解释。,艾萨克 牛顿 爵士(Sir Isaac Newton FRS
22、,1642年12月25日 - 1727年3月20日),英国物理学家、数学家、科学家、思想家和哲学家,同时是英国当时炼金术热衷者。他在1687年7月5日发表的自然哲学的数学原理里提出的万有引力定律以及他的牛顿运动定律是经典力学。牛顿还和莱布尼茨各自独立地发明了微积分。他总共留下了50多万字的炼金术手稿和100多万字的手稿。他被公认为是人类历史上最伟大,最有影响力的科学家之一。,第二节星系的形成与演化,为什么夏季观察银河最合适,地球绕太阳运行到远日点(即北半球夏季),地球在太阳与银心之间,所以这个时候在地球上观察到的银河十分明亮清晰,我国古代盖天说的:天圆地方,八根柱子支撑天盖 我国古代浑天说:天
23、地混沌如鸡子,盘古生其中 宣夜说:宇宙是无限的,没有一个硬壳式的天,空间中充满空气,日月星辰漂浮在空气中,托勒密系统又称为地心系统,他认为地球是宇宙的中心 哥白尼在1543年发表了天体运行论创立了宇宙日心说 恒星就是在天空中位置基本保持不变的星 成千上万颗恒星聚集在一起,组成星团 仙女座星系属于旋涡星系 银河系属于旋涡星系 恒星在演化过程中,其处于主序阶段的时间最长,三、星系的起源,星系很可能起源于大约150亿年前一次大爆炸的产物。目前较流行的看法是:在宇宙大爆炸后的膨胀过程中,分布不均匀的星系前物质收缩形成原星系,再演化成星系。,四、星系的演化,原始星系在收缩过程中,出现第一代恒星,在原星系
24、的中心区,收缩快、密度高、恒星的形成率也高。形成旋涡星系的星系核或旋涡星系整体。星系的自转离心力阻止赤道面上的进一步收缩,并造成不同的扁率,气体的随机运动和恒星辐射加热等因数又使部分气体未聚成星胚,并因碰撞作用而沉向赤道面。几亿年间,由原星系形成的为年轻星系。此后百亿年间,星系结构无大的变化。,第三节恒星的形成与演化,一、恒星的起源,恒星的起源存在两种学说: 1)认为恒星是由星际物质的弥漫星云逐渐凝结而形成的;大多数天文工作者倾向于这种学说 2)认为恒星是通过某种极巨大的超密态的“星胎”剧烈爆发而集体形成的。 星云会因为自身的吸引力而收缩,在收缩过程中,它的吸引力势能就要逐渐减少,这减少的引力
25、势能有一半将转换为恒星内部的热能,而另一半则转化为向外辐射的辐射能。原始星云向中心收缩时,开始很快,几乎是自由降落,在这个过程中,星云的体积不断减少,它的密度随之不断增大,随着星云内部热能不断增加,就逐渐产生了一种向外的排斥力,称为气体压力,随着温度的升高与物质密度的增大,这种气体压力也逐渐增强,并与向内作用的引力相对抗。不过,在,第三节恒星的形成与演化,星云收缩阶段,星云内部的气体压力始终比较小,不足以抗拒引力的收缩。但随着气体压力的不断增强,抗拒引力收缩的力量也不断增大,这是星体的收缩速度大大地变慢了,成为慢收缩。一般说来,当星际云收缩发展到向外较大量地辐射能量的时候,恒星就形成了。但应注
26、意并不是所有的星云都能形成恒星。,二、恒星的演化,恒星的演化过程,是引力与向外的压力互相对抗,互相转化,互相平衡的过程。,(一)恒星的早期演化,恒星的早期演化阶段即引力收缩阶段。原始恒星的体积庞大,内部温度不高,且没有热核反应,此时是一颗红色的恒星。随着引力收缩,温度增高,恒星的颜色逐渐,第三节恒星的形成与演化,由红变黄或变白。当恒星继续收缩使中心温度高达700万度以上时,氢原子核的热核反应就开始了。猎户座、金牛座中类似金牛座T型变星的许多恒星,目前都是处于这种早期演化阶段年轻的恒星。,恒星演化的中期阶段是进行热核反应的阶段,也就是主序星阶段。恒星在这个阶段停留的时间最长,占其寿命中90%的时
27、间。 当恒星内部开始了由氢聚变成氦的热核反应以后,恒星内部温度将迅速增高,可到达1000多万度,这种热和光产生了强大的向外的压力,能同向内的引力相对抗,因而收缩停止,成了一个长期处于稳定的恒星,常称为主序星。恒星演化变为主序星时, 它的光度大小将由恒星的质量决定。,(二)恒星的中期演化,质量为太阳20倍的恒星成为光度很大、表面温度很高的蓝巨星或蓝白巨星。,第三节恒星的形成与演化,质量与太阳相当的恒星成为黄矮星,第三节恒星的形成与演化,质量小于太阳的恒星成为红橙矮星或红矮星,第三节恒星的形成与演化,(三)恒星的晚期演化,恒星的晚期阶段即红巨星阶段。恒星继续演化,当其核心部分热核反应的燃料耗尽以后
28、,氢核聚变成氦核的热核反应就停止了,而外层还在进行着这种反应。这时的恒星将膨胀得极大,以使自己的结构适应于光度的增大。它的体积将增大十亿倍。这个过程中恒星的颜色会改变,因为其外层与高温的核心区相距很远,温度就低了下来。这种状态的恒星称为红巨星。,第三节恒星的形成与演化,三、恒星的衰亡,恒星一生中,内部的各种核子反应,不断将简单的原子核融合成较复杂的原子核,同时释放出能量。一旦作为核反应燃料的简单原子核用尽,恒星失去了能量,将导致恒星的衰亡。 不同质量的恒星衰亡后将变成不同类型的星体。 1)白矮星 如果灾变性爆发后残存下来的残骸质量小于太阳质量的1.2倍,这个残存的恒星变成为白矮星。,白矮星,白
29、矮星的体积小、亮度低,但质量大、密度极高。它的密度在1000万吨/米3左右。白矮星是一颗已死亡的恒星,中心的热核反应已停止 。,第三节恒星的形成与演化,2)中子星 如果灾变性爆发后残存下来的残骸质量为太阳质量的1.2-2倍之间,则引力崩溃过程十分剧烈,残骸将收缩成体积非常小、密度大得惊人的中子星。,密度为水的1014倍,仅1cm3的质量就有全球人类那么重,直径仅为30km。,第三节恒星的形成与演化,3)黑洞 如果灾变性爆发后残存下来的残骸质量大于太阳质量的2倍,引力崩溃的规模将更加剧烈。它的体积更小,密度更大,引力变得极强,这是星体内部的电子气体和中子气体的压力都已经抵挡不住愈来愈大的引力压缩
30、,结果将使星体的引力继续地进行下去,组后变成一种名叫“黑洞”的天体。,黑洞会把附近所有的物质都吸进去,就连光线也会被吞没,所以我们是看不见黑洞的。但是如果黑洞附近有另外一颗恒星,我们可以从这颗邻近恒星的物质被吸入黑洞时的情形,证明黑洞的存在。,第三节恒星的形成与演化,宇宙未来的发展趋势有三种可能 1.、永不停止地膨胀 2.、膨胀到一定程度又开始收缩 3.、膨胀到一定程度就停止下来,第四节行星的形成与演化,行星是指围绕恒星旋转的星体。,一、行星的分类与特性,太阳系有八大行星:水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。,北京时间2006年8月24日晚21时30分左右,在捷克布拉格举行的国
31、际天文学联合会大会上,2500位代表投票作出表决:通过新的行星定义,不再将传统九大行星之一的冥王星视为行星,而将其列入“矮行星”。这意味着太阳系确定只有八大行星。,太阳系八大行星按物理化学性质分类地行星(水星、金星、地球、火星)和类木行星(木星、土星、天王星、海王星)。,第四节行星的形成与演化,美国航空和航天局(NASA)近日公布一组从航天飞机上通过蒙太奇手法拍摄的太阳系八大行星的全家福。自上往下依次为:水星、金星、地球和月亮、火星、木星、土星、天王星、海王星。,水星上的温差是整个太阳系中最大的,温度变化的范围为90开到700开。相比之下,金星的温度略高些,但更为稳定。 水星在许多方面与月球相
32、似,它的表面有许多陨石坑而且十分古老;它也没有板块运动。另一方面,水星的密度比月球大得多,(水星 5.43 克/立方厘米月球 3.34克/立方厘米)。水星的铁质核心比地球的相对要大些,很有可能构成了行星的大部分。因此,相对而言,水星仅有一圈薄薄的硅酸盐地幔和地壳。 巨大的铁质核心半径为1800到1900千米,是水星内部的支配者。而硅酸盐外壳仅有500到600千米厚,至少有一部分核心大概成熔融状。,事实上水星的大气很稀薄,由太阳风带来的被破坏的原子构成。水星温度如此之高,使得这些原子迅速地散逸至太空中,这样与地球和金星稳定的大气相比,水星的大气频繁地被补充更换。 水星的表面表现出巨大的急斜面,有
33、些达到几百千米长,三千米高。有些横处于环形山的外环处,而另一些急斜面的面貌表明他们是受压缩而形成的。据估计,水星表面收缩了大约0.1(或在星球半径上递减了大约1千米)。,水星上最大的地貌特征之一是Caloris 盆地(右图),直径约为1300千米,人们认为它与月球上最大的盆地Maria相似。如同月球的盆地,Caloris盆地很有可能形成于太阳系早期的大碰撞中,那次碰撞大概同时造成了星球另一面正对盆地处奇特的地形(左图)。 除了布满陨石坑的地形,水星也有相对平坦的平原,有些也许是古代火山运动的结果,但另一些大概是陨石所形成的喷出物沉积的结果。 水手号探测器的数据提供了一些近期水星上火山活动的初步
34、迹象,,水星距太阳五千八百万公里,是太阳系中和太阳最近的行星。水星没有卫星,它的体积在太阳系中列倒数第二位,仅比冥王星大。因为水星与太阳非常接近,所以它的白昼地表温度可高达摄氏四百二十七度;而到晚上又骤降至摄氏零下一百七十三度。 水星的公转周期约为八十八个地球日,自转周期约为五十九个地球日。这样一来使得水星的一昼夜长达一百七十六个地球日。所以一进入夜晚,水星表面将连续几周处于黑暗中。这也是造成水星表面昼夜温度差巨大的原因之一。,金星和水星一样,是太阳系中仅有的两个没有天然卫星的大行星。因此金星上的夜空中没有“月亮”,最亮的“星星”是地球。由于离太阳比较近,所以在金星上看太阳,太阳的大小比地球上
35、看到的大1.5倍。 有人称金星是地球的孪生姐妹,确实,从结构上看,金星和地球有不少相似之处。金星的半径约为6073公里,只比地球半径小300公里,体积是地球的0.88倍,质量为地球的4/5;平均密度略小于地球。但两者的环境却有天壤之别:金星的表面温度很高,不存在液态水,加上极高的大气压力和严重缺氧等残酷的自然条件,金星不可能有任何生命存在。因此,金星和地球只是一对“貌合神离”的姐妹。,金星周围有浓密的大气和云层。这些云层为金星表面罩上了一层神秘的面纱。只有借助于射电望远镜才能穿过这层大气,看到金星表面的本来面目。金星大气中,二氧化碳最多,占97以上。同时还有一层厚达20到30公里的由浓硫酸组成
36、的浓云。金星表面温度高达465至485度,大气压约为地球的90倍。,金星的自转很特别,是太阳系内唯一逆向自转的大行星,自转方向与其它行星相反,是自东向西。因此,在金星上看,太阳是西升东落。金星绕太阳公转的轨道是一个很接近正圆的椭圆形,且与黄道面接近重合,其公转速度约为每秒35公里,公转周期约为224.70天。但其自转周期却为243日,也就是说,金星的自转恒星日一天比一年还长。因为金星是逆向自转的缘故;在金星上看日出是在西方,日落在东方;一个日出到下一个日出的昼夜交替只是地球上的116.75天。,火星的表面沙砾遍地,十分荒凉沉寂,遍布遭陨星袭击后因撞击形成的坑坑洼洼。它最引人注目的地形特点是干涸
37、的河床。它们多达数千条,长度从数百千米到10000千米以上,宽度也可达几千米到几十千米,蜿蜒曲折,纵横交错。它们主要集中在火星的赤道区域附近。这使科学家认为,火星上曾经有过大量水。像水手谷和奥林匹斯火山这样的特大地貌,在整个太阳系里都是十分罕见的。火星两极有白色极冠。,火星大气非常稀薄,二氧化碳占了96,有少量的水气和氧。表面的气压相当于地球3040千米高空的气压。温差很大,火星赤道中午时可达20摄氏度,两极处在漫长的极夜里,最低140摄氏度。火星上有云,分为干冰云、水冰云、尘埃云。大尘暴是火星大气中独有的现象,几乎在每个火星年里都要发生一次,火星中因大气的存在也有四季变化。,火星的两个卫星,
38、分别称为火卫一和火卫二。火卫一于火星中心的距离为9450千米,绕火星转一周为7小时39分。从火星表面上看火卫一,它就在火星的赤道上空的运行,从西边升起,东边下落,而且移动速度很快,每天要西升东落两次。火卫二离火星中心大约有23500千米,公转周期是30.3小时。,火星表面上的地理特征,主要有:环形山和火山。 和月面相比,火星上环形山的数量要少得多,环形山边缘坡度平缓(坡度都小于10),不象月面环形山能投射出尖尖的影子,这表明环形山曾受到严重的侵蚀。环形山可以分为两种:火山成因的环形山和陨石撞击而成的环形山。以地球表面的标准来看,火星表面的许多表面结构都算是巨型的。,木星是太阳系九大行星中最大的
39、一颗,按离太阳由近到远的次序,它排第五。木星是夜空中最亮的几颗星之一,仅次于金星,通常比火星亮(除火星冲日时以外),有时比最亮的恒星天狼星还亮。中国古代称木星为岁星,并用它来纪年。当时人们认识到木星约十二年运行一周天,便把周天分为十二分,称为十二次,木星每年行经一次,就用木星所在星次来纪年(也就是说,木星约12年绕太阳一周,在地球上看起来,这12年中每年的同一个时刻,木星在夜空中的位置是不同的。,12年后再重复原来的位置。)这种纪年法被称为岁星纪年法。木星的赤道半径为71400公里,为地球的11.2倍;体积超过地球的1500多倍;质量是地球的318倍,是太阳系所有其他行星总质量的两倍半。如此庞
40、大的木星平均密度却相当低,只有1.33克/立方厘米(地球平均密度为5.25克/立方厘米)。木星有十六颗卫星。1979年3月,美国“旅行者”1号发现木星周围有环,这样,木星成为太阳系中除土星和天王星外第三个有环的行,由于木星离太阳遥远,木星表面温度比地球表面低得多,宇宙飞船测得的温度为零下148摄氏度。木星没有固体表面而是一个流体行星,木星的主要成分是氢和氦,其比例类似太阳大气。而在木星中心则有一个主要由铁和硅构成的固体核,那里的温度可达3万摄氏度。这个核心称木星核。核的外面是以氢为主要元素组成的厚层,称为木星幔。它又可分为两层。第一层中估计压力为 300万个大气压,温度为11000摄氏度,氢处
41、于液态金属氢状态,其中分子离解为独立的原子,形成导电的流体。这一层从核向外延伸到46000公里处。第二层延伸到70000公里处,被认为是由液态分子氢构成。大气在这层之上再延伸1000公里,直到云顶。,已知木星大气中氦的含量是氢的10。对木星的光谱研究得知,氨和甲烷的含量比例同太阳大气中相似。“旅行者” 1号在木星大气中发现了碳、氧和少量的铁,还发现了大量的硫在木星大气中逸散。在木星的背阳面,发现了三万公里长的极光,这表明木星大气受到很多高能粒子的轰击。木星的云带被木星的自转拉长,在木星的厚大气中升降着,行星际探测器的红外线观测表明,暗的带纹是较低、较热的云区,亮带则是较高、较冷的云区。当然,不
42、论带或带纹都是冷的。带的温度是130K,带纹温度是136K。,木星是离太阳第五颗行星,而且是最大的一颗,比所有其他的行星的合质量大2倍(地球的318倍)。木星可能有一个石质的内核,相当于1015个地球的质量。 内核上则是大部分的行星物质集结地,以液态金属氢的形式存在。这些木星上最普通的形式基础可能只在40亿巴压强下才存在,木星内部就是这种环境(土星也是)。液态金属氢由离子化的质子与电子组成(类似于太阳的内部,不过温度低多了)。在木星内部的温度压强下,氢气是液态的,而非气态,这使它成为了木星磁场的电子指挥者与根源。同样在这一层也可能含有一些氦和微量的“冰”。 最外层主要由普通的氢气与氦气分子组成
43、,它们在内部是液体,而在较外部则气体,木星有16颗已知卫星,4颗大伽利略发现的卫星,12颗小的。 由于伽利略卫星产生的引潮力,木星运动正逐渐地变缓。同样,相同的引潮力也改变了卫星的轨道,使它们慢慢地逐渐远离木星。 木卫一,木卫二,木卫三由引潮力影响而使公转共动关系固定为1:2:4,并共同变化。木卫四也是这其中一个部分。在未来的数亿年里,木卫四也将被锁定,以木卫三的两倍公转周期,木卫一的八倍来运行。,木星有一个同土星般的光环,不过又小又微弱。它们的发现纯属意料之外,只是由于两个旅行者1号的科学家一再坚持航行10亿千米后,应该去看一下是否有光环存在。其他人都认为发现光环的可能性为零,但事实上它们是
44、存在的。这两个科学家想出的真是一条妙计啊。它们后来被地面上的望远镜拍了照。,土星大气层的次要成份是氢,此外还有少量的氦和甲烷。土星是太阳系中独逐一颗密度小于水的行星,要是有一个足够大的海洋可以包容,土星就决不会沉底。土星的云层也有变幻着的与木星类似的图案,但比木星要暗淡的多。土星的两极大气中也有极光。 土星只需10个小时39分钟就自转一周。在如此疾速的自转速度作用下,土星变成了一个分明的椭球。土星的公转周期是29.4年,间隔太阳14亿3千2百万公里。,土星最引人注目的地方是环绕着其赤道的宏大光环。一切巨行星都有光环,但土星的光环是最明显的,在地球上人们只需求一架小型望远镜就能很分明地看到它。土
45、星的光环不是一个全体,它包括7个小环,环外沿直径约为274000公里。光环由一些冰、尘埃和石块混合在一同的碎块构成的。这些碎块可以是一颗远古时期的土星卫星在土星系潮汐引力的作用下崩溃后剩下的残片。,这是“卡西尼”太空船抓拍到土星在黑色调宇宙背景 释放出奇幻的蓝色、宝石蓝色和绿色。,距离太阳的第七颗行星天王星是太阳系中的第三大行星。它的赤道直径 51,800 公里,每 84.01 地球年绕太阳公转一周,和太阳之间的平均距离是 28.7 亿公里。自转一周 17 小时 14 分。天王星至少有 22 个卫星,其中有5个是大卫星,最大的两个是天卫三 Titania 和天卫四 Oberon。,天王星的大气
46、由 83% 的氢、15% 的氦、2% 的甲烷与少量的乙炔和其他碳氢化合物组成。上层大气中的甲烷吸收红光,使得天王星呈现出蓝绿色。大气层中排列着在各个纬度运行的云层,其形成机制与木星和土星鲜明的纬度云带相似。天王星中纬地区的风向与行星自转方向保持一致,风速在每秒 40-160 米之间。射电科学实验发现,在赤道地区,风速保持在每秒 100 米,但方向正好相反。,天王星最著名的特征是其倾斜的姿态。导致它保持这个不寻常的姿势的原因,可能是由于在太阳系形成的初期一个行星大小的天体与它发生过碰撞。旅行者 2 号发现,这个倾斜的姿势给天王星带来的最让人吃惊的影响是在给它的磁场所造成的后果,它的磁场轨迹与其自
47、转轴有 60 度的夹角。行星的自转把磁场扭曲成了长长的螺旋形。磁场的成因尚未明了;原本以为在其内核和大气之间存在着的一个由水和氨水组成的导电的、超高压的海洋看起来并不存在。地球和其他行星磁场的成因据说是由于它们熔化的内核所导致的电流作用。,1977 年,天王星的首批共九条环被发现。在旅行者号的访问期间,这些环被一一照相和排列,并发现了另两条新的环和小环。天王星的环和木星环和土星环显然不同。最外面的第五环的成份大部分是直径为几英尺的冰块,整个环系统布满了细小的尘埃。,海王星是太阳系中最远的气体巨行星。它的赤道直径是 49,500公里 。如果海王星是中空的,它能够容纳将近 60个地球。海王星上的一
48、年相当于地球上的 165年。它有 8颗卫星,其中的 6 颗是被旅行者号(Voyager)发现的。海王星上的一天长 16 小时6.7 分钟。,海王星于 1846年9 月 23日 由德国天文学家(Johann Gottfried Galle)在柏林天文台 (Berlin Observatory)观测到。而他的发现很大程度上要归功于法国的年轻天文学家勒维耶 (Urbain Le Verrier) 对海王星的轨道和亮度的推算。事实上早在1845年,英国剑桥大学的学生亚当斯 (John Couch Adams) 就已经首先提出在天王星的外面还有一颗大行星。他还同时计算出了这颗行星的轨道、质量等。遗憾的是
49、当时他的辛苦而杰出的研究并未引起人们的重视。不过无论怎样,这颗行星的发现意义非同寻常,当时人们认为失败的天体力学取得了一个伟大的胜利。,海王星的内部(约占整个星球的三分之二)由熔岩、水、液氨和甲烷的混合物组成。外面的一层(约占整个星球的三分之一 )是由氢、氦、水和甲烷组成的气体的混合物。甲烷赋予了海王星蓝色的外观。,海王星南半球有一个醒目不暇接的大黑斑,其开头相对比例与木星的大红斑类似。 天文学家认为它也是一个大气旋,是令人惊心动魄的风暴区。,大小与地球大小比较。 海王星的赤道半径是地球赤道半径的3.88倍。,“旅行者2号”探测器1989年首次飞经海王星,并对其进行了详细的科学考察。经研究,天文学家确认海王星有5条光环:里面的3条比较模糊,外面两条比较明亮,最外侧的环中有几段明亮的弧。天文学家将最外侧的这条光环命名为“亚当斯环”,并将其中几段明亮的弧依次命名为“自由”、“平等”和“互助”。,第谷造就了开普勒,而开普勒发现了行星运动三大定律。开普勒三定律标志了现代天文学的开端。 开普勒第一定律:也称椭圆定律;也称轨道定律:每一个行星都沿各自的椭圆轨道环绕太阳,而太阳则处在椭圆的一个焦点中。,开普勒第二定律:也称面
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