現(xiàn)代科學技術(shù)概論-太陽系探索與發(fā)現(xiàn)內(nèi)容總結(jié)

太陽系探索與發(fā)現(xiàn)內(nèi)容總結(jié)太陽系概述太陽系基本構(gòu)成（太陽、八大行星、矮行星、小天體）

（1）八大行星：類地行星——水、金、地、火；類木行星——木、土、天、海

（2）矮行星：谷神星、冥王星、冥衛(wèi)卡戎、賽德娜、齊娜（3）小天體：小行星、彗星、太陽系三大環(huán)帶

主要成員圖片展示——視頻或課件；八大行星數(shù)據(jù)表——課件

（2）太陽

熊熊烈焰百億年，體積可容130萬個地球，質(zhì)量是地球的33萬倍，占太陽系總質(zhì)量99.7%，直徑是地球的109倍。一顆中小等恒星，自轉(zhuǎn)26地球日，表面溫度6000℃，核心溫度>1500萬℃，核心壓力>340億倍地球大氣壓……50億年后經(jīng)紅巨星變成白矮星。

視頻賞析：太陽、太陽的未來、神秘代碼片段—末日

（3）地球

自轉(zhuǎn)：23h56m4s，地軸與公轉(zhuǎn)軌道面夾角23°。距太陽1.5億km（1AU），海洋面積占78%，物產(chǎn)豐富、生命繁茂、火山活躍，大氣豐厚……半徑6400km，密度5.5g/cm3,表溫15-20℃，擁有磁場和范阿倫輻射帶，大氣適中，罕見的適合生命生存的星球。

（4）月亮

地球潮汐的主源，直徑3476公里，公自轉(zhuǎn)周期27天，無大氣和生命，遍布環(huán)形山、隕石坑。土壤富含He3，表溫-233-123℃，極地有水冰……從地球可看到月面的59%。在月球起源的諸多假說中，與地球同源說占主流地位。類地行星類地行星指小行星環(huán)帶以內(nèi)的“水、金、地、火”四大行星，除地球（專題單列）而外，其余三個類地行星敘述如下：

（1）水星（Mercury信使之神）

地球直徑的1/3，質(zhì)量的0.055，引力的0.4，無大氣和水，表溫-170至-430℃，密度5.4g/cm3，幾乎是個大鐵球，自傳58.65天，公轉(zhuǎn)87.97天(2/3)……軌道近日點每百年有575”的進動。

（2）金星（Venus愛神、美神）

離地球最近，日出日落前后出現(xiàn)，也稱作長庚星、啟明星、太白金星。高溫高壓，環(huán)境險惡，猶若中世紀描述的地獄。表溫460℃，氣壓90atm，大氣CO2占97%、含SO2、N2等，O2極少。毒云漂浮，硫酸遍布，閃電詭譎，一派恐怖景象。造訪金星的探測器金星1-6都失敗，金星7－14號登陸成功，金星7號僅僅工作了23min即遭毀滅。

失控的溫室效應：離太陽近，大氣濃密，紅外輻射不透明，溫室效應將巖石中CO2趕出，惡性循環(huán)，巖石中的CO2全部進入大氣。

金星重水豐度高于地球100倍。紫外線讓水分解為氫和氧，重水分解為氘和氧，說明了原初金星的水比現(xiàn)在多得多

（3）火星（Mars戰(zhàn)神）

1877年，意大利G.chiaparelli報道，在火星上發(fā)現(xiàn)了Canali（河道），相當于英文Channel。后來被新聞界誤傳為Canal-運河。

火星的半徑是地球半徑的0.53倍，自轉(zhuǎn)24.6小時，公轉(zhuǎn)686.96日。赤道與軌道面夾角24°。大氣壓1/150atm，CO2占大氣95.6%，N2占2.7%，Ar1.6%，O2占0.8%，北半球夏季溫度-10—-125℃，冬季-85—-125℃。

10-40億年前，由于火山爆發(fā)與隕石撞擊等原因，有過特大洪水，規(guī)模可達地球大洪水的20-30倍。擁有太陽系最高的山峰Olympus火山，27km，10億年前的火山。

圖片賞析：類地行星；視頻賞析：火星曾經(jīng)的大洪水，勇氣號探測器發(fā)運全程。類木行星類木行星指小行星環(huán)帶以外，冥王星以內(nèi)的“木、土、天、?！彼拇笮行牵謩e敘述如下：

（1）木星（Jupiter）

地球質(zhì)量的318倍，體積的1300倍，太陽質(zhì)量的1‰，密度1.4g/cm3。由氫氦甲烷氨等組成。濃云密布、狂風雷電，有熱輻射……它的大紅斑是含紅磷化合物的特大氣旋。表面磁場比地球強10倍，有極光和一個細光環(huán)……

木衛(wèi)二：表面有厚冰層，其下可能存在液態(tài)海洋和生命，是探測地外生命的下一目標。

圖片賞析：木星；視頻賞析：木衛(wèi)二

（2）土星（Saturn）

太陽系第二大行星，距太陽9.5AU，赤道半徑6.016×104km，是地球半徑的9倍……自轉(zhuǎn)10.2小時，公轉(zhuǎn)25.9地球年，季節(jié)明顯。最低溫-180℃，大氣含氨、甲烷的冰晶云帶。

土星的光環(huán)：1610年伽利略發(fā)現(xiàn)，1655年惠更斯將其描繪成薄盤。麥克斯韋用數(shù)學證明了光環(huán)是較近衛(wèi)星被主星引潮力撕碎的產(chǎn)物。碎塊顆粒直徑1μm-1km，為土石冰雪碎塊組成無數(shù)條同心圓，光環(huán)厚度小于100km。

土星衛(wèi)星：>17個。土衛(wèi)六的境況極像30億年前的地球，比水星大，在土衛(wèi)中密度最大，大氣稠密含有多種微量有機化合物，地球次生大氣的雛型。

視頻賞析：土衛(wèi)六圖片觀賞：土星和土衛(wèi)六

（3）天王星（Uranus烏刺諾斯）

地球直徑的4倍，體積的65倍，質(zhì)量的14.63倍。密度1.24g/cm3，磁軸與之轉(zhuǎn)軸夾角60度，公轉(zhuǎn)84地球年，自轉(zhuǎn)17.2小時，距太陽19AU（土星AU）。有24顆衛(wèi)星。……根據(jù)天王星軌道的異常，1846年亞當斯和勒維葉各自預測了海王星的存在。

（4）海王星（Neptune尼普頓）

日照為地球表面的1/900，溫度-200℃，藍色偏綠，富含氫氦多甲烷。距太陽30AU。赤道半徑3.88倍，大小為地球體積的57倍，質(zhì)量的17.22倍，平均密度1.67kg/m3。結(jié)構(gòu)成分類似木星，有亮斑、暗斑和類似木星的氣旋——大黑斑……

海王星有大衛(wèi)星十一顆，其中海衛(wèi)一Triton有火山，成份與眾衛(wèi)星不同，疑似異鄉(xiāng)來客。矮行星矮行星是科學家于2006年為科學分類太陽系成員而誕生的新族群名稱，該族群目前主要有冥王、冥衛(wèi)“卡戎”、小行星“谷神”、冥外“齊娜”、“塞德娜”。

（2）起因2003年“齊娜”“塞德娜”的發(fā)現(xiàn)

（3）裁決2006年8月24日，布拉格國際天文聯(lián)合會大會給出行星、矮行星、小行星及小天體的定義，確定了太陽系成員三大族群：八大行星、矮行星、小天體。

（4）成員簡介

冥王星（Pluto）：距太陽39.4AU，公轉(zhuǎn)248年，周期6.3872日。直徑約2400km，地球質(zhì)量的0.0024倍，體積的0.009倍，密度1.5g/cm3……柯伊伯帶天體。根據(jù)海王星軌道的攝動，通過25年的計算和搜索才于1930年發(fā)現(xiàn)了它。

冥衛(wèi)卡戎（Charon冥河渡船的船夫）：距冥王星19640km，半徑586km，是冥王星的一半，質(zhì)量1.9×10的21次方kg，月球的1/45。天然的同步衛(wèi)星。

谷神星（Ceres西西里守護神）：直徑952km，為月球的1/4。質(zhì)量約9.4×10的20次方千克，占小行星總質(zhì)量的1/3，為月球的4%。表層含水冰，淡水總量或超地球。

塞德娜（Sedna2003VB12）：美國2004年3月15日宣布發(fā)現(xiàn)的距地球約87AU的紅色類行星天體。繞日一周約1.05萬年，直徑小于1700km，大小約為冥王星的3/4，可能有一顆衛(wèi)星。

齊娜（Eris2003UB313Xena）：2005年7月美國宣布發(fā)現(xiàn)的直徑近3000km，為冥王星1.5倍的小天體。溫度-248℃……被戲稱為齊娜。它是否可成為第十大行星？

（5）柯伊伯帶20世紀50年代，美籍荷蘭裔天文學家柯伊伯預言，在距大陽40-50AU處有一個充滿微小冰封原始太陽星云的殘留物環(huán)帶……現(xiàn)已知它由短周期彗星和其他天體碎片組成，離太陽約35到1000AU，1992年發(fā)現(xiàn)了其中第一個小天體，之后逐漸增加，冥王星屬于該環(huán)帶，據(jù)信那里可能存在更多的矮行星。小行星及小行星環(huán)帶夾于火星和木星之間有一個小行星環(huán)帶，它恰好將八大行星分為類地、類目兩組。

（1）提丟斯－波德定則與發(fā)現(xiàn)小行星

1766德國的提丟斯－波德發(fā)表了特殊的數(shù)列——計算大行星軌道半徑分布規(guī)律的公式。

公式一：(n+4)/10n=0，3，6，12，……

公式一：R=0.3×2的(n-2)次方+0.4n=1，2，3，4，……

在n=24的火星與木星之間的位置，科學家發(fā)現(xiàn)了缺失一顆大行星，經(jīng)苦苦尋找首先發(fā)現(xiàn)了球形的谷神星，而后發(fā)現(xiàn)了大量的小行星組成的一條環(huán)帶。

（2）按物質(zhì)結(jié)構(gòu)分類的小行星

小行星：硅質(zhì)（石硅層，包圍鐵鎳）占15%；金屬質(zhì)（鐵鎳）占10%；碳質(zhì)（碳）占75%

（3）近地小行星

阿登型（軌道半長徑近日點在地軌內(nèi)）；阿莫爾型（軌道半長徑近日點在地軌外）；阿波羅（軌道半長徑在地軌外，近日點則在地軌內(nèi)）。

（4）小行星環(huán)帶的成因

太陽系形成時，該位置因處于太陽和木星的引力平衡區(qū)，星云碎石塵埃始終未凝聚；

火星和木星間的大行星爆炸，形成碎片。其中，少量碎片可能飛至冥王星處。

（5）小行星實例

智神星：第2號，1802由德國的奧伯斯發(fā)現(xiàn)；

婚神星：第3號，由德國的哈丁發(fā)現(xiàn)，其上命名了兩個環(huán)形山（賈、林）；

灶神星：第4號，1807由德國的奧伯斯發(fā)現(xiàn)；

義神星：第5號，1845由普魯士的威廉四世Hencke所發(fā)現(xiàn)；

韶神星：第6號，1847由普魯士的威廉四世Hencke所發(fā)現(xiàn)；

瑞華星：1874年，第一顆在中國發(fā)現(xiàn)的小行星，發(fā)現(xiàn)者Waston；

愛神星：1898年，德國的威特發(fā)現(xiàn)，又名胖香蕉，大約10萬年后可能與地球相撞。彗星與奧爾特云彗星是太陽系的奇特族群，它主要來源于冥王星外側(cè)的柯伊伯環(huán)帶和距離太陽5萬AU的奧爾特星云。彗星太陽系早期物質(zhì)的殘余，攜帶了大量太陽系早期的演化信息。

（1）彗星概述

彗星俗稱掃帚星，運行軌道呈橢圓或拋物線類型，接近太陽時因自身氣化揮發(fā)產(chǎn)生出逆向太陽的長尾，形若掃帚故而得名掃帚星。彗星既能給地球帶來災難，也能給地球帶來水和許多有機物，甚至有人推測生命的種子或來自彗星。

短周期彗星：回歸周期小于200年，主要來源于柯伊伯環(huán)帶；長周期彗星：回歸周期大于200年；主要來源于奧爾特星云。

（2）彗星結(jié)構(gòu)

彗星有彗核、彗發(fā)、彗尾、氫包層等特殊結(jié)構(gòu)。彗尾一般有兩個，一個是粗大的黃褐色實物氣體的尾巴，它因彗星的飛跑而稍顯拖后彎曲；另一個是太陽風與彗星作用產(chǎn)生的藍色離子尾巴，處于太陽與彗星的連線上。

惠普爾的臟雪球理論：1950年美國的惠普爾提出，彗星是由易揮發(fā)，混雜著塵埃、簡單有機物和碎石塊的水冰組成。該假說已為1986年蘇聯(lián)發(fā)射的探測器（Vega)及其后所有的其他探測結(jié)果所證實。

（3）彗星倉庫奧爾特云

太陽系的三個環(huán)帶：小行星環(huán)帶（Theasteroidband）、柯伊伯環(huán)帶（KuiperBelt）、奧爾特云(OortClout)。前兩個環(huán)帶無可辯駁，第三環(huán)帶尚待證實。

奧爾特云：距離太陽5萬天文單位處有一個環(huán)日星云，聚集了大量太陽系原始材料，其中包括長周期彗星。奧爾特星云目前被界定為太陽系外邊緣，人類目前最快的飛行器到達那里需要5-8千年。

（4）生物大滅絕的周期性及其原因

1983年，美國古生物學家D.Raup和J.Sepkkdki統(tǒng)計分析了地球近2.5億年來的古生物資料后發(fā)現(xiàn)，該期間至少發(fā)生過七次周期性物種大滅絕事件，滅絕率最高達70%的一次發(fā)生在白堊紀末期，恐龍從此消失。災變發(fā)生周期2600萬年，每次延續(xù)200萬年。