八大行星的相關知識

水星，距離太陽最近的行星。中國古代稱為辰星。最亮時目視星等為-1.9等，與太陽角距最大不超過28°，由於它離太陽很近，經常淹沒在太陽的光輝里，只有在大距前後才能觀測到。至今尚未發現有衛星。水星的軌道傾角為7°，是除冥王星外軌道傾角最大的行星。公轉的平均速度為47.89公里/秒，是太陽系中運動速度最快的行星，軌道半長徑約5790萬公里，離心率較大，為0.206，僅次於冥王星。公轉周期為87.969日，會合周期為115.86日，自轉周期為58.646日，恰為公轉周期2/3。19世紀中葉發現水星的近日點進動每百年為5601〃，用經典力學只能解釋5558〃，其餘43〃無法解釋，即「水星近日點進動問題」。有人提出是由尚未發現的「水內行星」引起的，並計算出「水內行星」的軌道，但多次利用日全食進行觀測都未發現。直至1915年，愛因斯坦建立了廣義相對論後，才得以解決。水星的赤道半徑約2440公里，是地球的38.3%，體積是地球的5.6%，質量為3.33×1026克，也是地球的5.6%，平均密度為5.46克/厘米3，僅次於地球，表面重力加速度為373厘米/秒2。反率為0.06，色指數為+0.91，都比月球的略小。水星的表面很象月球，有很多大小不一的環形山及平原、裂谷、盆地等。水星有極稀薄的大氣，氣壓小於2×10-9百帕，由氦、氫、氧、碳、氬、氖、氙等元素組成。由於大氣非常稀薄，所以晝夜溫差很大，白天溫度高達700K，而夜間可降到100K。水星有偶極磁場，赤道上磁場強度為4×10-7特斯拉，兩極為7×10-7特斯拉。 金星，太陽系九大行星之一，按距離太陽由遠到近的順序排列第二。中國古代稱「太白星」，為除日、月之外全天最亮的星，最亮時達-4.4等。由於金星位於地球軌道內側，所以總是出現在太陽附近，它與太陽的角距不大於48°，當位於太陽西方時為晨星，位於太陽東方時為昏星，古代的人為它們分別命名，稱晨星為「啟明」，稱昏星為「長庚」。至今尚未發現金星有衛星。金星的公轉軌道是一個很接近正圓的橢圓，其離心率僅0.007，軌道傾角為3.4°。與太陽的平均距離為0.723天文單位，平均軌道速度約35公里/秒，公轉周期224.7日。金星與地球間的距離變化相當大，最近時僅4×107公里，此時視直徑為61〃；最遠時可達2.57×108公里，視直徑僅10〃。金星是太陽系內唯一逆向自轉的大行星，也就是說，在金星上太陽是西升東落的。金星的自轉非常緩慢，周期為243日，比它的公轉周期還要長。金星上的一晝夜相當於117個地球日。金星的大小、質量、密度與地球都很接近，其半徑約6050公里，是地球赤道半徑的95%；質量為4.87×1027克，是地球的81.5%；平均密度約為地球的95%。金星有一層非常濃密的大氣，表面氣壓相當於地球的90倍，主要由二氧化碳組成，佔97%以上，此外還有少量的氮、氬、一氧化碳、水蒸氣，氯化氫和氟化氫等。金星大氣中還存在著頻繁的放電現象。由於有濃密的大氣保護，金星表面較為平坦，環形山的數目很少，有一些不太高的山或山脈。金星表面不存在任何液態水，由於嚴酷的自然條件，是不可能有生命存在的。金星沒有磁場和輻射帶，太陽風、紫外線和X射線可以長趨直入，直達大氣深處，在離表面附近的地方形成薄薄的電離層。 由於行星大氣中的二氧化碳和水氣可以讓可見光和紫外線順利通過，對於紅外線卻相當於不透明。太陽輻射的可見光和紫外線可以穿過它們加熱行星表面，行星向外輻射的熱能(主要是紅外線)卻被吸收和阻擋，最終又返回到行星表面，這樣，行星的表面溫度會不斷升高，要在較高的溫度下才能達到熱平衡。金星大氣非常濃厚，而且97%以上是二氧化碳，因此溫室效應非常強烈，表面溫度達480℃左右，而且基本上無地區、晝夜季節的差別。 地球，太陽系九大行星之一，按離太陽由近及遠的次序為第三顆。它有一個天然衛星——月球，二者組成一個天體系統——地月系統。地球大約有46億年的歷史。 一、自轉和公轉 1543年，哥白尼在《天體運行論》一書中首先完整地提出了地球自轉和公轉的概念。此後，大量的觀測和實驗都證明了地球自西向東自轉，同時圍繞太陽公轉。1851年，法國物理學家傅科在巴黎成功地進行了一次著名的實驗（傅科擺試驗），證明地球的自轉。地球自轉周期約為23時56分4秒平太陽時，地球公轉的軌道是橢圓的。公轉軌道的半長徑為149597870公里，軌道的偏心率為0.0167，公轉周期為一恆星年，公轉平均速度為每秒29.79公里，黃道與赤道交角（黃赤交角）為23°27′。地球自轉和公轉運動的結合產生了地球上的晝夜交替、四季變化和五帶（熱帶、南北溫帶和南北寒帶）的區分。地球白轉的速度是不均勻的，有長期變化、季節性變化和不規則變化。同時，由於日、月、行星的引力作用以及大氣、海洋和地球內部物質的各種作用，使地球自轉軸在空間和地球本體內的方向都要產生變化，即歲差和章動、極移和黃赤交角變化。 二、形狀和大小 地球是球形這個概念的出現，可上溯到公元前五、六世紀。當時，希臘的畢達哥拉斯學派的哲學家只是從球形最美的觀念出發產生這一概念的。亞里士多德根據月食時月球上地影是一個圓，第一次科學地論證了地球是個球體。中國早在戰國時期，哲學家惠施已提出地球是球形的看法。 公元前三世紀，古希臘的地理學家埃拉托斯特尼成功地用三角測量法測量了阿斯旺和亞歷山大城之間的子午線長。中國唐朝時期，在一行的指導下，由南宮說率領的測量隊在河南省黃河南北的平原地帶進行了最早的弧度測量，算出了北極的地平高度差一度，相當於南北地面距離相差約351里80步（唐朝的長度單位5尺=1步，300步=1里），從而可算出地球的半徑。這項工作比阿拉伯人的類似工作約早100年。在現代，除用大地測量方法外；還可用重力測量確定地球的均衡形狀。人造地球衛星上天后，地球動力學測地方法得到很大發展。各種方法的聯合使用，使得地球形狀和大小的測定精度大大提高。1976年國際天文學聯合會天文常數系統中，地球赤道半徑α為6378140米，地球扁率因子1/f為298.257。地球不是正球體，而是扁球體，或者說，更象個梨狀的旋轉體。人造地球衛星的觀測結果表明、地球的赤道也是個橢圓，據此可認為地球是個三軸橢球體。地球自轉產主的慣性離心力使得球形的地球由兩極向赤道逐漸膨脹，成為目前的略扁的旋轉橢球體形狀，極半徑比赤道半徑約短21公里。地球內部物質分布的不均勻性，進一步造成地球表面形狀的不規則性。在大地測量學中，所謂的地球形狀是指大地水準面的形狀，在這個面上重力位各處相同，是個等位面。日、月對地球的引力作用使地球上的海洋、大氣產生潮汐現象，也使固體地球（在某種程度上是個彈性體）發生彈性形變，這就是所謂「固體潮」。 三、質量和重力加速度 地球的質量為5.976×l027克，這是根據萬有引力定律測定的。地球質量的確定提供了測定其他天體質量的依據。從地球的質量可得出地球的平均密度為5．52克/厘米3。地球上任何質點都受到地球引力和慣性離心力的作用，二者的合力就是重力。重力隨高度遞增而減小，也隨緯度而變化。赤道上的重力加速度為978.伽（厘米/秒2），兩極處為983.2伽。有些地方還會出現重力異常現象，這反映出地球內部物質分布的不均勻性。重力異常同地質構造和礦床有關。地球因受到日、月引潮力的作用，它的重力加速度也有微小的周期變化，最大的可達十分之幾毫伽。 四、構造 地球可以看作由一系列的同心層組成。地球內部，有核、幔、殼結構。地球外部，有水圈、大氣圈，還有磁層，形成了圍繞固態地球的外套。磁層和大氣圈阻擋著來自空間的紫外線、X射線、高能粒子和眾多的流星對地面的直接轟擊。 地球表面十分之七以上為藍色的海洋所覆蓋，湖泊、江河只佔地球表面水域很少的部分。地球表面的液態水層，叫做水圈，從形成至今至少已有30億年。地球的表層由各種岩石和土壤組成，地面崎嶇不平，低洼部分被水淹沒成為海洋、湖泊；高出水面的陸地則有平原、高山。地球固體表面總垂直起伏約為20公里，它是珠穆朗瑪峰頂（據中國登山隊1975年測定，珠穆朗瑪峰海拔高度為8848.13米）和最深的海洋深度（馬里亞納海溝深度約11公里）之間的高差，它超過大陸地殼平均厚度的一半。洋底象陸地一樣不平坦，也不平靜。洋底岩石年齡要比陸地年輕得多。陸地上大多數岩石的年齡小於二十幾億年。陸地上到處可以找到沉積岩，說明在遠古時期這些地方可能是海洋。地表雖有少量的環形山，但難以找到類似月球、火星和水星那樣多的環形山，這是因為地球表面受到外力（水和大氣）和內力（地震和火山）的作用，不斷風化、侵蝕和瓦解的結果。 長期以來，人們認為地殼構造運動主要表現為地面的隆起和沉降，以垂直運動為主，水平運動是次要的。近十多年來，愈來愈多的科學家認為，地球上部不僅有垂直運動，而且還有更大的水平運動，海洋和大陸的相對位置在地質時期也是變化著的。1912年偉格納提出大陸漂移假說。此後，有的地質學家認為，地球早先存在兩塊古大陸——南半球的岡瓦納古陸和北半球的勞亞古陸。但在很長時期里許多科學家拒絕承認大陸漂移假說，因為當時人們很難相信有這麼大的力量把原先的大陸塊撕開，使各碎塊分別逐漸漂移到今天的位置。六十年代初，黑斯和迪茨提出了洋底擴張假說，認為全球大地構造是洋底不斷擴張的直接結果。正是由於洋底擴張假說和板塊運動理論的發展，又使大陸漂移學說重新受到重視。 地球最上層約幾十公里厚的一圈是強度很大的岩石圈，其下幾百公里厚的一層是軟流層，強度較小，在長期的應力作用下這一層的物質具有可塑性。岩石圈漂浮在軟流圈上。在地球內部能量（原始熱量和發射性熱）釋放時，地內溫度和密度的不均勻分布，引起地幔物質的對流運動。地幔對流物質沿著洋底的洋中脊的裂隙向兩側方向運動，不斷形成新的洋底。此外，老的洋底不斷向外擴張，當它們接近大陸邊緣時，在地幔對流向下拖曳力的作用下，插入大陸地殼下面，致使岩石圈發生一系列的構造運動。這種對流作用可使整個洋底在三億年左右更新一次。岩石圈被一些活動構造帶所割裂，分成幾個不連續的單元，稱為大陸板塊。勒比雄把全球岩石圈分成六大板塊：歐亞板塊、美洲板塊、非洲板塊、太平洋板塊、澳洲板塊和南極板塊。海底的擴張導致大陸板塊發生運動。板塊的相互擠壓造成了巨大的山系，自阿爾卑斯山經過土耳其和高加索，最後到喜馬拉雅山的山系正是屬於這種情況；也有的地方，兩個板塊的岩石同時下沉，造成洋底的深淵，此外，板塊的運動還造成了火山和地震。關於板塊運動的理論，目前還在不斷發展之中，同時也存在許多有爭論的問題。 五、起源和演化 對地球起源和演化問題進行系統的科學研究始於十八世紀中葉，至今已經提出多種學說。現在流行的看法是：地球作為一個行星，遠在46億年以前起源於原始太陽星雲。它同其他行星一樣，經歷了吸積、碰撞這樣一些共同的物理演化過程。地球胎形成伊始，溫度較低，並無分層結構，只是由於隕石物質的轟擊，放射性衰變致熱和原始地球的重力收縮，才使地球溫度逐漸增加。隨著溫度的升高，地球內部物質也就具有越來越大的可塑性，且有局部熔融現象。這時，在重力作用下物質分異開始，地球外部較重的物質逐漸下沉，地球內部較輕的物質逐漸上升，一些重的元素（如液態鐵）沉到地球中心，形成一個密度較大的地核（地震波的觀測表明，地球外核是液態的）。物質的對流伴隨著大規模的化學分離，最後地球就逐漸形成現今的地殼、地幔和地核等層次。 在地球演化早期，原始大氣逃逸殆盡。伴隨著物質的重新組合和分化，原先在地球內部的各種氣體上升到地表成為第二代大氣，後來，因綠色植物的光合作用，進一步發展成為現代大氣。另一方面，地球內部溫度升高，使內部結晶水汽化。隨著地表溫度逐漸下降，氣態水經過凝結、降雨落到地面形成水圈。約在三、四十億年前，地球上開始出現單細胞生命，然後逐步進化為各種各樣的生物，直到人類這樣的高級生物，構成了一個生物圈。 火星，太陽系九大行星之一，按距離太陽由近到遠的順序排列第四。中國古代稱熒惑。火星外觀呈火紅色，亮度變化明顯，視星等在+1.5等到-2.9等之間。衛星兩顆，由霍耳在1877年火星大沖時發現。火星公轉軌道橢圓形，軌道面與黃道面的交角為1.9°，軌道半長徑約為1.524天文單位，軌道離心率為0.093。由於離心率較大，火星的近日距和遠日距相差4200萬公里，因此火星沖日時與地球的距離有較大的變化。火星的公轉周期為686.980日，平均軌道速度為24.13公里/秒。火星自轉周期為24小時37分22.6秒，赤道面與公轉軌道面的交角為23°59′(比地球稍大)，因此火星上也有明顯的四季變化。火星赤道半徑為3395公里，是地球的53%，體積為地球的15%，質量為6.42×1026克，為地球的10.8%,平均密度為3.96克/厘米3,表面重力加速度為地球的38%。火星大氣比地球大氣稀薄得多，主要成分是二氧化碳(95%)、氮(3%)、氬(1-2%)，水汽和氧的含量極少。火星表面大氣壓為7.5毫巴，相當於地球上30-40公里高空的大氣壓。塵暴是火星大氣中獨有的現象，小規模的塵暴經常出現。每個火星年還會發生一次席捲全球的大塵暴。火星表面的大部分地區被紅色的硅酸鹽、赤鐵礦等鐵的氧化物及其他金屬化合物覆蓋，因而顯出明亮的橙紅色。火星表面的溫度比地球低30℃以上，晝夜溫差常超過100℃。在火星赤道附近，最高溫度為20℃左右，兩極地區的最低溫度可達-139℃。火星表面有眾多的環形山、火山和峽谷。北半球主要為巨大的火山溶岩平原和一些死火山；南半球到處崎嶇不平，環形山星羅棋布。火星上不存在液態水，但有幾千條幹涸的河床，最長的約1500公里，寬60公里，這說明以前火星上可能有過大量的液態水。火星兩極地區被白色極冠覆蓋。極冠是火星表面最顯著的標誌，它的大小隨季節變化，處於夏天的半球極冠的範圍不大，而處於冬天的半球極冠可延伸到緯度60 °處。極冠由冰和固態二氧化碳(乾冰)組成，溫度在-70℃到-139℃之間，由於二氧化碳隨溫度的變化不斷的氣化和凝結，使得極冠的大小不斷變化。極冠中大約保存有大氣中20%的二氧化碳，水的含量比大氣中多得多，如果極冠中的冰全部融化成液態水，可以在火星表面形成一個10米厚的水層。極冠於17世紀由荷蘭物理學家惠更斯發現。火星在許多方面都與地球相近，有被大氣包圍著的固體表面，有四季的交和季節的變化，它的極冠夏天縮小，冬天擴大，像是冰雪的消融和凍結，火星表面的顏色也隨季節發生變化，像是植物的生長和凋零，19世紀末，觀測到火星上面有「運河」。因此火星上是否有生命，甚至是否有象人一樣的高級生命成了人們非常感興趣的問題。20世紀60年代，火星探測器發回的資料證明所謂「火星運河」是人眼的錯覺造成的，它們實際並不存在。火星表面顏色隨季節的變化是一種純粹的氣象現象，火星表面是一個極為荒涼的世界，沒有液態水，大氣極為稀薄，而且十分寒冷，是不適於生命存在的。1976年，「海盜」1號、2號探測器在事先選定的火星上最有希望存在生命的地區軟著陸，採集了土樣，土樣在實驗過程中發生了某種變化，但無法確定這種變化是由微生物的新陳代謝引起的，還是土壤中某種化學過程的結果。因此，現在還不能完全排除火星上存在低級生物的可能性。 木星，太陽系九大行星中最大的一顆，按離太陽由近及遠的次序為第五顆。中國古代就認識到木星約12年運行一周天，而把周天分成十二份，稱十二次，木星每年行經一次，用木星所在的星次可以紀年，因此木星被稱為歲星。是天空中的第三亮星，最亮時達-2.4等，只有金星和沖日時的火星比它亮。木星有眾多的衛星，截止到1990年，已發現16顆。1979年，行星際探測器「旅行者」1號還發現木星有一個很暗的光環。木星在橢圓軌道上繞太陽運行，軌道半長徑為5.205天文單位，離心率為0.048，它在近日點同太陽的距離比遠日點近約0.5天文單位。木星的軌道面與黃道面的交角很小，只有1.3°。木星繞太陽公轉的周期為4332.589天，約合11.86年，平均軌道速度為13.06公里/秒。木星是太陽系內自轉最快的行星，赤道上自轉周期僅9小時50分30秒，兩極地區的自轉稍慢。由於高速自轉，使得它的扁率相當大，達0.0648。木星的自轉軸幾乎是垂直於公轉軌道道的，二者的交角達86°55′。木星的赤道半徑為71400公里，是地球的11.2倍，體積是地球的1316倍；質量為1.9×1030克，比地球的質量大300多倍，是其他八大行星總質量的2.5倍,平均密度只有1.33克/厘米3，赤道上的重力加速度為27.07米/秒2，兩極為23.22米/秒2。木星有著濃密的大氣，主要成份是氫和氦，還含有少量的氨、甲烷和水。用望遠鏡觀測木星，可以看到大氣中有一系列與赤道平行的明暗交替的雲帶，雲帶的形狀隨時間不斷變化。這表明木星大氣中存在著激烈的運動。木星表面的溫度很低，根據理論計算，它表面的有效溫度應為105K，但地面觀測和行星際探測器測得的結果均高於理論值，對木星的紅外觀測也表明，木星輻射的熱能為它接收到的太陽熱能的兩倍，這說明木星內部存在著熱源。木星還有著比地球更大更強的磁層和輻射帶。木星磁層比地球磁層大100倍。它可分為三個區域。內區(離木星表面20個木星半徑的範圍內)具有與地球輻射帶相近的強輻射帶；中介區(從20個木星半徑到100個木星半徑)的磁力線被離心力歪曲。內區和中介區都按約10小時的自轉周期轉動。外區(60-90個木星半徑範圍內)的磁場很弱，到磁層邊界處已趨於零。除很靠近木星表面的部分外，木星的磁場是偶極場，但場的方向與地磁場相反，即地球上指北的羅盤到木星上變為指南。木星的磁軸與自轉軸間的交角為10.8°。離木星3個木星半徑以內的磁場是4極或8極的，場強為3-11×10-4特斯拉。木星表面大紅斑，位於赤道南側，長達2萬多公里，寬約1.1萬公里，略呈蛋形。發現於1660年，300多年來儘管它的顏色和亮度不斷變化，但形狀和大小几乎沒有變，大紅斑沿逆時針方向繞中心轉動，而且在經度方向上有漂移運動，因而肯定不是固體的表面特徵。現在認為它很可能是一個大旋渦，或者說它是一團激烈上升的氣流。旋渦或氣流中含有紅磷化合物，大紅斑的顏色可能是因此產生的。至於大紅斑能長期存在的原因，目前尚不清楚。 土星，太陽系九大行星之一，按離太陽由近及遠的次序為第六顆。中國古代稱填星或鎮星。1871年發現天王星之前，土星一直被認為是離太陽最遠的行星。土星有較多的衛星，截止1990年已發現了23顆，它還有易見的光環。土星繞太陽公轉的軌道是離心率為0.055的橢圓，軌道半長徑為9.576天文單位，即約為14億公里，它同太陽的距離在近日點時和在遠日點時相差約1天文單位。公轉軌道面與黃道面的交角為2.5°。公轉周期為10759.2天，即約29.5年。平均軌道速度為每秒9.64公里，自轉很快，自轉角速度隨緯度變化，赤道上自轉周期是10小時14分，緯度60°處為10小時40分，高速的自轉使土星呈明顯的扁球形，極半徑只有赤道半徑的91.2%，土星的赤道面與軌道面的交角為26°44′。土星的赤道半徑為60000公里，是地球的9.41倍，體積是地球的745倍。質量為5.688×1029克，是地球的95.18倍。在九大行星中，土星的大小和質量僅次於木星，居第二位。平均密度只有0.70克/厘米3，比水還低。由於土星的大半徑和低密度，它表面的重力加速度與地球表面相近。土星的大氣以氫、氦為主，並含有甲烷和其他氣體。大氣中飄浮著由稠密的氨晶體組成的雲，有彩色的亮帶和暗紋，但比木星大氣中的雲帶規則。土星表面溫度約為-140℃，雲頂溫度為-170℃。行星探測器「先驅者」11號發現土星上有一個由電離氫構成的電離層，電離層溫度約為977℃。參考資料：《神秘的宇宙》

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