2013届天文奥赛培训-太阳系.ppt

2013届天文奥赛培训专题6,太阳和太阳系,太阳系（SolarSystem）,1是以太阳为中心的恒星系统，和所有受到太阳引力约束的天体的集合体.包括8颗行星(冥王星已被开除)、至少165颗已知的卫星，和数以亿计的太阳系小天体。这些小天体包括小行星、柯伊伯带的天体、彗星和星际尘埃。2广义上，太阳系的领域包括太阳、4颗像地球的内行星、由许多小岩石组成的小行星带、4颗充满气体的巨大外行星、充满冰冻小岩石、被称为柯伊伯带的第二个小天体区。在柯伊伯带之外还有黄道离散盘面、太阳圈和依然属于假设的奥尔特云。,一太阳概述,太阳系的主角是位居中心的太阳太阳拥有最大的视圆面木星和土星，是太阳系内最大的两颗行星最亮，-26.74等星（目视星等）4.83绝对星等50亿岁中心温度1500万K,二形成和演化,1形成太阳系的形成据信应该是依据星云假说，最早是在1755年由康德和1796年由拉普拉斯各自独立提出的。这个理论认为太阳系是在46亿年前在一个巨大的分子云的塌缩中形成的。这个星云原本有数光年的大小，并且同时诞生了数颗恒星。可能是来自超新星爆炸的震波使邻近太阳附近的星云密度增高，使得重力得以克服内部气体的膨胀压力造成塌缩，因而触发了太阳的诞生。2演化从现在起再过大约76亿年，太阳的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现在半径的260倍，变为一个红巨星。此时，由于体积与表面积的扩大，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，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。,三基本数据、太阳结构、太阳大气和太阳活动,略！自己看资料,四八大行星及其它,1开普勒三定律轨道定律/椭圆定律所有行星绕太阳的轨道都是椭圆，太阳在椭圆的一个焦点上。面积定律行星和太阳的连线在相等的时间间隔内扫过相等的面积。行星在近日点附近比远日点附近移动得更快。周期定律/调和定律行星绕日公转的周期平方之比等于日距离的立方之比。,2运动特征：共面性（彗星和柯伊伯带天体，通常都有比较明显的倾斜角度）同向性（哈雷彗星例外）近圆性（彗星、小行星和柯伊伯带天体的轨道高度椭圆）,3八大行星要点,分类（1）据质量分：类地行星和类木行星（水金地火）（木土天海）（2）地球为界：地内行星和地外行星（3）小行星为界：内行星和外行星（4）综合分类：类地行星、巨行星、远日行星,内行星,1高密度、由岩石构成、只有少量或没有卫星，也没有环系统2它们由高熔点的矿物，像是硅酸盐类的矿物，组成表面固体的地壳和半流质的地幔，以及由铁、镍构成的金属核心所组成3四颗中的三颗（金星、地球、和火星）有实质的大气层，全部都有撞击坑和地质构造的表面特征（地堑和火山等）4行星运行在一个平面，朝着一个方向,水星（距日0.38AU)（辰星）1太阳系最小的行星，无卫星，无大气2自转的速度非常缓慢，自转一周将近59个地球日；太阳系中运动最快的行星，环绕太阳一周只要88天3视星等亮度在-2.0至5.5等之间4距离太阳的最大角度（最大距角）只有28.3，常淹没在日出前或日落后的暮曙光中，故不太容易看见5外观上像月球，表面有许多的坑穴，6巨大的铁核，薄薄的地幔，高密度的行星7时常交替地出现在太阳的两侧；出现在日落之后被叫做墨丘利；出现在日出之前称为阿波罗8符号：墨丘利的插有双翅的头盔和他的神杖9航天器：水手10号，信使号（2011年3月到达水星）,水星Mercury,金星（0.7AU长庚、启明、太白）1全天最亮的行星（最亮时的亮度可超过-4，夜空中亮度仅次于月球）2缓慢自转（243天）和逆行（自东向西自转）3无卫星，有浓厚大气4太阳系中唯一没有磁场的行星。地球的“姐妹星”，轨道最接近圆形，偏心率最小，仅为0.7%。5金星的轨道处于地球轨道的内侧，当我们看到金星的时候，不是在清晨（启明）便是在傍晚（长庚），分别处于天空的东侧和西侧。6金星的天文符号用维纳斯的梳妆镜来表示。爱与美的女神（希腊神话中的阿佛洛狄忒，罗马神话中的维纳斯）,金星Venus,7金星的位相变化金星同月球一样，也具有周期性的圆缺变化（相位变化），但是由于金星距离地球太远，用肉眼是无法看出来的。金星的相位变化，曾经被伽利略作为证明哥白尼的日心说的有力证据。,1当金星运行到太阳和地球之间时发生的一种罕见的天文现象（原理类似于日食）。当金星凌日出现，从地球上可以看到金星像一个黑色圆盘从太阳表面划过。2金星有凌日，水星也凌日，但是火星、木星、土星、天王星海王星和冥王星则都没有凌日。这是因为水星和金星都是在地球的公转轨道内侧环绕太阳公转（这样的行星叫内行星），它们有机会从太阳和地球之间通过，这是产生行星凌日的必须条件。而火、木、土、天王、海王和冥王各大行星都是在地球公转轨道的外侧环绕太阳公转（这样的行星叫外行星），它们不可能从太阳和地球之间通过。,金星凌日,水星凌日,当水星运行至地球和太阳之间，如果三者能够连成直线，便会产生水星凌日现象。观测时会发现一黑色小圆点横向穿过太阳圆面，黑色小圆点就是水星的投影。水星凌日发生在五月初或十一月初，平均每百年出现十三次水星凌日的现象。最近发生的水星凌日：2003年5月7日、2006年11月8日、2016年5月9日。,1金星凌日以两次凌日为一组，间隔8年，但是两组之间的间隔却有100多年。21世纪的首次金星凌日发生在2004年6月8日，这一组的另一次将要发生在2012年的6月。再下一次是2117年和2125年。2每种类型每隔243年出现一次（金星与地球差不多同时回到各自轨道上同一位置）。最早关于金星凌日现象的记载来自阿拉伯自然科学家、哲学家法拉比。317世纪，英国天文学家爱德蒙哈雷最早提出了观测方法。最早成功预报金星凌日的是德国天文学家开普勒。他成功预言了在1631年12月7日发生的金星凌日。1761年发生的金星凌日，被俄国天文学家罗蒙诺索夫发现了金星大气，这是人类第一次知道出地球以外有大气的行星。,金星凌日,地球(1AU)1人类所知宇宙中唯一存在生命的天体2密度最大的类地行星3西方人常称地球为盖亚，这个词有“大地之母”的意思4带有赤道和一条经线的球体5,地球Earth,火星(1.5AU荧惑)1橘红色外表是因为地表的赤铁矿（氧化铁）2二氧化碳为主的大气既稀薄又寒冷，沙尘悬浮其中，每年常有尘暴发生。3卫星：火卫一、火卫二4火星基本上是沙漠行星，地表沙丘、砾石遍布，没有稳定的液态水体。5火星两极皆有水冰与干冰组成的极冠，会随着季节消长。6最大火山是奥林匹斯山，太阳系最高的山。7深邃的地堑（水手号峡谷）8天文符号：战神玛尔斯的盾牌和长矛,火星Mars,9三艘运作中的探测船，分别是火星奥德赛号、火星快车号和火星侦察轨道器，地表还有很多火星车和着陆器，包括两台火星探测漫游者：勇气号和机遇号，和最近结束任务的凤凰号。10两个天然卫星火卫一（Phobos）与火卫二（Deimos），视星等火卫一可达-7，火卫二可达-5，白天可能可见。和月球一样，这两颗卫星都被火星潮汐锁定，因此他们总是以一面对着火星11两颗卫星是在1877年被阿萨夫霍尔发现的，以希腊神话中的福波斯和得摩斯命名，两者皆为战神阿瑞斯的儿子。,火星Mars,小行星是太阳系小天体中最主要的成员，主要由岩石与不易挥发的物质组成。小行星带位于火星和木星轨道之间，距离太阳2.3至3.3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。小行星带成员稀稀落落，拥有数万颗，可能多达数百万颗，直径在一公里以上的小天体，总质量不能达到地球质量的千分之一。其中谷神星最大（主带中唯一的矮行星，意大利天文学家皮亚齐发现）,特洛依小行星的位置在木星的L4或L5点（在行星轨道前方和后方的不稳定引力平衡点），不过特洛依这个名称也被用在其他行星或卫星轨道上位于拉格朗日点上的小天体。希耳达族是轨道周期与木星2:3共振的小行星族，当木星绕太阳公转二圈时，这群小行星会绕太阳公转三圈。,外行星1也称为类木行星，囊括了环绕太阳99%的已知质量。2气体巨星（木星和土星的大气层都拥有大量的氢和氦，天王星和海王星的大气层则有较多的“冰”，像是水、氨和甲烷)3这四颗气体巨星都有行星环，但是只有土星的环可以轻松的从地球上观察。,木星(5.2AU岁星)1太阳系中体积最大、自转最快的行星2公转一周约为12年，与地支相同（岁星），古罗马人以罗马神话中的众神之王朱比特（Jupiter）命名。3视星等2.94，夜空中第三亮的天体（火星在轨道的特定点上时能短暂与木星的亮度相比）4外大气层容易出现乱流和风暴,其中最著名的风暴是“大红斑”。5太阳系拥有最多天然卫星的行星，木星至少有63个卫星，其中有4个主要卫星（伽利略发现，合称伽利略卫星）。木卫三(太阳系最大卫星）直径甚至大于水星。6万神之王朱庇特的闪电或他的神鹰,木星Jupiter,7意大利天文学家伽利略最早以望远镜发现木星最亮的四颗卫星，并被后人称为伽利略卫星。它们环绕在离木星40190万千米的轨道带上，由内而外依次为木卫一、木卫二、木卫三、木卫四在1892年巴纳德以望远镜肉眼观测发现木卫五木星的其他卫星皆透过照相观测或行星际探测器的相片发现1979年美国旅行者一号及1995年伽利略号等飞临木星系的时候，又发现了许多更细小的、离木星更远的天然卫星，使人类所知的木星系卫星总数达到63个。8彗木相撞1994年7月16日22日，苏梅克列维9号彗星在被木星巨大的潮汐力撕成21个碎片并绕过近日点后，与木星迎头相撞，这是人类史上首次直接观测到的天体相撞。彗木相撞后产生相当于20亿颗原子弹爆炸的威力，产生的闪光在地球也能拍到，腾起的蘑菇云极为壮观，形成的尘埃云团与地球同样大小，衍生之黑斑在木星表面存在数月之久，小型望远镜以100倍以上的倍率放大已能看到这些黑斑。哈伯太空望远镜甚至在近一年之后还观测得到撞击的残迹。,土星（9.5AU镇星或填星）1美丽的环（极薄但却很宽的环状系统，虽然厚不到一公里，却从行星表面朝外延伸约420000公里。主环包括数千条狭窄的细环，主要是由冰及尘粒构成），在地球以一般的望远镜即可看见261颗卫星，卫星中的7颗为共内轨道，与别的卫星分享同一个轨道，土卫六（土星系统最大，太阳系第二大）比行星中的水星还要大，是唯一拥有明显大气层的卫星3我国古代认为土星约28年运行一周天，好像每年坐镇（填）28星宿中的一宿4天文学符号是代表农神萨图尔努斯的镰刀,土星Saturnus,5最早被发现具有光环的行星。1610年伽利略观察到（因为望远镜成象不好，他并没有意识到这是一个环）1655年，克里斯蒂安惠更斯观测到完整的土星环1675年，乔凡尼卡西尼确定土星环由许多较小的环组成，中间并且有缝存在着，其中最明显的环缝在不久之后被命名为卡西尼缝。1859年，麦克斯韦提出土星环不可能是固体的，否则将会因为不稳定而碎裂。透过光谱学的研究，立克天文台的詹姆斯基勒在1895年证实了麦克斯韦的理论。,6土星卫星的发现克里斯蒂安惠更斯发现了土星的卫星土卫六。不久之后，卡西尼发现了另外4颗卫星：土卫八、土卫五、土卫三和土卫四。1789年威廉赫歇尔才再发现两颗卫星：土卫一和土卫二。形状不规则的土卫七和土卫六有着共振，是在1848年被英国发现的。在1899年，威廉亨利皮克林发现土卫九，一颗极度不规则卫星，它没有如同更大卫星般的同步转动。菲比是第一颗被发现的这种卫星，它以周期超过一年的逆行轨道绕着土星公转。在20世纪初期，对土卫六的研究在1944年确认有浓厚的大气层，这是在太阳系的卫星中很独特的特征。,天王星（19.6AU）1人类用肉眼所能看到的最远的一颗行星2最大特征是自转的倾斜度很大。唯独天王星的自转轴与其公转面成九十八度的倾斜，几乎是横躺著运行。3天王星表面发出带有白色的蓝绿光彩，因此推测它的大气可能含有很多甲烷。4九条细环：天王星的赤道上空也有九条环（彼此都隔得很远），大约为土星环三分之一宽。5已知27颗卫星（米兰达、艾瑞尔、乌姆柏里厄尔、泰坦尼亚和欧贝隆）6天文符号：天王星发现者威廉赫歇尔姓氏开头的字母H7英文名称Uranus来自古希腊神话中的天空之神,天王星Uranus,海王星（30AU）1以罗马神话中的海神尼普顿（Neptunus）命名，中文译为海王星2天文学的符号，是希腊神话的海神波塞顿使用的三叉戟3大气层以氢和氦为主，微量的甲烷4太阳系最冷的地区之一5海王星在1846年9月23日被发现，是唯一利用数学预测而非有计划的观测发现的行星。天文学家利用天王星轨道的摄动推测出海王星的存在与可能的位置。6迄今只有航海家2号曾经在1989年8月25日拜访过海王星,海王星Neptunus,冥王星Pluto（白矮行星）1冥王普鲁托非常2中国于1933年采用“冥王星”，越南则使用“阎王星”作汉字名。31930年美国天文学家汤博发现冥王星4美国太空总署在2006年1月17日发射无人探测船“新地平线号”，预计2015年到达冥王星进行观测。对冥王星及柯伊伯带进行探索任务。,“行星”指的是围绕太阳运转、自身引力足以克服其刚体力而使天体呈圆球状、能够清除其轨道附近其他物体的天体。冥王星由于其轨道与海王星的轨道相交，不符合新的行星定义，因此被自动降级为“矮行星”。,彗星在距离太阳4050个天文单位的位置，低倾角的轨道上，过去一直被认为是一片空虚，太阳系的尽头所在。但事实上这里满布着径从数公里到上千公里的冰封物体，热闹无比，就是柯伊伯带，它们是原始太阳星云的残留物，也是短周期彗星的来源地。奥尔特云又译欧特云，是一个假设包围者太阳系的球体云团，布满着不少不活跃的彗星。根据长周期彗星的轨道分布，奥尔特提出离太阳3万到20万天文单位处的一个巨大彗星“仓库”，差不多等于一光年，即太阳与比邻星距离的四分一。估计其中的彗星超过1千亿颗。,轨道共振：在天体力学中，轨道共振发生在两个天体的运行轨道的公转周期成简单整数比，它们之间互相受到周期性引力影响。这使它们的轨道在引力扰乱中保持稳定。例如：冥王星與其它一些类似冥王星的天体的轨道与海王星的轨道成3:2的共振。特洛伊小行星的轨道与木星的轨道正好成1:1的共振。假如三个或三个以上的天体的轨道以相互之间的共振率是整数的话，这样的共振被称为拉普拉斯共振。比如木星的卫星木卫三、木卫二和木卫一的轨道的共振率是1:2:4。,发现和探测,太阳系的第一次探测是由望远镜开启的1伽利略是第一位发现太阳系天体细节的天文学家。他发现月球的火山口，太阳的表面有黑子，木星有4颗卫星环绕着。2惠更斯追随着伽利略的发现，发现土星的卫星泰坦和土星环的形状。3后继的卡西尼发现了4颗土星的卫星，还有土星环的卡西尼缝、木星的大红斑。41705年，爱德蒙哈雷认识到在哈雷彗星。这是除了行星之外的天体会围绕太阳公转的第一个证据。51781年，威廉赫歇尔在观察一颗它认为的新彗星时，在金牛座发现了联星。事实上，它的轨道显示是一颗行星，天王星，这是第一颗被发现的行星。61801年，皮亚齐发现谷神星，这是位于火星和木星轨道之间的一个小世界，而一开始他被当成一颗行星。,望远镜的观测,望远镜的观测,7到了1846年，天王星轨道的误差导致许多人怀疑是不是有另一颗大行星在远处对他施力。埃班勒维耶的计算最终导致了海王星的发现。81930年由汤博发现了冥王星。9在1992年，夏威夷大学的天文学家大卫朱维特和麻省理工学院的珍妮卢发现1992QB1，被证明是一个冰冷的、类似小行星带的新族群，也就是现在所知的柯伊伯带，冥王星和卡戎都被是其中的成员。10米高布朗、乍德特鲁希略和大卫拉比诺维茨在2005年宣布发现的阋神星（“闹神星”、“乱神星”、齐娜、厄里斯）是比冥王星大的离散盘上天体，是在海王星之后绕行太阳的最大天体。,太空船的观测1第一个进入太空的人造天体：前苏联1957年-史泼尼克一号，环绕地球一年2美国在1959年-先驱者6号，是第一个从太空中送回影像的人造卫星。3第一个成功的飞越过太阳系内其他天体的是月球1号，在1959年飞越了月球。最初是打算撞击月球的，但却错过了目标成为第一个环绕太阳的人造物体。4水手2号是第一个环绕其他行星的人造物体，在1962年绕行金星。第一颗成功环绕火星的是1964年的水手4号。直到1974年才有水手10号前往水星。5探测外行星的第一艘太空船是先驱者10号，在1973年飞越木星。,太空船的观测,6在1979年，先驱者11号成为第一艘拜访土星的太空船。7旅行者计划在1977年先后发射了两艘太空船进行外行星的大巡航，在1979年探访了木星，1980和1981年先后访视了土星。8旅行者2号继续在1986年接近天王星和在1989年接近海王星。旅行者太空船已经远离海王星轨道外，在发现和研究终端震波、日鞘和日球层顶的路径上继续前进。依据NASA的资料，两艘旅行者太空船已经在距离太阳大约93天文单位处接触到终端震波。9还没有太空船曾经造访过柯伊伯带天体。而在2006年1月19日发射的新视野号将成为第一艘探测这个区域的人造太空船。这艘无人太空船预计在2015年飞越冥王星。如果这被证明是可行的，任务将会扩大以继续观察一些柯伊伯带的其他天体。,太空船的观测10在1966年，月球成为除了地球之外第一个有人造卫星绕行的太阳系天体（月球10号）11然后是火星在1971年（水手9号），金星在1975年（金星9号），木星在1995年（伽利略号，也在1991年首先飞掠过小Gaspra），爱神星在2000年（会合-舒梅克号），和土星在2004年（卡西尼号惠更斯号）。信使号太空船正在前往水星的途中，预计在2011年开始第一次绕行水星的轨道；同一时间，黎明号太空船将设定轨道在2011年环绕灶神星，并在2015年探索谷神星。12第一个在太阳系其它天体登陆的计划是前苏联在1959年都登陆月球的月球2号。从此以后，抵达越来越遥远的行星，在1966年计划登陆或撞击金星（金星3号），1971年到火星（火星3号），但直到1976年才有维京1号成功登陆火星，2001年登陆爱神星（会合-舒梅克号），和2005年登陆土星的卫星泰坦（惠更斯号）。伽利略太空船也在1995年抛下一个探测器进入木星的大气层；由于木星没有固体的表面，这个探测器在下降的过程中被逐渐增高的温度和压力摧毁掉。,载人探测载人的探测目前仍被限制在邻近地球的环境内。1第一个进入太空（以超过100公里的高度来定义）的人是前苏联的太空人尤里加加林，于1961年4月12日搭乘东方一号升空。2第一个在地球之外的天体上漫步的是尼尔阿姆斯特朗，它是在1969年的太阳神11号任务中，于7月21日在月球上完成的。3美国的航天飞机是唯一能够重覆使用的太空船，并已完成许多次的任务。在轨道上的第一个太空站是NASA的太空实验室，可以有多位乘员，在1973年至1974年间成功的同时乘载着三位太空人。4第一个真正能让人类在太空中生活的是前苏联的和平号空间站，从1989年至1999年在轨道上持续运作了将近十年。它在2001年退役，后继的国际空间站也从那时继续维系人类在太空中的生活。5在2004年，太空船1号成为在私人的基金资助下第一个进入次轨道的太空船。,与华人有关的小行星列表1第一颗在中国土地上发现的小行星：139瑞华星(Juewa)（发现者J.C.Watson）2第一颗由中国人发现的小行星：1125/3789中华(China)（发现者张钰哲，后1125更改为3789）3第一颗以中国人名命名的小行星：1802张衡(ZhangHeng)（发现者紫金山天文台）4第一颗以中国地名命名的小行星：2045北京(Peking)（发现者紫金山天文台）5第一颗以中国县名命名的小行星：3611大埔(Dabu)（发现者紫金山天文台）,与华人有关的小行星列表6第一颗以台湾人名字命名的小行星：2240蔡(Tsai)（发现者哈佛大学天文台）7第一颗以中国太空船名字命名的小行星：8256神舟(Shenzhou)（发现者紫金山天文台）8为表扬香港中学生陈易希在发明上的成就命名的小行星：20780陈易希星(Chanyikhei)（发现者LINEAR小组）9为表扬香港中学生陈嘉键在发明上的成就命名的小行星：23165陈嘉键星(Chankakin)（发现者美国麻省理工大学林肯实验室）10为表扬建国中学学生陈泓任在美国英特尔国际科技展览会上的成就命名的小行星：23279陈泓任星(Chenhungjen)（发现者美国麻省理工大学林肯实验室）,矮行星冥王星谷神星:正式名称为小行星1，是在太阳系内已知最小的，并且是唯一位于主带的一颗矮行星,外表呈现球状,是小行星带中最大和最重的天体。1801年1月1日被朱塞普皮亚齐发现，有长达半世纪之久的时间被称为第8颗行星。它的名称源自刻瑞斯，是掌管植物生长、收获和慈爱的罗马神。视星等在6.7至9.3之间变化，不能用裸眼看见。在2007年9月27日，NASA发射了黎明号