高中地理 第三章 天体系统 3.2 太阳系课件 湘教版选修1.ppt

太阳系 一 太阳系概况 太阳系在银河系离中心近3万光年处 以太阳为中心受太阳引力支配的天体系统 太阳系 太阳系 太阳 八大行星 矮行星及其66颗卫星 小行星和彗星以及行星际间的介质等组成 太阳是太阳系中唯一的一颗恒星 其质量占整个太阳系的99 87 能发出强烈的光和热 八大行星 太阳系直径118亿km 合79个天文单位 太阳发出的光需要5 5小时才能穿出太阳系 水星 金星 地球 火星 木星 土星 天王星 海天星 冥王星 矮行星 小行星带 火 木星之间 冥王星外 柯伊伯环带 太阳系中行星运转共面 黄道面 行星运动形式 自转和绕太阳公转 彗星 八大行星的分类 1 类地行星 水星 金星 地球 火星 特点 密度大 内部为硅酸盐 有固体外壳 体积小 自转慢 卫星少 有固态外壳和金属核心 2 类木行星 木星 土星 天王星 海王星 特点 体积大 密度小 卫星多 自转快 无固体外壳 有浓密的大气 3 矮行星 冥王星 它是一个特殊的行星 既像类地 又像类木 但又都不是 它个头很小 轨道特殊 异常冰冷 表面的温度 6000 二 太阳 1 熊熊烈焰百亿年 直径约 1 4 106km 是地球直径的109倍 寿命 100亿年 太阳 中等主序星期的恒星 大气中有73种元素 氢 71 氦 26 5 氧 碳 氮 氖等气体 2 镁 镍 硅 硫 铁 钙等 0 4 其余60种不足0 1 2 能量及来源 太阳的能量主要来源 中心的核心部分聚变反应 核心 温度1 5 107oc 压力340亿倍大气压 释放能量 26 7mev 每秒钟有质量为6亿吨的氢热核聚变为5 96亿吨的氦 释放出相当于400万吨氢的能量 根据目前对太阳内部氢含量的估计 太阳至少还有50亿年的正常寿命 爱因斯坦的质能关系 氢热核聚变为氦 3 结构与成分 根据物理属性分为 核心 辐射层 对流层 光球层 色球层 色球层以外是太阳的大气 日冕 1 日核太阳的中心核反应区 约占太阳半径的20 集中了太阳质量的一半 高温高压使这里的氢原子核聚变为氦 2 辐射区范围 0 25 0 86太阳半径 边缘温度约为70万k 辐射 射线 x射线 极紫外线 紫外线逐渐变为 可见光和其他形式的辐射 3 对流层 在辐射区外侧 太阳气体呈对流的不稳定状态 厚度大约14万km 温度 压力和密度变化梯度很大 物质径向对流强烈又不均匀 可产生低频声波 将机械能通过光球传输到太阳的外层大气 4 光球层 厚度为500km的不透明的黄色气体薄层 温度约5770k 太阳的平均有效温度 光球层发射几乎全部可见光 光球层上最显著的现象是太阳黑子 在光球层有 米粒 超米粒 组织 米粒 组织直径约1000到2000公里 寿命约十分钟 超米粒 组织 尺度达三万公里左右 寿命约20小时 5 色球层红色的色球层厚度约1500km 色球层温度 4500k 8000k 50000k 日珥 色球上玫瑰红色的舌状气体如烈火升腾 大的日珥高于日面几十万公里 色球上有许多挺拔的针状物 彩色的谱斑 细细的网纹 冲天的日浪 耀斑 耀斑 在色球与日冕之间有时会突然发生剧烈的爆发现象 6 日冕太阳的最外层大气 由高温 低密度的等离子体组成 日冕温度达一二百万开 高温使气体获得克服太阳引力的动能 形成不断发射的较稳定粒子流太阳风 是造成彗星尾背向太阳的主要动力 日全食时看到的日冕 太阳风 三 类地行星 水星 金星 地球 火星 1 水星 水星距离太阳0 39au 质量约为3 3 1023kg 为地球的0 055倍 日光辐照强度比地球表面大7倍 水星大气稀薄 昼夜温差大 427 173 自转周期为58 65地球日 公转周期为0 241地球年 即88地球日 八大行星中除地球之外水星的密度最大 5 43g cm3 水星地貌酷似月球 有大小不一的环形山 辐射纹 平原 裂谷 盆地等地形 当水星走到太阳和地球之间时 我们在太阳圆面上会看到一个小黑点穿过 这种现象称为水星凌日 水星凌日平均每世纪发生13次 水星 金星离地球只有0 27au 黄昏的 长庚星 黎明的 启明星 2 金星 金星距太阳约1 082 108km 直径约为12103 6km 体积为地球的0 86 质量为地球的0 81 自转周期 243个地球日 自转自东向西 与公转反向 密度 5 24克 立方厘米公转周期为224 7个地球日 赤道与轨道面的夹角只有2 6o 故季节效应不明显 金星没有辐射带和磁场 co2含量97 以上 强烈的 温室效应 使金星表面温度高达465 485oc 温差很小 基本上没有昼夜 季节和地区的差别 金星 金星表面的气压为90atm 相当于地球上海洋深处900米左右所受的压力 表面风速大约2 3米 秒 随高度的增加 风速逐渐增大 在50 70公里高空 风速高达100米 秒 强烈的对流产生了频繁的闪电 在离金星表面30 88公里的空间 是一层浓密的硫酸雾 金星表面不存在任何液态水 没有任何生命形式存在的可能 金星上最高的山脉是麦克斯威尔山 高度11270米 北半球大高原长3200公里 宽1600公里 比西藏高原大的多 有一条大裂缝穿过赤道地区 是太阳系天体上发现的最大裂缝 3 地球 地球是太阳系中唯一适宜生命存在的天体 地球内部有四个同心球层 内核 外核 地幔和地壳 地球有丰富的水 5 1亿平方公里的表面上有70 8 的海洋 自转周期 23小时56分4秒 即8 616 104s 公转周期 365 2422天 地球是一个三轴椭球体 赤道处略为隆起 两极略为扁平 赤道半径比极半径长20多公里 地球的赤道半径为6378137m 6 378 106m 地极半径为6356752m 6 357 106m 地球的质量大约为6 1024kg 平均密度 5 515克 厘米3太阳与地球质量比 332946 0离太阳平均距离 1 49597870 1011米表面温度 30 450c表面大气压 1 013 105帕斯卡公转轨道半长径149597870千米公转轨道偏心率0 0167黄赤交角23度27分 地球 月球 月球 地球唯一的卫星 月球的直径3476km 自转周期为27天7时43分11 5秒 公转周期为27天12时44分 月球的公转轨道接近圆形 轨道半径为38万km 它始终以一面朝地球 月球表面有较平坦的暗色的 月海 和一系列布满 月陆 的环形山 月球 朝向地球的月面 月球环形山 4 火星 火星轨道是地球的1 5倍 自身半径是地球的0 53倍 3389km 体积大约为地球的1 7 密度3 934g cm3自转周期 24小时37分 公转周期为686 98地球日 其赤道与轨道面的倾角为24o 故季节效应和地球一样明显 火星 1976年美国发射的海盗 viking 1号和2号登上了火星 探测结果表明 火星表面的大气压0 008atm 大气的组成是co2体积占95 6 n2占2 7 ar占1 6 o2占0 1 而水汽的含量极微 北半球夏天白昼的温度约 10 c 夜间可降到 85 c 在冬季 白昼的最高温度 85 c 夜间 125 c 火星表面75 是由硅酸盐 褐铁矿等铁氧化物构成的沙漠 一片橙红和棕红色的戈壁景象 当地球和火星运行到太阳的同一侧并差不多排列在一条直线时 称为火星冲日 由于火星的椭圆轨道偏心率较大 每隔15 17年有一次与地球特别接近的冲 称为大冲 是观测火星的最佳时刻 火星表面表现为两个截然不同的半球 被一个大约倾斜于赤道30度的大圆分开 南部半个球面崎岖不平 部满环形山 最大的直径约1600公里 局部地区环形山的密度与月球和水星差不多 北部半个球面相对平坦 火星最高的山峰是 奥林匹斯火山 其底部直径约500公里 火山口直径72公里 高度约25000米 几乎是珠穆朗玛峰的三倍 最大的峡谷是 水手9号 发现的水手谷 绵延5000多公里 宽200公里 比周围地面低6 7公里 火星表面不存在液态水 但从发现的数千条干枯河床来看 火星从前曾经有过水 火星表面的地形起伏 火星上的谷地 木星是太阳系中最大的行星 质量占除太阳外其余质量的35 为地球的318倍 太阳质量的0 1 体积是地球的1300倍 密度只有l 4g cm3 其主要成份和太阳一样 是氢和氦 木星大气按质量氢占82 氦占17 此外有微量的甲烷 ch4 氨 nh3 水汽 磷化氢 ph3 锗化氢 geh4 乙烷 c2h6 乙炔 o2h2 等 木星公转周期 4332 71地球日 约12年 自转周期 0 410地球日 四 类木行星 木星 土星 天王星 海王星 1 木星 木星 木星大气呈现红 棕 蓝 白等丰富彩色和花纹 木星表面花纹的主流是平行赤道的一系列亮带 上升的热气流 和暗带 下降的冷气流 最惹人注目的是中心在南纬20 的 大红斑 greatredspot 它横跨5万km 是类似于地球上飓风的大气旋 据信这是某种形式的耗散结构 木星的赤道半径为7 15 104km 是地球的11 2倍 极半径为6 69 104km 其外形是扁的 是很快的自转所致 木星上的大红斑 是地球直径的三倍 木星上的阳光辐射只有地球的4 从热量收支平衡来计算 它的等效温度应是 149 c 木星辐射的能量是它从太阳吸收的能量的1 67倍 即木星内部有一定的能源 木星的内部在强大的引力作用下缓慢地收缩 从而释放出一些热量 引力收缩还不能 点燃 核聚变反应 所以人们说木星是一颗 失败了的恒星 现已发现的木星的卫星可均分为4组 最内的一组4个卫星很小 其中3个是被旅行者号发现的 外面的第二组即伽利略卫星 上述两组卫星的轨道近于圆形 平行于木星的赤道面顺行 再外面的第三组轨道偏心率都较大 与木星赤道面约成30 角 逆向运行 最外面一组卫星太小了 对它们的转动几乎一无所知 木卫一 二 三 四是木星的最大的四颗卫星 伽利略卫星 木卫一 io 和木卫二 europa 的大小和地球的月亮差不多 木卫三 gansmede 和木卫四 callisto 比水星稍大 是太阳系中最大的卫星 木卫一是个不断喷发着岩浆的火山世界 木卫二 三 四的表面都是冰 四颗卫星的外面几乎都没有大气 木卫二可能是太阳系中除地球外唯一有液态水的星球 在它表面的冰层下有个很深的 地下 海洋 水幔 覆盖着整个硅酸盐的内核 2 土星 土星离太阳的距离是9 539au 它离太阳比木星几乎远一倍 也因高速自转 周期10 2小时 而变得有些扁 土星的赤道长半径6 016 104km 是地球的9倍 公转周期 10759 5地球日 29 5地球年 体积 745个地球质量 5 7 1026kg 为地球的95 159倍密度 0 70g cm3 是九大行星中最小的故而它更应是最轻的元素氢和氦为主组成的 土星 土星赤道面与轨道面夹角有27 故土星上的季节效应颇为重要 土星内部是由分子氢和金属组成的幔 mantle 和一个硬的内核 据估计 土星内核的平均密度有19g cm3 含25 的金属 75 的冰 甲烷和氨 土星向空间散发的能量是它所接收阳光辐射的三倍 故其内部也有可观的能源 不过它的引力收缩效应比木星弱得多 其能量来自氦与氢分离而向下沉积时释放出的引力势能 土星美丽的光环 1610年伽利略就注意到土星有许多 耳朵 1655年惠更斯正确描绘它是与赤道共面的薄盘 17世纪意大利 天 卡西尼 g cassini 设想它是由大量不相连的碎细物体组成 土星环内颗粒大小从数米到1微米 其成份是混有杂质的脏冰雪 土星环的厚度小于10m 土星有18个卫星 最大的是土卫六 titan 比木卫三略小 但大于水星 土卫六的密度为1 9g cm3 其成份是冰雪与岩石掺半 旅行者1号的探测 土卫六的大气稠密 表面大气压1 5atm 温度 180 c 大气成份主要是n2 82一94 其余部分是甲烷和氩 3 天王星 天王星是太阳系中次于木星 土星的第三大行星 它到太阳的距离19au 天王星的成份主要是氢和氦 它的赤道半径25900km 是地球直径的4倍 体积是地球的65倍 质量是地球的14 63倍 平均密度1 24g cm3 公转周期是30685地球日 折合84地球年 自转周期17时14分24秒 0 71833地球日 为逆向自转 天王星几乎 横躺 在公转轨道面上 在它的一年内 太阳光轮流照在它的北极和南极上 目前是它的南极处于昼半球 卫星数 已确认的 27个 天王星 4 海王星 海王星到太阳的距离30au 它的赤道半径24750km 是地球赤道半径的3 88倍 体积是地球的57倍 质量是地球的17 22倍 平均密度1 67g cm3 自转周期18小时12分24秒 0 658地球日 公转周期是60190地球日 折合164 8地球年 卫星数 13 已确认的 海王星的色调偏绿 其大气主要成份氢 氦 尚含有较多的甲烷 海王星的大气不像天王星那样平静 旅行者2号在它的南纬22度处观察到一个 大黑斑 这是和木星大红斑一类的持久气旋 海王星 已发现海王星有13颗卫星 1989年8月24日旅行者2飞临海王星时 对海卫一 triton 进行了较详细的考察 确定了它的半径为1360km 小于月亮 但它的质量却等于1 9个月亮 海卫一密度较大 其成份应包含相当多的金属和硅酸盐 海卫一具有极稀薄的n2大气 南北极覆盖着固态氮和甲烷的极冠 那里的温度只有37k 海卫一的表面呈现出许多火山活动的遗迹 加之它的成份与附近星体如此不同 人们怀疑它是位 异乡来客 海卫一的奇特轨道似乎也说明这一点 其轨道面相对主星赤道面的倾角达28 却与土星绕日的轨道共面 此外 它绕主星的旋转是逆行的 冥王星是太阳系最外的行星 它很奇特 2006年确定为太阳系的二级行星 矮行星 冥王星到太阳的距离39 4au 它的赤道半径1500km 体积是地球的0 009倍 质量是地球的0 0026倍 平均密度1 1g cm3 自转周期6 3872地球日 公转周期是90800地球日 折合248地球年 卫星数 已确认的 3 五 矮行星 冥王星 冥王星 1766年德国天文学家提丢斯 j titius 偶然发现一个数列 n 4 10 将n 0 3 6 12 代入 可相当准确地给出当时已知行星的轨道半径 那时天王星尚未发现 提丢斯 波得定则对土星以内的所有行星 包括地球 的位置都描述得很成功 只是在2 8au处有个空档 1781年英国天文学家赫歇尔根据公式推算发现了天王星 天王星的发现进一步证实这公式有效 更激发了人们在火星和木星之间寻找这颗 缺失 行星的热情 六 小行星带 1 提丢斯 波得定则 1801年 意大利的皮亚齐 g plazzi 在例行的天文观测中偶然发现在2 77au处有个小天体 即把它命名为谷神星 ceres 其实它的半径只有500km 算不得是颗行星 1802年德国天文学家奥伯斯 h olbere 在同一区域内又发现另一小行星 随后命名为智神星 pallas 尔后数年 又有人发现另外两颗小行星 婚神星 juno 和灶神星 vesta 2 小行星带的发现 现在拍摄下来的小行星有50多万 大部分小行星在火星和木星之间 到太阳的平均距离是2 8au 其中半数的轨道在此数2 8 0 25au的范围内 轨道与地球轨道相交的小行星 统称阿波罗小行星 轨道已查明的阿波罗小行星有28个 它们都很小 0 4 8km 估计阿波罗小行星的总数约1300 与地球相撞的概率是25万年中有一次 近来天文界则认为 太阳与木星的引力平衡带是形成小行星带的主要原因 在这个引力平衡带中 任何大块的星体都会被太阳和木星的引力扯碎 1 彗星概况 七 彗星 1687年牛顿提出 彗星是和其它天体 行星 一样在绕日轨道上运行的天体 它们遵从同样的天体力学定律 哈雷 e halley 注意到 1682年出现的彗星与1607和1531年的管星极其相似 认为它们是同一天体 每76年出现一次 并预言它将在1758年再次来临 彗星与行星的重大区别之一 是它们轨道的偏心率很大 即近日点和远日点的距离相差甚远 彗星 哈雷彗星 彗星分为短周期和长周期两类 短周期彗星的扁椭圆轨道完全处在太阳系中 周期小于200地球年 现已知的这类彗星约100个 其中最典型的就是哈雷彗星 其近日点在0 587au处 金星以里 远日点差不多在海王星轨道处 轨道偏心率达0 9672 大多数短周期彗星是顺行的 但约有1 20是逆行的 哈雷彗星即属此例 其轨道面倾角为162 2 长周期彗星的轨道延伸到冥王星以外很远的地方 很难说它们的轨道是椭圆还是抛物线 2 彗星的成分与结构 彗星的质量极小 其形状和大小随它们相对于太阳的位置显著地变化 彗星的结构主要由彗核 nucleus 彗发 coma 和彗尾 tail 三部分组成 1950年f whipple提出彗星的 脏雪球 理论 认为彗核由一些易挥发物质 如水 co2 hcn 甲醛 甲烷 氨等 的冰组成 其中混杂着一些硅酸盐尘埃和岩石碎块 1986年2月当哈雷彗星再次到达近日点时 苏联发射的一对 金星一哈雷彗星 vega 飞行器在离彗核仅八 九千米处穿过它 探测的结果都肯定了脏雪球理论 彗星的结构 彗发体积的80 是水汽 其密度只有地球海平面上空气密度的3 10 12 彗发中除水外 最多的成分是co2 哈雷探测器还在离彗核106km处探测到co ch c h2o h c2 oh h3o 等离子和oh c2 c3 cn nh nh2等自由基 这些无疑是阳光光化学作用的产物 彗尾有两个 第一个永远沿着背离太阳的方向 随着到太阳的距离而消长 这种彗尾由高激发态的气体离子组成 发着荧光 第二个彗尾的指向稍落后于前者 它弥散暗淡 由自身不发光的尘埃组成 只反射阳光 3 彗星的运行周期与来源 彗星的周期是不太准的 例如哈雷彗星每次总迟到4 1地球日 也有的彗星提前到来 这是由于彗星每次通过近日点时 会有大量物质蒸发后被剥离 可以看到 一些彗星周期性地来临时 一次比一次暗淡 甚至突然消失 短周期的彗星寿命一般只有几千年 短周期彗星是长周期彗星与太阳系内的天体 特别是质量最大的木星 遭遇时转化而来的 长周期彗星的远日点多在5 104au处 故1950年荷兰天文学家