第二章第四节太阳和太阳系(二、太阳系)

第四节太阳和太阳系太阳太阳系一、太阳

●太阳的距离、大小和质量日地平均距离：1.496×108km（即天文单位）大小：半径约700000km（为地球半径的109倍）表面积：地球表面积的12000倍

体积：地球体积的1300000倍质量：1.989×1030kg（约为地球质量的33万倍）●太阳的热能、温度和热源太阳热能太阳常数：8.16J/(cm2·min)；平均距离，太阳直射，大气界外；太阳辐射总量：3.826×1026J/s；地球所得：1.74×1017J/s（占22亿分之一）。

太阳温度根据太阳辐射热量推算的温度称有效温度；根据太阳辐射光谱测定的温度称辐射温度；太阳光球温度：5770K

；太阳中心温度：15000000K；色球温度：100000K；日冕温度：1500000K。太阳热源产热过程：热核反应（氢核聚变为氦核）；产热方式：质量转化为能量；产能中心：在太阳核心。H→He+能量太阳是我们惟一能观测到表面细节的恒星。直接观测到的是太阳的大气层，它从里向外分为

光球→色球→日冕●太阳大气光球光球是太阳大气最低的一层，即一般用白光所观测到的太阳表面“厚度仅500公里左右”。我们接收到的太阳能量基本上是光球发出的。因此，太阳的光谱实际上就是光球的光谱。色球色球层是太阳大气的中间层，平均厚度为2000千米。密度比光球层稀薄。温度有几千至几万摄氏度；但发出的光只有光球层的几千分之一。

平时无法看到色球层，只有在发生日全食的时候，在暗黑日轮的边缘可以看到一弯红光，仅持续几秒钟，这就是色球的光辉。日冕日冕是太阳大气的最外层（其内部分别为光球层和色球层），厚度达到几百万公里以上。日冕发出的光比色球层的还要弱，只有在日全食时才能看到。日冕温度有100万摄氏度，粒子数密度为1015m3。在高温下，氢、氦等原子已经被电离成带正电的质子、氦原子核和带负电的自由电子等。这些带电粒子运动速度极快，以致不断有带电的粒子挣脱太阳的引力束缚，射向太阳的外围。形成太阳风。●太阳活动太阳大气层里一切活动现象的总称。主要有太阳黑子、光斑、耀斑、日珥和日冕膨胀事件等。时烈时弱，平均以11、22年为周期。太阳大气活动剧烈期的太阳称为“扰动太阳”，辐射出大量紫外线、x射线、粒子流和强射电波，因而往往引起地球上极光、磁暴和电离层扰动等现象。太阳大气比较平静时，成为“平静太阳”太阳活动的主要标志——光球层上的黑子、光斑，色球层上的耀斑、日珥。太阳黑子是太阳光球层上发生的一种太阳活动，是太阳活动中最基本、最明显的。太阳黑子实际上是太阳表面一种炽热气体的巨大漩涡，温度大约为3000-4500℃。因为其温度比太阳的光球层表面温度要低1000到2000摄氏度（光球层表面温度约为6000摄氏度），所以看上去像一些深暗色的斑点。太阳黑子很少单独活动，通常是成群出现。黑子的活动周期约为11年。光斑是太阳光球层边缘出现的明亮组织，向外延伸到色球就是谱斑。光斑一般环绕着黑子，与黑子有密切的关系。太阳耀斑，亦称色球爆发是在太阳的色球-日冕过渡层中发生的一种局部辐射突然增加的太阳活动，是最剧烈的太阳活动。日珥是从色球层不断喷射出的火焰状物质，形态千变万化，肉眼只有在日全食时才能观测到。太阳活动对地球的影响①扰动地球上空电离层，影响无线电短波通信；②扰动地球磁场，产生“磁暴”现象；③作用于两极高空大气，产生极光；④影响地球自然环境，产生自然灾害；⑤对人体的影响，某些疾病、血液系统、神经系统的变化和太阳黑子活动呈现出明显的相关性。太阳的外部结构（太阳大气光球色球日冕厚度（km）约500约2000从色球顶部延伸至几十（70）个太阳半径处内冕；外冕温度6800K（底部）～4500K（顶部）4500K～12万K(顶部)可达100万度颜色黄色玫瑰红白色密度(g/cm3）2×10-7～3×10-8（稀薄）10-8～10-11

约10-15，接近真空光球色球日冕主要特征米粒组织（直径300km到1000km之间）黑子：具有强磁场的旋涡，温度低于光球光斑：温度高于光球临边昏暗连续光谱源针状物（很亮的气体组成的射流，“燃烧的草原”）日珥闪光光谱（色球光谱）谱斑耀斑冕洞：日冕上的暗黑区域太阳风：从太阳射出的高能粒子流备注11年的周期日全食时观测色球望远镜观测日全食时观测。日冕仪（人造日全食）二、太阳系

太阳系是由太阳、八大行星及其卫星、矮行星、太阳系小天体及行星际物质组成的天体系统。太阳系的发现太阳系的组成太阳系的结构和运动太阳系的起源太阳系的发现古代人对宇宙的认识托勒密的地心体系日心地动说的确立网站链接洪恩在线——天文学家/art/twdg/index8.htm古代人对宇宙的认识从直观上：

——地心说的萌芽地静天动，地居中心地动天静从运动的相对性上：

——地动说萌芽坐地观天地心说的代表天如鸡子，地如中黄。张衡：浑天说

地居中心，其他天体绕地球运转。亚里士多德：地球中心说从盖天说到浑天说春秋时期盖天说天在上地在下东汉时期浑天说天如鸡子地如中黄地动说的代表赫拉克里的斯阿里斯塔克《尚书·纬·考灵曜》“与其设想整个天穹在环绕大地旋转，倒不如设想大地在绕着自己的轴线旋转。”根据粗略的测量，得出“日比地大”的结论，从而断定地球绕太阳运动。

地体虽静，而终日旋转，如人坐舟中，舟自行动，而人不自知。托勒密的地心体系

公元二世纪，希腊天文学家托勒密，创立了完整的宇宙体系－－托氏地心体系。托氏地心体系要点从亚里士多德到托勒密亚里士多德：地球中心说阿波隆尼：本轮－均轮模型地球中心说图示行星亮度的变化行星的逆行行星的逆行逆行西东本轮－均轮模型本轮均轮西东托氏地心体系要点地球静止在宇宙中心宇宙有九重天原动天推动各层天自东向西作周日运动，同时各行星在自己的本轮上作匀速转动除恒星天外，其余七重天又都有各自的与周日运动方向相反的运动月水金日火木土恒原动天对地心体系的评价对地心体系的评价标志着人类认识宇宙的一个阶段

符合直觉印象，比较好的解释了行星的运动，是系统的总结前人对宇宙的认识后形成的一个完整的宇宙体系。后为欧洲中世纪教会所利用教会宣扬，上帝创造了日月星辰和人，并把人放在地球上，使地球居于宇宙的中心，其他的日月星辰均是为了地球而存在的。

科学只是教会恭顺的婢女，它不能超越宗教信仰所规定的界线，因而根本不是科学。

——恩格斯《反杜林论》上帝创造世界时如果向我征求意见的话，天上的秩序可能安排得更好一些。哥白尼（1473--1543）波兰天文学家。通过近40年的观测和研究，在1543年出版巨著《天体运行论》，彻底推翻了托勒密的地心体系，提出了新的宇宙体系——日心体系。日心地动说的确立哥白尼日心体系的要点太阳是宇宙的中心地球只是一颗行星，同其他行星一起绕太阳公转日月星辰的东升西落是地球自转的反映月球是地球的卫星，每月绕地球一周，同时跟随地球绕日公转日心学说的发展布鲁诺

伽利略

开普勒

牛顿月水金日火木土恒原动天地心体系图示：水金火木土恒星天日心体系图示：布鲁诺（1548--1600）意大利哲学家

宇宙是无限的。在太阳系之外有着数不尽的世界，我们所看到的世界只是无限宇宙中非常渺小的一部分。太阳不是宇宙的中心，无限的宇宙根本没有中心。

——《论无限宇宙及世界》（1584年）伽利略(1564—1642)意大利天文学家。是用望远镜观察天体并取得大量成果的第一人，被誉为“天空中的哥伦布”。

月亮并不象亚里士多德所说的那样完美无缺；木星有四颗卫星，它们绕木星而不是绕地球转动；银河是由大量恒星构成的。

——《星界的报告》（1610年）开普勒（1571--1630）德国天文学家。在丹麦皇家天文学家第谷大量观测资料的基础上，开普勒总结出行星运动的三大定律，为人们描绘出行星运动的轨道，被誉为“天空立法者”。行星划出一个以太阳为焦点的椭圆；由太阳到行星的矢径在相等的时间内划出相等的面积；行星公转周期的平方与它同太阳距离的立方成正比。

——《哥白尼天文学概论》（1618年）牛顿（1642--1727）英国科学家。发明了微积分；发现了万有引力定律；系统总结了物体运动三大定律；发明了反射式望远镜。

如果我比别人看得远些，那是因为我站在巨人们的肩上。利用万有引力定律，英国的亚当斯和法国的勒维耶计算出当时上不为人们所知的海王星轨道，被称作“笔尖上的发现”。哥白尼的太阳系学说有三百年之久，一直是一种假说，这个假说尽管有99%、99.9%、99.99%的可靠性，但毕竟是一种假说。而当勒维耶从这个太阳系学说所提供的数据，不仅推算出还存在一个尚未知道的行星，而且还推算出这个行星在太空中的位置的时候，当后来伽烈确实发现这个行星的时候，哥白尼的学说就被证实了。

——恩格斯第谷的宇宙体系（1546-1601）木星及其卫星木星及木卫一木卫一经过木星上空木卫一（左）和木卫二（右）海盗1号拍摄的伽利略卫星太阳系的组成◆太阳◆八大行星及其卫星◆矮行星◆小天体◆行星际物质网站链接行星定义行星定义及其他行星围绕太阳运转、自身引力足以克服其刚体力而使天体呈圆球状、并且能清除其轨道附近其他物体的天体。矮行星与行星同样具有足够质量，呈圆球状，但不能清除其轨道附近其他物体的天体。小天体围绕太阳运转但不符合上述条件的天体。包括小行星、彗星、流星体等八大行星及其分类水星金星地球火星木星土星海王星天王星水星（Mercury）离太阳最近质量和体积较小与太阳角距离不超过280

没有卫星与日距离公转周期自转周期0.4AU88日59日赤道与轨道夹角半径质量280

1/3地球6%地球水星日出在水星上观察到的太阳的视半径会超过地球上的两倍

水星与地球的比较由于质量较小，水星大气非常稀薄，表面温度变化十分剧烈，白天可高达4200C以上，夜晚则下降为-1700C以下。水星与太阳的角距离示意图1973年，美国发射了水手10号宇宙飞船，对水星进行近距探测，发回大量有关信息，让我们清晰的看到水星的地表形态。

水星地表南极附近直径约100km的陨石坑金星（Venus

）浓密的大气逆向自转没有卫星与日距离公转周期自转周期0.7AU225日243日赤道与轨道夹角半径质量1770

95%地球80%地球金星与地球的比较金星的质量、大小与地球十分相似，所以被称为地球的“姊妹星”。基于这些，人们曾经想象金星的环境也许和地球相似，但实际上金星与地球差异很大。

被浓密云层遮掩的金星金星浓厚的CO2大气造成强烈的温室效应，其表面温度高达4500C。火星（Mars）寒冷干燥火星探测火星的卫星与日距离公转周期自转周期1.5AU1.88年24时37分赤道与轨道夹角半径质量240

½地球10%地球火星与地球的比较

尽管火星的体积、质量都比地球小，大气层比地球稀薄，但却有着和地球相似的昼夜长短和季节变化。是太阳系中与地球最相似的一颗行星。荒凉的火星地表火星探测最早的火星空间探测器是美国水手4号飞船，1965年飞临火星，首次发现火星表面的环形山。最早登陆火星的是美国海盗号飞船探测器，1976年降落火星表面，测绘了详尽的火星表面图。2004年美国发射的勇气号和机遇号探测器，在火星表面找到了曾经存在过水的证据。

火星上的“蓝莓果”美国宇航局的科学家通过机遇号发回的信息认为这些镶嵌在火星岩层上的小石球其主要成分是赤铁矿，而赤铁矿主要是在有水的环境下形成的。

火卫一、二

火星的体积比地球小，大气也比地球稀薄。大气压只有地球的千分之七。主要成份是二氧化碳，其他成份还有氮、氩、氧等。

水在火星大气中的比重只有百分之零点零三。因而火星表面异常干燥。

火星的平均气温为零下五十五摄氏度，而温差较大：在夏季的昼间，气温最高为二十摄氏度，而在冬季，气温则可低达零下一百多摄氏度。火星上经常有强风，因而常导致大范围的尘暴。

虽然火星大气中的水少得可怜，但科学家们发现，火星上的许多地区有被侵蚀的迹象，而且那纵横交错的河床似乎在告诉我们，火星上曾经有过液态的水，而且水还很多，它们聚集成大大小小的湖泊，甚至海洋。科学家们作出的解释是，在火星的形成初期，这个星球被厚厚的二氧化碳云层所包裹，导致了强大的"温室效应"，受太阳辐射后，火星表面的热量被云层阻隔，无法散发到外层空间，使得气温升高，使水能以液态存在。那时的火星温暖湿润，可能孕育过生命。在火星的两极有大量的固态二氧化碳，科学家们猜测，在这些巨大的冰盖下面可能存在着固态的水。木星（Jupiter）液态星球色彩分明的条纹昏暗的木星环木星的卫星与日距离公转周期自转周期5.2AU11.9年9时50分赤道与轨道夹角半径质量30

11地球318地球木星上色彩分明的条纹大红斑木星结构由氢和氦组成的1000多千米厚的大气层

由氢组成的液态氢的海洋

由铁和硅组成的固体核

大红斑旅行者2号1979年拍摄的大红斑大红斑是木星大气中一团激烈旋转的上升气流，已经持续了几百年木星光环1979年旅行者号拍摄木星及其伽利略卫星木星目前已知有58个卫星。按发现的先后次序编号木卫一～四是4颗最大也是最亮的卫星，由伽利略用望远镜首先发现

土星(Saturn)与日距离公转周期自转周期10AU29.5年10时14分赤道与轨道夹角半径质量260

10地球95地球美丽的光环密度最小众多的卫星土星的光环土星的卫星已知有33颗卫星。其中土卫六最大，半径超过了水星。土卫六和土卫二是太阳系中拥有浓密大气的卫星。

土星探测土星探测

由NASA和ESA联合发射的“卡西尼-惠更斯”号探测器2004.7进入土星轨道。天王星（Uranus

）躺着自转昏暗的环众多的卫星与日距离公转周期自转周期20AU84年24±3时赤道与轨道夹角半径质量980

4地球15地球天王星光环“旅行者”拍到的天王星环1977年在天王星掩食恒星的观测中首先发现。1986年，“旅行者2号”飞掠天王星时，又发现了天王星其他的环。1997年，哈勃望远镜更清晰的拍摄了天王星的环。

天王星光环与卫星哈勃望远镜拍摄的照片中更清晰的显示了天王星的环，并且还拍摄到天王星周围的8颗卫星。天王星的卫星目前已证实了天王星有20颗卫星。海王星（Neptune

）与日距离公转周期自转周期30AU165年24±4时赤道与轨道夹角半径质量290

4地球17地球暗淡的环活跃的大气层8颗卫星活跃的大气层海王星上的白云大黑斑哈勃中的海王星1994.10.101994.10.181994.11.11暗淡的海王星环海王星的卫星海卫一——泰坦海卫一地平线上的海王星冥王星（Pluto

）与日距离公转周期自转周期40AU248年6日赤道与轨道夹角半径质量600

1/5地球0.24%地球偏心率很大的公转轨道只有一颗卫星——卡戎画家笔下的冥王星画家笔下的冥王星地貌，左面小圆点是太阳，天上是冥卫卡戎1500km1200km海王星与冥王星轨道示意图八大行星的分类水金地火木土天海按地球轨道的位置________地内行星___________________

地外行星水金地火木土天海按小行星带的位置________________(带)内行星水金地火木土天海按物理性质类地行星和类木行星巨行星(带)外行星_______________

远日行星卫星数目表面温度光环密度体积质量行星类木行星类地行星水金地火木土天海较小较大较小较大较高较低无有较高较低少多少较低无较低较小较小冥王星类地行星和类木行星矮行星PlutoCeres2003UB313Eris冥王星人们搜索冥王星的最初目标，是为了解释天王星轨道的异动。由于海王星只能部分解释天王星实际轨道与预测轨道的差异，19世纪末的天文学家猜测，在海王星的轨道范围之外，还应该有一个未知天体，它的引力干扰着天王星的运动。冥王星及其卫星卡戎1930年，美国天文学家汤博发现了这颗远离太阳的未知天体，被命名为Pluto——冥王星。备受质疑的“大行星”与其他8颗行星相比，冥王星显得过于特别。它非常小，比许多其他行星的卫星还小，比如月球。

与众不同的公转轨道其他行星的轨道平面都与地球轨道平面基本一致，冥王星的轨道平面却与其呈很大夹角（17º）。其他行星的轨道几乎是完美的圆形，而冥王星的轨道是一个有很大偏心率的椭圆形

对太阳系边缘的新认识柯伊伯带的发现意味着，在海王星轨道之外、离太阳约50个天文单位的区域，并不是由冥王星占统治地位的空旷地带，而有许多“居民”。近几年来人们不断发现更大的柯伊伯带天体，其中2003UB313甚至比冥王星还要大。

冥王星失去行星地位2006.8.24，国际天文学联合会第26届大会投票决定，将冥王星列入“矮行星”。小天体

小行星

彗星

流星体小行星

小行星是指那些围绕太阳运转但体积太小而不能称之为行星的天体。最大的小行星直径不过1000千米，而小的则只有几百米。岩石物质组成

形状不规则体积小特点火星和木星轨道之间分布小行星带分布示意图小行星照片小行星Ida及其卫星探测器拍摄到的小行星图像彗星

彗星在天空中不常见，因其外貌独特，在西方称之为发星，中国称之为扫帚星。物质组成：运动轨道：独特结构：由掺杂着尘埃的冰冻物质组成偏心率很大的椭圆轨道彗核彗发彗尾

哈雷（1656—1742），英国天文学家，格林尼治天文台第二任台长。1676年建立了南半球第一个天文台，测编了包括341颗南天恒星的星表。1705年出版《彗星天文论说》一书，预言了将于1758年回归的彗星同1456、1531、1607、1682年出现的是同一颗彗星。当这颗彗星于1758年重新出现时，哈雷已经长眠于地下16年了。为纪念他，人们把这颗彗星命名为哈雷彗星。海尔—波普彗星1997年3月27日摄于意大利彗星的轨道

由于彗星轨道的偏心率很大，轨道十分扁长，所以彗星的绕转周期很长。周期小于200年的即为短周期彗星。著名的哈雷彗星周期为76年，最近一次回归是1986年。彗核3A.U彗发2A.U彗尾彗星的结构流星体

流星体实质上也是环绕太阳运转的小型天体，其体积非常小。流星体闯入地球大气层，在80—110千米高空与大气摩擦燃烧而发出强光，便称为流星。如果流星体在大气层中没有完全燃烧而坠落到地表，便是陨星。陨石：主要由硅酸盐组成。占陨星的92.8%。陨铁：主要由铁、镍金属组成。占陨星的5.7%。石铁陨星：介于二者之间。流星体流星陨星陨星的分类流星雨吉林一号陨石1976年3月8日降落于吉林市郊。重达1770千克，是目前已知的最重的陨石，图中标尺为30厘米。陨星

显微镜下火星陨石的不寻常的管状结构，被认为是火星上曾经存在生命的证据。

南极发现的陨石，其结构与科学家估计的火星岩石十分相似。有人认为它来自火星。形成于180万年前。

南极发现的陨铁，含有大量的铁和镍。可能是一颗已毁灭的小行星内核的一部分。历史上的流星雨

我国有着世界上最丰富和最系统的天象纪录。对狮子座流星雨的爆发就记载有7次之多。其中一次发生在400多年前。“明嘉靖十二年（1533年）十月初八夜，万星纵横流飞，俄陨如雨，至天曙方止。”1833年11月12日夜，美国东部波士顿地区的居民被一种从未见过的天象惊住了（如上图），他们看到天空中的流星如雪片似的飞舞，成千上万颗的流星从狮子座那里射向四面八方，持续六、七个小时，总数多达20余万颗。海尔大学的教授奥姆斯特德当时写道：数不清的流星射向四面八方，几乎没有空隙，流星宛如雪花，纷纷飘落，每一朵雪花就是一颗亮晶晶的流星。第二天黄昏，有一些好奇的目击者还跑出门去等待夜幕的降临，他们真担心天上的星星是不是都掉光了。流星雨形成示意图太阳系的结构和运动行星运动遵循开普勒三定律行星公转的共面性、近圆性、同向性行星的分布里密外疏开普勒定律第一定律：行星绕日公转轨道是椭圆，太阳位于椭圆的一个焦点上。第二定律：行星向径（行星与太阳的连线）在相等的时间内扫过相同的面积。即行星公转的面积速度保持不变。第三定律：任何两行星绕日公转周期的平方之比等于它们到太阳距离的立方之比。——轨道定律——面积定律——周期定律轨道定律远日点近日点cab椭圆的偏心率e＝c/a行星公转轨道的偏心率均很小，说明行星公转轨道接近于圆形。行星公转的轨道参数与日距离e值轨道倾角水星0.4AU0.2067.00

金星0.70.0073.40地球10.01700火星1.50.0931.90木星5.20.0481.30土星9.60.0552.50天王星19.30.0510.80海王星30.10.0061.80b/a=0.98面积定律行星的轨道速度（角速度、线速度）随与日距离而变：近日点附近，公转较快，远日点附近，公转较慢。

因轨道偏心率很小，故速度变化程度不