主题:【分享】天文学基础讲座

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德厚志远
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E 土星基本参数:

    轨道半长径:        1,429,40万 千米 (9.54 天文单位)
    公转周期:        10759.5 日
    平均轨道速度:        9.64 千米/每秒
    轨道偏心率:        0.056
    轨道倾角:        2.5 度
    行星赤道半径:        60330 千米
    质量(地球质量=1):    95.159
    密度:            0.7 克/立方厘米
    自转周期:        0.426 日
    卫星数:        18

150    土星是一颗美丽的行星,也是质量和大小仅次于木星的大行星。中国古代称土星为镇星,在西方,人们用罗马农神萨图努斯(Saturn)的名字为土星命名。

152    土星与木星犹如孪生兄弟,有许多十分相似的地方。土星也有岩石构成的核心,核的外围是5000千米厚的冰层和金属氢组成的壳层,再外面也象木星一样裹着一层浓厚而色彩绚丽,以氢、氦为主的大。大气中飘浮着由稠密的氨晶体组成的云带,并且也有类似木星大红斑的旋涡结构- 白斑,不过规模较小而已。如果说木星大气运动诡谲多变,那么土星大气运动就显得较为平静和单纯。

    土星公转周期缓慢,绕太阳一周需29.5年,自转周期为10小时14分。由于自转迅速,土星实际上是一颗很扁的球体,它的赤道半径比两极大6000千多米,相差部分几乎等于地球半径。

    虽然土星体积庞大,但平均密度却只有0.7克/立方厘米,在九大行星中最小,是一个比水还轻的行星。

203    土星的光环在望远镜中十分引人注目。这光环实际上由无数直径在7厘米~9米之间的小冰块组成,环的结构极其复杂,它们在阳光照射下显得色彩斑斓。"旅行者号"探测器曾经对土星环作过近距离观测,人们发现土星环的整体形状就象一张巨大的密纹唱片,从土星的云层顶端向外延伸。通常把土星光环划分为7层,距土星最近的是D环,亮度最暗,其次是C环,透明度最高,B环最亮,然后是A环,在A环与B环之间有段黑暗的宽缝,这就是有名的卡西尼环缝。A环以外有F、G、E三个环,E环处于最外层,十分稀薄和宽广。

186    土星周围的卫星众多,目前已确认的有18颗。其中以土卫六最大,半径超过了水星,它又被命名为"泰坦",即希腊神话中的女巨神。土卫六也是太阳系卫星中唯一拥有浓密大气的天体,主要成份是氮,约占98%,大气层厚度约2700千米。

    土星卫星的小资料

    卫星        距离(千米)        半径(千米)        质量(千克)        发现日期            土卫十八      134000            10                ?                1990    土卫十五      138000            14                ?                1980    土卫十六      139000            46            2.70×1017          1980    土卫十七      142000            46            2.20×1017          1980    土卫十一      151000            57            5.60×1017          1980    土卫十        151000            89            2.01×1018          1966    土卫一        186000            196            3.80×1019          1789    土卫二        238000            260            8.40×1019          1789    土卫三        295000            530            7.55×1020          1684    土卫十三      295000            15                ?                1980    土卫十四      295000            13                ?                1980    土卫四        377000            560            1.05×1021          1684    土卫十二      377000            16                ?                1980    土卫五        527000            765            2.49×1021          1672    土卫六        1222000          2575            1.35×1023          1655    土卫七        1481000            143            1.77×1019          1848    土卫八        3561000            170            1.88×1021          1671    土卫九      12952000            110            4.00×1018          1898

    土星的光环

              光环    距离(千米)    宽度(千米)    质量(千克)                            D      67000          7500          ?              C      74500        17500      1.1×1018              B      92000        25500      2.8×1019          卡西尼环缝  5000              A      122200        14600      6.2×1018              F      140210          500          ?              G      165800          8000        1×107?              E      180000        300000          ?
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F  天王星基本参数:


    轨道半长径:        2,870,99万 千米 (19.218 天文单位)
    公转周期:        30685 日
    平均轨道速度:        6.81 千米/每秒
    轨道偏心率:        0.046
    轨道倾角:        0.8 度
    行星赤道半径:        25400 千米
    质量(地球质量=1):    14.5
    密度:            1.3 克/立方厘米
    自转周期:             0.426 日
    卫星数:        20

    天王星在太阳系中距太阳的位置排行第七,在西方,它被命名为希腊神话中统治整个宇宙的天神-乌拉诺斯(Uranus)。天王星的体积很大,是地球的65倍,仅次于木星和土星,在太阳系中位居第三。其半径是地球的4倍,质量约为地球的14.5倍。

    天王星的一个独特之处是它的自转方式。其它行星基本上自转轴都与公转平面接近垂直而运动,唯独天王星自转轴的倾斜度竟达到98度,几乎是以躺着的姿势绕太阳运转。

    天王星大气中的主要成份是氢(83%)、氦(15%)和甲烷(2%)。在厚厚的大气之下是深达8000千米的汪洋大海,但与地球上的大海相比它的温度高得惊人,将近有4000℃,比炼钢炉里的钢水温度还高。

    天王星也拥有光环,那是在1977年的一次天王星掩食恒星的观测中发现的。天王星共有11层光环,不同的环有不同的颜色,给这颗遥远的行星增添了新的光彩。

    天王星已确认有20颗卫星,包括几颗新发现但暂未正式命名的卫星,是九大行星中拥有卫星最多的行星。

    天王星卫星小资料

    卫星          距离(1000千米)      半径(千米)    质量(千克)    发现日期
   
    天卫六            50              13            ?          1986
    天卫七            54              16            ?          1986
    天卫八            59              22            ?          1986
    天卫九            62              33            ?          1986
    天卫十            63              29            ?          1986
    天卫十一          64              42            ?          1986
    天卫十二          66              55            ?          1986
    天卫十三          70              27            ?          1986
    天卫十四          75              34            ?          1986
    1986U10          75              20            ?          1999
    天卫十五          86              77            ?          1985
    天卫五            130              236        6.30×1019      1948
    天卫一            191              579        1.27×1021      1851
    天卫二            266              585        1.27×1021      1851
    天卫三            436              789        3.49×1021      1787
    天卫四            583              761        3.03×1021      1787
    天卫十六        7100              30            ?          1997
    1999U1        10000              20            ?          1999
    天卫十七        12200              60            ?          1997
    1999U2        25000              20            ?          1999

    天王星的光环

        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

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G  海王星基本参数:

    轨道半长径:        4,504,00万 千米 (30.06 天文单位)
    公转周期:        60190 日
    平均轨道速度:        5.43 千米/每秒
    轨道偏心率:        0.008
    轨道倾角:        1.6 度
    行星赤道半径:        24600 千米
    质量(地球质量=1):    17.204
    密度:            1.76 克/立方厘米
    自转周期:        0.658 日
    卫星数:        8

108    海王星是环绕太阳运行的第八颗行星,它是一颗淡蓝色的行星,人们根据传统的命名法,称其为涅普顿(Neptune),那是罗马神话中统治大海的海神。

148    海王星和天文学的主要大气成份都是氢和氦,内部结构也极为相似,好似一对孪生兄弟。海王星是典型的气体行星,大气中有许多湍急紊乱的气旋和风暴在翻滚。在海王星的南半球有一个醒目的大黑斑,天文学家认为它是一个大气旋,是强烈的风暴区域。

    海王星也有光环。在地球上只能观察到暗淡模糊和不连续的圆弧。人们对其的内部结构仍然知之甚少。

150    海王星有8颗已知卫星。在1989年旅行者2号空间探测器飞抵海王星之前,一般认为海王星只有两颗卫星,即海卫一和海卫二。飞近探测后又发现了6颗较小的卫星,从而使海王星的卫星总数达到8颗。

    海王星是所谓从“笔尖下发现的行星”。天王星发现后不久,人们注意到天王星的运动颇为反常,总是偏离天体力学计算的轨道。于是便推测天王星轨道之外可能还存在一颗行星,它的引力作用使天王星的轨道运动受到干扰,也就是天文学上所谓的“摄动”影响。1845年到1846年,英国的亚当斯和法国的勒维耶这两位年轻人,根据牛顿万有引力和运动定律,分别独立进行了计算,他们反过来从天王星运动的偏差去估计摄动的大小, 从而推算出未知行星的位置。依照他们的计算结果,1846年9月,柏林天文台的天文学家果然在预报位置附近发现了这颗新行星。海王星的发现,生动地证实了牛顿定律的正确性,体现出科学理论预言未知事物的无比威力。

    海王星卫星小资料

    卫星        距离(千米)      半径(千米)      质量(千克)  发现日期    海卫三        48000          29              ?          1989    海卫四        50000          40              ?          1989    海卫五        53000          74              ?          1989    海卫六        62000          79              ?          1989    海卫七        74000          96              ?          1989    海卫八      118000        209              ?          1989    海卫一      355000        1350          2.14×1022      1846    海卫二      5509000        170              ?          1949 

    海王星的光环

    光环      距离(千米)      宽度(千米)    Diffuse    41900            15              Inner      53200            15            Plateau    53200          5800    Main      62930          < 50
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H  冥王星基本参数:

    轨道半长径:        5,913,52万 千米 (39.5 天文单位)
    公转周期:        90800 日
    平均轨道速度:        4.74 千米/每秒
    轨道偏心率:        0.250
    轨道倾角:        17.1 度
    行星赤道半径:        1500 千米
    质量(地球质量=1):    0.0026
    密度:            1.1 克/立方厘米
    自转周期:        6.39 日
    卫星数:        1

130    冥王星是九大行星中离太阳平均距离最远,质量最小的行星。它在远离太阳59亿千米寒冷阴暗的太空中孤独地前行,人们将其比之为罗马神话中住在阴森森地下宫殿里的冥王普鲁托(Pluto)。

145    冥王星发现于1930年,在发现之初被认为是一颗海外行星,但后来事实证明并非完全如此。这是由于冥王星轨道的偏心率、轨道面对黄道面的倾角都比其他行星大。冥王星在近日点附近时比海王星离太阳还近,这时海王星就成了离太阳最远的行星。

    冥王星的组成成份还不很清楚,它的表面覆盖着一些固体氮以及少量冰冻的甲烷和一氧化碳。冥王星的表面温度大致在-238℃到-228℃之间。

    冥王星唯一的卫星叫查龙(Charon)。在希腊神话中查龙是冥王普鲁托的一个役卒,专在冥海上摆渡亡灵。查龙的公转周期和冥王星的自转周期一样,都是6.39天。

    冥王星是发现最晚的一颗行星,加上它又小又远,在九大行星中它的面目最为模糊不清,也是至今尚没有被航天器“涉足”的唯一的行星。

    冥王星卫星-查龙:    轨道半径:    19,640 千米    卫星直径:    1172 千米    质量:        1.90×1021 千克
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3.3小行星

    在太阳系中,除了九大行星以外,在红色的火星和巨大的木星轨道之间,还有成千上万颗肉眼看不见的小天体,沿着椭圆轨道不停地围绕太阳公转。与九大行星相比,它们好像微不足道的碎石头。这些小天体就是太阳系中的小行星。

    大多数小行星的体积都很小,是些形状不规则的石块。最早发现的“谷神星”、“智神星”、“婚神星”和“灶神星”是小行星中最大的四颗。其中“谷神星”直径约为1000千米,位居老大,老四“婚神星”直径约200千米。除去这“四大金刚”外,其余的小行星就更小了,最小的直径还不足1千米。

    自从1801年发现第一颗小行星,到20世纪90年代末,已登记在册和编了号的小行星已超过8000颗。据统计,小行星的总数当在50万颗左右。它们中的绝大多数分布在火星和木星轨道之间,与太阳的距离约2.06-3.65的天文单位。这部分区域被称为小行星带。

    至于小行星带形成的原因,迄今还没有公认的定论。有一种叫“爆炸说”的理论认为:小行星带内原先有一颗与地球、火星不相上下的大行星,后来由于某种现在尚不清楚的原因,这颗大行星发生了爆炸,炸裂的碎片就成了现在的小行星。此外,还有所谓的碰撞说等等。这些假说都从某些方面假说了小行星的起源,但又都存在许多问题难以自圆其说。现在,越来越多的天文学家认为,小行星记载着太阳系行星形成初期的信息,小行星的起源是太阳系起源问题中不可分割的一环。

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3.4彗星
 
 
258    彗星可算是夜空中最为引人注目的一种天体。在那井然有序的星空里,彗星好像是位形象怪异的不速之客,拖着一条扫帚那样长长的尾巴,在繁星点缀的天幕上缓步挪移。

    彗星是太阳系大家庭里的一族特殊成员,它们的轨道通常是很扁的椭圆。也有些彗星的轨道甚至是抛物线或双曲线,它们或许原本就不是太阳系的成员,而只是宇宙中的匆匆过客,在途经太阳附近之后,便远遁深空,一去不复返。而那些运行在椭圆轨道上的彗星,则每隔一段时间定期回到太阳身边,称之为周期彗星。

    彗星的与众不同之处在于它的大小和形态是随其离太阳的距离而变化的,不象其它天体那样有着固定的大小。远离太阳时,彗星看上去只是一个朦胧的星状亮斑(称为彗头)。彗头由中心部分较亮的彗核和外围的云雾状包层─ 彗发组成。随着与太阳的距离越来越近,彗头的形状也在逐渐改变,彗发变得越来越大,越来越亮。当彗星来到火星轨道附近时,由于受到更强的太阳辐射,从彗核蒸发出的物质逾加增多,这些蒸发物在太阳的辐射压力和太阳风的作用之下,被"吹"向背着太阳的方向,形成著名的"彗尾"现象。彗星越走近太阳,彗尾就越长。过了近日点后,彗星渐渐远离太阳,其形态的改变则与接近太阳时相反。

    尽管彗星在接近太阳时体积变得十分巨大,有的彗尾最长可达2亿多千米,但是它们的质量却非常小,大彗星的质量一般也只及地球质量的几十万分之一。彗星的质量主要集中在彗核部分,彗发和彗尾的质量只占彗星全部质量的百分之一到百分之五,甚至更小,因为组成彗发和彗尾的物质极为稀薄。至于彗核,人们推断认为它是由凝结成冰的水加上干冰(二氧化碳)、氨和尘埃微粒混杂而成,科学家形象地把它比喻作"脏雪球"。1985年底哈雷彗星回归时,曾有5个航天探测器飞抵彗星邻近探测,首次拍到了彗核的照片。结果表明"脏雪球"的理论基本上是正确的,只是实际组成要比原来想象的复杂得多。
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在历史上,由于彗星形状怪异,行踪不定,人们常把它的出现看成是某种不祥之兆,往往把彗星的出现和人间的战争、饥荒等灾难联系到一起。随着科学的进步,人们才逐渐认识到,彗星的出现其实是一种极普通的自然现象,并且可以通过计算作出准确的预言。

130    光临太阳的众多彗星中知名度最高的,也是第一颗被算出正确轨道并按预言准时回归的彗星便是哈雷彗星,它每隔76年左右就会回归地球一次。哈雷彗星在我国历史上有过十分丰富的记录,从春秋战国直到清末的二千多年间,它的每次回归,我国史书中都有记载。据<春秋>记载:鲁文公14年(公元前613年)“秋七月,有星孛入于北斗”。这是世界上关于哈雷彗星的最早记录。1910年5月哈雷彗星回归,当它从太阳和地球之间通过时,离地球只有2400千米,而它长长的彗尾足有2亿千米。当彗尾扫过地球时,曾有许多人惊惶失措,以为世界末日将临,而实际地球上并没有发现任何特殊现象。

    哈雷彗星最近一次回归是在1985年底和1986年初,下一次回归要到2061年左右,眼下十来岁的读者,届时还有机会再次见到它的踪影。

153    本世纪又一次引人瞩目的彗星现象是发生于1994年7月17日至22日的“苏梅克-列维9号”彗星撞击木星事件。早在事件发生的一年前就观测到了这颗彗星并预言了撞击时间,随后哈勃空间望远镜又发现这颗彗星分裂形成首尾相距16万千米的22块碎片。为了准备好这次观测,天文学家动用了包括可见光、红外、紫外和射电等各种观测手段,有的还远赴南非、澳州和南极洲组织观测。中国科学院北京天文台2.16米口径天文望远镜、上海天文台1.56米口径和云南天文台的1米口径天文望远镜也都积极投入了观测。

    正如预测一样,撞击事件准时发生。在历时5天的过程中,彗星碎片以约每秒60千米的高速陆续撞上木星,其时木星上空霹雳轰鸣,出现剧烈的爆炸和闪光。撞击还在木星大气中留下了醒目的黑斑,撞击过程中释放的总能量相当于几十万亿吨黄色炸药的爆炸威力。这是一次太阳系内天体间十分罕见的撞击事件,它为人类了解太阳系内天体间的撞击现象提供了宝贵的资料。
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3.5 流星和陨星
 
 
在晴朗的夜空里,有时会看见一道明亮的闪光划破天幕,飞流而逝,这就是人们常见的流星现象。在太阳系的广袤空间中,布满了无数的尘埃般的小天体- 流星体,当它们以高速闯入地球大气后,与大气产生摩擦,形成灼热发光现象,称作"流星"。由于流星体一般很小,大多数流星在大气高层中都烧毁气化了;也有少数大流星,在大气中没燃烧尽,落到地面的残骸就称为"陨星",也叫"陨石"。

    通常情况下,流星好像夜空中的"散兵游勇",完全随机地出现于各个方位。除了这种"偶发"流星外,还有一类常常成群出现的流星群,它们有十分明显的规律性,出现在大致固定的日期、同样的天区范围,所以又叫周期流星。流星群是一群轨道大致相同的流星体,当冲入地球大气时,成为十分美丽壮观的流星雨。当它出现时,成千上万的流星宛如节日礼花一般从天空中某一点附近迸发出来,这一点就叫做辐射点,通常把辐射点所在的星座名作为该流星群的名字。例如1833年11月的狮子座流星雨,那是历史上最为壮观的一次大流星雨,每小时下落的流星数达35000之多。中国在公元前687年曾记录到天琴座流星雨,"夜中星陨如雨",这是世界上最早的关于流星雨的记载。

225150    原始质量较大的流星掉落地面成为陨星,陨星的大小不一,成分各异。有铁陨石,石陨星,还有玻璃质陨星及陨冰。陨石的来源可能是小行星、卫星或彗星分裂后的碎块,因此陨石中携带了这些天体的原始材料,包含着太阳系天体形成演化的丰富信息。目前,全世界已搜集到了3000多次陨落事件的标本,其中著名的有中国吉林陨石、纳米比亚戈巴大陨铁、美国诺顿陨石等。

    地球上有许多陨星坑,它们是陨星撞击的产物。然而由于地球地区的风化作用,绝大多数早已被破坏得无法辨认了,现在尚能确证的还有150多个。其中最著名的要数座落在美国亚利桑那州北部荒漠中的一个大陨石坑。它直径有1245米,深达172米,在坑里人们已搜集到好几吨陨铁碎片。据推算,这是约2万年前一块重10多万吨的铁质陨星坠落所造成的坑洞。

    另外,1908年在西伯利亚发生的一次惊心动魄的大爆炸,也有人归之为天外一颗巨型陨星的"杰作"。那次爆炸声震千里,摧毁了方圆60千米的森林,冲天而起的蘑菇云升腾至20千米的高度,其威力之大,令人瞠目。然而,事后在爆炸现场并未找到陨石碎片,也没有发现大陨石坑。据此,有人认为很可能这是一颗彗星闯入了地球大气,由于彗核主要由冰块组成,因此这就意味着是一次罕见的特大陨冰事件:一块特大彗核碎片以高速冲入大气,它对空气的巨大冲击作用导致了惊天动地的大爆炸。
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3.6太阳系起源和演化



    太阳亘古不变还是有始有终?它的来龙去脉究竟如何?

    实际上,任何天体都和人一样,要经历出生、成长、死亡的过程,这就是天体的演化过程。人类生长在地球上,生命本身依赖于太阳系的存在,因此我们人类更加关心赖以生存的这个空间系统是怎样形成的,又将在什么时候、如何最终消逝。

    根据天体物理学的恒星演化理论,产生了关于太阳形成的现代星云学说。星云假说的主要观点是:宇宙空间存在着许多巨大的星际云,大约在46亿年前,在银河系的盘状的体系中,离开中心大约25亿亿千米的地方,存在着一个大小约等于现在太阳直径500万倍的云团。这个云团的成分主要是氢分子,同时含有少量的氦分子和由其他元素构成的尘埃。这个云团因为来自内部物质的引力作用,开始迅速收缩,就如一幢高楼大厦在顷刻之间坍塌。在大约40多万年之后,在云团中心形成了一个高温、高压、高密度的气体球,并在其核心触发了由四个氢原子核聚变成一个氦原子核的反应,释放出大量的热和光。它就是太阳。

    在太阳形成以后不久,残存在太阳周围的一些气体和尘埃,形成了围绕太阳旋转的行星和诸多小行星和彗星等其他太阳系天体,其中包括了我们的地球和月亮。

    那么,太阳会不会死亡呢?太阳是大自然的创造,既有生,也有灭,但那是再过50多亿年以后的事。太阳的寿命约有100亿年,现在正是它的"壮年"时期。

    太阳通过热核聚变,靠燃烧集中于它核心处的大量氢气而发光,平均每秒钟要消耗掉600万吨氢气。就这样再燃烧50亿年以后,太阳将耗尽它的氢气储备,然后核区收缩,核反应将扩展发生到外部,那时它的温度可高达1亿多度,导致氦聚变的发生。以后太阳会极度膨胀,进入所谓"红巨星"阶段,它的光亮度将增至如今的100倍,并把靠它最近的行星如水星、金星吞噬掉,地球也会被"烤焦",生命将无法继续生存。随着时间的推移,太阳会越来越快地耗尽它的全部核能燃料,步入风烛残年,随之塌缩成一颗黯淡的白矮星。在这种白矮星上,一块火柴盒大小的物质就可达1吨左右。白矮星没有核反应,它是恒星核反应结束以后留下的残骸,依靠收缩自己的体积来继续辐射出微弱的能量,最后,太阳将成为一个无光无热的"褐矮星",消逝在茫茫的宇宙深处,结束它辉煌而平凡的一生。

    当太阳消亡之时,地球早已经不复存在,那么人类怎么办呢?其实这完全不必担心。人类的文明史不过才5000年左右,科学技术水平已经发达到了现在这个地步。50亿年是5000年的100万倍,谁能想象那时的人类科学技术水平会发展到何种程度呢?也许到那时,进化了的人类通过星际航行,业已在遥远的银河系的另一处建起了自己美好的新家园。谁又能说这是不可能的事呢?
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