1.與眾不同的太陽係
太陽係
最不可能的事就是我們的太陽係是獨特的,但它確實是相當不平常。所以讓我們再仔細地考察一下。除了行星和小行星大小的天體,還有被稱作“髒雪球”的彗星。彗星真正實在的部分是它的核,由混有碎礫的冰雪構成。當彗星靠近太陽時,冰蒸發形成彗頭,通常還帶有一條長尾巴或幾條尾巴。也會有塵埃粒子--實際上是彗星碎片--闖入地球上層大氣時在海拔65千米高處燃燒形成流星。
大些的天體可能會完整掉落地麵形成撞擊坑,這就是隕星。應該注意隕星並不簡簡單單地等同於大的流星。這兩類天體相當不同。隕星是從小行星帶被逐出的天體,與彗星沒有直接聯係。
行星圍繞太陽運動的軌道與一個圓形差不多,而大多數彗星則在一個非常偏心的軌道上運動。行星公轉周期的範圍從水星的68天到海王星的接近165年。正如我們看到的,行星是在環繞年輕太陽的扁平物質圓盤中形成的,所以它們的軌道傾角都很接近。這也適用於柯伊伯帶天體和彗星的情況。
最著名的彗星當然就是哈雷彗星,它將於2061年再次回歸。現在它過於暗淡無法看到,但無疑在下一次過近日點(距離太陽最近的位置)之前很早就會被找到。偶爾能夠看到的超明亮的彗星周期要長得多,有些顯然能夠亮到產生影子的程度,盡管我們這代人還沒有看到。最後,太陽係中還包含大量的行星際塵埃。
在4個內行星中,地球和金星的個頭相似。盡管在大小和質量上像孿生子,但它們是完全不同的。金星有一個主要由二氧化碳構成的非常濃密的大氣層,在雲朵中飽含硫酸,它的表麵溫度有500℃。地球類型的生命看來完全不可能存在。最裏麵的行星--水星則過小,無法保持住可以觀測到的大氣。在地球軌道之外是火星,已經有很多宇宙飛船被發送到那裏,而且已經有計劃發射載人飛船,盡管這還是相當遙遠的未來的事情。
很明顯,那些巨行星和較小的內行星完全不同。它們在離太陽較遠的距離上形成,故而得以保留較輕的氣體--最明顯的是氫。木星和土星確定具有一個高溫的矽酸鹽的核,並被一層液氫所包圍,在其上是我們看到的大氣。天王星和海王星則不同。它們更適於用冰巨行星而非氣態巨行星來描述。木星質量比其他行星的質量總和還大,所以有一種說法叫做太陽係隻不過是由太陽、木星和各式各樣的混雜的碎片組成。
在行星的衛星中,我們的月亮比較獨特。因為它是唯一由較小的行星所擁有的大衛星。其餘的,木星有4顆大的衛星和很多較小的衛星。土星有一顆大的隨從--土衛六提坦,和許多中等和小型的衛星。天王星有5顆普通大小的衛星,海王星有海衛一(Triton)和一群小衛星。所有衛星中,隻它有提坦有較稠密的大氣。火星有兩個小月亮,火衛一(Phobos)和火衛二(Deimos),是它很久以前捕獲的遊離的小行星。大行星中隻有水星和金星是宇宙中的獨行俠。
2.金星——太陽係中溫度最高的行星
金星
金星(Venus)是太陽係中八大行星之一,它是離地球最近的行星。中國古代稱之為長庚、啟明、太白或太白金星。公轉周期是224.71地球日。夜空中亮度僅次於月球,排第二,金星要在日出稍前或者日落稍後才能達到亮度最大。它有時會黎明前出現在東方天空,被稱為“啟明”;有時黃昏後出現在西方天空,被稱為“長庚”。
金星是除了全天最亮的太陽和月亮之外最亮的行星。它的亮度最大時為-4.4等,比著名的天狼星(除太陽外全天最亮的恒星)還要亮14倍,就像一顆耀眼的鑽石。古希臘人稱它為阿佛洛狄忒(Aphrodite)——愛與美的女神,而羅馬人稱它為維納斯(Venus)——美神。
在太陽係中僅有兩個行星是沒有天然衛星的,這兩個行星分別是金星和水星。因此金星上的夜空中沒有“月亮”,最亮的“星星”是地球。由於離太陽比較近,所以在金星上看太陽,太陽的大小比地球上看到的大1.5倍。有人稱金星是地球的孿生姐妹,確實,從結構上看,金星和地球有不少相似之處。金星的半徑約為6073公裏,隻比地球半徑小300公裏,體積是地球的0.88倍,質量為地球的4/5;平均密度略小於地球。但兩者的環境卻有天壤之別:金星的表麵溫度很高,不存在液態水,加上極高的大氣壓力和嚴重缺氧等殘酷的自然條件是河能有生命的存豐。因此,金星和地球隻是一對“貌合神離”的姐妹。
金星周圍有濃密的大氣和雲層,這些雲層也為金星罩上了一層神秘的麵紗,要想穿透這層麵紗看到金星的本來麵止,就隻有借助於射電望遠鏡。金星大氣中,二氧化碳最多,占97%以上。同時還有一層厚達20到30公裏的由濃硫酸組成的濃雲。金星表麵溫度高達攝氏465至攝氏485度,大氣壓約為地球的90倍(相當於地球900米深海中的壓力)。
金星的自轉很特別,它是自東向西自轉的,與其他行星的自轉方向是相反的,而且它是太陽係內唯一一顆逆向自轉的大行星。因此,在金星上看,太陽是西升東落。它的一個日出到下一個日出的晝夜交替隻是地球上的116.75天。金星繞太陽公轉的軌道是一個很接近正圓的橢圓形,且與黃道麵接近重合,其公轉速度約為每秒35公裏,公轉周期約為224.70天。但其自轉周期卻為243日,也就是說,金星的自轉恒星日一天比一年還長。不過按照地球標準,以一次日出到下一次日出算一天的話,則金星上的一天要遠遠小於243天。這樣的緣故是因為金星是逆向自轉的。
相傳,金星逆向自轉現象是很久以前與其他小行星相撞而造成的,但並未得到證實。金星除了這種不尋常的逆行自轉以外,還有一點不尋常,那就是它的自轉周期和軌道是同步的,這麼一來,當兩顆行星距離最近時,金星總是以同一個麵來麵對地球(每5.001個金星日發生一次)。這可能是潮汐鎖定(tidallocking)作用的結果,當兩顆行星靠得足夠近時,潮汐力就會影響金星自轉。不過也可能是一種巧合。
3.木星——太陽係中最大的行星
木星
如果以離太陽由近至遠的順序排列,木星排第五。木星是太陽係的八大行星中體積和質量最大,它有著極其巨大的質量,是其他七大行星總和的2.5倍還多,是地球的318倍,而體積則是地球的1,321倍。同時,木星還是太陽係中自轉最快的行星,所以木星並不是正球形的,而是兩極稍扁,赤道略鼓。木星是天空中的亮度僅次於太陽、月亮和金星(不過有時會比火星稍暗,有時要比金星亮),木星為第四亮的星星。木星主要由氫和氦組成,中心溫度估計高達30,500℃。在木星表麵有一個大紅斑,從東到西有40,000千米,從北到南有13,000千米,麵積大約453,250,000平方千米。這個紅斑仍有不少的猜測,很多人認為它是一個永不停息的旋風,它的範圍可以吞沒3個地球,但最終未得到證實。
木星的發現
早在史前,木星就為人所知了。根據伽利略1610年對木星四顆衛星:木衛一,木衛二,木衛三和木衛四(現常被稱作伽利略衛星)的觀察。第一個發現就,這些衛星是不以地球為中心轉,也是讚同哥白尼的日心說的有關行星運動的主要依據。許多年來人們一直認為木衛三是1609年由伽利略通過他自製的望遠鏡發現的,於是連同其他三衛都被稱為伽利略衛星。其實木衛三是中國戰國時代的天文學家甘德發現的,比伽利略早了將近2000年。他著有《歲星經》和《天文星占》兩書,可惜均已失傳。在唐朝天文學家瞿曇悉達編著的《開元占經》第二十三卷中有這樣的記載“甘氏曰:單閼之歲,攝提格在卯,歲星在子,與須女、虛、危晨出夕入,其狀甚大有光,若有小赤星附於其側,是謂同盟”。
木星釋放的力量
對於要星的多年考察,人們發現木星正在向其宇宙空間釋放巨大能量。它所放出的能量是它所獲得太陽能量的兩倍,這說明木星釋放能量的一半來自於它的內部。木星本身就存在著熱源,在加上它不斷的吸積著太陽所釋放的高能粒子,因此他所具有的能量就越來越大。
眾所周知,太陽不斷放射出的光和熱是因為太陽內部時刻進行著核聚變反應,在核聚變的過程中就會釋放出大量的能能量。而木星是一個巨大的液態氫星球,本身已具備了無法比擬的天然核燃料,加之木星的中心溫度已達到了28萬K,具備了進行熱核反應所需的高溫條件。至於熱核反應所需的高壓條件,就木星的收縮速度和對太陽放出的能量及攜能粒子的吸積特性來看,木星在經過幾十億年的演化之後,中心壓可達到最初核反應時所需的壓力水平。一旦木星上爆發了大規模的熱核反應,以千奇百怪的漩渦形式運動的木星大氣層將充當釋放核熱能的“發射器”。所以,有科學家猜測,幾十億年後,木星就會從一顆行星一顆名副其實的恒星。
4.水星——距離太陽最近的行星
水星
水星,離太陽最近一個行星,它比月球大1/3。水星目視星等範圍是0.4~5.5。由於水星太接近太陽,所以常常被猛烈的陽光淹沒,它的軌道距太陽4590萬~6970萬千米之間,因此望遠鏡很少能夠仔細觀察它。水星也沒有自然衛星。靠近過水星的探測器隻有美國探測器水手10號和美國發射的信使號探測器。水手十號在1974年—1975年探索水星時,隻拍攝到大約45%的表麵;信使號於2008年1月掠過水星。水星是太陽係中最快的一個行星,它繞太陽一周隻需88天,自轉一周需58天15小時30分鍾,它的一天相當於地球的59天。
水星英文名字是Mercury,它來自羅馬神話中眾神的使者墨丘利(對應希臘神話中的赫耳墨斯)。因為水星約88天繞太陽一圈,是太陽係中公轉最快的行星。符號是上麵一個圓形下麵一個交叉的短垂線和一個半圓形(Unicode),是墨丘利所拿魔杖的形狀。在前5世紀,水星實際上被認為成兩個不同的行星,這是因為它時常交替地出現在太陽的兩側。當它出現在傍晚時,它被叫做墨丘利;但是當它出現在早晨時,為了紀念太陽神阿波羅,它被稱為阿波羅·畢達哥拉斯。經過多方的驗證,則發現它們屬於一顆行星。此事在我國古代也有記載。記載於晉書:誌第二天文中,內容為:
辰星曰北方冬水,智也,聽也。智虧聽失,逆冬令,傷水氣,罰見辰星。辰星見,則主刑,主廷尉,主燕趙,又為燕、趙、代以北;宰相之象。亦為殺伐之氣,戰鬥之象。又曰,軍於野,辰星為偏將之象,無軍為刑事。和陰陽,應效不效,其時不和。出失其時,寒暑失其節,邦當大饑。當出不出,是謂擊卒,兵大起。在於房心間,地動。亦曰,辰星出入躁疾,常主夷狄。又曰,蠻夷之星也,亦主刑法之得失。色黃而小,地大動。光明與月相逮,其國大水。
在羅馬的神話中,墨丘利為商業、旅行、偷竊之神;在古希臘神話中對應於赫耳墨斯,它為眾神傳信的神,大概是因為水星空中移動的快,才有了這個名字。墨丘利及水星符號早在公元前3000年的蘇美爾時代,人們便發現了水星。古希臘人賦予它兩個名字:當它初現於清晨時稱為阿波羅,當它閃爍於夜空時稱為赫耳墨斯。不過,古希臘天文學家們知道這兩個名字實際上指的是同一顆星星,在公元前5世紀的希臘哲學家赫拉克賴脫甚至認為水星與金星不是環繞地球運動的,而是直接環繞太陽運行的。
水星的軌道與正圓的程度相差甚遠,它的離太陽最近的距離隻有四千六百萬千米,最無的距離為7千萬千米。在軌道的近日點它以十分緩慢的速度按歲差圍繞太陽向前運行(歲差:地軸進動引起春分點向西緩慢運行,速度每年0.2“,約25800年運行一周,使回歸年比恒星年短的現象。分日歲差和行星歲差兩種,後者是由行星引力產生的黃道麵變動引起的。)在十九世紀,天文學家們對水星的軌道半徑進行了非常仔細的觀察,但都無法運用牛頓力學對此作出適當的解釋。而困擾了天文學家們數十年的問題就是存在於實際觀察到的值與預告值之間的細微差異是一個次要(每千年相差七分之一度)。
為了解釋實際觀察和預告值之間的差異,有人認為,在靠近水星的軌道上還存在著另一顆行星(被稱“祝融星”),但最終的答案卻頗有戲劇性:愛因斯坦的廣義相對論。在人們接受認可此理論的早期,水星運行的正確預告是一個十分重要的因素。(水星因太陽的引力場而繞其公轉,而太陽引力場極其巨大,據廣義相對論觀點,質量產生引力場,引力場又可看成質量,所以巨引力場可看作質量,產生小引力場,使其公轉軌道偏離。類似於電磁波的發散,變化的磁場產生電場,變化的電場產生磁場,傳向遠方。