Monday, 4 July 2016

太阳系

太阳系



太阳系是以太阳为中心,和所有受到太阳的引力约束天体的集合体。包括八大行星(由离太阳从近到远的顺序:水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星 )、以及至少173颗已知的卫星、5颗已经辨认出来的矮行星和数以亿计的太阳系小天体。

银河系是一个棒旋星系,直径十万光年,包括一千亿到四千亿恒星。太阳是银河系较典型的恒星,位于分支悬臂猎户臂上,离银河系中心有2.61万光年,太阳系移动速度约2/s2.26亿年转一圈。

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。除金星以外,其他行星的自转方向和公转方向相同。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。

轨道环绕太阳的天体被分为三类:行星、矮行星和太阳系小天体。

行星是环绕太阳且质量够大的天体。
这类天体:
1    有足够的质量使本身的形状成为球体;
2.   有能力清空邻近轨道的小天体。


能称为大行星的天体有8个:水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。2006824日,国际天文联合会重新定义行星这个名词,首次将冥王星排除在大行星外,并将冥王星、谷神星和阋神星组成新的分类:矮行星。 矮行星不需要将邻近轨道附近的小天体清除掉,其他可能成为矮行星的天体还有塞德娜、厄耳枯斯和创神星。从第一次发现的1930年到2006年,冥王星被当成太阳系的第九颗行星。但是在20世纪末期和21世纪初,许多与冥王星大小相似的天体在太阳系内陆续被发现,特别是阋神星更明确的被指出比冥王星大(据2015年旅行者发回的数据显示,阋神星仍然比冥王星大),使得冥王星的地位受到严重威胁。
环绕太阳运转的其他天体都属于太阳系小天体。
卫星(如月球之类的天体),由于不是环绕太阳而是环绕行星、矮行星或太阳系小天体,所以不属于太阳系的小天体。
天文学家在太阳系内以天文单位(AU)来测量距离。1AU是地球到太阳的平均距离,大约是1.5亿公里(9300万英里)。冥王星与太阳的距离大约是39AU,木星则约是5.2AU。最常用在测量恒星距离的长度单位是光年,1光年大约相当于63240天文单位。行星与太阳的距离以公转周期为周期变化著,最靠近太阳的位置称为近日点,距离最远的位置称为远日点。
有时会将太阳系非正式地分成几个不同的区域:“内太阳系”,包括四颗类地行星和主要的小行星带;其余的是“外太阳系”,包含小行星带之外所有的天体。 其它的定义还有海王星以外的区域,而将四颗大型行星称为“中间带”。

概述轨道


太阳系是以太阳为中心,和所有受到太阳的引力约束天体的集合体:8颗行星、至少173颗已知的卫星、几颗已经辨认出来的矮行星(冥王星、齐娜、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带天体、柯伊伯带天体、彗星和星际尘埃。
广义上,太阳系的领域包括太阳,4颗像地球的类地行星,由许多小岩石组成的小行星带,4颗充满气体的类木行星,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。五颗矮行星有冥王星,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。
太阳系内体积较大的卫星(超过3000公里)包括地球的卫星月球、木星的伽利略卫星木卫一(埃欧)、木卫二(欧罗巴)、木卫三(盖尼米德)、木卫四(卡利斯多)和土星的卫星土卫六(泰坦),以及海王星捕获的卫星海卫一(特里同)。更小的卫星参见各个相关行星条目。
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,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)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(左旋)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,甚至会呈抛物线型。
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。


太阳
太阳是太阳系的母星,也是太阳系里唯一自身会发光的天体,也是最主要和最重要的成员。它有足够的质量(约为地球的33万倍)让内部的压力与密度足以抑制和承受核聚变产生的巨大能量,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聚变的氢。太阳的亮度仍会与日俱增,早期的亮度只是当代的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50亿年后耗尽进行核聚变的氢,太阳将离开主序星阶段,并变成更大与更加明亮,但表面温度却降低的红巨星,亮度将是太阳中年时的数千倍。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。
行星际物质
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1040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。
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。
内行星 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。
类地行星
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。截至2013年,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。
金星(Venus0.7 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℃,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。
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。)
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。
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2.33.3 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。
直径在1010.4 米的小天体称为流星体。
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。
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。
特洛依小行星的位置在木星的 L4L5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。

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。
类木行星
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。
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。
土星(Saturn)(不是,而是)(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。
天王星(Uranus)(,符号有几种,此为其中之一)(19.2 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。
海王星(Neptune)(,同上天王星,此为其中之一)(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。
彗星
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930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200250 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,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。
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。
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30500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 EL612005 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100000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39.447.7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)(,同上,此为其中之一)和卡戎(Charon)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。该矮行星距离太阳140亿公里,此外,它还有一颗卫星。从而引发了行星的辩论,在发现时候有人声称是太阳系第十大行星,但是随后冥王星落败成为了矮行星,经过激烈争论后,天文学家最后投票将太阳系行星减为8个,并将冥王星归为“矮行星”,此类别还包括厄里斯和小行星谷神星。
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2005729日才向外界公布这个发现。据悉,各国天文学家于2006824日的国际天文学联合会大会上否认其为大行星。
据介绍,齐娜的半径约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。
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。
2016120日,美国科学家宣布,在太阳发现一颗未为人知绰号“第9大行星”的巨型行星。《天文学杂志》研究员巴蒂金(KonstantinBatygin)和布朗(MikeBrown)表示,他们通过数学模型和电脑模拟发现这颗行星,虽然没有直接观察到。该星体质量约是地球的10倍,轨道与太阳平均距离比海王星的远20倍,这颗新行星绕太阳运行一周需时1万至2万年。这行星质量约是冥王星的5千倍,科学家认为这颗行星属气态,类似天王星和海王星,将是真正的第9大行星。
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。

行星

1.水星





水星(英语:Mercury,拉丁语Mercurius),中國古稱辰星,是太陽系的八大行星中最小和最靠近太陽的行星,但有著八大行星中最大的離心率 ,軌道週期是87.969 地球日。從地球上看,它大约116天左右與地球會合一次,公转速度遠遠超過太阳系的其它星球。水星的快速運動使它在羅馬神話中被稱為墨丘利,是快速飛行的信使神。由于大氣層极为稀薄,无法有效保存热量,水星表面昼夜温差极大,为太阳系行星之最。白天时赤道地區温度可达430°C,夜间可降至-170°C。極區气温則終年維持在-170°C以下。水星的軸傾斜是太陽系所有行星中最小的(大約130度),但它有最大的軌道偏心率。水星在遠日點的距離大約是在近日點的1.5倍。水星表面充滿了大大小小的坑穴(環形山),外觀看起來與月球相似,顯示它的地質在數十億年來都處於非活動狀態。
水星无四季变化。它也是唯一被太陽潮汐鎖定的行星。相對於恆星,它每自轉三圈的時間與它在軌道上繞行太陽兩圈的時間几乎完全相等。從太陽看水星,參照它的自轉與軌道上的公轉運動,是每兩個水星年才一個太陽日。因此,对一位在水星上的觀測者来说,一天相当于兩年。
因為水星的軌道位於地球的內側(金星也一樣),所以它只能在晨昏之際與白天出現在天空中,而不會在子夜前後出現。同時,也像金星和月球一樣,在它繞著軌道相對於地球,會呈現一系列完整的相位。雖然从地球上觀察,水星會是一顆很明亮的天體,但它比金星更接近太陽,因此比金星還難看見。
從地球看水星的亮度有很大的變化,視星等從-2.3至5.7等,但是它與太陽分離角度最大只有28.3°。當它最亮時,从技術角度上讲應該很容易就能從地球上看見它,但由于其距离太阳过近,實際上並不容易找到。除非有日全食,否則在太陽光的照耀下通常是看不見水星的。在北半球,只能在凌晨或黃昏的曙暮光中看見水星。當大距出現在赤道以南的緯度時,在南半球的中緯度可以在完全黑暗的天空中看見水星。


水星軌道的近日點每世紀比牛頓力學的預測多出43角秒進動這種現象直到20世紀才從愛因斯坦廣義相對論得到解釋。

概述

由於水星十分接近太陽,时常被太阳光所笼罩,勘測相当困難,因此我們對水星的所知相當有限,迄今只有兩艘太空船曾大致勘察过水星。第一艘是1974至1975年的水手10號,只描繪了45%的水星表面圖。第二艘是信使號,在2008年1月14日掠過水星,描繪了另外30%的表面。信使號於2011年3月17日再度抵達水星,並且進入環繞軌道,開始對水星表面進行全面的探測。
實際上,水星外觀很像月球,表面有許多的坑穴,沒有天然衛星,也沒有真實大氣層;它有巨大的鐵核磁場強度約是地球的1%。由於水星有著巨大的核,它是高密度的行星。表面的溫度從90至700K(-180至430 °C)。日下點是最熱的地方,在靠近地理極的坑穴底部是溫度最低之處。
水星的觀測紀錄可以追溯到西元前3,000年的蘇美爾人,希臘的赫西俄德時代稱之為Στίλβων(拉丁化:“Stilbon'”)(“the gleaming”)和“Hermaon”。今天我們所用的名稱來自羅馬,是羅馬神話中眾神的信使墨丘利Mercurius),相當於希臘的赫耳墨斯Hermes)和巴比倫的纳布。在天文學上的符號是一個古老的星占符號,一個很有風格的版本是帶著有翅膀的頭盔持著眾神手杖caduceus)的“傳信天使”。在西元前5世紀,希臘天文學家認為水星是兩個不同的天體,這是因爲它時常交替地出現在太陽的兩側;一顆出現在日落之後,它被叫做墨丘利;另一顆則出現在日出之前,爲了紀念太陽神阿波羅,它被稱爲阿波羅畢達哥拉斯後來指出他們實際上是相同的一顆行星。
在印度,水星被稱為“Budha”(बुध),是月亮之神(“Chandra”)的兒子;在希伯來,稱為“Kokhav Hamah”(כוכב חמה),意思是來自太陽的炎熱之星。


在中國,水星又稱為“辰星”,是五行之一。
內部構造



水星的内部结构:
1. 地壳: 厚度100–300 km
2. 地幔: 厚度600 km
3. 核心: 半径1,800 km
水星是太陽系內與地球相似的4顆類地行星之一,有著與地球一樣的岩石個體。它是太陽系中最小的行星,在赤道的半徑是2,439.7公里。水星甚至比一些巨大的天然衛星,像是甘尼米德泰坦,還要 - 雖然質量較大。水星由大約70%的金屬和30%的矽酸鹽材料組成,水星的密度是5.427公克/公分3,在太陽系中是第二高的,僅次於地球的5.515公克/公分3。如果不考慮重力壓縮對物質密度的影響,水星物質的密度將是最高的。未經重力壓縮的水星物質密度是5.3公克/公分3,相較之下的地球物質只有4.4公克/公分3
從水星的密度可以推測其內部結構的詳細資料。地球的高密度,特別是核心的高密度,是由重力壓縮所導致的。水星的質量及重力是如此的小,因此它的內部不會被強力的擠壓,所以它要有如此高的密度,其核心必然是巨大的且含有許多的鐵。


 類地行星的大小比較 (由左至右):水星、金星地球、和火星

水星內部的構造:
1.地殼:厚度在100–300公里
2.地函:厚度約600公里
3.核心:半徑約1,800公里
地質學家估計水星的核心佔有體積的42%;地球的核心只佔體積的17%。水星富铁的核心却占据了其总质量的至少60%,它的半径更是达到了水星半径的四分之三。最近的研究強烈的支持水星有一個熔融的核心[19][20],包圍著核心的是500–700公里厚的矽酸鹽地函[21][22]。太阳系类地行星中,只有水星和地球拥有全球性的磁场。天文学家认为它们是由水星和地球核心外层中的电流所产生。根據水手10號任務和從地面觀察的資料,水星的地殼被認為只有100-300公里的厚度[23]水星表面的一大特徵是有無數的窄脊,在長度上可以延伸到數百公里。相信這些都是在地殼已經凝固以後,水星的核心和地函因冷卻而收縮造成的。

水星核心含有的鐵高出太陽系內任何主要的行星,已經有幾種理論被提出來解釋。得到最廣泛支持的理論是水星原本有著類於於常見的球粒隕石金屬-矽酸鹽比率的核心,被認為是太陽系內典型的岩石物質,質量大約是目前质量的2.25倍。在太陽系早期的歷史中,水星可能遭受到一顆直徑數百公里,质量約為其1/6的微行星撞擊。這次撞擊剝離了大量原始的地殼和地函,留下的核心就相對的成為組成中較大的部分。这一假说得到了信使号上的分光仪对水星表面的元素丰度的观测的支持。一個類似的過程,稱為巨大撞擊假說,被用來解釋地球的衛星,月球的形成。
或許,水星在太陽輸出的能量穩定下來之前就已經在太陽星雲中形成。這顆行星原本的質量是目前的兩倍,但在原行星的收縮過程中,水星的溫度可能在2,500-3,500K (與攝氏溫標相當,但是高273度),並且可能高達10,000K。水星表面許多的岩石成份在如此的高溫下可能都汽化,成為大氣層中的"岩石蒸汽",然後被太陽風帶走了。
第三種假說建議,太陽星雲造成水星吸積的物質被拖曳,這意味著水星表面較輕的物質會從吸積的材料中丟失[27]。每種假說預測的水星表面有不同的成分,兩個即將進行的太空任務,信使號貝皮可倫坡號,都將經由觀測來測試上述的學說。信使號已經發現表面的鉀和硫的含量在預測水準之上,巨大撞擊假說的地殼和地函的汽化未曾發生,因為鉀和硫都會在這些事件的高溫下被驅離。此一發現似乎傾向於較輕的行星材料受到拖曳而離開,造成較重的金屬材料被濃縮。
信使号的分光仪已經测量水星的组成,科學家发现水星的岩石所含的比起地球或月球表面要多得多,而则少得多。

表面地質



來自信使號的第一張水星假色影像。


信使號飛越水星的第二張影像。柯伊伯撞擊坑剛好位於中央。廣泛的射紋系統來自頂部附近的北齋撞擊坑
水星的表面與月球很相似,呈現出像的廣大平原和大量的撞擊坑,顯示它數十億年來都處於非活動狀態。我們對水星地質的認識建立在1975年飛越水星的水手10號地面的觀測,它是我們了解最少的類地行星。當信使號最近飛越水星的資料被處理過後,這方面的知識將會有所增進。例如,科學家們已經發現一個不尋常的火山口輻射槽,稱之為“蜘蛛”。稍後,被重新命名為阿波羅多羅斯
在水星表面特徵的命名有著不同的來源,取自已經過世的人名。坑穴使用藝術家、音樂家、書畫家和作家,他們都在各自的領域中有著傑出或基礎的貢獻。山脊或皺脊,以對水星的研究有貢獻的科學家命名;窪地或地溝以建築師來命名。山脈以各種不同語言中熱門的單詞來命名;平原或平原低地以各種不同語言的水星之神名稱來命名。懸崖峭壁以科學探險船命名;山谷或谷地則使用電波望遠鏡命名。
反照率特徵指使用不同領域的望遠鏡觀測,明顯的有不同反照率的地點。水星擁有山脊 (有時也稱為皺脊),像月球的高地、山脈 (山)、平原或平原低地 (Planitia)、懸崖 (Rupes) 和谷地 (山谷)。
水星在46億年前形成時,曾經經歷過彗星小行星短暫的輪番轟擊,在38億年前結束,可能是獨立發生的後期重轟炸期。在這些劇烈形成隕石坑的期間,由於缺乏大氣層來減緩撞擊,行星表面整個都被隕石坑覆蓋著。在這個期間,行星有著火山的活動,像是卡洛里盆地等盆地都被來自行星內部的岩漿覆蓋著,形成如同在月球上發現的一樣的平原。
信使號於2008年10月28日飛越水星,讓研究人員獲得更多鑑別水星表面渾沌地形的資料。水星的表面比火星和月球更為複雜 (詭異),它包含了大量在兩者上都值得注意的類似地質,像是海和平原等。

撞擊盆地和坑穴



水星的卡洛里盆地是在太陽系內最大的撞擊特徵之一

這個被稱為"古怪地形" (Weird Terrain) 的地區形成於卡洛里盆地的對蹠點。
水星坑穴的範圍,在直徑上從小型的碗型腔到跨越數百公里的多環撞擊坑。從相對的新鮮亮麗到高度退化火山口的殘餘物,它們出現了所有退化階段的現象。水星的撞擊坑與月球的有著微妙的差異,它們的噴發物覆蓋的區域小得多,這顯示水星有較強的表面重力。
已知最大的隕石坑之一是卡洛里盆地,直徑為1,550公里。撞擊並創建卡洛里盆地的影響是如此的強大,它造成的火山熔岩噴發,留下高度在2公里以上的同心圓環圍繞著隕石坑。在卡洛里盆地的對蹠點是不尋常的、被稱為「怪異地形」的大片丘陵地形區域。這種地形起源的一種假說是:撞擊出卡洛里盆地的激震波環繞著行星,匯聚在盆地的對蹠點(相距180度),結果造成了高應力的裂縫表面;另一種說法則認為是噴出物直接匯聚在卡洛里盆地對蹠點的結果。
整體而言,在已有的水星影像中大約已經發現15個撞擊盆地。一個顯著的盆地是400公里寬、有著多重環的托爾斯泰盆地,它的噴發物覆蓋造成的平原,從山脊和地板延伸達500公里。直徑625公里的貝多芬盆地有著相似規模的噴發覆蓋物。和月球一樣,水星的表面也有遭受太空風化過程的影響,包括太陽風微隕石撞擊的影響。

平原

水星有兩種地質顯著不同的平原。在坑穴之間,起伏平緩、多丘陵的平原,是水星表面可見最古老的地區,早於猛烈的火山口地形。這些埋藏著隕石坑的平原似乎已湮滅許多較早的隕石坑,並且缺乏直徑在30公里以下,以及更小的隕石坑。還不清楚它們是起源於火山還是撞擊,這些埋藏著隕石坑的平原大致是均勻的分布在整個行星的表面。
平坦的平原是廣泛的平坦區域,布滿了各種大大小小的凹陷,和月球的海非常相似。值得注意的是,它們廣泛的環繞在卡洛里盆地的周圍。不同於月海,水星平坦的平原和埋藏著隕石坑的古老平原有著相同的反照率。儘管缺乏明確的火山特徵,在地化的平台和圓角、分裂的形狀都強烈的支持這些平原起源於火山。值得注意的是,所有水星平坦平原的形成都比卡洛里盆地晚,比較在卡洛里噴發覆蓋物上可察覺的小隕石坑密度可見一斑。卡洛里盆地的地板填滿了獨特的平原地質,破碎的山脊和粗略的多邊形碎裂。不清楚是撞擊誘導火山熔岩,還是撞擊造成大片的融化。
行星表面一個不尋常的特徵是眾多的壓縮皺褶或懸崖,在平原表面交錯著。隨著行星內部的冷卻,它可能會略為收縮,並且表面開始變型,造成了這些特徵。凹陷也在其它地形,像是坑穴和平滑的平原,頂部看見,顯示這些皺褶是在最近才形成的。水星的表面也會被太陽扭曲 - 太陽對水星的潮汐力比月球對地球的強17倍。
信使号在水星北极地区发现了水星上最大的火山平原开阔区之一,覆盖面积约400万平方千米,深度几千米。它帮助确认了火山活动在水星历史的大多数时间里对于塑造其地壳起到了关键作用。

表面狀態和"大氣層" (外逸層)



水星北極點的雷達影像。


國家航空暨太空總署確認,在水星北極的永久陰暗坑洞內,發現隱藏著大量凍冰。
由於缺乏大氣的氛圍,水星表面的赤道和兩極之間有著陡峭的溫度差,溫度範圍從100K至700K。日下點的溫度在近日點時高達700K,而在遠日點時只有550K;在行星夜晚的那一側,平均溫度是110K。陽光的強度範圍是太陽常數 (1,370 W·m−2) 的4.59和10.61倍。
雖然水星表面的溫度在白天是非常的高,但觀測的結果仍然強烈的支持冰 (凍結的水) 存在於水星。在極區深坑的底部從未被陽光直接照射過,溫度依然維持在102K以下,遠低於全球的平均溫水冰強烈的反射了雷達金石70米的望遠鏡和VLA在1990年代早期的觀測,透漏了在接近極區有非常高的雷達反射斑點。雖然冰不是造成這些反射區域的唯一可能原因,但天文學家相信冰是最有可能的。
相信冰的區域擁有大約1014–1015公斤的冰,並且可能覆蓋著一層表岩屑,抑制了昇華。相較之下,地球南極的冰層大約有4×1018公斤的冰,火星南極的冰帽大約有1016公斤的冰。水星上冰的來源還不清楚,但有兩種最可能的來源:從行星內部排放出來的,或是彗星撞擊造成的沉積。
2012年11月29日,水星探測衛星信使號團隊發言人表示,科學家在水星北極區域永遠曬不到太陽的陰暗坑洞內發現大量凍(重量可能多達1012公噸)。
水星不僅太小,而且太熱,因此他的引力不足以長期留住大氣層;但它確實有一個稀薄的、侷限在表面的外逸層,包含著和其它元素。這個外逸層並不穩定,原子會不斷的失去和由其它不同的來源獲得補充。氫和氦可能來自太陽風,並在逃逸回太空之前先擴散至水星的磁層。元素的放射性衰變是水星地殼內氦、鈉和鉀的另一個來源。信使號發現鈣、氦、氫氧化物、氧、鉀、和鈉的比例偏高。也有水蒸氣的存在,組合的過程發表如下:彗星撞擊其表面,濺射創造出的水,其中的氫來自太陽風,氧來自岩石,和在極區坑洞內永久陰影下儲存的冰昇華。檢測到許多由水釋出的離子,如O+、OH-、和H2O+則是一個驚喜。由於這些為數可觀的離子是在水星的太空環境中發現的,因此科學家推測是被太陽風從水星表面或外逸層摧毀的分子。
在1980-1990年代,在大氣層中發現鈉、鉀、鈣,相信主要是表面的岩石被微隕石撞擊汽化導致的[63]。在2008年,信使號探測器發現了鎂。研究指出,鈉的排放是區域性的點,對應於這顆行星的磁極。這將顯示出在磁層和行星表面之間的交互作用。

磁場和磁氣層



圖表顯示出水星磁場的相對強度。
儘管水星很小和以59天的長週期自轉,水星仍有值得注意的全球性磁場。根據水手10號的測量,他的強度僅有地球的1.1%。在水星赤道的磁場強度大約是300nT。像地球一樣,水星的磁場是雙極的。不同於地球的是,水星的磁極和水星的自轉軸幾乎是一致的。來自水手10號和信使號兩艘太空船的測量,都指出水星磁場的強度和形狀都是穩定的。
這個磁場可能是經由發電機效應形成的,有些類似於地球的磁場。這種發電機效應起因於行星富含鐵的液體核心的循環,特別是行星軌道的高離心率帶來強烈的潮汐作用,使核心保持液態更是發電機效應所必須的。
水星磁場的強度足以偏轉圍繞著該行星的太陽風,創造出磁層。水星的磁層雖然很小,但已足以將地球包含在內,也強到可以將太陽風的電漿拘束在內,對行星表面的太空風化產生貢獻。水手10號太空船的觀測在水星夜半側的磁層內部偵測到低能量的電漿,在磁尾也偵測到高能量的微粒爆炸,這些都顯示了水星磁層的動力學性質。
在2008年10月6日的第二次飛掠水星,信使號發現水星的磁場有甚高頻的"滲漏"。太空船遭遇到磁性的"龍捲風" - 纏繞扭曲的磁場與行星磁場聯結並深入行星際空間 - 寬度達到800公里,或是行星半徑的1/3。這個龍捲風形成時夾帶著太陽風的磁場聯結到水星的磁場。隨著太陽風刮過水星的磁場,這些聯結的磁場會被攜走和扭曲成類似漩渦狀的結構。這些扭曲的磁通量管,技術上稱為通量傳輸事件,形成行星磁盾中開放的窗口,太陽風可以長驅直入並直接撞擊到水星的表面。
這種聯結行星際和行星磁場的過程稱為磁重聯,在宇宙中是很普遍的。它也發生在地球的磁場,通常也會產生磁場的龍捲風。信使號的觀測顯示重聯結的速率在水星高出了10倍。但依水星和太陽的距離,信使號觀測到的重聯結僅有1/3。

軌道和自轉


水星軌道 (黃色)。日期參考2006年。
模擬水星和地球公轉太陽的軌道。
水星是所有的行星中離心率最大的;它的離心率是0.21,使它與太陽的距離在4600萬至7000萬公里的範圍之間變動。它以87.969地球日的週期完整的公轉太陽一圈。 右邊的水星軌道圖疊加上有著相同半長軸的圓形軌道,以顯示出軌道離心率造成的影響。以5天為間隔的標示顯示出在近日點時有著較大的距离,清楚的顯示出比較高的軌道速度。球的大小,與它們和太陽的距離成反比,用來說明日心距離的變化。到太陽距離的變化,結合行星繞著自轉軸的自轉軌道共振,造成表面溫度複雜的變化。 這種共振使得一個水星日的長度是水星的兩年,或是大約176個地球日。
水星的軌道平面對地球的軌道平面 (黃道) 有著7度的傾斜,顯示在右圖中。結果是,水星橫越過太陽前方的凌日,只有在水星穿越黃道平面之際,也位於地球和太陽之間時才會發生。平均下來,大約7年才會發生一次。
水星的轉軸傾角幾乎是零,最佳的測量值小於0.027度[8]。這明顯的遠小於木星,它是轉軸傾角第二小的行星,數值為3.1度。這意味著位於水星極點的觀測者,太陽中心點的高度永遠不會高於地平線上2.1弧分
在水星表面上的某些點,觀測者可以看見太陽上升到半途時,會反轉回去日落,然後再度日出;在所有的點上,這些都發生在同一個水星日。這是因為在近日點前大約4個地球日時,水星軌道的角速度,幾乎與他的自轉速度相同,所以太陽的視運動會停滯;在近日點時,水星軌道的角速度超過水星自轉的角速度。因此,對假設在水星上的觀測者,會明顯的看到太陽逆行。通過近日點4天之後,在這些點上觀測道的太陽視運動又恢復正常了。
水星與地球內合 (最靠近地球) 的周期平均是116地球日,但是由於水星軌道的離心率,這個間隔從105日至129日不等。水星與地球的距離可以近到7730萬公里,但在AD28,622年之前不會接近至8000萬公里以內,最近的接近是在2679年的8210萬公里,然後是4487年的8200萬公里。從地球可以看見它逆行的時間大約是在內合前後的8-15天,所以會有如此大範圍差距變化,完全是因為它有著較大的離心率。

自旋軌道共振




在公轉一週之際,水星自轉1.5圈,所以完整的公轉兩圈之後,同一個半球再度被照亮。
1889年意大利天文学家喬凡尼·斯基亞帕雷利经过多年观测认为水星自转时间和公转时间都是88天。
許多年以來,水星被認為是與太陽同步的潮汐鎖定,在每一次的軌道公轉中都以同一面朝向太陽,就像月球始終以同一面朝向地球。在1965年的雷達觀測,美國天文學家才測量出水星自轉的精確週期是58.646天,證明水星以3:2的自旋軌道共振,每公轉太陽二次時也自轉三次;而水星軌道的高離心率使得此共振穩定 - 在近日點,太陽的潮汐力最強,太陽也平靜 (穩定) 的出現在最靠近水星的天空[77]
起初,天文學家認為它被同步鎖定的原因是,當水星在適合觀測的位置上時,它幾乎總是在3:2共振的相同位置上,因此呈現相同的面貌。這也是因為水星公轉週期與地球會合週期一半的巧合,由於水星3:2的自旋軌道共振,一太陽日 (太陽兩次過中天的時間間隔) 約176地球日[16]。一恆星日 (公轉週期)則約58.7地球日[16]
模擬的研究顯示水星軌道的離心率混亂的,在數百萬年的時間內會因為其它行星的攝動從接近0 (圓形) 至超過0.45之間變動。這被認為可以解釋水星的3:2自旋軌道共振 (而非更常見的1:1),因為這種狀態在高離心率軌道的時期中是可能發生的。數值模擬顯示未來長期軌道共振,與木星的交互作用會造成近日點距離的增加,在未來的50億年內有1%的機率會與金星碰撞。

近日點的前進

1859年,法國數學家和天文學家奧本·勒維耶報告水星環繞太陽的軌道有著牛頓力學和現有已知的行星攝動不能完滿解釋的緩慢進動。他建議用“另一顆行星 (或一系列更微小天體) 位於比水星更靠近太陽的軌道上”來處理這些攝動 (其它的解釋包括太陽略微的扁平)。基於天王星的軌道受到擾動而發現了海王星的成功,使天文學家對這個解釋充滿了信心,並且這個假設的行星被命名為瓦肯,但是始終未能發現這顆行星。
水星相對於地球的近日點進動是每世紀5,600弧秒(1.5556度),或是相對於慣性ICFR每世紀574.10 ±0.65弧秒;但牛頓力學考慮了來自其它行星所有的影響,預測的進動只有每世紀5,557弧秒 (1.5436度)。在20世紀初期,愛因斯坦廣義相對論對觀測到的進動提供了解釋。這個效應非常小:水星近日點的相對論進動是每世紀42.98弧秒,剛剛好是之前不足的值;然而,在經歷1,200萬次的公轉之後,它仍有一點點的過剩。其它行星也有非常類似的情形,但是影響小了很多:金星是每世紀8.62弧秒,地球是3.84弧秒,火星是1.35弧秒,伊卡路斯是10.05弧秒。

座標系統

水星的經度是向西增加的,一個被命名為Hun Kal的小坑穴被選定作為經度的參考點,它的中心被定義為西經20°。

觀測




1974年水手號太空船的馬賽克影像。
水星的視星等介於 −2.6等(比最亮的恆星天狼星更亮)和 +5.7等(接近理論上裸眼可見的極限值)之間。這兩個極端值都出現於水星在天空中的視位置接近太陽的時候。由於它很接近太陽,因此觀測上很麻煩,大部分的時間都會迷失在陽光中,只有在日出前或日落後短暫的暮曙光內可以看見。
水星,像其它一些行星和明亮的恆星一樣,可以在日全食的時間被看見[89]
像月球和金星一樣,從地球上可以觀察到水星的相位。它的"新月"出現在內合,"滿月"出現在在外合。由於它相對的過度貼近太陽,因此從地球上是看不見水星呈現這兩種相位。

水星探索

早期

水星最早被閃族人在(公元前三千年)發現,他們叫它 Ubu-idim-gud-ud。最早的詳細記錄觀察數據的是巴比倫人,他們叫它 gu-ad 或 gu-utu。希臘人給它起了兩個古老的名字,當它出現在早晨時叫阿波羅,當它出現在傍晚叫赫耳墨斯,但是希臘天文學家知道這兩個名字表示的是同一星体。希臘哲學家赫拉克利特甚至已经認為水星和金星維納斯星)是繞太陽公轉的而不是地球。水星的觀測因為它過於接近太陽而變的非常複雜;在地球可以觀測它的唯一時間是在日出或日落時。

美國國家航空航天局

靠近過水星的唯一航天器水手10號。最近有一個被美國國家航空航天局批准的項目,項目被命名為MESSENGER(“信使號”,是MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry, and Ranging的字母縮寫,意為 “水星表面,空間環境,地理化學和全向遙測”),信使號已在2004年8月發射,2011年3月18日进入围绕水星运行的轨道,成为首颗围绕水星运行的探测器。

水手10號


第一艘探測最內側行星的探測器:水手10號


第一艘探測水星的太空船是NASA的水手10號 (1974-1975年)。這艘太空船使用金星的引力調整它的軌道速度,使它能夠接近水星,並使它成為第一艘使用重力助推效應,和NASA第一次拜訪多顆行星的太空任務。水手10號提供了第一批的水星表面特寫影像,其中立刻顯示出水星有大量環型山的性質,並透漏許多其他類型的地質特徵,像是巨型的陡坡,後來歸因於水星的鐵核冷卻時稍為收縮造成的。不幸的是,由於水星軌道公轉週期的長度,使得水手10號每次接近時觀察的都是水星的同一側。這使得水手10號不可能觀察到完全的水星表面,結果是完成的水星表面地圖少於45% 。
在1974年3月27日,首次飛越水星的兩天前,水手10號的儀器意外的發現水星附近有大量的紫外線輻射,這導致初步認定水星有衛星。不久之後,過量的紫外線被確認是巨爵座31號星的,而水星的衛星就成為天文歷史書上的一個註腳。
這艘太空船三度飛臨水星,最接近時與表面的距離只有327公里[95]。在第一次接近時,儀器偵測到水星有磁場,這使得行星地質學家大為驚訝 - 因為水星的自轉極為緩慢,不致於產生發電機效應。第二次的接近主要是要拍攝影像,但在第三次接近時,獲得了廣泛的磁性資料。這些資料顯示水星的磁場非常類似於地球,使得水星周圍的太陽風產生偏離。水星磁場的起源依然有幾個主要的理論在相互競爭。
在1975年3月24日,就在最後一次接近水星之後8天,水手10號耗盡了燃料。由於不再能精確的控制他的軌道,於是任務控制者關閉了探測器的儀器。水手10號被認為仍然環繞著太陽,每隔幾個月仍會接近水星一次。

信使號



正在準備發射的信使號。
信使號是NASA前往水星的第二艘太空船,於2004年8月3日使用波音戴爾他2型火箭從卡納維拉爾角空軍基地發射。它在2005年8月飛越地球,並在2006年10月和2007年6月掠過金星,將它調整至正確的軌道,以達到能環繞水星的軌道。在2008年1月14日,信使號首度飛越水星,2008年10月6日再度飛越,並於2009年9月29日第三度飛越。在這幾次的飛越中,將水手10號未曾拍攝的半球都拍攝了。探測器在2011年3月18日成功進入繞行水星的橢圓軌道。信使號是在一个大椭圆轨道上以12小时为周期绕水星转动,距离水星表面最近时距离为200千米,最远则可达15,193千米。它轨道的最低点位于水星北纬60度的上空,之所以这样选择部分是为了能详细地研究巨大的卡洛里盆地。这个盆地直径1,550千米,是水星最大的表面特征。並在2011年3月29日獲得了第一張在軌道上的水星影像。探測器已經完成一年的製圖任務,現在正在進行預定在2013年完成的另一年延伸探測任務。除了繼續觀測水星和繪製地圖之外,信使號也將觀察2012年的太陽極大期
這項任務要釐清六個關鍵的問題:水星的高密度、地質歷史、磁場的本質、核的結構、兩極是否有冰?以及稀薄的大氣是如何形成的。為了達到這些目的,探測器攜帶了比水手10號的儀器解析度更高許多的影像成像設備,各式光譜儀測量地殼中元素的豐度,和磁強計等設備來測量帶電粒子的速度。詳細測量探測器在軌道速度上的微小變化,用來推斷水星內部構造的詳細資訊。

貝皮可倫坡號

俄國人計畫在2011年-2012年之間用聯盟火箭送出他們的飛船,飛船將在四年後到達水星,將會環繞軌道飛行,繪製地圖並且研究它的磁場。

成為人類殖民地的可能

在水星南北極的環形山是一個很有可能適合成為地球外人類殖民地的地方,因為那裏的溫度常年恆定(大約-200℃)。這是因為水星微弱的軸傾斜以及因為基本沒有大氣,所以有日光照射的部分的熱量很難擕帶至此,即使水星兩極較為淺的環形山底部也總是黑暗的。適當的人類活動將能加熱殖民地以達到一個舒適的溫度,相比週圍大部分區域來說,較低的環境溫度將能使散失的熱量更易處理。

關于水星的科幻

水星是科幻小說作者感興趣的題材。主題主要包括暴露在太陽輻射下的危險;停留在水星緩慢移動的晨昏圈(白天與夜晚之間的界綫)上被過度輻射所傷害的可能和獨裁政府(可能因為水星表面溫度很高的緣故)。

在文化中




波納提 (Guido Bonatti ) 1550年版的Liber astronomiae一書中的水星。
西洋占星學水星統領的星宮是雙子宮室女宮。也就是當水星在這些星宮時對這這兩個星宮的人影響最大
在天文學家於最近幾十年創建詳細的水星地圖之前,Solitudo Hermae Trismegisti (荒蕪的Hermes Trismegistus)被認為是水星的一大特色,覆蓋了行星1/4的東南象限。


墨丘利,是在古斯塔夫·霍爾斯特的音樂,行星組曲中運動的四棱使者





2.金星





金星(英語、拉丁語:Venus,天文符號:♀),在太陽系的八大行星中,是從太陽向外的第二顆行星,軌道公轉週期為224.7地球日,它沒有天然的衛星。它的名稱源自羅馬神話的愛與美的女神,維納斯,因此金星也称做维纳斯(Venus)。在中國古代稱為太白、明星或大囂,另外早晨出現在東方稱啟明,晚上出現在西方稱長庚。古希腊人称为阿佛洛狄忒,是希腊神话中爱与美的女神。金星的天文符号用维纳斯的梳妆镜来表示。 它在夜空中的亮度僅次於月球,是第二亮的天然天體,視星等可以達到 -4.7等,足以照射出影子,每45年或者73年才能在天空看見 例如2016年7月8日的晚上7-8時
       2051年7月8日的晚上7-8時。由於金星是在地球內側的內行星,它永遠不會遠離太陽運行:它的離日度最大值為47.8°。


金星是一顆類地行星,因為它的大小、質量、體積與到太陽的距離,均與地球相似,所以經常被稱為地球的姊妹星。然而,它在其它方面則明顯的與地球不同。它有著四顆類地行星中最濃厚的大氣層,其中超過96%都是二氧化碳,行星表面的大氣壓力是地球的92倍。表面的平均溫度高達735 K(462 °C;863 °F),是太陽系最熱的行星,比最靠近太陽的水星還要熱。金星沒有將吸收進入岩石的碳循環,似乎也沒有任何有機生物來吸收生物量的碳。金星被一層高反射、不透明的硫酸雲覆蓋著,阻擋了來自太空中,可能抵達表面的可見光。它在過去可能擁有海洋,並且跟外觀與地球極為相似,但是隨著失控的溫室效應導致溫度上升而全部蒸發掉了。水最有可能因為缺乏行星磁場而受到光致蛻變分解成,而自由氫一直被太陽風掃進星際空間 。金星表面是乾燥的荒漠景觀,點綴著定期被火山刷新的岩石。金星是太陽系的四顆類地行星之一,因為它的大小、質量、體積與到太陽的距離,均與地球相似,所以經常被稱為地球的姊妹或攣生兄弟。它的直徑是12,092公里(只比地球少 650公里),質量是地球的81.5%。但金星表面的狀況從根本上就與地球完全不同,由於其稠密的大氣層都是二氧化碳,金星大氣的質量96.5%是二氧化碳,其餘的3.5%是氮氣

軌道和自轉[编辑]


金星的軌道以平均1億800萬公里(0.72天文單位)距離繞著太陽,每224.65地球日公轉一周。金星(黃色軌跡)是從太陽算過來的第二顆行星,地球(藍色軌跡)繞行太陽的周期約是它的1.6倍,也就是大約365天。
金星以平均距離0.72 AU(108,000,000 km;67,000,000 mi)的軌道繞著太陽公轉,完成一圈的時間大約是224.65地球日。雖然所有行星的軌道都是橢圓的,但是金星的軌道最接近圓形離心率小於0.01。金星它位於地球和太陽的連線之間時,稱為下合(內合)。這時它比任何其他行星更最靠近地球,距離大約是4,100萬公里。它與地球的會合週期平均是584天。歸功於地球的軌道離心率衰減,這個最接近的距離將會以超過10,000年的週期改變。從1至5383年,有526次的距離會小於4,000萬公里;接下來的60,158年都會超過。
從地球的北極方向觀察,太陽系所有的行星都是以逆時針方向在軌道上運行。大多數行星的自轉方向也是逆時針的,但是金星不僅是以243地球日順時針的(稱為退行自轉)自轉,還是所有行星中轉得最慢的。因為它的自轉是如此緩慢,所以它極度的接近球形。金星的恆星日恆星日比金星的一年長(243相對於224.7地球日)。金星赤道的線速度為6.5 km/h(4.0 mph),而地球的則接近1,670 km/h(1,040 mph)。自從麥哲倫號太空船抵達金星之後,它的自轉週期已經延長了16 years。因為是退行的自轉,一個太陽日的長度明顯的短於恆星日,僅為116.75地球日(使得金星的太陽日短於水星太陽日的176個地球日)。一個金星年的長度是金星日(太陽日)的1.92倍。金星上的觀測者會看見太陽從西邊升起,然後從東邊落下;但實際上,由於不透明的雲層,在金星表面是看不見太陽的。
金星可能從太陽星雲中不同轉動週期和轉軸傾角的區域誕生,由於混沌的自旋和其它行星對其濃厚大氣的攝動潮汐效應,經過數十億年的影響才達到現在的狀況。金星的自轉週期可能代表其潮汐受到太陽引力的鎖定,由太陽熱在濃稠的金星大氣層中創造出金星大氣潮,使旋轉逐漸趨於緩慢。平均584天接近地球一次的會合週期,幾乎正好是金星5個太陽日的長度,但是與地球的自旋軌道共振已經不被採信了。
金星沒有天然的衛星,雖然目前有小行星2002 VE68維持著準衛星軌道的關係。此外,它還曾有過其它的準衛星:兩顆暫時共軌的小行星,2001 CK322012 XE133。在17世紀, 喬凡尼·卡西尼報告有一顆衛星環繞著金星,還將之命名為Neith,並且在其後的200 years還有斷斷續續的觀測報告,但大多數被確認只是鄰近的背景恆星。加州理工學院的Alex Alemi's和David Stevenson在2006年研究早期太陽系的模型顯示,在數十億年前的巨大撞擊事件中,至少曾為金星創造一顆衛星。大約1,000萬年後,依據他們的研究,另一個撞擊事件反轉了金星的自轉方向,造成金星的衛星逐漸螺旋向內,直到與金星撞擊而合併。如果稍後的撞擊創造出衛星,也會被以相同的方式吸收掉。缺乏衛星的另一種解釋是太陽強大的潮汐力,會使環繞內側類地行星的大型衛星軌道不穩定。
3.地球




地球(英语:Earth),是太陽系八大行星之一,按离太陽由近至远的次序排列为第行星,也是太阳系中直径质量密度最大的类地行星。住在地球上的人類又常稱呼地球為世界
地球是包括人類在內上百萬種生物棲地[2]。地球是目前人类所知宇宙中唯一存在生命的天体。根據放射性定年法計算結果和其他來源顯示,地球诞生于約45.4亿年前,而生命诞生於地球誕生後約十億年(距今約36億年)。从那以后,地球的生物圈改变了大气层和其他环境,使得需要氧气的生物得以诞生,也使得臭氧层形成。臭氧层与地球的磁场一起阻挡了来自宇宙的有害射线,保护了陆地上的生物[7]。地球的物理特性,和它的地质历史和轨道,使得地球上的生命能周期性地持续。人类预计15亿年内地球上仍将存在生命,直到太阳不断增加的亮度灭绝地球上的生物圈為止。
地球的表面被分成几个坚硬的板塊,它们以地质年代为周期在地球表面移动。地球表面大约71%是海洋,剩下的部分被分成岛屿。液态是所有已知的生命所必须的,但并不在其他太陽系內的星球表面存在。[a][b]地球的内部仍非常活跃,科學家推測地球的內部結構有一层很厚的地幔,一个液态外核和一个固态的内核
地球会与外层空间的其他天体相互作用,包括太阳和月球。当前,地球绕太阳公转一周所需的时间是自转周期的365.26倍,这段时间被叫做一恒星年,等于365.26太阳日[c]。地球的地轴与轨道平面垂线夹角是23.4°,从而产生了周期为1恒星年的四季变化。地球唯一的天然卫星——诞生于45.3亿年前的月球,造成了地球上的潮汐现象,稳定了地轴的倾角,并且减慢了地球的自转。大约38到41亿年前,后期重轰炸期的小行星撞击改变了月球表面环境。
地球的矿物和生物等资源维持了全球的70多亿人口。地球上的人类分成了约200个独立的主权国家,透过外交、旅游、贸易和战争相互联系。人类文明曾有过很多对于地球的观点,包括神创論、地平說、天圆地方、地球是宇宙中心等。歐洲人常稱地球為蓋婭,這個詞有「大地之母」的意思。
4.火星
火星(英語、拉丁語:Mars),是離太陽近的行星,為四顆類地行星之一。在英語中火星被稱為瑪爾斯(Mars,意思是戰神),古漢語中則因为它荧荧如,位置、亮度時常變動讓人無法捉摸而稱之為熒惑。火星在視覺上呈現為橘紅色是由其地表所廣泛分佈的氧化鐵造成的。無論是質量還是體積,在太陽系的八大行星中,火星比水星略大,為第二小的行星。火星的直徑約為地球的一半,自轉軸傾角、自轉週期則與地球相當,但繞太陽公轉一週則需花費約兩倍於地球的時間[3]英文裡前綴areo-即為火星。
在1965年水手4號首次飛掠火星之前,很多人猜測火星上有液態水,因為望遠鏡觀測到的明暗特徵猶如陸地和海洋,而一些細長條紋則被認為是灌溉用的運河。雖然之後證實細線並不存在,可能只是錯視,但火星已經證實有液態水,甚至生命火星快車號火星偵察軌道器的雷達資料顯示兩極和中緯度地表下存在大量的水冰。2008年7月31日,鳳凰號直接於表土之下證實水冰的存在。2013年9月26日,火星探測車好奇號發現火星土壤含有豐富水分,大約為1.5至 3重量百分比,顯示火星有足夠的水資源供給未來移民使用。2015年9月證實火星有間歇流動的液態水(液態鹽水)。
火星目前有四艘在軌運行的探測船,分別是火星奧德賽號、火星快車號火星偵察軌道器以及2014年9月22日抵达的MAVEN轨道器,數量是太陽系內除了地球以外最多的。地表還有很多火星車著陸器,包括兩台火星探測漫遊者精神號機會號,和最近結束任務的鳳凰號。根據觀測的證據,火星以前可能覆蓋大面積的水。亦觀察到最近十年內類似地下水湧出的現象。火星全球勘測者則觀察到南極冠有部份退縮。
火星有兩個天然衛星火衛一火衛二,形狀不規則,可能是捕獲的小行星。在地球,火星肉眼可見,亮度可達-2.9,只比金星月球太陽暗,但在大部分時間裡比木星暗。
   

火星生命

2000年,美国科学家在南极洲发现了一块火星陨石。这是一块碳酸盐陨石,后被编号为ALH84001美国国家航空航天局声称在这块陨石上发现了一些类似微體化石的结构,有人认为这可能是火星生命存在的证据,但也有人認為這只是自然生成的礦物晶體。直到2004年,争论的双方仍然没有任何一方占据上风。
有证据顯示火星曾比今日更适合生命存在,但生命在火星上到底是否真正存在过还没有确切的结论。某些研究者认为源自火星的ALH84001陨石有过去生命活动的证据,但这一看法至今尚未得到公认。另有反对的观点认为,自幾十亿年前产生以来,该陨石从未长期处于液态水存在的温度下(因而不会曾有生命活动)。
海盜号曾做实验检测火星土壤中可能存在的微生物。实验只分析了海盜号着陆点处的土壤并给出了阳性的结果,但随后即被许多科学家所否定,而这一结果也仍就处在争议之中。现存生物活动也是火星大气中存在微量甲烷的解释之一,但亦有其它与生命无关的解释。
人类若对外星殖民,由于火星的适宜条件(同其他行星相比,火星最像地球,而且距离相对较近),它将是人类的首选地点。
5.  小行星





愛神星(433 Eros)的近距離外貌,攝於2001年2月14日



小行星是太陽系内類似行星環繞太陽運動,但體積和質量比行星小得多的天體。至今為止在太陽系內一共已經發現了約127萬顆小行星,但這可能僅是所有小行星中的一小部分,只有少數這些小行星的直徑大於100公里。到1990年代為止最大的小行星是穀神星,但近年在古柏帶內發現的一些小行星的直徑比穀神星要大,比如2000年發現的伐樓拿(Varuna)的直徑為900公里,2002年發現的誇歐爾(Quaoar)直徑為1280公里,2004年發現的厄耳枯斯的直徑甚至可能達到1800公里。2003年發現的塞德娜(小行星90377)位於古柏帶以外,其直徑約為1500公里。
根據估計,小行星的數目應該有數百萬,詳見小行星列表,而最大型的小行星現在開始重新分類,被定義為矮行星

小行星研究的歷史


由左至右:灶神星(小行星4)、谷神星矮行星)、月球
1760年有人猜測太陽系內的行星離太陽的距離構成一個簡單的數位系列。按這個系列在火星木星之間有一個空隙,這兩顆行星之間也應該有一顆行星。18世紀末有許多人開始尋找這顆未被發現的行星。著名的提丟斯-波得定則就是其中一例。當時歐洲的天文學家們組織了世界上第一次國際性的科研專案,在哥達天文臺的領導下全天被分為24個區,歐洲的天文學家們有系統地在這24個區內搜索這顆被稱為“幽靈”的行星。但這個專案沒有任何成果。
1801年1月1日晚上,朱塞普·皮亞齊西西里島巴勒莫的天文臺內在金牛座裏發現了一顆在星圖上找不到的星。皮亞齊本人並沒有參加尋找“幽靈”的項目,但他聽說了這個項目,他懷疑他找到了“幽靈”,因此他在此後數日內繼續觀察這顆星。他將他的發現報告給哥達天文臺,但一開始他稱他找到了一顆彗星。此後皮亞齊生病了,無法繼續他的觀察。而他的發現報告用了很長時間才到達哥達,此時那顆星已經向太陽方向運動,無法再被找到了。
高斯此時發明了一種計算行星和彗星軌道的方法,用這種方法只需要幾個位置點就可以計算出一顆天體的軌道。高斯讀了皮亞齊的發現後就將這顆天體的位置計算出來送往哥達。奧伯斯于1801年12月31日晚重新發現了這顆星。後來它獲得了穀神星這個名字。1802年奧伯斯又發現了另一顆天體,他將它命名為智神星。1803年婚神星,1807年灶神星被發現。一直到1845年第五顆小行星義神星才被發現,但此後許多小行星被很快地發現了。到1890年為止已有約300顆已知的小行星了。
1890年攝影術進入天文學,為天文學的發展給予了巨大的推動。此前要發現一顆小行星天文學家必須長時間記錄每顆可疑的星的位置,比較它們與周圍星位置之間的變化。但在攝影底片上一顆相對於恒星運動的小行星在底片上拉出一條線,很容易就可以被確定。而且隨著底片的感光度的增強它們很快就比人眼要靈敏,即使比較暗的小行星也可以被發現。攝影術的引入使得被發現的小行星的數量增長巨大。1990年CCD攝影的技術被引入,加上電腦分析電子攝影的技術的完善使得更多的小行星在很短的時間裏被發現。今天已知的小行星的數量約達70萬。
一顆小行星的軌道被確定後,天文學家可以根據對它的亮度和反照率的分析來估計它的大小。為了分析一顆小行星的反照率一般天文學家既使用可見光也使用紅外線的測量。但這個方法還是比較不可靠的,因為每顆小行星的表面結構和成分都可能不同,因此對反照率的分析的錯誤往往比較大。
比較精確的資料可以使用雷達觀測來取得。天文學家使用射電望遠鏡作為高功率的發生器向小行星投射強無線電波。通過測量反射波到達的速度可以計算出小行星的距離。對其他資料(衍射資料)的分析可以推導出小行星的形狀和大小。此外,觀測小行星掩星也可以比較精確地推算小行星的大小。
現在也已經有一系列無人太空船在一些小行星的附近對它們進行過研究,1991年伽利略號在它飛往木星的路程上飛過小行星951,1993年飛過艾女星(小行星243)。會合-舒梅克號於1997年飛過小行星253並於2001年在愛神星(小行星433)登陸。1999年深太空1號在26公里遠處飛掠小行星9969。2002年星塵號在3300公里遠處飛掠小行星5535
6.  神星


穀神星(Ceres, 小行星序號:1 Ceres)是在火星木星軌道之間的主小行星帶最亮的天體。它的直徑大約是945公里(587英里),使它成為海王星軌道以內最大的小行星。在太陽系天體大小列表排名第35,是在海王星軌道內唯一被標示為矮行星的天體。穀神星由岩石和冰組成,估計它的質量佔整個主小行星帶的三分之一。穀神星也是主小行星帶唯一已知自身達到流體靜力平衡的天體。從地球看穀神星,它的視星等範圍在+6.7至+9.3之間,因此即使在最亮時,除非天空是非常的黑暗,否則依然是太暗淡而難以用肉眼直接看見。1801年1月1日意大利人朱塞普·皮亞齊巴勒莫首先發現了穀神星。最初被當成一顆行星,随着越來越多的小天體在相似的軌道上被發現,因此在1850年代被重分類為小行星。
穀神星顯示已經有區分岩石和冰的地函,並且在冰層之下可能留有液態水內部海洋[19][20]。表面可能是水冰和不同的水合物礦物,像是黏土碳酸鹽,的混合。在2014年1月,在穀神星的幾個地區都檢測到排放出的水蒸氣。這是出乎意料之外的,在主小行星帶的大天體床不會發出水蒸氣,因為這是彗星的特徵。
美國NASA的機器人曙光號在2015年3月6日進入繞行穀神星的軌道。從2015年1月,曙光號就以前所未見的高解析度傳回影像,顯示表面有著坑坑窪窪。兩個獨特的亮點(或高反照率特徵)出現在撞擊坑內(不同於早些時候哈伯太空望遠鏡在一個撞擊坑中觀測到的影像。);出現於2015年2月19日的影像,導致考慮可能有冰火山 [26][27][28]釋氣的發想。在2015年3月3日,NASA的一位發言人說,這些點符合含冰或鹽的反光物質,但不太可能是冰。在2015年5月11日,NASA釋放出高解析的影像,顯示不是一個或兩個點,實際上在高解析的影像上有好幾個。在2015年12月9日,NASA的科學家報導,穀神星的亮斑可能是一種類型的鹽類,特別是滷水,包括硫酸鎂硫酸水合物(MgSO4·6H2O);也發現這些斑點與富含氨的黏土相關聯。2015年10月,NASA釋出了由曙光號拍攝的真實色彩穀神星影像。

分類

穀神星的分類已經變更過不止一次,但還是有一些不同的意見。約翰·波德相信穀神星是在於火星和木星之間,距離太陽4億1,900萬公里(2.8天文單位)"失落的行星"。穀神星被賦予一個行星的符號,並且曾經在天文書籍和表中被歸類為行星(還有2 智神星、3 婚神星4 灶神星)達半個世紀。


前10大主帶小行星與月球大小的比較。穀神星在最左邊,以(1)標示著。
當其它的天體陸續在穀神星的附近被發現,這顯示穀神星代表著一類新的天體。在1802年,隨著2 智神星的發現,威廉·赫歇爾為這種天體創造了"小行星"("asteroid",意思是"像星狀")這個名詞,寫到:"它們像是小星星,即使用很好的望遠鏡也難以區別"[。作為第一顆被發現的這種天體,穀神星在現代的小行星序號系統被賦予了第1號。在1860年代,儘管對行星沒有精確的定義,也沒有明確的規範,像是穀神星這樣的小行星和行星之間存在的基本差異普遍的被接受。

顯示穀神星(左邊底部)、月球和地球的尺度。

灶神星、穀神星和愛神星大小的比較。
2006年,圍繞著冥王星是否能構成一顆行星的辯論,導致重新考慮穀神星是否要在改敘為一顆行星。之前提交給國際天文學聯合會行星定義是這樣界定行星的:(a)具有足夠的質量,其自身的重力可以克服鋼性力,而達到流體靜力平衡(接近球體)的形狀;而且(b)在繞行一顆恆星的軌道上,既不是顆恆星,也不是一顆行星的衛星。這項提議如果通過,就會造成穀神星是從太陽算過來的第五顆行星。然而,這並沒有發生,在2006年8月24日通過的是修正案,要成為一顆行星,還額外的要求"清除圍繞在軌道附近的小天體。根據這樣的定義,穀神星不是一顆行星,因為它不能支配它的軌道,而與成千上萬顆的其它小行星共用主小行星帶,並且只擁有帶中大約三分之一的質量。符合原始議案,但不符合修正案的天體,像是穀神星,被重分類為矮行星
穀神星是主小行星帶中最大的天體。有時它被假設已經被重分類為矮行星,因此不再被認為是一顆小行星。例如,在space.com新上傳的資料就稱智神星是最大的小行星,穀神星以前是一顆小行星 。有鑑於國際天文學聯合會的問題與回答公告狀態:"穀神星(或許我們現在說它是)是最大的小行星",然後它說"其它小行星"會穿越穀神星的路徑,這隱含著穀神星依然被認為是顆小行星[56]小行星中心注意到這個天體可能有雙重名稱。國際天文學聯合會在2006年將穀神星列為矮行星,但從未解決它是不是小行星的問題。事實上,在2006年之前國際天文學聯合會從未在任何場合定義"小行星"這個名詞,而在2006年之後寧可使用"太陽系小天體"和"矮行星"這兩個名詞。Lang在2011年評論:"國際天文學聯合會添加新的名詞給穀神星,把它列為一顆矮行星。……依據它的定義,鬩神星妊神星鳥神星冥王星,以及最大的小行星,穀神星,都是矮行星",並且在其它介紹它是"矮行星,第一號小行星穀神星"。NASA繼續指稱穀神星是一顆小行星,並置入各種學術教科書。
天文學裏也存在著小行星帶彗星這種雙重身份的天體,因此也不排除一顆矮行星可以有其它的名稱。

軌道[编辑]

穀神星的固有(長期平均)軌道要素相較於吻切(瞬時)軌道根數
元素
類型
a
AU
ei週期
(日)
固有[5]2.76710.1161989.6474351,681.60
吻切[4]
(曆元:2010年7月23日 )
2.76530.07913810.5868211,679.66
差異0.00180.037060.9393861.94

穀神星的軌道
穀神星的軌道在火星和木星之間的主小行星帶內,其週期為4.6地球年[4]。軌道有著適度的傾斜(i = 10.6°,相較於水星的7°和冥王星的17°)和適度的離心率e = 0.08,相較之下火星是0.09)。
圖說是穀神星的軌道(藍色)和幾顆行星的軌道(白色和灰色)。在黃道下方的軌道用較暗的顏色繪製,橙色的加號標示的是太陽的位置。最上面左側的圖是從天球北極上方的鳥瞰圖,顯示穀神星在火星和木星之間位置的差距。右上角是一個特寫,顯示火星和穀神星的近日點(q)和遠日點(Q)。在這張圖中(但一般不會這樣)火星的近日點和穀神星等幾顆較大的小行星,包括2智神星與10健神星,分列在太陽的兩側。底下的圖是側視圖,顯示穀神星相對於火星的軌道傾角。
穀神星曾被認為是小行星家族的成員之一。這個小行星家族共享相似的固有軌道要素,這表示它們可能有著共同的起源,在過去的某一時間碰撞而形成。後來發現穀神星的光譜性質與家族的其他成員不同,現在這個家族已經依據序號最小的1272 吉菲昂(1272 Gefion)重新命名為吉菲昂族。穀神星似乎只是這個家族的闖入者巧合的有著相似的軌道要素,但沒有共同的起源。
穀神星的自轉週期是(穀神星日)9小時4分鐘。
穀神星與智神星有著近乎1:1的軌道共振(固有的軌道週期相差只有0.2%)。然而,因為它們的質量太小,相隔的距離又很遙遠,兩者不太可能有真正的共振,這類小行星之間的關係是非常罕見的。不過,穀神星還是能夠暫時捕捉到一些有著1:1共振的其它小行星(時間達200萬年或更長);以經證實有50顆這種的小行星。


7.木星

  木星是太陽系太陽向外的第五顆行星,並且是最大的行星。它是顆巨行星質量是太陽的千分之一,但卻是太陽系其他行星質量總和的2.5倍。木星和土星氣體巨星天王星海王星冰星)。
古代的天文學家就已經知道這顆行星 羅馬人以他們的稱這顆行星為朱庇特。古代中國則稱木星為歲星,取其繞行天球一周為12年,與地支相同之故。
從地球看木星,它的視星等可以達到 -2.94等,已經可以照出陰影,並使它成為繼月球金星之後,是夜空平均第三亮的天體(火星在其軌道的特定點上時能短暫與木星的亮度相比。)。
木星的主要成分是,但只佔十分之一分子數量的,卻佔了總質量的四分之一;它可能有岩石的核心和重元素,但是像其他的巨行星一樣,木星沒有可以明確界定的固體表面。由於快速地自轉,木星的外觀呈現扁球體(赤道附近有輕微但明顯可見的凸起)。外面的大氣層依緯度成不同的區與帶,在彼此的交界處有湍流和風暴作用著。最顯著的例子就是大紅斑,已知是在17世紀第一次被望遠鏡見到,持續至今未曾停歇過的巨大風暴。環繞著木星的還有微弱的行星環和強大的磁層,包括4顆1610年發現的伽利略衛星,木星至少有67顆衛星。佳利美德是其中最大的一顆,其直徑大於行星中的水星
木星至今已有數艘無人太空船前往探勘,包括早期的先鋒計劃與航海家計畫探索任務,以及後期的伽利略號。最近一次則是2007年2月底、目標冥王星的新視野號太空船。新視野號並藉由木星的重力助推做加速。未來有關木星系統的探索計畫仍持續推動著,目標包括木衛二可能存在的覆冰液態海洋
迄今已有數艘無人太空船前往木星探勘,最值得注意的是早期飛掠任務的先鋒號航海家計畫,和後期的伽利略號。最近拜訪木星的是鎖定冥王星新視野號太空船,在2007年2月28日最接近木星,並借助木星的加速前往冥王星。最新访问这个行星的探测器是朱诺号,于2016年7月4日进入环绕木星的轨道。未來仍將繼續探測木星系統,包括可能被冰覆蓋著可能有液態海洋的歐羅巴。                                                                                                                                                                                                                            

質量和大小                                                                                                                          木星的質量是太陽系其他行星質量總和的2.5倍,由於它的質量是是如此巨大,因此太陽系的質心落在太陽的太陽表面之外,距離太陽中心1.068太陽半徑。雖然木星的直徑是地球的11倍,非常巨大,但是它的密度很低,所以木星的體積是地球的1,321倍,但質量只是地球的318倍。木星的半徑是太陽半徑的十分之一,質量是太陽質量的千分之一,所以兩者的密度是相似的。"木星質量"(MJ或MJup)通常被做為描述其它天體,特別是系外行星棕矮星,的質量單位。因此,例如系外行星HD 209458 b的質量是0.69MJup,而仙女座κb的質量是12.8MJup

理論模型顯示如果木星的質量比現在更大,而不是僅有目前的質量,它將會繼續收縮。質量上的些許改變,不會讓木星的半徑有明顯的變化,大約要在500地球質量(1.6MJup)才會有明顯的改變。儘管隨著質量的增加,內部會因為壓力的增加而縮小體積。結果是,木星被認為是一顆幾乎達到了行星結構和演化史所能決定的最大半徑。隨著質量的增加,收縮的過程會繼續下去,直到達到可察覺的恆星形成質量,大約是50MJup的高質量棕矮星
然而,需要75倍的木星質量才能使氫穩定的融合成為一顆恆星。最小的紅矮星,半徑大約只是木星的30% 。儘管如此,木星仍然散發出更多的能量。它接受來自太陽的能量,而內部產生的能量也幾乎和接受自太陽的總能量相等這些額外的熱量是由開爾文-亥姆霍茲機制通過收縮產生的。這個過程造成木星每年縮小約2公分。當木星形成的時候,它比現在熱,直徑大約是現在的2倍。                                                                                                                                                                                                                           

軌道和自轉[编辑]


木星(紅色)每11.8個地球年環繞太陽(在中心)運轉一圈。地球的軌道是藍色的
木星是行星中唯一与太阳的質心位於太陽本體之外的,但也只在太陽半徑之外7%。木星至太陽的平均距離是7億7800萬公里(大約是地球至太陽距離的5.2倍,或5.2天文單位),公轉太陽一週要11.8地球年。這是土星公轉週期的五分之二,也就是說太陽系最大的兩顆行星之間形成5:2的共振軌道週期。木星的橢圓軌道相對於地球軌道傾斜1.31°,因為離心率0.048,因此近日點遠日點的距離相差7,500萬公里。木星的軌道傾角相較於地球和火星非常小,只有3.13°,因此沒有明顯的季節變化。
木星的自轉是太陽系所有行星中最快的,對其完成一次旋轉的時間少於10小時;這造成的赤道隆起,在地球以業餘的小望遠鏡就可以很容易看出來。這顆行星是顆扁球體,意思是他的赤道直徑比兩極之間的直徑長。木星的赤道直徑比通過兩極的直徑長9,275 km(5,763 mi)。
因為木星不是固體,他的上層大氣有著較差自轉。木星極區大氣層的自轉週期比赤道的長約5分鐘,有三個系統做為參考框架,特別是在描繪大氣運動的特徵。系統I適用於緯度10°N至10°S的範圍,是最短的9h50m30.0s。系統II適用於從南至北所有的緯度,它的週期是9h55m40.6s。系統III最早是電波天文學定義的,對應於行星磁層的自轉,它的週期是木星的官方週期 。                                                                                                                                                                       
 8.   土星
土星,為太陽系八大行星之一,至太阳距离(由近到远)位於第六、体积則僅次於木星。並與木星、天王星海王星同属氣體(類木)巨星。古代中国亦称之镇星填星
土星是中国古代人根据五行学说结合肉眼观测到的土星的颜色黄色)来命名的(按照五行学说即木、金、火、水、土黄)。而其他语言中土星的名称基本上来自希臘/羅馬神話传说,例如在欧美各主要语言(英语法语西班牙语俄语葡萄牙语德语意大利语等)中土星的名称来自于羅馬神話中的农业神萨图尔努斯拉丁文Saturnus),其他的还有希臘神話中的克洛諾斯泰坦族,宙斯的父親,一说其在罗马神话中即萨图尔努斯)、巴比倫神话中的尼努尔塔印度神话中的沙尼。土星的天文学符號是代表农神萨图尔努斯的鐮刀Unicode)。
土星主要由組成,還有少量的與微痕元素[10],內部的核心包括岩石,外圍由數層金屬氫和氣體包覆著。最外層的大氣層在外观上通常情况下都是平淡的,雖然有时会有長时间存在的特徵出現。土星的風速高達1,800公里/時,明顯的比木星上的風快速。土星的行星磁場強度介於地球和更強的木星之間。
土星有一個顯著的環系統,主要的成分是的微粒和較少數的岩石殘骸以及塵土。已經確認的土星的衛星有62顆。其中,土卫六是土星系統中最大和太陽系中第二大的衛星(半徑2575KM,太陽系最大的衞星是木星的木衛三,半徑2634KM),比行星中的水星還要大;並且土卫六是唯一擁有明顯大氣層的衛星 

物理特性



土星和地球大小的概略比較。
由於其低密度、高速自轉和流體的可變性,土星的外形呈现为一個橢球體,也就是極軸相对扁平而赤道相对突出,它的赤道直径和两极直径之比相差大约10%(前者120,536公里,後者108,728公里)[1]。其它氣體行星雖然也是橢球體,但突出程度都較小。雖然土星核心的密度遠高於水,但由於存在较厚的大氣層,土星仍是太陽系中唯一密度低於水的行星,它的比重是0.69 公克/公分³。土星的質量是地球的95倍[1],相較之下木星質量是地球的318倍[12],但直徑只比土星大約20%[13]木星和土星一起在太陽系持有總行星質量的92%。[14]

內部構造[编辑]

土星被稱為氣態行星,但它並不完全是氣態的。行星主要包括氫氣,在密度為0.01 g/cm3以上時氫氣變成了非理想液體。此密度被達到在包含99.9%土星質量的半徑。从行星內部直到的核心的溫度,壓力和密度全都是穩步上升,使在行星的更深層導致氫氣轉變成金屬。
雖然只有少量的直接資料,但標準的行星模型表明,土星的內部結構仍被認為與木星相似,即有一個被包圍著的小核心。岩石核心的構成與地球相似但密度更高。在核心之上,有更厚的液體金屬氫層,然後是數層的液態氫和氦層,在最外層是厚達1,000 公里的大氣層,也存在著各種型態冰的蹤跡。估計核心區域的質量大約是地球質量的9–22倍。
土星有非常熱的內部,核心的溫度高達11 700 °C,並且輻射至太空中的能量是它接受來自太陽的能量的2.5倍。大部分能量是由缓慢的重力压缩(克赫歷程)产生,但这还不能充分解释土星的热能制造过程。額外的热能可能由另一种机制產生:在土星内部深处,液态的液滴如雨般穿过较轻的氢,在此过程中不断地通过摩擦而产生热。
    

軌道和自轉


六邊型風暴特徵的動畫
土星和太陽的平均距離超過了1 400 000 000 公里(9天文單位),軌道上运行的平均速度是9.69 公里/秒[1],所以土星上的一年(即土星繞太陽公轉一周)相当于10 759个地球日(或是28.5地球年)。土星的橢圓軌道相對於地球軌道平面的傾角為2.48°,因為離心率為0.056,因此土星與太陽在近日點遠日點(行星在軌道路徑上與太陽最近和最遠的兩個點)之間的距離變化大約為155 000 000 公里。
土星可見的特徵(如六邊型風暴)的自轉速率根據所在緯度的不同而有所不同,各个的區域的自轉周期如下:“系統I”的週期是10 h 14 min 00 s(844.3°/d),包含的是赤道區域,從南赤道帶的北緣延伸至北赤道帶的南緣;其他的緯度都屬於週期為10 h 39 min 24 s(810.76°/d)的“系統II”;基于航海家飛越土星時發現的無線電波,“系統III”的週期為10 h 39 min 22.4 s(810.8°/d);因為與系統II非常接近,它可以很大程度上替代系統II。
然而,精確的內部周期仍然未能確定。卡西尼太空船在2004年接近土星時,發現無線電的週期又有可察覺的增加,达到10 h 45 m 45 s(± 36 s)。造成變化的原因仍不清楚,但这种变化被认为是由于無線電的来源在土星內部不同的緯度上运动而改变了自轉週期,而不是出自土星本身自轉週期上的變化。
而後,在2007年,無線電发射被發現沒有跟隨著行星一起旋转,而可能是由等离子体圓盤的對流造成的,它也與除了行星的自轉之外的其他因素有關。有报道指出,这种測量到的自轉週期的變化也許是由土星衛星土衛二上的噴泉活動造成的。由這種活動而散佈進入土星軌道的水蒸氣被电离,从而影响了土星的磁場,使得磁場的旋转速度相對於土星的自轉被稍稍降低。目前還沒有方法可以直接測定土星核心的自轉速率
在2007年9月的報告中,根據各種測量结果(包括卡西尼航海家先鋒號的報告)綜合而得的對土星自轉的最後估計值是10小時32分35秒  


9.  天王星 



                                                 
天王星是從太陽系由内向外的第七顆行星,其體積在太陽系排名第三(比海王星大),質量排名第四(比海王星輕)。其英文名稱Uranus來自古希臘神話的天空之神烏拉諾斯Οὐρανός),是克洛諾斯父親宙斯祖父。与在古代就为人们所知的五顆行星(水星金星火星木星土星)相比,天王星的亮度也是肉眼可見的,但由於較為黯淡以及緩慢的繞行速度而未被古代的觀測者认定为一颗行星。直到1781年3月13日,威廉·赫歇耳爵士宣布發現天王星,从而在太陽系的現代史上首度擴展了已知的界限。這也是第一顆使用望遠鏡發現的行星。
天王星和海王星的內部和大氣構成不同於更巨大的氣體巨星木星土星。同樣的,天文學家設立了不同的「冰巨行星」分類來安置她們。天王星大氣的主要成分是,還包含較高比例的由甲烷等結成的「冰」,與可以探测到的碳氫化合物。天王星是太陽系內大气层最冷的行星,最低溫度只有49K(−224)。其外部的大气层具有複杂的雲層結構,水在最低的雲層內,而甲烷組成最高處的雲層。相比较而言,天王星的内部则是由冰和岩石所构成。
如同其他的巨行星,天王星也有環系統磁層和許多衛星。天王星的環系統在行星中非常獨特,因為它的自轉軸斜向一邊,幾乎就躺在公轉太陽的軌道平面上,因而南極和北極也躺在其他行星的赤道位置上。從地球看,天王星的環像是環繞著標靶的圓環,它的衛星則像環繞著的指針(雖然在2007年與2008年該環看來近乎水平)。在1986年,來自太空探测器航海家2號的影像资料顯示天王星實際上是一顆平平無奇的行星,在其可見光的影像中沒有出现像在其他巨行星所擁有的雲彩或風暴。然而,近年內,隨著天王星接近晝夜平分點,地球上的觀測者发现天王星有季節變化的迹象和漸增的天氣活動。天王星上的風速可以達到每秒250公尺。
在西方文化中,天王星是太陽系中唯一以希臘神祇命名的行星,其他行星都依照羅馬神祇命名。                                                                                                                                                                         

軌道和自轉


哈伯太空望遠鏡的天王星影像,可以看見雲帶、環和一些衛星。
天王星每84個地球年環繞太陽公轉一週,與太陽的平均距離大約30億公里,行星上陽光的強度只有地球的1/400。它的軌道参数在1783年首度被拉普拉斯計算出來,但隨著時間,預測和觀測的位置開始出現誤差。在1841年约翰·柯西·亚当斯首先提出誤差也許可以歸結於一顆尚未被看見的行星的引力作用的结果。在1845年,勒维耶開始獨立地進行天王星軌道的研究;1846年9月23日,迦雷在勒维耶預測位置的附近發現了一顆新行星,稍後被命名為海王星
天王星內部的自轉週期是17小時又14分,但和所有巨行星一樣,其上部的大氣層朝自轉的方向可以产生非常強的風。實際上,在有些緯度,像是從赤道到南極的2/3路徑上,可以看見移動得非常迅速的大氣,靠近南極地區的風速高達720公里/小時,只要14個小時就能完整的环绕行星一週。

內部結構


地球和天王星大小的比較。
天王星的質量大約是地球的14.5倍,是類木行星中質量最小的,它的密度是1.29公克/公分³只比土星高一些。直徑雖然與海王星相似(大約是地球的4倍),但質量較低。這些數值顯示它主要由各種各樣揮發性物質,例如甲烷組成。天王星內部冰的總含量還无法精確的知道,根據選擇模型的不同而有不同的结果,但是總是在地球質量的9.3至13.5倍之間。在全體中只佔很小的部份,大約在0.5至1.5地球質量。剩餘的質量(0.5至3.7地球質量)才是岩石物質。
天王星的標準模型結構包括三個層面:在中心是岩石的,中間是冰的地函,最外面是/組成的外殼。相較之下核非常的小,只有0.55地球質量,半徑不到天王星的20%;地函則是個龐然大物,質量大約是地球的13.4倍;而最外層的大氣層則相對不明確,大約佔有剩餘20%的半徑,但質量大約只有地球的0.5倍。天王星核的密度大約是9公克/公分³,在核和地函交界處的壓力是8百萬和大約5,000K的溫度。冰的地函實際上並不是由一般意义上所謂的冰組成,而是由水、氨和其他揮發性物質組成的熱且稠密的流體。這些流體有高導電性,有時被稱為水-氨的海洋。天王星和海王星的大塊結構與木星和土星相當的不同,冰的成分超越氣體,因此有理由將它們分開另成一類為冰巨星
上面所考慮的模型或多或少都是標準的,但不是唯一的,其他的模型也能滿足觀測的結果。例如,如果大量的氫和岩石混合在地函中,則冰的總量就會減少,並且相對的岩石和氫的總量就會提高;目前可利用的數據還不足以讓人们確認哪一種模型才是正確的。天王星內部的流體結構意味著沒有固體表面,氣體的大氣層是逐漸轉變成內部的液體層內。但是,為便於扁球體的轉動,在大氣壓力達到1之處被定義和考慮為行星的表面時,它的赤道和極的半徑分別是25,559±4和24,973±20公里。 這樣的表面將做為這篇文章中高度的零點。                                                                                                                                                                   

轉軸傾斜

天王星的自轉軸可以說是躺在軌道平面上的,傾斜的角度高達97.77275°,這使它的季節變化完全不同於其他的行星。其它行星的自轉軸相對於太陽系的軌道平面都是朝上的,天王星的轉動則像傾倒滚动的。當天王星在至點附近時,一個極點會持續的指向太陽,另一個極點則背向太陽。只有在赤道附近狹窄的區域內可以體會到迅速的日夜交替,但太陽的位置非常的低,有如在地球的極區。運行到軌道的另一側時,換成軸的另一極指向太陽;每一個極都會有被太陽持續的照射42年的极昼,而在另外42年則处于极夜。在接近分點時,太陽正對著天王星的赤道,天王星的日夜交替會和其他的行星相似。在2007年12月7日,天王星經過了晝夜平分點。
北半球南半球
冬至1902年, 1986年夏至
春分1923年, 2007年秋分
夏至1944年, 2028年冬至
秋分1965年, 2049年春分
這種軸的指向帶來的一個結果是,在一年之中,天王星的極區得到來自於太陽的能量多於赤道,不過,天王星的赤道依然比極區熱。導致這種結果的機制仍然未知;天王星異常的轉軸傾斜原因也不知道,但是通常的猜想是在太陽系形成的時候,一顆地球大小的原行星撞擊到天王星,造成的指向的歪斜。在1986年,航海家2號飛掠時,天王星的南極幾乎正對著太陽。標記這個極是南極是基於國際天文聯合會的定義:行星或衛星的北極,是指向太陽系不變平面的上方(不是由自轉的方向來決定)。但是,仍然有不同的協定被使用著:一個天體依據右手定則所定義的自轉方向來決定北極和南極。根據後者的座標系,1986年在陽光下的極則是北極。

  
10.    海王星  




                                                                                                                                         
  海王星太陽系八大行星中距离太阳最远的,體積是太陽系第四大,但質量排名是第三。海王星的質量大約是地球的17倍,而類似雙胞胎的天王星因密度較低,質量大約是地球的14倍。海王星以羅馬神話中的尼普顿(Neptunus)命名,因為尼普顿是海神,所以中文譯為海王星。天文學的符號Astronomical symbol for Neptune.,是希臘神話的海神波塞頓使用的三叉戟
作爲一個冰巨行星,海王星的大氣層為主,還有微量的甲烷。在大氣層中的甲烷,只是使行星呈現藍色的一部分原因。因為海王星的藍色比有同樣份量的天王星更為鮮豔,因此應該還有其他成分對海王星明顯的顏色有所貢獻。 海王星有太陽系最強烈的,測量到的風速高達每小時2,100公里。 1989年旅行者2號飛掠過海王星,對南半球的大黑斑和木星的大紅斑做了比較。海王星雲頂的溫度是-218 °C(55K),因為距離太陽最遠,是太陽系最冷的地區之一。海王星核心的溫度約為7,000 °C,可以和太陽的表面比較,也和大多數已知的行星相似。
海王星在1846年9月23日被發現, 是唯一利用數學預測而非有計畫的觀測發現的行星。天文學家利用天王星軌道的攝動推測出海王星的存在與可能的位置。迄今只有航海家2號曾經在1989年8月25日拜訪過海王星。2003年,美國國家航空暨太空總署提出有如卡西尼-惠更斯號科學水準的海王星軌道探測計畫,但不使用熱滋生反應提供電力的推進裝置;這項計畫由噴射推進實驗室加州理工學院一起完成。
  

轨道与自转


海王星的轨道周期(年)大约相当于164.79地球年。自从于1846年被发现至今,它只完成绕轨道转一整圈(以發現點作起點)。海王星于2011年7月12日回到绕日公转轨道上它被發現时的那个点。 由於地球处于其365.25天周期軌道的不同地点,届时我們看到的海王星并不会处在它被发现时在天空中的那个位置。從地球上观察,海王星冲日周期为367天,這些周期使它在2010年4月和7月以及2011年10月和11月接近1846年它被发现时的坐标。在2010年8月20日,海王星将于发现它的1846年中的同一天再度冲日。
海王星的自转周期(日)大约是15小时58分钟。由于它的自转轴倾角为28°,与地球(23.45°)相近,海王星日与地球日时间长度的不同与其漫长的年比起来就算不得什么了。      
 質量和結構


海王星和地球大小比較。
以其1.0243×1026 kg的质量,[2] 海王星是介于地球巨行星(指木星土星)之间的中等大小行星:它的质量既是地球质量的17倍,也是木星质量的1/18。因为它质量较典型类木行星小,而且密度、组成成份、内部结构也与类木行星有显著差别,海王星和天王星一起常常被归为类木行星的一个子类:冰巨星。在寻找太阳系外行星领域,海王星被用作一个通用代号,指所发现的有着类似海王星质量的系外行星, 就如同天文学家们常常说的那些系外“木星”。
海王星大气的主要成分是和有着较小比例的氦,此外还含有微蹤質量的甲烷。甲烷分子光谱的主要吸收带位于可见光谱红色端的600 纳米波长,大气中甲烷对红色端光的吸收使得海王星呈现蓝色色调。
因为轨道距离太阳很远,海王星从太阳得到的热量很少,所以海王星大气层顶端温度只有-218 °C(55 K),而由大气层顶端向内温度稳定上升。和天王星类似,星球内部热量的来源仍然是未知的,而结果却是显著的:作为太阳系最外側的行星,海王星内部能量却大到维持了太阳系所有行星系统中已知的最高速风暴。对其内部热源有几种解释,包括行星内核的放射热源,行星生成时吸积盘塌缩能量的散热,还有重力波平流圈界面的扰动。

海王星內部結構
海王星内部结构和天王星相似。行星核是一个质量大概不超过一个地球质量的由岩石和冰构成的混合体。海王星地幔总质量相当于10到15个地球质量,富含甲烷和其它成份作为行星学惯例,这种混合物被叫作,虽然其实是高度压缩的过热流体。这种高电导的流体通常也被叫作水-氨大洋。大气层包括大约从顶端向中心的10%到20%,高层大气主由80%氢和19%氦组成。甲烷,氨和水的含量随高度降低而增加。更内部大气底端温度更高,密度更大,进而逐渐和行星地幔的过热液体混为一体。海王星内核的压力是地球表面大气压的数百万倍。通过比较转速和扁率可知海王星的质量分布不如天王星集中。

氣候[编辑]



大黑斑(上面),滑行車(中間白色雲彩)和小黑斑(底部)。
在海王星和天王星之間的一個區別是典型氣象活動的水平。1986年當旅行者2号航天器飞经天王星时,该行星視覺上相當平淡,而在1989年旅行者2号飛越期間,海王星展现了著名的天氣現象。海王星的大氣有太陽系中的最高风速,据推测源于其內部熱流的推动,它的天氣特征是极为剧烈的風暴系統,其風速達到超音速速度直至大约 2,100 km/h。在赤道带區域,更加典型的风速能达到大约1,200 km/h。根據蒲福風級即目前世界氣象組織所建議的分級,地球風速最大為12級風,約 118 km/h。


旅行者2号所拍摄到的大黑斑。
1989年,美國航空航天局旅行者2号航天器發現了大黑斑,它是一個歐亞大陸大小的飓风系统。这个風暴類似木星上的大紅斑。然而在1994年11月2日, 哈勃太空望遠鏡在海王星上沒有看見大黑斑,反而在北半球发现了类似大黑斑的一場新的風暴。大黑斑失蹤的原因尚未知晓。一種可能的理論是来自行星核心的熱傳遞扰亂了大氣均衡并且打亂了現有的循環樣式。[來源請求] 滑行車(英文:Scooter)是位于大黑斑更南面的另一場風暴,是一组白色云团。1989年,當它在旅行者2号造访前的那几个月被发现时,就被命名了这个綽號:因为它比大黑斑移動得更快。隨後圖像顯示出还有比滑行車移動得更快的雲团。小黑斑是一場南部的颶風風暴,在1989旅行者2号访问期間强度排在第二位。它最初是完全黑暗的,但在"旅行者"接近过程中,一個明亮的核心逐渐形成,并且出现在大多数最高分辨率的圖像上。2007年又發現海王星的南極比其表面平均温度(大约为−200 °C)高出约10 °C。这样高出10 °C的温度足以把甲烷释放到太空,而在其它区域海王星的上层大氣層中甲烷是被凍结着的。这个相对热点的形成是因为海王星的轨道倾角使得其南極在过去的40年受到太阳光照射,而一海王星年相当于165地球年。 随着海王星慢慢地移近太陽,它南極將逐渐變暗,並且换成北極被太阳光照亮,这将使得甲烷释放区域从南极轉移到北極。

海王星在类木行星中的一个独有特点就是高层云彩在其下半透明的云基区域投下阴影。虽然海王星的大气远比天王星的活跃,它们都是由相同的气体和冰组成。天王星和海王星都不是木星和土星那种严格意义上的类木行星,而属于另一类的远日行星,即它们有一个较大的固体核而且还含有冰作为其组成成份。海王星表面温度非常低,1989年测到的顶端云层的温度低至-224 °C (49 K)。                                          

11.   矮行星


 矮行星(別稱中行星準行星侏儒行星)是具有行星級質量,但既不是行星,也不是衛星的太陽系天體。也就是說,它是直接環繞著太陽,並且自身的重力足以達成流體靜力平衡的形狀(通常是球體),但未能清除鄰近軌道上的其它小天體和物質
矮行星這個項目是國際天文學聯合會在2006年通過環繞太陽天體的三種分類定義的一部分,導致新增加了發現的比海王星離太陽更遠的天體,其大小足以和冥王星匹敵,並且最後質量過冥王星的天體,例如鬩神星。在國際天文學聯合會的行星定義上將矮行星排除在外,既有稱讚的也有批評的。天文學家麥克-布朗讚這是正確的決定,而他是鬩神星和其它新矮行星的發現者,但拒絕接受這樣定義的阿蘭·斯特恩(Alan Stern),卻是在1991年4月創造矮行星這個名詞的天文學家。
國際天文學聯合會(IAU)目前承認的矮行星有5顆:穀神星冥王星妊神星鳥神星、和鬩神星。布朗批評官方的認可:「一個理性的人可能會認為,太陽系裡面只有5顆符合IAU定義的已知矮行星,但這些理性的人將無從修正。」
在另一份有數百顆已知的天體列在其中的清單,被懷疑都是太陽系的矮行星,估計在完整的探索過整個古柏帶之後,可能會發現200顆矮行星,而在探索過古柏帶以外的區域後,矮行星的總數可能超過10,000顆。個別的科學家認定的還有一些,麥克-布朗在2011年8月發表的清單中,從幾乎可以肯定到有可能是矮行星,就有390顆候選天體。布朗目前標示的11顆已知天體 -除5顆是已經被IAU認可的之外,還有(225088) 2007 OR10創神星塞德娜亡神星(307261) 2002 MS4潫神星—是「幾乎可以確定」的,另外還有12顆是極有可能的。斯特恩也指出還有十多顆已知的矮行星。
然而,只有兩顆天體,穀神星和冥王星,有足夠詳細的觀測資料可以確定它們符合國際天文學聯合會的定義。國際天文學聯合會接受鬩神星是矮行星,是因為它比冥王星更大。他們附帶決議尚未命名的海王星外天體,它們的絕對星等必須大於 +1(這意味著假設幾何反照率 ≤ 1,直徑就必須≥838公里),就會據以假設是矮行星來命名。目前,只有鳥神星和妊神星是依據這個程序被承認是矮行星。國際天文學聯合會還沒有討論其它可能是矮行星天體的相關問題。
在其它行星系統的分類中,並未列出矮行星的特徵。  
           

矮行星和可能的矮行星


許多海王星外天體被認為有冰的核心,因此只要達到400公里的直徑 -質量大約也只是地球的3%s- 就能輕易的達到重力平衡的狀態 在2015年1月,大約有150顆已知的海王星外天體被認為可能是矮行星,不過都只是用這些天體粗略估計的直徑為依據。一個團隊研究了其中的30顆,認為在最終古柏帶將會有約200顆的矮行星,而在這之外的數量會數以千計。
國際天文學聯合會迄今只認證了5顆矮行星:穀神星、冥王星、鬩神星、妊神星和鳥神星。穀神星和冥王星是直接透過觀測認證的。鬩神星是因為它的質量比冥王星更多(經由新視野號的測量,顯示冥王星的直徑比鬩神星大),而妊神星和鳥神星是因為它們的絕對星等而獲得認證。以相對於太陽的距離,這5顆是: In relative distance from the Sun, the five are:
  1. 穀神星 ⚳ – 在1801年1月1日發現,比海王星早了45年。在被分類為小型星之前,有半個世紀之久它被當成行星。在2006年9月13日,國際天文學聯合會重新認定它是一顆矮行星。
  2. 冥王星 ♇ – 在1930年2月18日發現,長達76年的時間被視為一顆行星。在2006年8月24日被國際天文學聯合會重分類為矮行星。
  3. 妊神星 – 在2004年12月28日發現,國際天文學聯合會在2008年9月17日認可它是一顆矮行星。
  4. 鳥神星 – 在2005年3月31日發現,國際天文學聯合會在2008年7月11日認可它是一顆矮行星。
  5. 鬩神星 – 在2005年1月5日發現,在媒體報導中被稱為第10顆行星。國際天文學聯合會在2006年9月13日認可它是一顆矮行星。
邁克·布朗認為另外還有6顆海王星外天體幾乎肯定將是矮行星,它們的直徑接近或是超過900公里。這些天體是:
  1. 亡神星 –2004年2月17日發現。
  2. 2002 MS4 – 2002年6月18日發現。
  3. 潫神星 – 2004年9月22日發現。
  4. 創神星 – 2002年6月5日發現。
  5. 2007 OR10 – 2007年7月17日發現。
  6. 塞德娜 – 2003年11月14日發現。
貢薩洛·坦克雷迪(Gonzalo Tancredi)等人已建議IAU接受亡神星、塞德娜和創神星為矮行星。另外,坦克雷迪還把(20000) 伐羅那(28978) 伊克西翁2003 AZ842004 GV92002 AW197歸類為矮行星。布朗的清單中也列入了這些天體,但判斷為非常可能。延伸的矮行星候選表詳細的列出這兩位天文學家推薦的矮行星。
                                      經IAU確認的矮行星
軌道屬性[54]
名稱所在區域軌道半徑
AU
公轉週期
(年)
平均公轉速率(km/s)軌道傾角軌道離心率行星判別係數
穀神星小行星帶2.774.6017.88210.59°0.0790.33
冥王星凱伯帶冥族小天體,與海王星呈2:3共振)39.48248.094.66617.14°0.2490.077
妊神星凱伯帶(與海王星呈12:7共振)43.13283.2828.22°0.1950.020
鳥神星凱伯帶(傳統凱伯帶天體45.79309.94.41928.96°0.1590.02
鬩神星離散盤67.675573.43644.19°0.4420.10
物理屬性
名稱直徑
(相對月球
直徑
(km)
質量
(相對月球)
質量
(×1021 kg)
密度
(g/cm3
表面重力
m/s2
逃逸速度
(km/s)
轉軸傾角自轉週期
(天)
衛星表面溫度
K
大氣層H
穀神星27%9381.3%0.942.170.290.51≈ 3°0.3801673.3
冥王星68%2,372±217.8%13.051.870.581.2119.59°−6.39544季節性存在−0.8
妊神星≈ 36%1,240+69
−58
5.5%4.01±0.042.6–3.3 (?)0.440.840.16232±3 ?0.1
鳥神星41%1,430±14 ? ?> 1.4[55] ?0.321≈ 30[56]−0.3
鬩神星67%2,326±1222.7%16.72.5≈ 0.81.3≈ 1 (0.75–1.4)1≈ 42季節性存在?−1.2
                    其他由布朗和坦克雷迪列出的矮行星
軌道屬性[54]
名稱所在區域軌道半徑(AU公轉週期
(年)
平均軌道速度
(km/s)
軌道傾角軌道離心率行星判別係數
亡神星凱伯帶冥族小天體39.17245.1820.57°0.2270.003
2002 MS4凱伯帶(傳統凱伯帶天體)?41.931271.5317.693°0.14135
潫神星凱伯帶(傳統凱伯帶天體)?42.1889274.0323.9396°0.10312
創神星凱伯帶(傳統凱伯帶天體43.405285.978.00°0.0390.007–0.010
2007 OR10離散盤(與海王星呈10:3共振?)67.21550.9830.70°0.500 ?
塞德娜獨立天體518.57≈ 11,40011.93°0.853< 0.07
物理屬性
名稱直徑
(相對月球
直徑
(km)
質量
(相對月球)
質量
(×1021 kg)
密度
(g/cm3
表面重力
m/s2
逃逸速度
(km/s)
轉軸傾角自轉週期
(天)
衛星表面溫度
K
大氣層H
亡神星26%917±250.9%0.630.551< 442.2
2002 MS4≈ 27%934±47 ? ?0≈ 433.7
潫神星≈ 25%854±450.6%0.451.16+0.59
−0.36
0.2514.0
創神星32%1,110±51.8–2.0%1.4±0.10.741≈ 432.4
2007 OR10≈ 37%1,280±210 ? ?02.0
塞德娜≈ 30%995±80≈ 1.4%≈ 10.420≈ 121.5
灶神星,看似接近球體,在小行星帶中是繼穀神星之後質量最大的小行星。偏離球體的原因是在凝固之後大規模的撞擊,形成了雷亞希爾維亞盆地維納尼亞盆地兩個撞擊坑;此外,它三軸的尺寸也不符合流體靜力平衡。 崔頓被認為是遭到海王星捕獲的矮行星。菲比也是被捕獲的天體,像灶神星一樣,也沒有達到流體靜力平衡,但在其發展早期可能曾經處於流體靜力平衡狀態。
轨道

探測

在2015年3月6日,曙光號成為第一艘環繞穀神星的太空船,開始在軌道上探測這顆矮行星。在2015年7月14日,新視野號太空船飛掠過冥王星和它的五顆衛星。曙光號之前還先探測了灶神星;卡西尼號不久前也探測了菲比航海家2號也探測過崔頓。這三顆都被認為以前可能是矮行星,對它們的探測有助於研究矮行星的演變。

12.  柯伊伯带


柯伊伯带英语:Kuiper belt),又稱作倫納德-柯伊伯带,另譯庫柏帶古柏带,是位於太陽系海王星軌道(距離太陽約30天文单位)外側的黃道面附近、天體密集的圓盤狀區域。柯伊伯带的假說最先由愛爾蘭裔天文學家弗雷德里克·倫納德提出,十几年後杰拉德·柯伊伯證實了该观点。柯伊伯帶类似于小行星带,但大得多 - 它比小行星帶宽20倍且重20至200倍。如同主小行星帶,它主要包含小天体,或太阳系形成的遗迹。虽然大多数小行星主要是岩石和金属构成的,但大部分柯伊伯带天体在很大程度上由冷冻的挥发成分(称为“冰”),如甲烷组成。柯伊伯带至少有三顆矮行星冥王星妊神星,和鸟神星。一些太阳系中的衛星,如海王星的海卫一和土星的土卫九,也被认为起源于该区域。
柯伊伯带的位置處於距離太陽40至50天文单位低傾角的軌道上。該處過去一直被認為空無一物,是太陽系的盡頭所在。但事實上這裡滿佈着直徑從數公里到上千公里的冰封微行星。柯伊伯带的起源和確實結構尚未明確,目前的理論推測是其來源於太陽原行星盤上的碎片,這些碎片相互吸引碰撞,但最後只組成了微行星帶而非行星,太陽風和物質會在在此處減速。
柯伊伯带有时被误认为是太陽系的邊界,但太阳系还包括向外延伸两光年之远的奥尔特星云。柯伊伯带是短周期彗星的來源地,如哈雷彗星。自冥王星被發現以來,就有天文學家認為其應該被排除在太陽系的行星之外。由於冥王星的大小和柯伊伯带內大的小行星大小相近,20世紀末更有主張該其應被歸入柯伊伯带小行星的行列当中;而冥王星的卫星则應被當作是其伴星。2006年8月,国际天文学联合会將冥王星剔出行星類別,并和谷神星与新发现的阋神星一起归入新分类的矮行星
柯伊伯带不应该与假设的奥尔特云相混淆,后者比柯伊伯带遥远一千倍以上。柯伊伯带内的天体,连同离散盘的成员和任何潜在的奥尔特云天体被统称为海王星外天体(TNOs)。冥王星是在柯伊伯带中最大的天體,而第二大知名的海王星外天体,則是在离散盘阋神星

探测


柯伊伯带天体—新视野号可能的研究目标。(艺术家的概念图)
2006年1月19日,第一艘以探索柯伊伯带为任务的太空船新视野号发射升空。该任务是由美国西南研究院首席研究员艾伦·斯特恩所领导的一个团队提出。新视野号太空船已于2015年7月14日抵达了冥王星,如果条件允许,它将继续对另外尚未确定的柯伊伯带天体继续研究。任何选择的柯伊伯带天体将是40和90公里(25至55英里)的直径,在理想情况下是白色或灰色,与冥王星的偏红颜色有对比。
2014年10月15日,NASA宣布发现一些柯伊伯带天体,可能会成为新视野号的研究目标。                                                                                                                                                               

发现


冒纳凯阿火山顶部的望远镜阵列, 在这里“柯伊伯带”被发现。
1987年,当时在麻省理工学院工作的天文学家大卫·朱维特,对于“太阳系外围的明显空虚”越来越疑惑。他鼓励当时的研究生刘丽杏帮助他找到超越冥王星的轨道另一个天体,因为,他对她说,“如果我们不这样做,没有人会。”使用的在亚利桑那州基特峰国家天文台和在智利托洛洛山美洲际天文台的望远镜,朱维特和刘丽杏以与克莱德·汤博查尔斯·科瓦尔几乎相同的方式进行自己的搜索,进行比较。
最后,经过五年的搜索,于1992年8月30日,朱维特和刘丽杏宣布“发现候选的柯伊伯带天体”的小行星15760。半年后,他们在该区域又发现了第二个天体,(181708) 1993 FW

13.  冥王星

冥王星小行星序号134340 Pluto)是柯伊伯带中的矮行星。冥王星是第一颗被发现的柯伊伯带天体。冥王星是太阳系内已知体积最大、质量第二大的矮行星。在直接围绕太阳运行的天体中,冥王星体积排名第九,质量排名第十。冥王星是体积最大的海外天体,其质量仅次于位于离散盘中的阋神星。与其他柯伊伯带天体一样,冥王星主要由岩石和冰组成。冥王星相对较小,仅有月球质量的六分之一、月球体积的三分之一。冥王星的轨道离心率及倾角皆较高,近日点为30天文单位(44亿公里),远日点为49天文单位(74亿公里)。冥王星因此周期性进入海王星轨道内侧。海王星与冥王星因相互的轨道共振而不会碰撞。在冥王星距太阳的平均距离上阳光需要5.5小时到达冥王星。
1930年克莱德·汤博发现冥王星,并将其视为第九大行星。1992年后在柯伊伯带发现的一些质量与冥王星相若的冰制天体挑战冥王星的行星地位。2005年发现的阋神星质量甚至比冥王星质量多出27%,国际天文联合会(IAU)因此在翌年正式定义行星概念。新定义将冥王星排除行星范围,将其划为矮行星類冥矮行星)。
冥王星目前已知的卫星总共有五颗冥卫一冥卫二冥卫三冥卫四冥卫五。冥王星与冥卫一的共同质心不在任何一天体内部,因此有时被视为一联星系统。IAU并没有正式定义矮行星联星,因此冥卫一仍被定义为于冥王星的卫星。
2015年7月14日新视野号探测器成为首架飞掠冥王星的宇宙飞船。在飞掠的过程中,新视野号对冥王星及其卫星进行细致的观测。

发现


克莱德·汤博于堪萨斯
十九世纪四十年代奥本·勒维耶通过经典力学分析天王星轨道的摄动后预测海王星的位置。十九世纪末天文学家根据对海王星的观察推测有其他行星摄动天王星轨道。
1894年富有的波士顿帕西瓦尔·罗威尔创立罗威尔天文台;1906年罗威尔开始搜索可能存在的第九大行星——X行星。1909年罗威尔和威廉·亨利·皮克林提出若干该天体可能处于的天球坐标。此项搜索一直持续到1916年罗威尔逝世为止,但是没有任何成果。1915年3月19日的巡天已拍摄到两张带有模糊的冥王星图像的照片,但是这些图像并没有被正确辨认出来。已知的此类前向重建照片还有15张,最早可追溯至叶凯士天文台于1909年8月20日拍摄的照片。
罗威尔的遗孀康斯坦斯·罗威尔为取得其夫遗产与天文台展开十年诉讼,对X行星的搜索因由此直至1929年才恢复。时任天文台主管维斯托·斯里弗在看到克莱德·汤博的天文绘图样品后将搜索X行星的任务交与汤博。
汤博的任务是系统地成对拍摄夜空照片、分析每对照片中位置变化的天体。汤博借助闪烁比对器快速调换感光干板搜索天体的位置变化或外观变化。1930年2月18日汤博在经历近一年的搜索后在当年1月23日与1月29日拍摄的照片中发现一可能移动的天体。1月21日的一张质量不佳的照片确认该天体的运动。在天文台进一步拍摄验证照片后,发现第九大行星的消息与1930年3月13日由电报发往哈佛大学天文台

被驳倒的X行星

冥王星质量的估计值
年份质量估算者
19311地球尼克尔森梅奥尔
19480.1(1/10)地球柯伊伯
19760.01(1/100)地球克鲁克香克、佩尔彻、莫里森
19780.002(1/500)地球克里斯蒂哈灵顿
20060.00218(1/459)地球布伊
自发现冥王星后人们就因其模糊图像怀疑冥王星不是罗威尔所设想的X行星。二十世纪以来冥王星质量的估计值在逐步缩小。
天文学家最初按照冥王星假定对天王星与海王星轨道的影响计算冥王星质量。1931年计算得出的冥王星质量和地球质量相若,1948年的进一步计算结果则接近火星质量。1976年夏威夷大学戴尔·克鲁克香克、卡尔·佩尔彻与莫里森首次计算出冥王星的反照率;计算得到的反照率与固态甲烷相似。冥王星因此比与相同尺寸的其他天体明亮,其大小不会超过地球质量的百分之一。(冥王星的反照率 比地球反射率大1.3–2.0倍)
1978年冥卫一的发现允许天文学家首次测量冥王星的质量。冥王星质量仅相当于地球质量的0.2%,不足以解释天王星的轨道扰动。随后罗伯特·萨顿·哈灵顿在内的诸多天文学家未能找到冥王星以外的X行星。1992年迈尔斯·斯坦迪什旅行者2号1989年飞掠海王星时所测数据重新计算海王星对天王星的引力作用。旅行者2号的数据将海王星质量的估计值降低0.5%,相当于一火星质量。重新计算的结果中天王星的轨道并没有异常,自此X行星也无存在的必要。现在大多数科学家同意罗威尔所定义的X行星并不存在。罗威尔曾在1915年预测X行星的位置接近于当时冥王星的位置。恩尼斯特·威廉·布朗在冥王星的发现后不久认为罗威尔的预测是个巧合,此看法至今仍受支持。

公转与自转






从黄道面上看冥王星轨道。此视角展示冥王星的高度倾斜轨道。
冥王星的轨道周期为248地球年。冥王星轨道与行星轨道有极大不同。行星轨道接近圆形、靠近黄道面。冥王星轨道高度倾斜(相对黄道面大于17°)、是高度偏心的椭圆轨道。冥王星因离心率高其轨道的一小部分比海王星轨道更接近太阳。冥王星-冥卫一系统的质心于1989年9月5日到达近日点,自1979年2月7日至2月11日该系统的质心比海王星更靠近太阳。
冥王星的轨道从长远看是混沌的。计算机模拟可以向前或向后预测数百万年内冥王星的位置。因冥王星会受太阳系内细微因素的影响改变轨道,超过李雅普诺夫时间(一千万年到两千万年)后的预测不确定性大。

与海王星的关系


从极面看冥王星轨道。此视角显示冥王星的轨道(红色)比海王星轨道(蓝色)离心率更高、冥王星有时比海王星更靠近太阳。深色部分表示该段轨道穿过黄道面进入黄道下方。
从极面上看冥王星的轨道穿过海王星轨道,但是这两个天体由于以下原因不会靠近或碰撞。
冥王星轨道与海王星轨道并没有交点。从极面上看冥王星与海王星的距离在冥王星处于近日点时最近,但此时冥王星因与海王星轨道相隔8天文单位而不会产生碰撞。冥王星的升交点和降交点与海王星的对应交点相隔超过21°。
冥王星的轨道可受到其他行星的摄动拱点进动)而最终与海王星相撞。因此还有其他机制防止两颗天体相撞。其中最主要的机制是冥王星与海王星的2:3平均运动轨道共振:冥王星完成两次公转时,海王星完成三次公转。该过程以约五百年的周期周而复始。每个周期内当冥王星首次抵达近日点时,海王星位于冥王星后50°。在冥王星第二次抵达近日点时,海王星则在冥王星前方50°。因此冥王星与海王星的最近距离是17天文单位,大于冥王星与天王星的最近距离(11天文单位)。
冥王星与海王星之间的2:3共振非常稳定。该机制防止两颗天体改变相对位置,使其无法靠近对方。即便冥王星轨道与海王星轨道共面,两颗天体也不会相撞。

其他因素


冥王星与冥卫一相互旋转一周期。由新视野号于2014年7月19日到7月24日沿黄道面拍摄
数值研究显示冥王星和海王星的轨道在数百万年内没有太大变化。除2 : 3共振外主要有两个机制稳定冥王星与海王星的公转。
冥王星的近日点幅角古在机制在90°左右震荡,冥王星因此在近日点时距离黄道面最远。冥王星近日点幅角相对于海王星变化的幅度为38°,冥王星近日点因此与海王星轨道的角距离总不小于52°(90°–38°)。两颗天体的角距离大约每一万年达到最小值。
冥王星与海王星的升节点黄纬存在随着上述天平动存在共振,当两升节点黄纬相同时冥王星近日点恰好与升节点与太阳的连线成90°。(1:1超共振)所有的类木行星都促成该现象的产生。
冥王星近日点幅角的天秤动是由冥王星与海王星相互交换角速度而引起的,以两万年为周期。

自转

冥王星的自转周期约为6.39地球日。冥王星的自转轴与公转平面的夹角间隔120°,冥王星因此有着极端的季节变化;在至点时阳光持续照射冥王星表面的四分之一,另外四分之一则完全没有阳光照射。

地质

冥王星距离地球很远,从地球上对冥王星进行细致研究非常困难。因此在2015年7月14日新视野号飞掠冥王星系统前冥王星的诸多细节仍属于未知数。

表面


冥王星上甲烷水合物分布圖(2015年7月12日)
冥王星表面由超过98%的固态氮、微量甲烷、微量一氧化碳组成。冥王星朝向冥卫一的一面固态甲烷较多,向背的一面一氧化碳和氮较多。
冥王星表面颜色与亮度变化较大。冥王星是太阳系内最表面反差最大的天体之一,反差程度与土卫八相似。冥王星表面的颜色包括炭黑色、深橙色、白色。冥王星的颜色与木卫一的颜色接近,但是橙色稍多。外觀上看起來有一特別巨大、明亮的區域,被暱稱為「」,看起來也像布魯托

内部结构


理论上冥王星的内部结构
1. 固态氮
2. 水冰
3. 岩石
冥王星的密度为2.03±0.06 g/cm3。冥王星内部的岩石与表面冰层可通过放射元素衰变热分离,科学家因此判断冥王星内部结构应已分化:岩石构成的地心被冰构成地幔所包围。地心直径假设为1,700 公里左右,冥王星直径的70%。地核地幔之间可能有由放射衰变热产生的100到180公里左右的液态水层。






冥王星地質特徵的初步跡象(2015年7月9日)

大气层





冥王星大气层内的甲烷产生逆温现象:冥王星地表10公里上空的平均温度比地表高36开尔文。低层大气中的甲烷含量比高层大气高。
1987年冥王星南极长达120年的极夜结束,南极表面的固态氮开始升华。升华的固态氮导致冥王星2002年大气压比1988年大气压高。

卫星


       冥王星与其卫星大小和亮度的对比(艺术想象)                                          

哈勃太空天文望远镜于2012年7月拍摄的冥王星系统:冥王星、冥卫一、冥卫二冥卫三冥卫四冥卫五[116]

冥王星与其卫星大小和亮度的对比(艺术想象)[117]

冥王星有五个已知的天然卫星:1978年詹姆斯·克里斯蒂发现的冥卫一、2005年发现的冥卫二冥卫三[118]、2011年发现的冥卫四[119]、2012年发现的冥卫五。冥王星的卫星轨道都为圆形(离心率小于0.006)、与冥王星赤道共面(倾角小于1°)。[121][122] 冥王星的卫星与冥王星轨道平面的夹角因此为120°。冥王星系统非常紧凑,五颗卫星都处于稳定顺行轨道可能存在区域中最靠内的部分。[123]冥卫一离冥王星最近,其质量足以实现流体静力平衡。冥王星-冥卫一系统的质心在冥王星外。剩下的四颗卫星都位于冥卫一轨道外。
冥王星卫星的轨道都处于或接近轨道共振。[124][122]冥卫二、冥卫三、冥卫五的轨道周期比例在计入进动作用后为18:22:33。[122]冥卫一、冥卫二、冥卫三、冥卫四、冥卫五的轨道周期之比也接近1:3:4:5:6。[122][125]
冥王星-冥卫一系统的质心在中心星体外,此类系统在太阳系内部不多。(例如小行星617或太阳-木星系统)[126]一些天文学家据此将冥王星-冥卫一系统称为双矮行星[127]冥王星与冥卫一相互潮汐锁定[128]两天体沿质心公转的周期与各自自转周期相同。[88]2007年双子星天文台在冥卫一表面观察到氨水和水的晶体,暗示活跃冰火山的存在。[129]
一般认为冥王星的卫星由太阳系早期冥王星与较小天体碰撞产生的碎片聚集而成。[130] 然而冥卫四的反照度比其他卫星都低,[131]无法用撞击说解释。[132]

对冥王星的探索

美国国家航空暨太空總署在2006年1月19日發射無人探測船新视野号,對冥王星及柯伊伯带進行探索任務。
在制定这探索计划與发射探测器當時,冥王星是太阳系中唯一一个尚未有人造卫星探測器到訪的行星,但當探测器經過漫長的旅行成功到达目的地前,冥王星已於2006年8月24日被列為矮行星。當然,冥王星的等級劃分並不會真的影響到探索任務本身。新視野號在2015年7月14日到達冥王星10,000公里的距離,以進行觀測。在最接近冥王星時新視野號相對於冥王星的速度是13.78公里/秒,與卡倫的距離將接近至約27,000公里,但在飛行的過程中還可以修改這些參數。



14.   妊神星

妊神星是柯伊伯带的一颗矮行星正式名称(136108) Haumea。妊神星是太阳系的第四大矮行星,它的质量是冥王星质量的三分之一。[注 1]2004年,迈克尔·E·布朗领导的加州理工
学院团队在美国帕洛玛山天文台发现了该天体;2005年,奥尔蒂斯领导的团队在西班牙

华达山脉天文台亦发现了该天体,但后者的声明遭到质疑。2008年9月17日,国际天文联合会(IAU)将这颗天体定为矮行星,并以夏威夷生育之神哈乌美亚为其命名。

在所有的已知矮行星中,妊神星具有独特的极度形变。尽管人们尚未直接观测到它的形状,但由光变曲线计算的结果表明,妊神星呈椭球形,其长半轴是短半轴的两倍。尽管如此,据推算其自身重力仍足以维持流体静力平衡,因此符合矮行星的定义。天文学家认为,妊神星之所以具备形状伸长、罕见的高速自转、高密度和高反照率(因其结晶水冰的表面)这些特
点,是超级碰撞的结果;这让妊神星成为了碰撞家族中最大的成员,几颗大型的海王星外天体以及妊神星的两颗已知卫星亦是该家族的成员。


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