太阳系是由太阳、行星及其卫星、小行星、彗星、流星体和行星际物质构成的天体系统。在太阳系中,太阳是中心天体;其他天体都在太阳的引力作用下,绕太阳公转。
太阳系概念的确立
远在古代,人们就注意到天上众星的相对位置在长时期内保持不变,称之为恒星,但有五颗亮星(金星、木星、水星、火星、土星)在众恒星间不断移动,称之为行星。在中国,这五颗行星加上太阳和月亮,总称“七曜”。
波兰天文学家哥白尼总结和分析了前人关于日、月和行星的观测资料,并根据他自己三十多年的大量观测实践,在1543年发表的《天体运行论》中提出了日心体系,即“日心地动说”。他得出结论:地球不是宇宙中心,而太阳才是宇宙中心,地球只是一颗行星和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;月亮是地球的卫星,每月绕地球转一周,同时跟着地球绕太阳公转。
通过实践的检验,日心地动说日益得到公认和发展。十七世纪初,伽利略用望远镜发现了木星的四个大卫星,观测到金星的盈亏等。接着,德国天文学家开普勒分析了第谷的大量观测资料,提出行星运动三定律。十七世纪八十年代,牛顿发现万有引力定律,从理论上阐明了行星绕太阳运动的规律。十八世纪初,英国天文学家哈雷计算了许多彗星的轨道,成功地预言了哈雷彗星在1759年初的再次出现。1781年F.W.赫歇耳(见赫歇耳一家)发现天王星,后来又发现天王星的卫星。1846年在用天体力学方法推算的位置附近找到了海王星。1930年又发现了冥王星。此后,又发现更多的卫星。十九世纪以来,发现了许多小行星。
运动特征和结构特征 综合迄今为止的观测资料,得到太阳系的主要特征如下:
① 在太阳系中,太阳的质量占太阳系总质量的绝大部分(99.8%),其他天体的质量总和只有太阳的约0.2%。太阳的引力控制着整个太阳系,使其他天体绕太阳公转。除了太阳之外,太阳系主要成员是九大行星(水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星),在这个意义上说,太阳系是一个“行星系”。九大行星分为性质不同的三类:类地行星(水星、金星、地球、火星)、巨行星(木星、土星)和远日行星(天王星、海王星、冥王星)。太阳是有热核能源辐射的发光恒星,其他天体都没有核能源辐射(巨行星有红外辐射热源),主要被太阳光照射而发亮。
② 九大行星都在接近同一平面的近圆形轨道上,朝同一方向绕太阳公转,这就是行星轨道运动的共面性、近圆性和同向性。但各行星轨道并不是完全共面,而是对不变平面(见拉普拉斯不变平面)有不大的倾角;轨道也不是正圆,而都是偏心率不大的椭圆;其中冥王星和水星的倾角和偏心率较大。太阳也朝同一方向自转,太阳赤道面对不变平面倾角为5"56'。
③ 三类行星的平均密度分布特点是:类地行星大,远日行星次之,巨行星小;行星的大小和质量的分布特点是:巨行星大,类地行星和远日行星小。
④ 行星同太阳的距离具有规律性,由提丢斯-波得定则表述。
⑤ 地球、火星、木星、土星、天王星和海王星的自转周期为几小时到一天左右(见等周律),但水星、金星和冥王星自转周期很长,分别为58.65天、243天和6.387天。多数行星的自转方向与公转方向相同,但金星则相反,而天王星和冥王星的自转轴与轨道面交角很小,呈现侧向自转。
⑥ 在太阳系中,质量占99.8%以上的太阳的角动量只占1%左右;而质量不到0.2%的其他天体的角动量总和却占99%左右,这就是太阳系角动量的特殊分布问题。
⑦ 除了水星和金星,其他行星都有卫星绕转,构成卫星系。现已确知,九大行星共有34个卫星,这些卫星又分为“规则卫星”和“不规则卫星”两类。此外,还发现木星、土星和天王星有环(见行星环)。
⑧ 在火星和木星轨道之间,有许多小行星,其质量总和约等于地球的万分之四,而且质量越小的数目越多。它们的轨道倾角和偏心率彼此相差较大,自转周期多为2小时到16小时。小行星可分为性质不同的两类:石质的和碳质的。此外,在地球轨道附近、木星轨道附近甚至土星和天王星轨道之间也发现有小行星。还发现几颗小行星也有卫星。
⑨ 已发现约1,600颗彗星,它们的轨道倾角和偏心率彼此相差很大,有些彗星的轨道是抛物线,甚至是双曲线。有些彗星(主要是长周期彗星和非周期彗星)是逆向公转的。彗星绕太阳运行中呈现奇特的形状变化,在不大的彗核周围有雾状彗发,走近太阳时生出长长的彗尾。
⑩ 太阳系中还有数量众多的大小流星体,有些流星体是成群的,称为流星群,已证实一些流星群是彗星瓦解的产物(见流星雨)。大流星体降落到地面成为陨石。陨石又分为石陨石、铁陨石和石铁陨石三大类。陨石中含有许多种矿物岩石,还发现了有机物。此外,行星际还有稀疏的微尘粒和气体,集中于黄道面附近,产生黄道光。太阳不断地向行星际抛出等离子体,构成太阳风,它们耦合着磁场。有时这种抛射很猛烈,对行星、卫星和彗星等有相当大的影响。
太阳系在宇宙中的地位 九大行星所占的空间范围,其半径不到50天文单位,即使认为在离太阳10~15万天文单位处存在“彗星云”,作为太阳系的半径,整个太阳系也只是更大的天体系统──银河系的极微小部分。离我们最近的恒星(半人马座比邻星)的距离有20多万天文单位。太阳只是银河系中上千亿个恒星中的一个,它离银河系中心约10千秒差距,偏离银道面北约 8秒差距。太阳带着整个太阳系绕银河系中心转动。可见,太阳系不在宇宙中心,也不在银河系中心。
已知9大行星:
水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星和冥王星
Mercury, Venus, Earth, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus, Neptune, and Pluto
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