天文基础8、太阳系大行星探索.ppt

北京天文馆李昕 太阳系探索之一 行星家族简介 一 太阳系史话 太阳系大家庭 太阳占太阳系总质量的99 87 太阳系的中心 太阳 地球 托勒密是观测家和天文仪器的发明者 地心说 由希腊的 亚里士多德学派 继承而来 地心说 以等速圆周运动的理论表示以地球为中心的天体运动 托勒密的 地心说 地心说 体系无法解释怪异的行星运动 地心说 被西方教会利用 作为经典学说之宇宙观统治社会长达1300多年 哥白尼 公元1473 1543 波兰天文学家 天体运行论 的作者 日心说的创立者 哥白尼1543年在 天体运行论 中提出 日心说 日心说 巧妙地解释了行星运动 澄清了现在看来非常简单的事实 日心说与梵蒂冈的斗争 科学的殉道士 乔尔丹诺 布鲁诺 公元1548 1600年 伽利略 公元1564 1642 意大利著名天文学家 哲学家 物理学家 数学家 第一个用望远镜观测行星的人 看到了吗 金星也有相位变化 这说明它也在围绕太阳运动 第谷 公元1546 1601 积累了海量观测资料 伟大的实测天文学家 第谷的体系 开普勒 公元1571 1630 德国天文学家 卓越的理论推导者 师徒合作 此前人们认为行星作匀速圆周运动 但是开普勒发现无论按照哥白尼的方法 还是托勒密或者第谷的方法 都不能算出和第谷的观测相符合的结果 火星的运动有8 的误差 坚信第谷的观测精确性 开始发现新的理论 开普勒行星运动第一定律 1609年 开普勒行星运动第二定律 1609年 T2 一 a3 G M m 4 2 开普勒行星运动第三定律 牛顿 公元1643 1727 英国物理学家 数学家 伟大的科学巨匠 1687年的巨著 自然哲学的数学原理 万有引力定律万有引力常数G 6 672 10 11N m2 kg2 二 大行星的运动 飞抵太阳系上空 鸟瞰整个太阳系的壮丽景象 那些大行星都在自西向东也就是逆时针围绕太阳转 它们绕太阳转的路线也就是天文学家常说的轨道也挺圆 再看看 它们基本都在一个平面上围绕太阳转悠 这就是行星运动三个主要特性 正因为行星运动具有同向性 近圆性 共面性 才使当年的天文学家在地球上能分辨出它们是太阳系的成员 行星运动三大特性 在太空中看 九大行星都在自己的轨道上按部就班地运动 但在地球上看其它行星运动 问题有点儿复杂 我们把在地球上看到的行星相对太阳 相对星空背景的运动叫行星视运动 行星视运动 1 相对太阳的视运动 2 相对星空背景视运动 行星的视运动 大行星的分类 相对于背景恒星的视运动 顺行逆行留 行星的视运动原理 水星相对星空背景视运动 金星相对星空背景视运动 行星相对星空背景视运动特点 1 行星视运动路径总在黄道附近 2 行星有时顺行 有时逆行 3 顺行时间长 逆行时间短 4 由顺行转为逆行或由逆行转为顺行的转折点称为 留 行星在 留 前后移动缓慢 好像静止似的 5 行星视运动都有周期性 各行星的周期长短不同 地内行星相对于太阳的视运动 上合 东大距 下合 昏星下合 西大距 上合 晨星水星的大距 18 28 金星的大距 45 48 相位变化1610年 伽利略首次用望远镜发现金星跟月亮一样有盈亏相位变化 与月球不同的是 地内行星相位还随着角径大小显著变化 朔 下合 附近角径最大望 上合 附近角径最小金星的角径最大时为最小时的6 4倍 水星为2 6倍 发现意义 地内行星相位和角径变化的发现是日心说的有力证据之一 说明行星只是反射日光 本身不发光 地外行星相对于太阳的视运动 合 东方照 冲 前半夜可见冲 整夜可见冲 西方照 合 后半夜可见大冲 行星会合周期 行星相对星空背景的运动 行星会合周期 行星绕太阳公转一周时间叫 恒星周期 在地球上看到的相对星空背景的行星运动是行星公转和地球公转的复合运动 叫 会合运动 行星相邻两次合 或冲 经历的时间叫 会合周期 地内行星会合周期经历过程 上合 顺行东大距 顺行留 逆行下合 逆行留 顺行西大距 顺行上合 水星公转周期87 969日会合周期115 88日金星公转周期224 701日会合周期583 92日 行星会合周期 公转周期概念不同 行星运动的会合周期S的近似计算是 E为地球的公转周期 T为欲求行星的公转周期 对地内行星 对地外行星 三 八颗行星巡礼 水星 中国古代 辰星西方 墨丘利 Mercury 赤道半径 2439km黄赤交角 0 自转周期 58 65天公转周期 87 97天 水手10号1973发射1974环日1975结束 水星名不副实 表面没有一滴水 最高温度高达350 最低温度则只有 170 是生命的不毛之地 美国 信使 号水星探测器2004年发射升空经历6年多78亿公里的飞行预计2011年3月进入水星轨道开始正式工作 金星 中国古代 东有启明 西有长庚西方 维纳斯 Venus 赤道半径 6052km黄赤交角 177 8 自转周期 243 01天公转周期 224 7天 金星有厚厚的二氧化碳的大气 没有水 它的云层是由硫酸微滴组成的 金星浓厚的二氧化碳大气造成强大的 温室效应 致使地表温度高达摄氏四百六十多度 这样高的温度使得金属都会熔化 可见 金星表面是一个名副其实的炼狱世界 欧洲空间局金星快车探测器2005 11 9发射2006 4 11到达 火星 中国古代 荧惑西方 马尔斯 Mars 赤道半径 3398km黄赤交角 25 自转周期 1 026天公转周期 686 98天 火星极冠 极冠由干冰和少量水冰构成极冠大小随着季节明显变化 水手谷 大峡谷系统延伸4000多千米 深2 7千米 奥林匹斯山 奥林匹斯山是太阳系最高的山峰巨大的火山高达25千米 方圆624千米 1976年7月和9月美国的 海盗 1号 2号先后在火星表面成功软着陆 实现了人类对火星的亲密接触 探测器进行了多方面的探测活动 特别是进行了生物探测实验 结果表明 火星上大概不存在生命 勇气号 火星车 2003年美国宇航局向火星发射了两台探测车 机遇号 和 勇气号 2004年1月4日 勇气号 火星车成功地登陆了火星表面 在1个火星周年里 勇气号 火星车在火星表面移动了大约5公里 向地球传输了7万张火星图片 其中包括火星表面的彩色图片 传说中的火星人脸 1976VS2001 火星的两颗卫星福波斯 火卫一 和德莫斯 火卫二 木星 中国古代 岁星西方 朱庇特 Jupiter 赤道半径 71398km黄赤交角 3 自转周期 0 41天公转周期 11 86年 大红斑 极光 彗木相撞 木星和四大卫星IoEuropaGanymedeCallisto 伽利略 木星探测计划 1989 1995 土星 中国古代 填星西方 萨图恩 Saturn 赤道半径 60330km黄赤交角 26 7 自转周期 0 426天公转周期 29 46年 1610年 意大利天文学家伽利略观测到在土星的球状本体旁有奇怪的附属物 1659年 荷兰学者惠更斯证认出这是离开本体的光环 1675年意大利天文学家卡西尼 发现土星光环中间有一条暗缝 后称卡西尼环缝 他还猜测 光环是由无数小颗粒构成 两个多世纪后的观测证实了他的猜测 从望远镜里看去 土星好象是一顶漂亮的遮阳帽飘行在茫茫宇宙中 它那淡黄色的 橘子形状的星体四周飘拂着绚烂多姿的彩云 腰部缠绕着光彩夺目的光环 可算是太阳系中最美丽的行星了 土星的美丽光环是由无数个小块物体组成的 它们在土星赤道面上绕土星旋转 图为旅行者2号距离400万公里拍摄的土星环局部照片 可以看到环内的层次非常多 光环倾角 土星的卫星 土星周围有许多大大小小的卫星紧紧围绕着它旋转 就象一个小家族 到目前为止 总共发现了31颗 天文学家们对它们产生了极大的兴趣 最著名的 土卫六 上有大气 是目前发现的太阳系卫星中 唯一有大气存在的天体 卡西尼号宇宙飞船 美宇航局 NASA 和欧空局 ESA 合作研究的 卡西尼 惠更斯 土星探测器经过6年半35 2亿公里的飞行 于2005年7月1日成功进入了土星轨道 并且向地球传回了几组照片 据最新的土卫六照片显示 之前被科学家认为波涛滚滚的土卫六表面被大片的云层覆盖 未发现任何有水的证据 土卫六 泰坦 冰冻星球 惠更斯号 探测器登陆土卫六 想象图 天王星 拉诺斯 Uranus 赤道半径 25560km黄赤交角 97 9 自转周期 0 646天公转周期 84年 威廉 赫歇尔 公元1738 1822 1781年的 一颗彗星的报告 1781年 一颗彗星走进了他的视野 海王星 尼普顿 Neptune 赤道半径 24760km黄赤交角 29 6 自转周期 0 658天公转周期 164 8年 亚当斯1845年算出海王星轨道 笔尖上的行星 遨游太阳系的 旅行者 在30年前发射的NASA旅行者2号宇宙飞船 如今已离开太阳有100亿公里之远 如今它仍然可以经由深空通讯网追踪与指挥 这艘宇宙飞船是继先驱者10号和11号 旅行者1号宇宙飞船之后 第四艘飞越外行星进而脱离太阳系的人造飞行器 在旅行者2号宇宙飞船上附有一片12吋的镀金铜盘 这个犹如装在被拋入宇宙之海的瓶子中的信息 纪录有居住在地球上的文明与生物的影像和声音 这些声音与影像是由委员会主席卡尔 萨根博士精挑细选出来的 上图可见圆盘上的简单图样 代表宇宙飞船的来源以及圆盘的使用方法 圆盘的特异结构可以令他们在星际旅行时 免于被破坏 这艘宇宙飞船至少在未来的四万年内 并不会靠近任何其它行星 矮行星冥神星 134340号小行星 普洛托 Pluto 赤道半径 1150km黄赤交角 122 5 自转周期 6