书城科普读物神秘的太空世界丛书:神秘的太空
17346000000009

第9章 井然有序的大家庭——太阳系(1)

太阳系是个以太阳为中心的极其庞大的天体系统,它由太阳和它的八个行星、几十颗卫星、2000余颗已经观测到的小行星以及无数的彗星、流星等组成。这个庞大的天体系统就像一个井然有序的大家庭,太阳像是个慈爱有加的家长,吸引着其他天体围绕着他有条不紊地旋转运动。同时,太阳也是这个天体系统的中心,质量最大,体积最大。

太阳系的中心——太阳

太阳是距离我们人类居住的地球最近的恒星,跟我们人类的关系最为密切。太阳是太阳系的中心,是银河系中的一颗普通恒星。它和地球间的平均距离是14960万千米,直径为139万千米,为地球的109倍,体积为地球的130万倍,质量为地球的33万倍。太阳是一个炽热的气体球,表面温度约6000摄氏度,越向内温度越高,中心为1500万摄氏度。太阳中心区的氢核聚变产生的巨大能量,主要以辐射和对流的形式传到太阳表面,然后由表层发出光和热,习惯上称为“太阳辐射”。太阳表层为太阳大气,根据物理性质不同,太阳大气由里向外又可分为三层:光球层、色球层和日冕层。

我们所看到的黄白色的太阳光线和接收到的太阳能量基本上都来自光球层。这一层厚度500千米左右,平均温度约6000摄氏度,太阳黑子、光斑和米粒组织全都出现在光球层。色球是太阳大气的中间一层,大约延伸到几千到10000千米以上,温度高达几万摄氏度,耀眼的太阳它发出的光只是光球的几千分之一,所以只有在日全食时,才能见到这一层十分美丽的玫瑰红色的光辉。太阳大气的最外层为日冕层,厚度约几百万千米,温度高达100万摄氏度,亮度只有光球的百万分之一,所以平时我们用肉眼根本无法看到,只有在日全食时或无月光时,才能看见大范围很薄的银色光辉。

井然有序的大家庭——太阳系光芒四射的太阳,表面看去显得平静而安详,但实际上,太阳(特别是表层)局部的活动、爆发十分频繁,有时还相当剧烈。这就是日益引人注目的太阳活动。

耀斑现象在一切太阳活动中,太阳黑子是最基本、最明显的活动现象。它发生在光球层,是太阳表面一种炽热气体的巨大漩涡。它的温度大约4500摄氏度,亮度低于周围的光球,看上去绿一些深暗的斑点,故称太阳黑子。黑子很少单独行动,常常成群结队地出现,称为“黑子群”,太阳黑子数目呈周期性变化,平均周期为11年左右。

耀斑是最剧烈的太阳活动现象,它发生在光球到日冕的过渡层中,表现为一个突然出现并迅速增亮的亮斑,所以又称为“色球爆发”。在几分钟至几十分钟内,耀斑发出惊人的能量辐射,并抛出大量高速度带电粒子,这些猛然增强的太阳辐射和粒子流,对地球会产生一系列的影响。因此耀斑和太阳黑子,是太阳活动的主要标志。

除此以外,在日冕层中还会有大量的高能带电粒子不断地飞逸到行星际空间,好像是从太阳吹出来的一股“风”,所以叫做太阳风。

太阳活动强烈时,会扰乱地球上空的电离层,使地面无线电短波通讯受到影响,甚至出现短暂的中断,产生“磁暴”现象,使磁针剧烈颤动,不能正确指示方向。地球两极区的夜空常会看到淡绿色、红色、粉红色的光带或光弧,这叫极光。同时太阳活动与地球上的气候、水文、植物生长等密切相关。

太阳光斑

光斑是太阳光球边缘出现的明亮组织,光斑一般环绕着黑子,与黑子有密切的关系。与黑子一样,光斑也具有11年的活动周期,通常比黑子早出现几小时或几天,出现后常聚集成两部分。太阳自转把最初为圆形的光斑逐步拉成椭圆形,其前部分略近赤道,在发展末期光斑分解为许多小块,然后逐步瓦解。

离太阳最近的行星

这是水星的一个半球水星是八大行星中距太阳最近的一颗行星。由于离太阳近,受到太阳的强大引力,所以围绕太阳旋转很快,它的公转周期相当于地球上的88天,而水星自转一周相当于地球上的5865天。它的自转方向与公转方向相同,因此,水星上的一昼夜比水星自转一周的时间要长得多。据计算,水星上的一昼夜为176天,白天和黑夜各为88天左右。如同地球一样,以水星公转一周为水星上的“一年”,以水星上的一昼夜为水星上的“一天”,那么,水星上的一天就相当于两年了。

水星虽然名为“水星”,其实上面完全是一个干枯寂凉的世界,连一滴水也没有。这是因为水星离太阳近,白天经太阳暴晒后,表面温度可达500摄氏度以上;夜晚,热量很快散失,表面温度降到零下170摄氏度左右,昼夜温差竟达600多摄氏度。在这样的环境中,不可能有水的存在,更难以找到生命的踪迹。水星表面的空气也非常稀薄,大气压力只有地球的五千亿分之一。可以想象,这是一个多么荒凉的星球!

从地球上看水星,它略带红色,虽比金星等要暗些,但在星空中还算是一颗亮星。由于离太阳最近,明亮的阳光常常淹没水星的身影,所以肉眼很难看到。水星表面布满大大小小的环形山、平原和盆地,地形、地貌与月球十分相似。

太阳系最大的行星

木星看上去比较昏暗,不如金星明亮,这是由于它离地球远的缘故。其实,木星在八大行星中是最大的,把太阳系所有的行星和卫星加在一起也没有木星大,木星的体“哈勃”太空望远镜拍摄的木星积相当于1300多个地球,重量是地球的318倍,绕太阳公转一周几乎需要12年时间。木星自转的速度却很快,大约9小时50分转一圈。由于木星内部存有大量的能量并不断向外散发,形成了独特的快速大气环流,所以从地球上观察可看到木星表面有一些各种色调的斑点,并且在南半球有一个著名的椭圆形大红斑,这正是大气环流过程中形成的大气漩涡。木星的表面有一层1000千米厚的大气层,主要成分是氢和氮。由于离太阳较远,木星表温度只有零下140摄氏度,在这样的空气、温度条件下,加上没有水,木星上没有生物存活也就不足为奇了。不过木星有很强的无线电辐射,磁场强度为地球的10倍,是目前发现的天空中最强的辐射电源。尤为奇特的是,木星周围有大小16个卫星环绕,小的直径8千米,大的直径5200多千米。旋绕的速度也不同,最快的11小时53分一周,最慢的旋绕木星一周需要758天。“天空中的小地球”

用“哈勃”望远镜拍摄的火星火星是地球的近邻。如果说金星是我们的左邻,火星便是我们的右舍了。它在地球的外侧,比地球大半倍的轨道上绕太阳运转。其外表呈火红色,是星空中最吸引入的繁星之一。仔细观察,可以看到它缓慢地穿行在众星之间,如火的荧光时有强弱变化,并且穿行方向、亮度的变化好像没有规律,所以古时候欧洲人把它当做“战神星”,认为它象征着战争和灾难,中国人称它为“荧惑星”,认为是不吉祥的星。

火星与地球相比,有许多相似的地方。火星上既有春夏秋冬四季的变化,也有白天和黑夜的交替,它的一年相当于地球上的687天,每一个季节约为172天。自转周期与地球相近,为24小时37分。火星上看太阳也是东升西落,并且和地球有月球环绕一样。火星有两颗卫星,但是火星比地球小得多,它的直径相当于地球的半径,体积只有地球的15%,质量也只有地球质量的11%,因此天文学家常把火星称为“天空中的小地球”。火星昼夜温差较大。白天时最高达28摄氏度,夜间下降到零下132摄氏度左右,没有生命物质在火星上生存,更没有人类,人们长期想象中的“火星人”、“火星鼠”仅仅是一种想象而已。

火星的卫星

火星有两颗天然卫星:火卫一和火卫二。火卫一离火星中心约9370千米,公转周期为7小时59分,比火星自转快得多。火卫二离火星约23500千米,周期为30小时18分。火卫一和火卫二的形状都很不规则,火卫一表面参差不平,布满了大大小小的陨石坑。

太阳系最扁的行星

带有美丽光环的土星土星是太阳行星中仅次于木星的第二大行星,它的体积是地球的745倍。由于它离地球和太阳都比较远,在100年前人们一直把它作为太阳系的边界,后来才发现还有更遥远的太阳行星。由于土星自转速度快,转一周的时间为10小时14分,它的形状也呈扁圆形,并且是太阳系中最扁的行星。它的密度很小,比水还轻。在太阳系里,土星又是一颗美丽的行星,它的外面围绕着一圈明亮的光环,仿佛带着银光闪闪的项链。土星的光环非常宽阔,如果把我们的地球放上去就好像是往公路上滚皮球一样。土星的光环是由许许多多直径不到1米的小石块和冰块绕着土星表面飞快奔跑而形成的。土星有21~20颗卫星环绕,最小的直径300千米,最大的直径5150千米,比月球还大。

除太阳和月亮外最亮的星

金星天亮前后,东方有些发白的天空中,有时会出现一颗相当明亮的“晨星”,人们叫它“启明星”;黄昏,西方那灰白色的天幕上,有时也会出现一颗相当明亮的“昏星”,人们叫它“长庚星”。这两颗星,实际上是同一颗星,就是金星。金星是天空中除太阳和月亮以外最亮的星,所以人们又叫它“太白星”或“太白金星”。

金星绕太阳公转一周相当于地球上的225天,自转一周为243天,由于它自转方向与公转方向相反,是逆向自转,所以在金星上看到的太阳是西升东落。金星的逆向自转,使得金星的一昼夜比自转一周的时间要短得多。据计算,金星上的一昼夜为117天,昼夜各59天左右。金星上的“一年”大约只有“两天”。

“伽利略”宇宙飞船拍摄的金星金星的体积、质量都和地球相近。它也有大气层,表面有90个大气压(相当于地球上海洋900米深处所受的压力),靠反射太阳光发亮。金星是离地球最近的行星。它的大气中有一层又热又浓厚的硫酸雨滴和硫酸雾云层,阻挡了地球人的视线,远远望去一片迷蒙。金星的大气层形成了全球性的“大温室”效应,表面温度达480摄氏度以上。显然,这样的环境中,生命是难以存在的。

“躺”着旋转的行星

蓝色的天王星天王星是被一位爱好天文的音乐家威廉·赫歇耳通过自制的天文望远镜发现的。它很大,直径为地球的406倍,体积是地球的60多倍。但因距离地球太远,所以用肉眼看不到它。它距太阳也十分遥远,约为地球距太阳的19倍,所以从太阳得到的光热极少,其表面温度总在零下200摄氏度以下。天王星的旋转很特殊,不仅很慢,绕太阳公转一周需要84年,若按绕日公转一周为一年计算,天王星上的一年相当于地球上的81年,且它的自转也不规则,似乎是躺着转,即有时“头”朝太阳,有时则“脚”朝太阳。

天王星的卫星

已经得到确认的天王星卫星有29颗。平均密度介于126~165克/厘米3,大质量卫星都是由占40%~50%的冰和岩石混合而成。天王星卫星拥有与土星一样美丽的光环,光环中包含大小不同、彩色各异的彩带。

笔尖上“发现”的行星

海王星及其卫星之一天王星被发现后,人们都想一睹为快,掀起了一股观测天王星的热潮。时隔不久,天文学家就发现,地球的这位“新兄弟”是一个性格很别扭的行星,别的大行星都准确地遵循着由牛顿万有引力定律推算出的轨道绕太阳运行,唯有天王星显得有点不安分,时时会有“越轨”的现象。天文学家设想,在天王星的外面,一定还有一颗未被发现的行星,正是这颗尚未露面的行星的引力,“扰乱”了天王星的轨道。