第四節太陽和太陽系太陽太陽系一、太陽

●太陽的距離、大小和質量日地平均距離：1.496×108km（即天文單位）大小：半徑約700000km（為地球半徑的109倍）表面積：地球表面積的12000倍

體積：地球體積的1300000倍質量：1.989×1030kg（約為地球質量的33萬倍）●太陽的熱能、溫度和熱源太陽熱能太陽常數：8.16J/(cm2·min)；平均距離，太陽直射，大氣界外；太陽輻射總量：3.826×1026J/s；地球所得：1.74×1017J/s（占22億分之一）。

太陽溫度根據太陽輻射熱量推算的溫度稱有效溫度；根據太陽輻射光譜測定的溫度稱輻射溫度；太陽光球溫度：5770K

；太陽中心溫度：15000000K；色球溫度：100000K；日冕溫度：1500000K。太陽熱源產熱過程：熱核反應（氫核聚變為氦核）；產熱方式：質量轉化為能量；產能中心：在太陽核心。H→He+能量太陽是我們惟一能觀測到表面細節的恒星。直接觀測到的是太陽的大氣層，它從里向外分為

光球→色球→日冕●太陽大氣光球光球是太陽大氣最低的一層，即一般用白光所觀測到的太陽表面“厚度僅500公里左右”。我們接收到的太陽能量基本上是光球發出的。因此，太陽的光譜實際上就是光球的光譜。色球色球層是太陽大氣的中間層，平均厚度為2000千米。密度比光球層稀薄。溫度有幾千至幾萬攝氏度；但發出的光只有光球層的幾千分之一。

平時無法看到色球層，只有在發生日全食的時候，在暗黑日輪的邊緣可以看到一彎紅光，僅持續幾秒鐘，這就是色球的光輝。日冕日冕是太陽大氣的最外層（其內部分別為光球層和色球層），厚度達到幾百萬公里以上。日冕發出的光比色球層的還要弱，只有在日全食時才能看到。日冕溫度有100萬攝氏度，粒子數密度為1015m3。在高溫下，氫、氦等原子已經被電離成帶正電的質子、氦原子核和帶負電的自由電子等。這些帶電粒子運動速度極快，以致不斷有帶電的粒子掙脫太陽的引力束縛，射向太陽的外圍。形成太陽風。●太陽活動太陽大氣層里一切活動現象的總稱。主要有太陽黑子、光斑、耀斑、日珥和日冕膨脹事件等。時烈時弱，平均以11、22年為周期。太陽大氣活動劇烈期的太陽稱為“擾動太陽”，輻射出大量紫外線、x射線、粒子流和強射電波，因而往往引起地球上極光、磁暴和電離層擾動等現象。太陽大氣比較平靜時，成為“平靜太陽”太陽活動的主要標志——光球層上的黑子、光斑，色球層上的耀斑、日珥。太陽黑子是太陽光球層上發生的一種太陽活動，是太陽活動中最基本、最明顯的。太陽黑子實際上是太陽表面一種熾熱氣體的巨大漩渦，溫度大約為3000-4500℃。因為其溫度比太陽的光球層表面溫度要低1000到2000攝氏度（光球層表面溫度約為6000攝氏度），所以看上去像一些深暗色的斑點。太陽黑子很少單獨活動，通常是成群出現。黑子的活動周期約為11年。光斑是太陽光球層邊緣出現的明亮組織，向外延伸到色球就是譜斑。光斑一般環繞著黑子，與黑子有密切的關系。太陽耀斑，亦稱色球爆發是在太陽的色球-日冕過渡層中發生的一種局部輻射突然增加的太陽活動，是最劇烈的太陽活動。日珥是從色球層不斷噴射出的火焰狀物質，形態千變萬化，肉眼只有在日全食時才能觀測到。太陽活動對地球的影響①擾動地球上空電離層，影響無線電短波通信；②擾動地球磁場，產生“磁暴”現象；③作用于兩極高空大氣，產生極光；④影響地球自然環境，產生自然災害；⑤對人體的影響，某些疾病、血液系統、神經系統的變化和太陽黑子活動呈現出明顯的相關性。太陽的外部結構（太陽大氣光球色球日冕厚度（km）約500約2000從色球頂部延伸至幾十（70）個太陽半徑處內冕；外冕溫度6800K（底部）～4500K（頂部）4500K～12萬K(頂部)可達100萬度顏色黃色玫瑰紅白色密度(g/cm3）2×10-7～3×10-8（稀薄）10-8～10-11

約10-15，接近真空光球色球日冕主要特征米粒組織（直徑300km到1000km之間）黑子：具有強磁場的旋渦，溫度低于光球光斑：溫度高于光球臨邊昏暗連續光譜源針狀物（很亮的氣體組成的射流，“燃燒的草原”）日珥閃光光譜（色球光譜）譜斑耀斑冕洞：日冕上的暗黑區域太陽風：從太陽射出的高能粒子流備注11年的周期日全食時觀測色球望遠鏡觀測日全食時觀測。日冕儀（人造日全食）二、太陽系

太陽系是由太陽、八大行星及其衛星、矮行星、太陽系小天體及行星際物質組成的天體系統。太陽系的發現太陽系的組成太陽系的結構和運動太陽系的起源太陽系的發現古代人對宇宙的認識托勒密的地心體系日心地動說的確立網站鏈接洪恩在線——天文學家/art/twdg/index8.htm古代人對宇宙的認識從直觀上：

——地心說的萌芽地靜天動，地居中心地動天靜從運動的相對性上：

——地動說萌芽坐地觀天地心說的代表天如雞子，地如中黃。張衡：渾天說

地居中心，其他天體繞地球運轉。亞里士多德：地球中心說從蓋天說到渾天說春秋時期蓋天說天在上地在下東漢時期渾天說天如雞子地如中黃地動說的代表赫拉克里的斯阿里斯塔克《尚書·緯·考靈曜》“與其設想整個天穹在環繞大地旋轉，倒不如設想大地在繞著自己的軸線旋轉。”根據粗略的測量，得出“日比地大”的結論，從而斷定地球繞太陽運動。

地體雖靜，而終日旋轉，如人坐舟中，舟自行動，而人不自知。托勒密的地心體系

公元二世紀，希臘天文學家托勒密，創立了完整的宇宙體系－－托氏地心體系。托氏地心體系要點從亞里士多德到托勒密亞里士多德：地球中心說阿波隆尼：本輪－均輪模型地球中心說圖示行星亮度的變化行星的逆行行星的逆行逆行西東本輪－均輪模型本輪均輪西東托氏地心體系要點地球靜止在宇宙中心宇宙有九重天原動天推動各層天自東向西作周日運動，同時各行星在自己的本輪上作勻速轉動除恒星天外，其余七重天又都有各自的與周日運動方向相反的運動月水金日火木土恒原動天對地心體系的評價對地心體系的評價標志著人類認識宇宙的一個階段

符合直覺印象，比較好的解釋了行星的運動，是系統的總結前人對宇宙的認識后形成的一個完整的宇宙體系。后為歐洲中世紀教會所利用教會宣揚，上帝創造了日月星辰和人，并把人放在地球上，使地球居于宇宙的中心，其他的日月星辰均是為了地球而存在的。

科學只是教會恭順的婢女，它不能超越宗教信仰所規定的界線，因而根本不是科學。

——恩格斯《反杜林論》上帝創造世界時如果向我征求意見的話，天上的秩序可能安排得更好一些。哥白尼（1473--1543）波蘭天文學家。通過近40年的觀測和研究，在1543年出版巨著《天體運行論》，徹底推翻了托勒密的地心體系，提出了新的宇宙體系——日心體系。日心地動說的確立哥白尼日心體系的要點太陽是宇宙的中心地球只是一顆行星，同其他行星一起繞太陽公轉日月星辰的東升西落是地球自轉的反映月球是地球的衛星，每月繞地球一周，同時跟隨地球繞日公轉日心學說的發展布魯諾

伽利略

開普勒

牛頓月水金日火木土恒原動天地心體系圖示：水金火木土恒星天日心體系圖示：布魯諾（1548--1600）意大利哲學家

宇宙是無限的。在太陽系之外有著數不盡的世界，我們所看到的世界只是無限宇宙中非常渺小的一部分。太陽不是宇宙的中心，無限的宇宙根本沒有中心。

——《論無限宇宙及世界》（1584年）伽利略(1564—1642)意大利天文學家。是用望遠鏡觀察天體并取得大量成果的第一人，被譽為“天空中的哥倫布”。

月亮并不象亞里士多德所說的那樣完美無缺；木星有四顆衛星，它們繞木星而不是繞地球轉動；銀河是由大量恒星構成的。

——《星界的報告》（1610年）開普勒（1571--1630）德國天文學家。在丹麥皇家天文學家第谷大量觀測資料的基礎上，開普勒總結出行星運動的三大定律，為人們描繪出行星運動的軌道，被譽為“天空立法者”。行星劃出一個以太陽為焦點的橢圓；由太陽到行星的矢徑在相等的時間內劃出相等的面積；行星公轉周期的平方與它同太陽距離的立方成正比。

——《哥白尼天文學概論》（1618年）牛頓（1642--1727）英國科學家。發明了微積分；發現了萬有引力定律；系統總結了物體運動三大定律；發明了反射式望遠鏡。

如果我比別人看得遠些，那是因為我站在巨人們的肩上。利用萬有引力定律，英國的亞當斯和法國的勒維耶計算出當時上不為人們所知的海王星軌道，被稱作“筆尖上的發現”。哥白尼的太陽系學說有三百年之久，一直是一種假說，這個假說盡管有99%、99.9%、99.99%的可靠性，但畢竟是一種假說。而當勒維耶從這個太陽系學說所提供的數據，不僅推算出還存在一個尚未知道的行星，而且還推算出這個行星在太空中的位置的時候，當后來伽烈確實發現這個行星的時候，哥白尼的學說就被證實了。

——恩格斯第谷的宇宙體系（1546-1601）木星及其衛星木星及木衛一木衛一經過木星上空木衛一（左）和木衛二（右）海盜1號拍攝的伽利略衛星太陽系的組成◆太陽◆八大行星及其衛星◆矮行星◆小天體◆行星際物質網站鏈接行星定義行星定義及其他行星圍繞太陽運轉、自身引力足以克服其剛體力而使天體呈圓球狀、并且能清除其軌道附近其他物體的天體。矮行星與行星同樣具有足夠質量，呈圓球狀，但不能清除其軌道附近其他物體的天體。小天體圍繞太陽運轉但不符合上述條件的天體。包括小行星、彗星、流星體等八大行星及其分類水星金星地球火星木星土星海王星天王星水星（Mercury）離太陽最近質量和體積較小與太陽角距離不超過280

沒有衛星與日距離公轉周期自轉周期0.4AU88日59日赤道與軌道夾角半徑質量280

1/3地球6%地球水星日出在水星上觀察到的太陽的視半徑會超過地球上的兩倍

水星與地球的比較由于質量較小，水星大氣非常稀薄，表面溫度變化十分劇烈，白天可高達4200C以上，夜晚則下降為-1700C以下。水星與太陽的角距離示意圖1973年，美國發射了水手10號宇宙飛船，對水星進行近距探測，發回大量有關信息，讓我們清晰的看到水星的地表形態。

水星地表南極附近直徑約100km的隕石坑金星（Venus

）濃密的大氣逆向自轉沒有衛星與日距離公轉周期自轉周期0.7AU225日243日赤道與軌道夾角半徑質量1770

95%地球80%地球金星與地球的比較金星的質量、大小與地球十分相似，所以被稱為地球的“姊妹星”。基于這些，人們曾經想象金星的環境也許和地球相似，但實際上金星與地球差異很大。

被濃密云層遮掩的金星金星濃厚的CO2大氣造成強烈的溫室效應，其表面溫度高達4500C。火星（Mars）寒冷干燥火星探測火星的衛星與日距離公轉周期自轉周期1.5AU1.88年24時37分赤道與軌道夾角半徑質量240

?地球10%地球火星與地球的比較

盡管火星的體積、質量都比地球小，大氣層比地球稀薄，但卻有著和地球相似的晝夜長短和季節變化。是太陽系中與地球最相似的一顆行星。荒涼的火星地表火星探測最早的火星空間探測器是美國水手4號飛船，1965年飛臨火星，首次發現火星表面的環形山。最早登陸火星的是美國海盜號飛船探測器，1976年降落火星表面，測繪了詳盡的火星表面圖。2004年美國發射的勇氣號和機遇號探測器，在火星表面找到了曾經存在過水的證據。

火星上的“藍莓果”美國宇航局的科學家通過機遇號發回的信息認為這些鑲嵌在火星巖層上的小石球其主要成分是赤鐵礦，而赤鐵礦主要是在有水的環境下形成的。

火衛一、二

火星的體積比地球小，大氣也比地球稀薄。大氣壓只有地球的千分之七。主要成份是二氧化碳，其他成份還有氮、氬、氧等。

水在火星大氣中的比重只有百分之零點零三。因而火星表面異常干燥。

火星的平均氣溫為零下五十五攝氏度，而溫差較大：在夏季的晝間，氣溫最高為二十攝氏度，而在冬季，氣溫則可低達零下一百多攝氏度。火星上經常有強風，因而常導致大范圍的塵暴。

雖然火星大氣中的水少得可憐，但科學家們發現，火星上的許多地區有被侵蝕的跡象，而且那縱橫交錯的河床似乎在告訴我們，火星上曾經有過液態的水，而且水還很多，它們聚集成大大小小的湖泊，甚至海洋。科學家們作出的解釋是，在火星的形成初期，這個星球被厚厚的二氧化碳云層所包裹，導致了強大的"溫室效應"，受太陽輻射后，火星表面的熱量被云層阻隔，無法散發到外層空間，使得氣溫升高，使水能以液態存在。那時的火星溫暖濕潤，可能孕育過生命。在火星的兩極有大量的固態二氧化碳，科學家們猜測，在這些巨大的冰蓋下面可能存在著固態的水。木星（Jupiter）液態星球色彩分明的條紋昏暗的木星環木星的衛星與日距離公轉周期自轉周期5.2AU11.9年9時50分赤道與軌道夾角半徑質量30

11地球318地球木星上色彩分明的條紋大紅斑木星結構由氫和氦組成的1000多千米厚的大氣層

由氫組成的液態氫的海洋

由鐵和硅組成的固體核

大紅斑旅行者2號1979年拍攝的大紅斑大紅斑是木星大氣中一團激烈旋轉的上升氣流，已經持續了幾百年木星光環1979年旅行者號拍攝木星及其伽利略衛星木星目前已知有58個衛星。按發現的先后次序編號木衛一～四是4顆最大也是最亮的衛星，由伽利略用望遠鏡首先發現

土星(Saturn)與日距離公轉周期自轉周期10AU29.5年10時14分赤道與軌道夾角半徑質量260

10地球95地球美麗的光環密度最小眾多的衛星土星的光環土星的衛星已知有33顆衛星。其中土衛六最大，半徑超過了水星。土衛六和土衛二是太陽系中擁有濃密大氣的衛星。

土星探測土星探測

由NASA和ESA聯合發射的“卡西尼-惠更斯”號探測器2004.7進入土星軌道。天王星（Uranus

）躺著自轉昏暗的環眾多的衛星與日距離公轉周期自轉周期20AU84年24±3時赤道與軌道夾角半徑質量980

4地球15地球天王星光環“旅行者”拍到的天王星環1977年在天王星掩食恒星的觀測中首先發現。1986年，“旅行者2號”飛掠天王星時，又發現了天王星其他的環。1997年，哈勃望遠鏡更清晰的拍攝了天王星的環。

天王星光環與衛星哈勃望遠鏡拍攝的照片中更清晰的顯示了天王星的環，并且還拍攝到天王星周圍的8顆衛星。天王星的衛星目前已證實了天王星有20顆衛星。海王星（Neptune

）與日距離公轉周期自轉周期30AU165年24±4時赤道與軌道夾角半徑質量290

4地球17地球暗淡的環活躍的大氣層8顆衛星活躍的大氣層海王星上的白云大黑斑哈勃中的海王星1994.10.101994.10.181994.11.11暗淡的海王星環海王星的衛星海衛一——泰坦海衛一地平線上的海王星冥王星（Pluto

）與日距離公轉周期自轉周期40AU248年6日赤道與軌道夾角半徑質量600

1/5地球0.24%地球偏心率很大的公轉軌道只有一顆衛星——卡戎畫家筆下的冥王星畫家筆下的冥王星地貌，左面小圓點是太陽，天上是冥衛卡戎1500km1200km海王星與冥王星軌道示意圖八大行星的分類水金地火木土天海按地球軌道的位置________地內行星___________________

地外行星水金地火木土天海按小行星帶的位置________________(帶)內行星水金地火木土天海按物理性質類地行星和類木行星巨行星(帶)外行星_______________

遠日行星衛星數目表面溫度光環密度體積質量行星類木行星類地行星水金地火木土天海較小較大較小較大較高較低無有較高較低少多少較低無較低較小較小冥王星類地行星和類木行星矮行星PlutoCeres2003UB313Eris冥王星人們搜索冥王星的最初目標，是為了解釋天王星軌道的異動。由于海王星只能部分解釋天王星實際軌道與預測軌道的差異，19世紀末的天文學家猜測，在海王星的軌道范圍之外，還應該有一個未知天體，它的引力干擾著天王星的運動。冥王星及其衛星卡戎1930年，美國天文學家湯博發現了這顆遠離太陽的未知天體，被命名為Pluto——冥王星。備受質疑的“大行星”與其他8顆行星相比，冥王星顯得過于特別。它非常小，比許多其他行星的衛星還小，比如月球。

與眾不同的公轉軌道其他行星的軌道平面都與地球軌道平面基本一致，冥王星的軌道平面卻與其呈很大夾角（17o）。其他行星的軌道幾乎是完美的圓形，而冥王星的軌道是一個有很大偏心率的橢圓形

對太陽系邊緣的新認識柯伊伯帶的發現意味著，在海王星軌道之外、離太陽約50個天文單位的區域，并不是由冥王星占統治地位的空曠地帶，而有許多“居民”。近幾年來人們不斷發現更大的柯伊伯帶天體，其中2003UB313甚至比冥王星還要大。

冥王星失去行星地位2006.8.24，國際天文學聯合會第26屆大會投票決定，將冥王星列入“矮行星”。小天體

小行星

彗星

流星體小行星

小行星是指那些圍繞太陽運轉但體積太小而不能稱之為行星的天體。最大的小行星直徑不過1000千米，而小的則只有幾百米。巖石物質組成

形狀不規則體積小特點火星和木星軌道之間分布小行星帶分布示意圖小行星照片小行星Ida及其衛星探測器拍攝到的小行星圖像彗星

彗星在天空中不常見，因其外貌獨特，在西方稱之為發星，中國稱之為掃帚星。物質組成：運動軌道：獨特結構：由摻雜著塵埃的冰凍物質組成偏心率很大的橢圓軌道彗核彗發彗尾

哈雷（1656—1742），英國天文學家，格林尼治天文臺第二任臺長。1676年建立了南半球第一個天文臺，測編了包括341顆南天恒星的星表。1705年出版《彗星天文論說》一書，預言了將于1758年回歸的彗星同1456、1531、1607、1682年出現的是同一顆彗星。當這顆彗星于1758年重新出現時，哈雷已經長眠于地下16年了。為紀念他，人們把這顆彗星命名為哈雷彗星。海爾—波普彗星1997年3月27日攝于意大利彗星的軌道

由于彗星軌道的偏心率很大，軌道十分扁長，所以彗星的繞轉周期很長。周期小于200年的即為短周期彗星。著名的哈雷彗星周期為76年，最近一次回歸是1986年。彗核3A.U彗發2A.U彗尾彗星的結構流星體

流星體實質上也是環繞太陽運轉的小型天體，其體積非常小。流星體闖入地球大氣層，在80—110千米高空與大氣摩擦燃燒而發出強光，便稱為流星。如果流星體在大氣層中沒有完全燃燒而墜落到地表，便是隕星。隕石：主要由硅酸鹽組成。占隕星的92.8%。隕鐵：主要由鐵、鎳金屬組成。占隕星的5.7%。石鐵隕星：介于二者之間。流星體流星隕星隕星的分類流星雨吉林一號隕石1976年3月8日降落于吉林市郊。重達1770千克，是目前已知的最重的隕石，圖中標尺為30厘米。隕星

顯微鏡下火星隕石的不尋常的管狀結構，被認為是火星上曾經存在生命的證據。

南極發現的隕石，其結構與科學家估計的火星巖石十分相似。有人認為它來自火星。形成于180萬年前。

南極發現的隕鐵，含有大量的鐵和鎳。可能是一顆已毀滅的小行星內核的一部分。歷史上的流星雨

我國有著世界上最豐富和最系統的天象紀錄。對獅子座流星雨的爆發就記載有7次之多。其中一次發生在400多年前。“明嘉靖十二年（1533年）十月初八夜，萬星縱橫流飛，俄隕如雨，至天曙方止。”1833年11月12日夜，美國東部波士頓地區的居民被一種從未見過的天象驚住了（如上圖），他們看到天空中的流星如雪片似的飛舞，成千上萬顆的流星從獅子座那里射向四面八方，持續六、七個小時，總數多達20余萬顆。海爾大學的教授奧姆斯特德當時寫道：數不清的流星射向四面八方，幾乎沒有空隙，流星宛如雪花，紛紛飄落，每一朵雪花就是一顆亮晶晶的流星。第二天黃昏，有一些好奇的目擊者還跑出門去等待夜幕的降臨，他們真擔心天上的星星是不是都掉光了。流星雨形成示意圖太陽系的結構和運動行星運動遵循開普勒三定律行星公轉的共面性、近圓性、同向性行星的分布里密外疏開普勒定律第一定律：行星繞日公轉軌道是橢圓，太陽位于橢圓的一個焦點上。第二定律：行星向徑（行星與太陽的連線）在相等的時間內掃過相同的面積。即行星公轉的面積速度保持不變。第三定律：任何兩行星繞日公轉周期的平方之比等于它們到太陽距離的立方之比。——軌道定律——面積定律——周期定律軌道定律遠日點近日點cab橢圓的偏心率e＝c/a行星公轉軌道的偏心率均很小，說明行星公轉軌道接近于圓形。行星公轉的軌道參數與日距離e值軌道傾角水星0.4AU0.2067.00

金星0.70.0073.40地球10.01700火星1.50.0931.90木星5.20.0481.30土星9.60.0552.50天王星19.30.0510.80海王星30.10.0061.80b/a=0.98面積定律行星的軌道速度（角速度、線速度）隨與日距離而變：近日點附近，公轉較快，遠日點附近，公轉較慢。

因軌道偏心率很小，故速度變化程度不