朋友們大家好,從今天開始,我們將為大家介紹我們所居住的太陽系。如果你對天文學還沒有了解,那麼通過本專欄的通俗講解,你將會跟我們一起步入天文的殿堂;如果你已經學過了一點天文學知識,那你也將能夠通過我們新角度的介紹,了解一些關於太陽系的有趣知識。
太陽系,顧名思義,是以太陽為主宰的宇宙系統,除了太陽之外還包括八大行星、矮行星、小行星、衛星、彗星以及無數小天體。
在太陽系中,太陽的質量佔據了總質量的99.86%,擁有著絕對的權威。由於萬有引力和質量成正比,因此太陽能夠將太陽系所有天體都籠絡在自己周圍,繞自己公轉(衛星除外)。而且,如此強大的質量,讓太陽的引力範圍遠遠超過了它本身的尺寸。目前的理論認為,太陽的引力範圍甚至可能已經延伸到了1.5光年以外,這個距離是它自身半徑的約690萬倍!
整個太陽系形成於大約46億年前,是從一片星雲中形成的。說起來,這片星雲是上一代恆星的產物,它所爆發出來的物質重新凝聚,形成了太陽系天體。你今天戴的首飾中的黃金,很可能是這顆恆星在超新星爆發中生成的。
大約在46億年前,太陽系所在的位置還是一片充斥著星際塵埃和氣體的空間,它們穩定地彌散在這裡,毫無波瀾。有一天,在靜電力的作用下,有極少數的物質靠在了一起,打破了平衡。根據萬有引力定律,這裡的質量增加會導致引力增加,從而通過引力吸引其他物質靠近。於是,就像滾雪球一樣,越來越多的物質靠在一起。當它突破一個極限的時候(這個數字將在木星一章介紹),核心處開始了核聚變,這就是太陽。
太陽的吸積過程並沒有停止,而是繼續吸引物質向自己下落。但與此同時它的輻射開始產生向外的推力,直到有一天,兩種力達到了平衡,太陽的生長到此結束。
不過,在太陽的周圍,也開始出現了不穩定的情況。太陽的出現不僅打破了自己範圍內的引力平衡,也讓方圓1.5光年以內的區域都出現了波動。在同樣的方式下,剩餘的物質也開始凝聚,最終形成了八大行星及其衛星,還有今天我們在太陽系內所看到的幾乎所有天體。
八大行星中,由靠近太陽由近到遠的距離依次是水星,金星,地球,火星,木星,土星,天王星和海王星,其中天王星和海王星都是通過望遠鏡發現的。根據行星組成成分的不同,天文學家把前四顆行星歸類為類地行星,後四顆行星歸類為類木行星。另外,如果再加以細分,木星和土星又可以歸類為氣體巨星,天王星和海王星又可以歸類為冰巨星。在這八顆行星中,金星和地球、木星和土星、天王星和海王星這三對行星,又因為體積、質量、組成成分的高度相似,被稱為太陽系的三對「雙胞胎」。
17世紀,著名的天文學家克卜勒根據當時的理論和對當時已知6顆行星的研究,提出了著名的行星三大定律,分別是:
橢圓定律:所有的行星都是沿著橢圓軌道繞太陽公轉,並且太陽位於其中一個焦點上;面積定律:行星和太陽之間做一條虛擬的線段,在行星公轉過程中,不論什麼位置,相同時間內掃過的面積相等;調和定律:任意兩顆行星繞太陽的公轉周期的平方和軌道半長軸的三次方成正比。克卜勒的行星三大定律是天文學研究的重要基礎,是當時的重要研究成果,也是今天高中物理學的重點課程。而且,這三大定律不僅適用於太陽系的行星,也適用於衛星,以及系外行星系統。
在太陽系中,除了衛星以外的所有天體都繞太陽公轉。但是,在銀河系中,太陽也要變成「小弟」繞著「大哥」公轉,這個「大哥」就是銀河系的中心。銀河系的中心有一個超大質量黑洞,其質量達到了太陽的400萬倍!與此同時,這裡還密集地分布著大量的恆星,其密度遠超過銀河系其他位置。
我們的太陽系,就在距離銀河系中心約2.5萬光年的位置上,繞著這個中心公轉。大概每2.5億年,太陽系就能繞銀河系中心公轉一圈,這個時長又被稱為宇宙年。
(圖片說明:太陽帶領太陽系繞銀河系公轉的三維示意圖)
在銀河系中,太陽只不過是毫不起眼的一顆恆星。據推測,銀河系的恆星數量可能達到了1000億-4000億顆,並且有天文學家認為,其中大部分都擁有著行星。在茫茫的銀河系裡,太陽系就像是滄海一粟。可是,連這麼一顆「粟」,我們的了解卻仍然非常有限。
因此,我們推出了《這樣的太陽系知識很有趣》專欄,希望能夠帶領大家更好地認識我們的太陽系,愛上我們頭頂的星空。也希望能夠有更多人把這樣的熱愛傳遞給孩子,讓更多孩子愛上天文,為我國未來的天文事業發展做出貢獻。
在本專欄中,我們會採用大量的數據,以最直觀的方式讓你了解太陽系;用滿屏的乾貨,讓你收穫滿滿的知識;用通俗的語言,讓你理解浩渺的宇宙。
本系列專欄,我們將分為以下幾個章節:
前言(本篇內容)主宰,太陽的昨天,今天和明天水星,唯一能看見太陽從西方升起的行星金星,地球的雙胞胎妹妹,卻是太陽系的煉獄地球,宇宙中一顆黯淡的藍點月球,人類趨之若鶩的殖民地火星,人類未來的家園小行星帶,消失了的第五大行星危機!近地小行星虎視眈眈木星,太陽系的巨無霸木星衛星,四大衛星精彩紛呈土星,太陽系最美的行星土星衛星,太陽系最宜居的地方天王星,第一顆被望遠鏡發現的行星海王星,筆尖上的行星冥王星,被貶謫的矮行星柯伊伯帶,冥王星的家園奧爾特雲,太陽系的最遠處逃離太陽系,人類的宇宙深空之旅系外行星,宇宙深處的「太陽系們」
在本系列中,我們將以獨特的角度,向你們介紹我們賴以生存的太陽系。不論你是否曾經了解過這方面的知識,相信你都會有所收穫。
下一期,我們將從萬物之源——太陽開始,了解這個孕育了我們的家園,咱們一起展開太陽系之旅,並且嘗試逃離太陽系,去看看外面的世界。如果你想做一個上知天文,下知地理的人,就從我們的太陽系跟我一起出發吧!