太阳系相关知识

太阳系是由受太阳引力约束的天体组成的系统，它的最大范围约可延伸到1光年以外。太阳系的主要成员有：太阳（恒星）、九大行星（包括地球）、无数小行星、众多卫星（包括月亮），还有彗星、流星体以及大量尘埃物质和稀薄的气态物质.在太阳系中，太阳的质量占太阳系总质量的99.8%，其它天体的总和不到有太阳的0.2%。太阳是中心天体，它的引力控制着整个太阳系，使其它天体绕太阳公转，太阳系中的九大行星（水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星）都在接近同一平面的近圆轨道上，朝同一方向绕太阳公转。

	距离 (AU)	半径 (地球)	质量 (地球)	轨道倾角 (度)	轨道 偏心率	倾斜度	密度 (g/cm3)
太阳	0	109	332,800	---	---	---	1.410
水星	0.39	0.38	0.05	7	0.2056	0.1°	5.43
金星	0.72	0.95	0.89	3.394	0.0068	177.4°	5.25
地球	1.0	1.00	1.00	0.000	0.0167	23.45°	5.52
火星	1.5	0.53	0.11	1.850	0.0934	25.19°	3.95
木星	5.2	11.0	318	1.308	0.0483	3.12°	1.33
土星	9.5	9.5	95	2.488	0.0560	26.73°	0.69
天王星	19.2	4.0	17	0.774	0.0461	97.86°	1.29
海王星	30.1	3.9	17	1.774	0.0097	29.56°	1.64
冥王星	39.5	0.18	0.002	17.15	0.2482	119.6°	2.03

九大行星中，一般把水星、金星、地球和火星称为类地行星，它们的共同特点是其主要由石质和铁质构成，半径和质量较小，但密度较高。把木星、土星、天王星和海王星称为类木行星，它们的共同特点是其主要由氢、氦、冰、甲烷、氨等构成，石质和铁质只占极小的比例，它们的质量和半径均远大于地球，但密度却较低。冥王星是特殊的一颗行星。 行星离太阳的距离具有规律性，即从离太阳由近到

远计算，行星到太阳的距离（用a表示）a=0.4+0.3*2n-2（天文单位）其中ｎ表示由近到远第n个行星（详见上表） 地球、火星、木星、土星、天王星、海王星的自转周期为12小时到一天左右，但水星、金星、冥王星自转周期很长，分别为58.65天、243天和6.387天，多数行星的自转方向和公转方向相同，但金星则相反。 除了水星和金星，其它行星都有卫星绕转，构成卫星系。

在太阳系中，现已发现1600多颗彗星，大多数彗星是朝同一方向绕太阳公转，但也有逆向公转的。彗星绕太阳运行中呈现奇特的形状变化。 太阳系中还有数量众多的大小流星体，有些流星体是成群的，这些流星群是彗星瓦解的产物。大流星体降落到地面成为陨石。 太阳系是银河系的极微小部分，它只是银河系中上千亿个恒星中的一个，它离银河系中心约8.5千秒差距,即不到3万光年。太阳带着整个太阳系绕银河系中心转动。可见，太阳系不在宇宙中心，也不在银河系中心。 太阳是50亿年前由星际云瓦解后的一团小云塌缩而成的，它的寿命约为100亿年。

    月球是离开地球最近的天体，月球与地球的平均距离是384400公里。月球的形状是一个浑圆的圆球。月球的平均直径是3476公里，面积3800万平方公里，其质量大约相当于地球质量的八十分之一，它的密度只有地球的五分之三。在月球上几乎没有大气和水分。月面上阴暗部分，其面积较大的是“海”，较小的是“湖”、“湾”或“沼”，其实月面上的海是徒有虚名的，它滴水不含，是低洼的大平原，其中最大的平原是“风暴洋”。月球上明亮的部分是高地和山脉，那里山峦重叠，山脉纵贯，坑穴密布，沟壑纵横，这就是月球上的所谓“陆”。“陆”比“海”平均要高出约1500米。此外，在月球上可见星罗棋布、奇离古怪的环形山，环形山实际上是一块被围起来的洼地，其底部凹陷下去，四周台垣比里面高出数千米。 月球绕地球旋转叫月球的公转。月球的运动是自西向东的，它的轨道同所有天体的轨道一样也是椭圆状的，距地球最近的一点叫近地点，而离地球最远的那一点叫远地点。月亮向西运动的证据是它每次西沉的时刻平均要推迟49分钟，若相对恒星来说，它的运动周期约27.3天，即在此时间内，它在空间运转3600； 但与此同时地球也一直不停地绕日运转，因此月亮要完成它的一个相位周期，即从新月开始经满月又回到新月就应再增2天多，共计约29.53天。 因此月亮的恒星运动周期约27.3天，叫恒星月；而相对日地联线的运动周期约29.53天，叫朔望月；朔望月便是月份的依据。 从地球眺望月亮，似乎觉得月球并没有自转，因为它总是以同一面向着地球的，因为总是看到同样的斑点，即“吴刚砍伐桂树”；其实这一点正说明月球在自转，其自转周期恰好与它的公转周期相等：假设月亮公转与自转相等，当月球经过它的轨道的四分之一时，它本身也自转了900的弧，此时月球上的斑点这恰好正对着地球了；反之，倘若月球不自转，那么从地球上看月亮的斑点，它将每月转动一周，就不会总是看到月球上同样的斑点。 
    太阳是太阳系的中心，它是离地球最近的一颗中等以下的恒星，其离开地球的平均距离是一亿五千万公里，它是一个直径为864000英里的巨大气球，它的质量为地球的333000倍，密度为水的1.41倍。我们在天空中所看到的太阳，是它的可见的表面，这叫做光球，它是一种气体表面，处在太阳的最外层，其强烈的压力和极高的温度足以使之发出连续光谱。在光球的上面还有两层明显不同的气体，紧挨光球之上向外延伸到约5000英里至10000英里的是色球， 它在日全食期间的几秒钟里就能看到，呈淡红色。色球的外面是一片珍珠般的白色稀薄气体，叫日冕，它向外延伸数百万英里之遥，许多行星包括地球在内，实际上都是在日冕的范围内运行。 罗马神话中，冥王星（希腊人称之为Hades哈迪斯）是冥界的首领。这颗行星得到这个名字（而不采纳其他的建议）可能是由于他离太阳太远以致于一直沉默在无尽的黑暗之中，也可能是因为冥王星(pluto)开头的两字母是Percival Lowell是缩写。 

    冥王星是在1930年由于一个幸运的巧合而被发现的。一个后来被发现错误的计算“断言”基于天王星与海王星的运行研究，在海王星后还有一颗行星。美国亚利桑那州的Lowell天文台的Clyde W. Tombaugh由于不知道这个计算错误，对太阳系进行了一次非常仔细的观察，然而正因为这样，发现了冥王星.发现了冥王星后，人们很快发现冥王星太小及与其他行星运行轨道有差异。对未知行星(Planet X)的研究还在继续，但没发现任何东西。如果采用了旅行者2号飞船计算出的海王星的质量，那么另一个质量差异就消失了，也就不会有第十颗行星了。 冥王星是唯一一颗还没有太空飞行器访问过的行星。甚至连哈博太空望远镜也只能观察到它表面上的大致容貌（见左图和上图）。 

    很幸运，冥王星有一颗卫星，冥卫一。也是靠着好运气，它才能被发现。这是在1978年，它在向着太阳系内运行时，刚好运行到轨道的边缘时被发现的。所以可能通过冥卫一观察许多冥王星的运行，反之亦然。通过精密计算，什么物体什么部分在什么时候被覆盖以及观察光亮曲线，天文学家能够绘出两个半球光亮区域与黑暗区域的大致地图。 

    冥王星的半径还不很清楚，JPL（Jet Propulsion Laboratory，喷气推进实验室）的数值1137千米被认为有+-8的误差，几乎近1％。

尽管冥王星和冥卫一的总质量知道得很清楚（这可以通过对冥卫一运行轨道的周斯及半径精确测量和开普勒第三定律而确定），但是冥王星和冥卫一分别的质量却很难确定。这是因为要分别求出质量，必须测得更为精确的有关冥王星与冥卫一系统运行时的质心才能确定测量出，但是它们太小而且离我们实在太远，甚至哈博太空望远镜对此也无能为力。这两颗星质量比可能在0.084到0.157之间。更多的观察正在进行，但是要得到真正精密的数据，只有送一艘太空飞行器去那里。 

    冥王星是太阳系中第二个反差极大的天体（次于土卫八）。探索这些差异的起因是计划中的冥王星特快计划中首要目标之一。有些人指出，冥王星更应该被归作是一颗小行星或是彗星，而不是行星。一些认为这是Kuiper Belt（轨道比冥王星更远的星体“云”）物质中最大的一个。尽管还有对冥王星的最新地位的评估，但在历史上冥王星被认为是行星，而且可能这样保持下去。冥王星的轨道十分地反常，有时候比海王星离太阳更近（从1979年1月开始持续到1999年2月）。冥王星的自转方向也与大多数其他行星的方向相反。冥王星与海王星的共同运动比为3:2，即冥王星的公转周期刚好是海王星的1.5倍。它的轨道交角也远离于其他行星。因此尽管冥王星的轨道好像要穿越海王星的轨道，实际上并没有。所以他们永远也不会碰撞
    距地球几万光年的距离是怎么测的?
    一般是用三角法，比如说地球在春分点和秋分点时分别观测一颗恒星对地球的角度，然后以公转轨道半径为基线，算出它距地球的距离 

    对于较近的天体（500光年以内）采用三角法测距。 
    500－－10万光年的天体采用光度法确定距离。 
    10万光年以外天文学家找到了造父变星作为标准，可达5亿光年的范围。 
    更远的距离是用观测到的红移量，依据哈勃定理推算出来的。 
    参考资料：吴国盛 《科学的历程》 

    同的天体距离要有不同的方法，摘抄如下：

天体测量方法

2.2.2光谱在天文研究中的应用

人类一直想了解天体的物理、化学性状。这种愿望只有在光谱分析应用于天文后才成为可能并由此而导致了天体物理学的诞生和发展。通过光谱分析可以：(1)确定天体的化学组成；(2)确定恒星的温度；(3)确定恒星的压力；(4)测定恒星的磁场；(5)确定天体的视向速度和自转等等。

2.3天体距离的测定
人们总希望知道天体离我们有多远，天体距离的测量也一直是天文学家们的任务。不同远近的天体可以采不同的测量方法。随着科学技术的发展，测定天体距离的手段也越来越先进。由于天空的广袤无垠，所使用测量距离单位也特别。天文距离单位通常有天文单位(AU)、光年(ly)和秒差距(pc)三种。

2.3.1月球与地球的距离

月球是距离我们最近的天体，天文学家们想了很多的办法测量它的远近，但都没有得到满意的结果。科学的测量直到18世纪（1715年至1753年）才由法国天文学家拉卡伊(N.L.Lacaille)和他的学生拉朗德(Larand)用三角视差法得以实现。他们的结果是月球与地球之间的平均距离大约为地球半径的60倍，这与现代测定的数值（384401千米）很接近。

雷达技术诞生后，人们又用雷达测定月球距离。激光技术问世后，人们利用激光的方向性好，光束集中，单色性强等特点来测量月球的距离。测量精度可以达到厘米量级。

2.3.2太阳和行星的距离

地球绕太阳公转的轨道是椭圆，地球到太阳的距离是随时间不断变化的。通常所说的日地距离，是指地球轨道的半长轴，即为日地平均距离。天文学中把这个距离叫做一个“天文单位”(1AU)。1976年国际天文学联合会把一个天文单位的数值定为1.49597870×1011米，近似1.496亿千米。

太阳是一个炽热的气体球，测定太阳的距离不能像测定月球距离那样直接用三角视差法。早期测定太阳的距离是借助于离地球较近的火星或小行星。先用三角视差法测定火星或小行星的距离，再根据开普勒第三定律求太阳距离。1673年法国天文学家卡西尼(Dominique Cassini)首次利用火星大冲的机会测出了太阳的距离。

许多行星的距离也是由开普勒第三定律求得的，若以1AU为日地距离，“恒星年”为单位作为地球公转周期，便有：T2＝a3。若一个行星的公转周期被测出,就可以算出行星到太阳的距离。如水星的公转周期为0.241恒星年，则水星到太阳的距离为0.387天文单位(AU)。

2.2.3恒星的距离

由于恒星距离我们非常遥远，它们的距离测定非常困难。对不同远近的恒星，要用不同的方法测定。目前，已有很多种测定恒星距离的方法：

(1)三角视差法

河内天体的距离又称为视差，恒星对日地平均距离（a）的张角叫做恒星的三角视差(p)，则较近的恒星的距离D可表示为：

sinπ＝a/D

若π很小，π以角秒表示，且单位取秒差距(pc)，则有：D=1/π

用周年视差法测定恒星距离，有一定的局限性，因为恒星离我们愈远，π就愈小，实际观测中很难测定。三角视差是一切天体距离测量的基础，至今用这种方法测量了约10,000多颗恒星。

天文学上的距离单位除天文单位（AU）、秒差距(pc)外，还有光年(ly)，即光在真空中一年所走过的距离，相当94605亿千米。三种距离单位的关系是：

1秒差距(pc)＝206265天文单位(AU)＝3.26光年＝3.09×1013千米

1光年(1y)＝0.307秒差距(pc)＝63240天文单位(Au)＝0.95×1013千米。

(2)分光视差法

对于距离更遥远的恒星，比如距离超过110pc的恒星，由于周年视差非常小，无法用三角视差法测出。于是，又发展了另外一种比较方便的方法--分光视差法。该方法的核心是根据恒星的谱线强度去确定恒星的光度，知道了光度（绝对星等M），由观测得到的视星等(m)就可以得到距离。

m - M= -5 + 5logD.

(3)造父周光关系测距法

大质量的恒星，当演化到晚期时，会呈现出不稳定的脉动现象，形成脉动变星。在这些脉动变星中，有一类脉动周期非常规则，中文名叫造父。造父是中国古代的星官名称。仙王座δ星中有一颗名为造父一，它是一颗亮度会发生变化的“变星”。变星的光变原因很多。造父一属于脉动变星一类。当它的星体膨胀时就显得亮些，体积缩小时就显得暗些。造父一的这种亮度变化很有规律，它的变化周期是5天8小时46分38秒钟，称为“光变周期”。在恒星世界里，凡跟造父一有相同变化的变星，统称“造父变星”。



2 天体测量方法


1912 年美国一位女天文学家勒维特（Leavitt 1868--1921）研究小麦哲伦星系内的造父变星的星等与光变周期时发现：光变周期越长的恒星，其亮度就越大。这就是对后来测定恒星距离很有用的“周光关系”。目前在银河系内共发现了700多颗造父变星。许多河外星系的距离都是靠这个量天尺测量的。

(4)谱线红移测距法

20 世纪初，光谱研究发现几乎所有星系的都有红移现象。所谓红移是指观测到的谱线的波长(l)比相应的实验室测知的谱线的波长(l0)要长，而在光谱中红光的波长较长，因而把谱线向波长较长的方向的移动叫做光谱的红移，z=(l-l0)/ l0。1929年哈勃用2.5米大型望远镜观测到更多的河外星系，又发现星系距我们越远，其谱线红移量越大。

谱线红移的流行解释是大爆炸宇宙学说。哈勃指出天体红移与距离有关：Z = H*d /c，这就是著名的哈勃定律，式中Z为红移量；c为光速；d为距离；H为哈勃常数，其值为50～80千米／(秒·兆秒差距)。根据这个定律，只要测出河外星系谱线的红移量Z，便可算出星系的距离D。用谱线红移法可以测定远达百亿光年计的距离。