太阳是一颗恒星,在这颗恒星身边诞生了行星世界.这些行星的成员众多,运行活泼,变化万千,使太阳永不寂寞.古人早就发现,在太阳和月亮经过的天区附近,常有几颗明亮的星星,经过一段时间观察发现它们在众恒星背景上有明显的位置变化,给它们起了有别于恒星的名字,叫行星.中国古代把水星、金星、火星、木星和土星统称为"五星"或"五行"
行星世界成员的共同特点是:九大行星绕太阳运动的轨道平面基本上都很靠近,叫共面性;都朝同一个方向绕太阳运动,叫同向性;同时,它们的轨道又都是似于圆的椭圆轨道,叫近圆性.真是"家有家规,生活有序".
因此,九大行星绕太阳运动各行其道,非常稳定.九大行星都是近似于球形的天体,本身一般不发可见光,所见行星的亮光是其表面反射太阳光的缘故.
如果你通过天文望远镜观察行星,会发现它们都有一定的视面,而恒星就没有机面了.因此,行星有视面不闪烁.恒星是点光源,由于地球大气抖动,引起闪烁的现象.由于行星绕太阳运动,各自有各自的运行周期,我们从地球上看去,它们就出现了相对于太阳的位置变化,有时隐、时现,时进、时退的现象,这叫行星的视运动.眼睛可直接见到的几大行星的亮度和颜色也是不一样的.金星最明亮,木星次之,火星发红,土星有些发黄.这些也可以作为判别行星的依据.天文学家们还常常以地球轨道来划分行星,把地球轨道以内的水星和金星叫内行星;把地球轨道以外的火星、木星、土星、天王星、海王星和冥王星称为外行星.按行星的质量、体积、结构和化学元素组成,又把水星、金星、地球和火星称为类地行星,而把木星、土星、天王星和海王星称为类木行星;冥王星暂未定.
行星世界是人类最近的地外邻居,也应作为人类的家园.随着空间技术
的飞速发展,人类已发射了数以千计的探测器,对行星世界和行星际空间进行探测,获得了丰硕的成果.
太阳家族的小兄弟
在太阳家族中,九大行星各具特色,享有盛名.说起行星世界里还有众多的小兄弟——小行星,人们也许感到陌生.但是,这是太阳之家中一个不可小看的群体.
1801年1月1日的新年之夜,人们都在欢庆进入新的一年.意大利西西里岛的巴勒莫天文台台长皮亚齐正沉浸在自己的乐趣里.当他把天文望远镜对准金牛星座时,突然发现一颗8等星亮度的奇怪天体.皮亚齐以科学家应有的仔细,对这个不速之客进行了多方核实.他决定第二天再跟踪这个天体的行迹.第二天发现这个陌生的天体从东向西移动了4角分.皮亚齐确定它是太阳系内的天体.但是,皮亚齐不愿冒然地公布此事.在以后的6个星期里,皮亚齐一直监视着这个大体,它在恒星之间不断地改变着位置.这位台长判定它是一颗彗星.可是,就在这个关键时刻,他患病在身,不得不中断观测.等他康复后再行观测时,这个天体在群星间消失得无影无踪了.此时,皮亚齐发现自认为是彗星的消息传到德国柏林天文台.台长波德正在邀请的24位天文学家沿黄道分段搜查在火星和木星之间可能存在的行星.皮亚齐正是被邀请的24位著名的天文学家之一.波德分析了皮亚齐的观测情况以后,认定皮亚齐发现的就是火星和木星之间的尚在寻找的天体.但是,光这样推测还不行,还必须根据观测资料计算出它的轨道才能确定.这时,年仅24岁的德国大学生,即后来鼎鼎大名的大数学家高斯,创立了一种新的数学计算方法.这种方法能根据在不同时间测得的某一天体在天空中的3个精确位置.计算出这个天体的轨道.这位青年大学生根据皮亚齐的观测结果计算出这个无名天体的轨道,恰好在火星和木星轨道之间.正是24位天文学家要搜寻的行星.知道了它的轨道,就容易在群星之中再把它找到.高斯与皮亚齐通力合作,很快就公布了这位不速之客的轨道数据.这是天文学家和数学家绝妙合作的典范.在发现这一天体一年以后,即1802年1月1日,德国天文学家奥利培尔斯根据计算的位置,果然又找到了这个天体.这个天体就是发现的第一颗小行星.以罗马神话中谷物的保护神命名为谷神星.1802年发现第二颗小行星,命名为智神星;1804年又发现第三颗小行星,命名为婚神星;1807年又发现第四颗小行星,命名为灶神星.这就是到目前已知体积最大的四颗小行星.
小行星的特征是:第一数量多.从1801年到1995年底,全世界共发现并经国际天文学联合会小行星中心确认,给予正式编号的小行星6160颗.据估计,从地球上看去,亮于21等星的小行星有约50万颗之多;第二范围广.
绝大多数小行星都在火星和木星轨道之间绕太阳运动,在这个行星际空间形
成一个小行星区,叫小行星带.但是也有少数散漫而孤独的小行星跑出了群体,它们有的轨道半径在火星轨道之内,有的又到了木星轨道之外,还有极少数小行星跑到地球轨道附近,距地球在几十万到几千万公里之间.这类小行星叫近地小行星;第三体积小.目前已知体积最大的小行星就是谷神星;它的直径约1000公里.一般小行星直径只有1公里到几十公里.估计小行星的总质量仅为地球质量的万分之四;第四形态各异.小行星多呈不规则的形体;第五具有三种物质类型.按小行星的物质组成,可分为碳质小行星、石质小行星和金属小行星.碳质小行星约占小行星总数的76％,石质小行星约占16％,金属小行星约占5％.
近地小行星虽然为数极少.但一直被天文学家们给予特殊的关注和严密的监视.因为它们有可能在"万一"之下撞到地球上来,对人类和地球环境构成危害.目前,国际上正在形成近地小行星联合监视观测网,以便万一出现险情提早预防.说到这里,人们也许会问:有小行星撞击地球的先例吗?
目前,我们只知道有陨石落地,还不能确认哪个就是小行星的袭击.但是,地球上也确有些巨大的陨石坑,应是"地外来客"撞击地球的痕迹.1908年6月30日早晨,在俄罗斯西伯利亚通古斯地区发生一次惊人的陨击爆炸事件,产生的爆炸声和冲天的火光在1000公里之外感受也很强烈.科学家们经过多年现场考察,认为这很可能是地外来的小行星或彗核对地球的撞击引起.1980年,美国物理学家、1968年度诺贝尔物理学奖获得者路易斯.W.阿尔瓦雷斯和他的儿子——地质学家沃尔特.阿尔瓦雷斯共同提出,曾经统治地球长达1.5亿年之久的庞大动物——恐龙,为什么在6500万年前突然灭绝了呢?他们认为,这是由于一颗直径约10公里的小行星撞击地球引起巨大爆炸,产生强烈的核辐射,抛出大量的尘埃,遮天蔽日达数年,形成了核冬天.
在这种突然袭击下,恐龙和大量生物灭绝.当然,这只是学说,还有待研究证实.但是,它也提醒我们要注意观测和预防近地小行星的陨击.
预防近地小行星对地球破坏性的陨击,具有重要的现实意义.同时,小行星身居太空,经历了太阳系演化的历史时期,具有丰富的大阳系变迁的信息,对研究太阳系演化有重要的科学价值.随着空间科学的发展,天文学家们不仅在地面上观测小行星,而且利用探测器去观测小行星.1989年,美国发射的"伽利略号"探测器,在飞往木星的途中,于1991年10月29日,近距拍下了加斯帕拉(951号)小行星非常清晰的照片.这是人类第一次见到小行星表面的情况.这颗小行星是不规则体,为19公里×12公里×11公里,表面布满坑穴.1993年8月28日,"伽利略号"又拍下艾达(241号)小行星的照片.它的表面也有大量的坑穴.这对研究小行星在行星际空间的经历有非常重要的意义.1996年2月17日,美国又发射探测小行星的探测器,它将于1999年2月探测"爱神星".爱神星是1898年8月13日,由德国天文学家威特发现的小行星.它的国际统一编号为433号.它绕太阳运动的轨道半径为1.46个天文单位,轨道偏心率为0.22,轨道的近日距为1.13个天
文单位,绕太阳一周约642个地球日.由此可见,它的轨道有一大半是在火星轨道之内,距地球最近时约2300万公里,属于近地小行星.它的形态也不是球形,而是长约35公里,宽约14公里,高约13公里的不规则体.由于形态不规则,从地球上看去,它的亮度在不断变化,最亮时为6.5等星,是著名的变光小行星.1898年发现爱神神时,当时它是已知的天体中,除月亮之外,最接近地球的天体.1900年和1930～1931年,天文工作者利用它这两次最接近地球的机会对它进行观测,从而求得日地平均距离的精确值.因此,爱神星在天文学家们的心目中占有特殊的地位.1999年2月,探测器将在爱神星上着陆,我们拭目以待.
我国在小行星的观测和研究方面,有突出的成就和杰出的贡献.1928年,正值中国人民经受各种苦难的年代,一位在美国叶凯士天文台攻读博士的26岁的中国人,于1928年11月22日晚,用口径60厘米的反射望远镜发现一颗小行星.这颗小行星被国际天文学联合会正式编号为1125号.根据发现者提议,1125号小行星被命名为"中华"星.这是中国人发现的第一颗小行星,也是亚洲人发现的第一颗小行星.这位年轻人就是我国现代天文事业的主要奠基人张钰哲先生.解放后,他曾长时间担任中国天文学会理事长和紫金山天文台台长.在他的创建和领导下,紫金山天文台一直从事小行星的观测和研究工作.到目前,已发现并被国际天文学联合会小行星中心正式编号的有120多颗小行星.紫金山天文台已将几十颗小行星用我国省市、地区的名字及古代著名科学家和现代知名人士的名字命名.如:将国际编号为2045号小行星被命名为"北京",2169号被命名为"台湾",1802号被命名为"张衡",2963号被命名为"陈嘉庚"等等.同时,国际天文学联合会为表彰我国在小行星观测和研究方面所作的突出贡献,特将2051号小行星命名为"张,zhang",即张钰哲先生.1994年9月,又将3494号小行星命名为"紫金山天文台星",以祝贺紫金山天文台建台60周年和取得的杰出
行星的卫士们
提到太阳家族,人们自然会想到这个家族的中心天体——光芒万丈的太阳,还有大名鼎鼎的九大行星.对于绕行星运动的卫星,往往被人们忽视,似乎它们都是无足轻重的"小字辈".其实,这些千姿百态的无名之辈也是太阳家族中的一个"阶层".它们身上有鲜明的饱经沧桑的太阳系演化烙印,任何关于太阳系的研究,不充分考虑它们的特征是不行的.
如果把大行星比作太阳的儿女,那么卫星就是太阳的孙子辈.太阳家族可谓"三代同堂".在太阳家族中,我们对"第三代"成员相识最早的就是地球的卫星——一月球.月球是和人类关系最密切的卫星,也是人类到达过的唯一的卫星.除月球外,人类最早发现的卫星是1610年1月,意大利著名天文学家伽利略通过天文望远镜发现的木星的4颗卫星.从此,揭开了人类
认识卫星的新篇章.
从1610年到19世纪末的290年间,先后发现的卫星有火星两颗,木星5颗,土星9颗,天王星4颗,海王星1颗,共21颗卫星.这21颗卫星都是通过天文望远镜日视观测发现的,天文望远镜大大地武装了人类的眼睛.
1901～1974年,在这74年间,又发现木星的8颗卫星,土星的2颗卫星,天王星和海王星各1颗卫星,共12颗卫星.这12颗卫星都是通过天文远镜用照相方法发现的.照相方法完全代替了人的眼睛.这样,太阳家族的卫星总数达到34颗.
1975～1989年,在这15年间,先后又发现木星的3颗卫星,土星的12颗卫星,天王星的10颗,海王星的6颗和冥王星的1颗,共32颗卫星.近15年发现的卫星数几乎等于过去三个半世纪所发现的总和,使太阳系的卫星总数增到66颗.这里还要记住:与以前发现的卫星相比,这些新发现的卫星体积都很小,非常暗,在地球上用一般天文望远镜是看不见它们的,就更谈不上发现了.当然,在新发现的32颗卫星中,只有冥王星的卫星是1978年在地球上用天文望远镜照相观测发现的.其他31颗全是空间探测器飞临行星附近,做专门近距考察时发现的.宇航技术完全改变了天文观测的环境,使天文学的研究手段从观测进入考察.从上述三段历史时期看,新卫星的发现日新月异,这表明技术科学的发展对人类认识太空产生的巨大威力.如果说太阳家族是一个大家庭,每个大行星又是一个独立的小家庭,每个小家庭有多少"小字辈"呢?目前,已知九大行星所属66颗卫星的分布是:水星:0,金星:0,地球:1,火星:2,木星:16,土星:23,天王星:15,海王星:8,冥王星:1.
我国天文学家戴文赛先生在研究太阳系的起源和演化时,根据九大行星的特征,将九大行星分成三大类型.即类似地球的行星,叫类地行星,有水星、金星、地球和火星;体积很大的行星,叫巨行星,有木星和土星;离太阳远的行星,叫远日行星,有天王星、海王星和冥王星.如果以这样三类来分,卫星的分布是;类地行星共3颗卫星,巨行星共39颗卫星,远日行星共24颗卫星.行星和卫星的分布是研究太阳系的起源和演化的重要方面.
最为奇特的是不仅大行星有卫星,就连小行星也发现有卫星.大文学家们既感到惊奇,又感到喜悦.1978年6月7日,发现第532号小行星(名为大力神)有卫星.1978年12月11日,又发现第18号小行星(名为梅菠蔓)
也有卫星.后来还发现几颗小行星也可能带有卫星.现在有人又在考虑,有没有绕大卫星运动的小天体呢?如果将来真的发现卫星的"卫星",那么太阳家庭就是"四世同堂"了.
66颗卫星的大小和形态千差万别,迥然不同.体积最大的前十名是:木卫三直径5150公里,土卫六直径4828公里,木卫四直径4800公里,木卫一直径3630公里,月球直径3476公里,木卫二直径3140公里,海卫一直径2720公里,天卫四直径1630公里,天卫三直径1610公里,土卫五直径1530公里.这前十名中,木星的卫星4颗,土星和天王星的卫星各2颗,海王星和地球的卫星各1颗.只有木星的强大引力才能"管住"这么多大卫星.现在已知木卫二、木卫三和土卫六上都有大气层.
直径在200公里以上的卫星有23颗,直径大于1000公里的卫星有16颗,直径在3000公里以上的卫星6颗.比水星大的卫星有木卫三,比冥王星大的有7颗卫星.
在卫星世界里,已知冥王星卫星的直径为1200公里,与冥王星直径2400公里之比约为1∶2.这是卫星和自己的行星体积比值最大的.为什么它们的比值如此之大呢?有人认为,冥王星可能不是在太阳系内形成的天体,而是被太阳引力俘获的原来是太阳系外的一个小天体.这个小天体后来可能受到一次撞击,一分为二,便是现在的冥王星和冥卫一.也有人认为,冥王星和冥卫一原来不是"正统"的行星和卫星关系,而是两颗游荡着的大彗核,只是后来在太阳的引力下才形成目前的轨道.当然,这些都有待进一步研究.
从形状上看,体积大的卫星基本上都呈球形,体积小的卫星有的呈球形,有的是椭球形,有的是不规则的形状.在不规则形状的卫星中,我们了解最多的是火卫一和火卫二.它们的形状很像两块马铃薯.卫星的大小和形状展示出它们自身的不同经历,记录了它们复杂的生涯.至于它们的历史究竟是怎么回事,现在还说不清楚.
现代太阳系演化理论认为,九大行星和大多数卫星的轨道,都遵循一些基本规律.它们是:同向性,即都是沿反时针方向运动;共面性,即卫星轨道基本上都在自己行星的赤道面内;近圆性,绝大多数卫星轨道都近似正圆轨道,甚至比行星轨道还圆.同时,绝大多数卫星的自转周期等于公转周期,即像月球一样,总以同一个半面向着自己的行星.
然而,"别出心裁"的不规则的"小字辈"也大有"星"在.比如,木卫六、木卫七、木卫八、木卫九、木卫十、木卫十一、木卫十二、木卫十三、土卫九、海卫二和海卫二等,它们的轨道都不在自己行星的赤道面内,而有20°以上的交角.特别是木卫八、木卫九、木卫十一、木卫十二和土卫九,它们与众不同,在轨道上沿顺时针方向运动,在天文学上称这样的运动为逆行.
更奇特的是土卫三、土卫十三和土卫十四,这三颗卫星共"居住"在同一个轨道上.土卫十三在土卫三前面60°,土卫十四则在土卫三后面60°.
三个"小字辈"运行得还很协调,令人刮目相看!土卫七更有自己的"绝活",它的自转似乎有点杂乱无章,在轨道上公转也摇摇晃晃,活像一个醉汉.它为什么是这个样子呢?有人认为,可能它遭到过一次撞击,偏离了原轨道,正在逐渐恢复之中.土卫十和土卫十一的轨道十分靠近,离土星都在15.1万～15.2万公里之间.公转周期都是16小时40分左右.所不同的是土卫十的轨道与土星赤道之间的倾角是0.3°,土卫十一则是0.1°.有人认为,这两颗卫星原来可能就是一颗卫星,后来在某次还不知其原因的撞击事件中分成两半.
海卫二的运动也有特色.它的轨道非常扁,离海王星最近时有140万公里,最远时竟达970万公里,相差近7倍,实在少见.
最有趣的卫星和行星之间的运动关系要算冥王星和冥卫一.冥卫一的自转周期和公转周期及冥王星的自转周期,都是6.3867个地球日.这意味着冥卫一总以同一面向着冥王星,而冥王星也总以同一面向着冥卫一.也就是说,从冥王星上看冥卫一时,它在天空中的位置是固定的,在冥卫一上看冥王星时也是这样.真是太空奇观!
太阳家庭中的这些五花八门的卫星,为我们深入地认识太阳系内的天体规律提供了丰富多彩的信息,同时也提出了众多的疑难问题.
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