沈阳先生 编著
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八大行星(8 Planets),是指太阳系的八个大行星,按照离太阳的距离从近到远,它们依次为水星(☿)、金星(♀)、地球(⊕)、火星(♂)、木星(♃)、土星(♄)、天王星(♅)、海王星(♆或⛢)。
八大行星自转方向多数也和公转方向一致。只有金星和天王星两个例外。金星自转方向与公转方向相反,天王星则是与公转轨道呈97°角的“躺着”旋转。
行星的定义:
一是必须围绕恒星运转的天体;二是质量足够大,能依靠自身引力使天体呈圆球状;三是这个轨道附近应该没有其他物体(清理其轨道上的其它物体)。按这样的划分,太阳系的行星就只有水、金、地、火、木、土,加上天王、海王这八颗。
与2006年之前提到的九大行星概念不同,在2006年8月24日于布拉格举行的第26届国际天文学联会中通过的第5号决议中,冥王星(Ploto)被划为矮行星( Dwarf planet),从太阳系九大行星中被除名。
大行星必须是围绕恒星运转的天体,质量足够大、能依靠自身引力使天体呈圆球状,这些冥王星都相符。
但是冥王星没有能够清空其轨道上的其它物体,因此冥王星被归为矮行星。
从此太阳系从九大行星变成了八大行星。
中文名
八大行星
外文名
eight planets
类 别
解 释
指太阳系的八个行星
成 员
水星
英文名:Mercury
水星最接近太阳,是太阳系中体积和质量最小的行星。常和太阳同时出没,中国古代称之它为“辰星”。水星在直径上小于木卫三和土卫六。
基本参数
公转周期:87.70 天
平均轨道运行速度:47.89km/s
轨道偏心率:0.206
轨道倾角:7.0 °
行星半径:2440 km(赤道)
质量(地球质量=1):0.0553
密度:5.43 克/立方厘米
自转周期:58.653485日
卫星数:无(现依旧没发现)
逃逸速度:4.3 km/s
公转轨道:距太阳57,910,000 km (0.38天文单位)
在古罗马神话中Mercury是商业、旅行和偷窃之神,即古希腊神话中的赫耳墨斯,为众神传信的神,或许由于水星在空中移动得快,才使它得到这个名字。
发现
早在公元前3000年的苏美尔时代,人们便发现了水星,古希腊人赋于它两个名字:当它初现于清晨时称为阿波罗,当它闪烁于夜空时称为赫耳墨斯。不过,古希腊天文学家们知道这两个名字实际上指的是同一颗星星,赫拉克赖脱(公元前5世纪之希腊哲学家)甚至认为水星与金星并非环绕地球,而是环绕着太阳在运行。
访问
现仅有水手10号探测器于1973年和1974年三次造访水星。它仅仅勘测了水星表面的45%(并且很不幸运,由于水星太靠近太阳,以致于哈勃望远镜无法对它进行安全的摄像)。
在1962年前,人们一直认为水星自转一周与公转一周的时间是相同的,从而使面对太阳的那一面恒定不变。这与月球总是以相同的半面朝向地球很相似。但在1965年,通过多普勒雷达的观察发现这种理论是错误的。我们已得知水星在公转二周的同时自转三周,只有金星是太阳系中仅有已知的公转周期与自转周期共动比率小于1:1的天体,水星并不是。
由于上述情况及水星轨道极度偏离正圆,将使得水星上的观察者看到非常奇特的景像,处于某些经度的观察者会看到当太阳升起后,随着它朝向天顶缓慢移动,将逐渐明显地增大尺寸。太阳将在天顶停顿下来,经过短暂的倒退过程,再次停顿,然后继续它通往地平线的旅程,同时明显地缩小。在此期间,星星们将以三倍快的速度划过天空。在水星表面另一些地点的观察者将看到不同的但一样是异乎寻常的天体运动。
近日点轨道
水星的轨道偏离正圆程度很大,它在轨道近日点所具有的围绕太阳的缓慢岁差现象,被称为“水星近日点轨道进动”。(岁差:地轴进动引起春分点向西缓慢运行,速度每年0.2",约25800年运行一周,使回归年比恒星年短的现象。分日岁差和行星岁差两种,后者是由行星引力产生的黄道面变动引起的。)在十九世纪,天文学家们对水星的轨道半径进行了非常仔细的观察,但无法运用牛顿力学对此作出适当的解释。存在于实际观察到的值与预告值之间的细微差异是一个次要(每千年相差七分之一度)但困扰了天文学家们数十年的问题。有人认为在靠近水星的轨道上存在着另一颗行星(有时被称作Vulcan,“祝融星”),由此来解释这种差异,结果最终的答案颇有戏剧性:爱因斯坦的广义相对论。在人们接受认可此理论的早期,水星运行的正确预告是一个十分重要的因素。(水星因太阳的引力场而绕其公转,而太阳引力场极其巨大,据广义相对论观点,质量产生引力场,引力场又可看成质量,所以巨引力场可看作质量,产生小引力场,使其公转轨道偏离。类似于电磁波的发散,变化的磁场产生电场,变化的电场产生磁场,传向远方。--译注)
温差
水星上的温差是整个太阳系中最大的,温度变化的范围为90开尔文(约﹣183℃)到700开尔文(约427℃)。相比之下,金星的温度略高些,但更为稳定。
事实上水星的大气很稀薄,由太阳风带来的被破坏的原子构成。水星温度如此之高,使得这些原子迅速地散逸至太空中,这样与地球和金星稳定的大气相比,水星的大气频繁地被补充更换。
水星的表面表现出巨大的急斜面,有些达到几百千米长,三千米高。有些横处于环形山的外环处,而另一些急斜面的面貌表明他们是受压缩而形成的。据估计,水星表面收缩了大约0.1%(或在星球半径上递减了大约1千米)。
水星上最大的地貌特征之一是Caloris盆地,直径约为1300千米,人们认为它与月球上最大的盆地Maria相似。如同月球的盆地,Caloris盆地很有可能形成于太阳系早期的大碰撞中,那次碰撞大概同时造成了星球另一面正对盆地处奇特的地形。
除了布满陨石坑的地形,水星也有相对平坦的平原,有些也许是古代火山运动的结果,但另一些大概是陨石所形成的喷出物沉积的结果。
水手号探测器的数据提供了一些水星上火山活动的初步迹象,但我们需要更多的数据来确认。
令人惊讶的是,水星北极点的雷达扫描(一处未被水手10号勘测的区域)显示出在一些陨石坑的被完好保护的隐蔽处存在冰的迹象。
其他性质
水星在许多方面与月球相似,它的表面有许多陨石坑而且十分古老;它也没有板块运动。另一方面,水星的密度比月球大得多,(水星5.43 克/立方厘米月球3.34克/立方厘米)。水星是太阳系中仅次于地球,密度第二大的天体。事实上地球的密度高部分源于万有引力的压缩;若非如此,水星的密度将大于地球,这表明水星的铁质核心比地球的相对要大些,很有可能构成了行星的大部分。因此,相对而言,水星仅有一圈薄薄的硅酸盐地幔和地壳。
巨大的铁质核心半径为1800到1900千米,是水星内部的支配者。而硅酸盐外壳仅有500到600千米厚,至少有一部分核心大概成熔融状。
水星有一个小型磁场,磁场强度约为地球的1%。
现未发现水星有卫星。
通常通过双筒望远镜甚至直接用肉眼便可观察到水星,但它总是十分靠近太阳,在曙暮光中难以看到。Mike Harvey的行星寻找图表指出此时水星在天空中的位置(及其他行星的位置),再由“星光灿烂”这个天象程序作更多更细致的定制。
3
金星
英文名:Venus
太阳系中第六大行星,太阳系中温度最高的行星,中国古代称之为太白或太白金星。它有时是晨星,黎明出现于东方天空,被称为“启明”;有时又是昏星,黄昏后出现西方天空,被称为“长庚”。
自转方向:自东向西
自转时间:243.02天
公转周期:224.701天
平均轨道运行速度:35.03 km/s
轨道偏心率:0.001945315807
轨道倾角:3.4 °
直径:12104 km
质量(地球质量=1):0.8150
密度:5.24 g/cm 3
卫星数量:0
公转半径:108,208,930
km(0.72个天文单位)
表面面积:4.6亿平方千米
逃逸速度:10.4 km/s
名称来源
金星(希腊语:阿佛洛狄忒;巴比伦语:Ishtar)是美和爱的女神,之所以会如此命名,也许是对古代人来说,它是已知行星中最亮的一颗。(也有一些异议,认为金星的命名是因为金星的表面如同女性的外貌。)
探测历史
发现:金星在史前就已被人所知晓。除了太阳、月亮外,它是最亮的一颗。
金星是一颗内层行星,从地球用望远镜观察它的话,会发现它有位相变化。伽利略对此现象的观察是赞成哥白尼的有关太阳系的太阳中心说的重要证据。
访问:第一艘访问金星的飞行器是1962年的水手2号。随后,它又陆续被其他飞行器:金星先锋号,苏联尊严7号、尊严9号访问。
大气及表面
金星的大气压力为90个标准大气压(相当于地球海洋深1千米处的压力),大气大多由二氧化碳组成,也有几层由硫酸组成的厚数千米的云层。
这些云层挡住了我们对金星表面的观察,使得它看来非常模糊。这稠密的大气也产生了温室效应,使金星表面温度上升400度,超过了740开(足以使铅熔化)。
云层顶端有强风,大约每小时350千米,但表面风速却很慢,每小时几千米不到。
自转
金星的自转非常不同寻常,一方面它很慢(金星日相当于243个地球日,比金星年稍长一些),另一方面它是倒转的。另外,金星自转周期又与它的轨道周期同步,这是不是共鸣效果或只是一个巧合就不得而知了。
其他性质
金星有时被誉为地球的姐妹星,在有些方面它们非常相像:
-- 金星比地球略微小一些(95%的地球直径,80%的地球质量)。
-- 在相对年轻的表面都有一些环形山口。
-- 它们的密度与化学组成都十分类似。
由于这些相似点,有时认为在它厚厚的云层下面金星可能与地球非常相像,可能有生命的存在。但是不幸的是,许多有关金星的深层次研究表明,在许多方面金星与地球有本质的不同。
4
地球
英文: Earth
地球是距太阳第三颗,也是太阳系第五大行星,地球是太阳系中密度最大的行星。地球,当然不需要飞行器即可被观测,然而我们直到二十世纪才有了整个行星的地图。由空间拍到的图片应具有合理的重要性;举例来说,它们大大帮助了气象预报及暴风雨跟踪预报。
基本参数
半长轴: 149,600,000 km(这样的距日距离记作1天文单位,简称:AU)
赤道半径: 6,378.1 km
平均轨道运行速度: 29.79 km/s
轨道偏心率:0.0167
轨道倾角:0°
质量: 5.9736e24 kg
赤道引力(地球=1) : 1.00
逃逸速度(km/s) : 11.2
自转周期(日) : 0.9973
卫星数: 1(月球)
公转周期(日): 365.2422
黄赤交角(°) : 23.5
反照率: 0.3
自转方向: 自西向东
名称来源
地球是唯一一个不是从希腊或罗马神话中得到的名字。Earth一词来自于古英语及日耳曼语。这里当然有许多其他语言的命名。在罗马神话中,地球女神叫Tellus-肥沃的土地(希腊语:Gaia,大地母亲)
卫星
地球的天然卫星是月球,也是地球仅有的天然卫星。月球是最明显的天然卫星的例子。在太阳系里,除水星和金星外,其他行星都有天然卫星。
月球的年龄大约有46亿年。月球有壳、幔、核等分层结构。最外层的月壳平均厚度约为60-65公里。
月壳下面到1000公里深度是月幔,它占了月球的大部分体积。
月幔下面是月核,月核的温度约为1000度,很可能是熔融状态的。
月球直径约3476公里,是地球的3/11。体积只有地球的1/49,质量约7350亿亿吨,相当于地球质量的1/81,月面的重力差不多相当于地球重力的1/6。
地球与月球的交互作用使地球的自转每世纪减缓了2毫秒。
5
火星
英文名: Mars
为距太阳第四远,也是太阳系中第七大行星,在中国古代又称荧火,因为火星呈红色,荧荧像火,亮度常有变化;而且在天空中运动,有时从西向东,有时又从东向西,情况复杂,令人迷惑,所以中国古代叫它“荧惑”,有“荧荧火光,离离乱惑。”之意。
基本参数
轨道半径:22794万km(1.52 天文单位)
公转周期:686.98 日
平均轨道运行速度:24.13 km/s
轨道偏心率:0.093
轨道倾角:1.8 °
行星半径:3398 千米(赤道)
质量(地球质量=1):0.1074
密度:3.94 克/立方厘米
自转周期:1.026 日
自转方向:自西向东
公转轨道: 离太阳227,940,000 千米(1.52 天文单位)
名称来源
火星(希腊语:阿瑞斯)被称为战神。这或许是由于它鲜红的颜色而得来的;火星有时被称为“红色行星”。(趣记:在希腊人之前,古罗马人曾把火星作为农耕之神来供奉。而好侵略扩张的希腊人却把火星作为战争的象征)而三月份的名字也是得自于火星。
探测历史
发现:火星在史前时代就已经为人类所知。由于它被认为是太阳系中人类最好的住所(除地球外),它受到科幻小说家们的喜爱。但可惜的是那条著名的被Lowell“看见”的“运河”以及其他一些什么的,都只是如Barsoomian公主们一样是虚构的。
访问:第一次对火星的探测是由水手4号飞行器在1965年进行的。人们接连又作了几次尝试,包括1976年的两艘海盗号飞行器。此后,经过长达20年的间隙,在1997年的七月四日,火星探路者号终于成功地登上火星。
大气与两极
火星的那层薄薄的大气主要是由余留下的二氧化碳(95.3%)加上氮气(2.7%)、氩气(1.6%)和微量的氧气(0.15%)和水汽(0.03%)组成的。火星表面的平均大气压强仅为大约7毫巴(比地球上的1%还小),但它随着高度的变化而变化,在盆地的最深处可高达9毫巴,而在Olympus Mons的顶端却只有1毫巴。但是它也足以支持偶尔整月席卷整颗行星的飓风和大风暴。火星那层薄薄的大气层虽然也能制造温室效应,但那些仅能提高其表面5K的温度,比我们所知道的金星和地球的少得多。
火星的两极永久地被固态二氧化碳(干冰)覆盖着。这个冰罩的结构是层迭式的,它是由冰层与变化着的二氧化碳层轮流迭加而成。在北部的夏天,二氧化碳完全升华,留下剩余的冰水层。由于南部的二氧化碳从没有完全消失过,所以我们无法知道在南部的冰层下是否也存在着冰水层。这种现象的原因还不知道,但或许是由于火星赤道面与其运行轨道之间的夹角的长期变化引起气候的变化造成的。或许在火星表面下较深处也有水存在。这种因季节变化而产生的两极覆盖层的变化使火星的气压改变了25%左右(由海盗号测量出)。
但是通过哈博望远镜的观察却表明海盗号当时勘测时的环境并非是典型的情况。
火星的大气似乎比海盗号勘测出的更冷、更干了(详细情况请看来自STScI站点)。
除地球外,火星是具有最多各种有趣地形的固态表面行星。其中不乏一些壮观的地形:
-奥林匹斯山:它在地表上的高度有24千米(78000英尺),是太阳系中最大的火山。它的基座直径超过500千米,并由一座高达6千米(20000英尺)的悬崖环绕着;
-
Tharsis: 火星表面的一个巨大凸起,有大约4000千米宽,10千米高;
-
Valles Marineris: 深2至7千米,长为4000千米的峡谷群;
-
Hellas Planitia: 处于南半球,6000多米深,直径为2000千米的冲击环形山。
火星的表面有很多年代已久的环形山。但是也有不少形成不久的山谷、山脊、小山及平原。
在火星的南半球,有着与月球上相似的曲型的环状高地。相反的,它的北半球大多由新近形成的低平的平原组成。这些平原的形成过程十分复杂。南北边界上出现几千米的巨大高度变化。形成南北地势巨大差异以及边界地区高度剧变的原因还不得而知(有人推测这是由于火星外层物增加的一瞬间产生的巨大作用力所形成的)。一些科学家开始怀疑那些陡峭的高山是否在它原先的地方。这个疑点将由“火星全球勘测员”来解决。
火星上曾有过洪水,地面上也有一些小河道,十分清楚地证明了许多地方曾受到侵蚀。在过去,火星表面存在过干净的水,甚至可能有过大湖和海洋。但是这些东西看来只存在很短的时间,而且据估计距今也有大约四十亿年了。(Valles Marneris不是由流水通过而形成的。它是由于外壳的伸展和撞击,伴随着Tharsis凸起而生成的)。
在火星的早期,它与地球十分相似。像地球一样,火星上几乎所有的二氧化碳都被转化为含碳的岩石。但由于缺少地球的板块运动,火星无法使二氧化碳再次循环到它的大气中,从而无法产生意义重大的温室效应。因此,即使把它拉到与地球距太阳同等距离的位置,火星表面的温度仍比地球上的冷得多。
内部情况
火星的内部情况只是依靠它的表面情况数据和有关的大量数据来推断的。一般认为它的核心是半径为1700千米的高密度物质组成;外包一层熔岩,它比地球的地幔更稠些;最外层是一层薄薄的外壳。相对于其他固态行星而言,火星的密度较低,这表明,火星核中的铁(镁和硫化铁)可能含带较多的硫。
如同水星和月球,火星也缺乏活跃的板块运动;没有迹象表明火星发生过能造成像地球般如此多褶皱山系的地壳平移活动。由于没有横向的移动,在地壳下的巨热地带相对于地面处于静止状态。再加之地面的轻微引力,造成了Tharis凸起和巨大的火山。但是,人们却未发现火山有过活动的迹象。虽然,火星可能曾发生过很多火山运动,可它看来从未有过任何板块运动。
关于火星生命
海盗号尝试过作实验去决定火星上是否有生命,结果是否定的。但乐观派们指出,只有两个小样本是合格的,并且又并非来自最好的地方。以后的火星探索者们将继续更多的实验。
一块小陨石(SNC陨石)被认为是来自于火星的。
1996年8月6日,戴维·朱开(David
McKay) 等人宣称,在火星的陨石中首次发现有有机物的构成。那作者甚至说这种构成加上一些其他从陨石中得到的矿物,可以成为火星古微生物的证明。
如此惊人的结论,但它却没有使有外星人存在这一结论成立。自以戴维·朱开发表意见后,一些反对者的研究也被发布。但任何结论都应当“言之有理,言之有据”。在没有十分肯定宣布结论之前仍有许多事要做。
其他性质
在火星的热带地区有很大一片引力微弱的地方。这是由火星全球勘测员在它进入火星轨道时所获得的意外发现。它们可能是早期外壳消失时所遣留下的。这或许对研究火星的内部结构、过去的气压情况,甚至是古生命存在的可能都十分有用。
在夜空中,用肉眼很容易看见火星。由于它离地球十分近,所以显得很明亮。迈克·哈卫的行星寻找图表显示了火星以及其它行星在天空中的位置。越来越多的细节,越来越好的图表将被如星光灿烂这样的天文程序来发现和完成。
火星的轨道是显著的椭圆形。因此,在接受太阳照射的地方,近日点和远日点之间的温差将近30摄氏度。这对火星的气候产生巨大的影响。火星上的平均温度大约为218K(-55℃,-67华氏度),但却具有从冬天的140K(-133℃,-207华氏度)到夏日白天的将近300K(27℃,80华氏度)的跨度。尽管火星比地球小得多,但它的表面积却相当于地球表面的陆地面积。
木星
英文名: Jupiter
木星是离太阳第五颗行星,中国古代称为岁星,因为他公转一周正好是12年,也就是一地支,木星是太阳系行星中质量最大的一颗,它的质量是所有其他的7颗行星的总和的2.5倍,或是地球的318倍,体积为地球的1316倍,由于它巨大的体积,人们不用望远镜就可以看到它,木星被称为“太阳系行星之王”。它拥有着全太阳系中最快的自转速度。
基本参数
公转轨道: 距太阳778,330,000 千米(5.20 天文单位)
自转方向:自西向东
行星半径: 71,492 km (赤道)=地球的11倍
质量: 1.900e27 kg
表面重力加速度: 23.12米每二次方秒
逃逸速度: 60.2 km/s
表面温度: 表面有效温度值为-168℃ (地球观测值为-139℃)
卫星数: 79颗(新加了12颗。79颗里最大的是木卫三)
名称来源
木星(aka Jove; 希腊人称之为宙斯)是神界之王,奥林匹斯山的统治者和罗马国的保护人,它是Cronus(土星)的儿子。
探测历史
发现:木星是天空中第四亮的物体(次于太阳,月球和金星;有时候火星更亮一些),早在史前木星就已被人类所知晓。根据伽利略1610年对木星四颗卫星:木卫一,木卫二,木卫三和木卫四(现常被称作伽利略卫星)的观察,它们是不以地球为中心运转的第一个发现,也是赞同哥白尼的日心说的有关行星运动的主要依据;由于伽利略直言不讳地支持哥白尼的理论而被宗教裁判所逮捕,并被强迫放弃自己的信仰,关在监狱中度过了余生。
访问:木星在1973年被先锋10号首次拜访,后来又陆续被先锋11号,旅行者1号,旅行者2号、尤里西斯号和伽利略号探访。“朱诺号”探测器2016年7月进入木星轨道。
成分
木星由90%的氢和10%的氦(原子数之比,75/25%的质量比)及微量的甲烷、水、氨水和“石头”组成。这与形成整个太阳系的原始的太阳系星云的组成十分相似。土星有一个类似的组成,但天王星与海王星的组成中,氢和氦的量就少一些了。
气态行星没有实体表面,它们的气态物质密度只是由深度的变大而不断加大(我们从它们表面相当于1个大气压处开始算它们的半径和直径)。我们所看到的通常是大气中云层的顶端,压强比1个大气压略高。
内核上则是大部分的行星物质集结地,以液态金属氢的形式存在。这些木星上最普通的形式基础可能只在40亿帕压强下才存在,木星内部就是这种环境(土星也是)。液态金属氢由离子化的质子与电子组成(类似于太阳的内部,不过温度低多了)。在木星内部的温度压强下,氢气是液态的,而非气态,这使它成为了木星磁场的电子指挥者与根源。同样在这一层也可能含有一些氦和微量的“冰”。
木星可能有一个石质的内核,相当于10-15个地球的质量。
最外层主要由普通的氢气与氦气分子组成,它们在内部是液体,而在较外部则气体化了,我们所能看到的就是这深邃的一层的较高处。水、二氧化碳、甲烷及其他一些简单气体分子在此处也有一点儿。
云层的三个明显分层中被认为存在着氨冰,铵水硫化物和冰水混合物。然而,来自伽利略号的证明的初步结果表明云层中这些物质极其稀少(一个仪器看来已检测了最外层,另一个同时可能已检测了第二外层)。但这次证明的地表位置十分不同寻常--基于地球的望远镜观察及更多的来自伽利略号轨道,飞船观察提示这次证明所选的区域很可能是那时候木星表面最温暖又是云层最少的地区。
表面飓风
星和其他气态行星表面有高速飓风,并被限制在狭小的纬度范围内,在连近纬度的风吹的方向又与其相反。这些带中轻微的化学成分与温度变化造成了多彩的地表带,支配着行星的外貌。光亮的表面带被称作区(zones),暗的叫作带(belts)。这些木星上的带子很早就被人们知道了,但带子边界地带的漩涡则由旅行者号飞船第一次发现。伽利略号飞船发回的数据表明表面风速比预料的快得多(大于400英里每小时),并延伸到根所能观察到的一样深的地方,大约向内延伸有数千千米。木星的大气层也被发现相当紊乱,这表明由于它内部的热量使得飓风在大部分急速运动,不像地球只从太阳处获取热量。
表面云层
木星表面云层的多彩可能是由大气中化学成分的微妙差异及其作用造成的,可能其中混入了硫的混合物,造就了五彩缤纷的视觉效果,但是其详情仍无法知晓。
色彩的变化与云层的高度有关:最低处为蓝色,跟着是棕色与白色,最高处为红色。我们通过高处云层的洞才能看到低处的云层。
木星表面的大红斑早在300年前就被地球上的观察所知晓(这个发现常归功于卡西尼,或是17世纪的Robert Hooke)。大红斑是个长25,000千米,跨度12,000千米的椭圆,总以容纳两个地球。其他较小一些的斑点也已被看到了数十年了。红外线的观察加上对它自转趋势的推导显示大红斑是一个高压区,那里的云层顶端比周围地区特别高,也特别冷。类似的情况在土星和海王星上也有。还不清楚为什么这类结构能持续那么长的一段时间。
能量及辐射
对木星的考察表明:木星正在向其宇宙空间释放巨大能量。它所放出的能量是它所获得太阳能量的两倍,这说明木星释放能量的一半来自于它的内部。木星内部存在热源。众所周知,太阳之所以不断放射出大量的光和热,是因为太阳内部时刻进行着核聚变反应,在核聚变过程中释放出大量的能量。木星是一个巨大的液态氢星球,本身已具备了无法比拟的天然核燃料,加之木星的中心温度已达到了28万K,具备了进行热核反应所需的高温条件。至于热核反应所需的高压条件,就木星的收缩速度和对太阳放出的能量及携能粒子的吸积特性来看,木星在经过几十亿年的演化之后,中心压可达到最初核反应时所需的压力水平。一旦木星上爆发了大规模的热核反应,以千奇百怪的旋涡形式运动的木星大气层将充当释放核热能的“发射器”。所以,有些科学家猜测,再经过几十亿年之后,木星将会改变它的身份,从一颗行星变成一颗名副其实的恒星。木星和太阳的成分十分相似,但是却没有像太阳那样燃烧起来,是因为它的质量太小。木星要成为像太阳那样的恒星,需要将质量增加到70倍才可以。
木星向外辐射能量,比起从太阳处收到的来说要多。木星内部很热:内核处可能高达20,000开。该热量的产量是由开尔文-赫尔姆霍兹原理生成的(行星的慢速重力压缩)。(木星并不是像太阳那样由核反应产生能量,它太小因而内部温度不够引起核反应的条件。)这些内部产生的热量可能很大地引发了木星液体层的对流,并引起了我们所见到的云顶的复杂移动过程。土星与海王星在这方面与木星类似,奇怪的是,天王星则不。
木星与气态行星所能达到的最大直径一致。如果组成又有所增加,它将因重力而被压缩,使得全球半径只稍微增加一点儿。一颗恒星变大只能是因为内部的热源(核能)关系,但木星要变成恒星的话,质量起码要再变大70倍。
伽利略号飞行器对木星大气的探测发现于木星光环和最外层大气层之间另存在了一个强辐射带,大致相当于电离层辐射带的十倍。惊人的是,新发现的带中含有来自不知何方的高能量氦离子。
磁场
木星有一个巨型磁场,比地球的大得多,磁层向外延伸超过6.5e7千米(超过了土星的轨道!)。(小记:木星的磁层并非球状,它只是朝太阳的方向延伸。)这样一来木星的卫星便始终处在木星的磁层中,由此产生的一些情况在木卫一上有了部分解释。不幸的是,对于未来太空行走者及全身心投入旅行者号和伽利略号设计的专家来说,木星的磁场在附近的环境捕获的高能量粒子将是一个大障碍。这类“辐射”类似于,不过大大强烈于,地球的电离层带的情况。它将马上对未受保护的人类产生致命的影响。
木星光环
木星有一个同土星般的光环,不过又小又微弱。它们的发现纯属意料之外,只是由于两个旅行者1号的科学家一再坚持航行10亿千米后,应该去看一下是否有光环存在。其他人都认为发现光环的可能性为零,但事实上它们是存在的。这两个科学家想出的真是一条妙计啊。它们后来被地面上的望远镜拍了照。
木星光环不像土星的,木星的光环较暗(反照率为0.05)。它们由许多粒状的岩石质材料组成。
木星光环中的粒子可能并不是稳定地存在(由大气层和磁场的作用)。这样一来,如果光环要保持形状,它们需被不停地补充。两颗处在光环中公转的小卫星:木卫十六和木卫十七,显而易见是光环资源的最佳候选人。
木星的卫星
木星有66颗已知卫星,4颗大伽利略发现的卫星,还有62颗较小的。
由于伽利略卫星产生的引潮力,木星运动正逐渐地变缓。同样,相同的引潮力也改变了卫星的轨道,使它们慢慢地逐渐远离木星。
木卫一,木卫二,木卫三由引潮力影响而使公转共动关系固定为1:2:4,并共同变化。木卫四也是这其中一个部分。在未来的数亿年里,木卫四也将被锁定,以木卫三的两倍公转周期,木卫一的八倍来运行。
木星的卫星由宙斯一生中所接触过的人来命名(大多是他的情人)。
卫星距离(千米) 半径(千米) 质量(千克)
发现者发现日期
木卫十六128000 20 9.56e16 Synnott 1979
木卫十五129000 10 1.91e16 Jewitt 1979
木卫五181000 98 7.17e18 Barnard 1892
木卫十四222000 50 7.77e17 Synnott 1979
木卫一422000 1815 8.94e22 伽利略1610
木卫二671000 1569 4.80e22 伽利略1610
木卫三1070400 2631.2 1.48e23 伽利略1610
木卫四1869000〔近〕 2410.3 ± 1.5 1.08e23 伽利略1610 〔远心点〕1897000km
木卫十三11094000 8 5.68e15 Kowal 1974
木卫六11480000 93 9.56e18 Perrine 1904
木卫十11720000 18 7.77e16 Nicholson 1938
木卫七11737000 38 7.77e17 Perrine 1905
木卫十二21200000 15 3.82e16 Nicholson 1951
木卫十一22600000 20 9.56e16 Nicholson 1938
木卫八23500000 25 1.91e17 Melotte 1908
木卫九23700000 18 7.77e16 Nicholson 1914
较小卫星的数值是约值。
7
土星
英文名: Saturn
土星是离太阳第六远的行星,也是八大行星中第二大的行星,中国古代称为“镇星”,是太阳系密度最小的行星,可以浮在水上。
公转轨道:距太阳1,429,400,000 km(9.54天文单位)
自转方向:自西向东
行星半径: 60,268 km (赤道)
质量: 5.68e26 kg
卫星数: 83颗
名称来源
在罗马神话中,土星(Saturn)“萨图尔努斯”是农神的名称。希腊神话中的农神Cronus是Uranus(天王星)和盖亚的儿子,也是宙斯(木星)的父亲。土星也是英语中“星期六”(Saturday)的词根。
探测历史
发现:土星在史前就被发现了。伽利略在1610年第一次通过望远镜观察到它,并记录下它的奇怪运行轨迹,但也被它给搞胡涂了。早期对于土星的观察十分复杂,这是由于当土星在它的轨道上时每过几年,地球就要穿过土星光环所在的平面。(低分辨率的土星图片所以经常有彻底性的变化。)直到1659年惠更斯正确地推断出光环的几何形状。在1977年以前,土星的光环一直被认为是太阳系中独有存在的;但在1977年,在天王星周围发现了暗淡的光环,在这以后不久木星和海王星周围也发现了光环。
访问:先锋11号在1979年首先去过土星周围,同年又被旅行家1号和2号访问。卡西尼飞行器也在2004年到达土星。
性质
通过小型的望远镜观察也能明显地发现土星是一个扁球体。它赤道的直径比两极的直径大大约10%(赤道为120,536千米,两极为108,728千米),这是它快速的自转和流质地表的结果。其他的气态行星也是扁球体,不过没有这样明显。
土星是最疏松的一颗行星,它的比重(0.7)比水还要小。
与木星一样,土星是由大约75%的氢气和25%的氦气以及少量的水,甲烷,氨气和一些类似岩石的物质组成。这些组成类似形成太阳系时,太阳星云物质的组成。
土星内部和木星一样,由一个岩石核心,一个具有金属性的液态氢层和一个氢分子层,同时还存在少量的各式各样的冰。
土星的内部是剧热的(在核心可达12000开尔文),并且土星向宇宙发出的能量比它从太阳获得的能量还要大。大多数的额外能量与木星一样是由Kelvin-Helmholtz原理产生的。但这可能还不足以解释土星的发光本领,一些其他的作用可能也在进行,可能是由于土星内部深层处氦的“冲洗”造成的。
木星上的明显的带状物在土星上则模糊许多,在赤道附近变得更宽。由地球无法看清它的顶层云,所以直到旅行者飞船偶然观测到,人们才开始对土星的大气循环情况开始研究。土星与木星一样,有长周期的椭圆轨道以及其他的大致特征。在1990年,哈博望远镜观察到在土星赤道附近一个非常大的白色的云,这是当旅行者号到达时并不存在的;在1994年,另一个比较小的风暴被观测到。
土星光环
从地球上可以看到两个明显的光环(A和B)和一个暗淡的光环(C),在A光环与B光环之间的间隙被称为“卡西尼部分”。一个在A光环的外围部分更为暗淡的间隙被称为“Encke Gap”(但这有点用词不当,因为它可能从没被Encke看见过)。
旅行者号发送回的图片显示还有四个暗淡的光环。土星的光环与其他星的光环不同,它是非常明亮的。(星体反照率为0.2 - 0.6)
尽管从地球上看光环是连续的,但这些光环事实上是由无数在各自独立轨道的微小物体构成的。它们的大小的范围由1厘米到几米不等,也有可能存在一些直径为几公里的物体。
土星的光环特别地薄,尽管它们的直径有250,000千米甚至更大,但是它们最多只有1.5千米厚。尽管它们有给人深刻印象的明显的形象,但是在光环中只有很少的物质--如果光环被压缩成一个对象,它最多只可能是100千米宽。
光环中的微粒可能主要是由水凝成的冰组成,但它们也可能是由冰裹住外层的岩石状微粒。
旅行者号证实令人迷惑的半径的不均匀性在光环中的确存在,这被叫做“spokes(辅条)”,这是首先由一个业余天文学家报导的。它们的自然本性带给了我们一个谜,但使得我们有了弄清土星磁场区的线索。
土星最外层的光环,F光环,是由一些更小的光环组成的繁杂构造,它的一些“绳结(Knots)”是很明显的。科学家们推测这些所谓的结可能是块状的光环物质或是一些迷你的月亮。这些奇怪的织状物在旅行者1号发回的图像中很明显,但它们在旅行者2号发回的图像中看不见,可能是因为后者拍到的光环部分的成分与前者的略有不同。
土星的卫星之间和光环系统中有着复杂的潮汐共振现象:一些卫星,所谓的“牧羊卫星”(比如土卫十五,土卫十六和土卫十七)对保持光环形状有着明显的重要性;土卫一看来应对卡西尼部分某种物质的缺乏负责任,这与小行星带中Kirkwood gaps遇到的情况类似;土卫十八处于Encke Gap中。整个系统太复杂,我们所掌握的还很贫乏。
土星(以及其他类木行星)的光环的由来还不清楚,尽管它们可能自从形成时就有光环,但是光环系统是不稳定的,它们可能在前进过程中不断更新,也可能是比较大的卫星的碎片。
光环数据
光环距离(千米) 宽度(千米) 质量(千克)
D
67000 7500
C
74500 17500 1.1e18
B
92000 25500 2.8e19
卡西尼部分
A
122200 14600 6.2e18
F
140210 500
G
165800 8000 1e7?
E
302000〔三十万二千千米〕 300000
(距离是指从土星中心到光环内部的边缘)这种分类真的有点误导,因为微粒的密度以一个复杂的方式改变,不能用分类法划分为一个明显的区域:在光环中存在不断的变化;那些间隙并不是全部空的,这些光环并不是一个标准的圆环。
像其他类木行星一样,土星有一个极有意义的磁场区。
在无尽的夜空中,土星很容易被眼睛看到。尽管它可能不如木星那么明亮,但是它很容易被认出是颗行星,因为它不会像恒星那样“闪烁”。光环以及它的卫星能通过一架小型业余天文望远镜观察到。
土星的卫星
土星有18颗被命名的卫星,比其他任何行星都多。还有一些小卫星还将被发现。
在那些旋转速度已知的卫星中,除了土卫九和土卫七以外都是同步旋转的。一共已发现60颗卫星。
有三对卫星,土卫一-土卫三,土卫二-土卫四和土卫六-土卫七有万有引力的互相作用来维持它们轨道间的固定关系。土卫一公转周期恰巧是土卫三的一半,它们可以说是在1:2共动关系中,土卫二-土卫四的也是1:2;土卫六-土卫七的则是3 :4关系。
除了18颗被命名的卫星以外,至少已有一打以上已经被报导了,并且已经给予了临时的名称。
卫星距离(千米) 半径(千米) 质量(千克)
发现者发现日期
土卫十八134000 10 Showalter 1990
土卫十五138000 14 Terrile 1980
土卫十六139000 46 2.70e17 Collins 1980
土卫十七142000 46 2.20e17 Collins 1980
土卫十一151000 57 5.60e17 Walker 1980
土卫十151000 89 2.01e18 Dollfus 1966
土卫一186000 196 3.80e19赫歇耳1789
土卫二238000 260 8.40e19 赫歇耳1789
土卫三295000 530 7.55e20 卡西尼1684
土卫十三295000 15 Reitsema 1980
土卫十四295000 13 Pascu 1980
土卫四377000 560 1.05e21 卡西尼1684
土卫十二377000 16 Laques 1980
土卫五527000 765 2.49e21 卡西尼1672
土卫六1222000 2575 1.35e23 惠更斯1655
土卫七1481000 143 1.77e19 波德1848
土卫八3561000 170 1.88e21 卡西尼1671
土卫九12952000 110 4.00e18 Pickering 1898
8
天王星
英文名: Uranus
天王星是太阳系中离太阳第七远行星,也是太阳系中最冷的行星,从直径来看,是太阳系中第三大行星。天王星的体积比海王星大,质量却比其小。
公转轨道: 距太阳2,870,990,000 千米(19.218 天文单位)
自转方向:自东向西
行星半径: 25,559 千米(赤道)
质量: 8.683e25 千克
卫星数: 29颗
名称来源
乌拉诺斯是古希腊神话中的宇宙之神,是最早的至高无上的神。他是盖亚的儿子兼配偶,是Cronus(农神土星)、独眼巨人和泰坦(奥林匹斯山神的前辈)的父亲。
探测历史
发现:天王星是由威廉·赫歇耳通过望远镜系统地搜寻,在1781年3月13日发现的,它是现代发现的第一颗行星。事实上,它曾经被观测到许多次,只不过当时被误认为是另一颗恒星(早在1690年John Flamsteed便已观测到它的存在,但当时却把它编为34 Tauri)。赫歇耳把它命名为"the Georgium Sidus(天竺葵)"(乔治亚行星)来纪念他的资助者,那个对美国人而言臭名昭著的英国国王:乔治三世;其他人却称天王星为“赫歇耳”。由于其他行星的名字都取自希腊神话,因此为保持一致,由波德首先提出把它称为“乌拉诺斯(Uranus)”(天王星),但直到1850年才开始广泛使用。
访问:只有一艘星际探测器曾到过天王星,那是在1986年1月24日由旅行者2号完成的。
自转
大多数的行星总是围绕着几乎与黄道面垂直的轴线自转,可天王星的轴线却几乎平行于黄道面。在旅行者2号探测的那段时间里,天王星的南极几乎是接受太阳直射的。这一奇特的事实表明,天王星两极地区所得到来自太阳的能量比其赤道地区所得到的要高。然而天王星的赤道地区仍比两极地区热。这其中的原因还不为人知。
而且它不是以大于90度的转轴角进行正向转动,就是以倾角小于90度进行逆向转动。问题是你要在某个地方画一条分界线,因为比如对金星是否是真的逆向转动(不是倾角接近180度的正向转动)就有一些争议。
组成
天王星基本上是由岩石和各种各样的冰组成的,它仅含有15%的氢和一些氦(与大都由氢组成的木星和土星相比是较少的)。天王星和海王星在许多方面与木星和土星在去掉巨大液态金属氢外壳后的内核很相像。虽然天王星的内核不像木星和土星那样是由岩石组成的,但它们的物质分布却几乎是相同的。
大气
天王星的大气层含有大约83%的氢,15%的氦和2%的甲烷。
如其他所有的气态行星一样,天王星也有带状的云围绕着它快速飘动。但是它们太微弱了,以至只能由旅行者2号经过加工的图片才可看出。由哈博望远镜的观察显示的条纹却更大更明显。据推测,这种差别主要是由于季节的作用而产生的(太阳直射到天王星的某个低纬地区可能造成明显的白天黑夜的作用)。
天王星显蓝色是其外层大气层中的甲烷吸收了红光的结果。那儿或许有像木星那样的彩带,但它们被覆盖着的甲烷层遮住了。
其他性质
旅行者2号发现了继已知的5颗大卫星后的10颗小卫星。看来在光环内还有一些更小的卫星。
谈到天王星转轴的问题,还值得一提的是它的磁场也十分奇特,它并不在此行星的中心,而倾斜了近60度。这可能是由于天王星内部的较深处的运动而造成的。
有时在晴朗的夜空,刚好可用肉眼看到模糊的天王星,但如果你知道它的位置,通过双筒望远镜就十分容易观察到了。通过一个小型的天文望远镜可以看到一个小圆盘状。迈克·哈卫的行星寻找图表显示了天王星以及其它行星在天空中的位置。越来越多的细节,越来越好的图表将被如灿烂星河这样的天文程序来发现和完成。
天王星的卫星
天王星有25颗已命名的卫星,以及2颗已发现但暂未命名的卫星。
与太阳系中的其他天体不同,天王星的卫星并不是以古代神话中的人物而命名的,而是用莎士比亚和罗马教皇的作品中人物的名字。
它们自然分成两组:由旅行者2号发现的靠近天王星的很暗的10颗小卫星和5颗在外层的大卫星。
它们都有一个圆形轨道围绕着天王星的赤道(因此相对于赤道面有一个较大的角度)。
卫星距离(千米) 半径(千米) 质量(千克) 发现者发现日期
天卫六50000 13 旅行者2号1986
天卫七54000 16 旅行者2号1986
天卫八59000 22 旅行者2号1986
天卫九62000 33 旅行者2号1986
天卫十63000 29 旅行者2号1986
天卫十一64000 42 旅行者2号1986
天卫十二66000 55 旅行者2号1986
天卫十三70000 27 旅行者2号1986
天卫十四75000 34 旅行者2号1986
天卫十八75000 20 Karkoschka
1999
天卫十五86000 77 旅行者2号1985
天卫五Kuiper 1948
天卫一191000 579 1.27e21
Lassell 1851
天卫二266000 585 1.27e21
Lassell 1851
天卫三436000 789 3.49e21 赫歇耳1787
天卫四583000 761 3.03e21 赫歇耳1787
天卫十六7200000 30 Gladman
1997
天卫十七12200000 60
Gladman1997
光环
像其他所有气态行星一样,天王星有光环。它们像木星的光环一样暗,但又像土星的光环那样由相当大的直径达到10米的粒子和细小的尘土组成。天王星有11层已知的光环,但都非常暗淡;最亮的那个被称为Epsilon光环。天王星的光环是继土星的被发现后第一个被发现的,这一发现被认为是十分重要的,由此我们知道了光环是行星的一个普遍特征,而不是仅为土星所特有的
光环距离(千米) 宽度(千米)
1986U2R 38000 2,500
6 41840 1-3
5 42230 2-3
4 42580 2-3
Alpha 44720 7-12
Beta 45670 7-12
Eta 47190 0-2
Gamma 47630 1-4
Delta 48290 3-9
1986U1R 50020 1-2
Epsilon 51140 20-100
(距离是指从天王星的中心算到光环的内边的长度)
9
海王星 英文名: Neptune
海王星是环绕太阳运行的第八颗行星,也是太阳系中第四大天体(直径上)。海王星在直径上小于天王星,但质量比它大。
基本参数
公转轨道:距太阳4,504,000,000 km (30.06天文单位)
自转方向:自西向东
行星半径: 24,718 km(赤道)
质量: 1.0247e26 kg
卫星数: 14颗
名称来源
在古罗马神话中海王星(古希腊神话:波塞冬(Poseidon))代表海神。
探测历史
发现:
海王星是一个人们通过公式推算发现的行星,而并非有目的的观测。在天王星被发现后,人们注意到它的轨道与根据牛顿理论所推知的并不一致。因此科学家们预测存在着另一颗遥远的行星从而影响了天王星的轨道。Galle和d'Arrest在1846年9月23日首次观察到海王星,它出现的地点非常靠近于亚当斯和勒威耶根据所观察到的木星、土星和天王星的位置经过计算独立预测出的地点。一场关于谁先发现海王星和谁享有对此命名的权利的国际性争论产生于英国与法国之间(然而,亚当斯和勒威耶个人之间并未有明显的争论);将海王星的发现共同归功于他们两人。后来的观察显示亚当斯和勒威耶计算出的轨道与海王星真实的轨道偏差相当大。如果对海王星的搜寻早几年或晚几年进行的话,人们将无法在他们预测的位置或其附近找到它。
访问:
仅有一艘宇宙飞船旅行者2号于1989年8月25日造访过海王星。几乎我们所知的全部关于海王星的信息来自这次短暂的会面。
轨道及成分
由于冥王星的轨道极其怪异,因此有时它会穿过海王星轨道,自1979年以来海王星成为实际上距太阳最远的行星,在1999年冥王星才会再次成为最遥远的行星。
海王星的组成成份与天王星的很相似:各种各样的“冰”和含有15%的氢和少量氦的岩石。海王星相似于天王星但不同于土星和木星,它或许有明显的内部地质分层,但在组成成份上有着或多或少的一致性。但海王星很有可能拥有一个岩石质的小型地核(质量与地球相仿)。它的大气多半由氢气和氦气组成。还有少量的甲烷。
大黑斑
在旅行者2号造访海王星的期间,行星上最明显的特征就属位于南半球的大黑斑(The Great
Dark Spot)了。黑斑的大小大约是木星上的大红斑的一半(直径的大小与地球相似),海王星上的疾风以300米每秒(700英里每小时)的速度把大黑斑向西吹动。旅行者2号还在南半球发现一个较小的黑斑极一以大约16小时环绕行星一周的速度飞驶的不规则的小团白色烟雾,得知是“The Scooter”。它或许是一团从大气层低处上升的羽状物,但它真正的本质还是一个谜。
然而,1994年哈博望远镜对海王星的观察显示出大黑斑竟然消失了!它或许就这么消散了,或许暂时被大气层的其他部分所掩盖。几个月后哈博望远镜在海王星的北半球发现了一个新的黑斑。这表明海王星的大气层变化频繁,这也许是因为云的顶部和底部温度差异的细微变化所引起的。
其他性质
海王星的蓝色是大气中甲烷吸收了日光中的红光造成的。
作为典型的气体行星,海王星上呼啸着按带状分布的大风暴或旋风,海王星上的风暴是太阳系中最快的,时速达到2000千米。
和土星、木星一样,海王星内部有热源--它辐射出的能量是它吸收的太阳能的两倍多。
海王星的磁场和天王星的一样,位置十分古怪,这很可能是由于行星地壳中层传导性的物质(大概是水)的运动而造成的。
通过双目望远镜可观察到海王星(假如你真的知道往哪儿看),但假如你要看到行星上的一切而非仅仅一个小圆盘,那么你就需要一架大的天文望远镜。Mike Harvey的行星寻找图表指出此时海王星在天空中的位置(及其他行星的位置),再由Starry Night这个天象程序作更多更细致的定制。
海王星的卫星
海王星有9颗已知卫星:8颗小卫星和海卫一。
卫星距离(km) 半径(km) 质量(kg)
发现者发现日期
海卫三48000
29旅行者2号1989
海卫五53000 74 旅行者2号1989
海卫六62000 79 旅行者2号1989
海卫七74000 96 旅行者2号1989
海卫八118000 209 旅行者2号1989
海卫一355000 1350 2.14e22
Lassell 1846
海卫二5509000 170 Kuiper
1949
海卫九4820000 16×14? 2003
海王星光环
海王星也有光环。在地球上只能观察到暗淡模糊的圆弧,而非完整的光环。但旅行者2号的图像显示这些弧完全是由亮块组成的光环。其中的一个光环看上去似乎有奇特的螺旋形结构。
同天王星和木星一样,海王星的光环十分暗淡,但它们的内部结构仍是未知数。
人们已命名了海王星的光环:最外面的是Adams(它包括三段明显的圆弧,今已分别命名为自由Liberty,平等Equality和互助Fraternity),其次是一个未命名的包有Galatea卫星的弧,然后是Leverrier(它向外延伸的部分叫作Lassell和Arago),最里面暗淡但很宽阔的叫Galle。
光环距离(千米) 宽度(千米) 另称
Diffuse 41900 15 1989N3R,Galle
Inner 53200 15 1989N2R,勒威耶
Plateau 53200 5800
1989N4R,Lassell,Arago
Main 62930 < 50 1989N1R,Adams
10
被除名的冥王星
冥王星,曾经是太阳系九大行星中最小的一个,后被降级为矮行星。正式名称134340号小行星,是太阳系中已发现的第十大围绕太阳公转的天体。它于1930年2月18日被发现,并以罗马神话中的冥王普路托(Pluto)命名,中文意译为冥王星。
冥王星,曾经是太阳系九大行星中最小的一个,后被降级为矮行星。正式名称134340号小行星,是太阳系中已发现的第十大围绕太阳公转的天体。它于1930年2月18日被发现,并以罗马神话中的冥王普路托(Pluto)命名,中文意译为冥王星。起初,它被认为是太阳系中的一颗行星,但是在2006年8月24日于布拉格举行的第26届国际天文联合会中通过第五号决议,将冥王星划为矮行星(dwarf planet)。而在2008年6月,国际天文联会再将冥王星做为子分类类冥天体(Plutoid)的原型。
轨道和自转
冥王星的轨道周期是248地球年。他的轨道特征明显的与其它行星不一样,遵循接近圆形轨道,只有很窄部份靠近被称为黄道的其它行星运行平面。相较之下,冥王星的轨道是高度倾斜的(超过17°),并且有着高离心率(椭圆形)。这样高的离心率意位着在某些区域,冥王星会比海王星更靠近太阳。在1989年9月5日,冥王星-卡戎的质心来到近日点,而在1979年2月7日至1999年2月11日之间比海王星更靠近太阳。在这段时间,冥王星和海王星最接近的距离是27.960天文单位。
冥王星的轨道和黄道
就长远来看,冥王星的轨道其实是混沌的。尽管计算机仿真可以预测数百万年的位置(在时间上向前和向后),但超过李雅普诺夫时间,长达一千万至二千万年的计算是不切实际的:
冥王星有着极难预测的因素,在太阳系中对微小细节也很敏感的不可测量性,会逐渐破坏它的轨道。
从现在开始的数百万年,冥王星可能在远日点、近日点,或任何的地点上,而我们是无从预测的。但这并非意味着冥王星本身的轨道是不稳定的,只是以它现在在轨道上的位置,不可能事先预知和确定未来的位置。一些共振和其它的动力学效应维系着冥王星轨道的稳定,得以在行星的碰撞或散射中获得安全。
自转
冥王星的自转周期,它的一天,相当于6.39地球日。如同天王星一样,它是侧躺在轨道面上,有着120°的转轴倾角,因此它的季节变化非常极端;在至点,有四分之一的表面是持续的白天,同时另外四分之一是持续的黑夜。
较小的体积
1988年6月9日,冥王星刚好运行到一颗恒星的前面,根据恒星被遮掩的时间,天文学家们测定冥王星直径约2344公里,比月球还要小,其质量也只有月球的五分之一。表面积16,650,000 km²,和俄罗斯的面积(17,098,246 km²)差不多大。冥王星离太阳极其遥远,因而在冥王星上看到的太阳,也只是一颗普通的恒星而已。
即使是最靠近太阳的时候,它所获得的太阳光也只有地球的九百分之一,所以冥王星十分寒冷(从-234℃到-212℃)。
表面温度
冥王星的表面温度为43K,低于其卫星卡戎的表面温度。科学家认为冥王星表面存在“反温室效应”是造成这种现象的原因。一种理论模型认为,阳光将冥王星表面的氮冰加热成为气体,从而没有加热到冥王星的表面。
卫星
冥王星现有五颗已知的天然卫星。冥卫一名为Charon(卡戎),于1978年被发现。有天文学家认为,它与冥王星形成了一个双行星系统:它们的质心在冥王星表面以外。2005年5月哈勃太空望远镜发现S/2005
P1及S/2005 P2两颗冥王星的新卫星,并于翌年6月底的国际天文学合会会议上命名为Nix(尼克斯)与Hydra(许德拉)。
2011年7月哈勃望远镜发现了第四颗卫星,临时命名为P4(S/2011 (134340) 1),为冥王星最小的卫星,直径大约在13公里到34公里之间。2012年7月再发现第五颗卫星S/2012 P 1,又称P5。2012年7月2日,冥卫四、冥卫五分别获名Kerberos、Styx。
对冥王星的探索
美国国家航空暨太空总署在2006年1月19日发射无人探测船新视野号,对冥王星及柯伊伯带进行探索任务。在制定这探索计划与发射探测器当时,冥王星是太阳系中唯一一个尚未有人造卫星探测器到访的行星,但当探测器经过漫长的旅行成功到达目的地前,冥王星已于2006年8月24日被列为矮行星。当然,冥王星的等级划分并不会真的影响到探索任务本身。
1930年由美国天文学家汤博发现的冥王星曾被认为是行星,但2006年8月24日召开的国际天文学联合会第26届大会,经两千余天文学家表决通过———太阳系只有八大行星,不再将传统九大行星之一的冥王星视为行星,而将其列入“矮行星”。
冥王星被排除在大行星之外的原因:
作为行星,要满足三个条件:
一、以近似圆形的轨道围绕恒星运转。
二、质量足够大,能依靠自身引力使天体呈圆球状。
三、能逐渐清除其轨道附近的天体。
冥王星因为第三条不符,且冥王星的卫星(冥卫一)过于巨大,形成了双行星系统,所以根据这个定义,冥王星被除名为矮行星。
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被怀疑的矮行星
矮行星或称“侏儒行星”,体积介于行星和小行星之间,围绕恒星运转,质量足以克服固体引力以达到流体静力平衡(近于圆球)形状,没有清空所在轨道上的其他天体,同时不是行星。
中文名
矮行星
外文名
dwarf planet
别 名
侏儒行星
分 类
类冥天体、类QB1天体等
体 积
一般介于行星和小行星之间
认定时间 2006年8月24日
定义
在2006年8月24日在捷克首都布拉格举行的第26届国际天文学大会中确认了矮行星的称谓与定义,决议文对矮行星的描述如下:“行星”指的是围绕太阳运转、自身引力足以克服其刚体力而使天体呈圆球状、并且能够清除其轨道附近其他物体的天体。一颗不是卫星的天体如果只满足了前两个准则,将被分类为“矮行星”。 [1]
但是实际上,最终的定义会比这复杂得多,有的天文学家倾向于把太阳系外围较小的天体称作“矮行星”,而另外一些人则愿意把它们叫做“小行星”,或者“柯伊伯带行星”,还有一些人则根本不想用到行星这个词。
相信矮行星的数目会很多,随着观测的不断进步,会越来越多。在布拉格举行的国际天文学协会第26次会议上,国际天文学协会术语委员会已正式决定以后不再称冥王星为“行星”,而是称其为“矮行星”。
基本特征
矮行星它们的特点是外幔和表面由冰冻的水和气体元素组成的一些低熔点的化合物组成,有的其中混杂着的一些由重元素化合物组成的岩石质的矿物质,厚度占星体半径的比例相对较大,但所占星体相对质量却不大,内部可能有一个岩石质占主要物质组成部分的核心,占星体质量的绝大部分,星体体积和总质量不大,平均密度较小,一些大行星的卫星也具有这种类似冰矮星的结构,像木卫二、三、四,土卫一、六等。对于行星级的冰矮星来讲,最大的是冥王星,直径2370±20公里,最小的卡戎,直径约800公里左右。像谷神星这样的距太阳较近的行星,表面的冰物质主要是水,而冥王星和卡戎的表面冰物质主要是水和熔点更低的甲烷、氮、一氧化碳等物质。过去曾将这些矮行星算作小行星中的一类,直到2006年才将它们从一般小行星中分离出来,划作单独的一类,称为矮行星,并把冥王星和冥卫一归入其中。
矮行星的这种星体结构和它产生的地处太阳系外围的低温环境和自身的质量有关,一方面,太阳的温度不足以将它们的由气体元素组成的低熔点物质驱散,另一方面,它们自身原始质量较小,星体本身不能将氢氦等较轻的轻元素气体束缚住。
但星体收缩产生的热量也不能将较重一些的气体元素组成的化合物如水和碳氢化合物等完全驱散,而会保留下一部分,同时它的足够的引力又使它足可以形成分层的物质结构,使较轻的物质浮于较重的由重元素组成的岩石质物质的表面,并随着星体以后的冷却,在表面上凝固下来,因此,会形成具有这种物质结构的星体。
种类
国际天文联合会26届会员大会的6A决议案,认可冥王星是外海王星天体中新类型的标准。这个类别的命名和精确性质并没有定义,但在决议前的辩论中成员曾以“冥王星对象”、“冥王星的天体”来称呼,但前者有贬损的意味,并且在最后的草案中(6b)被摒弃了。
在进行定义的初期过程中,这个类别(称类冥行星)曾被定义为轨道周期超过200年的行星,而且轨道倾角比传统大了许多。
符合类冥天体一类只适合于外海王星天体中轨道周期、倾斜、和扁率像冥王星的天体。矮行星可能属于也可能不属于这一类,但所有这些的都是矮行星。
除了冥王星之外,属于这一类的天体仍都不明确,冥王星最大的卫星卡戎如果归类为矮行星时,可能会另成一类。阋神星和列在上面候选矮行星之列,轨道周期都在下限附近,但轨道倾斜度和扁率都有各自的特性,然而这些不都是等于或大于冥王星的天体。夸欧尔的扁率和轨道倾斜则与类冥天体不尽符合。
矮行星质量和大小的上下限,在国际天文联合会会员大会的5A决议案中并没有规范。
下限则是以能否达到流体静力平衡的形状概念来规范,但是对这类物体的大小和形状尚未定义完成。在国际天文联合会的5号决议案原先建议的是质量大于5¹⁰公斤,直径超过800公里,但是在最后决议的5A案中未予以保留,因此以观测经验为依据提供的建议是要根据对象的历史变化和构成来作认定。
根据部分天文学家的说法,新定义可能会使矮行星的数量增至超过45颗。
家族成员
冥王星
冥王星曾被认为是离太阳最远的一颗大行星,它绕太阳运行一周历时248年之久,平均速度每秒只有3.0英里。它距离太阳大约40天文单位,其表面温度大概是-230摄氏度。
关于冥王星的直径大小问题尚未定论,尽管已经估计其最大值为3600英里(有人也测定它并不比月亮大,即在2170英里以下)。这一估计的依据是冥王星的细小视圆面在天空中运行时对恒星的掩食情况。大小是地球的6分之一与5分之一之间,质量只有地球的2000分之一。
2015年7月14日,美国宇航局的新地平线号探测器飞越冥王星,测得冥王星直径约2370km。
卡戎星
卡戎星是1978年华盛顿美国海军天文台的天文学家詹姆士·克里斯蒂发现的。直到如今,它仍被看成冥王星的一颗卫星。在冥王星赤道上空约1.9万公里的圆形轨道上运转,其运行周期与冥王星自转周期相等。双行星系统,同步围绕太阳旋转。另外,“卡戎”的直径约1208km,质量约为190亿亿吨,大约是冥王星的一半,其密度与冥王星相似。有专家推测,远古时冥王星与一颗庞大天体发生了碰撞,导致一大块碎片从中分离出来,最后形成了“卡戎”。
阋神星
阋神星(Eris,厄里斯)在被正式命名前暂时编号为2003 UB313,名字暂称为齐娜(Xena)。
相对于200多年前发现的谷神星和近30年前发现的卡戎,齐娜是一个完全陌生的新来者,她是在2003年被发现的。齐娜的公转轨道是个很扁的椭圆,它公转一周需要560年,离太阳最近的距离是38个天文单位,最远时为97个天文单位。
齐娜的直径为2336±12千米,比冥王星略小。科学家说,齐娜的大气可能由甲烷和氮组成,如今它离太阳太远,大气都结成了冰;当它运动到近日点时,表面温度将有所升高,甲烷和氮会重新变成气态。
至于其内部结构,如今还只能猜测,有可能是冰和岩石的混合物,与冥王星类似。齐娜有一颗卫星,科学家暂时称之为加布里埃尔,他是好战公主齐娜的随从。
谷神星
谷神星(1 Ceres)是人们最早发现的第一颗小行星,由意大利人皮亚齐于1801年1月1日发现。其平均直径为952公里,是小行星带中最大最重的天体。谷神星4.6个地球年才绕太阳公转一周。
鸟神星
鸟神星(Makemake,马奇马奇)的直径大约是冥王星的四分之三。鸟神星没有卫星。最初被称为2005 FY9的鸟神星是由迈克尔·E·布朗领导的团队在2005年3月31日发现的;2005年7月29日,他们公布了该次发现。2008年6月11日,国际天文联合会将鸟神星列入类冥天体的候选者名单内。类冥天体是海王星轨道外的矮行星的专属分类,当时只有冥王星和阋神星属于这个分类。2008年7月,鸟神星正式被列为类冥天体。2008年7月11日,国际天文联合会将这颗天体定为矮行星,并以复活节岛拉帕努伊族原住民神话中的人类创造者与生殖之神马奇马奇为其命名。
妊神星
妊神星(Haumea,哈乌美亚)的质量是冥王星质量的三分之一。2005年,迈克尔·E·布朗领导的加州理工学院团队在美国帕洛玛山天文台发现了该天体;2005年,奥尔蒂斯领导的团队在西班牙内华达
山脉天文台亦发现了该天体,但后者的声明遭到质疑。2008年9月17日,国际天文联合会在矮行星IAUC 8976中发布了(136108)2003 EL61的命名公告,宣布将这颗矮行星命名为Haumea——夏威夷当地神话中主管生育和生殖的神。它也是继谷神星、冥王星、阋神星和鸟神星后,太阳系第五颗被命名的矮行星。至此,当前已知的矮行星都有了自己的名字。随后,世界各大媒体都报导了这一消息。简单的报导只简单提及了命名的事实,稍微丰富点的报导则提及了这一矮行星的古怪性质,比如轨道倾角很大,自转速度非常快,橄榄球似的外形,以及拥有两个卫星,等等。但其中的至少大多数都没有触及一个微妙的问题:这颗矮行星是谁发现的。
矮行星2007 OR10位于太阳系边缘的柯伊伯带,距离地球约64亿公里,直径1535公里,大小在太阳系矮行星中位列冥王星(Pluto,直径2374公里)和阋神星(Eris,直径2326公里)之后排名第三,表面覆盖含有甲烷的水冰,呈红色。2007年,三名科学家施万布、布朗和拉比诺维茨首先发现这颗遥远的天体,此后一直用2007 OR10作为它的代号。2020年2月,国际天文学联合会小行星中心正式以中国古代水神“共工”命名2007 OR10,而围绕共工星运行的小行星以“相柳”命名。
界定标准
在过去,卡戎(冥卫一)一直被视为冥王星的卫星,因为到如今都还没有明确的规范来区分“双星”(这里指的是两颗行星、矮行星或小行星)与附属卫星。在第26届国际天文联会会员大会原来的决议草案(5)中,卡戎可能成为矮行星,原因是:
卡戎的大小与形状满足成为行星的条件。(在最后决议中,皆成为矮行星的必要条件)
卡戎与冥王星的质量比,使得两者的质心位置落在两者之间的空间中,而非在冥王星表面内的一点。
然而,这个定义在最后决议文本中并未被保留,在未来也不知是否会被加入。若相似的定义被采纳,卡戎将成为矮行星的一员。
第二、第三和第四大的小行星(4号灶神星、2号智神星与10号健神星)也都可能成为矮行星,只要它们能达到流体静力平衡的形状(椭球体)。但当前还没有足够左证数据。
矮行星质量和大小的上下限,在国际天文联会会员大会的5A决议案中并没有规范,没有严谨的上限,即使一个比水星还大的天体,若未能将邻近轨道的小天体清除掉,也许仍然会被归类为矮行星。
命名时间
2006年国际天文联合会对太阳系的成员做了定义,将“矮行星”定为新的天体分类,当时列有3颗,分别为谷神星、冥王星及阋神星Eris(2003 UB313)。2008年分别又增列了鸟神星Makemake(2005 FY9)及妊神星Haumea(2003 EL61),当前计有5颗矮行星(2008/12/11)。
谷神星是公元1801年意大利的天文学家Piazzi所发现的,过去一直都被列为小行星,且为小行星群中体积最大的1颗,本体直径为960 × 932公里,绕日公转周期为4.60年,2006年的新行星定义之后改列为矮行星。
冥王星是公元1930年美国罗威尔天文台的天文学家CWTombaugh所发现的,在过去一直被视为9大行星之一。它在行星中是最小的1颗,比我们月球还小,另其公转轨道面相对于黄道的倾斜角17.1度远比其他行星大,再加上公转椭圆轨道偏心率为0.249,使得其近日点在海王星的轨道之内,因此数年以来冥王星算不算是行星的问题不断被提出来讨论,2006年的新行星定义之后将其改列为矮行星。
Eris(2003
UB313)于2003年由美国Palomar天文台的天文学家Mike Brown等所发现的,本体直径约为2400公里比冥王星还大一些,因此发现后使得大家重新评估行星的定位问题。2006年的新行星定义之后将其列为矮行星之一,是当前体积最大的矮行星。
Makemake(2005 FY9)于2005年3月31日由美国Palomar天文台的天文学家Mike Brown的团队所发现,被国际小行星中心编为第136472号小行星。2008年7月11日国际天文联合会将其列为矮行星的第4颗。
Haumea(2003
EL61)于2005年7月29日由西班牙Sierra Nevada天文台天文学家JL Ortiz及其研究团队在分析2003年过往资料时所发现。2006年9月7日被国际小行星中心编号为136108号小行星。2008年9月17日国际天文联合会将此小行星归类为第5颗矮行星,并以“Haumea”命名。
类冥矮行星
国际天文联合会在2006年的6a决议案认为冥王星是海王星外天体的一种新类型的原型。这种类型的命名和确实的性质当前虽尚未被国际天文联合会指定,但会在未来做确认;在寻求结论的辩论中,pluton和plutonian这两个名字都被否决而未获得通过。
在2008年6月11日,国际天文联合会的执行委员会宣布了一个新名词-类冥矮行星,其定义为:所有在海王星之外的矮行星都是类冥矮行星。
新发现
美国科学家在太阳系内冥王星以外的地区,发现了一颗新的矮行星2014 UZ224,美国小行星中心证实了它的存在。
密歇根大学天文学教授戴维·格德斯对美国国家公共电台(NPR)表示,根据国际天文学联合会(正是该联合会将冥王星降级为矮行星)公布的标准,直径约530公里的2014 UZ224应属矮行星,但可能会被认为太小,而不能被称作矮行星,这最终还需联合会予以盖棺定论。
柯伊伯带是处于海王星轨道以外的一个太空区域,在这个区域里,到处是冰冷、岩石状的天体。公认的太阳系理论认为,海王星轨道以外天体轨道分布应该是随机的,加上观测偏差,轨道半长轴接近150天文单位,轨道倾角几乎为0°,近日点辐角也要接近0°或者180°,在柯伊伯带已发现的卡戎星、阋神星、塞德娜等十多颗极端海外天体中的轨道半长轴相差极大(介于150天文单位和525天文单位之间),轨道倾角的平均值约为20°,近日点辐角则是–31°,没有任何一个天体接近180°。
这些星体的轨道参数似乎受到其他星体的影响,在海王星和冥王星以外可能还有其他未知的行星。2015年,美国的两位科学家在奥尔特云中发现了一颗矮星行星,名为2012VP113。两位发现者认为,它的轨道可能受到一颗又黑又冰的超级地球的影响,它的大小可以达到地球的10倍。
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