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Source: Time: 2020-01-28 19:32:36

Millennium Tongzhou vitality north stream

Research finds Sun is the roundest object ever measured
According to foreign media reports, the sun is almost the roundest object ever measured. If you measure a beach ball, you will find that it is very round, and the difference between the largest and smallest diameters may not exceed the diameter of a hair. The sun rotates for one week in 28 days. Since it has no solid surface, it should be slightly flat. Scientists have used scientific instruments to study the oblateness of the sun for nearly 50 years to understand the rotation of the sun, especially the rotation of the sun's surface that we cannot directly observe.
Now Jeff Kuhn, Isabel Skool of the Astronomical Institute of the University of Hawaii, Rock Bush of Stanford University, and Marcelo Emilio of Punta Grossa State University in Brazil have used the Solar Dynamics Observatory satellite The Sunshine and Magnetic Imager (HMI) on the Internet got a confusing answer that they thought was the ultimate answer. Since there is no atmosphere in space that can distort the photo of the sun, they were able to measure the shape of the sun with photos taken by solar tremors and magnetic imagers with unprecedented accuracy. The measurement results show that if the sun shrinks into a sphere with a diameter of 1 meter, its equatorial diameter will only be larger than the diameter of the north and south poles passing through it, that is, its rotation axis is 17 meters per million meters!
They also found that the sun's oblateness has remained constant over time, and that the oblateness is small, which is inconsistent with the results predicted by the sun's rotating surface. This suggests that the effects of subsurface forces such as solar magnetic fields or turbulence may be greater than we previously thought. Kuhn, head of the research group and first author of a paper published in the journal Science Express, said: "For many years we have believed that the changing measurements we have obtained indicate that the sun is also changing, but these latest The measurement data came to different conclusions. Although the sun changes with the 11-year sunspot cycle, its shape will not change. "The study was supported by NASA-approved Stanford University and the University of Hawaii. (
sun
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Guide
The sun The sun is the closest star to Earth and is the central celestial body of the solar system. 99.87% of the mass of the solar system is concentrated in the sun. The eight major planets, asteroids, meteors, comets, outer Neptune celestial bodies, and interstellar dust in the solar system all orbit (revolve) around the sun. In addition, this entry also introduces a 2009 album released under the name of the sun, featuring singer Chen Qizhen.
First, the basic parameters
1. Observation data
The average distance between the sun and the earth: (1 astronomical unit) 1.49597870 × 10 ^ 11 meters (150 million kilometers) the length of one astronomical unit
Sun and Earth distance: 1.5210 × 10 ^ 11 meters
The closest distance between Sun and Earth: 1.4710 × 10 ^ 11 meters
Distance between apical and perihelion: 5 million kilometers
Apparent magnitude: -26.74 magnitude
Absolute magnitude: magnitude 4.83
Hot magnitude: -26.82 magnitude
Absolutely hot magnitude: magnitude 4.75
2. Physical data
Diameter: 1,392,000 kilometers (109 times the diameter of the earth)
Surface area: 6.09 × 10 ^ 12 square kilometers
Volume: 1.412 × 10 ^ 18 cubic kilometers (130,000 times of the earth)
Mass: 1.989 × 10 ^ 30 kg (333,400 times of the earth)
Relative to Earth's mass
Density: 1411 kg / m3
Relative to Earth density: 0.26
Relative density: 1.409
Surface gravity acceleration: 2.74 × 10 ^ 2 m / s ^ 2 (27.9 times the earth's surface gravity acceleration)
Surface temperature 5780 Kelvin
Center temperature is about 15 million Kelvin
Corona temperature 5 × 200 Kelvin
Luminance (LS) 3.827 × 10 ^ 26 J s-1
3. Orbit data
Second, the rotation cycle
Equator: 27 days 6 hours 36 minutes
Latitude 30 °: 28 days 4 hours 48 minutes
Latitude 60 °: 30 days 19 hours 12 minutes
Latitude 75 °: 31 days 19 hours 12 minutes
The orbital cycle around the Milky Way center: 2.25 × 10 ^ 8 years
Third, other data
Solar life: about 5 billion years
Sun age: about 4.57 × 10 ^ 9 years
Astronomical symbols: ☉
Solar cycle: 11.04 years
Total radiated power: 3.86 × 10 ^ 26 Watts (joules / second)
Solar constant: f = 1.97 cal · cm ^ 2 · min ^ -1
Spectral type: G2V
Solar surface detachment speed = 618 km / s
Speed of the solar wind near the earth: 450 km / s
Solar motion speed: (direction α = 18h07m, δ = + 30) = 19.7 km / s
Fourth, running track
The sun is located on the Orion spiral arm north of the galactic plane, about 30,000 light-years from the center of the Milky Way, and about 26 light-years north of the galactic plane. 250 million years, on the other hand, relative to the surrounding stars, moving at a speed of 19.7 kilometers per second in the vicinity of the vega. The sun is also spinning, its cycle is about 25 days in the heliosphere; the polar region is about 35 days.
V. Structure
In the vast universe, the sun is just a very ordinary star. In the vast and starry world, the sun's brightness, size and material density are all at medium levels. Just because it is closer to the earth, it appears to be the largest and brightest object in the sky. Other stars are very far away from us. Even the nearest star is 270,000 times farther than the sun, and it looks like only a flickering light spot.
Most of the materials that make up the sun are ordinary gases, of which hydrogen accounts for about 71.3%, helium accounts for about 27%, and other elements account for 2%. From the center outward, the sun can be divided into nuclear reaction zone, radiation zone and convection zone, and solar atmosphere. The atmosphere of the sun, like the atmosphere of the earth, can be divided into various layers according to different heights and different properties, that is, three layers of photosphere, chromosphere and corona from the inside to the outside. The surface of the sun that we usually see is the lowest layer of the sun's atmosphere, and the temperature is about 6000 degrees. It is opaque, so we cannot directly see the structure inside the sun. However, astronomers have built models of the internal structure and physical state of the sun based on physical theories and studies of various phenomena on the surface of the sun. This model has also been confirmed by studies of other stars, at least in large respects. Recently, the two solar detection satellites STEREO launched by NASA in 2006 moved to opposite positions on both sides of the sun, and for the first time took a complete three-dimensional view of the sun from the front and back sides. STEREO team member Angelos-Vourlidas said that this is an important moment in solar physics, and for the first time STEREO confirmed that the sun is a sphere.
Structure
1. Internal structure
The interior of the sun can be divided into three layers: the core area, the radiation area, and the convection area.
The core radius of the sun is 1/4 of the radius of the sun, which is about half the mass of the sun. The temperature of the sun's core is extremely high, reaching 15 million degrees Celsius, and the pressure is extremely high, so that the thermonuclear reaction from hydrogen polymerization to helium can occur, which releases great energy. These energies then pass through the radiation layer and the tropospheric material to transfer to the bottom of the solar photosphere, and then radiate out through the photosphere. The density of matter in the central region of the sun is very high. Up to 160 grams per cubic centimeter. Attracted by its own strong gravity, the central area of the sun is at a high density, high temperature, and high pressure. It is the birthplace of the great energy of the sun. The transmission of energy generated by the central region of the sun is mainly in the form of radiation. Outside the central area of the sun is the radiant layer. The radiant layer ranges from 0.25 solar radii to 0.71 solar radii at the top of the thermonuclear central area. The temperature, density, and pressure here decrease from the inside to the outside. In terms of volume, the radiating layer accounts for most of the entire solar volume. The internal energy of the sun propagates outwards in addition to radiation and convection. That is, from the sun's 0.71 radius to the bottom of the solar atmosphere, this interval is called the troposphere. The properties of this layer of gas change greatly and are very unstable, forming obvious up and down convective motion. This is the outermost layer of the sun's internal structure.
Photosphere
The solar sphere is the circular surface of the sun that we usually see. The solar radius is usually the radius of the light sphere. The photosphere layer is located outside the troposphere and belongs to the lowest or innermost layer in the solar atmosphere. The surface of the photosphere is gaseous, and its average density is only a few hundred millionths of water. However, because of its thickness of 500 kilometers, the photosphere is opaque. There is intense activity in the atmosphere of the photosphere. With telescopes, you can see that there are many dense speckled structures on the surface of the photosphere, much like rice grains, called rice grain tissue. They are extremely unstable, generally lasting only 5 to 10 minutes, and their temperature is 300 to 400 ° C higher than the average temperature of the photosphere. At present, this kind of rice grain structure is considered to be a phenomenon caused by the severe convection of the gas under the photosphere.
Another famous activity phenomenon on the surface of the photosphere is sunspots. Sunspots are huge vortexes of airflow on the photosphere layer. Most of them are nearly elliptical. They look dark against the background of bright photospheres, but their temperature is as high as about 4000 ° C. If the sunspots can be taken out separately, a big sunspot It can emit the light equivalent to a full moon. The situation of sunspots on the sun is constantly changing, and this change reflects the change of solar radiation energy. The sunspot changes have a complex periodic phenomenon, with an average activity period of 11.2 years. The layer of the atmosphere where the chromosphere is close to the photosphere is called the chromosphere, which is not easy to observe in the past. In the past, this area was only visible during a total solar eclipse. As soon as the moon obscured the bright brilliance of the light ball, one could find a layer of rose red on the edge of the sun wheel, that is, the color ball. The chromosphere layer is about 8000 kilometers thick. Its chemical composition is basically the same as that of the photosphere, but the density and pressure of matter in the chromosphere layer are much lower than that of the photosphere. In daily life, the temperature is lower the farther away from the heat source, but the situation of the solar atmosphere is completely the opposite. The temperature at the top of the photosphere near the color ball is almost 4300 ° C. At the top of the color ball, the temperature is as high as tens of thousands of degrees. The temperature in the corona area suddenly rose to millions of degrees. People are puzzled by this abnormal temperature increase, and no exact reason has been found so far.
People can also see many rising flames on the chromosphere. This is the astronomical "sundial". The sundial is a rapidly changing activity phenomenon. A complete sundial usually takes tens of minutes. At the same time, the shape of the sundial can be said to be in a variety of ways. Some are like clouds of smoke, some are like waterfall fountains, some are like curved arch bridges, and some are like grasses. Astronomers divide the sundial into quiet sundial, active sundial, and eruption sundial according to the size and speed of the morphological change. The most spectacular is the eruption sundial. The originally quiet or active sundial sometimes suddenly "angers the sky", throwing gaseous matter desperately upward, and then turning back to the surface of the sun, forming a ring, so it is also called a ring sundial.
2. Corona
The corona is the outermost layer of the solar atmosphere. The matter in the corona is also plasma, its density is lower than that of the chromosphere, and its temperature is inversely higher than that of the chromosphere, which can reach millions of degrees Celsius. During the total solar eclipse, you see a very bright silver-white light radiating around the solar surface is the corona. The range of the corona is above the chromosphere and extends to several solar radii. The corona will also have outward expansion motion, and make cold ionized gas particles continuously flow out from the sun to form solar wind.
Edit this paragraph solar activity
Vigorous activity occurs all the time
The sun looks calm, and in fact violent activity occurs all the time. From the inside to the outside, the sun is the solar nuclear reaction zone, the solar troposphere, and the solar atmosphere. Its central area is constantly undergoing thermonuclear reactions, and the energy generated is emitted into space in a radiant manner. One of 2.2 billion of this energy is radiated to the earth, becoming the main source of light and heat on the earth. Active phenomena on the surface of the sun and the atmosphere, such as sunspots, flares, and corona material eruption (sundial), will greatly enhance the solar wind and cause many geophysical phenomena-such as increased aurora, changes in the ionosphere and geomagnetism of the atmosphere. The increase in solar activity and solar wind will also seriously interfere with the normal operation of radio communications and space equipment on the earth, cause damage to precision electronic instruments on satellites, disruption of ground communication networks and power control networks, and may even cause damage to space shuttles and space stations. Threaten the lives of staff members. Therefore, it is increasingly important to monitor solar activity and the intensity of the solar wind and make timely "space meteorological" forecasts.
3. Sunspots
4000 years ago, the ancestors saw the sunspots like a three-legged crow with the naked eye. When observing the sun through ordinary optical telescopes, the activity of the photosphere was observed. A lot of black spots can often be seen on the photosphere, they are called "sunspots". The size, number, location, and shape of sunspots on the sun vary from day to day. Sunspots are a local strong magnetic field formed by the violent movement of matter in the photosphere layer, and also an important indicator of the activity of the photosphere layer. Long-term observation of sunspots will reveal that in some years there are more sunspots, and in some years there are fewer sunspots, and sometimes there are no sunspots on the surface for even a few days or dozens of days. Astronomers have long noticed that sunspots are separated by about 11 years from the most or least years to the next most or least years. In other words, sunspots have an average 11-year active cycle, which is also the entire solar active cycle. Astronomers call the year with the most sunspots the "peak year of solar activity" and the year with the least sunspots the "year of low solar activity."
4. Solar Flares
Solar flare is an intense solar activity. It is generally thought to occur in the chromosphere layer, so it is also called "chromoblast burst". Its main observation feature is that the bright spots that appear on the sun (often over the sunspot group) suddenly develop rapidly. Its life span is only a few minutes to tens of minutes, and the brightness rises rapidly and decreases slowly. Especially in the peak year of solar activity, flares appear frequently and become stronger.
Don't look at it as a bright spot. Once it appears, it will be a shocking explosion. The energy of the solar flare during this brightening eruption is equivalent to the total energy of 100,000 to 1 million strong volcanic eruptions, or equivalent to the explosion of tens of billions of 100-ton hydrogen bombs. It can release a huge energy of 25 power joules of 10 in 20 minutes.
In addition to the phenomenon of local sudden brightening of the sun, flares are mainly manifested in the sudden increase in the radiation flux from the radio wave band to X-rays; the types of radiation emitted by flares are many, in addition to visible light, there are ultraviolet rays, X-rays and gamma Rays, with infrared and radio radiation, as well as shock waves and
On February 17, 2011, the strongest flare (6 photos) of the solar eruption in the past four years, high-energy particle flow, and even extremely high-energy cosmic rays.
Flares have a great impact on the Earth's space environment. An explosion in the sun's chromosphere immediately caused a lingering aftershock in the earth's atmosphere. When a flare explodes, when a large number of high-energy particles reach near Earth's orbit, the safety of astronauts and instruments in the spacecraft will be seriously endangered. When flare radiation came near the earth, it collided violently with atmospheric molecules, destroying the ionosphere, and causing it to lose its function of reflecting radio waves. Radio communications, especially shortwave communications, as well as television and radio broadcasts, are subject to interference or even disruption. The high-energy charged particle stream emitted by the flare interacts with the upper atmosphere of the earth, generates aurora, and interferes with the earth's magnetic field and causes a magnetic storm.
In addition, flares have direct or indirect effects on meteorology and hydrology to varying degrees. Because of this, people are increasingly concerned about the detection and prediction of flare outbreaks, and they are working hard to uncover the mysteries of flare.
5. Light spot
Brighter patchy tissue on the solar photosphere than around it. When observing it with an astronomical telescope, you can often find that there are some bright and dark on the surface of the photosphere layer. This kind of bright and dark spots is formed due to the difference in temperature here. The darker spots are called "sunspots" and the brighter spots are called "light spots". Light spots often "perform" at the edges of the sun's surface, but rarely show up in the center of the sun's surface. Because the radiation in the central area of the sun's surface belongs to the deeper air layer of the photosphere layer, and the light at the edges mainly comes from the higher part of the photosphere layer, the light spot is higher than the sun surface, which can be regarded as the "plateau on the photosphere layer ".
The light spot is also a severe storm on the sun, which astronomers have dubbed it a "plateau storm." However, compared with ground storms with heavy clouds, heavy rain, and turbulent winds, the "plateau storm" has a much milder character. The brightness of the light spot is only slightly stronger than the tranquil photosphere layer, generally only 10% greater; the temperature is 300 ° C higher than the tranquil photosphere layer. Many light spots and sunspots still have an inextricable bond, often "performing" around sunspots. A small number of spots are not related to sunspots. They are active in the 70 ° high latitude area, and the area is relatively small. The average spot life is about 15 days, and the larger spot life is up to three months.
The light spot appears not only on the photosphere layer, but also on the chromosphere layer. When it "performed" on the chromosphere layer, the position of the movement roughly matched the appearance on the photosphere layer. However, what appears on the chromosphere is not called a "light spot" but a "spectrum spot". In fact, the light spot and the spectral spot are the same whole, just because their "dwellings" have different heights. This is like a building. The light spot lives downstairs and the spectral spot lives upstairs.
6. Rice grain structure
Rice grain structure is a solar surface structure on the layer of solar spheres. It is in the shape of small polygons and can only be observed with an astronomical telescope. The temperature of the rice grain structure is about 300 ° C higher than the temperature in the region between the rice grains, so it appears brighter and easier to see. Although they are small particles, the actual diameter is also 1000 km to 2000 km.
The bright rice grain structure is likely to be a hot air mass rising from the troposphere to the photosphere, which does not change and is evenly distributed with time, and shows intense undulating motion. When the rice grain structure rises to a certain height, it will soon become cold, and immediately fall along the gap between the rising hot airflow; the life is also very short, coming and going in a hurry, from its generation to its disappearance, almost than the earth's atmosphere Yunxiaoyan disperses even faster, with an average life span of only a few minutes. In addition, the ultra-rice grains found in recent years have a scale of about 30,000 kilometers and a life span of about 20 hours.
It is interesting that while the old rice grain structure disappeared, the new rice grain structure quickly appeared in the original position. This continuous phenomenon is like the hot air bubbles that are constantly rising and falling on the boiling rice porridge we see everyday. .
Seven, life cycle
The age of the oldest rocks in the earth's crust has been identified by radiological decay as slightly less than 4 billion years. The same method is used to identify the oldest samples of the moon from the age of roughly 4.1 billion years to the 4.5 billion years of the oldest moonstone samples. Some meteorite samples also exceed 4 billion years. Taken together, all the evidence suggests that the solar system is about 4.6 billion years old. Since the Milky Way is already around 15 billion years old, the Sun and its planets are only one third of the Milky Way.
Although there is no direct method for determining the age of the sun, it is the overall appearance of an orange-yellow star on the main sequence of the Hero chart, but it is exactly a sun-mass, about 4.6 billion years old. Predestined stars should expect.
Stars also have their own history of life, from birth, growth to aging, and eventually to death. They are different in size and color, and their evolutions are not the same. The connection of a star to life is not only manifested in the fact that it provides light and heat. In fact, the heavy atoms that make up planets and living matter were created during the eruption that occurred at the end of some star life.
At present, the main sequence star stage of the sun has experienced approximately 4.57 billion years through computer simulation of stellar evolution and cosmological chronology models. According to research, the rapid collapse of a cluster of hydrogen molecular clouds 4.59 billion years ago formed a third-generation Taurus T star, the sun. The newborn star orbits in a nearly circular orbit about 27,000 light years from the center of the Milky Way.
The Sun has reached the middle age in its main sequence star stage. At this stage, the stellar nuclear synthesis reaction taking place inside its core turns hydrogen into helium. At the core of the sun, more than 4 million tons of matter can be converted into energy every second, generating neutrinos and solar radiation. At this rate, the Sun has so far transformed about 100 Earth-mass matter into energy. The Sun as the main sequence star lasted about 10 billion years.
The mass of the sun is not sufficient for an explosion to be a supernova. After 5 to 6 billion years, the hydrogen in the sun is depleted, and the core is mainly helium atoms. The sun will turn into a red giant star. When the core's hydrogen is depleted, the core shrinks and the temperature rises, the outer layer of the sun Will swell. When its core temperature rises to 100,000,000 K, fusion of helium will occur to produce carbon, which will enter the asymptotic giant star branch, and when all helium elements in the sun are also converted into carbon, the sun will no longer emit light and become a Black dwarf.
The ultimate fate of the planet is unclear. When the sun becomes a red giant, its radius can exceed 1 astronomical unit, beyond the current orbit of the earth, and 260 times the current radius of the sun. However, as an asymptotic giant branch star, the sun will lose about 30% of its current mass due to the stellar wind, and the planetary orbit will be extrapolated. For that matter alone, Earth may be spared from the sun. However, new research suggests that the earth will still be swallowed by the sun due to the effects of tidal effects. Even if the earth can escape the fate of being melted by the sun, the water on the earth will be evaporated and the atmosphere will escape. In fact, even when the sun is still the main sequence star, it will gradually become brighter and the surface temperature will rise slowly. The rise in the temperature of the sun will cause the surface temperature of the earth to rise after 900 million years, making life as we know it impossible to survive. After another 1 billion years, water on the surface of the earth will disappear completely.
After the red giant phase, the intense pulsations caused by heat will throw away the outer shell of the sun and form a planetary nebula. All that remains after losing the outer shell is the extremely hot star core, which will become a white dwarf, which slowly cools and dims over a long period of time. This is the typical evolution process of low-mass stars.
Eight, solar energy
As a stellar sun, its overall appearance is that its luminosity is 38.3 trillion gigawatts and its absolute magnitude is 4.8. It is a yellow G2 dwarf with an effective temperature equal to 5800 degrees Kelvin. The average distance between the sun and the earth orbiting it is 149597870km (499.005 light seconds or 1 astronomical unit). Its mass composition is 71% hydrogen, 26% helium and a few heavier elements. They all release energy through nuclear fusion. According to the theory, the material produced by the final nuclear fusion of the sun is metals such as iron and copper.
1. Solar morphological factors
The angular diameter of the round surface of the sun in the sky is 32 arc minutes, which is very close to the angular diameter of the moon seen from Earth. It is a wonderful coincidence (the diameter of the sun is about 400 times that of the moon and the distance from us is exactly the distance between the earth and the moon. 400 times), making the eclipse look particularly spectacular. Because the sun is much closer to us than other stars, its apparent magnitude reaches -26.8, making it the brightest object seen on Earth. The sun rotates once every 25.4 days (average period; the equator rotates faster than high latitudes) and orbits the center of the Milky Way once every 200 million years. The sun is slightly flattened due to rotation, which is 0.001% different from a perfect sphere, which is equivalent to a 6km difference between the equatorial radius and the polar radius (the difference between the earth is 21km, the moon is 9km, Jupiter 9000km, and Saturn 5500km). Although the difference is small, it is important to measure this flatness, because any greater flatness (even 0.005%) will change the effect of solar gravitation on Mercury's orbit, and make the general relativity The tests done became unreliable.
2. Solar wind
Solar wind is a continuous plasma stream from the sun that moves at a speed of 200-800 km / s. Although this material is different from the air on the earth, it is not composed of molecules of gas, but is composed of simpler particles-protons and electrons, which are one level smaller than atoms. The air flow is very similar, so it is called solar wind. Of course, the density of solar wind is very, very thin and insignificant compared to the density of wind on Earth. Generally, in interplanetary space near the earth, there are several to dozens of particles per cubic centimeter. The density of the wind on the earth is 268.7 billion molecules per cubic centimeter. Although the solar wind is very thin, it is stronger than the wind on the earth. On the earth, the wind speed of a class 12 typhoon is more than 32.5 meters per second, while the wind speed of the solar wind is often maintained at 350 to 450 kilometers per second near the earth, which is tens of thousands of times the earth's wind speed. More than 800 kilometers per second. The solar wind continuously ejects the stream of material particles from the outer corona of the solar atmosphere into space. This particle flow is ejected from the coronal hole, and its main components are hydrogen particles and helium particles. There are two types of solar wind: one that radiates continuously with less speed and less particle content, which is called "continuous solar wind"; the other is that it radiates during solar activity, with a greater velocity and particle content. Mostly, this solar wind is called "turbulent solar wind". The disturbance of the solar wind has a great impact on the earth. When it reaches the earth, it often causes a large magnetic storm and strong aurora, and also produces ionospheric disturbance. The existence of solar wind has provided us with a convenient way to study the sun and the relationship between the sun and the earth.
sunshine
Except for atomic energy and volcanoes, earthquakes, and tides on Earth, the energy emitted by solar energy and other stars is the total source of all energy. The amount of solar radiation reaching the upper boundary of the earth's atmosphere is called the astronomical solar radiation. When the earth is located at the average distance between the sun and the earth, the total energy of the entire spectrum of solar radiation received by a unit area of the upper boundary of the earth's atmosphere perpendicular to the solar rays in a unit time is called the solar constant. A common unit of solar constant is watts / meter2. The solar constant values obtained are different due to different observation methods and techniques. World Meteorological Organization (WMO), 1981, solar storm in 2012
The published value of the solar constant is 1368 W / m2. If the sun constant is multiplied by the spherical area with the average distance between the sun and the earth as the radius, this will give the total energy emitted by the sun per minute, which is about 2.273 × 10 ^ 28 joules per minute. (The heat that the sun radiates into space per second is equivalent to the sum of the heat generated by the full combustion of 100 billion tons of coal. It is equivalent to the power of an engine with 5200 trillion horsepower. The area per square meter of the sun is equivalent to 85000 horsepower Power station.) And only 2.2 billionth of this energy is received on Earth. The energy that the sun sends to the earth each year is equivalent to 10 billion kilowatt-hours of energy. Solar energy can be said to be inexhaustible, inexhaustible, pollution-free, and is the most ideal energy source. More than 99% of the solar radiation spectrum in the upper boundary of the earth's atmosphere is between 0.15 and 4.0 microns in wavelength. About 50% of the solar radiation energy is in the visible spectrum (wavelength 0.4 to 0.76 microns), 7% is in the ultraviolet spectrum (wavelength <0.4 microns), 43% is in the infrared spectrum (wavelength> 0.76 microns), and the maximum energy is 0.475 Micron. Because the wavelength of solar radiation is much smaller than the wavelength of ground and atmospheric radiation (about 3 to 120 microns), solar radiation is often called short-wave radiation, and ground and atmospheric radiation are called long-wave radiation. Changes in solar activity and the distance between the sun and the earth will cause changes in solar radiation energy in the upper boundary of the earth's atmosphere. The sun transmits light and heat to the earth at all times. With sunlight, plants on the earth can carry out photosynthesis. The leaves of plants are mostly green because they contain chlorophyll. Chlorophyll can synthesize all kinds of organic matter only by using the energy of light. This process is called photosynthesis. According to calculations, green plants in the entire world can produce about 400 million tons of protein, carbohydrates and fats every day. At the same time, it can release nearly 500 million tons of oxygen into the air, providing sufficient food for humans and animals. oxygen.
Nine, scientists find the nearest "black sun" to the earth
Scientists have recently observed a "black sun", which is a brown dwarf. At present, it is the holder of two records-the nearest and coldest brown dwarf. It is only 9.6 light years away from the earth and the surface temperature. Between 130-230 degrees Celsius.
Scientists find "black sun" closest to Earth
It is reported that scientists recently observed a faint star only 9.6 light years away from the earth, which may be the brown dwarf closest to the earth so far. At the same time, the star is more "cold" than other nearby stars and looks like a "black sun."
This finding suggests that brown dwarfs are very common and that they are closer to Earth. Brown dwarfs have very small masses, so they cannot reach a certain amount of heat and withstand nuclear fusion reactions like the sun. However, they can still emit light. During the formation process, heat is generated, which then gradually cools down, and the light is weakened.
Philip Lucas of the University of Hertfordshire and his colleagues discovered the brown dwarf, named "UGPS 0722-05", which emits infrared radioactive light. Its distance from Earth is only 9.6 light years, which is twice the distance between Earth and Proxima Centauri, which is the closest star to the Earth except the sun.
At present, the "UGPS 0722-05" brown dwarf is the seventh star or stellar system closest to the sun. "This discovery is as cool as its temperature!" Said Todd Henry, a stellar researcher at the University of Georgia.
Lucas and his colleagues reminded that the distance of the brown dwarf is still an initial estimate. The assessment is based on the "parallax method". In the next few weeks, a new parallax observation method will further determine the distance between the brown dwarf and the earth. If the current measured distance is correct, then "UGPS 0722-05" will be the brown dwarf closest to Earth so far. The previous record holder is a pair of brown dwarfs located near the Epsilon Indi star, which are 11.8 light away from Earth. year.
In addition, this faded dwarf is another record holder. It is the coldest brown dwarf found so far. Its temperature is only between 130-230 degrees Celsius. It is very dim and the injected heat is only the solar heat. Of 0.000026 percent, its energy release is mainly concentrated in the infrared band, rather than the visible light band. In other words, 3.8 million such brown dwarfs are equivalent to one sun. Its volume is similar to that of Jupiter, but its mass is 5-30 times that of Jupiter.
The dim light feature of "UGPS 0722-05" may explain why it has not been detected until now, even though it is very close to Earth. The study suggests that it is likely that more undetected brown dwarfs lurk around the earth.
X. Literary imagery
For humans, the sun is undoubtedly the most important celestial body in the universe. Everything grows on the sun. Without the sun, there can be no gigantic life phenomenon on the earth, and of course no human being can be born as an intelligent creature. The sun gives people light and warmth. It brings the cycle of day and night and seasons, which changes the cold and warm of the earth, and provides various forms of energy for the life of the earth. Because of this, the sun has become a symbol of eternity, praised and sung in many literary works and songs.
In human history, the sun has been the object of worship for many people. The ancestors of the Chinese nation respected their ancestor Yan Emperor as the sun god. In ancient Greek mythology, the sun god was the son of Zeus (king of all gods).
1. Greek sun myth
The sun god Apollo is the son of the god Zeus and the goddess Leto. After the god Hera was jealous of the love between Zeus and Leto, she persecuted Leto cruelly, causing her to wander around. Finally, a floating island, Dross, took Leto, and she gave birth to the sun and moon gods on the island. So Hera sent the python Pito to kill Leto's mother and child, but failed. Later, Leto's mother and son had good luck, Hera was no longer their enemy, and they returned to the ranks of the gods. Apollo took revenge for his mother, and shot the python Pito, which brought infinite disaster to mankind, with his hundreds of magic arrows to kill the people. Apollo was very proud after killing the python. When he met the little love god Eros, he mocked his little arrow for being ineffective, so Eros shot Apollo with an arrow burning the flame of love, and used An arrow that could dispel the sparks of love hit the fairy Daphne, to cause them pain. In order to get rid of Apollo's pursuit, Daphne let his father turn himself into a laurel. Unexpectedly, Apollo was still infatuated with her, which moved Daphne very much. Since then, Apollo has used laurel as an ornament, and the laurel crown has become a symbol of victory and honor. Every day at dawn, the sun god Apollo will board the sun gold car, pull the reins, lift the whip high, inspect the earth, and send light and warmth to humanity. Therefore, people regard the sun as a symbol of light and life.
2. Nordic Sun Myth
The god of abundance, prosperity, love, and peace, the king of the beautiful fairyland Alfheim. One said that he and Balder were both gods of light, or sun gods. The elf of his subordinates is doing good deeds all over the world. He often rides a wild boar with a golden mane to patrol. Everyone enjoys the peace and happiness of his gift. He has a sword that shines brightly and can fly through clouds. He also has a pocket magic ship that can carry all the gods and their weapons if necessary.
3. Chinese Sun Myth
在中国古典诗歌作品中,太阳意象不仅出现的次数多,而且涉及的内容也十分丰富。它的起源可追溯到原始的太阳崇拜,后来逐渐衍生出皇权、家庭温暖、时间短促、离情别恨等多种含义。
4、后羿射日
相传上古时期,夏代有穷国的国王是一个名叫后羿的英俊男子。那后羿不仅长得潇洒,而且文武双全,天文、地理无所不知,谋略、武艺无所不精,尤其还射得一手好箭。有穷国在后羿的英明治理下,蒸蒸日上,威震四方。人们丰衣足食,安居乐业,日出而作,日落而息,呈现一派丰盛祥和的景象。
后羿每天处理完国事后,就带上心爱的弓箭(听说此箭乃神灵所赐),到射箭场进行练习,日复一日,年复一年,从未间断。他的箭术已到出神入化、无人能比的地步。
日子在和平、美满中一天天过去,有穷国日趋繁荣。就在人们沉浸在幸福、满足之中时,突然,祸从天降。
那是仲夏的一天,那天早晨和往日并无不同,可到了日出时候,东方一下子升出来十个太阳。人们看着眼前的一切,目瞪口呆。大家清楚,天上挂着十个太阳意味着什么。立时,哭喊着、祈祷声一片。人们用尽各种办法祈求上天开恩,收回多出的九颗太阳,但一切无济于事。一天又一天,田里的庄稼渐渐枯萎,河里的水慢慢干涸,老弱病残者一个接一个地倒下……
后羿看着眼前的一切,心如刀绞,可是无计可施。他愁肠欲断,焦虑万分,日渐憔悴。一天,困倦不已的他刚搭上眼,忽梦见一白胡老人,老人指点他,将九个箭靶做成太阳形状,每天对准靶心,练上七七四十九天后,便可射落天上的太阳,并嘱咐他,此事不可外扬,只有到了第五十天才可让人知道。后羿睁开眼,惊喜不已,立刻动手做箭靶,箭靶做好后,便带上箭躲到深山里,没日没夜地练起来。到了第五十天,国王要射日的消息传出后,在死亡线上挣扎的人们精神顿时振奋起来,仿佛看到了生的希望。人们唯恐后羿的箭射不落太阳,男女老幼顶着火一般的烈日,用最短的时间,搭起一座数米高的楼台,并抬来战鼓,为后羿呐喊助威。后羿在震耳欲聋的鼓声里,一步步登上楼台,在他身后,是无数双渴求、期盼的眼睛,在他周围,是痛苦呻吟的土地,在他头顶,是炽热、张狂的太阳。他告诉自己只能成功,不许失败。尽管知道走的是一条不归路,但为了救出受苦受难的民众,他无怨无悔。
终于到达楼顶了,后羿回首最后一次看了看他的臣民,他的王宫,然后抬起头,举起手中的箭,缓缓拉开弓。“嗖”,只听一声巨响,被击中的太阳应声坠下,随即不知去向。台下一片欢呼,呐喊声、战鼓声穿透云霄。后羿一鼓作气,连连拉弓,又射落了七颗。还剩最后两颗了,此时,他已精疲力尽,可他知道,天上只能留下一颗太阳,如果此时放弃,就意味着前功尽弃。他再一次举起箭,用尽全身力气,将第九颗太阳击落后,便一头栽倒在地,再也没起来。一切恢复了原样,而勇敢、可敬的后羿却永远闭上了眼睛…… 被射中的九颗太阳,坠落到九个不同的地方。其中的一颗,掉到了黄海边上,并砸出了一个湖,这个湖后人称作射阳湖。不久,从射阳湖里流出一条河,人们把它称作射阳河。
5、《山海经》中关于太阳的神话传说
在遥远的东南海外,有一个羲和国,国中有一个异常美丽的女子叫羲和,她每天都在甘渊中洗太阳。太阳在经过夜晚之后就会被污染,经过羲和的洗涤,那被污染了的太阳,在第二天升起的时候仍会皎洁如初。这个羲和,实际上是传说中的上古帝王帝俊的妻子,她生了十个太阳,并且让这十个太阳轮流在空中执勤,把光明与温暖送到人间。这十个太阳的出发地十分荒凉偏僻,那地方有座山,山上有棵扶桑树,树高三百里,但它的叶子却像芥子一般大小。树下有个深谷叫汤谷,这是太阳洗浴的地方。它们洗浴完了,就藏在树枝上擦摩身子。每天由最上边的那一个骑着鸟儿巡游天空,其他的便依次上登,准备出发……
6、占星学中的太阳
太阳是个阳性的星,代表我们的视觉。它的本质是闪光的、贵重的、有价值的。其性质是阳性的、热的和干燥的,表是权势驱力、人格的表现。在人物方面,则代表阳性人物,如:父亲、丈夫、男性。
外为一个圆圈,而中心有一个圆点,这是太阳的图腾,它的符号象征,圆圈是英雄海克利斯的盾,中央的点是盾的中心浮雕或凸起的装饰。 属于太阳的字诀是“内在的自我”。它的影响如:表现自我的主要方式、也表示领导力与成功,影响着个人的生活原则、启发意愿、充实信心、统治意志等。
强韧而有活力的太阳,支配着我们的健康和生命原则,并掌管权势、上司、阶级、职位、高级职务、进步、尊荣、精力、认同感、吸收经验的能力。太阳在星盘中的宫位,表是该盘的灵魂和主宰和希望能够显赫的领域。
太阳对身体也有相对感应的部位,如心脏、背部上方、脾脏、循环系统、精液、男性的右眼与女性的左眼。所代表的疾病如:心脏及动脉、背部区域脊柱、中暑、眼睛失调、昏厥、发烧、胆汁的扰乱、脾脏。
7、太阳正面特征有:个人的魅力;正面的心灵发展;爱好和平、聪明的、母性的、喜欢旅行。
8、而负面特征如:幻想的、轻浮的、通灵的、善变的、因循的、无趣的、懒惰的、投机的、沉溺于坏习惯、自我中心的、自我放纵的、任性的、骄傲的、自我吹嘘的、专横的、独裁的、霸道的、恐吓的、喜欢阿谀、夸张的、赌博的。
References
1 部分基本参数整合自维基百科
http://zh.wikipedia.org/zh-cn/%E5%A4%AA%E9%98%B3
Further reading:
1 占星百科http://www.nodoor.com/ShowArticle.aspx?AID=5935B4F47666C369
2 太阳系的诞生与消失科普视频(中国星之光科普中心制作,科普视频系列)
http://www.tudou.com/programs/view/IkxNE62AGqs/
百度百科http://baike.baidu.com/view/2376.htm
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Solar system
中文名称:太阳系
英文名称:solar system
定义:(1) 由太阳和围绕它运动的天体构成的体系及其所占有的空间区域。
(2) 由太阳、行星及其卫星与环系、小行星、彗星、流星体和行星际物质所构成的天体系统及其所占有的空间区域。 应用学科:天文学(一级学科);
一、导读
太阳系图片太阳系(Solar System)就是我们现在所在的恒星系统。它是以太阳为中心,和所有受到太阳引力约束的天体的集合体:8颗行星冥王星已被开除、至少165颗已知的卫星,和数以亿计的太阳系小天体。这些小天体包括小行星、柯伊伯带的天体、彗星和星际尘埃。广义上,太阳系的领域包括太阳、4颗像地球的内行星、由许多小岩石组成的小行星带、4颗充满气体的巨大外行星、充满冰冻小岩石、被称为柯伊伯带的第二个小天体区。在柯伊伯带之外还有黄道离散盘面、太阳圈和依然属于假设的奥尔特云。
Solar system
恒 星: ? 太阳
内太阳系:
行星: ? 水星 ? 金星 ? 地球 ? 火星
卫星: ? 月球( 地球卫星) ? 火卫一( 火星卫星) ? 火卫二( 火星卫星)
小行星带: ? 谷神星 ? 智神星 ? 婚神星 ? 灶神星
中太阳系:
行星: ? 木星 ? 土星 ? 天王星 ? 海王星
卫星: ? 木卫一( 木星卫星) ? 木卫二( 木星卫星) ? 木卫三( 木星卫星)
? 木卫四( 木星卫星) ? 土卫六( 土星卫星) ? 天卫一( 天王星卫星)
? 海卫一( 海王星卫星)
外 太 阳 系:
柯伊伯带: ? 冥王星 ? 卡戎 ? 鸟神星 ? 妊神星
奥尔特云: ? 塞德娜
黄道离散天体: ? 阋神星 ? 阋卫一
彗星流星雨:
彗星: ? 坦普尔·塔特尔彗星 ? 斯威夫特·塔特尔彗星 ? 哈雷彗星 ? 恩克彗星 ? 苏梅克-列维九号彗星
流星雨: ? 狮子座流星雨 ? 双子座流星雨 ? 英仙座流星雨 ? 猎户座流星雨
? 金牛座流星雨 ? 天龙座流星雨 ? 天琴座流星雨
二、太阳系八大行星
水星金星地球火星木星土星天王星海王星
太阳与八大行星
三、概述和轨道
太阳系是以太阳为中心,和所有受到太阳的重力约束天体的集合体:8颗行星、至少165颗已知的卫星、5颗已经辨认出来的矮行星(冥王星、谷神星、阋神星、妊神星和鸟神星)和数以亿计的太阳系小天体。这些小天体包括小行星、柯伊伯带的天体、彗星和星际尘埃。
广义上,太阳系的领域包括太阳,4颗像地球的内行星,由许多小岩石组成的小行星带,4颗充满气体的巨大外行星,充满冰冻小岩石,被称为柯伊伯带的第二个小天体区。在柯伊伯带之外还有黄道离散盘面和太阳圈,和依然属于假设的奥尔特云。
依照至太阳的距离,行星依序是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、和海王星,8颗中的6颗有天然的卫星环绕着。在英文天文术语中,因为地球的卫星被称为月球,这些卫星在英语中习惯上亦被称为“月球”(moon),在中文里面用卫星更为常见。在外侧的行星都有由尘埃和许多小颗粒构成的行星环环绕着,而除了地球之外,肉眼可见的行星以五行为名,在西方则全都以希腊和罗马神话故事中的神仙为名。五颗矮行星是冥王星,柯伊伯带内已知最大的天体之一鸟神星与妊神星,小行星带内最大的天体谷神星,和属于黄道离散天体的阋神星太阳系的主角是位居中心的太阳,它是一颗光谱分类为G2V的主序星,拥有太阳系内已知质量的99.86%,并以引力主宰着太阳系。木星和土星,是太阳系内最大的两颗行星,又占了剩余质量的90%以上,目前仍属于假说的奥尔特云,还不知道会占有多少百分比的质量。
太阳系内主要天体的轨道,都在地球绕太阳公转的轨道平面(黄道[1])的附近。行星都非常靠近黄道,而彗星和柯伊伯带天体,通常都有比较明显的倾斜角度。
由北方向下鸟瞰太阳系,所有的行星和绝大部分的其他天体,都以逆时针(右旋)方向绕着太阳公转。有些例外的,如哈雷彗星。
环绕着太阳运动的天体都遵守开普勒行星运动定律,轨道都是以太阳为焦点的一个椭圆,并且越靠近太阳时的速度越快。行星的轨道接近圆形,但许多彗星、小行星和柯伊伯带天体的轨道则是高度椭圆的。
在这么辽阔的空间中,有许多方法可以表示出太阳系中每个轨道的距离。在实际上,距离太阳越远的行星或环带,与前一个的距离就会更远,而只有少数的例外。例如,金星在水星之外约0.33天文单位,而土星与木星的距离是4.3天文单位,海王星在天王星之外10.5天文单位。曾有些关系式企图解释这些轨道距离变化间的交互作用。
依照至太阳的距离,行星序是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星,(离太阳较近的水星、金星、地球及火星称为类地行星,木星与土星称为近日行星,天王星与海王星称为远日行星)8颗中的6颗有天然的卫星环绕着,这些星习惯上因为地球的卫星被称为月球而都被视为月球。在外侧的行星都有由尘埃和许多小颗粒构成的行星环环绕着,而除了地球之外,肉眼可见的行星以五行为名,在西方则全都以希腊和罗马神话故事中的神仙为名。
幸神星(Tyche):2011年2月15日消息[2],可能在太阳系边缘发现一颗新行星,质量或是木星4倍,将成为第九大行星和最大行星,轨道距离太阳有约15,000天文单位远。这颗位于奥尔特云外侧的气体庞然大物- 幸神星(Tyche)是否存在的数据将在年底公布,科学家认为美国宇航局太空望远镜“广域红外探测器”(WISE)已经收集到这方面证据。丹尼尔·惠特迈尔和约翰·马特瑟根据彗星的角度,最先指出幸神星存在,可能主要由氢和氦构成,拥有像木星一样的大气,并有斑点、环和云团,可能存在卫星。当前命名为幸神星- 掌管城市命运的希腊女神名字。
四、形成和演化
太阳系七大奇观系的形成据信应该是依据星云假说,最早是在1755年由康德和1796年由拉普拉斯各自独立提出的。这个理论认为太阳系是在46亿年前在一个巨大的分子云的塌缩中形成的。这个星云原本有数光年的大小,并且同时诞生了数颗恒星。研究古老的陨石追溯到的元素显示,只有超新星爆炸的心脏部分才能产生这些元素,所以包含太阳的星团必然在超新星残骸的附近。可能是来自超新星爆炸的震波使邻近太阳附近的星云密度增高,使得重力得以克服内部气体的膨胀压力造成塌缩,因而触发了太阳的诞生。
被认定为原太阳星云的地区就是日后将形成太阳系的地区,直径估计在7,000至20,000天文单位,而质量仅比太阳多一点(多0.1至0.001太阳质量)。当星云开始塌缩时,角动量守恒定律使它的转速加快,内部原子相互碰撞的频率增加。其中心区域集中了大部分的质量,温度也比周围的圆盘更热。当重力、气体压力、磁场和自转作用在收缩的星云上时,它开始变得扁平成为旋转的原行星盘,而直径大约200天文单位,并且在中心有一个热且稠密的原恒星。
对年轻的金牛T星的研究,相信质量与预熔合阶段发展的太阳非常相似,显示在形成阶段经常都会有原行星物质的圆盘伴随着。这些圆盘可以延伸至数百天文单位,并且最热的部分可以达到数千K的高温。
一亿年后,在塌缩的星云中心,压力和密度将大到足以使原始太阳的氢开始热融合,这会一直增加直到流体静力平衡,使热能足以抵抗重力的收缩能。这时太阳才成为一颗真正的恒星。
相信经由吸积的作用,各种各样的行星将从云气(太阳星云)中剩余的气体和尘埃中诞生:
1.当尘粒的颗粒还在环绕中心的原恒星时,行星就已经开始成长;
2.然后经由直接的接触,聚集成1至10公里直径的丛集;
3.接着经由碰撞形成更大的个体,成为直径大约5公里的星子;
4.在未来得数百万年中,经由进一步的碰撞以每年15厘米的的速度继续成长。
在太阳系的内侧,因为过度的温暖使水和甲烷这种易挥发的分子不能凝聚,因此形成的星子相对的就比较小(仅占有圆盘质量的0.6%),并且主要的成分是熔点较高的硅酸盐和金属等化合物。这些石质的天体最后就成为类地行星。再远一点的星子,受到木星引力的影响,不能凝聚在一起成为原行星,而成为现在所见到的小行星带。
在更远的距离上,在冻结线之外,易挥发的物质也能冻结成固体,就形成了木星和土星这些巨大的气体巨星。天王星和海王星获得的材料较少,并且因为核心被认为主要是冰(氢化物),因此被称为冰巨星。
一旦年轻的太阳开始产生能量,太阳风会将原行星盘中的物质吹入行星际空间,从而结束行星的成长。年轻的金牛座T星的恒星风就比处于稳定阶段的较老的恒星强得多。
根据天文学家的推测,目前的太阳系会维持直到太阳离开主序。由于太阳是利用其内部的氢作为燃料,为了能够利用剩余的燃料,太阳会变得越来越热,于是燃烧的速度也越来越快。这就导致太阳不断变亮,变亮速度大约为每11亿年增亮10%。
从现在起再过大约76亿年,太阳的内核将会热得足以使外层氢发生融合,这会导致太阳膨胀到现在半径的260倍,变为一个红巨星。此时,由于体积与表面积的扩大,太阳的总光度增加,但表面温度下降,单位面积的光度变暗。
随后,太阳的外层被逐渐抛离,最后裸露出核心成为一颗白矮星,一个极为致密的天体,只有地球的大小却有着原来太阳一半的质量。最后形成暗矮星。
五、结构和组成
太阳系的结构可以大概地分为五部分:
太阳是太阳系的母星,太阳也是太阳系里唯一会发光的恒星,也是最主要和最重要的成员。它有足够的质量让内部的压力与密度足以抑制和承受核融合产生的巨大能量,并以辐射的型式,例如可见光,让能量稳定地进入太空。
太阳在分类上是一颗中等大小的黄矮星,不过这样的名称很容易让人误会,其实在我们的星系中,太阳是相当大与明亮的。恒星是依据赫罗图的表面温度与亮度对应关系来分类的。通常,温度高的恒星也会比较明亮,而遵循此一规律的恒星都会位在所谓的主序带上,太阳就在这个带子的中央。但是,比太阳大且亮的星并不多,而比较暗淡和低温的恒星则很多。
太阳在恒星演化的阶段正处于壮年期,尚未用尽在核心进行核融合的氢。太阳的亮度仍会与日俱增,早期的亮度只是现在的75%。
计算太阳内部氢与氦的比例,认为太阳已经完成生命周期的一半,在大约50亿年后,太阳将离开主序带,并变得更大与更加明亮,但表面温度却降低的红巨星,届时它的亮度将是目前的数千倍。
太阳是在宇宙演化后期才诞生的第一星族恒星,它比第二星族的恒星拥有更多的比氢和氦重的金属(这是天文学的说法:原子序数大于氦的都是金属。)。比氢和氦重的元素是在恒星的核心形成的,必须经由超新星爆炸才能释入宇宙的空间内。换言之,第一代恒星死亡之后宇宙中才有这些重元素。最老的恒星只有少量的金属,后来诞生的才有较多的金属。高金属含量被认为是太阳能发展出行星系统的关键,因为行星是由累积的金属物质形成的。
除了光,太阳也不断的放射出电子流(等离子),也就是所谓的太阳风。这条微粒子流的速度为每小时150万公里,在太阳系内创造出稀薄的大气层(太阳圈),范围至少达到100天文单位(日球层顶),也就是我们所认知的行星际物质。 太阳的黑子周期(11年)和频繁的闪焰、日冕物质抛射在太阳圈内造成的干扰,产生了太空气候。伴随太阳自转而转动的磁场在行星际物质中所产生的太阳圈电流片,是太阳系内最大的结构。
地球的磁场从与太阳风的互动中保护著地球大气层。水星和金星则没有磁场,太阳风使它们的大气层逐渐流失至太空中。 太阳风和地球磁场交互作用产生的极光,可以在接近地球的磁极(如南极与北极)的附近看见。
宇宙线是来自太阳系外的,太阳圈屏障著太阳系,行星的磁场也为行星自身提供了一些保护。宇宙线在星际物质内的密度和太阳磁场周期的强度变动有关,因此宇宙线在太阳系内的变动幅度究竟是多少,仍然是未知的。
行星际物质至少在在两个盘状区域内聚集成宇宙尘。第一个区域是黄道尘云,位于内太阳系,并且是黄道光的起因。它们可能是小行星带内的天体和行星相互撞击所产生的。第二个区域大约伸展在10-40天文单位的范围内,可能是柯伊伯带内的天体在相似的互相撞击下产生的。
1、内太阳系
内太阳系在传统上是类地行星和小行星带区域的名称,主要是由硅酸盐和金属组成的。这个区域挤在靠近太阳的范围内,半径还比木星与土星之间的距离还短。四颗内行星或是类地行星的特点是高密度、由岩石构成、只有少量或没有卫星,也没有环系统。它们由高熔点的矿物,像是硅酸盐类的矿物,组成表面固体的地壳和半流质的地幔,以及由铁、镍构成的金属核心所组成。四颗中的三颗(金星、地球、和火星)有实质的大气层,全部都有撞击坑和地质构造的表面特征(地堑和火山等)。内行星容易和比地球更接近太阳的内侧行星(水星和金星)混淆。行星运行在一个平面,朝着一个方向。
1、水星(Mercury)(0.4 天文单位)是最靠近太阳,也是最小的行星(0.055地球质量)。它没有天然的卫星,仅知的地质特征除了撞击坑外,只有大概是在早期历史与收缩期间产生的皱折山脊。 水星,包括被太阳风轰击出的气体原子,只有微不足道的大气。目前尚无法解释相对来说相当巨大的铁质核心和薄薄的地幔。假说包括巨大的冲击剥离了它的外壳,还有年轻时期的太阳能抑制了外壳的增长。
2、金星(Venus)(0.7 天文单位)的体积尺寸与地球相似(0.86地球质量),也和地球一样有厚厚的硅酸盐地幔包围着核心,还有浓厚的大气层和内部地质活动的证据。但是,它的大气密度比地球高90倍而且非常干燥,也没有天然的卫星。它是颗炙热的行星,表面的温度超过400°C,很可能是大气层中有大量的温室气体造成的。没有明确的证据显示金星的地质活动仍在进行中,但是没有磁场保护的大气应该会被耗尽,因此认为金星的大气是经由火山的爆发获得补充。
3、地球(Earth)(1 天文单位)是内行星中最大且密度最高的,也是唯一地质活动仍在持续进行中并拥有生命的行星(至今科学家还没有探索到其他来自太空的生物)。它也拥有类地行星中独一无二的水圈和被观察到的板块结构。地球的大气也于其他的行星完全不同,被存活在这儿的生物改造成含有21%的自由氧气。它只有一颗卫星,即月球;月球也是类地行星中唯一的大卫星。地球公转(太阳)一圈约365天,自转一圈约1天。(太阳并不是总是直射赤道,因为地球围绕太阳旋转时,稍稍有些倾斜。)
4、火星(Mars)(1.5 天文单位)比地球和金星小(0.17地球质量),只有以二氧化碳为主的稀薄大气,它的表面,例如奥林匹斯山有密集与巨大的火山,水手号峡谷有深邃的地堑,显示不久前仍有剧烈的地质活动。火星有两颗天然的小卫星,戴摩斯和福伯斯,可能是被捕获的小行星。
2、小行星带
小行星是太阳系小天体中最主要的成员,主要由岩石与不易挥发的物质组成。
主要的小行星带位于火星和木星轨道之间,距离太阳2.3至3.3 天文单位,它们被认为是在太阳系形成的过程中,受到木星引力扰动而未能聚合的残余物质。
小行星的尺度从大至数百公里、小至微米的都有。除了最大的谷神星之外,所有的小行星都被归类为太阳系小天体,但是有几颗小行星,像是灶神星、健神星,如果能被证实已经达到流体静力平衡的状态,可能会被重分类为矮行星。
小行星带拥有数万颗,可能多达数百万颗,直径在一公里以上的小天体。尽管如此,小行星带的总质量仍然不可能达到地球质量的千分之一。小行星主带的成员依然是稀稀落落的,所以至今还没有太空船在穿越时发生意外。
1、直径在10至10.4 米的小天体称为流星体。
2、谷神星(Ceres)(2.77 天文单位)是主带中最大的天体,也是主带中唯一的矮行星。它的直径接近1000公里,因此自身的引力已足以使它成为球体。它在19世纪初被发现时,被认为是一颗行星,在1850年代因为有更多的小天体被发现才重新分类为小行星;在2006年,又再度重分类为矮行星。
3、小行星族
在主带中的小行星可以依据轨道元素划分成几个小行星群和小行星族。小行星卫星是围绕着较大的小行星运转的小天体,它们的认定不如绕着行星的卫星那样明确,因为有些卫星几乎和被绕的母体一样大。
在主带中也有彗星,它们可能是地球上水的主要来源。
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特洛依小行星的位置在木星的L4或L5点(在行星轨道前方和后方的不稳定引力平衡点),不过"特洛依"这个名称也被用在其他行星或卫星轨道上位于拉格朗日点上的小天体。希耳达族是轨道周期与木星2:3共振的小行星族,当木星绕太阳公转二圈时,这群小行星会绕太阳公转三圈。
内太阳系也包含许多“淘气”的小行星与尘粒,其中有许多都会穿越内行星的轨道。
4、中太阳系
太阳系的中部地区是气体巨星和它们有如行星大小尺度卫星的家,许多短周期彗星,包括半人马群也在这个区域内。此区没有传统的名称,偶尔也会被归入“外太阳系”,虽然外太阳系通常是指海王星以外的区域。在这一区域的固体,主要的成分是“冰”(水、氨和甲烷),不同于以岩石为主的内太阳系。
1、木星(Jupiter)(5.2 天文单位),主要由氢和氦组成,质量是地球的318倍,也是其他行星质量总合的2.5倍。木星的丰沛内热在它的大气层造成一些近似永久性的特征,例如云带和大红斑。木星已经被发现的卫星有63颗,最大的四颗,甘尼米德、卡利斯多、埃欧、和欧罗巴,显示出类似类地行星的特征,像是火山作用和内部的热量。甘尼米德比水星还要大,是太阳系内最大的卫星。
2、土星(Saturn)(9.5 天文单位),因为有明显的环系统而著名,它与木星非常相似,例如大气层的结构。土星不是很大,质量只有地球的95倍,它有60颗已知的卫星,泰坦和恩塞拉都斯,拥有巨大的冰火山,显示出地质活动的标志。泰坦比水星大,而且是太阳系中唯一实际拥有大气层的卫星。
3、天王星(Uranus)(19.6 天文单位),是最轻的外行星,质量是地球的14倍。它的自转轴对黄道倾斜达到90度,因此是横躺着绕着太阳公转,在行星中非常独特。在气体巨星中,它的核心温度最低,只辐射非常少的热量进入太空中。天王星已知的卫星有27颗,最大的几颗是泰坦尼亚、欧贝隆、乌姆柏里厄尔、艾瑞尔、和米兰达。
4、海王星(Neptune)(30 天文单位)虽然看起来比天王星小,但密度较高使质量仍有地球的17倍。他虽然辐射出较多的热量,但远不及木星和土星多。海王星已知有13颗卫星,最大的崔顿仍有活跃的地质活动,有着喷发液态氮的间歇泉,它也是太阳系内唯一逆行的大卫星。在海王星的轨道上有一些1:1轨道共振的小行星,组成海王星特洛伊群。
5、外行星
在外侧的四颗行星,也称为类木行星,囊括了环绕太阳99%的已知质量。木星和土星的大气层都拥有大量的氢和氦,天王星和海王星的大气层则有较多的“冰”,像是水、氨和甲烷。有些天文学家认为它们该另成一类,称为“天王星族”或是“冰巨星”。这四颗气体巨星都有行星环,但是只有土星的环可以轻松的从地球上观察。“外行星”这个名称容易与“外侧行星”混淆,后者实际是指在地球轨道外面的行星,除了外行星外还有火星。
彗星归属于太阳系小天体,通常直径只有几公里,主要由具挥发性的冰组成。 它们的轨道具有高离心率,近日点一般都在内行星轨道的内侧,而远日点在冥王星之外。当一颗彗星进入内太阳系后,与太阳的接近会导致她冰冷表面的物质升华和电离,产生彗发和拖曳出由气体和尘粒组成、肉眼就可以看见的彗尾。
短周期彗星是轨道周期短于200年的彗星,长周期彗星的轨周期可以长达数千年。短周期彗星,像是哈雷彗星,被认为是来自柯伊伯带;长周期彗星,像海尔·波普彗星,则被认为起源于奥尔特云。有许多群的彗星,像是克鲁兹族彗星,可能源自一个崩溃的母体。有些彗星有着双曲线轨道,则可能来自太阳系外,但要精确的测量这些轨道是很困难的。挥发性物质被太阳的热驱散后的彗星经常会被归类为小行星。
半人马群是散布在9至30 天文单位的范围内,也就是轨道在木星和海王星之间,类似彗星以冰为主的天体。半人马群已知的最大天体是10199 Chariklo,直径在200至250 公里。第一个被发现的是2060 Chiron,因为在接近太阳时如同彗星般的产生彗发,目前已经被归类为彗星。有些天文学家将半人马族归类为柯伊伯带内部的离散天体,而视为是外部离散盘的延续。
6、外海王星区
在海王星之外的区域,通常称为外太阳系或是外海王星区,仍然是未被探测的广大空间。这片区域似乎是太阳系小天体的世界(最大的直径不到地球的五分之一,质量则远小于月球),主要由岩石和冰组成。
7、柯伊伯带
最初的形式,被认为是由与小行星大小相似,但主要是由冰组成的碎片与残骸构成的环带,扩散在距离太阳30至50 天文单位之处。这个区域被认为是短周期彗星——像是哈雷彗星——的来源。它主要由太阳系小天体组成,但是许多柯伊伯带中最大的天体,例如创神星、伐楼拿、2003 EL61、2005 FY9和厄耳枯斯等,可能都会被归类为矮行星。估计柯伊伯带内直径大于50 公里的天体会超过100,000颗,但总质量可能只有地球质量的十分之一甚至只有百分之一。许多柯伊伯带的天体都有两颗以上的卫星,而且多数的轨道都不在黄道平面上。
柯伊伯带大致上可以分成共振带和传统的带两部分,共振带是由与海王星轨道有共振关系的天体组成的(当海王星公转太阳三圈就绕太阳二圈,或海王星公转两圈时只绕一圈),其实海王星本身也算是共振带中的一员。传统的成员则是不与海王星共振,散布在39.4至47.7 天文单位范围内的天体。传统的柯伊伯带天体以最初被发现的三颗之一的1992 QB1为名,被分类为类QB1天体。
冥王星(Pluto)和卡戎(Charon)
冥王星和已知的三颗卫星
目前还不能确定卡戎是否应被归类为当前认为的卫星还是属于矮行星,因为冥王星和卡戎互绕轨道的质心不在任何一者的表面之下,形成了冥王星-卡戎双星系统。另外两颗很小的卫星尼克斯(Nix)与许德拉(Hydra),则绕着冥王星和卡戎公转。
冥王星在共振带上,与海王星有着3:2的共振(冥王星绕太阳公转二圈时,海王星公转三圈)。柯伊伯带中有着这种轨道的天体统称为类冥天体。
离散盘与柯伊伯带是重叠的,但是向外延伸至更远的空间。离散盘内的天体应该是在太阳系形成的早期过程中,因为海王星向外迁徙造成的引力扰动才被从柯伊伯带抛入反复不定的轨道中。多数黄道离散天体的近日点都在柯伊伯带内,但远日点可以远至150 天文单位;轨道对黄道面也有很大的倾斜角度,甚至有垂直于黄道面的。有些天文学家认为黄道离散天体应该是柯伊伯带的另一部分,并且应该称为"柯伊伯带离散天体"。
阋神星(136199 Eris)(平均距离68 天文单位),又名齐娜,是已知最大的黄道离散天体,并且引发了什么是行星的辩论。它的直径至少比冥王星大15%,估计有2,400公里(1,500英里),是已知的矮行星中最大的。阋神星有一颗卫星,阋卫一(Dysnomia),轨道也像冥王星一样有着很大的离心率,近日点的距离是38.2 天文单位(大约是冥王星与太阳的平均距离),远日点达到97.6 天文单位,对黄道面的倾斜角度也很大。
美国加州技术研究所的科学家2003年在太阳系的边缘发现了这颗行星,编号为2003UB313,暂时命名为齐娜,直到2005年7月29日才向外界公布这个发现。据悉,各国天文学家于2006年8月24日的国际天文学联合会大会上否认其为大行星。
据介绍,齐娜的直径约1490英里,较太阳系边缘的矮行星冥王星还要大77英里。而齐娜距离太阳90亿英里,这个距离大约是冥王星和太阳间距离的三倍,也就是大约97.6个天文单位,一个天文单位指的太阳与地球之间的距离。齐娜绕行太阳一周,得花560年。它也是迄今为止我们所知道的太阳系中最远的星体,是“库伊伯尔星带”里亮度占第三位的星体。它比冥王星表面的温度低,约零下214℃,是一个非常不适合居住的地方。
这个星体呈圆形,最大可能是冥王星的两倍。他估计新发现的这颗星星的直径估计有2100英里,是冥王星的1.5倍。
这个星体与太阳系统的主平面保持着45度的夹角,大部分其它行星的轨道都在这个主平面里。布朗说,这就是它一直没有被发现的原因。
8、最远的区域
太阳系于何处结束,以及星际介质开始的位置没有明确定义的界线,因为这需要由太阳风和太阳引力两者来决定。太阳风能影响到星际介质的距离大约是冥王星距离的四倍,但是太阳的洛希球,也就是太阳引力所能及的范围,应该是这个距离的千倍以上。
太阳圈可以分为两个区域,太阳风传递的最大距离大约在95 天文单位,也就是冥王星轨道的三倍之处。此处是终端震波的边缘,也就是太阳风和星际介质相互碰撞与冲激之处。太阳风在此处减速、凝聚并且变得更加纷乱,形成一个巨大的卵形结构,也就是所谓的日鞘,外观和表现得像是彗尾,在朝向恒星风的方向向外继续延伸约40 天文单位,但是反方向的尾端则延伸数倍于此距离。太阳圈的外缘是日球层顶,此处是太阳风最后的终止之处,外面即是恒星际空间。
太阳圈外缘的形状和形式很可能受到与星际物质相互作用的流体动力学的影响,同时也受到在南端占优势的太阳磁场的影响;例如,它形状在北半球比南半球多扩展了9个天文单位(大约15亿公里)。在日球层顶之外,在大约230天文单位处,存在着弓激波,它是当太阳在银河系中穿行时产生的。
还没有太空船飞越到日球层顶之外,所以还不能确知星际空间的环境条件。而太阳圈如何保护在宇宙射线下的太阳系,目前所知甚少。为此,人们已经开始提出能够飞越太阳圈的任务。
9、奥尔特云(Oort Cloud)
是一个假设包围着太阳系的球体云团,布满着不少不活跃的彗星,距离太阳约50,000至100,000个天文单位,差不多等于一光年,即太阳与比邻星(Proxima)距离的四分一。
理论上的奥尔特云有数以兆计的冰冷天体和巨大的质量,在大约5,000 天文单位,最远可达10,000天文单位的距离上包围着太阳系,被认为是长周期彗星的来源。它们被认为是经由外行星的引力作用从内太阳系被抛至该处的彗星。奥尔特云的物体运动得非常缓慢,并且可以受到一些不常见的情况的影响,像是碰撞、或是经过天体的引力作用、或是星系潮汐。
10、塞德娜和内奥尔特云
塞德娜(Sedna)是颗巨大、红化的类冥天体,近日点在76 天文单位,远日点在928 天文单位,12,050年才能完成一周的巨大、高椭率的轨道。米高·布朗在2003年发现这个天体,因为它的近日点太遥远,以致不可能受到海王星迁徙的影响,所以认为它不是离散盘或柯伊伯带的成员。他和其他的天文学家认为它属于一个新的分类,同属于这新族群的还有近日点在45 天文单位,远日点在415 天文单位,轨道周期3,420年的2000 CR105,和近日点在21 天文单位,远日点在1,000 天文单位,轨道周期12,705年的(87269) 2000 OO67。布朗命名这个族群为"内奥尔特云",虽然它远离太阳但仍较近,可能是经由相似的过程形成的。塞德娜的形状已经被确认,非常像一颗矮行星。 疆界我们的太阳系仍然有许多未知数。考量邻近的恒星,估计太阳的引力可以控制2光年(125,000天文单位)的范围。奥尔特云向外延伸的程度,大概不会超过50,000天文单位。尽管发现的塞德娜,范围在柯伊伯带和奥尔特云之间,仍然有数万天文单位半径的区域是未曾被探测的。水星和太阳之间的区域也仍在持续的研究中。在太阳系的未知地区仍可能有所发现。
11、矮行星
目前被确认的矮行星有五个:谷神星(Ceres)、冥王星(Pluto)、阋神星(Eris)、鸟神星(Makemake)、妊神星(Haumea)。
六、星系的关联
1、太阳系在银河系中的位置
太阳系位于一个被称为银河系(直径100,000光年,拥有约二千亿颗恒星的棒旋星系)的星系内。我们的太阳位居银河外围的一条旋涡臂上,称为猎户臂或本地臂。太阳距离银心25,000至28,000光年,在银河系内的速度大约是220公里/秒,因此环绕银河公转一圈需要2亿2千5百万至2亿5千万年,这个公转周期称为银河年。
太阳系在银河中的位置是地球上能发展出生命的一个很重要的因素,它的轨道非常接近圆形,并且和旋臂保持大致相同的速度,这意味着它相对旋臂是几乎不动的。因为旋臂远离了有潜在危险的超新星密集区域,使得地球长期处在稳定的环境之中得以发展出生命。太阳系也远离了银河系恒星拥挤群聚的中心,接近中心之处,邻近恒星强大的引力对奥尔特云产生的扰动会将大量的彗星送入内太阳系,导致与地球的碰撞而危害到在发展中的生命。银河中心强烈的辐射线也会干扰到复杂的生命发展。即使在太阳系目前所在的位置,有些科学家也认为在35,000年前曾经穿越过超新星爆炸所抛射出来的碎屑,朝向太阳而来的有强烈的辐射线,以及小如尘埃大至类似彗星的各种天体,曾经危及到地球上的生命。
2、太阳向点(apex)
是太阳在星际空间中运动所对着的方向,靠近武仙座接近明亮的织女星的方向上。
3、邻近的区域
太阳系所在的位置是银河系中恒星疏疏落落,被称为本星际云的区域。这是一个形状像沙漏,气体密集而恒星稀少,直径大约300光年的星际介质,称为本星系泡的区域。这个气泡充满的高温等离子,被认为是由最近的一些超新星爆炸产生的。 在距离太阳10光年(94.6万亿公里)内只有少数几颗的恒星,最靠近的是距离4.3光年的三合星,半人马座α。半人马座α的A与B是靠得很近且与太阳相似的恒星,而C(也称为半人马座比邻星)是一颗小的红矮星,以0.2光年的距离环绕着这一对双星。接下来是距离6光年远的巴纳德星、7.8光年的沃夫359、8.3光年的拉兰德21185。在10光年的距离内最大的恒星是距离8.6光年的一颗蓝巨星——天狼星,它质量约为太阳2倍,有一颗白矮星(天狼B星)绕着其公转。在10光年范围内,还有距离8.7光年,由两颗红矮星组成的鲸鱼座UV;和距离9.7光年,孤零零的红矮星罗斯154。与太阳相似且最接近我们的单独恒星是距离11.9光年的鲸鱼座τ,质量约为太阳的80%,但光度只有60%。
七、发现和探测
数千年以来直到17世纪的人类,除了少数几个例外,都不相信太阳系的存在。地球不仅被认为是固定在宇宙的中心不动的,并且绝对与在虚无飘渺的天空中穿越的对象或神祇是完全不同的。当哥白尼与前辈们,像是印度的数学与天文学家Aryabhata和希腊哲学家亚里斯塔克斯(Aristarchus),以太阳为中心重新安排宇宙的结构时,仍是在17世纪最前瞻性的概念,经由伽利略、开普勒和牛顿等的带领下,才逐渐接受地球不仅会移动,还绕着太阳公转的事实;行星由和支配地球一样的物理定律支配着,有着和地球一样的物质与世俗现象:火山口、天气、地质、季节和极冠。
最靠近地球的五颗行星,水星、金星、火星、木星和土星,是天空中最明亮的五颗天体,在古希腊被称为行星,意思是漫游者,已经被知道会在以恒星为背景的天球上移动,这就是这个名词的由来。
1、望远镜的观测
太阳系的第一次探测是由望远镜开启的,始于天文学家首度开始绘制这些因光度暗淡而肉眼看不见的天体之际。
伽利略是第一位发现太阳系天体细节的天文学家。他发现月球的火山口,太阳的表面有黑子,木星有4颗卫星环绕着。惠更斯追随着伽利略的发现,发现土星的卫星泰坦和土星环的形状。后继的卡西尼发现了4颗土星的卫星,还有土星环的卡西尼缝、木星的大红斑。
1705年,爱德蒙·哈雷认识到在1682年出现的彗星,实际上是每隔75-76年就会重复出现的一颗彗星,现在称为哈雷彗星。这是除了行星之外的天体会围绕太阳公转的第一个证据。
1781年,威廉·赫歇尔在观察一颗它认为的新彗星时,在金牛座发现了联星。事实上,它的轨道显示是一颗行星,天王星,这是第一颗被发现的行星。
1801年,朱塞普·皮亚齐发现谷神星,这是位于火星和木星轨道之间的一个小世界,而一开始他被当成一颗行星。然而,接踵而来的发现使在这个区域内的小天体多达数以万计,导致他们被重新归类为小行星。
到了1846年,天王星轨道的误差导致许多人怀疑是不是有另一颗大行星在远处对他施力。埃班·勒维耶的计算最终导致了海王星的发现。在1859年,因为水星轨道近日点有一些牛顿力学无法解释的微小运动(“水星近日点进动”),因而有人假设有一颗水内行星祝融星(中文常译为“火神星”)存在;但这一运动最终被证明可以用广义相对论来解释,但某些天文学家仍未放弃对“水内行星”的探寻。
为解释外行星轨道明显的偏差,帕西瓦尔·罗威尔认为在其外必然还有一颗行星存在,并称之为X行星。在他过世后,它的罗威尔天文台继续搜寻的工作,终于在1930年由汤博发现了冥王星。但是,冥王星是如此的小,实在不足以影响行星的轨道,因此它的发现纯属巧合。就像谷神星,他最初也被当作行星,但是在邻近的区域内发现了许多大小相近的天体,因此在2006年冥王星被国际天文学联会重新分类为矮行星。 在1992年,夏威夷大学的天文学家大卫·朱维特和麻省理工学院的珍妮·卢发现1992 QB1,被证明是一个冰冷的、类似小行星带的新族群,也就是现在所知的柯伊伯带,冥王星和卡戎都被是其中的成员。
米高·布朗、乍德·特鲁希略和大卫·拉比诺维茨在2005年宣布发现的阋神星是比冥王星大的离散盘上天体,是在海王星之后绕行太阳的最大天体。
2、太空船的观测
自从进入太空时代,许多的探测都是各国的太空机构所组织和执行的无人太空船探测任务。
太阳系内所有的行星都已经被由地球发射的太空船探访,进行了不同程度的各种研究。虽然都是无人的任务,人类还是能观看到所有行星表面近距离的照片,在有登陆艇的情况下,还进行了对土壤和大气的一些实验。
第一个进入太空的人造天体是前苏联在1957年发射的史泼尼克一号,成功的环绕地球一年之久。美国在1959年发射的先驱者6号,是第一个从太空中送回影像的人造卫星。
第一个成功的飞越过太阳系内其他天体的是月球1号,在1959年飞越了月球。最初是打算撞击月球的,但却错过了目标成为第一个环绕太阳的人造物体。水手2号是第一个环绕其他行星的人造物体,在1962年绕行金星。第一颗成功环绕火星的是1964年的水手4号。直到1974年才有3、水手10号前往水星。
探测外行星的第一艘太空船是先驱者10号,在1973年飞越木星。在1979年,先驱者11号成为第一艘拜访土星的太空船。旅行者计划在1977年先后发射了两艘太空船进行外行星的大巡航,在1979年探访了木星,1980和1981年先后访视了土星。旅行者2号继续在1986年接近天王星和在1989年接近海王星。 旅行者太空船已经远离海王星轨道外,在发现和研究终端震波、日鞘和日球层顶的路径上继续前进。依据NASA的资料,两艘旅行者太空船已经在距离太阳大约93天文单位处接触到终端震波。
还没有太空船曾经造访过柯伊伯带天体。而在2006年1月19日发射的新视野号将成为第一艘探测这个区域的人造太空船。这艘无人太空船预计在2015年飞越冥王星。如果这被证明是可行的,任务将会扩大以继续观察一些柯伊伯带的其他天体。
在1966年,月球成为除了地球之外第一个有人造卫星绕行的太阳系天体(月球10号),然后是火星在1971年(水手9号),金星在1975年(金星9号),木星在1995年(伽利略号,也在1991年首先飞掠过小Gaspra),爱神星在2000年(会合-舒梅克号),和土星在2004年(卡西尼号-惠更斯号)。信使号太空船正在前往水星的途中,预计在2011年开始第一次绕行水星的轨道;同一时间,黎明号太空船将设定轨道在2011年环绕灶神星,并在2015年探索谷神星。
第一个在太阳系其它天体登陆的计划是前苏联在1959年都登陆月球的月球2号。从此以后,抵达越来越遥远的行星,在1966年计划登陆或撞击金星(金星3号),1971年到火星(火星3号),但直到1976年才有维京1号成功登陆火星,2001年登陆爱神星(会合-舒梅克号),和2005年登陆土星的卫星泰坦(惠更斯号)。伽利略太空船也在1995年抛下一个探测器进入木星的大气层;由于木星没有固体的表面,这个探测器在下降的过程中被逐渐增高的温度和压力摧毁掉。
4、载人探测
载人的探测目前仍被限制在邻近地球的环境内。第一个进入太空(以超过100公里的高度来定义)的人是前苏联的太空人尤里·加加林,于1961年4月12日搭乘东方一号升空。第一个在地球之外的天体上漫步的是尼尔·阿姆斯特朗,它是在1969年的太阳神11号任务中,于7月21日在月球上完成的。美国的航天飞机是唯一能够重覆使用的太空船,并已完成许多次的任务。在轨道上的第一个太空站是NASA的太空实验室,可以有多位乘员,在1973年至1974年间成功的同时乘载着三位太空人。第一个真正能让人类在太空中生活的是前苏联的和平号空间站,从1989年至1999年在轨道上持续运作了将近十年。它在2001年退役,后继的国际空间站也从那时继续维系人类在太空中的生活。在2004年,太空船1号成为在私人的基金资助下第一个进入次轨道的太空船。同年,美国前总统乔治·布什宣布太空探测的远景规划:替换老旧的航天飞机、重返月球、甚至载人前往火星。
八、研究和其他
1、研究太阳系对太阳系的长期研究,分化出了这样几门学科:
1、太阳系化学:
空间化学的一个重要分科,研究太阳系诸天体的化学组成(包括物质来源、元素与同位素丰度)和物理-化学性质以及年代学和化学演化问题。太阳系化学与太阳系起源有密切关系。
2、太阳系物理学:研究太阳系的行星、卫星、小行星、彗星、流星以及行星际物质的物理特性、化学组成和宇宙环境的学科。
3、太阳系内的引力定律:太阳系内各天体之间引力相互作用所遵循的规律。
4、太阳系稳定性问题:天体演化学和天体力学的基本问题之一。
虽然学者同意另外还有其他和太阳系相似的天体系统,但直到1992年才发现别的行星系。至今已发现几百个行星系,但是详细材料还是很少。这些行星系的发现是依靠多普勒效应,通过观测恒星光谱的周期性变化,分析恒星运动速度的变化情况,并据此推断是否有行星存在,并且可以计算行星的质量和轨道。应用这项技术只能发现木星级的大行星,像地球大小的行星就找不到了。
此外,关于类似太阳系的天体系统的研究的另一个目的是探索其他星球上是否也存在着生命。
九、运动
太阳系是银河系的一部分。银河系是一个螺旋形星系,直径十万光年,包括两千多亿颗星。太阳是银河系较典型的恒星,离星系中心大约两万五千到两万八千光年。太阳系移动速度约每秒220公里,两亿两千六百万年转一圈。
太阳系中的八大行星都位于差不多同一平面的近圆轨道上运行,朝同一方向绕太阳公转。 Except for Venus, the rotation and revolution directions of other planets are the same.
彗星的绕日公转方向大都相同,多数为椭圆形轨道,一般公转周期比较长。
十、提丢斯数列
提丢斯—波得定则(Titius—Bode law),简称“波得定律”,是关于太阳系中行星轨道的一个简单的几何学规则。 它是在1766年德国的一位中学教师戴维·提丢斯(Johann Daniel Titius,1729~1796)发现的。后来被柏林天文台的台长波得(Johann Elert Bode)归纳成了一个经验公式来表示。
行星同太阳平均距离的经验定律。1766年﹐德国人提丢斯提出﹐取一数列0﹐3﹐6 ﹐12﹐24﹐48﹐96﹐192……﹐然后将每个数加上4﹐再除以10﹐就可以近似地得到以天文单位表示的各个行星同太阳的平均距离。1772年﹐德国天文学家波得进一步研究了这个问题﹐发表了这个定则﹐因而得名为提丢斯—波得定则﹐有时简称提丢斯定则或波得定则。这个定则可以表述为﹕从离太阳由近到远计算﹐对应于第n个行星(对水星而言﹐n不是取为1﹐而是-∞)﹐其同太阳的距离a=0.4+0.3×2^(n-2)(天文单位)
天体 公式推得值(天文单位) 实测值(天文单位) 差距(天文单位)
水星 0.4 0.39 0.01
金星 0.7 0.72 0.02
地球 1 1 0
火星 1.6 1.52 0.08
小行星带 2.8 2.9 0.1
木星 5.2 5.203 0.003
土星 10 9.54 0.46
天王星 19.6 19.18 0.42
海王星 38.8 30.06 8.74
冥王星 77.2 39.44 37.76
注:冥王星于2006年被降级为矮行星,九大行星修订为八大行星,冥王星仍属太阳系。
十一、太阳系八大行星
1、水星
平均日距:57,910,000 km(0.38AU);直径:4,878km;质量:3.30e23kg;密度:5.43 gm/cm;重力:0.376G;公转:87.97地球日;自转:58.65地球日;
水星时间换算:水星一全天有4224个小时,近6个月;水星一全年有88天,近3个月;水星自转一周有1416个小时,近2个月
水星是最靠近太阳的行星,由于水星距离太阳实在太近了,表面温度很高,太空船不易接近,在地球上也不容易观测,因为可观测的时间都集中在清晨太阳出来的前几分钟,和夕阳落下后的几分钟,时间不容易掌握,而且,在背景亮度尚高的情况下,要去找一颗比月亮大不了多少的水星,实在不是件轻松的事。水星是最靠近太阳的行星,所以它运行的速度比其他行星都快,每秒的速度接近48公里,并且不到88天就公转太阳一周。水星非常小,是由岩石构成的,表面布满被流星撞击而形成的环形山和坑洞,另外有平滑,稀疏的坑洞平原。水星表面另外还有山脊,这是行星在40亿年前核心逐渐冷却与收缩所形成的,因此表面起伏不平。水星自转的速度非常缓慢,自转一周将近59个地球日,所以水星的一个太阳日(从日出到另一个日出)差不多要176个地球日—相当于水星一年88日的两倍长。水星的表面温度很悬殊,向阳面高达摄氏430度,阴暗面则在摄氏零下170 度。当黑夜降临时,由于水星几乎没有大气层,温度下降很快。大气成分包括由太阳风所捕捉到的微量氦和氢,或许还有一点其他的气体。
2、金星
平均日距:108,200,000 km(0.72AU);直径:12,103.6km;质量:4.869e24kg;密度:5.24gm/cm;重力:0.903G;公转224.7地球日;自转:243地球日
金星是太阳系第二颗行星,全天最亮的行星就是金星,通常是在清晨或傍晚才看得到,最亮时的亮度可超过-4,有如一盏挂在山边的路灯,一般的望远镜即可观测,常可看到如月球的盈亏现象。在古代的西方世界,金星代表著美丽的女神金星是一颗岩石构成的行星,也是距离太阳第二远的行星。金星在绕太阳公转的同时也缓慢的反方向自转,因此使它成为太阳系中自转周期最长的行星,大约需243个地球日。
金星比地球稍微小一点,内部构造或许也类似。金星是除了太阳与月球外,天空中最亮的天体,这是因为它的大气层能强烈的反射阳光。大气层的主要成分是二氧化碳,它能在温室效应下吸收更多的热,因此,金星成了最热的行星,表面高温度可达摄氏480度。厚的云层内含有硫酸的小滴,并由风以每小时接近360公里的速度吹向行星各处。虽然金星需要243个地球日才能自转一周,但高速的风只需4个地球日就把云吹得环绕行星一圈。高温、酸云和极高的大气压力,(大约是地球表面的90倍),显示金星的环境恶劣。
3、地球
平均日距:149,600,000km(1AU);直径:12,756.3km;质量:5.976e24kg;密度:5.52gm/cm;重力:1G(9.8 m/s2);公转:365.2422地球日;自转:0.9973地球日
美丽的地球,生命的奇迹,是宇宙的巧合或是上帝的杰作?地球是太阳系第三颗行星,有一卫星称为月亮,地球大气层的保护及距离太阳位置的适当,是生命起源的重要条件。
地球是距离太阳第三远的行星,也是直径最大和比重最大的岩石行星,同时也是唯一己知有生命存在的行星。地球内部的岩石和金属显示它是一颗典型的板块组成,由于板块推挤,因此交界处会发生地震和火山等活动。地球的大气层和同一张保护层,它能阻挡来自太阳有害人体的辐射,并防止流星撞击行星表面,除此之外,还能积存足够的热,防止气温急遽下降。地球表面有百分之七十为水所包围,其他行星的表面都未发现这类液态形式的水。地球有一个天然卫星——月球,它的表面布满了大大小小的环形山,月球大得足以把这两个天体视为一个双行星系统。
4、火星
平均日距:227,940,000km(1.52 AU);直径:6,794 km;质量:6.4219e23kg;密度:3.94gm/cm;重力:0.38G;公转:686.98地球日;自转:1.026 地球日。火星上最大的火山--奥林柏斯山,高出地面24公里,几乎是地球上最高山(珠穆朗玛峰)3倍,同时也是太阳系最高的山。
火星是太阳系第四个行星,在晴朗的夜空里,代表战神的火星闪著火色的光芒,吸引著古今千万人的视线。十万年前有一颗来自火星的岩石坠落于地球的南极区,冰封。人们在此陨石里发现了,可能是生命所留下的痕迹化石,这化石是三十亿年前在火星上形成的,科学家正积极的研究,并探测这颗表面充满神秘河道及火山的星球,火星上曾经有生命吗?
火星即常所说的红色行星,火星是太阳系中第三小的行星直径约为地求的二分之一,体积约为地球的十分之一,表面的重力约地球的三分之一强。火星的大气层比地球稀薄,只有地球大气层的百分之一,主要成分是二氧化碳。同时还有少量的云层和晨雾。因为大气层很薄,在火星上没有温室效应。火星赤道附近温度白天可达到27C,在夜晚可降至零下111C。
火星的北半球有许多由凝固的火山熔岩所形成的大平原,南半球有许多环形山与大的撞击盆地,另外还有几个大的、己熄灭的火山,例如奥林帕斯山,宽600公里,还有许多峡谷和分岔的河床。峡谷是地壳移动所造成的而河床一般认为是己乾涸的河流形成的。在火星上高纬度的地方,冬天时由于温度太低,大气中的二氧化碳会冻结,而在五十公里高的地方形成云,到了春天便消失。夏天时由于日照强烈,地面温度很高,地面附近的大气因受热而产生强劲的上什气流。这个股气流会将地面的灰尘往上卷,在空中吸收阳光的热而进一步提高大气的温度,使上升的速度增快,因此火星上常可看到大规模的暴石砂。
5、木星
平均日距:778,330,000km(5.20 AU);直径:142,984km;质量:1.900e27kg;密度:1.31gm/cm;重力:2.34G;公转11.86地球年;自转0.414地球日
木星是太阳系第五颗行星,也是整个太阳系最大的行星,位于火星与土星之间,用一般的天文望远镜(60mm 72倍)即可看到它表面的条纹及四颗明亮的卫星,是全天第二亮的行星仅次于金星,木星的亮度最高可超过-2。木星是距离太阳第五远的行星,也是四大气体行星中的第一个。它是最大且重的行星,直径有地球的11倍,质量是其他八个行星总和的2.5倍。木星可能有个小的石质核心,四周是由金属氢(液态氢,性质如同金属)所构成的内地函。内土诡函的外面是由液愈氢和氦所构成的外地函,它们融合成气态的大气层。木星的快速自转使大气层中的云形成带状与区层稳定的乱流形成白与红斑等特别的云,这两种都是巨大的风暴。最有名的云是一个称为大红斑的风暴,它由一个比地球宽三倍, 升起于高云之上约七公里的旋涡圆柱状云所构成。
木星有一个薄、暗的主环,里面有个由朝向行星延伸的微粒所形成稀薄光环。目前己知有16个卫星。四个最大的卫星(称为伽利略木卫)是甘尼八德、卡利斯、埃欧和欧罗巴。甘尼八德与卡利斯多表面有许多坑洞,或许还有冰。欧罗巴表面表滑, 并覆著冰,或许还有水。埃欧表面有许多发亮的红色、橘色和黄色的斑点。这些颜色来自于活火山的硫磺物质,由喷出表面高达数百公里的绒毛状熔岩所造成的。
6、土星
平均日距:1,429,400,000 km(9.54AU);直径:120,536 km(equatorial);质量:5.688e26 kg;密度:0.69gm/cm 重力1.16G 公转29.46 地球年自转0.436 地球日土星是太阳系第六颗行星,也是体积第二大的行星,有着美丽的环,在地球上以一般的望远镜即可看见,土星、木星、天王星和海王星表面都是气体,故自转都相当快。土星的环主要是由冰及尘粒构成,据科学家推测,可能是因某卫星受不了土星强大的引力而解体成碎片。 土星的环平面与土星公转面不在同一个平面上,故当土星公转至某一位置时,土星的环平面刚好与我们的视线平行,我们在地球上便无法看到此一土星环,因为土星环实在太薄了,我们无法从侧面看到,另外,当土星环与阳光平行时,因环平面没有受光,故我们也无法看到。 土星是从太阳算起的第六颗行星,也是一个几乎和木星一样大的气体巨星,赤道直径约120500公里。土星可能有一个岩石与冰构成的小核心,周围是金属氢(液态氢,性质如同金属)构成的内地函。在内地函的外面是是由液态氢构成的外地函、融合成为气态的大气层。
土星的云层形成带状与区层,颇似木星,但由于外层的云薄而显得较模糊。风暴和漩涡发生在云中,看起来为呈红或白色椭圆。
土星有一个极薄但却很宽的环状系统,虽然厚不到一公里,却从行星表面朝外延伸约420000公里。主环包括数千条狭窄的细环, 由小微粒和大到数公尺宽的冰块所构成。土星己有18颗卫星,其中有些在光环内运行, 这会施加重力,影响到环的形状。有趣的是,卫星中的7颗为共内轨道,与别的卫星分享同一个轨道。天文学家相信这些共用轨道的卫星为来自同一,但后来碎裂的卫星。
7、天王星
平均日距:2,870,990,000km(19.218AU);直径:51120 km(equatorial);质量8.686e25kg;密度:1.28 gm/cm;重力:1.15G;公转:84.81地球年;自转0.72地球日
天王星是太阳系第七颗行星,在太空船未到达以前,人类并不知道它也有如土星一样美丽的环,天王星是人类用肉眼所能看到的最远的一颗行星,但是,如果你没有受过专业的训练的话,是很难在众星里寻到的。天王星(Uranus)的最大特徵是自转的倾斜度很大。一般行星的自转轴与其公转面都很接近垂共直,唯独天王星的自转轴成九十八度的倾斜,几乎是横躺着运行。因此, 太阳有时整天都照在北极上,而这时的南半球就全天黑暗。天王星表面发出带有白色的蓝绿光彩,因此推测它的大气可能含有很多甲烷。而天王星的直径约为地球的四倍,质量约十四倍,但密度却不及地球的四分之一,这是因为天王星与其他木星型行一样,它们都是以氢、氦等气体为主要成分形成的。
九条细环天王星的赤道上空也有九条环,这九条环合起来的宽度约十万公里,大约为土星环三分之一宽。天王星的环之构造及成分与土星及木星的环大不相同,土星环是由几千条环夹著很狭窄的空隙形成的,而天王星的九条环却彼此都隔得很远。九条环中内侧的八条宽约十几公里,最外侧的一条则宽达一百公里以上。
8、海王星
平均日距:4,504,000,000km(30.06AU);直径:49,528 km(equatorial);质量:1.0247e26 kg;
海王星是太阳系第八颗行星,有八颗卫星,海王星表面主要也是气体组成,也有类似木星表面的大红斑风暴云,我们称之为大黑斑,这个大风暴约是木星大红斑的一半,但也容得下整个地球。海王星亦有如土星的环,只是此环比天王星更细小。
由冰粒形成的木星环及土星环看起来非常明亮,但天王星竹环是由碳粒石或岩石粒形成的,所以非常暗淡,海王星是离太阳最远的行星,平均距离分别为45亿公里。海王星是一个巨大的气体行星,有小的石质核心,周围由液态与气态的混合体所组成。大气层内的云有显著的特微,其中最明显的是大黑斑,如地球般宽,还有小黑斑与速克达。大、小黑斑都是巨大的风暴,以每小时2000公里的速度吹遍整个行星。速克达是范围很广的卷云。海王星有四个稀薄的环和8颗卫星。崔顿是海王星最大的卫星,也是太阳系中,最冷的星体,温度在摄氏零下235度。有别于太阳系中大部分的卫星,崔顿是以海王星自转的反方向来绕其母行星运行。
海王星的四个又窄且暗细环,这环被造成原因是由微小的陨石猛烈的撞击海王星的卫星所造成灰尘微粒而形成。
编辑本段太阳与八大行星数据表
太阳与八大行星数据表(顺序以距离太阳由近而远排列)
卫星数截至2006年5月,距离与轨道半径以1天文单位(AU)为单位。
(1)天体(2)赤道半径(km)(3)偏率(4)赤道重力(地球=1)(5)体积(地球=1)(6)质量(地球=1)(7)比重(8)轨道半径(AU)(9)轨道倾角(度)(10)赤道倾角(度)(11)公转周期(地球年)(12)自转周期(地球日)(13)已发现卫星数
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
太阳696000;0;28.01;1304000;333400;1.44;--;--;7.25;约两亿两千六百万(绕银河系);25.38天(赤道)/37.01天(南北两极);--
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
水星 2440; 0; 0.38; 0.056; 0.055; 5.43; 0.3871; 7.005; ~0; 88天; 59天; 0
金星 6052; 0; 0.91; 0.857; 0.815; 5.24; 0.7233; 3.395; 177.4; 225天; 243天; 0
地球 6378; 0.0034; 1.00; 1.00; 1.000; 5.52; 1.0000; 0.000; 23.44; 365天; 24小时; 1
火星 3397; 0.0052; 0.38; 0.151; 0.107; 3.93; 1.5237; 1.850; 25.19; 687天; 24小时37分钟; 2
木星 71492; 0.0648; 2.48; 1321; 317.832; 1.33; 5.2026; 1.303; 3.08; 11.86年; 9小时50分钟; 63
土星 60268; 0.1076; 0.94; 755; 95.16; 0.69; 9.5549; 2.489; 26.7; 29.46年; 10小时14分钟; 60
天王星25559; 0.023; 0.89; 63; 14.54; 1.27; 19.2184; 0.773; 97.9; 84.01年; 24小时; 23
海王星24764; 0.017; 1.11; 58; 17.15; 1.64; 30.1104; 1.770; 27.8; 164.82年; 16小时06分钟; 13
References
1 太阳系http://www.souezu.cn/Item/50173.aspx
2 太阳系边缘或发现最大行星
http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2011/2/243860.shtm
Further reading:
1 《中国大百科全书·天文卷》
2 欧阳自远,天体化学,地球科学进展,1994,9(2),70-74
3 吴光节,陈道汉,地外生命搜索和太阳系外的行星的发现,天文学报,2001,42(3),225-238
4 陈道汉,太阳系空间探测,天文学进展,1999,17(2)178-184
5 http://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%A1%8C%E6%98%9F%E5%AE%9A%E7%BE%A9
6 http://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%A4%AA%E9%98%B3%E7%B3%BB%E7%9A%84%E5%BD%A2%E6%88%90%E4%B8%8E%E6%BC%94%E5%8C%96
7 http://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%A1%8C%E6%98%9F%E9%9A%9B%E7%89%A9%E8%B3%AA
8 http://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%9F%AF%E4%BC%8A%E4%BC%AF%E5%B8%A6
9 http://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%BB%83%E9%81%93%E9%9B%A2%E6%95%A3%E5%A4%A9%E9%AB%94
10 http://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%A4%AA%E9%99%BD%E7%B3%BB%E5%B9%B4%E8%A1%A8
百度百科http://baike.baidu.com/view/5290.htm
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主序星
以实际亮度(或绝对星等) 相对于色指数(表示为BV) 绘制的赫罗图,可以看见主序带是从左上到右下显著的斜带。这张图示由依巴谷星表的22,000颗恒星加上1,000颗格利泽近星星表中的低亮度恒星(红色和白色的点)组成。主序星在可显示恒星演化过程的赫罗图上,是分布在由左上角至右下角,被称为主序带上的恒星。
主序带是以颜色相对于光度绘图成线的一条连续和独特的恒星带。这个色-光图就是后来埃希纳·赫茨普龙和亨利·诺利斯·罗素合作发展出来,著名的赫罗图。在这条带子上的恒星就是所谓的主序星或"矮星"[1][2]。
恒星形成之后,它在高热、高密度的核心进行核融合反应,将氢原子转变成氦,并且创造出能量。在这个生命期阶段的恒星,座落在在主序带上的位置主要是依据它的质量,但化学成分和其它的因素也有一些关系。所有的主序星都处于流体静力平衡状态,它来自炙热核心向外膨胀的热压力与来自外围包层向内挤压的重力压维持着平衡。在核心温度和压力与能量孳生率有着强烈的相关性,并有助于维持平衡。在核心孳生的能量传递到表面经由光球辐射出去。能量经由辐射或对流传递,而后著在其区域内会产生阶梯状的温度梯度,更高的透明度,或两者均有。
基于恒星产生能量的主要过程,主序带有时会被分成上段和下段。质量大约在1.5太阳质量以内的恒星,将氢聚集融合成氦的一系列主要程序称为质子-质子链反应。超过这个质量在主序带的上段,核融合主要是使用碳、氮、和氧原子,经由碳氮氧循环的程序,将氢原子转变成氦。质量超过太阳10倍的主序星在核心区域会产生对流,这样的活动绘激发新创建的氦外移,并维持发生核融合所需要的燃料比例。当核心的对流不再发生时,发展出的富氦核心的外围会被氢包围着。质量较低的恒星,核心的对流区会逐步的缩小,大约在2太阳质量附近,核心的对流区就会消失。在这个质量以下,恒星的核心只有辐射,但是在接近表面会有对流。随着恒星质量的减少,对流的包层会增加,质量低于0.4太阳质量的主序星,全部的质量都在对流。
通常,质量越大的恒星在主序带上的生命期越短。当在核心的核燃料已被耗尽之后,恒星的发展会离开赫罗图上的主序带。这时恒星的发展取决于它的质量,质量低于0.23太阳质量的恒星直接成为白矮星,而质量未超过10太阳质量的恒星将经历红巨星的阶段[3];质量更大的恒星可以保炸成为超新星[4],或直接塌缩成为黑洞。
历史在20世纪的初期,有关恒星类型和距离的资料变得更容易获得。恒星的光谱被证明有特殊的功能,可以用来进行分类。哈佛大学的安妮·坎农和爱德华·查尔斯·皮克林发展出的分类法成为日后众所周知的哈佛分类系统,发表在1901年的哈佛年报(Harvard Annals)[5]。
1906年在波茨坦,丹麦的天文学家埃希纳·赫茨普龙注意到最红的那些恒星-在哈佛系统的分类是K和M-可以分为两个不同的群体。这些恒星不是比太阳亮,就是比太阳暗淡许多。为了区分这两个群,他分别称它们是"巨星"和"矮星"。第二年他开始研究星团;大量在大约相同距离的恒星都属于同一个恒星集团。他发表了第一张这些恒星的颜色相对于亮度的图,这张图表显示出突显和连续的系列恒星,他称之为主序带[6]。
在普林斯顿大学,亨利·诺利斯·罗素也做了如下的类似研究。他研究恒星的光谱分类和它们修正过距离的真实亮度-它们的绝对星等。为了这个目的,他使用一系列在哈佛分类系统中有确实视差的恒星。当它绘制这些恒星的光谱对应于绝对星等的图时,他发现这些矮星遵循明确的关系,这使得他可以真正合理且准确的预测矮星的亮度[7]。
赫茨普龙观察的红色恒星,矮星也遵循着罗素发现的光谱-光度关系。然而,巨星仍然比矮星亮了许多,并未遵循着相同的关系。罗素认为"巨星必须有低密度或是大表面的亮度,与矮星的事实恰好相反"。相同的曲线也显示有极少数白色的暗星[7]。
在1933年,本特·斯特龙根介绍赫罗图来显示亮度-光谱分类的关系图[8]。这个名称反映出这种技术是赫茨普龙和罗素在20世纪早期平行发展出来的[6]。
如同在20世纪30年代发展出的恒星演化模型,它显示出恒星有着一致的化学成分,恒星的质量和半径之间有着关联性。也就是说,对于给定的恒星质量和成分,有一个唯一的恒星半径和光度解。这被称为罗素-沃克定理,是以亨利·诺利斯·罗素和海涅·沃克的名字命名的。经由这个定理,一旦知道一颗恒星的化学成分,和它在主序带上的位置,则这颗恒星的质量和半径已就确定了(不过,后来发现这个定理不适用于那些成分不一致的恒星)。
WW 摩根和PC 肯南在1943年发表了改进的恒星分类[10]。摩根-肯南分类(MK系统) 选定每颗恒星的光谱-以哈佛分类系统为基础-和光度分类。哈佛分类系统是在知道光谱和温度之间的关系之前,以每颗恒星光谱的氢线强度给与不同的字母标示。在依照温度排序和筛除重复的分类之后,恒星的光谱类型遵循温度由高至低和温度由蓝至红的顺序排列,序列成为O、B、A、F、G、K、和M (通俗的用来记忆这个恒星分类序列的记忆术是Oh Be A Fine Girl/Guy, Kiss Me")。亮度分类是依据亮度的减弱从Ⅰ到Ⅴ,主序带的恒星被归类为Ⅴ[11]。
形成主条目:恒星形成
当一颗原恒星从位于星际介质中的气体和尘埃构成的巨分子云中坍缩形成时,最初的成分是均匀的,质量包含大约70%的氢和28%的氦,还有其它含量可追踪的元素[12]。恒星的初始质量取决于在分子云中所在位置的条件(新形成恒星的质量分布是依据初始质量函数的经验来描述)[13]。当坍缩开始时,这颗前主序星经由重力收缩产生能量。在达到合适的密度,能量开始由核心将氢转变成氦的放热核融合程序来产生[11]。
赫罗图光谱型态棕矮星白矮星红矮星次矮星矮星(主序星)次巨星巨星亮巨星超巨星特超巨星绝对-星等(MV)一旦氢的核融合成为能量产生过程中的主要来源,重力就没有多余的能量使恒星收缩[14],这颗恒星将沿着一条曲线落在赫罗图上所称的标准主序带上,天文学家有时会参考这个阶段称为"零龄主序带",或ZAMS[15]。这条曲线是恒星开始进行核融合的点,可以依据恒星的特性使用电脑模型计算出ZAMS。从这个点,恒星的亮度和表面温度会随着年龄而增加[16]。
直到核心中的氢被大量的消耗掉,恒星依然还在主序带上初始的位置附近,然后就开始变成一颗更明亮的恒星(在赫罗图上,恒星的演化是离开主序带向上和向右移动)。因此主序带是恒星生命中以氢燃烧为主的阶段[11]。
性质:在赫罗图上的恒星绝大多数都位于主序带的曲线上。这条线是很明显的,因为恒星的光谱类型和亮度都仅与恒星的质量相关,至少是零阶近似,只要它的核心是进行着氢融合-而且所有恒星的生命活跃期几乎都耗费在这个阶段[17]。
主序星也称为矮星,但是这个术语有着它的历史,并且有些令人费解。温度较低的恒星,像是红矮星、橙矮星、和黄矮星都是只比相同颜色的恒星更小和更暗淡的恒星。
然而,对更热的蓝色和白色恒星,其大小和亮度与所谓的矮星和同样也在主序带上但被称为巨星的恒星相比并不会显得较小;而最热的恒星并没有被直接的观测过。在这个术语中所说的矮星和巨星参考的是在谱线上的差异,它显示的是这颗恒星在主序带上还是离开了主序带。不过,非常热的主序星,即使它们有着和巨星大约相当的大小和亮度,有时依然会被称为矮星[18]。
共用著矮星这个术语,意味着主序星会造成其它方面的困惑,因为有些矮星不是主序带上的恒星。例如,白矮星就是一种不同种类的恒星,它们远小于主序带上的恒星-大约是和地球相似的尺度,是许多主序星演化的最后阶段[19]。
一颗恒星的温度是经由在它光球内等离子的物理性质,确认它的光谱类型的结果。恒星能量辐射的波函数受到温度和成分这两个因素的影响,这种能量分布的关键的指标是色指数,B ? V,测量的方法是使用滤镜量测蓝色(B)和黄绿色(V)的星等[note 1],这种星等上的差异提供了恒星温度的测量。
参数将恒星当成一个理想的能量辐射体,也就是黑体,则光度L和半径R与有效温度Teff的关系可以用史蒂芬-波兹曼定律来表示:
L=4πσR2Teff4
此处的σ是史蒂芬-波兹曼常数。如果恒星在赫罗图上的位置显示出他近似的亮度,这个关系可以用来估计他的半径[20]。
恒星的质量、半径、和亮度三者有紧密的关联性,以及它们各自的值可以近似的估计三者的值。首先是史蒂芬-波兹曼定律,他叙述了亮度L、半径R和表面的有效温度Teff。其次是质光关系,他叙述了亮度L和质量M。最后,是质量M和半径R之间接近线性的关系。M 相对R增加的因素关系在2.5至3M之间。这种关系大约正比于恒星内部的温度TI,和它极其缓慢的增加反映出能量在核心产生的效率强烈的取决于与温度,而这与质光关系吻合。因此,太高或太低的温度都绘导致恒星不稳定的结果。
一个较好的近似是,每单位质量的能量产生率,如果ε正比于TI15,此处的TI是核心的温度。这至少适用于像太阳这样的恒星,显示出碳氮氧循环的恒星,较适合使用R ∝ M0.78[21]。
样本参数下表是主序带上恒星的典型数值:光度(L),半径(R),和质量(M) 都是相对于以太阳—一颗光谱分类为G2V的矮星-的比较值,正确的数值可以有20-30%的变化量[22]。恒星分类字段的颜色只是近似摄影所得到的颜色。
(注意:以下的数据与外部链接的并不会完全一致,同时单位面积的亮度也没有遵循温度(T4)的比率)
主序星参数表[23]
恒星分类 半径 质量 亮度 温度 举例[24]
R/R☉ M/M☉ L/L☉ K
O0 20 200 10,000,000 60,000 尚未确定
O2Ⅲ 25 130 2,200,000 52,500 HD269810
O2.7Ia 25 127 5,500,000 52,000 HD93129A
O5Ia 19 54 790,000 42,000 弧矢增二十二
B0 7.4 18 20,000 30,000 参宿增十一(猎户座φ)
B5 3.8 6.5 800 15,200 奎宿六(仙女座π)
A0 2.5 3.2 80 9,600 北冕座α
A5 1.7 2.1 20 8,600 绘架座β
F0 1.4 1.7 6.0 7,200 东上相
F5 1.2 1.29 2.5 6,540 娄宿增十二(白羊座η)
G0 1.05 1.10 1.26 6,000 后发座β
G2 1.0 1.0 1.0 5,700 太阳[note 2]
G5 0.93 0.93 0.79 5,600 山案座α
K0 0.85 0.78 0.40 5,150 宗人四(蛇夫座70)
K5 0.74 0.69 0.16 4,450 天津增二十九(天鹅座61)[25]
M0 0.63 0.47 0.063 3,850 格利泽185[26]
M5 0.32 0.21 0.0079 3,200 宝瓶座EZ
M8 0.13 0.10 0.0008 2,500 VB10[27]
M9.5 0.10 0.08 0.0001 1,900
把O0型恒星的估算数据与HD 269810的数据重新列入,只是为了完善资料,HD 269810的质量如此巨大,但光度却只有220万倍,也让人很不解,可能是观测资料尚不完善的缘故吧。
能量孳生参见:恒星核合成
所有的主序星都有进行核融合孳生能量的核心区域。核心的温度和密度都必须要能维持个极能量的生产和支撑这颗恒星的其余部分。产生的能量减少将导致覆盖在外的质量压缩核心,结果会因为更高的温度和压力导致核融合的速率增加。同样的,增加能量的生产将导致恒星的膨胀,降低核心的压力。因此,恒星形成自律的流体静力平衡系统,使其在主序带的生命期间过程是稳定的[28]。
这张图以对数显示出在不同温度下的质子-质子(PP)、CNO、和3氦过程的核融合过程,相对的能量输出。虚线显示在一颗恒星内由PP和CNO过程共同产生能量。在太阳的核心温度,PP过程式比较有效的。主序星菜取两种类型的氢融合过程,并且每个类型产生能量的速率取决于核心区域的温度。天文学家将主序带分成上下两个部分,就是依据两种类型是以何者做为核融合的主导过程。在主序带的下部,能量主要是经由质子-质子链反应孳生,经由一系列的步骤直接将氢融合成氦[29]。在主序带上部的恒星,有足够高的核心温度,可以有效的使用碳氮氧循环。这个过程使用碳、氮、和氧原子做为触媒,在过程中将氢融合成氦。
当温度在1,800万K时,PP过程和CNO循环同样有效,并且各自产生恒星一半的净光度。核心在这种温度的恒星质量大约是1.5太阳质量,主序带上部恒星的值量都超过这个值。因此,粗略的说,光谱类型为F或温度更低的恒星在主序带的下部,A型恒星或更热的恒星在主序带的上部[16]。从主要的能量产生类型从一种过度到另一种的质量范围不到一个太阳质量。在我们的太阳,1太阳质量的恒星,只有1.5%的能量是以CNO循环产生的[30]。与此相反的,1.8太阳质量或更高质量的恒星,几乎所有的能量都是完全经由CNO循环输出[31]。
观测到的主序星上部恒星质量的上限在120至200太阳质量[32]。这种限制在理论上的解释是质量超过的恒星不能快速的辐射出能量以维持稳定,所以任何额外的质量将在一系列的胀缩中被抛射出去,直到这颗恒星大到稳定状态的限制[33]。能持续进行质子-质子链反应的质量下限大约是0.08太阳质量[29],低于这个门槛的次恒星天体不能维持氢融合,像是所知的棕矮星[34]。
结构主条目:恒星结构
这张图显示一颗与太阳相似恒星的剖面,呈现其内部的结构。因为核心的温度和表面,或是光球,不同,能量因此向外输送。能量的输送有辐射和对流两种模式。辐射层的能量靠辐射传送,相对于对流是稳定并且很少会有等离子的混合。比较之下,在对流层能量由大量等离子的移动来传送,热的物质上升而冷的物质下沉。对流比辐射能更有效率的输送能量,但是他要在创建出陡峭的温度梯度下才会发生[28][35]。
在大质量的恒星(大约10太阳质量)[36]产生能量的CNO循环对温度是相当敏感的,所以核融合高度级中在核心进行。因此,在核心区域有大的温度梯度,这使得对流层有更高的能量传输效果[29]。围绕着核心氢燃烧区域的物质混合将氦移除,让更多的氢能在恒星的主序带生命期间内被消耗。大质量恒星的外围区域以辐射来输送能量,只有少许或完全没有对流[28]。
中等质量的恒星,像是天狼星可能主要是由辐射来传输能量,在核心有少量的对流区[37]。中庸的大小,像太阳这种低质量的恒星,核心区域相对于对流是稳定的,而对流层是靠近表面,并与外层混合。这样的结果绘导致含有大量氢的外壳稳定的包围着富含氦的核心。相比之下,低温、非常低质量(低于0.4太阳质量) 的恒星整个都是对流区[13],因此,在核心产生的氦散布在整个恒星内,造成相对均匀的气圈并且相对的在主序带上有着较长的生命期[28]。
[编辑] 光-色变化在主序星核心的氦不能做为核融合的燃料而推积在核心,会造成单位体积内的氢含量减少,会降低核心的氢丰度使核融合的规模降低。为了补偿,核心的温度和压力会缓慢的增加,这会造成整体融合率增加的净效应(支撑恒星内部更大的压力),这使得恒星的亮度和半径随着时间的推移而稳定的增加[16]。因此,例如,太阳早期的光度只是目前值的70%左右[38]。随着恒星年龄和亮度的增加,恒星在赫罗图上的位置也会改变。这种效果产生主序带的变宽,因为被观测到的恒星在其生命期中应该是随机的。也就是说,在赫罗图上的主序带是有宽度的,它不是存的一条窄线[39]。
还有其它因素也会使赫罗图上的主序带变宽,包括恒星距离上的不确定和目前未能解析出的联星,这都可以改变观测到的恒星参数。但是,即使是完美的观测仍然会显示模糊的主序带,因为质量不是决定恒星的颜色和光度的唯一参数。除此之外还有化学组成的变化-初始丰度和和恒星的演化状态两者[40]、密近伴星的交互作用[41]、快速自转[42]、或磁场也都可以稍微改变主序星在赫罗图中的位置,而这只是几个因素的名称。 例如,有些恒星含有原子量比氦重的元素丰度非常低-称为贫金属星-就在主序带的下部,称为次矮星。这些恒星也在核心将氢融合,它们都在主序带较低处的边缘,因为化学成分而造成主序带的模糊[43]。
在赫罗图上接近垂直的区域,称为不稳定带,存在着被称为造父变星的脉动变星。这些恒星以固定的时间间隔改变他们的亮度,使它们的外观产生脉动。这个区域位于主序带的恒星类型为A和F的上方,它们的质量在1至2太阳质量之间。在不稳定带这一部分与主序带上方相交的脉动变星称为盾牌δ型变星。在这个区域的主序星,在经验上只有小幅度的变化,所以很难察觉这种变化[44]。其它类型的不稳定主序星,像是仙王β型变星,与这个不稳定带无关。
生命期
这个图显示零龄主序带质光关系的例子。质量和光度是相对于目前的太阳。恒星可以经由氢核融合产生的总能量受到核心可以消耗的氢燃料数量的限制。在平衡状态的一颗恒星,在核心生成的能量必须至少要等于从表面辐射出去的量。因为光度是每单位时间辐射的能量,整个生命期抛出的量就可以用1阶近似估计,,就如同将产生的总能量除以光度[45]。
对至少是0.5太阳质量的一颗恒星,一旦核心供应的氢消耗殆尽,他将膨胀成为红巨星,它可以启动氦融合形成碳。氦融合输出能量的过程,每单位质量只有氢融合过程输出能量的十分之一,但是恒星的光度会增加[46],这将导致这一阶段的生命期比在主序带短了许多(例如太阳被预测会耗费1亿3000万年燃烧氦,相较之下大约有120亿年左右燃烧氢)[47],因此,观测到在0.5亮以上的恒星有90%是位于主序带上[48]。平均而言,所知的主序星都遵循经验的质光关系[49],恒星的光度(L) 大约正比于总质量(M),如同下面的幂定律:
这个关系适用的范围在0.1–50太阳质量的主序星[50]。
可供核融合的燃料与恒星的质量成正比,因此,主序星的生命期可以使用太阳演化的模型来估计。太阳已经在主序带上存在了大约45亿年,在65亿年后它将成为红巨星[51],在主序带上的总生存期大约是100亿年,所以[52]:
此处的M和L是恒星的质量和光度,各别的, 太阳质量, 是太阳光度,和τMS式估计的恒星续带生命期。
虽然质量越大的恒星有越多的燃料可以消耗,并且可能会持续更长的时间,但是它们也随着质量的增加成比例的幅射出更多的能量。因此,质量最大的恒星停留在主序带的生命期只有数百万年,只有十分之一太阳质量的恒星可能会超过数兆年[53]。
精确的质光关系取决于如何有效的将能量从核心传送到表面。不透光度越高的恒星已保留越多的能量在核心,所以不需要产生太多的能量来维持流体静力平衡。相较之下,不透明度较低的恒星意味着需要更迅速的燃烧更多的燃料,以保持平衡[54]。但是请注意,过高的不透明度会导致能量改以对流来传送,这会改变为持平衡所需要的条件[16]。
在高质量的主序星,电子散射主导著不透明度,温度的增加几乎是不变的,因此光度只会以恒星质量的立方增加[46]。在10太阳质量以下的主序星,不透明度越来越依靠着温度,导致恒星的光度大约是随着质量的四次方而变化[50]。对质量非常低的恒星,大气层中的分子也有助于不透明度。在0.5太阳质量以下的恒星,光度随着质量的2.3次方而变,在质量相对于光度的图上产生的斜率是平坦的。然而,即使做了这些改进,仍然只是近似的质光关系,因为质光关系还与恒星的组成有关[13]。
演化轨迹参见:恒星演化
此处显示的是两个疏散星团的赫罗图。NGC 188 (蓝色) 较老,所以在主序带上的转折点位置比较年轻的M67 (黄色) 为低。主序星一旦消耗掉在它核心的氢,产生的能量损失将导致重力坍缩。对质量低于0.23太阳质量的恒星[3],一旦核心的氢停止孳生能量,预测它们将直接成为白矮星。超过此一临界值到10太阳质量的恒星,环绕在氦核心周围的氢达到足够的温度和压力,就会开始核融合,成为氢燃烧壳层。除造成这种变化外,恒星外面的包层也将扩张并造成温度的下降,将转变成为红巨星。此时,恒星终止在主序带上的演化,并且进入巨星分支。恒星演化的路径在赫罗图上横越,往主序带的右上角移动,被称为演化的轨迹。
红巨星的氦核继续坍缩直到它完全受到电子简并压力-一种量子力学的效应,限制物质可以被压缩的紧密程度-的支撑。对超过0.5太阳质量的恒星[55],核心可以达到够高的温度,经由3氦过程将氦燃烧成碳[56][57]。质量在5至7.5太阳质量的恒星可已经由核融合产生原子量更高的元素[58][59]。10太阳质量或更重的恒星,这个过程会使核心越来越紧密,最后导致核心的坍缩,抛出覆盖在恒星外面的气壳发生II型超新星[4]、Ib型超新星、或Ic型超新星的爆炸。
当一个星团的恒星几乎都是同一时间形成时,这些恒星的寿命将取决于个别的质量。质量最大的恒星会最先离开主序带,然后质量较低的也会依序稳定的离开。因此,恒星的演化将依照它们在主序带上的位置,从质量最大的开始离开,转到赫罗图的右侧。在这个星团中的恒星当前离开主序带的位置,就是所谓的转折点,可以用来估计星团的年龄。
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太阳系究竟位于银河系旋臂结构何处?
来源:凤凰科技
很多人知道银河系是个螺旋星系,但是我们究竟位于这个广袤的旋臂结构的哪个位置呢?
凤凰科技讯北京时间1月8日消息国外媒体报道,众所周知我们生活在螺旋星系银河系内,事实上银河系是一个棒旋星系,这意味着我们的星系可能有两个主要的旋臂,加上一个中央条状物,而后者天文学家知之甚少。但是在这样广袤的旋臂结构里,我们的太阳系究竟位于哪里呢?
银河系大约10万光年宽,我们距离银河系中央大约2.5万光年,似乎我们并不位于银河系两个主要的旋臂内,而是位于银河系内一个小旋臂内。我们所处的旋臂是猎户臂,也可称为猎户支臂,它位于银河系人马臂和英仙臂之间。
我们的太阳位于银河系猎户臂或者猎户支臂间,这是个位于两个其它旋臂之间的小旋臂。
天文学家认为的银河系全部旋臂结构的艺术家印象图。
我们所处的猎户臂宽3500光年,长度约为10000光年。我们的太阳、地球和所有太阳系其它行星都位于猎户臂内。我们所处的位置接近旋臂内边缘,大约处在旋臂长度的一半位置。
这不是银河系,而是另一个棒旋星系NGC1300,它也有两个主要的旋臂。银河系的结构很明显还要更加复杂。
猎户臂也有别名,有时候被称为猎户-天鹅臂,它因猎户座而得名,后者是北半球冬季(南半球夏季)最显著的星座之一。该星座中有些最明亮的恒星和最著名的天体(参宿四、参宿七、猎户恒星带和猎户星云)都是太阳的邻居,同样位于猎户臂内。这就是为什么我们能观测到如此多猎户座的明亮天体。(编译/严炎刘星)

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