三 类木行星、类地行星及小行星

类木行星的共同特征 太阳系中体积大、密度小、自转很快而且卫星多的行星，类似木星的，称作类木行星（juvian planets），例如木星、土星、天王星、海王星等。类木行星的主要特征有七个。

（A）质量大。假定地球星质量为 1，木星则是它的 317 倍，土星为其 95

倍，天王星为其 14 倍，海王星为其 17 倍。都是大质量行星。类地行星则相反，其质量都小于地球。（B）无固态外壳。表层拥有氢、氦，但为量不多。由于温度低，水及甲烷、氨混合为冰。这现象同类地行星也完全相反。（C） 自转极快。木星自转一周需时 9 小时 3 分钟，土星为 10 小时 14 分钟，天王

星为 15 小时 36 分钟，海王星为 18 小时 26 分钟。体积甚大而又自转特快。

这现象与太阳恒星不同，与 4 颗类地行星也不相同。（D）由于自转特快，赤道部位膨胀，两极扁平，扁率极高。木星扁率为 6.4%，土星为 10.8%，天王星为 3.0%，海王星为 2.5%（地球星为 3.3%）。（E）比重极低，不及地球星比重的 1/3。假定地球星的比重为 1，类木行星与地球星相比，木星是 23%， 土星为 11%，天王星为 23%，海王星为 31%。为什么这样轻呢？这是因为组成的元素有氢、氦等气体。（F）都有光环。木星有一道光环，土星有无数道光环，天王星有 11 道光环；据推测，海王星也有一道光环。（G）类木行星距日的距离比类地行星远，且都在小行星轨道以外。

木星是颗超巨行星 类木行星都是大行星，其中木星（Jupiter）最大（土星是第二）。太阳系中，木星之大仅次于太阳恒星。木、土两行星体积极大而比重极小，显示组成的元素中，有氢、氦、氨等物质。这颗行星不仅多卫星，也多光环。木星有环，但光度微弱。环的半径有多长？估计由环到木星中心约 13 万公里。环宽约 800 公里。全部由微粒组成。微粒就是太空的尘埃， 聚集成环后，又为木星引力作用而降落，新的微粒又由太空飞来以补充光环的损失。

望远镜里所见到的木星并非它的表面，而是它的大气层表面。这表面的气流或云带呈现“带”和“条”，其方向与纬线平行，叫做纬向分布。组成其大气的成分主要是氢，约占 89%；其次是氦，约占 10%；其他尚有甲烷、氨、水汽、乙炔和少量的磷化氢。木星大气层表面深达 2000 公里，全是气体。组成的物质主要是氢，由于在气层下大气受高压而成为液态，即主要为液态氢。这是由液态氢构成的海洋，具有海洋的外貌，当然性质不同。木星无岩石壳， 与地球星完全不同。核部也是氢分子，但受更高的气压，形成金属氢，由于高温，估计有 3 万°K，电离液化，形成核部。这核部是液态的金属物。

总括来说，木星大气层与木星核部之间并无分层的界面。由大气层表面直到核心全是氢。这现象很象似一颗小太阳。它的云层表面向外辐射的热量大于吸收太阳的热量。然而木星不能发光，只是一颗暗星，其反照率为 70%， 比月面大 10 倍。木星不发光的原因是缺少原子氢，因为它的氢全是分子氢。从木星大气层表面来看，只有极薄的一层是电离层，具有微光。以下为分子氢、液态氢，温度太低，其核部温度只有 3 万°K。据说，核部温度必须高达

800 万°K 时才可把氢的核子点燃。太阳核部温度可高达 1500 万°K，木星无热核反应，只能乖乖地作为太阳系内的一颗行星。然而我们必须认识木星的特殊性，由大气层表面向下直到核心，90%是氢分子。大气表层温度 130°K。辐射量大于吸收量只有两倍，并不很大。木星核部据推测可能有铁及硅酸盐。

木星大气层表面有“亮带”与“暗条”之分。所谓亮带（Bright Zones） 是由氨（NH3）组成的上升气流，温度较高，气压较低，热源来自核部。所谓暗条（Dark Belts）是下降气流，温度低而气压高。这对流的深度可超过 2000 公里。亮带多而且每带的宽度较大；暗条少而且每条的宽度较狭。带与条有多种颜色，例如暗红、褐、橙、白、暗蓝、深灰等色。

“大红斑”（Great Red Spot）最引人注意。它的红色是由于太阳的辐射线。尤其是紫外线，使大气内化学元素受到破坏而出现红色。上文所述亮带与暗条出现多种色彩，原因与大红斑相同。大红斑是一个巨大的反气旋区， 属于高气压。表面很暗，虽然广阔，却是属于暗条的一类。这是大规模的下降气流区。虽然下降，但不能真的降落，因为下方有巨大的上升气流把它顶住，不让它降下去。它不能降落，只好随着木星自转而自行回旋。我们地球星赤道以北的反气旋是顺时针方向转动的，赤道以南反气旋是反时针方向转动的；现今木星上大红斑正是以反时针方向转动的大气流。

大红斑长约 45000 公里，宽约 12000 公里，高出附近大气层表面达 8 公

里多。其轮廓似蛋，红红的，并不美观。它出现已有 400 多年，尚未消失， 形态有变化，但不很大。大红斑是木星上的气岛。由于高度极大，周围气流有机会由底部侵入，以加强它的回旋能力。除大红斑外，尚有规模较小的白斑。

木星有 16 颗卫星。最接近木星的卫星是木卫五（Amal-thea），1892 年发现，距木星的表面只有 11 万公里。它环绕木星一周只需 0.498 日，相当于

地球星半天的时间。这颗木卫五的直径很短，约有 150 公里。假如在木星表面上仰望，木卫五在天空飞走好似一只大球，冉冉而来，又缓缓而去，十分好看。

距离最远的卫星是木卫九，距木星为 1470 万公里。它环绕木星由东向西是逆转。此外，尚有木卫八、木卫十一及木卫十二，都由东向西采取逆转方向，而且直径都很短，介于 8～40 公里之间。它们显然是一些小行星，被木星引力抓过来，才成为其卫星。

木卫一（Io，半径 1815 公里，距木星 35 万公里）、木卫二（Europa，

半径 1569 公里，距木星 60 万公里）、木卫三（Ganymede，半径 2635 公里，

距木星 99 万公里）、木卫四（Callisto，半径 2400 公里，距木星 188 万公

里）。这 4 颗卫星是伽利略在 1610 年内发现的，因此叫做“伽利略卫星”。木卫一译为爱奥，视星等为+5.5 等。反照率为 37%。表面呈现红橙黄白

棕等色。木卫一有火山，喷出碧绿色的烟柱，高达 250 公里（参看本书彩图片）。活火山有八座，高度介于 50～300 米之间。木卫二译为欧罗巴，反照率很强，为 39%。视星等为+5.3 等。表面全是冰，在望远镜里很明亮。木卫三译为加尼美，视星等为+4.6 等。反照率很低，为 20%。表面有岩壳，拥有陨石坑（撞击坑），也有冰盖。木卫四译为加利斯多。视星等为+5.6 等。反照率为 3%，比月球反照率还低。表面陨石坑密密麻麻，相当昏暗。加利斯多有一个大陨石坑，圆圈形，内外共有 16 层，是同心圆状陨石坑，显示撞击的

猛烈。最外一层的直径有 2600 公里长。圆形坑很浅，环形山不存在是一特点。土星光环极亮土星（Saturn）是类木行星中第二大的星，体积大比重小，

多卫星，而且有极亮的光环。环在其赤道上空，好象一张巨大的唱片，直立于赤道之上。各环作同心圆由外向内，可分为许多层。往日观测，只能分出外层、中层及内层，各层之间夹有黑暗的环缝。事实上，由外向内可分为由

A 到 E 五大层，中间暗黑部分不是缝，依旧是环，只是光亮不够明显而已。由土星表面向上，直到 1.2 万公里的高空，才是光环的内界，即光环的

起点。由此向上进入高空，一层又一层向外，直达 6 万公里以外的外界全是

光环，互相重叠无数道。在地球星面上用望远镜观望，光环直径长达 27 万公

里。光环的厚度约有 1 公里至 5 公里左右。1973 年用雷达探测的结果，光环

的组成全是碎石块，直径由 0.5 米到 1 米左右，石块表面覆有薄层冰，这是水汽凝结的冰，反射阳光，晶莹似珍珠。木星光环内微粒表面上无冰层，不反射阳光，结果不亮。

土星光环是如何形成的，迄今不明。有人认为是由太空内流星体为土星引力抓来，在近空集积而成光环。这个说法不为人们所接受。因为其他行星也有引力，为什么不去抓取流星体，以制造它们自己的光环？另一种则认为当一颗卫星接近土星表面时，被土星表面起潮力（引力）所击碎，纷纷落在土星表面，惟有那些位于土星赤道上空的，由于赤道自转较快，离心力较强， 未能落下来，暂时停在赤道上空从而形成光环。

土星光环随着土星自转而流动，不易下落；而距赤道远些的就免不了落到土星表面上。因此，直立于赤道上空的可以久存。A 环外界微粒前进速度平均每秒 16 公里，B 环内界前进速度为每秒 20 公里。如果光环上各微粒是固结连成一片，A 环外界（或外侧）的速度应该最快。现今已测知，最外侧最慢，最内侧却最快，这证实了各个微粒是各自分离、各自独立的，并非固结在一起。

土星有 23 颗卫星。其中最接近土星的是土卫一（Mimas），直径 392 公

里，距土星表面只有 18 万公里。表面上全是陨石坑。其中最大的一个坑，直

径约有 130 公里长。土卫六叫做泰坦（Titan），直径有 5150 公里，距土星

表面 122 万公里。据说，它表面上有大气层，由甲烷组成。大气层下方就是由甲烷组成的海洋。这颗卫星比水星大。

土星的其他卫星奇形怪状。例如土卫七是一块大石块，外貌极不规则， 纵横 410×220 公里。又例如土卫十一，象似一颗大牙，纵横 135×70 公里。

据估计，土星的卫星可能超过 100 个，其中大多是小行星误入土星引力范围而成为卫星。

木星与土星对比木星与土星有许多类似之点，但其中也有差异，列举如下。

1. 两行星距日：先说平均距离，木星为 7.78 亿公里；土星远些，为

14.27 亿公里。论远日点，木星为 8.15 亿公里；土星为 15.07 亿公里。论近日点，木星为 7.40 亿公里；土星为 13.47 亿公里。

1. 视星等：木星及土星肉眼都可以望见，木星为-2.7 等；土星为+0.1 等。

（3）绕日公转：土星为 10760 日或 29.456 年。木星为 4337 日或 11.862

年。轨道上前进平均秒速，土星为 5.99 公里；木星为 8.12 公里。

1. 自转时间：土星为 10 小时 14 分；木星为 9 小时 3 分。因为自转特快，两行星表面上风速之强，不易想象。木星表面上出现亮带与暗杀，就是由于风速过于强大的缘故。试想地球星赤道上由任何一点开始前进，每小时可行 1660 公里。木星赤道上任何一点可达 43000 公里，快 25 倍。因此，地

球星上大风暴每小时约行 100 公里，木星上每小时可行 2500 公里，当然惊人。

一般来说，木星上一年相当于地球星的 12 年；然而木星上一天，只有地球星

上 9 小时，不及半日之久。

1. 体积与质量：论体积，土星等于地球星 832 倍；木星等于地球星的

1403 倍。论质量，土星约等于地球星 95 倍；木星约等于地球星 317 倍。

1. 密度方面：土星密度极小，只有水的密度 71%（0.71 克/厘米 ³）。木星的密度比土星大一倍，因此，土星在水面上可以漂起来，木星不能。木星的密度为 1.33 克/厘米 ³。木星的密度相当于地球星 23%；土星只有地球星的 11%。

2. 赤道半径：土星为 6 万公里；扁率为 0.108。木星为 7.14 万公里， 扁率只有 0.06。土星扁率为各行星之冠。它的两极地区扁平，比大南瓜还扁。

3. 卫星特多。土星卫星有 23 颗，其中有数颗采用相同的轨道。木星

有 16 颗卫星。

天王星与海王星对比 类木行星可分内外两组，海王星（Neptune）是远距太阳第八位行星。天王星（Uranus）列第七位。这两颗行星都是远行星， 仅次于冥王星。这两颗行星彼此有些类似，可以合为一组，成为类木行星的外组；土星与木星仅可视为内组。

1781 年英国人赫歇耳发现天王星。1845 年英国人亚当斯发现海王星。这两颗行星都是通过望远镜找到的。

天王星的自转轴并非垂直于它的轨道面，其间有大倾斜。天王星自转轴与轨道面之间的交角只有 8°。在地面上望，好象自转轴与轨道面平行。这轨道面与黄道面相交只有 0.8°或 0°46′27″。

天王星四季变化很怪，因为天王星自转轴大致与轨道面平行。如果天王星北极正对着太阳时，北极地区为昼，同时为夏季，昼长约 21 年，夏季也长

约 21 年；南极地区此时为夜，同时为冬季，夜长约 21 年，冬季也约长 21 年。当天王星在轨道上前进 90°时，太阳直射天王星赤道，这时候是它的秋季，长约 21 年。当它继续前进到 270°时，太阳又直射它的赤道，这时候是它的春季，也有 21 年长。地球星公转一周为 12 个月，冬半与夏半各为六个

月。天王星公转一周为 84 年，冬半及夏半各为 42 年。

天王星有 5 颗较大的卫星，轨道都在赤道上空。从望远镜里望去，5 星排列在同一平面上，横切天王星于赤道之上。因为这时候它的赤道面正对着太阳，它的赤道面如与太阳光线平行，这 5 颗卫星又排成一条直线状，正对

着地球星。近年又发现 10 颗小卫星及 11 条光环，介于五大卫星与天王星表面之间。

天王星和海王星两星的特征作对比如下：

（1）对日距离：海王星平均距离是 44.96 亿公里，天王星是 28.70 亿公

里。远日点：海王星为 45.37 亿公里，天王星为 30.04 亿公里。近日点：海

王星为 44.56 亿公里，天王星为 27.35 亿公里。天王星与海王星两星相距 16

亿公里，比日地距大 10 倍还多。从海王星上望太阳，仅似夜晚所见的一颗亮星。

（2）绕日公转：海王星为 164.8 年或 59911.1 日；天王星为 84.01 年或

30676.1 日。轨道上速度都慢，海王星每秒为 5.48 公里，天王星每秒为 6.76 公里。

1. 自转一周：海王星为 18 小时 26 分，天王星为 15 小时 36 分。天王星的自转是逆行，与其他行星相反。

2. 体积：海王星是地球星体积的 55 倍，天王星是地球星体积的 63

倍。

1. 质量：海王星的质量是地球星的 17.23 倍，天王星的质量是地球星

的 14.5 倍。

1. 密度：海王星平均密度约等于地球星的 31%。天王星平均密度约等于地球星的 23%。海王星是 1.66 克/厘米 ³，天王星是 1.2 克/厘米 ³。

2. 半径：海王星的半径长 24750 公里，天王星半径长 25900 公里。海王星扁率为 0.025，天王星扁率为 0.030。

3. 云层表面温度。海王星上云层由氢、氦、甲烷组成。云层表面温度为 50°K。天王星上云层元素略似海王星，温度 58°Ｋ。温度较高的原因可能是距日较近的缘故。这两颗行星向外辐射的热量，都大于吸收太阳的辐射热。

4. 视星等：海王星视星等为+7.8 等，天王星视星等为+5.7 等。肉眼都望不见。

5. 海王星有两颗卫星，天王星有 15 颗卫星。

冥王星与海王星 公元 1999 年以前的 20 年间（1979～1999 年），正是冥王星（Pluto）在轨道上运行，进入海王星轨道内侧，列为第八颗行星。海王星这时距日最远，成为第九位行星。冥王星近日点为 44.25 亿公里，其时

正是 1989 年 8 月。由公元 2000 年开始，冥王星轨道在海王星轨道之外，又

成为距日最远的行星第九位。它的远日点为 73.75 亿公里。它走到远日点时

将在公元 2113 年，即 22 世纪上半期。距日平均距离为 59 亿公里。由于冥王星轨道面对于黄道面交角为 17°8′12″，角度很大，高高在海王星轨道之上，两行星不会互撞。

冥王星轨道上前进速度每秒 47 公里。绕日一周为 90824.2 日或 248.43 年。轨道偏心率为 0.247，大于水星。在九大行星中高列第一位。

冥王星视半径为 1.9 角秒。赤道半径为 1200～1300 公里。体积相当于地球的 1%，质量只有地球星的 2/1000。密度也只有地球星的 1/4。自转一周为

1. 日。有一颗卫星凯隆（Charon），又叫冥卫一，直径有 800 公里，距冥王星 1700 公里。公转一周的时间等于冥王星自转一周。因此，在冥王星上看凯隆，它不移动，永远停在天空内一个固定的位置。

冥王星视星等为+14.7 等，普通望远镜里看不见。 1930 年 2 月 18 日汤

博检查星空照片，发现这星。他先看 1 月 23 日的照片，又看 1 月 29 日的照

片，发觉一星的位置移动，延到 2 月 18 日在天空里找到它，定名为冥王星。它的外层由甲烷组成，白色，已结为冰。表面温度为 50°K，内部是石头， 可能有铁。

■图 10 从各行星上望太阳视面大小示意图

1. 从水星上望； 2.从金星上望； 3.从地球上望 4.从火星上望；5. 从木星上望； 6.从土星上望； 7.从天王星上望； 8.从海王星上望；9. 从冥王星上望。

有人怀疑冥王星原是海王星一颗卫星，后来被其他天体撞碰，飞到海王星轨道外自成一行星。理由有三：（A）自转一周的时间很长，较每个类木行星大许多倍。（B）轨道偏心率大于其他行星。（C）轨道面与黄道面之间倾角也为九大行星之冠。这个见解未被接受。冥王星既有卫星，应该是行星。类地行星的主要特征 太阳系中有一类类似地球星的行星叫做类地行星

（Terrestrial Planets），包括水星、金星、火星，类地行星的主要特征有

二：（A）接近太阳。都在小行星轨道以内，通常叫做“内行星”（Inner Planets），指水、金、地、火四行星。轨道以外叫做“外行星”（Outer Planets），指木、土、天王、海王、冥王五行星。（B）水、金、火三行星都类似地球星。这几颗行星比类本行星体积与质量都小，密度很大，有固态外壳，公转极快， 自转极慢，表面温度很高，中心有铁核，含金属元素的比较多。卫星少，无光环。

水星是太阳恒星最近邻 除距日最远的冥王星外，水星（Mercury）轨道偏心率是 0.206，在九大行星中列第二位。水星近日点距离是 4590 万公里。远日点是 6970 万公里。平均距离是 5780 万公里。东大距及西大距各为 28°。因距日太近，阳光太强，只能在日落之后或日出之前的短暂时间内可以观测。秋季内当它行近西大距时，太阳尚未上升，它已出现，叫做晨星（Morning Star）。春季当它行近东大距时，太阳已落，它尚在地平线上，叫做昏星

（Evening Star）。水星也有盈亏现象。距地球星最远时，视直径为 4.7 角秒；最近时为 12.9 角秒。每一百年内，水星可凌日 13 次（金星凌日不及 10 次）。所谓凌日，就是这星的位置恰在地、日的中间，三者成为一条直线时， 水星（或金星）在太阳视面上横过。

水星赤道半径为 2440 公里，比月球半径多 700 公里，也不算很大。水星

近似浑圆。公转一周为 87.969 日（简为 88 日）。轨道上秒速为 47.6 公里，

九大行星中水星跑得最快；自转一周为 58.646 日或 58 日 21 小时 58 分。水、金二行星及月球自转都慢。当它自转一周时，它在轨道上前进很远。当它追上以前的太阳（例如正午），它必须行走 176 日。这 176 日正是 88 日（公转时间）与 58.646 日（自转时间）的最小公倍数。换句话说，水星的一个太阳日（由日出到下一次日出的时间）的长度是水星恒星年的二倍，也等于水星恒星日的三倍。水星轨道偏心率为 0.206。轨道面与黄道面的交角是 7°。水星的质量为 3.33×10²⁶ 克，相当于地球星的质量 5.58%。体积相当于地球星的 5.62%。平均密度每立方厘米为 5.45 克。最亮时视星等为-1.2 等。

据探测，水星有极稀薄的大气层，这是因为距日太近，水星在形成过程中，轻元素中的氢、氦都被太阳吸收去了，剩下一些重元素构成水星的核部及外壳。大气内也没有水气，全部蒸发干了。昼间表面高温可达 700°Ｋ， 夜间降低为 150°Ｋ。水星表面有无数的陨石坑或撞击坑，大坑类似盆地， 也有辐射纹。类似月球表面上第谷山。水星上最大的盆地是卡路里盆地

（Caloris Basin），直径为 1300 公里。一般的盆地直径不超过 400 公里。水星表面上撞击坑不及月球表面上稠密，可能小天体被太阳恒星的引力抓去了。因水星近太阳，甚受压迫，由于太阳的引力太强，时时要把水星拉入太阳的星体里，把它吃掉。也因为水星近日，它必然接受太阳恒星自转向东的影响，它的近日点及远日点也逐渐由西向东移。平均每百年内水星近日点东移 42 角秒。这是太阳系内极为有趣的问题。水星要利用它的惯力竭力向外逃走，而太阳则用引力拖住，只准它绕着太阳进行公转。就这样，拉拉扯扯， 水星的轨道成为长椭圆形，长轴比短轴多出 35%，仅次于冥王星。水星表面上的那个大疤（卡路里盆地）可能是由直径超过 100 公里的小行星碰撞而成的，不仅使其轨道偏斜，其自转速度也减慢了。“撞”的作用在水星上也有明显的表现。这说明，撞击属于外力，可改变行星的惯力，使它的自转速度减缓。

据说水星有核，由重元素组成，早已凝固。也有人认为水星有一个液态

的铁核，因而水星表面有磁场。这磁场可以抗拒太阳风而出现冲击波。水星表面有逆断层大斜坡。可能在表面固结时受到压力而形成。

金星是地球星轨道内侧近邻 月球、地球星及金星（Venus）在它们的生命初期可能是三联星，相距很近。其间又有小行星。由于小行星易受引力而乱撞，结果月球成为地球星的卫星。金星被撞得南极与北极颠倒，而且离开地球星，较接近太阳恒星，自转的方向也改为由东向西。后来，太阳恒星由矮红星进化而为矮黄星，质量加大，引力加强，组成太阳系，用引力把九大行星包括金星及许多小行星联系在一起。

金星与地球星有许多类似之处，也有许多不同之点。体积方面：地球星假定为 1，金星相当于地球星的 85%。质量方面：地球星假定是 1，金星相当于地球星质量的 81%，其质量是 4.87×10²⁷ 克。密度方面：地球星假定是 1， 金星是 95%，其平均密度为每立方厘米 5.2 克。赤道半径：金星赤道半径长约 6050 公里，相当于地球星赤道半径的 94%。自转方向：地球星自转向东， 金星自转向西，两者完全相反。自转时间两者相差极大，比例为 1∶243。地球星自转一周需时 23 小时 56 分；金星自转一周据说为 243 日（地球日）。

金星自转一周比其公转一周的时间还长。金星公转一周为 224.7 日。金星表面上覆盖浓而厚的浓硫酸云层，又无卫星，它的自转时间迄今尚未能完全肯定。海洋方面：地球星表面上有 70%是海洋；金星表面没有一滴水，比月面还干燥。大气方面：地球星大气内氧可占 21%，二氧化碳只占 0.03%；金星大气层内含氧不及 1/1000，含二氧化碳高达 96%。为什么这两颗互相为邻的星的性质差异这么巨大呢！

仔细推想，金星本来由西向东自转，方向与地球星自转相同，因为那时候小行星特多，相互撞碰也的确厉害。地球星表面本来也撞碰，出现许多大坑，但由于风化作用强烈，这些大坑经不起重力滑跌、流水冲刷、风吹、日晒、雨洗、霜冻，一一消失不见。然而，月球表面受严重创伤，大大小小撞击坑穴有数十万或数百万，而且月背与月脸成为并非十分对称的两个半球。金星与水星也受到撞击，但金星被撞的十分凑巧，竟把南北两极颠倒过来。本来金星的自转方向是由西向东，由于金星两极位置颠倒以后，它依旧维持自转，致使转动的方向与以前相反，成为由东向西自转。天文学上这种倒转现象叫做“逆行”（retrograde mo-tion）。读者也可以作个实验。一个正在由西向东自转的地球仪，忽然为人移动，两极的指向互易，北极指南，南极指北，地球仪受惯性的作用依旧自转。然而自转的方向，这时候与原来的方向完全相反。因此，我推想金星的逆行，导因是小行星的撞碰，把它撞颠倒。可见，“撞的作用”在太阳系演化史上占有极重要地位。

金星是距太阳第二近的行星。由地面上望金星，不论在太阳的东方或在太阳的西方，相距最远最远时都不超过 48°。这角度叫做“大距”（greatest elongation）。金星（或水星）在太阳以东或以西有一定的限度。如果小于这限度就不易观测，因为受太阳强光的干扰。如果金星（或水星）接近西大距时（金星为 48°，水星为 28°），它在早晨出现。金星先升，然后日出。这时候，金星叫做晨星，中国古代叫做“启明星”。如果金星接近东大距时

（金星为 48°，水星为 28°），它在傍晚出现。太阳已落，金星在西方地平线上空很亮，叫做昏星。中国古代叫做“长庚”。

金星反照率极高，有 77%，显得晶晶亮。金星类似月球，有位相，类似月球的新月、满月、上弦月及下弦月。当金星、太阳、地球星三者位于同一

垂直面上时，叫做“上合”（Superior Conjunction）。这时候，金星距地球星很远，有 2.56 亿公里。视直径很短，圆面很亮。“下合”

（InferiorConjunction）时，它介于地球星与太阳恒星间，暗面对向我们， 看不见它，这时候的距离是 4480 万公里，通常金星由下合到西大距行 72 日，

由西大距到上合行 220 日，上下合的间隔为 292 日。由下合开始有“位相”

（phase）。出现“金星牙”，类似新月。上合时是满月型的圆面。

金星绕日一周是 224.7 日，上文已述。金星一年相当于地球星年 62%。近日点距离是 1.074 亿公里，相当于日地距 72%；远日点距离为 1.091 亿公

里，相差不大；平均距离是 1.082 亿公里。轨道上前进秒速是 35 公里。金星轨道面与黄道面的交角是 3°24′。金星大气层中 96%气体是二氧化碳，这气体可使人立即窒息。大气压较地球星大 90 倍。

金星表面温度为 750°K（477℃），固态的铅、锡在金星表面上都会熔化成为液体。金星表面无水，无氧气；高热又高压；而且大气中浓厚的云层由浓硫酸气体组成，并非水汽。高空云层流动如飞，每小时可达 300 公里，

相当于地球星大气层内的射流。云层环绕金星一周，需时 4 日，比金星表面

自转一周所需的时间快 60 倍。金星无卫星，无磁层，表面也无磁场。金星表面有两块大陆，是比较高峻的地区，也有一部分是洼地。金星无板块运动。大气中原有的氧气因都与表面上的物质发生氧化作用而消失。大气内的水汽被太阳辐射线分解为氢、氧分子。氢上升，离开金星进入太空，氧因对流作用到达表面进行氧化作用。因此，大气内没有水汽。

1978 年美国太空船“先驱者探测器Ⅰ号”（Pioneer Ⅰ）绕行金星，距

表面 400 公里远，用雷达探测得知金星表面有大盆地，可能是干涸的海洋， 占金星表面的 16%；有平原也有高地，共占 84%。所谓平原，并非真实的平原， 表面起伏介于数百米与 1000 多米之间，且有巨大石块到处散布，可能是风化

作用的产物。高地很高，高峰比低地高出 11000 多米。还有大峡谷，深度超过美国大峡谷。金星表面有两块大陆：一为北方大陆，面积约等于美国大陆； 另一大陆叫做南方大陆，比前者约大两倍。1978 年及 1982 年苏联太空船的探测器测知金星上有火山，甚为活跃；并成功地测得金星表面有岩石，且有丰富的硫化物。由于二氧化碳阻止阳光射向金星表面，其表面应该是昏暗的， 然而有微光可以拍照，这微光来自硫化物的发光。太阳的可见光波及红外线在金星大气层表面即被反射，紫外线在大气层内全被吸收。探测器也测得大气层内有四层云，组成的物质都是浓硫酸。上层云流动快；下层云流动慢； 愈接近表面愈稀薄，而且流动最慢。

大气层表面温度为 250°Ｋ（-23℃）。这热量来自太阳的直接辐射。由大气层表面向下，高度愈减低，温度愈升高。到达金星表面已高达 750°K。其热量不直接来自太阳辐射，而来自大气层的温室效应（ Greenhouse Effect）。

进一步看，太阳辐射只限于金星的昼间，即面日半球。背日半球得不到太阳的直接辐射，然而温度却也一样高。金星表面昼夜各有同样的高温，这一现象显示二氧化碳可以反射金星表面辐射的红外线波段，使热量不能向外太空散失。也就是说，金星大气中的二氧化碳能让阳光通过，照热金星表面， 不让热辐射返回太空，从而产生温室效应。经过若干亿年时间，金星表面温度由于热量累积，形成了惊人的高温。这就是温室效应的结果。这一点应促使地球星上人类必须提高警觉。如果现今世界各国不研究新方法，而继续燃

烧大量石化燃料，例如石油及煤炭，势必增加地面上大气层内二氧化碳含量的百分比。二氧化碳在大气内累积愈多，温室效应愈强，气温也必燃升高。人类将如何应付？只有一个方法，大规模植树种草，绿化地面，让植物的叶子大量吸收空气中的二氧化碳。

大气层的温室效应同地面上实际的温室作用不完全一样。建在地面上的温室，太阳辐射光和热通过玻璃进入室内，被室内物质吸收后化为红外线。因为红外线波长太大，不能通过玻璃，只能留在室内，使室内温暖。玻璃窗有隔绝作用，使室内暖空气不能外出，室外冷空气也不能进入，冷暖空气不能混合。地球星大气层是透明的，金星大气层却不透明；这一个差异，使地球星表面热量收支平衡，金星表面热量却收支不平衡。

火星的特征 火星轨道在地球星轨道外侧。火星表面可能适合有人的太空船降落，尤其是由地球星飞往火星，途中小行星甚少，较为安全。金星与水星由于温度太高，不适合人类前往访问。因此，本书重视火星。

火星（Mars）古名荧惑，火红色。由地面仰望，光泽极美。大气层透明， 表面多红色土。当火星、地球、太阳同位于一个剖面时，地面的黑夜恰对火星的白昼，这时候看火星十分清楚。这在天文学上叫做“冲”（opposition）。如果恰巧火星、地球二行星相距又最近，这时叫做“大冲”（favorable opposition）。1986 年正是大冲之年，这时火星在轨道上前进正到达近日点。平均每两年可有一次冲，每 15 年或 16 年才有一次大冲。望远镜里的火星， 冲时圆面视直径可达 15 角秒，视星等通常为+1.5 等。大冲时圆面视直径可达 25 角秒，视星等为-2.9 等。

火星离太阳的平均距离为 22794 万公里；近日点距离为 20600 万公里；

远日点距离为 24800 万公里。距地球星最近时为 7800 万公里，相当于“月地距”的 200 倍。偏心率为 0.093，仅次于冥王星及水星，列第三位。公转一周为 687 日或 1.881 年。自转一周为 24 小时 37 分 22 秒。这说明火星上一日

比地球星上一日长 37 分多；火星上一年又比地球星上一年多 10 个月。

火星赤道面与轨道面之间的交角为 25.19°，在轨道上前进速度为平均每秒 24 公里，比地球星慢。火星质量只有地球星 10%；体积也只有地球星的15%。平均密度为 3.94 克/厘米 ³，相当于地球星的 71%；表面重力只有地球星的 38%。因此，火星表面上行路比在地表面上轻松，因为易于举足，也易于落脚。火星反照率有 15%，等于月反照率的两倍。在可见光的光谱内，靠近紫外线波段的反照率为 5%；靠近红外线波段的反照率可达 30%。这是说， 火星反照率随着波长的增加而急剧增加。结果，夜间望火星，它的颜色红亮。古人迷惑不可解，才命名为荧惑。表面逃逸速度每秒 5 公里（地面逃逸速度

每秒为 11.2 公里）。火星表面也有四季的变化。

火星有大气层，大气层中二氧化碳占 95%，氮占 2.7%，氩占 1.6%，氧占0.13%，一氧化碳占 0.07%，大气下层的水汽占 0.003%。这些气体来自火山喷发。火星体内气体通过火山作用，喷出表面，其中很少水汽。大气层厚度只有 200 公里，200 公里以外直到 2 万公里间非常稀薄。大气压只有地球星大气压的 1%左右。接近火星表面的气温约为 218°Ｋ， 50 公里高空气温已降到 150°Ｋ。由火星表面到 50 公里高空，其间是对流层，风力很强，秒速可达 8 米，最高风速可达每秒 70 米。风里尘土飞扬，形成尘暴。对流层内出现微量的云，由水汽组成。50～100 公里之间是平流层。这一层内有二氧化碳云。又对流层与平流层内都有尘埃云。 100 公里以上高空是热层

（Thermosphere），气温可达 300°Ｋ。

火星天空深紫色，比地球星上蓝色天空更为迷人。火星表面上有红色尘土及黄色尘土，当发生风暴，尘土直升时，天空出现桔黄色，十分美观。火星大气层内虽然差不多全是二氧化碳，但温室效应不大，因为密度太低的缘故。据估计，依赖二氧化碳所做出的温室效应不过 5°Ｋ而已。

火星大气层内也有降落物，但不是雨雪及冰雹，而且由二氧化碳结成的冰。最使人惊奇的，它先用水冰结成一个小格子，体积极小，其中储藏二氧化碳分子。有时也可见到一粒一粒的水冰，但为量太微。英国人琼斯称这些水冰粒为“白色降落物”，简称白落物。火星北极区及南极区每年进入冬季， 先降落水冰；接着降落白落物。更冷时，降落二氧化碳分子所结成的冰粒， 叫做二氧化碳冰，也叫做干冰。在两极地区可积成二氧化碳冰盖。次年，夏季温暖，冰盖融化成为二氧化碳气体，回升到空中；剩下来永不融化的真正冰盖，即由水冻结而成的冰盖，覆盖火星北极区及南极区。

火星表面有土壤，其中含氧、硅、铁、钙、铝、钾。表层是火成岩，可能为玄武岩。火星南半球多陨石坑，密密麻麻，类似月球；火星北半球多玄武岩熔岩流，已固结成盾状火山。火星上有许多大火山，但无火山锥，全是盾形火山，趴在表面上；没有一座象日本富士山或美国雷尼尔山那样的锥状山体。因为全是玄武岩熔岩流，不粘，可以流得很远，类似盾形，覆在火星表面上。地球星上也有盾形火山，但规模不大，因为地球星有板块运动，可以阻止岩浆外流，例如夏威夷群岛。火星无板块运动，玄武岩岩浆由同一地点连续向外流，才造成比珠穆朗玛峰高三倍的奥林波斯山。从这一方面看地球星，板块运动酿成地震灾害、火山灾害，似乎不利于人类，然而从另一角度来看，板块运动可以平衡地面环境，又似乎利大于害。火星上最高的奥林波斯山是死火山，它的外形类似夏威夷岛上的冒纳罗亚火山，基部宽约 800

公里，山顶高出火星表面 25 公里，山顶有一大型火山口，直径长达 65 公里。由于火山喷发，引起火星表面岩层破碎，出现大裂谷；并因缺乏板块运动， 裂谷不能填满，继续存在。火星上不仅有大裂谷，而且有大盆地，例如希腊盆地（Hellas Basin）及阿尔及尔盆地（Ar-gyre Basin），后者面积广大而平坦，类似大平原。

火星北极区及南极区各有一冰盖，叫做“极冠”（PolarCap），冠的下面全是永冻不融的老冰。这老冰就是上文所说的水冰。

往日的火星似乎温度较高，现今低于-80℃。火星表面也有流水，而且蚀成河谷。这些河道的分布介于北纬 30°与南纬 40°之间，较大的河长约 400 公里到 700 公里。后来，河水蒸发，河谷变为干谷，现今没有水，但谷系清晰可见，有干谷，也有支谷。水进入空中，受太阳辐射使氢与氧分开，水汽也逐渐被消灭。由于气温变低，两极地区出现永冻的冰，坚似岩石，不再熔化。

火星表面无磁场，也无往日所猜测的弱磁场。没有磁场就没有辐射带。以前假定火星有一个金属核，也假定环绕火星外空有一个辐射带。现今已证实火星无磁场，也无辐射带（类似地球星外的磁层）。然而宇宙线可以直射到火星表面，强烈的程度相当于地球星面 100 倍，可以伤人。

经多年观测，火星表面有 60%是沙漠区，由淡红色沙砾组成；有少数地区是绿色，而且这绿色地区依据“火星年”的变易而有变易。有人猜是植物， 但火星上无水，少氮缺氧，如何能有植物？美国水手四号探测器（Mariner 4 ）

探测的结果，证实无植物存在。因此，对此绿色地区有两种推测：一为火山喷出物，它的颜色随着表面温度高低变化而有改换；另一种推测，这绿色带是一种错觉，当大片红色沙砾表面邻接大片灰色表面，灰色表面的边缘受红色表面的影响，使人误认为绿色。我认为后一种解释较为正确。

1969 年美国先后发射“水手六号”及“水手七号”去拍近距离火星照片。

1971 年又送“水手九号”拍得万帧照片，均无传说中的火星表面上的运河。

1971 年内苏联也发射两艘太空船“火星 Ⅱ”及“火星 Ⅲ（Mars Ⅱ及 Mars Ⅲ）”。1975 年美国又发射“海盗一号”（VikingⅠ）探测器，不久又发射“海盗二号”（Viking Ⅱ）探测器各运行 10 个月。 1976 年 7 月 20 日“海

盗一号”到达火星；二号于同年内 9 月 3 日到达。它们测出火星空气温度， 表面土色及火山形状；测出希腊盆地有 2000 公里宽，4 公里深，峡谷比美国大峡谷长 10 倍，深 3 倍；测出火星无海洋，无大山脉，无板块运动；测出火星没有地球星的结构，并非完全类似地球星，尤其是火星土壤内未能找到有机质，使人失望。

地球星上除高纬度外，月均温大致介于-10℃到 20℃之间，相差不过 30 度；而火星上低纬度气温介于-30℃到-80℃之间，远低于冰点。地球星上大气层内气体中氧占 21%，氮占 78%，二氧化碳只占 0.03%；而火星大气层内气体中氧不及 0.1%，二氧化碳竟占 95%。地球星表面上海洋占总面积 71%，陆地上又有湖泊江河；而火星表面上无水，只有极冠区域由坚冰筑成它的下层。从以上三项比较来看，可以说，地球星真是美极了，好极了。因此，住在地球星上的人类为什么不好好保护空气，反使它受污染？为什么不好好保护淡水资源，使它受污染而不能饮用？我的浅见，最好请他们能到火星表面上去度假，那时候他们才能了解淡水的可爱与氧气的可贵。

在火星上仰望天空，由于空气稀薄，天空为深紫色。昼间可以望见大星， 夜间尤为新奇，比在地球星表面上所能见到的要多许多倍，而且更明更亮， 尤其是所看到的地球星及其卫星月球最易引起兴趣，前者明朗，类似一颗蓝光星；后者暗淡，类似小星。

火星有两个卫星。一个叫做火卫一（Phobos，意译为惧星，音译为浮博士。一译火星内卫星），另一个叫做火卫二（Deimos，意译为慌星，音译为第摩士。一译火星外卫星）。这两个卫星 1877 年内为霍尔所发现。

火卫一距火星表面只有 6000 公里，距火星中心为 9397 公里。因为距离太近，逐渐受到火星的强大引力，两者之间的距离在缩短，而且有可能会互相碰撞。火卫一的体积是 27×21×19 立方公里，形状极不规则。表面多撞击

坑（陨石坑）。环绕火星一周，恒星周期只有 7 小时 39 分，比火星自转一周快三倍。它是逆行的，西出东落。公转周期小于行星的自转周期是它的第一特征。逆转是其第二特征。第三特征是它在太阳系各卫星中最接近行星。从火星表面上看火卫一视周期为 11 小时；并且在每个火星日中，它由西方两次升起，从东方两次落下。火卫一表面上有两个很大的环形山，其中都是撞击坑，表面上又有许多凹槽，成于一连串的小撞击坑。火卫一表面上最大的撞击坑叫做斯蒂克尼（Stick-ney）。坑口直径长约 8 公里。

火卫二距火星中心较远，为 23460 公里。火卫二的体积是 10×12×15

立方公里。环绕火星一周为 30 小时 18 分。它的轨道面与火卫一大致相同，

一在内空，一在外空，无互撞的危险。火卫二的视周期约为 132 小时。表面

上最大的撞击坑叫做霍尔坑。至于逃逸速度，据说火卫一为秒速 16 米，火卫

二为秒速 10 米。这两颗卫星反照率极低，各为 5%。月球反照率为 7%，只有月海（Mare）区内反照率为 5%。这现象使人联想到它具有小行星的构造，因为岩质内含有碳，反照率才会低。至于视星等，火卫一为+11.5 等，火卫二为+12.5 等。

有人认为这两颗火星小月亮是被火星的引力抓来的，因为火星轨道外侧就是小行星轨道，近水楼台，抓来很易。但也有人反对这种假说，因为这不符合天体力学原理。有些人则认为，火星原来只有一个卫星，后来受流星撞击，分裂为大小两块，即今日所见的火卫一和火卫二。由于自身的引力不够强大，不能塑造为一圆球形而保留往日残破的怪状。有人说，火卫一表面上大凹槽是一些大裂缝，因为它太接近火星表面，受火星的起潮力（即引力） 而开裂，开裂而破碎，大部分落在火星表面上，小部分也有可能坠落在地球星上或月球上。

据说，1978 年“海盗”号探测器曾探测到火星赤道附近有一个大型撞击坑，坑内有白色石块，叫做白岩（WhiteRock），长 18 公里，宽 14 公里，厚度不知，坑的位置在火星上南纬 8°、西经 135°。因为接近赤道，不可能是大冰块，也不可能是干冰。这块白岩表面温度高，不可能有冻结物。但是火星表面上是没有白岩的，火卫一和火卫二表面都无白岩，小行星内也未见白岩。因此，这个发现确是个大问题。

小行星是怎样产生的 小行星个个是大石块。表面上无空气，无水，更无生物，但有坚硬的岩石壳，这一点极似接近太阳的类地行星。因为它们的体积大于流星体（Meteoroid），改称小行星（Asteroid，或 Planetoid，或 Minor Planet）。它们形成的时间与九大行星相同，有自转，也绕日进行公转。

小行星的轨道是椭圆的，大多介于火星与木星两轨道之间，叫做小行星带。1801 年 1 月 1 日第一颗小行星被发现，叫做谷神星（Ceres），编为小

行星 1 号，直径 1020 公里，自转一周是 9 小时 5 分，公转一周是 1681 日。

1802 年又发现智神星（Pallas），编为小行星 2 号，直径 585 公里。接着发

现小行星 3 号，定名婚神星（Juno），直径长 248 公里，及小行星 4 号，定

名灶神星（Vesta），直径 538 公里。

现今已发现而且被编号的小行星有 2958 颗，已被雷达测得的有 5 万多， 估计小行星总数超过百万。由中国人发现的小行星有几十颗。小行星拉丁文前面附有数字，例如 1Ceres；16Psyche；433Eros，就是它的编号。小行星虽然很多，但所占有空域也十分广大。它们彼此相距都超过百万公里远，很难互相撞碰。如果撞上了，破碎而成为小石块，依旧是小行星。

直径超过 100 公里的小行星不及 200 颗，大多数直径在 1 公里以下。小行星质量的总和比月球还小。谷神星及智神星的表面是碳质的，其他小行星全是石块。1898 年发现的爱神星（433Eros）是一块长条形的大石头，长 35

公里，宽 16 公里，厚 7 公里。在望远镜里看有时大，有时小。它有自转，自

转一周的时间是 5 小时 16 分；又有公转，公转一周的时间为 1.5 年。当这石条的一端正对着太阳时，在望远镜里所见到的光点就小。如果这石条横列而向太阳时，从望远镜里所看到的光点化为光条，也很好看。

小行星带宽而深 小行星带的一侧接近火星及地球星两轨道，另一侧接近木星及土星两轨道。绝大部分都在火星与木星两轨道之间，只有少数的几颗接近地球星轨道或土星轨道。接近火星轨道的一侧全是石块；接近木星的一侧，表面多由碳组成，颜色昏暗，反照率极弱。这现象充分显示小行星成因

不同。

总之，小行星带内小行星分布并不均匀。大致可分为三带：主要的小行星带位于火、木两星轨道的中部，宽约 2 亿公里，相当于 1.3 天文单位，即介于距日 2.6～3.0 天文单位之间。由此向外，有一狭带叫做希尔达小行星群

（HildaGroup）。更外，在木星轨道上有两组，都叫做特罗伊小行星群（Trojan Group），其中一组在木星前方，另一组在木星后方，这些小行星原来都是木星的卫星，受外力（可能是土星）的影响而离开木星，成为同轨道上的小行星。

最接近地球星的小行星，叫做伊卡鲁斯（Icarus），编号为 1566。当它最接近地球星时只有 560 万公里远（注意：火、地两行星轨道最狭处相距也

有 7800 万公里）。次近的是阿波罗（Apollo）及亚当尼斯（Adonis），都是椭圆形轨道。近日点进入金星轨道以内；远日点在火星轨道以外。它们的轨道都在高空，远远在黄道面上方，不会发生碰撞的灾祸。伊卡鲁斯直径为 1.5

公里，自转一周为 2.3 小时。上文所述爱神星（433Eros）距地球星最近时为

2300 万公里。

1977 年，在土星轨道内侧也发现一颗小行星，命名为奇伦（Chiron），

编号 2060，意译为聪明的星。近日距为 8.5 天文单位，绕日公转一周为 50 年。轨道扁心率为 0.38，比冥王星还大，直径估计为 100～300 公里。据说这颗星有可能被撞出冥王星轨道外，或者破碎。一般人相信，彗星的起源地在太阳系以外；又相信小行星的起源地在太阳系中部。他们也相信，彗星有冰；小行星上可能也有冰。小行星由石块组成；彗星也有石头。两者的差别很微，那么，小行星是否是一颗彗星呢？（后来证实它是彗星。）