地球的家族——太阳系

作为人类家园的地球只是太阳家族的一个成员，地球上的一切生机无不来自太阳的恩惠，俗话说，万物生长靠太阳。为了生存，古人虔诚祈求太阳降福于人类，崇拜太阳的神灵，感谢太阳的恩赐。现在许多学者正在不遗余

力地研究太阳和它的大家族——太阳系。

太阳系是由太阳、行星、行星的卫星、小行星、彗星和流星等组成，犹如一位老祖母率领着她的儿孙在太空中遨游（见图 2）。太阳是太阳系的中心天体，行星、小行星几乎在一个平面上形成盘状结构，在各自的轨道上按照同一方向围绕太阳旋转，而彗星和流星则是在包含行星盘的球状空间中游弋。太阳的赤道半径约为 695990 公里，是地球赤道半径的 109.12 倍。太阳

的体积约是地球体积的 130 万倍。太阳的平均质量约为 1.989×1027 吨，约

是地球平均质量的 33 万倍。太阳的表面温度为 5780±50 开尔文。太阳的中

心温度超过 15000000 开尔文，因而它能辐射各种波长的电磁波，给地球上的人类以温暖和光明。

太阳的结构

太阳的内部构造从中心到边缘大体分为核反应区、辐射区、对流区和太阳大气区四个区域。在太阳大气区内又可分为光球、色球和日冕三个层次。最内层的是光球，日冕为最外层。在太阳大气区充满含有 73 种元素的稀薄气体。凡是地球上有的元素，太阳大气中都有。这些气体中氢的含量最高，氦次之。太阳内部的氢和氦，在高温下产生热核反应，释放大量的能量，成为太阳系内各星球光和热的源泉。

由于太阳表面温度较中心低，在太阳光球层上出现暗黑区或暗斑区。这些暗黑区或暗斑区被称为太阳黑子。其实太阳黑子并不完全是黑色的，它的亮度与满月的亮度差不多。太阳黑子的直径约为 2000～100000 公里不等。黑子中心处的温度约为 4000 开尔文。黑子的出现具有周期性，平均周期约为

11 年。黑子有强磁场，其极性可以反转，反转的周期约为 22 年。太阳黑子的活动成为太阳活动的重要标志。太阳活动的另一个标志是耀斑的出现，是太阳爆发、释放大量能量的现象。一次耀斑持续时间约几分钟到几十分钟。耀斑主要发生在太阳大气区的色球层。太阳的这种强烈活动对地球有重要的影响。由太阳外层大气向外发射的粒子流组成的太阳风，由于星际空间的不均匀，随着时间而波动，其所形成的星际空间磁场成双臂阿基米德螺旋状， 随太阳一起旋转，约 27 天一周。

太阳和其他恒星一样，有幼年、中年、老年的演变过程。根据太阳氢氦核反应的速率估算，太阳已生存了 47 亿年，它的寿命可达 100 亿年，因此我们说太阳现在已步入中年了。

九大行星系统

太阳系有九大行星，它们是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星和冥王星。17 世纪以前，人们就已经发现了水星、金星、火星、木星和土星。1608 年发明了望远镜，使天文观测大开眼界。1781 年 3 月 13

日，发现了天王星。1846 年 9 月 23 日发现了海王星。1930 年 2 月 18 日发现了冥王星。从这个时候起，太阳系的九大行星就成了人类熟知的天体。

太阳系的九大行星，按照它们的质量、体积、平均密度、化学成分、表面温度等物理性质及特征，大体上可以分为两类。一类称为类地行星，包括水星、金星、地球和火星。另一类称为类木行星，包括木星、土星、天王星

和海王星。冥王星则是介于这两种类型之间的过渡类型。类木行星又分为两种：一种是巨行星，包括木星和土星；另一种是远日行星，包括天王星和海王星。通过天文学家观测得到的具体数据可以清楚地看出这两类行星的差别。

水星离太阳最近，约 57.9×106 公里，平均半径为 2437 公里，质量为 3.2

×1020 吨，体积是地球体积的 0.06 倍。水星绕太阳运行轨道的偏心率为

0.206。水星自转周期为 58 天 16 小时，公转周期为 88 天。水星的表面温度最高为 450 摄氏度，最低为－160 摄氏度。水星周围的大气极为稀薄，这极稀薄的气体中氦气约占 90％。

金星距太阳 108.2×106 公里，平均半径为 6050 公里，体积是地球体积的 0.88 倍，质量为 48.75×1020 吨。金星绕太阳运行轨道的偏心率为 0.007。金星自转周期为 242 天 14 小时（也有资料认为自转周期为 244 天 8 小时），

公转周期为 224.7 天。金星表面温度为 480 摄氏度。金星周围的大气以二氧化碳为主。

地球距太阳 149.6×106 公里，平均半径为6378.1 公里。地球质量为59.75

×1020 吨。地球运行轨道的偏心率为 0.017。地球自转周期为 23 小时 56 分， 公转周期为 365.26 天。地球表面平均温度为－30～45 摄氏度。地球周围大气层中氧占 21％，氮占 78％。

火星距太阳 227.9×106 公里，平均半径为 3394 公里，体积是地球体积

的 0.15 倍。火星运行轨道的偏心率为 0.093。火星自转周期为 24 小时 37 分

23 秒，公转周期为 686.98 天（合 1.88 年）。火星周围大气稀薄，其中二氧化碳占 90％以上，其次是氢、氮等。火星表面温度为－130～30 摄氏度。

木星距太阳 778.3×106 公里，平均半径为 69500 公里。木星体积是地球

体积的 1316 倍。木星运行轨道的偏心率为 0.048。木星自转周期为 9 小时 55

分 29 秒，公转周期为 4330 天（合 11.86 年）。木星周围大气层厚，其中氢占 80％，氦占 15％。木星表面温度为－145 摄氏度。1979 年 3 月 4 日“旅行者 1 号”发现木星有一个由黑色碎石组成的宽约几千万公里的光环。

土星距太阳 1427×106 公里，平均半径为 58100 公里。土星体积是地球

体积的 755 倍。土星运行轨道的偏心率为 0.056。土星自转周期为 10 小时 39

分 26 秒，公转周期为 10800 天（合 29.57 年）。土星周围大气层厚，主要有氢、氦和甲烷。土星表面温度为－150 摄氏度。土星有一个美丽的光环，这个光环的结构非常复杂，它是由几个较小的光环组成的，组成光环的物质是细小的晶冰和带冰壳的微粒。

天王星距太阳 2869.6×106 公里，平均半径为 24500 公里，天王星的体积是地球体积的 67 倍。天王星运行轨道的偏心率为 0.046。天王星自转周期为 13 小时 30 分～15 小时 30 分（有资料称，天王星自转周期为 24 小时±3

小时），公转周期为 30700 天（合 84.05 年）。天王星表面温度为－185 摄氏度。天王星周围大气以甲烷、氨和水蒸气为主。1977 年发现天王星有一个多层结构的光环。

海王星距太阳 4496.1×106 公里，平均半径为 24600 公里。海王星的体积是地球体积的 57 倍。海王星运行轨道的偏心率为 0.009。海王星自转周期为 18 小时 10 分，公转周期为 60200 天（合 164.81 年）。海王星表面温度为

－200 摄氏度。海王星周围大气以甲烷、氨和氢为主。1982 年 6 月发现海王星有一个光环。

冥王星距太阳 5913.5×106 公里，赤道半径为 1350 公里。冥王星的体积是地球体积的 0.0095 倍。冥王星运行轨道的偏心率为 0.246。冥王星自转周期为 6 天 9 小时 17 分，公转周期为 90700 天（合 248.32 年）。冥王星表面温度为－220 摄氏度。冥王星周围大气层较厚，主要成分是冰冻的甲烷。

太阳家庭的其他成员

太阳家族除九大行星外，还有众多小行星、卫星、彗星和流星在太阳外围周行运动（见图 3）

1801 年 1 月 1 日，天文学家使阿齐（1746—1826）发现了一颗小行星，

命名为谷神星。谷神星与太阳的平均距离为 414.39×106 公里，处于火星与

木星之间。谷神星的直径不足 800 公里，所以是一颗小行星。之后在火星与

木星之间又发现了许多小行星，至今，这些小行星的编号已达 2000 多。这些

小行星与太阳的平均距离在（308.17～641.79）×106 公里的范围内，大部分

小行星集中在平均距离为（329.12～478.72）×106 公里的范围内，小行星中

直径最小的不足半公里，较大的 4 颗小行星是谷神星、智神星、婚神星和灶神星，有的小行星还带有卫星，它们形成一个小行星带。这些小行星都有自转，现在测定了 70 多颗小行星的自转周期，大约在 2.5—20 小时的范围内。这些小行星均绕太阳公转，公转的周期为 3.5～6.0 年。小行星的运转轨道与九大行星不同，它们的轨道偏心率与倾角都比九大行星大。穿越地球与火星轨道的小行星称为阿波罗小行星和阿摩尔小行星或称阿彼罗—阿摩尔体。阿波罗小行星的轨道近日点距离为 149.6×l06 公里。

阿摩尔小行星轨道近日点距离为 194.48×l06 公里。现在已经知道的阿波罗小行星有 28 个，阿摩尔小行星有 18 个。据估汁，直径大于 1 公里的阿

波罗—阿摩尔体的总数约 1000 个。

图 3 木星、火星、小行星、彗星等的轨道示意图

（据徐道一等，1983）

围绕行星旋转的星球称为卫星。地球有一颗卫星，就是月球。自古以来， 人们对月球有着许多美丽幻想。已经探明月球距地球 0.3g4×106 公里，月球的平均半径为 1738 公里，它的体积是地球体积的 0.02 倍，它的质量也比地

球小，是地球质量的 0.0123 倍。地球与月球构成一个地月系统。月球围绕地月系统的质心，沿一个椭圆轨道绕地球旋转，并参与地月系统绕太阳旋转。这是一个十分复杂的轨道运动。1969 年阿波罗飞船首次登月成功，揭开了人类研究月球的新纪元。

太阳系中除了水星和金星之外，各行星都有卫星。现在已发现太阳系里有 50 颗左右的卫星（包括月球在内）。

火星有两颗卫星，称为火卫 1 和火卫 2。这两颗卫星是黑尔 1877 年发现的。这两颗卫星的表面布满了许多陨石坑。

1609 年伽利略发现木星有 4 颗卫星，称为木卫 1、木卫 2、木卫 3 和木卫 4。这四颗卫星又称为“伽利略卫星”。至今总共发现木星有 16 颗卫星， 木卫 1 至木卫 4 是比较大的，其中木卫 3 的直径达 5150 公里，是所有木垦卫

星中最大的一颗。木卫 1 至木卫 4 的质量都比冥王星大。组成这四颗卫星的

化学成分也各不相同。木卫 1 和木卫 2 以岩石为主，木卫 3 和木卫 4 可能是

由厚厚的冰壳包围着岩幔和小的铁质核。

土星有 22 颗卫星。在土卫 1、土卫 3、土卫 4 和土卫 5 上都有几十亿年

前陨石撞击卫星留下的陨石坑。土卫 3 上发现一个又深又宽、长度为 800 公

里的峡谷和一个大型陨石坑。据“旅行者 1 号”探测的结果，土卫 6 是太阳

系中唯一有大气环抱的卫星，气体厚度约 2700 公里，大气的成分主要是氮， 约占 98％。大气的温度为－201 摄氏度。土卫 7 是一个椭圆形的卫星，主要由冰组成，表面上有陨石坑。土卫 8 的表面一部分很亮，其他部分很黑，好像覆盖一层黑色的物质。

除此之外，天王星有 15 颗卫星，海王星有 8 颗卫星，冥王星有 1 颗卫星。彗星也是太阳家族的一个重要成员。它的形状与行星和卫星不同。它的

体积很大，但质量较小，主要由冰、陨石、宇宙尘埃组成。它有一个云雾状的外貌，其形状随它与太阳的距离有明显的变化。当彗星远离太阳时呈现为一个发亮的云雾状的小斑点，接近太阳时出现亮而长的彗尾。彗星明亮部分的中心称为彗核，外层的云雾状包层叫做彗发，两者合而为彗头。彗尾是彗星受到太阳风的压力而被散开的气体和尘粒。彗星的质量较小。它的运行轨道有三种，椭圆、双曲线和抛物线。根据彗星的轨道特征，将彗星分成周期彗星和非周期彗星。周期彗星按周期的长短分成短周期彗星和长周期彗星。长周期彗星的轨道偏心率和倾角都很大。彗星在轨道上运行的方向有顺行和逆行。非周期彗星是一去不复返的彗星。

在太阳系中彗星的数量很多。每年都可以发现新的彗星，平均每年约发现 6 颗，现在已经发现彗星 1600 颗，其中一个知名度很高的彗星是哈雷彗星，

它的周期大约是 75 年。

彗星可以在太阳系的辽阔空间自由穿行。1908 年 6 月 30 日，西伯利亚

的通古斯地区上空发生大爆炸，能量高达（5±1）×1015 焦耳，破坏了 1600 平方公里的森林，据研究，这是由于一颗小彗星高速冲入地球大气圈造成的。

人们在夜空常见的流星是太阳系中的小物体或尘粒。当它们运行到地球附近时，受地球的引力作用，冲入地球大气层，与大气摩擦而发光。有些流星群是彗星瓦解后形成的，如每年 11 月出现的仙女流星群就是比拉彗星瓦解后形成的。大的流星通过大气层时，未燃尽的残余部分落到地面成为陨石。