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第2章 太阳系八大行星和小天体(1)

水、金、地、火、木、土、天王星、海王星,是围绕太阳运转的八大行星。我们最熟悉的月球是地球的卫星。此外,太阳系还有众多的小行星和小天体。所有这些,组成了和谐的太阳系大家庭。

八大行星和行星探测

人们常说,八大行星是太阳最听话的儿女,这是因为在太阳强大的引力下,八大行星都严格遵守万有引力定律,规规矩矩地环绕太阳运动。按照与太阳的近远来认识,它们分别是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。

这八大行星可以分为3种类型:

(1)类地行星,它们有坚硬外壳,如水星、金星、地球、火星;

(2)巨行星,它们身躯巨大,没有坚硬外壳,如木星、土星;

(3)远日行星,它们表面寒冷,如天王星、海王星。

离太阳最近的行星——水星

水星,中国古代也称辰星。它与太阳的平均距离约为5790万千米,绕太阳一周约88个地球日。它自转一周约59个地球日。它的体积只是地球体积的5.62%,质量是地球的5.58%。是八大行星中最小的一个。

由于它离太阳最近,从地球上看去,水星与太阳之间的最大角距也不过28°,因此,它经常会被强烈的太阳光辉所淹没,从地球上很难直接观测到水星。

美国发射的“水手”10号行星探测器,曾于1974年和1975年先后3次从水星身旁掠过,获得了大量水星的信息。原来水星表面布满大大小小的环形山,很像月亮。水星上没有水,基本上没大气,白天温度高达420℃,夜晚冷到-173℃。温差之大,太阳系中独一无二。

像大多数行星一样,水星在绕太阳运行时像一个陀螺似的自转,但是它的自转轴几乎是垂直的。而地球的自转轴是倾斜的,于是才有了夏季和冬季,朝太阳倾斜的半球是夏季,偏离太阳的半球是冬季。由于水星不倾斜,所以没有季节之分。

照耀天空的启明星——金星

金星,中国古代也称太白金星。人们把日落后在西方天空见到的金星,叫长庚星;把日出前出现在东方天空的金星,叫启明星。金星非常亮,从地球上看,金星与太阳的角距离比水星大很多,金星出现的地平高度当然就比水星高得多,因此金星十分容易看到。

金星的体积是地球体积的0.88倍,质量是地球的五分之四。金星自转周期为243个地球日,绕太阳一周要224.7个地球日,自转周期比公转周期还长。

金星自转的方向也与其他七大行星不同,只有它才是由东往西自转的。也就是说,在金星上看太阳是西升东落的。

金星上有浓厚的大气层,大气层中97%以上的含量为二氧化碳。二氧化碳产生强烈的温室效应,太阳光可以自由地穿过大气层到达金星表面,但是热量却不能再散热出去,久而久之,金星表面的热量越积越多,使金星表面的温度整年都高达480℃,不分白天黑夜和赤道两极,到处都是地狱般的高温世界。

在地球上观测,金星是全天中除了太阳和月亮外最亮的星,就像一颗灿烂的宝石悬于天际。古希腊人称呼它为爱与美的女神阿佛洛狄忒,而罗马人则把它叫做维纳斯。

人类的母亲——地球

在太阳系中,我们最熟悉的,莫过于我们居住的地球了。但是实际上,我们对地球的了解仍然很肤浅,还有很多的谜团没有得到认知。

在2500年以前,我们的祖先在一本叫《周髀》的书中写道:“天圆如张盖,地方如棋局。”这就是著名的“天圆地方”说。

古巴比伦人和古印度人的想象比较相近,他们认为地球是驮在海龟背上的山。所不同的是,由于印度人崇拜大象的缘故,他们的想象是在海龟背上加了三只神圣的大象。

相比之下,古希腊人凭直觉的见解更加准确些。他们断定大地是圆的。亚里士多德就曾经提出了最富有说服力的论据:驶入大海的船只,最终总是在观望者视野中消失。另外,每当月食的时候,地球在月亮上的投影总是圆的。如果大地不是球形的话,这两种现象就无法解释了。

直到麦哲伦全球航行取得成功,世界才正式确立了地球是一个球体的理论。

世界上第一名字航员、苏联人加加林,1961年4月14日驾驶“东方”1号飞船首次从上百千米的高空鸟瞰人类赖以生存的地球时,最使他惊异的是地球原来是一个蔚蓝色的大水球。

地球是太阳系的行星之一。地球诞生已46亿年,而人类在地球上出现仅为300万年,其中99%的时间又是在原始社会中度过的。人类真正开始探索了解地球只是近几百年的事。

地球表面71%是海洋,29%是陆地。地表以上包着厚2000~3000千米的大气圈,它是地球的保护伞。

地球结构可分3层:地球最外层是地壳(地面下平均35千米以上),中层是地幔(地下35~2900千米),内层是地核(地下2900千米至地心)。人们可以形象地把地球这种圈层结构比作一个熟鸡蛋,地壳相当于蛋壳,地幔相当于蛋清,地核相当于蛋黄。“鸡蛋”里的温度随深度变化而变化。在距地表400千米深处,温度为1500~1800℃;在2900千米深处,温度为3500~3700℃;在6371千米深处的地球中心,温度高达4500~5000℃。从这种意义上讲,地球是个大火炉,在它内部贮藏着巨大的能量,可供人们去开发利用。

地球还是个大磁铁。通过南北两极,磁场范围可以延伸到地球外面10万千米以上的高空,因此在地球表面任何位置,人们都可以用指南针指示方向。磁极自古一直在游移着,而且在不同的地质时期曾有过倒转,每当地磁极倒转现象发生时,许多生物属种会忽然消失,倒转现象过后,又会出现新的属种。

像太阳系的其他行星一样,地球以每秒30千米的速度绕太阳公转。地球绕太阳运动的轨道是一个椭圆形,与太阳的平均距离约1.5亿千米,以365日6小时9分9.5秒跑完一圈,这就是地球上的一年。同时地球还像个陀螺不停地自转,赤道上的自转速度约每小时1670千米,自转一周约23小时56分4秒,就是地球上的一昼夜。地球的自转产生黑夜白昼,公转产生春夏秋冬。

过去人们只能间接地证明地球是个球体。20世纪50年代以来,宇航事业有了突飞猛进的发展。宇航员从太空给地球拍摄了许多照片,地球的形态一目了然,非常直观,地球是一个略扁的旋转椭球体。天文学家们早已精确地测定出地球赤道半径平均为6378.14千米,极半径平均为6356.75千米,两者相差约21千米。也就是说,地球的赤道周长比两极方向的子午线周长要长。科学家们根据万有引力定律测出地球质量为5.976×1027克,地球的平均密度为5.52克/立方厘米。

地球是太阳系唯一有生命存在的星球,是人类赖以生存的摇篮。它是座大宝库,内部蕴藏着丰富的矿产、能源、生物和水等资源。世界上只有一个地球,必须珍惜和爱护它,使人类与地球永远和睦相处下去。

最像地球的行星——火星

有关“火星运河”、“火星人”的宣传报道,曾吸引着很多人,但是,这些都是虚构的科学幻想。实际上,火星只是绕太阳运动的普通行星。它的体积比地球小,赤道直径只是地球的一半,约3395千米,质量约是地球的11%。火星的自转周期很像地球,地球自转一周约24小时,火星自转一周为24小时37分钟,也就是说,火星上一昼夜长度和地球差不多。火星绕太阳一周要687个地球日,约相当于地球上的两年。火星自转轴与轨道面的交角为66°01',而地球自转轴与轨道面交角为66°33',两者又极相近。

这就表明,火星上也有如地球上一样的四季变化。当然,火星上的每个季节比地球上的长一倍。

火星与地球相似,存在着大气和水。火星的大气层很稀薄,约相当于地球30~40千米高处的大气密度。大气成分也不同,约95%是二氧化碳,水气的数量很少。在火星两极地区呈现白色斑块,叫极冠。这一点也很像地球两极的冰封雪地,表明火星两极还是有水的,不过都是以冰的形式存在。

1997年7月“火星探路者”号飞船发回的照片表明,火星在30~10亿年前发生过多次特大洪水。火星表面的地形和地势极其复杂,有山脉、高地和环形山,也有平原、沟漕和火山。火星表面的土壤和沙漠中含有大量的氧化铁,因此,火星发出红色的光辉。

太阳系行星的老大——木星

木星是太阳系八大行星中最大的一颗,素以身材巨大而闻名。它的赤道半径是地球的11倍,体积是地球的1316倍,质量是地球的300多倍,是其他行星总质量的2.5倍。木星赤道自转一周还不到10个小时,比地球自转快多了,在行星自转中数第一。难怪通过天文望远镜观测它时,木星呈赤道突出的扁球体。木星绕太阳一周约12年。

通过天文望远镜观察木星,人们会看到它的赤道部分有明暗相间的平行条纹,这是木星浓厚的大气层上空的云带。有时还可以在木星南半球中纬度区域看到一个著名的大红斑。它是木星大气中长约2万千米,宽约1万千米的剧烈旋转着的上升气团。木星没有坚硬的外壳,它的大气层底部是液态氢的“海洋”包围着的木星核。因此,木星是一个液态行星,在木星表面着陆是绝对不可能的。1979年,发现木星外也有类似土星那样的光环。

已知木星有16颗绕它运动的卫星,其中4颗大卫星是伽利略发现的,也叫伽利略卫星。在这4颗卫星中,木卫三、木卫四和木卫一的体积都比常见的月亮大。木星和它的卫星很像太阳系中的一个“小家庭”。

带光环的行星——土星

凡是通过天文望远镜观测过土星的人,无不被它秀丽多姿的光环所吸引,土星光环给观测者留下极深刻的印象。土星光环已被发现300多年了,整个光环由7个同心环组成,光环总宽约8万千米,厚约10千米,光环是由许许多多彼此分离的冰块组成的。

土星是太阳系中第二大行星。它的体积和质量都仅次于木星。土星的体积是地球的745倍,质量是地球的95倍。土星的密度很小,每立方厘米0.7克,比水的密度还小。也就是说,若把土星放在水中,它就能漂浮在水上。

土星自转也很快,赤道部分自转一周约10小时14分钟。它绕太阳公转一周约29.5年。土星和木星一样,没有坚硬的外壳,核心外是液态氢包围,最外层是大气层,大气层与液态氢之间没有明显的分界线。

土星是太阳系中卫星数目最多的一颗行星,已知土星有23颗卫星。其中最为天文学家关注的是土卫六,它的直径为4828千米,比常见的月亮还大,是太阳系中第二大卫星。它的质量是月球质量的1.8倍。

1655年,荷兰天文学家惠更斯发现土卫六后,300多年来天文学家对它进行了多方面的观测研究。它距土星表面平均约122万千米,总以同一半面向着土星。它呈美丽的橘红色,像熟透的橘子。它有坚硬的外壳,有浓密的大气包围。这颗卫星上有没有生命,是科学家们最感兴趣的问题,正在全面探索和研究之中。

遥远的边疆星球——天王星和海王星

天王星、海王星是太阳系中镇守外层边疆的两兄弟。因此,人们有时候称呼它们是带外行星。和所有的行星一样,它们受到太阳强大引力的束缚,沿着各自的轨道的路径绕太阳运行。它们离太阳很远,从它们的轨道看太阳,太阳只比一颗亮恒星稍微亮一点。