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第6章 太阳系家族——八大行星和“兄弟”(1)

太阳系是一个美丽而神秘的行星系统,其中包含着许多神秘的行星和卫星,如火星北极陨坑覆盖着冰水,如同镜子一样;木星表面的大红斑风暴相当于“卡特琳娜”飓风的10万倍;木星表面以下可能潜藏着太阳系最大的海洋。

以太阳系为中心的“大家族”

太阳系位于一个被称为银河系的星系内,距离银心25000~28000光年,在银河系内的速度大约是220千米/秒,因此环绕银河公转一圈需要2亿2千5百万年~2亿5千万年,这个公转周期称为银河年。

太阳系这个大家族的成员

科学家们对太阳系的最新认识是,太阳系是以太阳为中心,和所有受到太阳引力约束的天体的集合体,由8颗行星、至少165颗已知的卫星、3颗已经辨认出来的矮行星,和数以亿计的太阳系小天体组成。

8颗行星包括4颗像地球的内行星,4颗充满气体的巨大外行星。依照至太阳由近及远的距离,行星序是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星,8颗中的6颗有天然的卫星环绕着。太阳系外侧的行星都有由尘埃和许多小颗粒构成的行星环绕着,而除了地球之外,在东方,古人将肉眼可见的行星以五行为名,在西方则全都以希腊和罗马神话故事中的神仙为名。

太阳系小天体包括由许多小岩石组成的小行星带,被称为柯伊伯带的第二个小天体区小行星、充满冰冻小岩石的彗星和星际尘埃。在柯伊伯带之外还有黄道离散盘面、太阳圈和依然属于假设的奥尔特云。

太阳系成员的特点

在太阳系中,金星、地球、水星和火星四颗内行星或是类地行星的特点是高密度、由岩石构成、只有少量或没有卫星,也没有环系统。它们由高熔点的矿物,像是硅酸盐类的矿物,组成表面固体的地壳和半流质的地幔,以及由铁、镍构成的金属核心所组成。四颗中的三颗(金星、地球和火星)有实质的大气层,全部都有撞击坑和地质构造的表面特征(地堑和火山等)。内行星容易和比地球更接近太阳的内侧行星(水星和金星)混淆。

家长的“权威”

在太阳系这个天体大家庭中,太阳是老大,所有的其他天体都沿着一定的轨道围绕着太阳旋转。偶尔有几个彗星和流星横冲直撞,离开轨道,但最终也逃不脱太阳的控制,太阳就好像一条无形的绳子拉着其他天体一起旋转。这条“绳子”就是“万有引力”。太阳是太阳系中最重的,也是唯一自身能发光的恒星,其他所有的成员都只能靠反射太阳光而发亮。

太阳系的空间范围很大,如果把距离太阳最远的矮行星——冥王星的轨道作为太阳系的边界的话,那么,这个大家庭所占的空间直径长达120亿千米。

八大行星是太阳系中的主要成员,其中,以水星距离太阳最近,其次是金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。还有几十万颗小行星,主要集中在火星和木星之间。

太阳这位家长,用关爱、热情以及能量,将水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星等八兄弟,还有冥王星、谷神星、阋神星等矮行星,它们的卫星和无数小行星、彗星、流星等团结、联系、维系在自己的四周,形成一个以它为中心的太阳系大家庭。

虽然学者同意另外还有其他和太阳系相似的天体系统,但直到1992年才发现别的行星系。至今已发现几百个行星系,但是详细材料还是很少。这些行星系的发现是依靠多普勒效应,通过观测恒星光谱的周期性变化,分析恒星运动速度的变化情况,据此推断是否有行星存在,并且可以计算行星的质量和轨道。应用这项技术只能发现木星级的大行星,像地球大小的行星就找不到了。

水星——铁质般行星

水星小档案

公转轨道:距太阳5791万千米

行星直径:4880千米

质量:3.30×1023千克

水星是最靠近太阳的行星,所以它运行的速度比其他行星都快,每秒的速度接近48千米,并且不到88天就公转太阳一周。

名字的来历

在古罗马神话中水星是商业、旅行和偷窃之神,即古希腊神话中的赫耳墨斯,为众神传信的神,或许由于水星在空中移动速度很快,才使它得到这个名字。早在公元前3000年的苏美尔时代,人们便发现了水星,古希腊人赋予它两个名字:当它初现于清晨时称为阿波罗,当它闪烁于夜空时称为赫耳墨斯。不过,古希腊天文学家们知道这两个名字实际上指的是同一颗星星,赫拉克赖脱(公元前5世纪之希腊哲学家)甚至认为水星与金星并非环绕地球,而是环绕着太阳在运行。

为什么说它像个大铁球

水星在许多方面与月球相似,它的表面有许多陨石坑而且十分古老;它也没有板块运动。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1800~1900千米,是水星内部的支撑者。而硅酸盐外壳仅有500~600千米厚,至少有一部分核心大概成熔融状。

水星非常小,是由岩石构成的,表面布满被流星撞击而形成的环形山和坑洞,另外有平滑、稀疏的坑洞平原。水星表面另外还有山脊,这是行星在40亿年前核心逐渐冷却与收缩所形成的,因此表面起伏不平。

水星的半径为2440千米,是地球半径的38.3%。水星的体积是地球的5.62%,质量是地球的0.05倍。水星外貌如月,内部却像地球,也分为壳、幔、核三层。天文学家推测水星的外壳是由硅酸盐构成的,其中心有个比月球还大的铁质内核。水星没有卫星,因此水星的夜晚是寂寞的,那里没有“月亮”,除了太阳以外,天空中最亮的星就是金星。

昼夜温差600°以上的无人境地

水星是最靠近太阳,也是最小的行星。太阳自转两周,而水星仅自转三周,因此科学家很难观测到水星的季节交替。水星几乎没有大气层,其表面的气候变化较为极端,没有强烈的风暴,没有天然的卫星,仅知的地质特征除了撞击坑外,只有大概是在早期历史与收缩期间产生的皱折山脊。水星只有微不足道的大气,包括被太阳风轰击出的气体原子,因此太阳光芒直射水星光秃秃的地面。水星经过白天太阳曝晒后,表面温度可达摄氏500度以上,因此水星是太阳系九大行星中地表温度最高的。而黑夜一到,热量就会很快散失,地表温度可降到摄氏零下170度左右,昼夜温差达到摄氏600度以上,在这样的环境中,加上没有水的存在,自然也难以找到生命的踪迹。

水星观光

水星绕太阳公转的轨道是一个较扁的椭圆,当它在近日点和远日点时,所看到的太阳大小可差1倍多。太阳在水星的天空中移动得非常慢,如果在水星上看日出,耐着性子得花上十几个小时。不过,要真的去水星看太阳也只能是幻想,因为水星离太阳的距离是地球到太阳的1/3左右,再加上没有大气遮挡,光线比地球赤道的阳光还强6倍。不要说人,就是一些熔点较低的金属也会熔化。另外,水星上既无空气又无水,昼夜温差悬殊,最热时达到摄氏427度,最冷时则只有摄氏零下173度。

不过由于水星离太阳最近,明亮的阳光常常淹没水星的身影,所以肉眼很难看到。在地球上,只有在傍晚后和黎明前才能看到略带红色的水星,而且时间很短。

有趣的环山命名

水星上的环形山和月球上的环形山一样,也进行了命名。在国际天文学联合会已命名的310多个环形山的名称中,其中有15个环形山是以我们中华民族的人物的名字命名的。有伯牙:传说是春秋时代的音乐家;蔡琰:东汉末女诗人:李白:唐代大诗人;白居易:唐代大诗人:董源:五代十国南唐画家;李清照:南宋女词人;姜夔:南宋音乐家;梁楷:南宋画家;关汉卿:元代戏曲家;马致远:元代戏曲家;赵孟頫:元代书画家;王蒙:元末画家;朱耷:清初画家;曹霑(即曹雪芹):清代文学家;鲁迅:中国现代文学家。

水星表面上环形山的名字都是以文学艺术家的名字来命名的,没有科学家,这是因为月面环形山大都用科学家的名字命名了。水星表面被命名的环形山直径都在20千米以上,而且都位于水星的西半球。这些人的大名将永远与日月争辉,以此纪念他们为人类作出的卓越贡献。

据计算,水星上的一昼夜约相当于地球上的176天,白天和黑夜各约88天。如同地球上一样,以水星公转一周为水星上的“一年”,以水星上的一昼夜为水星上的“一天”,那么,水星上的“一天”就相当于“两年”了。由于水星上的一昼夜相当长,在水星上看太阳,太阳几乎是不动的。又由于水星公转的椭圆轨道较扁,而且水星一个“白天”正好公转一周,因此,在水星的一个“白天”里,天空中的太阳圆面的大小看上去会相差大约一半。

金星——地狱般的行星

金星小档案

轨道半径:距太阳10820万千米

行星直径:12103.6千米

质量:4.87×1024千克

金星是太阳系第二颗行星,全天最亮的行星就是金星,通常是在清晨或傍晚才看得到,最亮时的亮度就如同一盏挂在山边的路灯,一般的望远镜即可观测到,常可看到如月球的盈亏现象。

地球的孪生姐妹

天亮前后,东方有些发白的天空中,有时会出现一颗相当明亮的“晨星”,人们叫它“启明星”;黄昏,西方那灰白色的天幕上,有时也会出现一颗相当明亮的“昏星”,人们称为“长庚星”。这两颗星,实际上是同一颗星,就是金星。人们又叫它“太白星”或“太白金星”。金星是天空最明亮、最耀眼的一颗星。在太阳系大家庭中,金星是人们最喜爱的一颗行星。西方人把爱与美女神的名字维纳斯给了它。

金星是一颗由岩石构成的行星,也是距离太阳第二远的行星。金星绕太阳公转一周约需地球上的225天,自转一圈约需地球上的243天。由于自转和公转的方向相反,所以在金星上看到的太阳是西升东落。据计算,金星上的一昼夜约相当于地球上的117天,白昼和黑夜各约58.5天。

有人说金星是地球的孪生姐妹,其实从外表上看,金星与地球还真有不少相似之处。也是一个有较密大气层的固体球。金星的半径为6073千米,只比地球半径小300千米,体积却只是地球的0.88倍。质量为地球的81.5%。平均密度约为地球的95%。不过这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。

地狱般的环境

金星是除了太阳与月球外,天空中最亮的天体,这是因为它的大气层能强烈地反射阳光。大气层的主要成分是二氧化碳,它能在温室效应下吸收更多的热,因此,金星成了最热的行星,表面高温度可达摄氏480度。厚厚的云层内含有硫酸,并由风以每小时接近360千米的速度吹向行星各处。虽然金星需要243个地球日才能自转一周,但高速的风只需4个地球日就能把云吹得环绕行星一圈。高温、酸云和极高的大气压力,这一切都显示金星的环境恶劣。

2008年,欧洲宇航局金星快车探测器拍摄到金星上空有密集的旋涡云,该旋涡云是由硫酸构成的。金星大气层的主要成分是二氧化碳,但上层大气层的水蒸气和二氧化硫是底部大气层受阳光分解形成的,这些条件易于合成硫酸。剧烈的风掠过酸云周围,在这种情况下,酸云只需几天时间便从南极上空飘浮掠过半个星球。

太阳系中温度最高的行星

金星本身并不发光,它是靠反射太阳光而发亮的。金星的体积、质量都和地球相近。金星和水星一样,是一颗比地球更靠近太阳的行星。金星个头比水星大,与地球差不多,也和地球一样有厚厚的硅酸盐地幔包围着核心,还有浓厚的大气层及内部地质活动的证据。但是,它的大气密度比地球高90倍而且非常干燥,也没有天然的卫星。金星的大气成分主要是二氧化碳,占97%,氩和氖的含量也比地球大气高得多。金星上没有水,没有生命。

金星厚厚的大气最早被发现时,寻找外星生命的科学家曾想搞清它上面是否有茂密的丛林和奇异的生命。实际上,金星是一颗受硫黄云控制的炽热星球。金星与太阳之间的距离比日地距离近了2600万英里(约合4180万千米),但这并不是金星表面温度如此之高的唯一原因。在金星表面,厚厚的云层和主要由二氧化碳构成的稠密大气捕集热量,避免其逃逸到太空中。金星是颗炙热的行星,表面的温度超过摄氏400度,令其成为太阳系中表面温度最高的行星。

由于水星、金星是位于地球绕日公转轨道以内的“地内行星”,因此,当金星运行到太阳和地球之间时,我们可以看到在太阳表面有一个小黑点慢慢穿过,这种天象称为“金星凌日”。天文学中,往往把相隔时间最短的两次“金星凌日”现象分为一组。这种现象的出现规律通常是8年、121.5年,8年、105.5年,以此循环。据天文学家测算,最近的两组“金星凌日”的时间为2004年6月8日和2012年6月6日。这主要是由于金星围绕太阳运转13圈后,正好与围绕太阳运转8圈的地球再次互相靠近,并处于地球与太阳之间,这段时间相当于地球上的8年。

地球——最美丽的行星

地球小档案

轨道半径:14960万千米

行星直径:12756.3千米

质量:5.97×1024千克

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