第四章太陽系概述

1、第三章、太陽系第三章、太陽系 3.1 3.1 、太陽系概況太陽系概況1、太陽：太陽系中心天體，是太陽系光和能量的來源，其質(zhì)量占總質(zhì)量的 99.865 %。2、行星和衛(wèi)星： 太陽系的主要成員 水 金 地 火 木 土 天 海 冥 ？衛(wèi)星： 1 2 61 31 21 11 1環(huán)帶： 有 有 有 有3、小天體： 小行星、彗星、流星、隕星。 3.2 3.2 、 行行 星星一、分類：一、分類：類地行星： 水 金 地 火 體積小、密度大、中心有鐵鎳核、金屬含量高、自轉(zhuǎn)慢、衛(wèi)星少。巨行星： 木 土 體積大、密度小、主要由H 、He組成、無固體表面的流體行星、自轉(zhuǎn)快、衛(wèi)星多。遠(yuǎn)日行星： 天 海 冥 體密介于二者

2、之間、主要由H、He及冰物質(zhì)組成。 二、行星的自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)二、行星的自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn) 自轉(zhuǎn)周期 公轉(zhuǎn)周期 一晝夜水星： 58.646 天 88 天 176天金星： 243天 225天 118天火星： 24h41m 687天木星： 9h50m30s （赤道處） 11.862年土星： 10h14m 29.457年天王星： 15h36m 84年海王星： 17h50m 164.8年冥王星： 6.3867天 248年 三、行星的大氣三、行星的大氣 決定因素：決定因素：溫度（T） 質(zhì)量（M） 質(zhì)量 表面逃逸速度（Ve） Ve2GMR 溫度 熱運動速度 （Vt） Vt2KTmH 當(dāng) M T時，大氣越濃密 當(dāng) Ve5

3、Vt時，就不可能有可見大氣了 三、行星的大氣三、行星的大氣 1、類地行星： 離日近、T高、形成初期的原始大氣都逃逸了，目前存在的大氣主要是演化過程中由火山活動等方式從內(nèi)部釋放出來的第二代大氣，缺少H。2、巨行星： 質(zhì)量大、溫度低、原始大氣未逃逸、因此大氣濃厚、高達(dá)上千公里，主要為H、 He。3、遠(yuǎn)日行星： 有甲烷為主的大氣層、處于冰結(jié)狀態(tài)。四、行星的環(huán)帶四、行星的環(huán)帶1、光環(huán)的組成：由無數(shù)大小不等的冰塊、巖石塊、 塵埃顆粒組成。2、光環(huán)的運動：為保持穩(wěn)定，沿行星本身的赤道面 高速旋轉(zhuǎn)，否則會被行星的巨大引力拉過去。 木星：既薄又暗、由塵埃及大小不等的石塊組成。 土星： 成千上萬條像密紋唱片一樣

4、，由碎冰塊、 石塊、塵埃顆粒組成。天王星：有11條光環(huán)、間隔很大、由石塊、塵埃、 冰塊組成。海王星： 有5條光環(huán)、有的完整、有的殘缺。水星的表面水手10號拍攝的水星照片 新發(fā)現(xiàn)的水星表面由于致冷和收縮形成的皺紋區(qū)(Scarp),此皺紋約幾百公里長,3公里高.(注意到圖的右上角還有一個大的皺紋區(qū)), 水星表面的主要熱盆地橫跨1400公里,這些熱盆地被一系列同心圓的山環(huán)繞著 麥哲倫宇宙飛船探測金星，（a）金星表面（b）8km高的火山正在休眠 （c）流動的熔巖正穿越斷裂地區(qū)金星在月球上拍攝的地球照片. 地球大氣從對流層（Tropopause）、平流層（Stratosphere）、臭氧層（ O z o

5、 n e l a y e r ） 、 中 間 層（Mesosphere）到電離層頂(Ionosphere) 的溫度、壓力隨地球高度的變化 （ A.T. fig.7.2）火星的圖象 a.1991年地面望遠(yuǎn)鏡拍攝 b. 1997年哈勃望遠(yuǎn)鏡拍攝 c.1976年海盜宇宙飛船拍攝火火火 火星的圖象,右下腳圖是“火星探路者”拍照的近火星表面照片,可見火星表面巖石遍布.火星上的著名的奧林匹斯大火山火星表面有大量的氧化鐵物質(zhì)，呈現(xiàn)出“赤地千里”的景色火星上大峽谷里的霧- 海盜飛船拍攝火星上大峽谷里的霧- 海盜飛船拍攝 火星上的河床遺跡與紅河（b）比較1984年在南極洲發(fā)現(xiàn)的ALH84001火星隕石在地球上發(fā)

6、現(xiàn)的Murchison 火星隕石的局部放大圖像 火星隕石上有原始生命的微化石木星 a.地面望遠(yuǎn)鏡拍攝 b.哈勃望遠(yuǎn)鏡拍攝航海者1號拍攝的木星大紅斑-含有紅磷化合物的特大氣旋航海者1號探測出木星是一顆濃密大氣下的液態(tài)氫的“海洋”1979年“旅行者1號”發(fā)現(xiàn)木星有光環(huán) 1994 年12月哈勃空間望遠(yuǎn)鏡拍攝到的土星上赤道區(qū)域正發(fā)生風(fēng)暴，插圖表示在北極區(qū)早些時候發(fā)生過風(fēng)暴。 土星光環(huán)由碎冰塊、巖石塊、塵埃等組成 天王星和它的光環(huán)-躺著自旋，是逆轉(zhuǎn)，旅行者2號探測出很厚的大氣層 a. 天衛(wèi)一 b.c 天衛(wèi)五天王星 （可見有光環(huán)）和它的一個衛(wèi)星（共有17顆衛(wèi)星） 海王星有8顆衛(wèi)星，有5道光環(huán)，濃厚的大氣，

7、有磁場“旅行者2號”拍到的海王星的暗斑-大風(fēng)暴海王星的光環(huán)冥王星和它的衛(wèi)星3.3、行星的軌道運動一、行星的運動規(guī)律：一、行星的運動規(guī)律： （開普勒定律）1 1、橢圓定律：、橢圓定律：行星繞太陽運動的軌道為橢圓，太陽位于一個焦點上。2 2、面積定律：、面積定律：行星的向徑在單位時間掃過的面積相等。3 3、調(diào)合定律：、調(diào)合定律：行星公轉(zhuǎn)周期的平方，與軌道半長徑的立方成正比。（A3T2C） 嚴(yán)格推導(dǎo)為： A3T2G（M1M2）42二、開普勒定律的運用 1 1、準(zhǔn)確測定行星距離：、準(zhǔn)確測定行星距離： 若取 a=1AU, T=365.2564日（1恒星年） a 3/ T 2=a 3 地/ T 2 地 =

8、 1 （AU/年） 通過行星會合周期的測定求T，即可知a。 2 2、求天體的質(zhì)量：、求天體的質(zhì)量： a 3/ T 2 = G（M1+M2）/ 42 M 1,、 M2是兩個互相繞轉(zhuǎn)的天體質(zhì)量，當(dāng)M1遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于M 2時， 有：M1 =42a3 /G T2 雙星的軌道運動 n兩顆子星圍繞公共質(zhì)心作橢圓運動，半長徑分別為a1和a2. 公共質(zhì)心位于橢圓的焦點上，子星在運動時與公共質(zhì)心始終位于一條直線上。n橢圓軌道的大小與子星的質(zhì)量有關(guān)，M1a1M2a2n如果以一顆子星以參照點，另一顆子星的相對運動也是一個橢圓，其半長徑為aa1 + a2三、行星的軌道要素 在空間完全確定繞轉(zhuǎn)體的運動狀況，需要幾個獨立的量。

9、1、軌道半長徑：、軌道半長徑：a （大?。ù笮。?2、偏心率：、偏心率：eca （a 2 b2）1/2a （形狀）（形狀） e=1 拋； e=0 圓； e1 雙曲； e1 橢圓3、軌道傾角：、軌道傾角： i （空間位置）（空間位置） 行星軌道面與黃道面的夾角。4、升交點黃徑：、升交點黃徑： 升交點到春分點的角距。5、近日點角距：、近日點角距： （長軸方向）（長軸方向） 升交點到近日點的角距。6、近日點時刻：、近日點時刻：表5.3 九大行星的軌道要素 行星 軌道半長徑 偏心率 傾角 公轉(zhuǎn)周期 會合周期 軌道運動 a(AU) (日) (日) 平均速度（km/s） 水 星 0.3871 0.205

10、6 7.0 87.97 115.88 47.87金 星 0.7233 0.0068 3.4 224.70 583.92 35.02地 球 1.0000 0.0167 0 365.27 - 29.79火 星 1.5237 0.0934 1.9 686.98 779.93 24.13木 星 5.2027 0.0483 1.3 4332.71 398.88 13.06土 星 9.5555 0.0560 2.5 10759.50 378.09 9.66天王星 19.1911 0.0461 0.8 30685.00 369.66 6.80海王星 30.1090 0.0097 1.8 60190.00 3

11、67.49 5.44冥王星 39.5289 0.2482 17.1 90800.00 366.73 4.74四、行星的軌道特征1 1、共面性：、共面性：公轉(zhuǎn)軌道幾乎在同一平面內(nèi)。（ i 3 o） 只有水 7o ；冥 17 o.1。2 2、同向性：、同向性：公轉(zhuǎn)方向相同。 自轉(zhuǎn)：金星逆轉(zhuǎn)、天王側(cè)轉(zhuǎn)。3 3、近圓性：、近圓性：公轉(zhuǎn)軌道為近圓的橢圓 。 除水、冥e偏大，其余e0.1。 一般認(rèn)為：行星衛(wèi)星軌道的三個特性決非偶然的巧合 4、行星的距離分布提丟斯提丟斯- -波得定則：波得定則： （經(jīng)驗公式） 水 金 地 火 木 土數(shù)列 0 3 6 12 24 48 96 +4 （ 4 7 10 16 28

12、 52 100 ）10 以上數(shù)值為行星到太陽的距離 （以1AU為單位；1AU =1億5千萬公里） 柏林天文臺臺長波得把以上內(nèi)容總結(jié)為一個 經(jīng)驗公式：a N 0.40.32N-2 式中：N為序號；N水 ； N5為空缺。提丟斯-波得定則 另一種形式： an+1/ an 1.73 （常數(shù)） 當(dāng)時只知道五大行星，符合很好。 1871年，發(fā)現(xiàn)了第七顆大行星天王星（19.2)，正好處于計算的位置(19.6)附近，海王星的位置(30.2;38.8)相差較大，冥王星(39.5;77.2)就更不符合了。 此定則在歷史上對 小行星的發(fā)現(xiàn)起了推動 做用。盡管為不嚴(yán)格的 經(jīng)驗公式，但確實反映 了太陽系的基本規(guī)律。起因

13、：起因：共同起源、長期演化 的必然結(jié)果。 3.4 、行星的視運動 觀測者所見行星在天球上的位置移動1 1、相對恒星的視運動：、相對恒星的視運動： 路徑特征：a、在黃道附近；b、帶圈或折線的復(fù)雜曲線。 起因：地球與行星公轉(zhuǎn)運動的合成。 2 2、相對太陽的視運動：、相對太陽的視運動：地內(nèi)行星： 在太陽附近來回運動，與太陽保持一 定的角距范圍。地外行星： 與太陽的角距任意。一、行星相對太陽的視運動一、行星相對太陽的視運動1 1、內(nèi)行星的視運動：、內(nèi)行星的視運動： 公轉(zhuǎn)周期 ： 水 89天；金 224天； 地365.256天。 內(nèi)行星的公轉(zhuǎn)角速度大于地球，若認(rèn)為地靜止，上合后內(nèi)行星將相對太陽向東偏離。

14、內(nèi)行星相對太陽的幾個位置：內(nèi)行星相對太陽的幾個位置： 上合 東大距 下合 西大距 上合 看不見 昏星 看不見 晨星 看不見 水星大距：與太陽角距 180 280 e=0.206 金星大距： 450 480 e=0.001內(nèi)行星凌日：罕見的天象 水：13次/百年；(5.8;11.10) 下合 金：1-2(4)次/百年 (6.7;12.9)內(nèi)行星凌日：罕見的天象n水：13次/百年；金：4次/243年n金:1874.12.8 2004.6.8n 1882.12.6 2012.6.6n發(fā)生的條件:上合 交點n地球過金星升交點:6.7 降交點:12.9n地球過水星升交點:11.10 降交點:5.8內(nèi)行星

15、的位相變化n位相變化:n行星本身不發(fā)光,當(dāng)它與地球的相對 位置發(fā)生變化時,便會出現(xiàn)不同的位相。n下合 西大距 上合 東大距n朔 下弦 望 上弦n1、因內(nèi)行星與地球距離時時不同,所以在不同位相時的視圓面角徑不同。n金:新月 - 角直徑64; 滿月 - 角直徑10n2、與月相的順序不同。內(nèi)行星的位相變化 內(nèi)行星在視運動中也呈現(xiàn)位相變化，因行星與地距的變化，金星的視角徑為9.6-66，甚至肉眼可見。2、外行星相對太陽的視運動 公轉(zhuǎn)周期：公轉(zhuǎn)周期： 火 1.8808年 木 11.862年 土 29.45年 外行星相對太陽的幾個位置：外行星相對太陽的幾個位置： 合 西方照 沖 東方照 合看不見 子夜升

16、整夜見 正午升 看不見 大沖：大沖：行星處于近日點附近時的沖日。(距離最小的沖） （外行星的公轉(zhuǎn)角速度小于地球，合后外行星 相對太陽逐漸偏西。） 二、行星相對恒星的視運動1、地內(nèi)行星相對恒星的視運動：、地內(nèi)行星相對恒星的視運動： 上合 東大距 留 下合 留 西大距 上合 順 順 逆 逆 順 順 2、地外行星相對恒星的視運動：、地外行星相對恒星的視運動： 合 西方照 留 沖 留 東方照 合 順 順 逆 逆 順 順三、行星的會合周期 行星連續(xù)兩次合（沖）的時間間隔，為行星相對太陽的視運動周期。 會合方程：會合方程： S （360 0/E 360 0/T）= 360 0 1/E 1/T 外 =1/S

17、； 1/T 內(nèi) 1/E =1/S E：地球公轉(zhuǎn)周期 E = 365.256 ； S：會合周期； T：行星公轉(zhuǎn)周期。 3.5、月月 球球一一 、月球的基本參量：、月球的基本參量： 1、平均距離：384401Km； （363297405501） 2、直徑：3476Km； 14R地；亞洲面積 3、質(zhì)量：7350億億噸 18 M地 二、月球的繞轉(zhuǎn)周期：二、月球的繞轉(zhuǎn)周期： 1、恒星月= 27、32166日 公轉(zhuǎn)周期 2、朔望月= 29、5306日 會合周期月球的背面 三、月球的自轉(zhuǎn)三、月球的自轉(zhuǎn) 自轉(zhuǎn)周期公轉(zhuǎn)周期 觀測事實：月球總以一面朝向地球。 同步自轉(zhuǎn) 四、月球的視運動：四、月球的視運動： 白道：

18、月球在恒星間自西向東移動的軌跡。 每天平均移動：3600/27.32 130 相對太陽每天東移：3600 /29.5120 因此，月球升起的時間平均每天晚近50m。五、月球的位相變化和會合周期五、月球的位相變化和會合周期1 1、月相：、月相： 月球視圓面的盈虧變化。2、月相的成因： 1）月球本身不發(fā)光，只反射太陽光； 2）月繞地轉(zhuǎn)的同時又隨地繞日轉(zhuǎn)，使三者位置不斷變化， （月球相對太陽的視位置變化）而造成月相的變化。 因為這兩種運動都有周期性，月相變化也有嚴(yán)格的周期性。 月相變化農(nóng)歷 初一、 七、 十五、二十三、 三十月相 朔月 上弦 望月 下弦 朔月中天 正午 傍晚 子夜 清晨 正午上升 清

19、晨 正午 傍晚 子夜 清晨下落 子夜 清晨 正午 傍晚 子夜3 3、會合周期、會合周期 月球連續(xù)兩次朔或望的時間間隔。 會合方程： 1T1E 1S 恒星月： T = 27.32 恒星年： E = 365.256 朔望月：（會合周期） S =29.5306六、月球的自轉(zhuǎn)與天平動六、月球的自轉(zhuǎn)與天平動 1、月球的自轉(zhuǎn)=公轉(zhuǎn) 2、月球的天平動：1）物理天平動：真實的微小擺動（晃動） 2 （1” 能察覺到）2）光學(xué)天平動：由于觀測者位置變動，幾何原因造成的擺動經(jīng)度天平動：因月球公轉(zhuǎn)速度不均勻，自轉(zhuǎn)速度均勻，在地球上看到月面東西方向的擺動，平均為7 0 54。緯度天平動：月球的赤道與白道有6 041的交

20、角，且自轉(zhuǎn)軸在空間的指向不變，月在軌道不同位置，地球上看月面的南北方向也會擺動，平均為6 041。周日天平動：由觀測地點經(jīng)緯度不同引起的，合起來約為10。 幾何天平動幾何天平動 經(jīng)度天平動：因月球公轉(zhuǎn)速度不均勻，自轉(zhuǎn)速度均勻，在地球上看到月面東西方向的擺動，平均為7 0 54。緯度天平動：月球的赤道與白道有6 041的交角，且自轉(zhuǎn)軸在空間的指向不變，月在軌道不同位置，地球上看月面的南北方向也會擺動，平均為6 041。周日天平動：由觀測地點經(jīng)緯度不同引起的，合起來約為10o。3.6、太陽系內(nèi)的小天體 一一 、小行星：、小行星： 1 1、發(fā)現(xiàn)：、發(fā)現(xiàn)： 1801年元旦夜，意.皮亞齊無意中發(fā)現(xiàn)谷神星

21、 2 2、命名：、命名： 新發(fā)現(xiàn)的小行星只給一個臨時編號，算出運行軌道，并見到兩次回歸后才有正式編號，有正式編號的小行星，可由發(fā)現(xiàn)者給一個專有名稱。 3、軌道：、軌道： 1）主帶小行星： 在火木軌道之間 2.1-3.3AU為主環(huán)帶，帶內(nèi)的小行星為主帶小行星。占95 0/02 2）近地小行星：）近地小行星： a 較小或 e 較大，其軌道非常接近地球，是偏離主環(huán)帶的較特殊群體。 A、阿坦型： （Aten） a1AU、遠(yuǎn)日距略大于1.0AU，似地球軌道、與地相撞的可能性最大。已發(fā)現(xiàn)30顆。估計總數(shù)8050顆，平均1億年有一顆撞擊地球。 B、阿波羅型：（Apolle） a ：1.084.2AU 近日距

22、1AU 已發(fā)現(xiàn)263顆。估計總數(shù)700300顆，平均10億年有三顆撞擊地球。 C、阿莫爾型： （Amor） a1AU 近日距1AU 碰撞的幾率小。已發(fā)現(xiàn)209顆。估計總數(shù)300150顆，平均10億年有一顆撞擊地球。 一些小行星在大行星引力攝動下，軌道與地球軌道相交，就有可能與地球相撞。過去的幾十億年，此類事已多次發(fā)生。4、一般性質(zhì)、一般性質(zhì) 質(zhì)量：質(zhì)量： 總質(zhì)量為地球質(zhì)量的 萬分之四，估計前四顆 （谷、智、婚、灶）集 中了總質(zhì)量的80%。 半徑：半徑： 多數(shù)在0.5Km以下，形 狀不規(guī)則 有自轉(zhuǎn)。 化學(xué)組成：化學(xué)組成： C類 ：碳質(zhì)； S類 ：石質(zhì)； M類： 金屬 5、研究的意義：、研究的意義

23、：1）無復(fù)雜的地質(zhì)演化過程 ；保留了較多的形成時的原始狀態(tài)， 對研究太陽系的起源有重要意義。2）對近地小行星的監(jiān)測、以防相撞。小行星“愛神” 和“艾達(dá)”及其衛(wèi)星二、彗星 彗星拖著長長的尾巴，在古人眼里常被視做災(zāi)難的征兆。中國民間俗稱“掃帚星”，“彗”字即“掃帚”。當(dāng)它離太陽較遠(yuǎn)時，看起來是個云霧狀的小斑點，走進(jìn)太陽時，在背離太陽方向形成了彗尾。1 1、結(jié)構(gòu)：、結(jié)構(gòu)：彗頭： 彗核：直徑幾十幾百公 里，由小而密的冰粒構(gòu)成，酷似巨大、易碎的臟雪球。 彗發(fā)：核的蒸發(fā)物，直徑可達(dá)幾十萬公里。 彗云：由氫原子組成的極為稀薄的薄層，可達(dá)千萬公里。彗尾：（走近太陽才會有彗尾） 體積龐大，達(dá)上億公里，物質(zhì)極稀薄

24、。 型：長而直，氣體、呈蘭色、有電子離子組成型：彎曲、塵埃、呈黃色、太陽光子輻射壓推斥微塵形成。2、軌道 三種軌道： e1； 拋物線軌道 40% e1； 橢圓軌道 49% e1； 雙曲線軌道 11% 周期彗星： （橢圓軌道） 長周期 200年 短周期 200年 彗星在大行星的攝動下，可改變其速度、 方向及軌道類型。3、起源原云假說： 荷蘭科學(xué)家奧爾特，根據(jù)長周期彗星的軌道半長徑多在3萬10萬個天文單位。認(rèn)為太陽系邊緣（15萬AU）有個彗星云（1011顆彗星），質(zhì)量（0.11M地球），由于受到臨近恒星的引力，使一部分脫離太陽系，而另一部分走進(jìn)太陽系，成為可看見的彗星。1908年6月30日，在西伯利亞通古斯河上空出現(xiàn)一個大火球，方圓100km都可看到，在沿岸原始森林上空爆炸。破壞了1600km的森林，估計爆炸能量約為廣島原子彈威力的2倍。有人認(rèn)為是一顆小彗星撞入地球，也有人認(rèn)為是大流星體或小行星闖入大氣。6500萬年前 地球上包括恐龍在內(nèi)的70%的物種絕滅，有人認(rèn)為是一顆小天體撞擊地球濺出的塵埃包圍全球，中斷植物的光合作用造成了生物滅絕。后來又有人提出，彗星隕落大海是這次生物滅絕的原因。直到10年后才在墨西哥半島附近找到了直徑200多公里的相應(yīng)隕石坑，產(chǎn)生年代恰為6500萬年前。 三、流星 1、流星體：、流星體：運行在行星際空間的塵埃和固體塊。 1）當(dāng)初形成行星、衛(wèi)星后的