宇宙及其起源.doc

137.98 0.37亿年前，宇宙蛋或原始火球（1万亿）大爆（宇宙蛋）炸，宇宙诞生。这次大爆炸的反应原理被物理学家们称为量子物理。1932年比利时数学家勒梅特首次提出现代宇宙大爆炸理论， 1946年美国物理学家伽莫夫正式提出大爆炸理论。大爆炸理论认为，宇宙起源于一个单独的无维度的点，即一个在空间和时间上都无尺度但却包含了宇宙全部物质的致密炽热的奇点（即宇宙蛋）。至少是在120150亿年以前，宇宙及空间本身由这个点爆炸形成。根据大爆炸宇宙学的观点，大爆炸的整个过程是：刚诞生的宇宙，空间从无到有并急剧猛增，仅仅1032秒后，就暴胀到大约1光年的直径。在1 秒钟时，因大爆炸产生的极强高能辐射均匀地充满整个空间，宇宙成为100亿高温的熔炉，所有物质被熬成一锅基本粒子汤。物质密度相当大，整个宇宙体系达到平衡。宇宙间只有中子、质子、电子、光子和中微子等一些基本粒子形态的物质。紧接着，一场肆虐的原始宇宙风暴开始，基本粒子间发生猛烈撞击，中子熔质子形成氦核。此过程延续约3分钟，直至所有中子消耗殆尽为止。约22%质量的物质聚合成氦核，余下约78%的物质为没有聚合的质子，即氢核，仅有十万分之几属于同位素氦3和氘，百亿分之几归之于锂。原生物质氢核和氦核均匀分布在整个太空，它们之间的引力微弱，远不足以克服巨大的扩散压力和辐射压，因此无法凝聚成团。但因整个体系在不断膨胀，结果温度很快下降。（当温度降到10亿度左右时，中子开始失去自由存在的条件，它要么发生衰变，要么与质子结合成重氢、氦等元素；化学元素就是从这一时期开始形成的。温度进一步下降到100万度后，早期形成化学元素的过程结束。宇宙间的物质主要是质子、电子、光子和一些比较轻的原子核。）30万年过去，宇宙温度隐降到4，000K，然而其均匀状态依然如故；1000万年过去，宇宙中高能辐射冷却变成微波背景辐射，氢核和氦核形成了各自的原子，原子间的引力也终于战胜扩散压力和辐射压，在它的作用下渐渐形成一个个物质密度较大的地区，并继续向中心收缩，原始星云就这样形成了。在宇宙诞生1，000万年后，由氢氦2种元素构成的巨大原始星云弥漫着太空，虽然非常稀薄，却表明宇宙物质不再处于均匀分布的状态，这预示了宇宙星光灿烂的未来。原始星云由于自身引力而不稳定造成塌缩，在气体内部形成一个足以与自引力相抗衡的压力场，压力场最后制止引力塌缩，从而建立起一个新的力学平衡位形，称之为星坯，星坯再进一步形成恒星体系。宇宙是由空间、时间、物质和能量所构成的统一体。文子自然：“往古来今谓之宙，四方上下谓之宇。”把“宇宙”的概念与时间和空间联系在一起，体现了中国古代人民的独特智慧。天文学家对宇宙中恒星的数量一直有不同的估算。最著名的一个说法是美国天文学家卡尔萨根在其著作千亿的千亿中提出的猜测，认为宇宙中有1，000亿个星系，每个星系有1，000亿个恒星。据此天文学家进一步推测各星系恒星数量约为1，000亿的一万亿倍。美国天文学家彼得范多昆和天体物理学家查理康罗伊对来自星系的光强度分析后认为大约有31023颗恒星。恒星是由炽热气体组成的能自己发光的大质量的球状或类球状天体。恒星的一生经历引力收缩阶段（至少10001500万年）、主序阶段、红巨星阶段、晚期阶段和临终阶段。恒星一生的90%的时间都是在核心以高温和高压将氢聚变成氦，并因此而发光。核聚变所释放的能量，从内部传输到表面，然后辐射至外太空。几乎所有比氢和氦更重的元素都是在恒星的核聚变过程中产生的。从零龄主序星开始，氦在核心的比率稳定增加，结果为维持在核心的核聚变，恒星会缓慢的增加温度和光度。每颗恒星都会吹出恒星风将微粒持续送入太空中。对多数恒星，经由这样流失的质量可忽略不计，太阳每年流失的只有1014太阳质量，或是它一生所消耗质量的0.01%。但大质量恒星每年所流失的可能达到107至105太阳质量，开始时有50倍太阳质量的恒星可能会在主序带的阶段丧失一半的质量。质量不低于0.5太阳质量的恒星在核心的氢燃料耗尽后，外层的气体开始膨胀并冷却成为红巨星。如约50亿年后的太阳，当太阳成为红巨星时，其最大半经将是目前的250倍，太阳大约已失去目前质量的30%。恒星的核心区耗尽燃料后，小质量的恒星（7个太阳密度，即810M）外层的气体开始膨胀并冷却成为红巨星，然后会塌缩，变成白矮星，再成为黑矮星，最终消失；大质量的恒星（7个太阳密度，即810M）的恒星则会变成超新星，再以超新星爆发的形式结束生命，其中塌缩的内核质量在太阳1.443.2倍的恒星最终成为中子星，塌缩的内核质量在太阳3.2倍以上的恒星最终成为黑洞（黑洞）。多数恒星的年龄在10100亿岁之间，有些恒星甚至接近观测到的宇宙年龄137亿岁。目前发现最老的恒星是HE 1523-0901，估计年龄是132亿岁。质量越大的恒星寿命越短，主要是因为质量越大的恒星核心的压力也越高，造成燃烧氢的速度也越快。许多大质量恒星平均只有100万年寿命，但质量最轻的恒星（红矮星）以很慢的速率燃烧其燃料，寿命至少有1万亿年。在大爆炸后最早诞生的那批恒星质量必然很大，或许能达到太阳的300倍甚至更大，由于在它们的成分中完全没有比锂更重的元素，这一代超大质量的恒星应该已灭绝。船底座是已知质量最大的恒星之一，约为太阳的100150倍，故其寿命很短，最多只有数百万年。剑鱼座ABA的伴星剑鱼座ABC的质量只有木星的93倍，是已知质量最小，但核心仍能进行核聚变的恒星。依目前对最暗淡恒星的研究，发现尺寸最小的恒星质量似乎只有太阳的8.3%，或是木星质量的87倍。据计算，如一颗恒星的质量小于0.07个太阳质量，它便失去了作为恒星的资格。约136亿年前，银河系形成。银河系，古称银河、天河、星河、天汉、银汉等。银河系是由2，000多亿颗恒星、数千个星团和星云组成的中间厚、边缘薄的扁平盘状恒星系统。侧看银河系，银河系象个中心略鼓的大圆盘。圆盘直径约10万光年。银盘是银河系的主要组成部分，直径约100，000光年，银盘中心隆起的球状部分称核球，核球中心有一个很小的致密区，称银核。鼓起部分为银心，是恒心密集区，从地球上看白茫茫的一片。银盘中间最厚的部分直径约1.2万光年、厚约1.5万光年，此区域由高密度的恒星组成，主要是年龄约100亿年以上的老年的红色恒星，很多证据表明，在中心区域存在着一个巨大黑洞，星系核的活动十分剧烈。银盘边缘厚约3，0006，000光年。银盘中的物质主要以恒星形式存在，占银河系总质量不到10%的星际物质绝大部分也散布在银盘内。星际物质中除含有电离氢、分子氢及多种星际分子外，还有10%的星际尘埃。银盘外面是由稀疏的恒星和星际物质组成的球状体，称为银晕，银晕直径约9.8万光年。银晕外面有一巨大的呈球状的射电辐射区，称为银冕，银冕至少延伸到距银心32万光年远。银河系核在宇宙中的速度约为600多km/s。银河系总质量是太阳质量的1，400亿（1万亿？）倍，其中恒星约占90%，气体和尘埃组成的星际物质约占10%。银河系俯视像一个巨大的漩涡，由矩尺、半人马-盾牌、人马、英仙4个旋臂组成。银河系中心和4条旋臂都是恒星密集之地。太阳系位于半人马与英仙臂间的次旋臂猎户臂中。太阳距银河中心2.77万光年，约为银河系中心到边缘40%处。银河系中最亮的星发光一天比太阳发2，000年的光还多，呈蓝色。最暗的恒星呈红色。最大的恒星如被放在太阳系的中心，其边缘触及土星，最小的恒星比夏威夷岛还小。老的恒星与银河系同龄，年轻的恒星有的正在银河系的旋臂“育儿室”中形成。与银河系相对的称之为河外星系。银河系至少统治一个范围超过百亿光年的王国，至少有10个小星系围绕着银河系运转，近的是含数十亿颗恒星的大麦哲伦星系和小麦哲伦星系，远的是离银河系中心89万光年远的一个含数百万颗恒星的矮星系。大麦哲伦星系和小麦哲伦星系属于银河系的伴星系，大麦哲伦星系距离银河系约16.3万光年，其规模约为银河系的10%，质量相当于银河系的1%；而小麦哲伦星系距离银河系约20万光年，质量是大麦哲伦星云的2/3。银河系在自转，同时也有相对于邻近的星系的运动。约46亿年前，太阳系形成。星云假说理论认为，弥漫在宇宙中的一团尘埃气体云（原始太阳星云），受其他天体的引力扰动或邻近超新星（质量为太阳的810倍以上的大质量恒星，在核燃料耗尽后会发生极其猛烈的爆发，亮度在几天内突增千万倍甚至上亿倍）爆发的冲击波作用，使得重力得以克服内部气体的膨胀压力而发生坍缩，核心变成原始太阳，周围形成原太阳星云；太阳系内的所有天体均由原太阳星云内的物质组成。太阳系的大小约120亿km（以冥王星作边界）。太阳系是以太阳为中心，和所有受到太阳的引力约束天体的集合体：8颗行星、至少165颗已知的卫星、5颗已辨认出来的矮行星（冥王星、谷神星、阋神星、妊神星和鸟神星）和数以亿计的太阳系小天体。此外还包括许许多多的彗星和无以计数的天外来客流星。太阳占太阳系总质量的99.86%。矮行星，即“侏儒行星”，体积介于行星和小行星之间，围绕太阳运转，质量足以克服固体应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，同时不是卫星。彗星，俗称扫把星，是由冰构成的太阳系小天体，当它与太阳足够接近时，便会展示出彗发（稀薄、糢糊的临时性大气层），有时有彗尾。彗核由松散的冰、尘埃、和小的岩石颗粒组成，直径从数百米到数十公里不等。古人一般认为彗星是凶兆。彗星的轨道周期范围很大，从几年到几十万年。短周期彗星来自海王星轨道之外的柯伊伯带，或是与离散盘有所关联。长周期彗星被认为起源于太阳系外缘。长周期彗星可能是受到太阳系外侧的大质量行星（木星、土星、天王星、和海王星）或是恒星经过时的引力摄动而朝向太阳前进。彗星和小行星的区别只是有无彗发或彗尾的存在。截至2011年1月已有4，185颗已知的彗星。绝大多数彗星都晦暗不明。流星，指运行在星际空间的流星体（通常包括宇宙尘粒和固体块等空间物质）在接近地球时因受到地球引力的摄动而被地球吸引，从而进入地球大气层，并与大气摩擦燃烧所产生的光迹。流星体原是围绕太阳运动的，经过地球附近时，受地球引力作用改变轨道，从而进入地球大气圈。流星有单个流星、火流星（特别明亮的流星）、流星雨几种。大部分可见的流星体都和沙粒差不多，重量在1克以下。流星进入大气层的速度介于11km/s到72km/s之间。陨石，指起源于外太空，撞击到地球表面后残存的天然物体。当它还在太空时称为流星体。月球和火星上也发现了陨石。陨石因撞击或经过大气层时发光成为流星时被观测到而被寻获的称为坠落陨石，其它陨石都称为发现陨石。截至2010年2月，全世界收藏的坠落陨石标本约1，086颗，被认定的发现陨石有38，660颗。陨石分石陨石、铁陨石、石铁陨石。大型陨石撞击到地表会留下撞击痕迹，称陨石坑。沈阳陨石山上的古陨石曾是世界上发现的最大的陨石，体积1555060立方厘米，但1976年3月8日呈雨状陨落在吉林市区的陨石总重量达2，700公斤，其中最大的1号陨石重1，770公斤，体积为1179384立方厘米，吉林陨石成为“世界陨石之最”。吉林陨石雨降落时未造成一人一畜一物的伤害，实属世界陨石雨降落历史中所罕见。太阳系8大行星：依照至太阳的距离，依序是类地行星水星、金星、地球、火星，巨行星木星、土星，远日行星天王星和海王星。8大行星按体积由大到小排序为木星、土星、天王星、海王星、地球、金星、火星、水星。8大行星公转时有共面性、同向性（逆时针）、近圆性特征。水星、地球、火星、木星、土星都有磁场，但只有水星是太阳系类地行星中除地球外唯一一颗拥有显著磁场的行星，但水星的磁场强度不到地球的1%。磁场帮助抵挡有害的太阳射线和其它宇宙射线，如无地球磁场，地球上的生命将很难出现和演化。太阳，在茫茫宇宙中，太阳只是一颗非常普通的恒星，其亮度、大小和物质密度都处于中等水平。其它离我们最近的恒星比太阳远（日全食肉眼看见太阳的日冕）27万倍。太阳几乎是热等离子体与磁场交织着的一个理想球体。与银河系核心平均距离为2.51017km、26，000光年，公转周期约2.25亿年，公转速度220 km/秒（环绕银河系中心的轨道）、20 km/秒（相对于在星际间邻近恒星的平均速度）、370 km/秒（相对于宇宙微波背景）（向着武仙座方向以19.7千米/秒的速度运动，同时带着整个太阳系以250千米/秒的速度绕银河系中心逆时针旋转），赤道自转周期25.38个地球日（赤道自转速度7，189km/h）。直径约1，392，020km（地球的109倍），表面面积约 6.08771012平方千米（地球的11，990倍），体积约1.4121018立方千米（地球的1，300，000倍），质量约1.9891030kg（地球的333，400倍，约占太阳系总质量的99.86%），平均密度约1，408 kg/立方米（约相对于地球密度的0.26），赤道表面重力加速度约274.0米/秒（地球表面重力加速度的27.94倍），表面脱离速度 617.7km/秒（地球的55倍），太阳活动周期11.04 年，总辐射功率3.861026 瓦特（焦耳/秒）。组成太阳的物质大多是普通气体，其中氢约占71.3%、 氦约占27%，氧、碳、氖、铁和其它元素占1.7%。太阳从中心向外可分为核心区（核反应区，半径是太阳半径的1/4，约为整个太阳质量的一半以上。核心的温度极高，达1500万，压力也极大）、辐射层（从热核中心区顶部的0.25个太阳半径向外到0.71个太阳半径，温度、密度和压力都是从内向外递减。体积占整个太阳体积的绝大部分）、对流层（从太阳0.71个太阳半径向外到达太阳大气层的底部，气体性质变化很大，很不稳定，形成明显的上下对流运动）、大气层。太阳的大气层从内向外分为光球（厚度达500千米）、色球（厚约8，000千米，光球顶部接近色球处的温度约4，300，色球顶部温度高达几万度）和日冕（范围在色球之上，一直延伸到好几个太阳半径的地方。日冕还会有向外膨胀运动，并使得冷电离气体粒子连续地从太阳向外流出而形成太阳风，太阳风可延伸到100天文单位远）3层。平常看到的太阳表面，是太阳大气的最底层，温度约5505，其能量来自于氢聚变成氦的核聚变反应。太阳的核心每秒钟燃烧6.2亿公吨的氢，产生的能量以辐射方式向宇宙空间发射，其中22亿分之一的能量辐射到地球。太阳光到地球大约需要8分19秒。据计算，通过光合作用，整个地球的绿色植物每天可产生约4亿吨蛋白质、碳水化合物和脂肪，同时还能向空气中释放出近5亿吨氧，为人和动物提供了充足的食物和氧气。太阳属于黄矮星（光谱为G2V），黄矮星的寿命约100亿年，目前太阳约45.7亿岁，在其主序星阶段已到中年期，在此阶段其核心内部发生的恒星核合成反应将氢聚变为氦。在其核心，每秒能将超过400万吨物质转化为能量，生成中微子和太阳辐射。以此速度，太阳至今已将约100个地球质量的物质转化成了能量。太阳作为主序星的时间将持续约100亿年。为了能够利用剩余的燃料，太阳会变得越来越热，燃烧速度也越来越快。这就导致太阳不断变亮，变亮速度大约为每11亿年增亮10%。约5060亿年后太阳将耗尽进行核聚变的氢，其内核将会热得足以使外层氢发生融合，这会导致太阳膨胀到半径的260倍，变为一个红巨星。此时，由于体积与表面积扩大，太阳的总光度增加，但表面温度下降，单位面积的光度变暗。随后，太阳的外层被逐渐抛离，最后裸露出核心成为一颗白矮星，成为一个极为致密的天体，只有地球的大小却有着原来太阳一半的质量。最后形成暗矮星。银河年：如以最靠近银心点为新银河年的开始，太阳已过了13个新年，地球也过了12个新银河年、虚岁为13银河岁。过新银河年前的阶段也许是地球最为冰冷的，也是银河冬季（地球大冰期）中最冷的。太阳系很快又要过新年了，时间约在800万400万年后，相对于漫长的银河年来说现在约到了“12月20”。 水星Mercury，最早被闪米特人（又称闪族人，亦称塞姆人，起源于阿拉伯半岛）于公元前3，000发现，中国古代称为辰星或昏星，远日点69，816， 900km、0.466 697天文单位（AU，1个天文单位指太阳与地球之间的距离），近日点46，001，200km、0.307499AU，平均日距（距离太阳）57，910，000km、0.3871AU，公转平均速度47.87km/s，是太阳系中运动最快的行星，公转1周仅87.9693个地球日，轨道倾角7.005，自转速度非常缓慢（赤道自转速度3.026m/s），自转一周须58.6462地球日，无天然卫星。直径4，878km，质量3.30e23kg（3.30221023kg，为地球质量的5.58%），平均密度5.427克/cm3，表面重力3.701m/s2（0.376G），逃逸速度4.25km/s。水星的表面的日照比地球强8.9倍，反照率0.068，表面温度：最低零下173，平均179，最高430。大气成分氦42%、汽化钠42%、氧15%、其它1%。水星内部很像地球，也分为壳（厚度100200km）、幔（厚度600km）、核（半径约1，800km）3层。天文学家推测水星的外壳由硅酸盐构成，其中心有个比月球大得多的铁质内核，主要成分是铁、镍和硅酸盐，约70% 的金属和30% 的硅酸盐。据此，水星应含铁20，000亿亿吨，按目前世界钢的年产量（约8亿吨）计算，可开采2，400亿年。水星无天然卫星，是由岩石构成的，水星表面很像月球，布满被流星撞击而形成的环形山和坑洞，有皱折山脊，另外有平滑、稀疏的坑洞平原。水星有一个稀薄的大气层，当黑夜降临时温度下降很快。太空船不易接近，在地球上也不容易观测。金星Venus，中国古代称为长庚、启明、太白或太白金星，离地球最近的行星，人称地球的“姐妹星”，也是太阳系中唯一一颗没有磁场的行星。远日点108，939，000km、0.728213AU，近日点107，477，000km、0.718440AU，平均日距108，200，000km、0.7233AU，公转224.701地球日（平均速度35.02km/s），轨道倾角3.39458，太阳系的行星都是以反时针方向自转，但金星是顺时钟自转，自转243.01853地球日（赤道自转速度1.81 m/s)，无天然卫星。直径12，103.6 km，质量4.869e24 kg（4.86761024kg，0.866地球质量），平均密度5.24 3g/cm3，表面重力8.87m/s2（0.904G），逃逸速度10.36km/s。反照率0.67，表面温度：最低465，平均475，最高485。大气成分二氧化碳96.5%、氮3.5%、二氧化硫0.015%、氩0.007%、水汽0.002%、一氧化碳0.0017%、氦0.0012%、氖0.0007%、微量羰基硫、微量氯化氢、微量氟化氢。科学家推测金星的内部构造可能和地球相似，有一个半径约3，100公里的铁镍核，中间一层是主要由硅氧铁镁等的化合物组成的“幔”，外面一层是主要由硅化合物组成的很薄的岩石“壳”。大气密度比地球高90倍且非常干燥。但无磁场保护的大气应该会被耗尽，因此认为金星的大气是由火山的爆发获得补充。金星上可谓火山密布，是太阳系中拥有火山数量最多的行星。已发现的大型火山和火山特征有1，600多处，还有无数小火山，估计总数超过10万，甚至100万。金星是太阳系中除太阳与月球外天空中最亮的天体，这是因为其大气层能强烈的反射阳光。在5070公里的上空悬浮着一层厚达2030千米的厚云，把大气分割为上下两层，云为浓硫酸液滴组成，其中还掺杂著硫粒子，故呈现黄色。二氧化碳和浓云只许太阳光通过，却不让热量透过云层散发到宇宙空间，这种温室效应使金星成了最热的行星。如无这样的温室效应，温度会比现在下降400。厚的云层内含有硫酸的小滴，并由风以每小时接近360公里的速度吹向行星各处。自转速度非常缓慢，但高速的风只需4个地球日就把云吹得环绕行星一圈。高温、酸云和极高的大气压力（约为地球表面的90倍）显示金星的环境恶劣。火星Mars，有时被称为红色行星，中国古代称为荧惑星，因为它荧荧如火，位置、亮度时常变动。远日点249，230， 000km、1.666AU，近日点206，620，000km、1.381AU，平均日距227，940， 000km、1.5237AU，公转 686.98地球日（平均速度24.13 km/s），轨道倾角1.85061，自转1.026地球日（24小时37分22秒，赤道自转速度868.22km/h）。直径6，794 km，质量6.4219e23 kg（6.41851023 kg，0.107地球质量），平均密度3.94 g/cm，表面重力3.693 m/s（0.377G），逃逸速度5.02km/s，反照率0.15，表面温度最低87、平均63、最高5。大气成分：二氧化碳95.32%、氮气2.7%、氩气1.6%、氧气0.13%、一氧化碳0.08%、水蒸气0.03%、一氧化氮、氖、氪、甲醛、氙、臭氧、甲烷。一般认为火星的核心是半径为1，700千米的高密度物质组成；外包一层熔岩，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。橘红色外表是因为地表的赤铁矿（氧化铁）。火星基本上是沙漠行星，地表沙丘、砾石遍布，无稳定的液态水体。火星的大气层比地球稀薄，只有地球大气层的1%，有少量云层和晨雾，沙尘悬浮其中，每年常有尘暴发生。火星两极皆有水冰与固态二氧化碳（干冰）组成的极冠，会随着季节消长。火星赤道附近温度白天可达27，夜晚可降至零下111。火星有2颗天然的小卫星戴摩斯和福伯斯，可能是被捕获的小行星。火星的北半球有许多由凝固的火山熔岩所形成的大平原，南半球有许多环形山与大的撞击盆地，还有几个大的、己熄灭的火山，例如奥林帕斯山，宽600公里，还有许多峡谷和分岔的河床。奥林帕斯山高出地面24公里，是太阳系最高的山。水手号峡谷是太阳系最大的峡谷。约40亿年前，火星与地球气候相似，也有河流、湖泊甚至可能有海洋，未知的原因使得火星变成今天这个模样。小行星带，小行星主要由岩石与不易挥发的物质组成。主要的小行星带位于火星和木星轨道之间，距太阳2.33.3 天文单位，它们被认为是在太阳系形成的过程中受到木星引力扰动而未能聚合的残余物质，估计为数多达50万颗。小行星的尺度从大至数百公里、小至微米的都有。除最大的谷神星外，所有小行星都被归类为太阳系小天体，但有几颗小行星，像灶神星、健神星，如果能被证实已经达到流体静力平衡的状态，可能会被重分类为矮行星。小行星带拥有数万颗，可能多达数百万颗直径在1公里以上的小天体。小行星主带的成员是稀稀落落的，所以至今还没有太空船在穿越时发生意外。直径在1010.4 米的小天体称为流星体。谷神星Ceres，原是人类发现的第1颗小行星，又称为1号小行星，初发现时有长达半世纪之久的时间被称为第8颗行星，2006年8月第26届国际天文学大会上被划入矮行星之列。谷神星是月亮以外第2个象征母亲的星，是太阳系中最小的、也是唯一一颗位于小行星带的矮行星。远日点446，669，320km、2.9858AU，近日点380，995，855km、2.5468AU，平均日距4.19亿km、2.77AU，公转4.6地球年（1，680.5地球日，平均轨道速度17.882km/s），轨道倾角10.585，自转周期0.3781地球日（9小时4分）。平均直径为952km，等于月球直径的1/4，质量9.430.071020kg，约为月球的1/50，是小行星带之中已知最大最重的天体，约占小行星带总质量的三分之一，平均密度2.0770.036g/cm3，赤道表面重力0.27米/秒，逃逸速度0.51 km/s，反照率0.0900.0033，表面平均温度约-38，接近球体的形状。谷神星表面可能由水冰和各种水合矿物组成，如碳酸盐（白云石和菱铁矿）和富含铁的粘土等，其整体可分为岩石壳和其下的冰质的幔及金属的核心，在外壳下甚至可能存在一个液态水的海洋，谷神星可能拥有包含水汽的稀薄大气层。谷神星的发现：1766年，德国中学数学教师提丢斯把下面的数列：3，6，12，24，48，96，192的前面加上0，即：0，3，6，12，24，48，96，192然后再把每个数字都加上4，就得到了下面的数列：4，7，10，16，28，52，100，196再把每个数都除以10，最后得到：0.4，0.7，1，1.6，2.8，5.2，10，19.6令提丢斯惊奇的是，他发现此数列的每一项与当时已知的6大行星（即水星、金星、地球、火星、木星、土星）到太阳的距离比例有着一定联系。提丢斯的朋友、天文学家波得深知此发现的重要意义，于1772年公布了提丢斯的发现，这串数从此引起科学家的极大重视，并被称为提丢斯波得定则，即：当时，人们尚未发现天王星、海王星和冥王星，以为土星就是距太阳最远的行星。1781年，英籍德国人赫歇尔在接近19.6的位置上（即数列中的第8项）发现天王星，从此人们对这一定则深信不疑。根据此定则，在数列的第5项即2.8的位置上也应该对应一颗行星。于是许多天文学家和天文爱好者便以极大的热情踏上了寻找这颗新行星的征程。1801年新年晚上，意大利天文学家皮亚齐还在聚精会神地观察着星空。突然他从望远镜里发现了一颗非常小的星星，正好在提丢斯波得定则中2.8的位置上，他把它命名为“谷神星”。天文学家对皮亚齐的这一发现持有不同看法，几个月过去了，人们的争论也没见分晓。这场争论却引起德国数学家高斯的注意，年轻的高斯在前人基础上经过艰苦的运算创立了一种崭新的行星轨道计算理论。他根据皮亚齐的观测资料，利用这种方法，只用了一个小时就算出谷神星的轨道形状，并指出它将于何时出现在哪一片天空里。1801年12月31日夜，德国天文爱好者奥伯斯，在高斯预言的时间里，用望远镜对准了这片天空。果然不出所料，谷神星出现了！木星Jupiter，古代中国称之岁星，取其绕行天球一周为12年，与地支相同之故。远日点816，520，800km、5.458104AU，近日点740，573，600km、4.950429AU，平均日距778，330，000km、5.2026AU，公转11.85920地球年（4，331.572地球日，平均速度 13.07 km/s），轨道倾角 1.305，自转0.414地球日（自转一周只需9小时50分30秒，太阳系自转最快的行星，赤道自转速度12.6km/s）。直径142，984km（体积是地球的1，316倍，是太阳系体积最大的行星），质量1.900e27kg（1.89861027kg，是地球的317.89倍，也是其他7大行星质量总合的2.5倍多），平均密度1.31gm/cm（1.326g/cm），表面重力24.79 m/s（2.34 G），逃逸速度59.5km/s，反照率 0.343，表面温度为-148。大气标高27km，大气成分89.82.0%氢、10.22.0%氦、0.3%甲烷、0.026%氨、0.003%氘化氢、0.0006%乙烷、0.0004%水、冰（氨、水、硫化铵）。木星是全天第二亮的行星仅次于金星。木星主要由氢和氦组成，其中氢元素占84%，氦元素占14%，其他仅为2%。据推测，木星的中心是一个含硅酸盐和铁等物质组成的固体核，温度高达30，000，木星核约有地球的2倍大，10倍重，四周是由金属氢（液态氢，性质如同金属）所构成的厚达43，000公里的内地幔。内地幔外面是由液愈氢和氦所构成的厚达27，000公里的外地幔，最外层是厚达3，000千米的大气层，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。大气层中氢和氦分别占总质量的75%、24%，剩余的1%为其他元素，包括微量的甲烷、水蒸气、氨以及硅的化合物。另外木星含有微量的碳、乙烷、硫化氢、氖、氧、磷化氢、硫等物质。大气最外层有冷冻的氨的晶体。大气中含有极微的甲烷、乙炔之类的有机成份，且有打雷现象，生成有机物的机率相当大。木星的快速自转使大气层中的云形成带状与区层稳定的乱流形成白与红斑等特别的云，这两种都是巨大的风暴，风速达每小时400千米。最有名的云是一个称为大红斑的风暴，它由一个比地球宽3倍，升起于高云之上约7公里的旋涡圆柱状云构成。木星有一个薄、暗的主环，里面有个由朝向行星延伸的微粒所形成稀薄光环。木星辐射出的能量是它从太阳接收到的能量的2倍，这表明木星有内在能源。木星表面磁场强度达314高斯，地球表面磁场强度只有0.30.8高斯。木星的正磁极指的是南极，这与地球正好相反。木星磁场与太阳风相互作用形成木星磁层。木星磁层的范围大且结构复杂，在距离木星140万700万公里之间的巨大空间都是木星的磁层；而地球的磁层只在距地心57万公里范围内。目前己知有66个卫星，4个最大的卫星称为伽利略木卫（1610年1月伽利略发现），它们环绕在离木星40190万千米的轨道带上，由内而外依次是伊奥、欧罗巴Europa、嘉里美Ganymede和卡利斯托Callisto，分别简称为木卫一、木卫二、木卫三、木卫四，显示出类似类地行星的特征。嘉里美比水星还要大，是太阳系内最大的卫星（直径5，262km）。嘉里美与卡利斯托表面有许多坑洞，或许还有冰。伊奥表面有许多发亮的红色、橘色和黄色的斑点，这些颜色来自于活火山的硫磺物质，由喷出表面高达数百公里的绒毛状熔岩所造成的。欧罗巴表面光滑，并覆著冰，或许还有水。木星的引力很大，吸走了很多的彗星。如果没有木星，地球很早就已被彗星撞击了，人类也在很久以前就灭绝了。科学家认为，木星曾与一个相当于地球10倍大的星体碰撞，其内核中的金属等重元素物质在剧烈的撞击中汽化，与大气中的氢气和氦气混合在一起，这也是木星大气层密度较大的原因。而那颗本可成长为大型行星的星体则在这场碰撞中被木星吞噬殆尽。这个最新研究成果揭示了在太阳系形成之初，各个行星之间曾展开残酷而激烈的“生存竞争”。当时的太阳系是一个弱肉强食的战场，小行星间不断发生碰撞结合，产生的较大行星则继续吞噬其它小行星。事实上我们的地球也是在这样的过程中诞生的，2颗体积相当于火星和金星的星体撞击在一起，形成早期的地球和月球。土星Saturn，中国古代称为镇星或填星，土星是中国古代人根据五行学说结合肉眼观测到的土星的颜色（黄色）来命名的（按照五行学说即木青、金白、火赤、水黑、土黄）。远日点1，513，325，783 km、10.115958 04 AU，近日点1，353，572，956 km、9.04807635 AU，平均日距1，429，400，000km、9.5549天文单位，公转29.46地球年（10，759.5天，公转平均速度约为9.64 km/s），轨道倾角2.485240，自转0.436地球日（赤道自转周期10小时14分，赤道自转速度9.87 km/s），由于快速自转，使得其形状变扁，是太阳系行星中形状最扁的一个。直径120，536 km（体积是地球的745倍），质量5.688e26kg（地球的95.18倍），平均密度0.687gm/cm（8大行星中密度最小，如把它放在水中，它会浮在水面上），表面重力8.96 米/秒（1.16G），逃逸速度35.5 km/s，反照率 0.342，土星表面的温度约为-140。大气标高59.5km，大气成分96%氢、3%氦、0.4%甲烷、0.01%氨、0.01%重氢、0.000 7%乙烷、冰（氨、水、硫化氢氨）。土星可能有一个直径20，000公里的岩石核心，占土星质量的1020%，核外包围着5，000公里厚的冰壳，再外面是8，000公里厚的金属氢层（液态氢，性质如同金属）构成的内地幔，内地幔外面是是由液态氢构成的厚达26，000公里的外地幔，内地幔和外地幔融合成为气态的大气层，大气层拥有大量的氢和氦（因此科学家认为，研究土星目前的成分就等于研究太阳系形成初期的原始成分），并含有甲烷和其他气体，大气中飘浮着由稠密的氨晶体组成的云。土星的云层形成带状与区层，颇似木星，但由于外层的云薄而显得较模糊。风暴和漩涡发生在云中，看起来为呈红或白色椭圆，土星的风速高达1，800公里/时。因为有明显的美丽的环而著名，环主要是由冰及尘粒构成。土星有四季，但每一季的时间长达7年多，因为离太阳遥远，即使是夏季也极其寒冷。土星辐射出的能量是它从太阳接收到的能量的2倍，这表明土星有内在能源。已发现它有62颗卫星，泰坦和恩塞拉都斯拥有巨大的冰火山，显示出地质活动的标志。泰坦（土卫六）比水星大，是太阳系中第2大的卫星（半径2，575 km ），且是太阳系中唯一实际拥有大气层的卫星。天王星Uranus，1781年3月13日英国天文学家威廉赫歇耳爵士宣布他发现天王星，从而在太阳系的现代史上首度扩展了已知的界限。这是第1颗使用望远镜发现的行星。远日点3，004，419，704 km、20.08330526 AU，近日点2，748，938，461 km、18.37551863 AU，平均日距2，870，990，000km、19.2184AU，公转84.323326地球年（30，799.095日，平均公转速度6.81km/s），轨（赫歇耳）道倾角 0.772556，自转0.71833地球日（自转周期17时14分24秒，赤道自转速度2.59 km/s，自转方向自东向西）。直径51，120km（体积是地球的63.086倍），质量8.686e25kg（8.6810 131025 kg，地球的14.536倍），平均密度1.290 g/cm，表面重力8.69m/s（1.15G），逃逸速度21.3km/s，阳光的强度只有地球的1/400，反照率 0.300，表面温度：最低-224.15，平均-220.15，最高-216.15。大气标高27.7 km，大气成分氢分子833%、氦153%、甲烷2.3%、0.009%重氢化合物、冰（氨、水、氨硫化氢、甲烷）。天王星的标准模型结构包括3个层面：中心是岩石的核，中间是冰的地函，最外面是氢/氦组成的外壳。相较之下核非常小，只有0.55地球质量，半径不到天王星的20%；地函则是个庞然大物，质量约为地球的13.4 倍；而最外层的大气层则相对上是不明确的，大约扩展占有剩余20%的半径，但质量大约只有地球的0.5 倍，风速可达每秒250米。天王星是人类用肉眼所能看到的最远的一颗行星。天王星的赤道上空有9条环，合起来的宽度约10万公里，大约为土星环三分之一宽。其自转轴对黄道倾斜达到98度，因此是横躺着绕着太阳公转，在行星中非常独特。在气体巨星中，其核心温度最低，只辐射非常少的热量进入太空中。有磁场、光环、四季。天王星已知的卫星有27颗，最大的是泰坦尼亚、欧贝隆、乌姆柏里厄尔、艾瑞尔、和米兰达。海王星Neptune，1846年9月23日被法国工艺学院的天文学教师埃班勒维耶、约翰伽雷发现，是唯一利用数学预测而非有计划的观测发现的行星。远日点4，553，946， 490km、30.44125206AU，近日点4，452，940，833km、29.76607095AU，平均日距4，504，300，000km、30.0611AU，公转周期约164.79个地球年（60，327.624地球日，平均速度5.45km/s），轨道倾角 1.767975，自转周期15小时57分59秒（赤道自转速度2.68 km/s）。直径49，532 km，质量1.0247e26 kg（1.02431026 kg，地球的17.135倍），平均密度1.66g/cm3，表面重力11.15 m/s，逃逸速度23.5 km/s，反照率 0.290，海王星核心的温度约为7，000，平均温度-214。大气标高19.70.6 km，成分成分氢分子803.2%，氦193.2%、甲烷1.50.5%、重氢0.019%、乙烷0.00015%、冰（氨、水、氨硫化氢、甲烷？），大气压力约为地球大气压的100倍。海王星是气体行星，内部结构和天王星相似，行星核是一个质量大概不超过1个地球质量的由岩石和冰构成的混合体。海王星地幔总质量相当于1015个地球质量，由液态与气态的混合体所组成，富含水、氨、甲烷和其它成份。大气层内的云有显著的特征，其中最明显的是大黑斑，如地球般宽，还有小黑斑与速克达。大、小黑斑都是巨大的风暴，是太阳系最强烈的风，以每小时2，100公里的速度吹遍整个行星。速克达是范围很广的卷云。海王星有4个稀薄的光环和13颗卫星。崔顿是海王星最大的卫星，也是太阳系中最冷的星体，温度在零下235。崔顿仍有活跃的地质活动，有着喷发液态氮的间歇泉，它也是太阳系内唯一逆行的大卫星（以海王星自转的反方向来绕其母行星运行），说明它是被海王星俘获的。在海王星的轨道上有一些1:1轨道共振的小行星，组成海王星特洛伊群。冥王星Pluto，太阳系中已发现的第10大天体，1930年2月18日被美国天文学家克莱德汤博发现，起初被认为是太阳系的第9大行星，2006年8月24日在布拉格举行的第26