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为什么除水星之外行星椭圆轨道的偏心率都很小?

来源:N       更新时间:2010-4-16
 
家族。到目前为止,总共发现了23颗。土星卫星的形态各种各样,五花八门,使天文学家们对它们产生了极大的兴趣。最著名的“土卫六”上有大气,是目前发现的太阳系卫星中,唯一有大气存在的天体。


天王星
天王星(类木行星),最大亮度为5.6等,当它在天顶附近时,眼力好的人用肉眼勉强可以看到它。西方用希腊神话中的天神称呼它。天王星的赤道半径约为25400公里,体积是地球的65倍,仅次于木星和土星,居第三位。它的质量是地球的14.6倍,比木星、土星、和海王星小,居第四位。天王星自转一周为15.5小时。密度只有1.19克/立方厘米,表面重力加速度比地球略大,物体要有21.22公里/秒的速度才能脱离天王星,由于逃逸速度大,气体很难得到这样大的速度而跑掉,因此,天王星能把大量的大气束缚住,使其表面有厚厚的大气。从地面探测和空间探测得知,天王星表面大气层的主要成分是氢和氦。其中很大部分是氢,氦的含量为10%~15%,此外,还有少量的其他气体。
在行星世界里,天王星有独一无二的特征,即它的赤道面与它的轨道面倾角为97度55分。这就是说,天王星的自转轴与它的轨道面交角很小,几乎是躺倒在它的轨道上,可以想像,以这样的姿态运动,就使天王星上的四季和昼夜现象复杂化了。首先天王星的南北两极基本上在其轨道面上,赤道面则与轨道面基本垂直。当它的南极朝向太阳地,南半球为夏季,南极点几乎受到太阳光直射,南半球见到的太阳,随纬度的减低太阳的地平高度也降低,而且,在天王星自转过程中,这时南半球见到的太阳是不落的,也就是南半球基本都是白天。相反,此时在它的北半球正是冬季,而且太阳总不升出地平线,过着漫长的黑夜。天王星绕太阳运行的圈子大而速度慢,绕太阳公转的轨道半长径约为19.27天文单位,轨道的偏心率约为0.046;绕太阳运动的周期约84个地球年。可见,对天王星两极来说,基本上相当于地球上42年的白天和42年的黑夜。



海王星(海王星是人们从“笔尖上发现的行星”)
海王星是從太陽數來第八顆、倒數第二顆行星,也是太陽系第四大行星,軌道半徑為450,400萬公里(30.06au);赤道處直徑為49,532公里;質量是1.0247x1026公斤。與天王星比起來,海王星體積較小但質量較大。
海王星的組成大致與天王星一樣,由各種冰及岩石組成,有15%的氫,還有少量的氦。它的內部可能比較像天王星而非木星與土星,也就是說並沒有明顯的分層,而是組成分布相當平均;但它更有可能有一個比地球地核更小的岩石質核心。海王星的大氣主要也是由氫、氦和少量甲烷組成。海王星的藍色外觀是因大氣中的甲烷吸收紅光所致。如同典型的氣體行星,海王星也有平行於緯線方向的高速風帶及大型渦流,海王星的風甚至是太陽系中最快速的,時速可達2,000公里。如同木星與土星,海王星也有內部熱源,它發散出的熱量是吸收自太陽熱量的2倍。



冥王星
冥王星是离太阳最远的一颗大行星,它绕太阳运行一周历时248年之久,平均速度每秒只有3.0英里.它距离太阳大约40天文单位,其表面温度大概是-348°f.由于它距离地球过于遥远,故对它进行观测相当困难.然而,加拿大汉太华自治领天文台的哈第(r.hardie)居然用光电方法测出了它的自转周期.它的表面显然不是匀整平滑的,因为其反射光具有以6天零9小时17分为周期的变化,这就被认为是它的自转周期.
关于冥王星的直径大小问题尚未定论,尽管已经估计其最大值为3600英里(有人也测定它并不比月亮大,即在2170英里以下).这一估计的依据是冥王星的细小视圆面在天空中运行时对恒星的掩食情况.
因为在冥王星的光谱中没发现任何分子吸收带,故我们认为,冥王星完全不同于从火星至冥王星之间的几颗大行星.有人推测,它曾一度是海王星的一颗卫星,在逃逸出来后才开始在它自己的绕日轨道上运动(既然冥王星现在是围绕太阳运转而不是绕海王星运转,所以应归类于行星。而不再属于卫星)该假说的主要理由就是冥王星的轨道偏心率太大.冥王星绕太阳的运行轨道确实有一部分是处于海王星轨道的内侧.
charon(冥卫一)是冥王星唯一一颗已知的卫星。



土星光环



<ahref="http://dl.zhishi.sina.com.cn/upload/37/43/90/1153374390.4050354.jpg"target="_blank"><imgsrc="http://dl.zhishi.sina.com.cn/upload/37/43/90/1153374390.4050354.jpg"border="0"onload="javascript:if(this.width>screen.width*0.35)this.width=screen.width*0.40"></a>可以点击右边的《九大行星的表面温度?》基本相同。水 星
 

  水星是离太阳最近的行星.在水星上观察到的太阳大小会超过地球上的两倍.水星白天的表面温度可达摄氏427度,晚上会骤降至摄氏零下173度水星自转速度非常慢,它绕太阳公转一周仅需约88个地球日,而自转周期却需约59个地球日.,水星表面有许多很深的陨石坑.水星表面有广阔的平原.水星表面纵横交错地分布着长长的,高低起伏的悬崖.这些构造最高可达3048米.这些峭壁可能是由于水星冷却时直径缩小形成的.




金星

金星是距太阳的第二颗行星.金星和地球在大小、质量、密度和重量上非常相似,但事实上金星与地球非常不同.金星上没有海洋,它被厚厚的主要成份为二氧化碳的大气所包围,由于金星厚厚的二氧化碳大气层造成的“温室效应”,金星地表的温度高达482摄氏度左右.金星表面布满许多小型陨石坑,火山及火山活动造成金星除了几百万个大型火山外,还有100.000多座小型火山口点缀在金星表面.火星和水星是太阳系九大行星中没有卫星的两个行星。







地球

人们梦想能在太空中旅行,能欣赏宇宙的奇观.而从某种意义上说,我们都是太空旅行者.我们的宇宙飞船是地球,飞行速度是每小时108.000公里.地球是距太阳第三颗行星.地球是一个活跃的行星.地震频繁,火山众多.地表年平均气温15摄氏度,平均气压101.3千帕.地球是太阳系中唯一已知存在生命的行星.地球只有一个天然的卫星—月球。








月 球


月球是一个在极其寂静,干燥的荒凉世界.月球表面布满了大大小小的坑穴(环形山),白天温度可达127摄氏度,夜晚则降到-183摄氏度.在20世纪六十年代,人类就登上月球,开始对月球的探索,但至今仍有许多未解之谜,其中最令人感兴趣的就是月球起源之谜.




火星

火星是距太阳的第四个行星,它的体积在太阳系中居第七位.由于火星上的岩石,砂土和天空是红色或粉红色的,因此这颗行星又常被称作“红色的星球”.火星的南半球是类似月球的布满陨石坑的古老高原,而北半球大多由年轻的平原组成.火是生有两个卫星.火星的平均气温为零下五十五摄氏度,而温差较大.在夏季,气温最高为二十摄氏度,而在冬季,气温则可低在零下一百多摄氏度.火星上经常有强风,因而常导致大范围的尘暴.


木星
木星是距太阳的第五颗行星,并且是太阳系中最大的行星.如果木星的内部是空的,它能装下一千多个地球.木星的成份也比其他行星更为复杂.按照传统说法认为木星是一个由气体形成的行星.大气层中充满了氢气,氦气,氨气,甲烷,,根本没有可登陆的陆地表面.木星拥有18个卫星.木星大气层的平均温度为-121摄氏度.


土星
土星是距太阳的第六颗行星,是太阳系中第二大的行星.在太阳系中木星,天王星,土星都有光环,但它们却都不如土星光环美丽壮观.土星光环结构复杂,千姿百态,除了光环非常明亮外,光环还非常宽.土星光环延伸到土星以外辽阔的空间.最外环距土星中心有10—15个土星半径距离.土星光环不仅给我们美的享受,也留下许多迷团,目前还不知道组成光环的物质是来自土星诞生时的遗物.还是土星卫星与小天体撞击的碎片.土星光环为什么有那么奇异的结构?这些都有待于科学家继续研究探讨的课题.目前,土星已确认有23颗卫星



天王星


天王星是距太阳的第七颗行星,在太阳系中,它的体积位居第三.天王星至少有15颗卫星.上层大气层的甲烷吸收红光,使天王星呈现蓝绿色.一般的行星,都是侧着身子绕日运动,它们的自转轴和公转轴轨道平面,全都是近似垂直的,这也正是引起季节变化的原因.可是,天王星自转则与众不同.天王星自转轴的倾斜度达到88度,它的自转轴与公转轨道平面近乎平行,仅有2度的夹角.也就是说,天王星就像保龄球在球道上滚动一样,是贴在轨道面上旋转的.这就意味着,天王星上的季节也非常奇特.太阳轮流照射天王星的南极和北极.




海王星


海王星是距太阳的第八颗行星.甲烷赋予了海王星云层蓝色的外观.海王星云层的平均温度为零下193摄氏度至零下153摄氏度,大气压约为1—3帕.海王星有八个卫星.







冥王星

冥王星是太阳系中最后一颗被发现的行星.也是太阳系九大行星中最外圈的一个行星,运行轨道基本就是太阳系的范围.直径在120亿千米左右.冥王星与其它八大行星不同之处在于它的运行轨道倾角为17.1度,与其它八个行星相比角度相差很大.这个远离太阳照射的行星终年被黑暗和寒冷包围着,温度为零下200摄氏度.所以说冥王星是一个寒冷的行星.目前我们对冥王星的了解还处于初级阶段.许多迷团尚未解开.冥王星有一个卫星.----九大行星的共同特征:(绕日公转)有共面性、同向性和近圆性。
----“共面性”是指九大行星绕日公转的轨道面,几乎在同一平面上。我们把地球公转轨道在天球上的投影,叫做黄道。它的轨道面叫做黄道面。各大行星的轨道面与黄道面之间的夹角(叫轨道倾角)都很小,只有水星和冥王星的稍大一些,最大也不过17°。
----“同向性”是指它们公转的方向都与地球的公转方向相同。
----“近圆性”是指它们的公转轨道同圆相当接近。大多数行星公转轨道椭圆的偏心率①不超过0.1,只有水星和冥王星较大,分别为0.21和0.25。
----九大行星按其质量、大小、化学组成等结构特征,有三种不同特征:
----第一类是类地行星,即与地球相类似的行星,包括水星、金星、地球和火星。它们距离太阳近,体积和质量都小,平均密度大,表面温度较高,中心有铁核,金属元素含量高。卫星很少,或者没有。
----第二类是巨行星,包括木星和土星。它们离太阳比类地行星远,体积和质量都很大,平均密度小,表面温度低,主要是由氢、氦、氖等物质构成。卫星数目多,并且有光环。
----第三类是远日行星,包括天王星、海王星和冥王星。它们距离太阳远,表面温度最低,都在-200℃以下,平均密度大体上介于前两类之间,表层气体以氢和甲烷(ch4)为主,冥王星有无大气,还不清楚。远日行星都有卫星。天王星和海王星有光环。
----此外,它们还有各自特点:
----水星:水星上没有大气,也没有水。水星在太阳系中是除冥王星外体积、质量最小的一颗行星,在九大行星中距离太阳最近。因为距离太阳太近,从地球上看水星常被淹没于太阳的光辉里,这使得人们很难一睹其容颜。水星的特征为较亮、好抖动,有点像水银一样滚来滚去。水星的颜色是浅橘红色的。
----金星:大气主要是二氧化碳。没有液态水,只在大气中有极少的水汽。金星是太阳系中唯一逆向自转的大行星,因此,金星上看太阳是西升东落的。蛛网地形是在金星表面发现的一种明显的地形特征。金星的颜色是白色的。
----地球:九大行星中只有地球上有生物。不多说了,蓝色的星球。
----火星:大气主要是二氧化碳。也没有液态水,只在大气中有极少的水汽。火星的沙漠部分被红色的硅酸盐赤铁矿及其他金属化合物所覆盖,所以是一颗明亮的橙红色星球。
----木星:是一个由液态氢构成的流体行星,没有固体表面。飞速的自转和变化着的表面特征(木星大气中的白色、橙色、褐色和棕黄色的云在激烈运动着),使它成为最迷人的行星之一。大红斑是木星的一个特征。它大到足以圈下三个地球。木星表面被各种颜色的明暗条纹所覆盖,可以说是五颜六色的(红色比较多)。
----土星:它的环是行星中最漂亮最惹眼的一个。拥有大行星中最多的卫星数量。土星环的颜色远看是棕红色。土星的颜色也偏白色。
----天王星:大气内含有甲烷,甲烷能吸收红色的光,所以呈蓝色。
----海王星:和天王星类似,大气内含有甲烷,甲烷能吸收红色的光,所以也呈蓝色。
----冥王星:可能没有大气,如果有大气的话,也是极稀薄的、透明的。冥王星带有淡红色。它的卫星和它是一个颜色。

水星:炽热的地狱;
金星:太阳从西边出来的地方;
地球:蓝色维纳斯;
火星:红色的战神;
木星:太阳系中的超级大国;
土星:戴草帽的美丽行星;
天王星:满地打滚的杂耍艺术家;
海王星:遥远的巨人;
冥王星:天上的幽冥地府太阳系由太阳、九大行星、64个行星的卫星,大量的小星体(彗星及小行星),行星际间的介质。太阳系内层包含太阳,水星,金星,地球,火星:



外层的行星为木星,土星,天王星,海王星和冥王星:



  这些行星都以太阳为中心以椭圆轨道公转,虽然除了水星和冥王星的十分接近于圆。行星轨道中或多或少在同一平面内(称为黄道面并以地球公转轨道面为基准)。黄道面与太阳赤道仅有7度的倾斜。冥王星的轨道大都脱离了黄道面,倾斜度达17度。上面的图表从一个特定的高于黄道面的透视角显示了各轨道的相对大小及关系(非圆的现象显而易见)。它们绕轨道运动的方向一致(从太阳北极上看是逆时针方向);除金星和天王星外自转方向也如此。 


(上面正确显示1996年十月太阳系星球位置的图表是由出色的麦金托什程序&quot;星光灿烂&quot;生成的,这里也提供许多其他的天象图程序)。

 

太阳系简介
  (solarsystem)就是我们现在所在的恒星系统。由太阳、八颗行星(原先有九大行星,因为冥王星被剔除为矮行星)、66颗卫星(原有67颗,冥王星的卫星被剔除)以及无数的小行星、彗星及陨星组成的。行星由太阳起往外的顺序是:水星(mercury)、金星(venus)、地球(earth)、火星(mars)、木星(jupiter)、土星(saturn)、天王(uranus)、海王星(neptune)。离太阳较近的水星、金星、地球及火星称为类地行星(terrestrialplanets)。宇宙飞船对它们都进行了探测,还曾在火星与金星上着陆,获得了重要成果。它们的共同特征是密度大(&gt;3.0克/立方厘米),体积小,自转慢,卫星少,内部成分主要为硅酸盐(silicate),具有固体外壳。离太阳较远的木星、土星、天王星、海王星称为类木行星(jovianplanets)。它们都有很厚的大气圈,其表面特征很难了解,一般推断,它们都具有与类地行星相似的固体内核。在火星与木星之间有1000000个以上的小行星(asteroid)(即由岩石组成的不规则的小星体)。推测它们可能是由位置界于火星与木星之间的某一颗行星碎裂而成的,或者是一些未能聚积成为统一行星的石质碎块。陨星存在于行星之间,成分是石质或者铁质。

   这些行星都以太阳为中心以椭圆轨道公转,虽然除了水星的十分接近于圆,行星轨道中或多或少在同一平面内(称为黄道面并以地球公转轨道面为基准)。黄道面与太阳赤道仅有7度的倾斜。冥王星的轨道大都脱离了黄道面,倾斜度达17度。上面的图表从一个特定的高于黄道面的透视角显示了各轨道的相对大小及关系(非圆的现象显而易见)。它们绕轨道运动的方向一致(从太阳北极上看是逆时针方向),因此,科学家们把冥王星排除在九大行星之外。除金星和天王星外自转方向也如此。

太阳系直径300亿千米,有八大行星和两条小行星带,以及千亿颗彗星等组成。

太阳系(solarsystem)在宇宙中的位置

   太阳系位于银河系边缘,银河系第三旋臂——猎户旋臂上。

   太阳系是由太阳以及在其引力作用下围绕它运转的天体构成的天体系统。它包括太阳、八大行星及其卫星、小行星、彗星、流星体以及行星际物质。人类所居住的地球就是太阳系中的一员。

太阳系构成
   太阳系的中心是太阳,它每隔2.3亿年绕银河系中心转一圈,虽然它只是一颗中小型的恒星,但它的质量已经占据了整个太阳系总质量的99.85%;余下的质量中包括行星与它们的卫星、行星环,还有小行星、彗星、柯伊伯带天体、外海王星天体、理论中的奥尔特云、行星间的尘埃、气体和粒子等行星际物质。整个太阳系所有天体的总表面面积约为17亿平方千米。太阳以自己强大的引力将太阳系中所有的天体紧紧地控制在他自己周围,使它们井然有序地围绕自己旋转。同时,太阳又带着太阳系的全体成员围绕银河系的中心运动。

   太阳系内迄今发现了八颗大行星。有时称它们为“八大行星”。按照距离太阳的远近,这八颗行星依次是:最近的水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。水星、金星、地球和火星也被称为类地行星,木星和土星也被称为巨行星,天王星、海王星也被称为远日行星。除了水星和金星外,其他的行星都有卫星。在火星和木星之间还存在着数十万个大小不等,形态各异的小行星,天文学家将这个区域称为小行星带。此外,太阳系中还有超过1000颗的彗星,以及不计其数的尘埃、冰团、碎块等小天体。

   太阳系中的各个天体主要由氢、氦、氖等气体,冰(水、氨、甲烷)以及含有铁、硅、镁等元素的岩石构成。类地行星、地球、月球、火星、木星的部分卫星、小行星主要由岩石组成;木星和土星主要由氢和氦组成,其核可能是岩石或冰。

起源和演化
   一般以为行星系统是恒星形成过程的一部分,但是也有学者认为这是两颗恒星差一点撞击而成。最普遍的理论是说太阳系是从星云形成。

 恒星形成的基本过程为此:

 1.星云中较密的核心部分变得太重,重心不稳定,开始分裂和崩溃坠落。一部分的重心能量变为放射的红外线,剩下的增加核心的温度。核心部分开始成为圆盘形状。

 2.当密度和温度道足够高,氘融合燃烧开始发生,辐射的向外压力减慢(但不中止)临近其他核心崩溃。

 3.其他的原料继续下落到这一颗原恒星,它们的角动量的作用可能导致双极流程。

 4.最后,氢开始熔化在星的核心,外面剩余的包围材料被清除。

 太阳星云这个假说,是1755年由伊曼努尔·康德提议。他说,太阳星云慢慢地转动,由于重力逐渐凝聚并且铺平,最终形成恒星和行星。一个相似的模型在1796年由拉普拉斯提出。

 太阳星云开始直径大约100au,质量是现在太阳的两三倍。在这个星云中,比较重的物质往中间落,积聚成块,是成为以后的行星。而星云外部越来越冷,因此靠里的行星有很多重的矿物质,而靠外的行星是气体或冰体。原太阳大约在46亿年前形成,以后八亿年中各个行星形成。

太阳系运动
   太阳系是银河系的一部分。银河系是一个螺旋形星系,直径十万光年,包括两千多亿颗星。太阳是银河系较典型的恒星,离星系中心大约两万五千到两万八千光年。太阳系移动速度约每秒220公里,两亿两千六百万年在星系转一圈。

   太阳系中的八大行星都位于差不多同一平面的近圆轨道上运行,朝同一方向绕太阳公转。除金星以外,其他行星的自转方向和公转方向相同。

   彗星的绕日公转方向大都相同,多数为椭圆形轨道,一般公转周期比较长。

探索与研究
   人类出于对自身生存环境了解的渴望以及日益紧张的地球资源,从1959年开始不断的通过空间探测器等进行空间探测,研究太阳系。目前主要集中在月球和火星的探测以及小行星和彗星的探测。

1.对太阳系的长期研究,分化出了这样几门学科:

【太阳系化学】
   空间化学的一个重要分科,研究太阳系诸天体的化学组成(包括物质来源、元素与同位素丰度)和物理-化学性质以及年代学和化学演化问题。太阳系化学与太阳系起源有密切关系。

【太阳系物理学】
   研究太阳系的行星、卫星、小行星、彗星、流星以及行星际物质的物理特性、化学组成和宇宙环境的学科。

2.太阳系内的引力定律:

   太阳系内各天体之间引力相互作用所遵循的规律。

3.太阳系稳定性问题:

   天体演化学和天体力学的基本问题之一。

4.太阳系和其他行星系

   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。至今已发现几十个行星系,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,并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。

   此外,关于类似太阳系的天体系统的研究的另一个目的是探索其他星球上是否也存在着生命。

太阳与行星
   太阳与八颗行星数据对照表(赤道直径以地球直径6370公里为单位),距离与轨道半径以天文单位为单位。
 下表的数据都是相对于太阳的数值:

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