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太阳系(2)

时间:2014-08-18 10:23 来源:未知 作者:地理教师 责任编辑:地理教师
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金星在我国古代称太白星、启明星或长庚星。金星距太阳比水星稍远些,但它是离地球最近的行星,所以夜晚看它,除月球外,是天空中最亮的一个天体。金星的大小、质量和密度都和地球很接近,又是地球的近邻,所以过去一直认为金星的表面状况和大气成份等,都和地球差不多。但是近20多年来,通过向金星发射十多个宇宙飞船和探测器的探察,所获得的各种宝贵资料证实,金星与地球有很大的差异。

  金星具有浓厚、阴郁的大气。大气成份主要是二氧化碳,占97%,并含有极少量的水汽。表面的大气压是地球表面大气压的90倍。金星表面温度高达750K,是九大行星中最热的一个。所以高温高压是金星最大特点。高温的形成原因主要是金星大气中二氧化碳含量过大和由硫酸滴组成的云层所致,它对金星表面散热具有强烈吸收作用,使热量不致散失,这称为“温室效应”。

  金星表面比较平坦,仅有少量的小型环形山和峡谷分布。这种情况,可能与高温、腐蚀性的大气以及较强风速的环境有关。金星上很少有火山活动,这表明金星上外力作用占优势。

  金星的自转很特殊,呈现缓慢的逆向自转。所以若在金星上观日,就是西升东落了。它的自转周期为243天,比公转周期225天还长。有人认为金星的逆向自转,是在它形成的晚期,曾受到一个特大星子逆向擦边撞击所致。

  金星没有磁场,这可能与其自转速度缓慢有关。

火星与地球的距离比金星稍远,体积和质量比地球都小得多(分别是地球的15%和11%),从地球上看火星,它是一颗明亮的红色星。过去有人推想火星上可能存在着生命活动。但近十多年来的宇宙探测(如1976年“海盗1号”和“海盗2号”的火星登陆)资料证实,火星上也是个无生命的寂静世界。火星有两个同步自转的卫星。

  火星的大气很稀薄,表面大气压不足地球的1%,大气成份中二氧化碳占95%,其余为氩、一氧化碳和氧,水汽含量极少。火星上风速很大,经常形成强大尘暴。表面温度最高时300K,最低时150K,日变化常常超过100K。所以尽管火星与日距离比较适中(1.5天文单位),又有与地球不少相似之处,如自转周期为24小时37分,自转轴与其轨道面成66°夹角,有明显的四季变化(公转周期为地球的二倍,四季长度也是地球上的二倍)等等。但是,在如此严酷的自然环境中,生命活动是很难进行的。

  另外,火星上没有臭氧层和磁场,是一个对太阳紫外线和高能粒子流“没有设防”的行星,对于生命的存在也是个极大的威胁。

  火星的表面形态很复杂。北半球多火山熔岩平原,南半球密布环形山,两极地区覆盖着由固体二氧化碳和冰组成的“极冠”,并随季节变化而伸延或退缩。火星上有高出周围20千米的盾形火山和长达5 000千米巨大峡谷。更引人入胜的是,火星表面还广布着干涸的河床,这说明它可能曾经有过湿润的过去,而现在变得干燥了。

木星是九大行星中体积和质量最大的一个。其体积和质量分别为其它八颗行星体积总和的1.5倍,质量总和的2.5倍。经过本世纪70年代初以来的宇宙飞船的探察,木星许多方面带有恒星的特点,与太阳很相似。例如,组成物质主要为氢和氦,而且比例也是101;没有固体外壳,最外层有厚达1000千米的大气;内部虽然以液态氢为主,还可能有个固态核,但温度在6 00030 000K。本身释放能量,表面昼夜温度不变,太阳辐射能量占次要地位;密度与太阳相当,为1.33/厘米3等等。并且木星周围有16颗卫星绕其运转,宛如一个小“太阳系”。

  但是,从木量的内部结构、物理性质和运动规律上看,它仍然属于行星,而不是恒星。木星自转速度很快,周期为9小时50分,轨道呈扁圆形,公转周期为12年。它的表面温度为120130K。有和地球类似的偶极磁场,但强度比地球大10倍,也有磁层,厚度相当于木星半径的100倍。宇宙探测还发现,木星周围有个由黑色碎石组成的环带,环带宽几千千米,厚约30千米,7小时绕木星一周,碎石块的大小从几十米到几百米不等,并在木星背向太阳的一面有3万千米长的极光。

  木星还有另外一个突出特点,那就是其表面有色彩绚丽的浓厚云层和大小不等的红斑。大红斑是木星大气中的巨大漩涡,而浓厚的云层被自转拉成与赤道平行的明暗相间的带状,呈现黄、橙、白、褐等美丽的色彩。这表明木星大气的物质组成很复杂,主要有硫化氢、氨、甲烷与各种有机化合物等。

  土星在太阳系中仅次于木星,是第二大行星。土星的体积是地球的745倍,质量是地球的95倍,可是密度最小,仅有0.7/厘米3。它的自转周期为10小时14分,公转周期为29.5年。

  土星与木星很相似。例如,在物质组成上,也同太阳一样以氢和氦为主;在星体结构上,中心有一个半径1万千米的岩石核心,周围是冰和氢的圈层,最外层是氢和氦为主的大气,并在大气中含有甲烷等;与木星一样内部也有热源,致使其表面温度(92K),高出太阳辐射的推算值(76K),并有比地球强1000倍的磁场;更为有趣的是土星表面也有一些与赤道平行的明暗交替的带纹和一个特别美丽的光环。光环宽约20万千米,厚2030千米,组成光环的物质多是冰屑或带冰壳的颗粒组织。另外,土星的卫星比木星还多,现已发现23个。其中土卫六的半径为2 900千米,比水星还大,是太阳系中最大的卫星,也是唯一具有大气层的卫星,大气主要成份是甲烷和氢。

  天王星离太阳更远,肉眼不易看清楚。它的体积和质量都比地球大,分别是地球的65倍和14倍,但密度只有地球的1/4,其星体结构和木星、土星基本相似,物质组成也基本相同,并且也有一个环带。

  木星、土星和天王星的环带,其组成物质基本上都是些很小的天体碎块和气体,天体碎块的直径一般在几厘米到百米之间,每个小碎块都好像一颗小小的卫星,在自己的轨道上绕着母体行星运行,虽然这些天体碎块的成因,各自有所不同,但有一点是共同的,即行星的引潮力使它们不能凝聚成团,只能以分散成圈环的形式绕行星运行不息。

  天王星有个突出的特点,那就是它的自转方式。它在自转时,不但是逆向旋转,而且自转轴与公转轨道面几乎一致(大约成8°交角),就好像躺在轨道上滚动前进。天王星的自转周期为12.3小时,公转周期为84年。正因为这样,造成天王星极点上的一天等于84年。天王星有5个卫星,也都是逆行卫星。

  海王星是第一个通过计算被发现的行星。当人们发现天王星的轨道总是与万有引力计算数值不符的时候,有人认为天王星之所以有“越轨”行为,是受了另一个大行星的影响。1845年和1846年,分别由英国人亚当斯和法国人莱威利尔先后计算出了这颗新行星的位置。后来,柏林天文台根据这种计算结果,果然观测到了太阳系第八颗大行星——海王星。这是对哥白尼的日心说和牛顿万有引力学说的有力证明,是天文学上的重大成就之一。

  海王星的大小和质量都与天王星相近。但是,距太阳已远达30个天文单位,其表面单位面积上获得太阳的辐射量仅是地球的1/900,因而表面温度只有43K(-230℃)。海王星有 3个卫星。

冥王星在九大行星中,距离太阳最远,也是最小的一个。冥王星被发现的过程与海王星很类似。由于海王星的实测轨道与理论推算的轨道也不相符,所以美国人劳威尔预言还有一颗比海王星更远的行星存在。后来他的助手汤波于1930年果然发现了这颗行星。

  冥王星离太阳40个天文单位,表面温度仅有33K,自转一周为69小时17分。冥王星轨道的偏心率最大,为0.256,轨道面与黄道面(地球公转轨道平面)交角也最大,为17°1′。它有一个同步自转卫星。

  因为冥王星极为寒冷,质量很小(为地球质量的0.2%)。因此,冥王星的表面不存在热力作用和风化作用,在太阳系形成以来的漫长岁月里,它几乎未发生过变化,在它身上将为人类追溯太阳系的早期历史提供重要依据。

  地球是太阳系中一颗普通的行星。按离太阳由近到远的顺序,它处于第三位。 1968年宇宙飞船在36 000千米高空,拍下了第一张显示地球全貌的照片。人类第一次直接看到了自己居住的整个大地,是一个被大气包围着的蓝色星球。说地球是一颗普通行星, 是因为它在太阳系九大行星中并不显眼,它既不如木星和土星那样大,也不像冥王星和水星那样小,更没有美丽壮观的光环带。但是,地球也可以说是一颗最特殊的行星。因为九大行星中,唯独地球是个有生命活动的生机勃勃的世界。

  地球之所以区别于其它行星,而形成一个有生命活动的世界,主要是因为地球在太阳系中具备一些独特的优越条件,使地球表面产生了适于生物和生命活动的温度、大气和水等。

  其一,地球不但与太阳的距离适中,而且自转和公转的速度也比较适中。这就使得全球上绝大部分区域都能接收到适量的太阳辐射,表面平均温度为15℃,适于万物生长。由于温度的关系,使水在大范围内以液体出现,形成水圈。这种适于生命发生发展的条件,是太阳系其它行星所不具备的;

  其二,在九大行星中,地球虽然质量不大,但是密度最大,主要由重元素组成,具有一层坚硬的岩石圈。这样,不但使液态水有了贮存之地,而且岩石经风化作用等发育了生物必需的土壤。其它行星有的是由气体或液体组成(木星、土星),有的虽有固体外壳,但无水可存(水星、金星)或有冰无水(天王星、海王星、冥王星)。同样不具备生物生存条件;

  其三,地球的质量以及与质量相关的引力适中。这就使气体能够聚集在周围,形成包围地球的大气圈,并经过长期演化形成了适宜的氮氧成份和适量的二氧化碳及水汽。大气的这种组成不但是生命活动必备条件,而且大气层的存在,又使得地球上生物免遭太理紫外线等的直接杀伤(如臭氧层的保护作用),并使水和热量得以调节和运动。其它行星有的因引力太小无大气(木星、冥王星),有的因引力过大,大气层浓厚,且多由氢和氦(木星、土星)组成,有的含二氧化碳量过大(金星、火星),都不宜于生命活动;

  其四,地球不但有铁质核心,还有适中的自转速度,因而形成了较强的永久性磁场。地磁场在太阳风作用下形成了防止太阳紫外线和高能粒子流危害的磁层。而水星和金星只有微弱的磁场,火星没有磁场。这是因为火星缺少金属核心,水星和金星自转速度太慢了的缘故。

  这里只是强调了地球在九大行星中的特殊性问题,有关地球的其它特点,还将在第六章中专题介绍。
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