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(tidal locking)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。
10.天王星——躺在軌道上運行的行星
天王星是太陽係八大行星之一,以離太陽由近至遠的次序為第七位。天王星是在1781年由英國天文學家赫歇耳發現。它與太陽平均距離28.69億千米。直徑51800千米,平均密度124克/厘米3,質量87421028克。公轉周期84.32年,自轉周期239小時,為逆向自轉。表麵溫度約-180°c。有磁場、光環和十五顆衛星。在八大行星裏,它與海王星屬於冰巨星一類,其原因是因為它拉大氣構成與巨大氣體巨星構成完全不一平。
天王星大氣的主要成分為氫和氦,另外還包含了由水、氨、甲烷所結成的“冰”和可以察覺到的碳氫化合物。他是太陽係內溫度最低的行星,最低的溫度隻有49K,還有複合體組成的雲層結構,水在最低的雲層內,而甲烷組成最高處的雲層。它和其他的大行星一樣,有係統、有磁場和許多衛星。它係統非常獨特,它的自轉軸斜向一邊,幾乎是躺在公轉太陽的軌道平麵上,因而兩極也躺在其他行星的赤道位置上。
在西方文化中,天王星是唯一一顆以希臘神祗命名的行星,而太陽係中的其他行星都是根據羅馬神祇命名的。從地球看,天王星的環像就像是標靶的圓環,而它的衛星就好像是鍾表的指針。在1986年,來自旅行者2號的影像顯示天王星實際上是一顆平凡的行星,在可見光的影像中沒有像在其他巨大行星所擁有的雲彩或風暴。然而,近年內,隨著天王星接近晝夜平分點,地球上的觀測者看見了天王星上的季節的變與天氣活動,它風速可以達到每秒250米。
對於氣體巨星和冰巨星的形成,有些論點認為它們剛形成的時候就有差異的存在。太陽係的誕生應該開始於一個氣體和塵土構成的巨大轉動的球體,也就是前太陽星雲。當它凝聚時,就會逐漸形成盤狀,然後在中心的崩塌形成了太陽。星雲氣體,主要是氫和氦,然後與塵土結合就形成了第一顆原行星。在行星成長的過程中,有些累積到足夠的質量,能夠凝聚星雲中殘餘的氣體的就開成了氣體巨星。冰巨星是由於氣體隻有幾個地球的質量,沒能達到這個臨界點。目前,太陽係形成理論遭遇了困難,有人認為天王星和海王星如此遠離木星和土星,而且他們也太大了,因此在那個距離上無法取得足夠的材料來形成。不然也有科學認為在離太陽較近的位置形成之後,它們才被木星驅趕到外麵的。然而,經過最近的模擬,並將行星漂移計算在內,似乎能在他們現存的位置上形成天王星和海王星。
天王星的在行星之前就已經被觀測了多次,人們把它當作恒星來看。而天王星的發現,最早的紀錄可以追溯至1690年,約翰·佛蘭斯蒂德在星表中將他編為金牛座34,並且至少觀測了6次。法國天文學家Pierre Lemonnier在1750至1769年也至少觀測了12次,包括一次連續四夜的觀測。威廉·赫歇爾在1781年3月13日在索美塞特巴恩鎮新國王街19號自宅的庭院中觀察到這顆行星(現在是赫歇爾天文博物館),但在1781年4月26日最早的報告中他稱之為彗星。赫歇爾用他自己設計的望遠鏡對這顆恒星做了一係列視差的觀察。他在他的學報上的紀錄著:“在與金牛座成90°的位置……有一個星雲樣的星或者是一顆彗星。”在3月17日,他注記著:“我找到一顆彗星或星雲狀的星,並且由他的位置變化發現是一顆彗星。”最後他半角發現交給皇家學會,雖然他認為那顆比較像行星,但他還稱它為彗星。
威廉·赫歇爾是天王星的發現者,它是一個很快被天體所接受的一顆行星。在1783年,法國科學家拉普拉斯證實赫歇爾發現的是一顆行星。赫歇爾本人也向皇家天文學會的主席約翰·班克斯承認這個事實:“經由歐洲最傑出的天文學家觀察,顯示這顆新的星星,我很榮譽的在1781年3月指認出的,是太陽係內主要的行星之一。”為此,威廉·赫歇爾被英國皇家學會授予柯普萊勳章。當時的國王根據他們成就,將他移居到溫沙王室。喬治三世依據他的成就將他移居至溫莎王室。讓皇室的家族有機會使用他的望遠鏡觀星的前提下,還給予了他200英鎊的年薪。
11.海王星——神秘的淡藍色行星
海王星是一個典型的氣體行星。海王星上呼嘯著按帶狀分布的大風暴或旋風,海王星上的風暴是太陽係中最快的,時速達到2000千米。海王星的藍色是大氣中甲烷吸收了日光中的紅光造成的。盡管海王星是一個寒冷而荒涼的星球,但科學家們推測它和木星、土星一下是有內部有熱源的。它輻射出的能量是它吸收的太陽能的兩倍多。由於海王星是一顆淡藍色的行星,人們根據傳統的行星命名法,稱其為涅普頓。涅普頓是羅馬神話中是統治大海的海神,掌握著1/3的宇宙。
海王星是在太陽係中的第八顆行星,它是在1846年9月23日被發現的。計算者為英國劍橋大學的大學生亞當斯,也是最早被計算下來的。德國天文學家J.G.伽勒是按計算位置觀測到該行星的第一個人。這一發現被看成是行星運動理論精確性的一個範例。海王星由於距離遙遠,光度暗淡,即使用大型望遠鏡也難看清其表麵細節,因而不能依靠觀測表麵標誌的移動來定出自轉周期。在1928年通過觀測譜線的多普勒位移測出它的自轉周期為15.8±1h,貝爾通等從分析約300次紅外觀測中定出的,海王星的快速自轉使它的扁率達1/50(即赤道半徑比極半徑約長500km)。在1968年4月7日曾出現海王星掩恒星事件,通過這個事件準確的得出了它的赤道直徑50950km,與目前的最新數據相差很小。如果用永遠鏡觀看海王星,它則呈綠色。
海王的大氣中含有豐富的氫和氦,大氣溫度大約為-205℃,這個值高於從太陽輻射算得的期望值,由些說明海王星的大氣下要麼存在著溫室效應,要麼它有熱源。在1932年證實了海王星光譜紅外區的強吸收線為甲烷引起。1846年,W.拉塞爾發現逆行的海衛一,據計算它正接近海王星,將來也許會碎裂成為海王星的環,1949年發現海衛二。從地球上來看,遙遠的海王星常常隱身於寶瓶座星係不被人們發現。直到一天,人們發現天王星運動方式有點怪異,通過計算和推算才發現了海王星。在天王星被發現後,人們注意到它的軌道與根據牛頓理論所推知的並不一致。因此科學家們預測可能是因為存在的另一顆遙遠的行星影響了天王星的軌道。
正是基於以上的預測,在1846年9月23日首次觀察到海王星。它所出現的地點非常靠近於亞當斯和勒威耶根據所觀察到的木星、土星和天王星的位置經過計算獨立預測出的地點。於是一場關於誰先發現海王星和誰享有對此命名的權利的國際性爭論產生於英國與法國之間。現在將海王星的發現共同歸功於他們兩人。後來的觀察顯示亞當斯和勒威耶計算出的軌道與海王星真實的軌道偏差相當大。也就是說,如果搜尋海王星的時間早幾年或晚幾年,人們將無法在預測的位置或其附近找到他。
12.冥王星——被“開除”出太陽係的行星
冥王星的發現,是在一個非常巧合的且幸運的情況下發現的。在1930年,是在基於天王星、海王星運行進行研究時被一個發現錯誤的“斷言”所發現海王星後還有一顆行星。美國亞利桑那州的Lowell天文台的ClydeW.Tombaugh由於不知道這個計算錯誤,對太陽係進行了一次非常仔細的觀察,於是發現了冥王星。冥王星是太陽係九大行星中同太陽的平均距離最遠,質量最小的一顆行星。它的密度隻為每立方厘米1.8~2.1克,其質量是地球質量的0.0024倍,這不僅比水星質量小,甚至比月球質量還小。它的直徑約為2400千米,比月球還要小。
在冥王星上有一個名叫查龍的衛星,它的直徑為1180千米,因此對冥王星的大氣層的情況知道得少知又少,科學家們推測,冥王星的大氣可能是由氮和少量的一氧化碳及甲烷組成。大氣極其稀薄,地麵壓強隻有少量微巴。冥王星的大氣層可能隻有在冥王星靠近近日點時才是氣體;在其餘的冥王星的年份中,大氣層的氣體凝結成固體。靠近近日點時一部分的大氣可能散逸到宇宙中去,甚至可能被吸引到冥衛一上去。冥王星的軌道十分反常,有時候比海王星離太陽更近(從1979年1月開始持續到1999年2月)。冥王星的自轉方向也與大多數其他行星的方向相反。冥王星與海王星的共同運動比為3:2,即冥王星的公轉周期剛好是海王星的1.5倍。它的軌道交角也遠離於其他行星。即使冥王星的軌道看到支好像要穿越海王星軌道似的,但實際上根本沒有,所以,它們永遠也不會碰撞。
冥王星從來沒有被太空飛行器訪問過,就連哈勃太空望遠鏡也隻能觀察到它表麵上的大致容貌。因為它的距離太陽是非常遙遠的,因此它表麵的溫度幾乎接近零下240攝氏度。在冥王星上看來,太陽隻不是一顆明亮的星星。
冥王星被去除太陽係是在2006年的8月。此段時間,在布拉格召開的國際天文聯合會第26屆大會上,來自各國天文界的權威代表經過投票表決後通過聯合會決議,將原來九大行星中的冥王星列入矮行星之列。這意味著太陽係不再有九大行星。
按照國際天文學聯合會的定義,一個天體要被稱為行星,需要滿足三個條件:圍繞太陽公轉、質量大到自身引力足以使它變成球體,並且能夠清除其公轉軌道周圍的其他物體。同時滿足上述三個條件的隻有水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星,它們都是在1900年以前被發現的。而同樣具有足夠質量、成圓球形,但不能清除其軌道附近其他物體的天體稱為“矮行星”,冥王星恰好符合這一定義,因此被國際天文學聯合會確認是一顆“矮行星”。圍繞太陽運轉,形狀不規則,也不能清除公轉軌道周圍物體的天體統稱為“太陽係小天體”。眾多太陽係小天體主要集中在火星和木星軌道之間,估計有50000多顆,現在已發現7000多顆。
一直以來,人們都認為太陽係九大行星,但通過這一決議,太陽係隻有八大行星。其實從70多年前發現冥王星開始就頗受爭議。1930年美國天文學家湯博發現冥王星,當時估錯了冥王星的質量,以為冥王星比地球還大,所以命名為大行星。但是經過近30年的進一步觀測,發現它的直徑隻有2300千米,比月球還要小,等到冥王星的大小被確認,“冥王星是大行星”早已被寫入教科書了。然而冥王星是一個異類。它個頭太小,軌道太扁,有時竟跑到海王星軌道的內側,而且軌道平麵相對於地球軌道平麵有很大的傾斜,而不像其他行星軌道基本上與地球軌道位於同一平麵上。這些種種特征使它的地位相當不穩定,最終被“開除”到了太陽係外。
13.木星——太陽係中最大的行星
木星簡介
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。
14.土星——太陽係最美麗神秘的行星
在太陽係的行星中,土星是最美麗的行星,它的光環最惹人注目。土星光環使土星看上去就像戴著一頂漂亮的大草帽。據觀測表明,土星光環物質的構成是碎冰塊、岩石塊、塵埃、顆粒等,它們排成圓圈,繞著土星旋轉。土星符號及克洛諾斯土星運動遲緩,人們便將它看作掌握時間和命運的象征。羅馬神話中稱之為第二代天神克洛諾斯,它是在推翻父親之後登上天神寶座的。無論東方還是西方,都把土星與人類密切相關的農業聯係在一起,於在天文學裏,土星的符號就是一把大鐮刀。
在人們發現天王星之間,認為土星是離太陽最遠的行星。土星被一條美麗的光環圍繞著,用望遠鏡就能看地很清楚。在土星還有較多的衛星,到1978年為止,已發現並證實的有10個,以後又陸續有人提出新的發現。土星的很多方麵與木星相似,比如它與木星同屬於巨行星,它的體積是地球的745倍,質量是地球的95.18倍。在太陽係八大行星中,土星的大小和質量僅次於木星,占第二位。它與木星一樣有著色彩斑斕的雲帶,也有較多衛星拱衛。
土星自轉的速度的也很快,因此呈扁球形,它赤道半徑約為60,000公裏。土星的平均密度隻有0.70克/立方厘米,是八大行星中密度最小的。如果把它放在水中,它會浮在水麵上。土星的大半徑和低密度使其表麵的重力加速度和地球表麵相近。土星在衝日時的亮度可與天空中最亮的恒星相比,那是因為它光環的平麵與土星軌道麵不重合,而且光環平麵在繞日運動中方向保持不變,所以從地球上看,光環的麵積很不固定,從而使土星的亮度也發生變化。當土星光環有最大視麵積時,土星顯得亮一些;當視線正好與光環平麵重合時,光環便呈現為一條直線,土星就顯得暗些。土星光環的重合與不重合之間的亮度相差大約3倍。
土星的轉產為橢圓形,它的公轉的軌道半徑為14億公裏,它的遠日點和近日點相差約1.5億公裏。土星繞太陽公轉的平均速度約為每秒9.64公裏,公轉一周約29.5年。土星也有四季,隻是每一季的時間要長達7年多,因為離太陽遙遠,即使是夏季也是極其寒冷。土星自轉很快,但不同緯度自轉的速度卻不一樣,這種差別比木星還大。赤道上自轉周期是10小時14分,緯度60度處則變成10小時40分。也就是說,土星的一天為10小時候零14分。
土星的大氣中飄浮著稠密的氨晶體所組成的雲,土星的大氣主要以氫、氦為主,並含有甲烷和其他氣體。從望遠鏡中看去,這些雲像木星的雲一樣形成相互平行的條紋,但不如木星雲帶鮮豔,隻是比木星雲帶規則得多。土星雲帶以金黃色為主,其餘是橘黃色、淡黃色等。土星的表麵同木星一樣,也是流體的。它赤道附近的氣流與自轉方向相同,速度可達每秒500米,比木星上的風力要大得多。土星極地附近呈綠色,是整個表麵最暗的區域。根據紅外觀測得知,雲頂溫度為-170℃,比木星低50℃。土星表麵的溫度約為-140℃。土星表麵有時會出現白斑,最著名的白斑是在1933年8月發現的,它出現在赤道區,呈蛋形,長度達到土星直徑的1/5,之後這個白斑還在不停的廣大,幾乎蔓延了土星的表麵。
由於土星表麵的溫度較低,而且逃逸的速度又很大(35.6公裏/秒),所以土星依然保留著幾十億年前它形成時所擁有的全部氫和氦。因此,科學家認為,研究土星目前的成分就等於研究太陽係形成初期的原始成分,這對於了解太陽內部活動及其演化有很大幫助。一般認為土星的化學組成像木星,不過氫的含量較少。土星上的甲烷含量比木星多,而氨的含量則比木星少。在1973年4月美國發射的行星際探測器“先驅者”11號發現土星有一個由電離氫構成的廣延電離層,其高層溫度約為977℃。經過觀測,結果發現土星的極區有極光。
目前認為,土星形成時,最初是土物質和冰物質吸積,然後才是體積聚。因此,土星有一個直徑20,000公裏的岩石核心。這個核占土星質量的10%到20%,核外包圍著5000公裏厚的冰殼,再外麵是8,000公裏厚的金屬氫層,金屬氫之外是一個廣延的分子氫層。1969年,一架飛機在地球大氣高層對土星的熱輻射作了紅外觀測,發現土星和木星一樣,它輻射出的能量是它從太陽接收到的能量的兩倍。由些表明,土星也有內在能源,後來經過“先驅者”11號的證實,土星發出的能量是吸收太陽能量的2.5倍。