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宇宙和太阳系

我们知道,地球是太阳系内的一颗行星,而太阳系是银河系中的恒星系。因此在介绍地球之前,让我们先来看看我们的宇宙和太阳系。

宇宙是什么?

在远古时期,古代埃及人认为宇宙是以天为盒盖、以地为盒底的大盒子,盒子中央是尼罗河。古代印度人则认为世界是驮在几只大象上的平板,而大象则站在巨大的龟背上。而中国古人则以“天圆地方说”来解释宇宙,也相继出现过盖天说、浑天说、宣夜说等宇宙模型。

随着人类的进一步观测和探索,宇宙的轮廓逐渐清晰起来。在西方科学界,物理学者对宇宙的描述经历了从“地心说”到“日心说”,从太阳系到银河系再到整个宇宙的演变过程。从现代科学来讲,宇宙本质上就是时间和空间的集合体。

宇宙

据科学家预测,宇宙中约有 1000 亿到 2000 亿个星系。有形状像水母的星系、像蝌蚪的星系、有吞噬其他星系的“食人族”星系,以及我们所处的银河系。有的星系刚出生就接近死亡,而有的星系在中年还如花儿一般盛开,各不相同。

而在银河系中又有约 4000 亿颗恒心,其中黄矮星约占 20%,也就是约 800 亿颗,其中一颗就是我们的太阳。所以,我们身处的太阳系真可谓是沧海一粟。

提示

天文学界把约 0.8 至 1.2 倍太阳质量的恒星统称为黄矮星。黄矮星正式的学名叫 GV 恒星,就是光谱为 G 型,光度为 V 的主序星。这类恒星核心在持续不断进行着由氢融合成氦的核聚变,表面温度在 5300 ~ 6000K 之间。

太阳系

太阳系是一个受太阳引力约束在一起的行星系统,包括太阳以及直接或间接围绕太阳运动的天体。在直接围绕太阳运动的天体中,最大的八颗被称为行星,其余的天体要比行星小很多,比如矮行星、太阳系小天体的小行星和彗星。

恒星和行星都是宇宙中的常见天体,恒星指的是内部有核聚变可以发光发热的星球,行星指的是质量还没有引起内部核聚变的球状天体。不过两者的主要区别还在质量上,如果行星的质量继续增加的话,引发内部的氢核聚变,那它也就成为恒星了。我们的太阳系中,太阳是唯一的恒星。

另外,根据国际天文联合会的定义,满足以下条件的天体才能被称为行星:

  1. 必须是围绕恒星运转的天体;
  2. 有足够的质量使本身的形状成为球体;
  3. 有能力清空邻近轨道的小天体。

太阳系中符合条件的天体一共有八个,也就是我们所说的八大行星。

提示

在较旧的教材中,你可能会看到“九大行星”的说法,这是因为将冥王星计算在内了。但在2006年8月24日,国际天文联合会重新定义行星这个名词之后,将冥王星归为矮行星,因此变成了“八大行星”。

太阳系八大行星

八大行星按距离太阳由近及远排列,分别是水星(Mercury)、金星(Venus)、地球(Earth)、火星(Mars)、木星(Jupiter)、土星(Saturn)、天王星(Uranus)和海王星(Neptune)。

太阳系八大行星

如果按体积排列顺序,从大到小依次是木星 、土星 、天王星 、海王星 、地球 、金星 、火星 、水星。

如果按照具体特征分类,可以分成两类 —— 类地行星和类木行星。其中,类地行星都类似地球具有岩石陆地,包括水星、金星、地球和火星;类木行星都是类似木星的气体行星,体积比类地行星大很多,包括木星、土星、天王星和海王星。

每颗行星都有不同的特点,下面简单介绍一下。

  • 水星:离太阳最近、公转速度最快、体积和质量最小、昼夜温差最大的行星。古代称为“辰星”或“昏星”。由于距离太阳最近,大气又非常稀薄,所以水星上的温差是整个太阳系中最大的,白天约430℃,晚上-170℃。
  • 金星:金星在太阳系中非常奇特,因为它是唯一一个逆向自转的行星,自转方向自东向西,距地球最近、最亮的行星。由于金星厚达数千米的大气层主要由二氧化碳组成,所以金星的温室效应特别明显,表面温度高达400多摄氏度,是太阳系中温度最高的行星。古代被称为“长庚”、“启明”、“太白”。
  • 地球:直径最大和比重最大的岩石行星,质量、密度最大的类地行星,已有46亿年历史。由于散射作用,地球呈现出蓝色,被称为“蓝色星球”。
  • 火星:自转轴倾角、自转周期均与地球相近,公转一周约为地球公转时间的两倍。其表面没有海洋,基本上是沙漠行星,地表沙丘、砾石遍布,而且有大量的氧化铁,氧化铁是红棕色的,所以整个火星也是橘红色的,因此火星被称为“红色星球”。古代被称为“荧惑星”。
  • 木星:质量和体积最大,自转最快的行星。太阳系行星中质量最大的一颗,它的质量是地球的300多倍,体积是地球的1300多倍。被称为“行星之王”。古代被称为岁星。
  • 土星:光环最美,卫星最多,自转很快,仅次于木星,由于快速自转,使得它的形状变扁,是太阳系行星中形状最扁的一个。古代被称为镇星或填星。
  • 天王星:大多数的行星总是围绕着几乎与黄道面垂直的轴线自转,可天王星的轴线却几乎平行于黄道面,因此天王星的南极几乎是接受太阳直射的,其自转的倾斜度很大,所以天王星是太阳系中唯一一个躺着自转的行星。
  • 海王星:离太阳最远的行星,大气活动最猛烈、表面风速最快,其风暴是太阳系中最快的,时速达到2000公里。是唯一利用数学预测而非有计划的观测发现的行星。

八大行星横向对比

八大行星的质量、体积、密度、重力等数据对比如下表所示(同时也把月球和太阳放进来一起对比了)。

行星名称距太阳平均距离
(天文单位 AU)
质量
(地球=1)
密度
(水=1)
体积
(地球=1)
重力
(地球=1)
水星0.38710.05585.430.060.38
金星0.72330.825.20.860.91
地球1.00001.005.511
火星1.52370.113.930.150.38
木星5.2028317.91.313212.36
土星9.538895.170.77640.92
天王星19.191414.561.3630.89
海王星30.061117.241.7581.12
月球--0.013.340.020.17
太阳--3330001.41130000027.94

注:

  • 地球体积 = 1.08×1012 立方公里
  • 地球质量 = 5.98×1024 千克
  • 1天文单位(1AU)= 1亿5千万公里

另外,八大行星的自转和公转周期,以及温度等数据对比如下表所示。

行星名称直径(公里)自转公转自转轴倾斜度平均温度己知卫星数
水星485059天88天0度167°C0
金星12100243天(逆)225天2.6度464°C0
地球1275024小时365天23.5度15°C1
火星680024小时37分687天25.2度-63°C2
木星1427009小时50分11.9年3.1度-144°C18
土星12000010小时14分29.5年26.7度-176°C28
天王星5080017小时84年97.8度-215°C21
海王星4860016小时164.8年28.8度-215°C8
月球347627天7小时--6.7度-18°C--
太阳139200026天(赤道)
31天(南北极)
----5500°C(表面)--