太阳和太阳系

太阳和太阳系太阳系：太阳系是由太阳、行星及其卫星、小行星、彗星、流星体和行星际物质构成的天体系统。太阳系的中心天体是太阳。原因有两点：太阳系的总质量中，太阳几乎占99.9%，这样，太阳就有足够强大的引力，吸引太阳系中的其他一切天体都环绕其运行；太阳是太阳系中唯一能够自身发光的天体，它是太阳系的光和热的主要源泉。一、太阳（一）太阳的距离、大小和质量1、太阳的距离太阳的距离指的是太阳和地球的距离，即日地距离。通常所说的日地距离是指太阳和地球的平均距离，更准确地说，是地球公转轨道的半长轴。日地平均距离在天文学上被作为一个长度单位，称为天文单位（A.U.）。天文单位是用来度量太阳系内天体间距离的基本单位。1976年天文学联合会确定，1个天文单位为149597870.5千米（此值于1984年起采用，目前测定的新值为149597892千米）。日地距离目前只能用间接的方法测定：三角视差法雷达测距法日地距离测定的基本思路是：把太阳对地球的距离a的测定，同太阳对另一天体（距离地球较近的小行星）的距离a1的测定联系起来。日地距离测定的具体步骤是：测定a与a1之差，即a-a1值，记为m；（此值测定方法可用三角视差法、雷达测距法）测定a与a1之比，即a/a1值，记为n；（此值测定方法可用开普勒第三定律，即：a3/a13=T2/T12）联解方程a1-a=m，求出a值。a/a1=n2、太阳的大小太阳的视直径P=31'59"30太阳的视半径р=15'59"6太阳的线半径R=a×sinp≈69.564万km3、太阳的质量、密度和重力太阳的质量为：M=1.989×1030kg=1.989×1027t太阳的平均密度为：1.409g/cm3太阳表面的重力加速度为：274m/s2（二）太阳的热能、温度和热源1、太阳的热能太阳常数：在没有大气影响下，在日地平均距离处，太阳光垂直照射时，地表上每平方厘米的面积上，每分钟接受的太阳辐射能，叫做太阳常数，其数值为1.97卡/平方厘米·分。地球每分钟所获得的太阳能为：π×（6.371*108）2平方厘米×1.97卡/平方厘米·分=2.5×1018卡/分太阳每分钟向宇宙空间辐射的热能为：4π×（1.496×1013）2×1.97卡/平方厘米·分=5.54×1027卡/分2、太阳的温度推算太阳表面的温度可以根据斯蒂芬——波尔兹曼定律。即：E=λT4太阳表面的有效度为：T=5770k≈5500℃3、太阳的热源太阳的热源来自太阳内部，是在太阳内部的热核反应过程中产生的。具体地说是在氢核聚变为氦核的过程中产生的核能。411H42He++2e++2ν+γ在这样的热核反应中，发生的是质量与能量的转化，也就是说，这些能量是由物质的质量转化而成的，所消耗的是氢核和质量，所产生的是氦核和能量。太阳能产生在太阳的核心。太阳内部的能量是用之不竭的。（三）太阳的结构内部——为稠密气体，处于高温高压下，由里向外分为三个圈层。①核反应区——范围从太阳中心到0.25R⊙。②辐射区——范围从0.25R⊙到0.8R⊙。③对流区——稠密大气的最外层。外部——为稀薄的太阳外层气体，又称太阳大气，按照次序和物理性质，又可分为三个同心圈层。①光球层②色球层③日冕层附：太阳结构示意图1、光球层光球层是肉眼所见的光芒夺目的太阳表面，它是太阳大气的最外层，厚约500Km。光球层上最显著的现象是经常出现耀斑和太阳黑子。光斑是光球外层的较热气团形成的明亮“斑点”；而黑子是一种比周围亮度稍低的黑暗“斑点”，它是光球上的漩涡，是太阳物质大规模运动所造成的。太阳黑子本身并不黑，只是其温度较一般光球低一千多度，在明亮光球的反衬下显得发黑。黑子有大有小，有时单个、有时成对成群出现；黑子的多少，有平均11年的周期。太阳黑子是太阳活动的主要标志2、色球层在光球上面的太阳大气，叫色球层，它的厚度各处不一，平均约为2000km。色球层有时会产生突然爆发现象，在仪器观察中表现为特别明亮的斑点，叫耀斑。耀斑多半位于黑子群的上空及其附近。色球层中，有时还有巨大的气柱升腾而起，叫做日珥。日珥上升的高度可达几万甚至一百多万公里，然后落回日面，或脱离太阳引力，消失在宇宙空间。3、日冕层日冕层在色球层之上，是愈来愈稀薄的太阳大气的最外层，也是最厚的一层，它从色球边缘向外伸展到几倍太阳直径那么远的地方。日冕层离太阳比较远，受到太阳的引力比较小，在高温下，粒子的动能很大，足以使其摆脱太阳的引力不断地向外膨胀，热电离的气体粒子以高速度向外流出，就形成了太阳风。太阳风是从太阳发射出来的超音速粒子流。（四）太阳活动及其对地球的影响太阳活动是指太阳大气中的一系列物理过程，他们使太阳辐射的短波部分和长波部分以及微粒辐射部分发生显著的变化。这些变化表现在光球上的黑子和光斑，色球上的日珥和耀斑等，所有这些变化称为太阳活动。太阳活动有强有弱，并有周期性，如一般所说的11年的周期。太阳活动的变化，会引起一系列的地球物理现象，如磁暴、电离层干扰、极光等。太阳活动对地球上的天气和气候、地震的发生等也都有一定的影响二、行星（一）行星及其分类1、行星概念行星是在椭圆轨道上环绕恒星运行，近似球形的天体，它一般本身不发光，而以表面反射太阳光而发亮。2、行星分类地球轨道为界分为：地内行星（水星、金星）、地外行星（火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星）小行星带为界分为：内行星（水星、金星、地球、火星）、外行星（木星、土星、天王星、海王星、冥王星）物理化学性质分为：类地行星（水星、金星、地球、火星）、类木行星（木星、土星、天王星、海王星）按物理化学性质不同又可分为：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、海王星、冥类地行星：离太阳较近的水星、金星、地球、火星都属于类地行星。它们的物理性质与地球相似，即质量较小，体积也小，但平均密度较大，表面温度较高；化学组成以重物质为主，有固体表面，中心有铁核，含金属元素比例高；另外，公转周期较短，自转周期较长，卫星数较少。类木行星：离太阳较远的木星、土星、天王星、海王星都属于此类。它们的物理性质与木星相似，即质量较大，体积也大，但平均密度较小，表面温度较低；化学组成以轻物质为主，主要为氢、氦、氖，没有固体表面；公转周期较长，自转周期较短，卫星数目多。九大行星（二）九大行星的特征1、水星离太阳最近的行星，表面几乎没有大气的存在，没有卫星；绕日运动速度最快（47.89km/s），公转周期最短（88日）；昼夜很长，约为176天（自转周期58.6日，等于公转周期的2/3）；昼夜温差很大（赤道上的白天温度可达摄氏427度，夜晚冷到摄氏-173度）。2、金星离地球最近的行星，没有卫星；表面有比较浓厚的大气；具有独特的自转：①自转方向自东向西；②唯一的自转周期（243日）超过百日，且自转周期大于公转周期（224.7日）的行星；③昼夜较长，一昼夜相当于地球的117日。3、火星体积和质量虽均比地球小，但在许多方面与地球很相似，如有大气包围的固体球表面；有近似的自转周期（24小时37分）及赤道面与轨道面的交角（24o），有相似的昼夜长短，也有四季变化，但季节比地球约长一倍。外部条件与地球有很大的差异，如火星表面的平均温度比地球低30ºC以上，昼夜温差常超过100ºC；火星大气极其稀薄，主要成分是二氧化碳（约占95%），严重缺氧，水汽极少。有二颗卫星。4、木星体积质量最大（体积约为地球的1316倍，质量是地球的318倍）；自转周期最短，自转速度最快；标志最明显（表面有长3至4万千米，宽1万4千米的“大红斑”）；卫星数多（已发现并证实的卫星有16个）；有光环。 5、土星是太阳系中仅次于木星的第二大行星；密度很小（仅0.7克/厘米3），比水还轻；卫星数多（已发现23个，命名的有18个）；有七个同心大光环。6、天王星（左图）是远日行星中体积最大的行星；在轨道上运转姿态独特（“躺倒”在轨道上自东向西逆向自转）；有较浓密的大气；有光环。7、海王星（右图）是远日行星中质量最大的行星；有较浓密的大气，表面温度低；有8颗卫星。8、冥王星离太阳最远，体积和质量最小，表面最冷；轨道特征突出——轨道半径长（39.87天文单位）、轨道偏心率（0.25）、轨道面对黄道面倾角（17º12'）都是九大行星中最大的；公转速度最小（4.74km/s）。三、太阳系中的小天体（一）小行星小行星是在火星和木星轨道之间，沿椭圆轨道绕太阳运动的小天体。现已发现小行星50万颗以上，已确定轨道的有近2万颗。特征如下：密集于火、木轨道之间，组成小行星带；体积很小，质量极轻（体积和质量最大的是谷神星，其线直径为770—1050km，仅及地球的1/15；质量为11.7x1023克，约为冥王星的1/12）；形状各异、表面粗燥、结构松散（除谷神星和灶神星可能是球状外，绝大多数小行星的形状是不规则的）；个别有卫星。（二）彗星彗星是质量很小，体积很大的雾状天体，当它出现时，常常拖着一条发光的长尾巴，所以又称它为“扫帚星”。1、彗星的结构一个大而完整的彗星包括彗核、彗发、彗晕和彗尾四部分；彗核是彗星的主体，其质量占彗星总质量的95%；但彗核很小，半径从几百公尺到10公里不等，主要由水冰、尘埃、有机物、一氧化碳、二氧化碳组成。2、彗星的特征彗星本质上是在偏心率很大的轨道上绕日运行的冰物质；彗星的外貌和亮度随着它离太阳的远近而变化；彗星在轨道运行中，彗尾延伸的方向总是背向太阳的；彗星的奇特外貌是它通过近日点前后的暂时现象。3、彗星的轨道彗星围绕太阳运行的轨道有三种形式：①抛物线轨道——非周期彗星②双曲线轨道——非周期彗星③椭圆轨道——周期彗星周期彗星最著名的是哈雷彗星。短周期彗星（周期短于200年）长周期彗星（周期长于200年）彗星围绕太阳运行的三种轨道形式（三）流星和陨星1、流星在星际空间，存在许多环绕太阳运行的微小尘粒固体块，叫流星体。环绕太阳运动的流星体，当他们经过地球附近时，受到地球引力而改变轨道，其中一些流星体闯入地球大气圈，同大气摩擦燃烧产生的光迹叫流星。流星是流星体落入大气中所产生的现象，它们一般在100km上空开始燃烧，在80km左右高空化为灰烬。瞬间出现的大量流星称为流星雨。一些体积大的流星体可以进入低层大气中燃烧，产生特别明亮的光迹，有的在白天也可以看见，叫火流星。一般而言，下半夜所见到的流星多于上半夜。2、陨星一些质量大的流星体穿经大气层燃烧未尽落到地面上，就是陨星，又叫陨石。陨星按其物质组成不同可以分为三类：①石陨星又称陨石，主要由硅酸盐组成，含少量铁镍金属和铁的硫化物。该类陨星约占全部陨星的92%。目前已知最重的陨石是“吉林1号”陨石，重1770kg。②铁陨星又称陨铁，主要由铁镍金属组成，含少量铁的硫化物、磷化物和碳化物。该类陨星只占全部陨星的6%左右；目前已发现的最重的陨铁在纳米比亚的格鲁特丰坦的“戈巴陨铁”，重约60吨；其次是格陵兰的“约克角1号”陨铁，重约34吨；第三是在我国新疆青河县发现的“青骆驼”，重约30吨。③石铁陨星由大致等量的铁镍金属和硅酸盐等矿物组成，约占全部陨星的2%左右。陨星撞击地球后留下大的陨石坑。（四）行星际物质在行星际空间分布着极其稀薄的气体和极少量的尘埃，称它们为行星际物质，包括行星际气体和行星际尘埃。行星际空间存在的气体不是中性原子或分子，而是带电的粒子，主要成分是质子（氢原子核）和自由电子，还有α粒子（氦原子核），这种带电粒子称为等离子体。行星际空间的等离子体来自太阳风。行星际尘埃来源于彗星的破裂、小行星的瓦解以及流星体和宇宙尘等。四、太阳系的结构和运动特征（一）太阳系的运动特征——开普勒行星运动三大定律第一定律——轨道定律行星绕日公转的轨道都是椭圆（见九大行星的轨道），太阳位于椭圆的一个焦点上。第二定律——面积定律行星与太阳的连线（即向径）在相同的时间里扫过的面积相等，或者说面积速度保持不变。第三定律——周期定律行星绕太阳公转周期的平方同它们与太阳平均距离（轨道平均半径）的立方成正比例。即：T12:T22=a13:a23。开普勒认为，行星单纯绕太阳中心运动；牛顿认为，行星和太阳都绕它们的共同质心运动；质心的位置取决于二者的质量比。开普勒描述了行星