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第二單元 神奇的太陽系 2.1 太陽及太陽系 相關(guān)素材 3.1.太陽(Sun) 　　　太陽是太陽系的母星，也是最主要和最重要的成員。它有足夠的質(zhì)量讓內(nèi)部的壓力與密度足以抑制和承受核融合產(chǎn)生的巨大能量，并以輻射的型式，例如可見光，讓能量穩(wěn)定的進(jìn)入太空。 太陽在赫羅圖上的位置 　　太陽在分類上是一顆中等大小的黃矮星，不過這樣的名稱很容易讓人誤會(huì)，其實(shí)在我們的星系中，太陽是相當(dāng)大與明亮的。恒星是依據(jù)赫羅圖的表面溫度與亮度對(duì)應(yīng)關(guān)系來分類的。通常，溫度高的恒星也會(huì)比較明亮，而遵循此一規(guī)律的恒星都會(huì)位在所謂的主序帶上，太陽就在這個(gè)帶子的中央。但是，但是比太陽大且亮的星并不多，而比較暗淡和低溫的恒星則很多。 　　太陽在恒星演化的階段正處于壯年期，尚未用盡在核心進(jìn)行核融合的氫。太陽的亮度仍會(huì)與日俱增，早期的亮度只是現(xiàn)在的75%。 　　計(jì)算太陽內(nèi)部氫與氦的比例，認(rèn)為太陽已經(jīng)完成生命周期的一半，在大約50億年后，太陽將離開主序帶，并變得更大與更加明亮，但表面溫度卻降低的紅巨星，屆時(shí)它的亮度將是目前的數(shù)千倍。 　　太陽是在宇宙演化后期才誕生的第一星族恒星，它比第二星族的恒星擁有更多的比氫和氦重的金屬（這是天文學(xué)的說法：原子序數(shù)大于氦的都是金屬。）。比氫和氦重的元素是在恒星的核心形成的，必須經(jīng)由超新星爆炸才能釋入宇宙的空間內(nèi)。換言之，第一代恒星死亡之后宇宙中才有這些重元素。最老的恒星只有少量的金屬，后來誕生的才有較多的金屬。高金屬含量被認(rèn)為是太陽能發(fā)展出行星系統(tǒng)的關(guān)鍵，因?yàn)樾行鞘怯衫鄯e的金屬物質(zhì)形成的。 　　行星際物質(zhì) 　　除了光，太陽也不斷的放射出電子流（等離子），也就是所謂的太陽風(fēng)。這條微粒子流的速度為每小時(shí)150萬公里，在太陽系內(nèi)創(chuàng)造出稀薄的大氣層（太陽圈），范圍至少達(dá)到100天文單位（日球?qū)禹敚?，也就是我們所認(rèn)知的行星際物質(zhì)。 太陽的黑子周期（11年）和頻繁的閃焰、日冕物質(zhì)拋射在太陽圈內(nèi)造成的干擾，產(chǎn)生了太空氣候。伴隨太陽自轉(zhuǎn)而轉(zhuǎn)動(dòng)的磁場(chǎng)在行星際物質(zhì)中所產(chǎn)生的太陽圈電流片，是太陽系內(nèi)最大的結(jié)構(gòu)。 　　地球的磁場(chǎng)從與太陽風(fēng)的互動(dòng)中保護(hù)著地球大氣層。水星和金星則沒有磁場(chǎng)，太陽風(fēng)使它們的大氣層逐漸流失至太空中。 太陽風(fēng)和地球磁場(chǎng)交互作用產(chǎn)生的極光，可以在接近地球的磁極（如南極與北極）的附近看見。 　　宇宙線是來自太陽系外的，太陽圈屏障著太陽系，行星的磁場(chǎng)也為行星自身提供了一些保護(hù)。宇宙線在星際物質(zhì)內(nèi)的密度和太陽磁場(chǎng)周期的強(qiáng)度變動(dòng)有關(guān)，因此宇宙線在太陽系內(nèi)的變動(dòng)幅度究竟是多少，仍然是未知的。 　　行星際物質(zhì)至少在在兩個(gè)盤狀區(qū)域內(nèi)聚集成宇宙塵。第一個(gè)區(qū)域是黃道塵云，位于內(nèi)太陽系，并且是黃道光的起因。它們可能是小行星帶內(nèi)的天體和行星相互撞擊所產(chǎn)生的。第二個(gè)區(qū)域大約伸展在10－40天文單位的范圍內(nèi)，可能是柯伊伯帶內(nèi)的天體在相似的互相撞擊下產(chǎn)生的。 　　 3.2.內(nèi)太陽系 　　　內(nèi)太陽系在傳統(tǒng)上是類地行星和小行星帶區(qū)域的名稱，主要是由硅酸鹽和金屬組成的。這個(gè)區(qū)域擠在靠近太陽的范圍內(nèi)，半徑還比木星與土星之間的距離還短。 　　內(nèi)行星 所有的內(nèi)行星 　　四顆內(nèi)行星或是類地行星的特點(diǎn)是高密度、由巖石構(gòu)成、只有少量或沒有衛(wèi)星，也沒有環(huán)系統(tǒng)。它們由高熔點(diǎn)的礦物，像是硅酸鹽類的礦物，組成表面固體的地殼和半流質(zhì)的地幔，以及由鐵、鎳構(gòu)成的金屬核心所組成。四顆中的三顆（金星、地球、和火星）有實(shí)質(zhì)的大氣層，全部都有撞擊坑和地質(zhì)構(gòu)造的表面特征（地塹和火山等）。內(nèi)行星容易和比地球更接近太陽的內(nèi)側(cè)行星（水星和金星）混淆。行星運(yùn)行在一個(gè)平面，朝著一個(gè)方向。 　　水星 　　水星（Mercury）（0.4 天文單位）是最靠近太陽，也是最小的行星（0.055地球質(zhì)量）。它沒有天然的衛(wèi)星，僅知的地質(zhì)特征除了撞擊坑外，只有大概是在早期歷史與收縮期間產(chǎn)生的皺折山脊。 水星，包括被太陽風(fēng)轟擊出的氣體原子，只有微不足道的大氣。目前尚無法解釋相對(duì)來說相當(dāng)巨大的鐵質(zhì)核心和薄薄的地幔。假說包括巨大的沖擊剝離了它的外殼，還有年輕時(shí)期的太陽能抑制了外殼的增長(zhǎng)。 　　金星 　　金星 （Venus）（0.7 天文單位）的體積尺寸與地球相似（0.86地球質(zhì)量），也和地球一樣有厚厚的硅酸鹽地幔包圍著核心，還有濃厚的大氣層和內(nèi)部地質(zhì)活動(dòng)的證據(jù)。但是，它的大氣密度比地球高90倍而且非常干燥，也沒有天然的衛(wèi)星。它是顆炙熱的行星，表面的溫度超過400C，很可能是大氣層中有大量的溫室氣體造成的。沒有明確的證據(jù)顯示金星的地質(zhì)活動(dòng)仍在進(jìn)行中，但是沒有磁場(chǎng)保護(hù)的大氣應(yīng)該會(huì)被耗盡，因此認(rèn)為金星的大氣是經(jīng)由火山的爆發(fā)獲得補(bǔ)充。 　　地球 　　地球（Earth）（1 天文單位）是內(nèi)行星中最大且密度最高的，也是唯一地質(zhì)活動(dòng)仍在持續(xù)進(jìn)行中并擁有生命的行星。它也擁有類地行星中獨(dú)一無二的水圈和被觀察到的板塊結(jié)構(gòu)。地球的大氣也于其他的行星完全不同，被存活在這兒的生物改造成含有21%的自由氧氣。它只有一顆衛(wèi)星，即月球；月球也是類地行星中唯一的大衛(wèi)星。地球公轉(zhuǎn)（太陽）一圈約365天，自轉(zhuǎn)一圈約1天。（太陽并不是總是直射赤道，因?yàn)榈厍驀@太陽旋轉(zhuǎn)時(shí)，稍稍有些傾斜。） 　　火星 　　火星（Mars）（1.5 天文單位）比地球和金星?。?.17地球質(zhì)量），只有以二氧化碳為主的稀薄大氣，它的表面，例如奧林匹斯山有密集與巨大的火山，水手號(hào)峽谷有深邃的地塹，顯示不久前仍有劇烈的地質(zhì)活動(dòng)?；鹦怯袃深w天然的小衛(wèi)星，戴摩斯和福伯斯，可能是被捕獲的小行星。 　　小行星帶 　　 小行星的主帶和特洛伊小行星 　小行星是太陽系小天體中最主要的成員，主要由巖石與不易揮發(fā)的物質(zhì)組成。 　　主要的小行星帶位于火星和木星軌道之間，距離太陽2.3至3.3 天文單位，它們被認(rèn)為是在太陽系形成的過程中，受到木星引力擾動(dòng)而未能聚合的殘余物質(zhì)。 　　小行星的尺度從大至數(shù)百公里、小至微米的都有。除了最大的谷神星之外，所有的小行星都被歸類為太陽系小天體，但是有幾顆小行星，像是灶神星、健神星，如果能被證實(shí)已經(jīng)達(dá)到流體靜力平衡的狀態(tài)，可能會(huì)被重分類為矮行星。 　　小行星帶擁有數(shù)萬顆，可能多達(dá)數(shù)百萬顆，直徑在一公里以上的小天體。盡管如此，小行星帶的總質(zhì)量仍然不可能達(dá)到地球質(zhì)量的千分之一。小行星主帶的成員依然是稀稀落落的，所以至今還沒有太空船在穿越時(shí)發(fā)生意外。 　　直徑在10至10.4 米的小天體稱為流星體。 　　谷神星 　　谷神星 （Ceres）（2.77 天文單位）是主帶中最大的天體，也是主帶中唯一的矮行星。它的直徑接近1000公里，因此自身的引力已足以使它成為球體。它在19世紀(jì)初被發(fā)現(xiàn)時(shí)，被認(rèn)為是一顆行星，在1850年代因?yàn)橛懈嗟男√祗w被發(fā)現(xiàn)才重新分類為小行星；在2006年，又再度重分類為矮行星。 　　小行星族 　　在主帶中的小行星可以依據(jù)軌道元素劃分成幾個(gè)小行星群和小行星族。小行星衛(wèi)星是圍繞著較大的小行星運(yùn)轉(zhuǎn)的小天體，它們的認(rèn)定不如繞著行星的衛(wèi)星那樣明確，因?yàn)橛行┬l(wèi)星幾乎和被繞的母體一樣大。 　　在主帶中也有彗星，它們可能是地球上水的主要來源。 　　特洛依小行星的位置在木星的 L4或L5點(diǎn)（在行星軌道前方和后方的不穩(wěn)定引力平衡點(diǎn)），不過"特洛依"這個(gè)名稱也被用在其他行星或衛(wèi)星軌道上位于拉格朗日點(diǎn)上的小天體。 希耳達(dá)族是軌道周期與木星2:3共振的小行星族，當(dāng)木星繞太陽公轉(zhuǎn)二圈時(shí)，這群小行星會(huì)繞太陽公轉(zhuǎn)三圈。 　　內(nèi)太陽系也包含許多“淘氣”的小行星與塵粒，其中有許多都會(huì)穿越內(nèi)行星的軌道。 　　 3.3.中太陽系 　　　太陽系的中部地區(qū)是氣體巨星和它們有如行星大小尺度衛(wèi)星的家，許多短周期彗星，包括半人馬群也在這個(gè)區(qū)域內(nèi)。此區(qū)沒有傳統(tǒng)的名稱，偶爾也會(huì)被歸入"外太陽系"，雖然外太陽系通常是指海王星以外的區(qū)域。在這一區(qū)域的固體，主要的成分是"冰"（水、氨和甲烷），不同于以巖石為主的內(nèi)太陽系。 　　外行星 　　 所有的外行星 　在外側(cè)的四顆行星，也稱為類木行星，囊括了環(huán)繞太陽99%的已知質(zhì)量。木星和土星的大氣層都擁有大量的氫和氦，天王星和海王星的大氣層則有較多的“冰”，像是水、氨和甲烷。有些天文學(xué)家認(rèn)為它們?cè)摿沓梢活悾Q為“天王星族”或是“冰巨星”。這四顆氣體巨星都有行星環(huán)，但是只有土星的環(huán)可以輕松的從地球上觀察。“外行星”這個(gè)名稱容易與“外側(cè)行星”混淆，后者實(shí)際是指在地球軌道外面的行星，除了外行星外還有火星。 　　木星 　　木星（Jupiter）（5.2 天文單位），主要由氫和氦組成，質(zhì)量是地球的318倍，也是其他行星質(zhì)量總合的2.5倍。木星的豐沛內(nèi)熱在它的大氣層造成一些近似永久性的特征，例如云帶和大紅斑。木星已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)的衛(wèi)星有63顆，最大的四顆，甘尼米德、卡利斯多、埃歐、和歐羅巴，顯示出類似類地行星的特征，像是火山作用和內(nèi)部的熱量。甘尼米德比水星還要大，是太陽系內(nèi)最大的衛(wèi)星。 　　土星 　　土星（Saturn）（9.5 天文單位），因?yàn)橛忻黠@的環(huán)系統(tǒng)而著名，它與木星非常相似，例如大氣層的結(jié)構(gòu)。土星不是很大，質(zhì)量只有地球的95倍，它有60顆已知的衛(wèi)星，泰坦和恩塞拉都斯，擁有巨大的冰火山，顯示出地質(zhì)活動(dòng)的標(biāo)志。泰坦比水星大，而且是太陽系中唯一實(shí)際擁有大氣層的衛(wèi)星。 　　天王星 　　天王星（Uranus）（19.6 天文單位），是最輕的外行星，質(zhì)量是地球的14倍。它的自轉(zhuǎn)軸對(duì)黃道傾斜達(dá)到90度，因此是橫躺著繞著太陽公轉(zhuǎn)，在行星中非常獨(dú)特。在氣體巨星中，它的核心溫度最低，只輻射非常少的熱量進(jìn)入太空中。天王星已知的衛(wèi)星有27顆，最大的幾顆是泰坦尼亞、歐貝隆、烏姆柏里厄爾、艾瑞爾、和米蘭達(dá)。 　　海王星 　　海王星（Neptune）（30 天文單位）雖然看起來比天王星小，但密度較高使質(zhì)量仍有地球的17倍。他雖然輻射出較多的熱量，但遠(yuǎn)不及木星和土星多。海王星已知有13顆衛(wèi)星，最大的崔頓仍有活躍的地質(zhì)活動(dòng)，有著噴發(fā)液態(tài)氮的間歇泉，它也是太陽系內(nèi)唯一逆行的大衛(wèi)星。在海王星的軌道上有一些1:1軌道共振的小行星，組成海王星特洛伊群。 　　彗星 　　彗星歸屬于太陽系小天體，通常直徑只有幾公里，主要由具揮發(fā)性的冰組成。 它們的軌道具有高離心率，近日點(diǎn)一般都在內(nèi)行星軌道的內(nèi)側(cè)，而遠(yuǎn)日點(diǎn)在冥王星之外。當(dāng)一顆彗星進(jìn)入內(nèi)太陽系后，與太陽的接近會(huì)導(dǎo)致她冰冷表面的物質(zhì)升華和電離，產(chǎn)生彗發(fā)和拖曳出由氣體和塵粒組成、肉眼就可以看見的彗尾。 　　短周期彗星是軌道周期短于200年的彗星，長(zhǎng)周期彗星的軌周期可以長(zhǎng)達(dá)數(shù)千年。短周期彗星，像是哈雷彗星，被認(rèn)為是來自柯伊伯帶；長(zhǎng)周期彗星，像海爾波普彗星，則被認(rèn)為起源于奧爾特云。有許多群的彗星，像是克魯茲族彗星，可能源自一個(gè)崩潰的母體。有些彗星有著雙曲線軌道，則可能來自太陽系外，但要精確的測(cè)量這些軌道是很困難的。 揮發(fā)性物質(zhì)被太陽的熱驅(qū)散后的彗星經(jīng)常會(huì)被歸類為小行星。 　　半人馬群 　　半人馬群是散布在9至30 天文單位的范圍內(nèi)，也就是軌道在木星和海王星之間，類似彗星以冰為主的天體。半人馬群已知的最大天體是10199 Chariklo，直徑在200至250 公里。第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的是2060 Chiron，因?yàn)樵诮咏枙r(shí)如同彗星般的產(chǎn)生彗發(fā)，目前已經(jīng)被歸類為彗星。有些天文學(xué)家將半人馬族歸類為柯伊伯帶內(nèi)部的離散天體，而視為是外部離散盤的延續(xù)。 　　 3.4.外海王星區(qū) 　　　在海王星之外的區(qū)域，通常稱為外太陽系或是外海王星區(qū)，仍然是未被探測(cè)的廣大空間。這片區(qū)域似乎是太陽系小天體的世界（最大的直徑不到地球的五分之一，質(zhì)量則遠(yuǎn)小于月球），主要由巖石和冰組成。 　　柯伊伯帶 　　柯伊伯帶，最初的形式，被認(rèn)為是由與小行星大小相似，但主要是由冰組成的碎片與殘骸構(gòu)成的環(huán)帶，擴(kuò)散在距離太陽30至50 天文單位之處。這個(gè)區(qū)域被認(rèn)為是短周期彗星——像是哈雷彗星——的來源。它主要由太陽系小天體組成，但是許多柯伊伯帶中最大的天體，例如創(chuàng)神星、伐樓拿、2003 EL61、2005 FY9和厄耳枯斯等，可能都會(huì)被歸類為矮行星。估計(jì)柯伊伯帶內(nèi)直徑大于50 公里的天體會(huì)超過100,000顆，但總質(zhì)量可能只有地球質(zhì)量的十分之一甚至只有百分之一。許多柯伊伯帶的天體都有兩顆以上的衛(wèi)星，而且多數(shù)的軌道都不在黃道平面上。 　　柯伊伯帶大致上可以分成共振帶和傳統(tǒng)的帶兩部分，共振帶是由與海王星軌道有共振關(guān)系的天體組成的（當(dāng)海王星公轉(zhuǎn)太陽三圈就繞太陽二圈，或海王星公轉(zhuǎn)兩圈時(shí)只繞一圈），其實(shí)海王星本身也算是共振帶中的一員。傳統(tǒng)的成員則是不與海王星共振，散布在39.4至47.7 天文單位范圍內(nèi)的天體。傳統(tǒng)的柯伊伯帶天體以最初被發(fā)現(xiàn)的三顆之一的1992 QB1為名，被分類為類QB1天體。 　　冥王星和卡戎 　　 冥王星和已知的三顆衛(wèi)星 　目前還不能確定卡戎（Charon）是否應(yīng)被歸類為當(dāng)前認(rèn)為的衛(wèi)星還是屬于矮行星，因?yàn)橼ね跣呛涂ㄈ只ダ@軌道的質(zhì)心不在任何一者的表面之下，形成了冥王星-卡戎雙星系統(tǒng)。另外兩顆很小的衛(wèi)星尼克斯（Nix）與許德拉（Hydra），則繞著冥王星和卡戎公轉(zhuǎn)。 　　冥王星在共振帶上，與海王星有著3:2的共振（冥王星繞太陽公轉(zhuǎn)二圈時(shí)，海王星公轉(zhuǎn)三圈）。柯伊伯帶中有著這種軌道的天體統(tǒng)稱為類冥天體。 　　離散盤 　　離散盤與柯伊伯帶是重疊的，但是向外延伸至更遠(yuǎn)的空間。離散盤內(nèi)的天體應(yīng)該是在太陽系形成的早期過程中，因?yàn)楹Ｍ跣窍蛲膺w徙造成的引力擾動(dòng)才被從柯伊伯帶拋入反覆不定的軌道中。多數(shù)黃道離散天體的近日點(diǎn)都在柯伊伯帶內(nèi)，但遠(yuǎn)日點(diǎn)可以遠(yuǎn)至150 天文單位；軌道對(duì)黃道面也有很大的傾斜角度，甚至有垂直于黃道面的。有些天文學(xué)家認(rèn)為黃道離散天體應(yīng)該是柯伊伯帶的另一部分，并且應(yīng)該稱為"柯伊伯帶離散天體" 高考學(xué)習(xí)網(wǎng)－中國(guó)最大高考學(xué)習(xí)網(wǎng)站Gkxx.com | 我們負(fù)責(zé)傳遞知識(shí)！