第一节　太阳和太阳系
太阳
太阳系
一、太 阳

一、 太阳的距离、大小和质量
日地平均距离：1.496 × 108km （即天文单位）
大小：半径约700 000km（为地球半径的109倍）
表面积：地球表面积的12 000倍
体积：地球体积的1 300 000倍
质量：1.989×1030kg（约为地球质量的33万倍）
二、 太阳的热能、温度和热源
太阳热能
太阳常数：8.16J/(cm2·min)；
平均距离，太阳直射，大气界外；
太阳辐射总量：3.826 ×1026J/s；
地球所得：1.74 ×1017J/s（占22亿分之一）。
图2-8 推测出的太阳结构与剖面示意图
太阳是我们惟一能观测到表面细节的恒星。直接观测到的是太阳的大气层，它从里向外分为
光球→色球→日冕
太阳温度
根据太阳辐射热量推算的温度称有效温度；
根据太阳辐射光谱测定的温度称辐射温度；
太阳光球温度：5 770K ；
太阳中心温度：15 000 000K；
色球温度：100 000K；
日冕温度：1 500 000K。
太阳热源
产热过程：热核反应（氢核聚变为氦核）；
产热方式：质量转化为能量；
产能中心：在太阳核心。
四、 太阳活动：太阳大气各种变化的总称（太阳“天气变化”）
黑子：扰动太阳的明显标志。
耀斑：扰动太阳的主要标志，对地球的影响最强烈。
磁暴：电离层干扰。产生极光。
二、太阳系
太阳系是由太阳、八大行星及其卫星、矮行星、太阳系小天体及行星际物质组成的天体系统。
太阳系的发现
古代人对宇宙的认识
托勒密的地心体系
日心地动说的确立
古代人对宇宙的认识
从直观上：
　　——地心说的萌芽
地静天动，地居中心
地动天静
从运动的相对性上：
　　——地动说萌芽
地心说的代表
从盖天说到浑天说
春秋时期 盖天说天在上地在下
东汉时期 浑天说天如鸡子地如中黄
地动说的代表
赫拉克里的斯
阿里斯塔克
《尚书 · 纬 · 考灵曜》
“与其设想整个天穹在环绕大地旋转，倒不如设想大地在绕着自己的轴线旋转。”
根据粗略的测量，得出“日比地大”的结论，从而断定地球绕太阳运动。
地体虽静，而终日旋转，如人坐舟中，舟自行动，而人不自知。
托勒密的地心体系
托氏地心体系要点
从亚里士多德到托勒密
亚里士多德：地球中心说
阿波隆尼：本轮－均轮模型
地球中心说图示
行星亮度的变化
行星的逆行
行星的逆行
逆 行
西
东
本轮－均轮模型
托氏地心体系要点
地球静止在宇宙中心
宇宙有九重天
原动天推动各层天自东向西作周日运动，同时各行星在自己的本轮上作匀速转动
除恒星天外，其余七重天又都有各自的与周日运动方向相反的运动
对地心体系的评价
对地心体系的评价
标志着人类认识宇宙的一个阶段
符合直觉印象，比较好的解释了行星的运动，是系统的总结前人对宇宙的认识后形成的一个完整的宇宙体系。
后为欧洲中世纪教会所利用
教会宣扬，上帝创造了日月星辰和人，并把人放在地球上，使地球居于宇宙的中心，其他的日月星辰均是为了地球而存在的。
科学只是教会恭顺的婢女，它不能超越宗教信仰所规定的界线，因而根本不是科学。
　　　　　　　　　——恩格斯《反杜林论》
上帝创造世界时如果向我征求意见的话，天上的秩序可能安排得更好一些。
哥白尼
（1473--1543）
波兰天文学家。通过近40年的观测和研究，在1543年出版巨著《天体运行论》，彻底推翻了托勒密的地心体系，提出了新的宇宙体系——日心体系。
日心地动说的确立
哥白尼日心体系的要点
太阳是宇宙的中心
地球只是一颗行星，同其他行星一起绕太阳公转
日月星辰的东升西落是地球自转的反映
月球是地球的卫星，每月绕地球一周，同时跟随地球绕日公转
日心学说的发展
布鲁诺　伽利略　开普勒　牛顿
布鲁诺（1548--1600）意大利哲学家
宇宙是无限的。在太阳系之外有着数不尽的世界，我们所看到的世界只是无限宇宙中非常渺小的一部分。太阳不是宇宙的中心，无限的宇宙根本没有中心。
　　　——《论无限宇宙及世界》（1584年）
伽利略(1564—1642)
意大利天文学家。是用望远镜观察天体并取得大量成果的第一人，被誉为“天空中的哥伦布”。
月亮并不象亚里士多德所说的那样完美无缺；木星有四颗卫星，它们绕木星而不是绕地球转动；银河是由大量恒星构成的。
　　　　　　　——《星界的报告》（1610年）
开普勒（1571--1630）
德国天文学家。在丹麦皇家天文学家第谷大量观测资料的基础上，开普勒总结出行星运动的三大定律，为人们描绘出行星运动的轨道，被誉为“天空立法者”。
行星划出一个以太阳为焦点的椭圆；由太阳到行星的矢径在相等的时间内划出相等的面积；行星公转周期的平方与它同太阳距离的立方成正比。
　　　　　——《哥白尼天文学概论》（1618年）
牛顿（1642--1727）
英国科学家。发明了微积分；发现了万有引力定律；系统总结了物体运动三大定律；发明了反射式望远镜。
如果我比别人看得远些，那是因为我站在巨人们的肩上。
利用万有引力定律，英国的亚当斯和法国的勒维耶计算出当时上不为人们所知的海王星轨道，被称作“笔尖上的发现”。
哥白尼的太阳系学说有三百年之久，一直是一种假说，这个假说尽管有99%、99.9%、99.99%的可靠性，但毕竟是一种假说。而当勒维耶从这个太阳系学说所提供的数据，不仅推算出还存在一个尚未知道的行星，而且还推算出这个行星在太空中的位置的时候，当后来伽烈确实发现这个行星的时候，哥白尼的学说就被证实了。
　　　　　　　　　——恩格斯
第谷的宇宙体系
（1546-1601）
木星及其卫星
木星及木卫一
木卫一经过木星上空
木卫一（左）和木卫二（右）
海盗1号拍摄的伽利略卫星
太阳系的组成
◆太阳◆八大行星及其卫星◆矮行星 ◆小天体 ◆行星际物质
行星定义
行星定义及其他
行星
围绕太阳运转、自身引力足以克服其刚体力而使天体呈圆球状、并且能清除其轨道附近其他物体的天体。
矮行星
与行星同样具有足够质量，呈圆球状，但不能清除其轨道附近其他物体的天体。
小天体
围绕太阳运转但不符合上述条件的天体。
包括小行星、彗星、流星体等
八大行星及其分类
水星（Mercury）
离太阳最近
质量和体积较小
与太阳角距离不超过280
没有卫星
水星日出
在水星上观察到的太阳的视半径会超过地球上的两倍
水星与地球的比较
由于质量较小，水星大气非常稀薄，表面温度变化十分剧烈，白天可高达4200C以上，夜晚则下降为-1700C以下。
水星与太阳的角距离示意图
1973年，美国发射了水手10号宇宙飞船，对水星进行近距探测，发回大量有关信息，让我们清晰的看到水星的地表形态。
水星地表
金星（Venus ）
浓密的大气
逆向自转
没有卫星
金星与地球的比较
金星的质量、大小与地球十分相似，所以被称为地球的“姊妹星”。基于这些，人们曾经想象金星的环境也许和地球相似，但实际上金星与地球差异很大。
被浓密云层遮掩的金星
金星浓厚的CO2大气造成强烈的温室效应，其表面温度高达4500C。
火星（Mars）
寒冷干燥
火星探测
火星的卫星
火星与地球的比较
尽管火星的体积、质量都比地球小，大气层比地球稀薄，但却有着和地球相似的昼夜长短和季节变化。是太阳系中与地球最相似的一颗行星。
荒凉的火星地表
火星探测
最早的火星空间探测器是美国水手4号飞船，1965年飞临火星，首次发现火星表面的环形山。
最早登陆火星的是美国海盗号飞船探测器，1976年降落火星表面，测绘了详尽的火星表面图。
2004年美国发射的勇气号和机遇号探测器，在火星表面找到了曾经存在过水的证据。
火星上的“蓝莓果”
美国宇航局的科学家通过机遇号发回的信息认为这些镶嵌在火星岩层上的小石球其主要成分是赤铁矿，而赤铁矿主要是在有水的环境下形成的。
火卫一、二
木星（Jupiter）
液态星球
色彩分明的条纹
昏暗的木星环
木星的卫星
木星上色彩分明的条纹
大红斑
木星结构
由氢和氦组成的 1000多千米厚的大气层
由氢组成的液态氢的海洋
由铁和硅组成的固体核
大红斑
旅行者2号1979年拍摄的大红斑
大红斑是木星大气中一团激烈旋转的上升气流，已经持续了几百年
木星光环
木星及其伽利略卫星
木星目前已知有58个卫星。按发现的先后次序编号
　　木卫一～四是4颗最大也是最亮的卫星，由伽利略用望远镜首先发现
土星(Saturn)
美丽的光环
密度最小
众多的卫星
土星的光环
土星的卫星
已知有33颗卫星。其中土卫六最大，半径超过了水星。土卫六和土卫二是太阳系中拥有浓密大气的卫星。
土星探测
土星探测
由NASA和ESA联合发射的“卡西尼-惠更斯”号探测器2004.7进入土星轨道。
天王星（Uranus ）
躺着自转
昏暗的环
众多的卫星
天王星光环
“旅行者”拍到的天王星环
1977年在天王星掩食恒星的观测中首先发现。
1986年，“旅行者2号”飞掠天王星时，又发现了天王星其他的环。
1997年，哈勃望远镜更清晰的拍摄了天王星的环。
天王星光环与卫星
哈勃望远镜拍摄的照片中更清晰的显示了天王星的环，并且还拍摄到天王星周围的8颗卫星。
天王星的卫星
目前已证实了天王星有20颗卫星。
海王星（Neptune ）
暗淡的环
活跃的大气层
8颗卫星
活跃的大气层
暗淡的海王星环
海王星的卫星
海卫一——泰坦
海卫一地平线上的海王星
冥王星（Pluto ）
偏心率很大的公转轨道
只有一颗卫星——卡戎
画家笔下的冥王星
画家笔下的冥王星地貌，左面小圆点是太阳，天上是冥卫卡戎
海王星与冥王星轨道示意图
八大行星的分类
水 金 地 火 木 土 天 海
________
地内行星
___________________
地外行星
________________
(带)内行星
类地行星和类木行星
巨行星
远日行星
少
较低
无
较低
较小
较小
冥王星
类地行星和类木行星
矮行星
Pluto
Ceres
2003UB313
Eris
冥王星
人们搜索冥王星的最初目标，是为了解释天王星轨道的异动。由于海王星只能部分解释天王星实际轨道与预测轨道的差异，19世纪末的天文学家猜测，在海王星的轨道范围之外，还应该有一个未知天体，它的引力干扰着天王星的运动。
冥王星及其卫星卡戎
1930年，美国天文学家汤博发现了这颗远离太阳的未知天体，被命名为Pluto——冥王星。
备受质疑的“大行星”
与其他8颗行星相比，冥王星显得过于特别。它非常小，比许多其他行星的卫星还小，比如月球。
与众不同的公转轨道
其他行星的轨道平面都与地球轨道平面基本一致，冥王星的轨道平面却与其呈很大夹角（17º）。
其他行星的轨道几乎是完美的圆形，而冥王星的轨道是一个有很大偏心率的椭圆形
对太阳系边缘的新认识
柯伊伯带的发现意味着，在海王星轨道之外、离太阳约50个天文单位的区域，并不是由冥王星占统治地位的空旷地带，而有许多“居民”。
近几年来人们不断发现更大的柯伊伯带天体，其中2003UB313甚至比冥王星还要大。
冥王星失去行星地位
2006.8.24，国际天文学联合会第26届大会投票决定，将冥王星列入“矮行星”。
小天体
小行星
彗星
流星体
小行星
小行星是指那些围绕太阳运转但体积太小而不能称之为行星的天体。最大的小行星直径不过1000千米，而小的则只有几百米。
岩石物质组成
形状不规则
体积小
特点
小行星带分布示意图
小行星照片
小行星Ida及其卫星
探测器拍摄到的小行星图像
彗星
彗星在天空中不常见，因其外貌独特，在西方称之为发星，中国称之为扫帚星。
物质组成：
运动轨道：
独特结构：
由掺杂着尘埃的冰冻物质组成
偏心率很大的椭圆轨道
彗核 彗发 彗尾
哈雷（1656—1742），英国天文学家，格林尼治天文台第二任台长。1676年建立了南半球第一个天文台，测编了包括341颗南天恒星的星表。1705年出版《彗星天文论说》一书，预言了将于1758年回归的彗星同1456、1531、1607、1682年出现的是同一颗彗星。当这颗彗星于1758年重新出现时，哈雷已经长眠于地下16年了。为纪念他，人们把这颗彗星命名为哈雷彗星。
海尔—波普彗星1997年3月27日摄于意大利
彗星的轨道
由于彗星轨道的偏心率很大，轨道十分扁长，所以彗星的绕转周期很长。周期小于200年的即为短周期彗星。著名的哈雷彗星周期为76年，最近一次回归是1986年。
彗核
彗星的结构
流星体
流星体实质上也是环绕太阳运转的小型天体，其体积非常小。流星体闯入地球大气层，在80—110千米高空与大气摩擦燃烧而发出强光，便称为流星。如果流星体在大气层中没有完全燃烧而坠落到地表，便是陨星。
流星体 流星 陨星
陨星的分类
流星雨
吉林一号陨石
1976年3月8日降落于吉林市郊。重达1770千克，是目前已知的最重的陨石，图中标尺为30厘米。
陨星
显微镜下火星陨石的不寻常的管状结构，被认为是火星上曾经存在生命的证据。
南极发现的陨石，其结构与科学家估计的火星岩石十分相似。有人认为它来自火星。形成于180万年前。
南极发现的陨铁，含有大量的铁和镍。可能是一颗已毁灭的小行星内核的一部分。

历史上的流星雨
我国有着世界上最丰富和最系统的天象纪录。对狮子座流星雨的爆发就记载有7次之多。其中一次发生在400多年前。“明嘉靖十二年（1533年）十月初八夜，万星纵横流飞，俄陨如雨，至天曙方止。”
1833年11月12日夜，美国东部波士顿地区的居民被一种从未见过的天象惊住了（如上图），他们看到天空中的流星如雪片似的飞舞，成千上万颗的流星从狮子座那里射向四面八方，持续六、七个小时，总数多达20余万颗。海尔大学的教授奥姆斯特德当时写道：数不清的流星射向四面八方，几乎没有空隙，流星宛如雪花，纷纷飘落，每一朵雪花就是一颗亮晶晶的流星。第二天黄昏，有一些好奇的目击者还跑出门去等待夜幕的降临，他们真担心天上的星星是不是都掉光了。
流星雨形成示意图
太阳系的结构和运动
行星运动遵循开普勒三定律
行星公转的共面性、近圆性、同向性
行星的分布里密外疏
开普勒定律
第一定律：行星绕日公转轨道是椭圆，太阳位于椭圆的一个焦点上。
第二定律：行星向径（行星与太阳的连线）在相等的时间内扫过相同的面积。即行星公转的面积速度保持不变。
第三定律：任何两行星绕日公转周期的平方之比等于它们到太阳距离的立方之比。
——轨道定律
——面积定律
——周期定律
轨道定律
椭圆的偏心率e＝c/a
行星公转轨道的偏心率均很小，说明行星公转轨道接近于圆形。
行星公转的轨道参数
b/a=0.98
面积定律
行星的轨道速度（角速度、线速度）随与日距离而变：近日点附近，公转较快，远日点附近，公转较慢。
因轨道偏心率很小，故速度变化程度不大。
周期定律
Ｔ１２／Ｔ２２＝ａ１３／ａ２３
若：Ｔ２、ａ２分别代表地球的周期和距离，
则：Ｔ２ =1年，ａ２ =1天文单位，
那么对于任一行星来说：Ｔ２＝ａ３
行星公转特点
共面性
近圆性
同向性
行星公转平面大体位于同一平面上，都接近于黄道平面。
行星绕日公转的轨道近于圆形。
行星绕日公转的方向相同，均自西向东。
行星的分布里密外疏
木
火
提丢斯－波得定则
ａ＝0.4+0.3×2n
1776年定则发表
1781年赫歇尔发现天王星
1801年皮亚齐发现谷神星
6
太阳系的起源
关于起源的假说
现代星云说
星云说　灾变说　俘获说
太阳星云的形成
星云盘的形成
原始太阳和圆环体的形成
太阳和行星的形成
太阳系形成
星云说
形成太阳系的物质基础是弥漫星云
形成太阳系的动力是星云的自引力
德国哲学家康德1755年提出
法国天文学家拉普拉斯1796年提出
灾变说
太阳形成后，约距今20亿年前，一个较大的恒星走近太阳，其引力从太阳上拉出一部分物质，这些物质在绕转太阳的过程中，逐渐凝成行星。
俘获说
约六、七十亿年前，太阳将某星云中的一部分吸引到自己周围而形成太阳系。
太阳星云的形成
太阳系是由同一星云——太阳星云演化而来的。太阳星云是银河星云在收缩过程中碎裂而形成的大量碎块中的一块。
星云盘的形成
太阳星云在自引力作用下不断收缩，旋转速度加快，受惯性离心力作用，星云越来越扁，形成星云盘。
原始太阳和圆环体形成
随收缩的进行，旋转速度加快，惯性离心力也随之增大，当离心力足以同自引力抗衡时，星云盘不再收缩，原地停留形成几个同心圆环。
　　星云盘中心进一步收缩增温，形成原始太阳。
太阳及行星形成
原始太阳持续收缩增温，开始核反应，成为一颗恒星。
　　圆环体物质通过碰撞吸积，逐渐形成各行星。
太阳系形成
受太阳风影响，离日较近的部分，较轻的元素被驱逐到较远的位置上，因此类地行星质量小而密度大。距日较远的类木行星质量大而密度小。
　　行星周围的残余物质在较小的范围内重演行星的形成过程，产生卫星。
上海网上天文台http://www.astron.sh.cn/
太阳系http://solar.starparadise.net/
星空天文网http://www.cosmoscape.com/index.asp