太阳系及其天体

1、太阳系及其天体,太阳系,1 太阳系概况 1、太阳：太阳系中心天体，是太阳系光和能量的来源，其质量占总质量的 99.865 %。 2、行星和卫星： 太阳系的主要成员 水 金 地 火 木 土 天 海 冥 ？ 卫星： 1 2 63 35 27 11 3 （2005初） 环带： 有 有 有 有 139 矮行星：冥、谷、齐娜 3、小天体： 小行星、彗星、流星、陨星。,一亿分之一的比例： 直径 距离 太阳 ：14m 水星 ： 5cm（0.6km ） 金星 ：12cm（1.1km ） 地球 ：13cm（1.5km） 火星 ： 7cm（2.3km ） 木星 ：140cm（7.8km ） 土星 ：120cm（1

2、4km ） 天王星 ：52cm（29km ） 海王星 ：49cm（45km ） 冥王星 ：2.6cm（59km ）,行星 轨道半长径 a(AU) 水 星 0.3871 金 星 0.7233 地 球 1.0000 火 星 1.5237 木 星 5.2027 土 星 9.5555 天王星 19.1911 海王星 30.1090,为什么把冥王星除名？,阋神星,冥王星 失去行星地位,在2006年8月24日召开的国际天文学联合会上，400多名天文学家以投票表决的方式，将冥王星“淘汰”出了行星行列，降级为“矮行星”； 按照新的定义，不但谷神星和“齐娜”没能成为行星，就连冥王星也失去了行星的资格，因为它没能

3、清除它轨道附近的天体冥王星和海王星的轨道存在交叉。冥王星转而被归为“矮行星” 。至此，冥王星失去了70多年的行星资格。太阳系又恢复到了8颗行星的状态。,双矮行星系统,冥王星（Pluto）,1930年发现 一直视为第九行星 周期 248 年,美国国家航空和航天局发布的2006年2月22日拍摄的冥王星（左上）、卡戎星（左下）及冥王星两颗卫星的照片,1930年，人们发现了“柯伊伯带”。所谓“柯伊伯带”，是海王星外的一大堆小星群，冥王星正是位于这星群之中。人们 怀疑，比地球月亮还要小的冥王星，会否只是小星群中的老大？,满足三判据的天体 定义为“行星” 一、绕日运行 二、近似球体 三、轨道清空,满足三判

4、据之二 定义为 “矮行星” 一、绕日运行 二、近似球体,轨道清空？,科学家认为行星应该具备清理轨道的能力，即能将自身周围的轨道环境清理“干净”，引力可以统治一定半径的空间，但是冥王星并不符合这一点，因为在距离冥王星不远的柯伊伯带附近仍然存在一些体积和质量较大的天体，冥王星并没有将它们清理。,仅满足三判据之一 即 绕日运行 的天体 均分类为 “太阳系小天体”,冥王星又回来了？,日前，美国的科学家们聚集到了哈佛史密森天体物理中心，他们听取了支持和反对恢复冥王星行星称号的声音，最后通过决议希望取消八年前国际天文联合会的决定。哈佛史密森天体物理中心是天文学界非常权威的机构，但是仅仅是美国科学家的一个愿

5、望不能让冥王星重新成为“行星”。这需要在国际天文联合会明年举行的会议上才能做出决定。,“较正确”的太阳系知识,太阳系由内围四个较像地球的较小行星，和外围四个较像木星的庞大行星组成，两组行星间有一条小行星带，而海王星之外，还有一组叫柯伊伯带的小星群，及彗星的故乡奥尔特云。 太阳系由八个行星及卫星 、一些“矮行星”及“小天体”）组成。 “八个行星”水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星 “矮行星”首批成员有谷神星、冥王星、卡戎和阋神星四个天体 “ 小天体” 其它环绕太阳运行的天体,2 、 行 星,一、分类： 类地行星 石质行星 ：水 金 地 火 体积小、密度大、中心有铁镍核、金属含量高

6、、自转慢、卫星少。 巨行星 气态巨星：木 土 天 海 体积大、密度小、主要由H 、He组成、无固体表面的流体行星、自转快、卫星多。,二、行星的自转与公转,自转周期 公转周期 一昼夜 水星： 58.646 天 88 天 176天 金星： 243天（逆） 225天 118天 地球： 24h 365.256天 火星： 24h41m 687天 木星： 9h50m30s （赤道处） 11.862年 土星： 10h14m 29.457年 天王星： 15h36m 84年 海王星： 17h50m 164.8年 冥王星： 6.3867天 248年,三、行星的环带,1、光环的组成：由无数大小不等 的冰块、岩石块、

7、尘埃颗粒组成。 2、光环的运动：为保持稳定，沿行星本身的赤道面 高速旋转，否则会被行星的巨大引力拉过去。 3、共性：1、洛希极限内；2、赤道面附近；3、总质量远小于行星及大卫星的质量；4、由分离的质点组成。 木星：既薄又暗、由尘埃及大小不等的石块组成。 土星： 成千上万条像密纹唱片一样，由碎冰块、 石块、尘埃颗粒组成。 天王星：有11条光环、间隔很大、由石块、尘埃、 冰块组成。 海王星：有5条光环、有的完整、有的残缺。,洛希极限,当行星与卫星距离近到一定程度时，潮汐作用就会使流体团解体分散。这个使卫星解体的距离的极限值是由法国天文学家洛希首先求得的，因此称为洛希极限。当天体和第二个天体的距离为

8、洛希极限时，天体自身的重力和第二个天体造成的潮汐力相等。如果它们的距离小于洛希极限，天体就会倾向碎散，继而成为第二个天体的环。,潮汐力,当引力源对物体产生力的作用时，由于物体上各点到引力源距离不等，所以受到引力大小不同，从而产生引力差，对物体产生撕扯效果，这种引力差就是潮汐力。,水星保护神 墨丘利,水星的表面,水手10号拍摄的水星照片,水星,大气极稀薄，事实上还在不断的损失其大气气体成分。 水星表面平均温度约452K，变化范围从90-700K，是温差最大的行星。 水星地形被标记为多起伏的，原因是几十亿年前水星的核心冷却收缩引起的外壳起皱。,新发现的水星表面由于致冷和收缩形成的皱纹区(Scarp

9、),此皱纹约几百公里长,3公里高.(注意到图的右上角还有一个大的皱纹区),水星表面的主要热盆地横跨1400公里,这些热盆地被一系列同心圆的山环绕着,金星象征 维纳斯,麦哲伦宇宙飞船探测金星，（a）金星表面（b）8km高的火山正在休眠 （c）流动的熔岩正穿越断裂地区,金星,金星,夜空中亮度仅次于月球，排第二，金星要在日出稍前或者日落稍后才能达到亮度最大。 类地行星，质量与地球类似，被叫做地球的“姐妹星”，也是太阳系中唯一一颗没有磁场的行星。在八大行星中金星的轨道最接近圆形，偏心率最小，仅为0.7%。,金星,表面温度： 最低温度465，平均温度475，最高温度485。 关于金星的内部结构，还没有直

10、接的资料，从理论推算得出，金星的内部结构和地球相似。,金星凌日,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。2004年之前的最后组金星凌日发生在1874年的12月和1882年12月。21世纪的首次金星凌日发生在2004年6月8日，另一次发生在2012年的6月6日。再下一次是2117年和2125年。间隔105年。,地球象征 该亚,在月球上拍摄的地球照片.,地球大气从对流层（Tropopause）、平流层（Stratosphere）、臭氧层（Ozone layer）、中间层（Mesosphere）到电离层顶(Ionosphere) 的温度、压力随地球高度的变化 （ A.T

11、. fig.7.2）,地球,太阳系行星中密度最大 目前宇宙中已知存在生命的唯一天体,旅行者1号 1991年 64.4亿公里,火星战神 玛尔斯,火星,火星上的平均温度大约为218K（-55），但却具有从冬天的140K（-133）到夏日白天的将近300K（27）的跨度。 火星的大气密度只有地球的大约1%，非常干燥，温度低，水和二氧化碳易冻结 近距离约为5500万公里，最远距离则超过4亿公里。两者之间的近距离接触大约每15年出现一次。,火星的图象 a.1991年地面望远镜拍摄 b. 1997年哈勃望远镜拍摄 c.1976年海盗宇宙飞船拍摄,火火,火,火星的图象,右下脚图是“火星探路者”拍照的近火星表

12、面照片,可见火星表面岩石遍布.,火星上的著名的奥林匹斯大火山,火星表面有大量的氧化铁物质，呈现出“赤地千里”的景色,火星上大峡谷里的雾- 海盗飞船拍摄,火星上大峡谷里的雾- 海盗飞船拍摄,火星上的河床遗迹与红河（b）比较,1984年在南极洲发现的ALH84001火星陨石,在地球上发现的Murchison 火星陨石的局部放大图像,火星陨石上有原始生命的微化石,两颗卫星,火卫一,火卫二,木星众星之王 朱庇特,木星 a.地面望远镜拍摄 b.哈勃望远镜拍摄,木星,太阳系中体积最大、自转最快、的行星 2012年2月23日科学家称发现木星2颗新卫星，累计卫星达68颗 气体行星，没有实体表面，它们的气态物质

13、密度随深度的变大而不断加大（我们从它们表面相当于1个大气压处开始算它们的半径和直径）。我们所看到的通常是大气中云层的顶端，压强比1个大气压略高。,航海者1号拍摄的木星大红斑-含有红磷化合物的特大气旋,航海者1号探测出木星是一颗浓密大气下的液态氢的“海洋”,1979年“旅行者1号”发现木星有光环,伽利略卫星,伽利略卫星是木星的四个大型卫星，由伽利略于1610年1月7日首度发现。这四个卫星可以低功率望远镜来观测。,土星第二代 天神克洛诺斯,土星,土星有一个显著的环系统，主要的成分是冰的微粒和较少数的岩石残骸以及尘土。 已经确认的土星的卫星有62颗。其中，土卫六是土星系统中最大和太阳系中第二大的卫星

14、。 平均密度只有0.70g/，是八大行星中密度最小的（甚至小于水）。,1994 年12月哈勃空间望远镜拍摄到的土星上赤道区域正发生风暴，插图表示在北极区早些时候发生过风暴。,土星光环由碎冰块、岩石块、尘埃等组成,天王星 统治整个宇宙 的天神乌剌诺斯,天王星,在太阳系中体积排名第三（大于海王星），质量排名第四（小于海王星）。 第一颗使用望远镜 发现的行星。 “躺着自转”。,天王星和它的光环-躺着自旋，是逆转，旅行者2号探测出很厚的大气层 a. 天卫一 b.c 天卫五,天王星 （可见有光环）和它的一个卫星（共有17颗卫星）,同志,海王星统治大海的 神涅普顿,海王星,海王星的大气层以氢和氦为主，还有

15、微量的甲烷在大气层中，大气层中的甲烷，这是使行星呈现蓝色的一部分原因。 “被计算出来的行星”：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。,海王星有14颗卫星，有5道光环，浓厚的大气，有磁场,“旅行者2号”拍到的海王星的暗斑-大风暴,海王星的光环,神话中阴森森 的冥王普鲁托,矮行星：柯伊伯带的小星群,冥王星（Pluto）和它的卫星 1930年发现 一直视为第九行星 周期 248 年,谷神星（Ceres） 1801年发现的第一个小行星 直径 952 km 距日 2.9 AU 周期 4.6 年,2003 UB 313 2005年发现者声称是 第十行星 命名:齐娜星（Xena） 直径

16、 2400100 km 近日距 38AU 远日距 97AU 周期 560年,3、行星的轨道运动一、行星的运动规律： （开普勒定律）,1、椭圆定律：行星绕太阳运动的轨道为椭圆，太阳位于一个焦点上。 2、面积定律：行星的向径在单位时间扫过的面积相等。 3、调合定律：行星公转周期的平方，与轨道半长径的立方成正比。（A3T2C） 严格推导为： A3T2G（M1M2）42,二、开普勒定律的运用,1、准确测定行星距离： 若取 a=1AU, T=365.2564日（1恒星年） a 3/ T 2=a 3 地/ T 2 地 = 1 （AU/年） 天文单位（日地距离）：1AU = 1.495978701011 m

17、 通过行星会合周期的测定求T，即可知a。 2、求天体的质量： a 3/ T 2 = G（M1+M2）/ 42 M 1,、 M2是两个互相绕转的天体质量，当M1远远大于M 2时， 有：M1 =42a3 /G T2,三、行星的轨道要素,在空间完全确定绕转体的运动状况，需要几个独立的量。 1、轨道半长径：a （大小） 焦点到椭圆中心的距离 2、偏心率：eca （a 2 b2）1/2a （形状） e=1 抛； e=0 圆； e1 双曲； e1 椭圆 3、轨道倾角： i （空间位置） 行星轨道面与黄道面的夹角。 4、升交点黄径： 升交点到春分点的角距。 5、近日点角距： （长轴方向） 升交点到近日点的角

18、距。 6、近日点时刻： 近日距：a（1 - e） 远日距：a（1 + e）,表5.3 八颗行星的轨道要素,行星 轨道半长径 偏心率 倾角 公转周期 会合周期 轨道运动 a(AU) (日) (日) 平均速度（km/s） 水 星 0.3871 0.2056 7.0 87.97 115.88 47.87 金 星 0.7233 0.0068 3.4 224.70 583.92 35.02 地 球 1.0000 0.0167 0 365.27 - 29.79 火 星 1.5237 0.0934 1.9 686.98 779.93 24.13 木 星 5.2027 0.0483 1.3 4332.71 3

19、98.88 13.06 土 星 9.5555 0.0560 2.5 10759.50 378.09 9.66 天王星 19.1911 0.0461 0.8 30685.00 369.66 6.80 海王星 30.1090 0.0097 1.8 60190.00 367.49 5.44 冥王星 39.5289 0.2482 17.1 90800.00 366.73 4.74,四、行星的距离分布,提丢斯-波得定则：(1766、德） （经验公式） 水 金 地 火 木 土 数列 0 3 6 12 24 48 96 +4 （ 4 7 10 16 28 52 100 ）10 以上数值为行星到太阳的距离 （

20、以1AU为单位；1AU =1亿5千万公里-日地距离） 1781 柏林天文台台长波得把以上内容总结为一个 经验公式：a N 0.40.32N-2 式中：N为序号；N水 ； N5为空缺。,提丢斯-波得定则,当时只知道五大行星，符合很好。 1871年，发现了第七颗行星天王星（19.2)，正好处于计算的位置(19.6)附近，海王星的位置(30.2;38.8)相差较大，冥王星(39.5;77.2)就更不符合了。 此定则在历史上对 小行星的发现起了推动 做用。尽管为不严格的 经验公式，但确实反映 了太阳系的基本规律。 起因：共同起源、长期演化 的必然结果。,五、行星的轨道特征,1、共面性：公转轨道几乎在同

21、一平面内。（ i 3 o） 只有水 7o 2、同向性：公转方向相同。 自转：金星逆转、天王侧转。 3、近圆性：公转轨道为近圆的椭圆 。 除水e偏大，其余e0.1。 一般认为：行星卫星轨道的三个特性决非偶然的巧合 4、符合距离分布定律,习题：,1、已知狮子座流星群的绕转周期为33年，试确定它们的轨道半长径。 a 3/ T 2 = 1 （AU/年）10.29 2、已知彗星轨道的偏心率e=0.9，周期T=1000年，求此彗星在近日点和远日点时离太阳的距离是多少？ 10AU，190AU， e=c/a a+c a-c a 3/ T 2 = 1 3、一行星飞船沿一定轨道行驶，此轨道的近日距为日地距离（1A

22、U），远日距为火日距（ 1.5AU ），求此飞船从地球飞到火星所需要的时间。0.7y 4、火星的会合周期为780天，求它的公转周期和到太阳的距离。686.9d 1.88y 1.52AU 5、傍晚前后，可否在东方看到金星，若在水星上呢？ 6、一颗短周期的彗星，近日点的距离为1AU ，轨道周期为125年。问它离太阳的最大距离是多少？49AU,4 、行星的视运动,观测者所见行星在天球上的位置移动 1、相对恒星的视运动： 路径特征： a、在黄道附近； b、带圈或折线的复杂曲线。 起因：地球与行星公转运动的合成。,2、相对太阳的视运动：,地内行星： 在太阳附近来回运动，与太阳保持一 定的角距范围。 地外

23、行星： 与太阳的角距任意。,一、行星相对太阳的视运动,1、内行星的视运动： 公转周期 ： 水 89天；金 224天； 地365.256天。 内行星的公转角速度大于地球，若认为地静止，上合后内行星将相对太阳向东偏离。,内行星相对太阳的几个位置： 上合 东大距 下合 西大距 上合 看不见 昏星 看不见 晨星 看不见 水星大距：与太阳角距 180 280 e=0.206 金星大距： 450 480 e=0.001,水星、金星,水星、金星、在地球轨道内绕太阳运行，称为“内行星”，从地球上看，它们离开太阳的距离不会超过某一角度，特别是水星，离太阳不超过28，经常掩没在太阳的光辉里。观测水星只能在傍晚或黎

24、明时进行。金星的观测要容易的多，它是天上除了太阳、月亮外最亮的天体，离太阳最远可达48。我国古代把它称为“启明星”和“长庚星”。,内行星凌日：罕见的天象,水：13次/百年；金：4次/243年 金:1874.12.8 2004.6.8 1882.12.6 2012.6.6 发生的条件:下合 交点 地球过金星升交点:6.7 降交点:12.9 地球过水星升交点:11.10 降交点:5.8,水星、金星凌日,内行星有时会观测到它们从太阳表面经过，称为“凌日”。水星、金星的凌日现象比较罕见，非常值得观测。 2003年5月7日与2006年11月8日曾发生一次水星凌日。 下次要等到2032年11月13日。,金

25、星凌日,2004年6月8日我国观测到一次金星凌日，机会非常难得，上次金星发生在1882年，下次发生在2012年6月7日，在以后要到2117年才有机会。,内行星的位相变化,位相变化: 行星本身不发光,当它与地球的相对 位置发生变化时,便会出现不同的位相。 下合 西大距 上合 东大距 朔 下弦 望 上弦 1、因内行星与地球距离时时不同,所以在不同位相时的视圆面角径不同。 金:新月 - 角直径64; 满月 - 角直径10 2、与月相的顺序不同。,内行星的位相变化 内行星在视运动中也呈现位相变化，因行星与地距的变化，金星的视角径为9.6-66，甚至肉眼可见。,2、外行星相对太阳的视运动,公转周期： 火

26、 1.8808年 木 11.862年 土 29.45年 外行星相对太阳的几个位置： 合 西方照 冲 东方照 合 看不见 子夜升 整夜见 正午升 看不见 大冲：行星处于近日 点附近时的冲日。 (距离最小的冲） （外行星的公转角速度 小于地球，合后外行星 相对太阳逐渐偏西。）,二、行星相对恒星的视运动,1、地内行星相对恒星的视运动： 上合 东大距 留 下合 留 西大距 上合 顺 顺 逆 逆 顺 顺,2、地外行星相对恒星的视运动： 合 西方照 留 冲 留 东方照 合 顺 顺 逆 逆 顺 顺,火星视运动的原理,行星相对恒星的视运动 可以用速度合成解释,三、行星的会合周期,行星连续两次合（冲）的时间间隔

27、，为行星相对太阳的视运动周期。 会合方程： S （360 0/E 360 0/T）= 360 0 1/E 1/T 外 =1/S； 1/T 内 1/E =1/S E：地球公转周期 E = 365.256 ； S：会合周期； T：行星公转周期。,月亮女神 阿尔特弥斯,3.6、太阳系内的小天体,一 、小行星： 1、发现： 1801年元旦夜，意.皮亚齐无意中发现谷神星 2、命名： 新发现的小行星只给一个临时编号，算出运行轨道，并见到两次回归后才有正式编号，有正式编号的小行星，可由发现者给一个专有名称。,地球,太阳,火星,哈工大星,木星,3、轨道： 1）主带小行星： 在火木轨道之间 2.1-3.3AU为主环带，带内的小行星为主带小行星。占95 0/0,2）近地小行星,a