第 二 章 太阳系八大行星和小天体

水、金、地、火、木、土、天王星、海王星，是围绕太阳运转的八大行星。我们最熟悉的月球是地球的卫星。此外，太阳系还有众多的小行星和小天体。所有这些，组成了和谐的太阳系大家庭。
 
八大行星和行星探测
人们常说，八大行星是太阳最听话的儿女，这是因为在太阳强大的引力下，八大行星都严格遵守万有引力定律，规规矩矩地环绕太阳运动。按照与太阳的近远来认识，它们分别是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。
这八大行星可以分为3种类型：
（1）类地行星，它们有坚硬外壳，如水星、金星、地球、火星；
（2）巨行星，它们身躯巨大，没有坚硬外壳，如木星、土星；
（3）远日行星，它们表面寒冷，如天王星、海王星。
 
离太阳最近的行星——水星
水星，中国古代也称辰星。它与太阳的平均距离约为5790万千米，绕太阳一周约88个地球日。它自转一周约59个地球日。它的体积只是地球体积的5.62%，质量是地球的5.58%。是八大行星中最小的一个。
由于它离太阳最近，从地球上看去，水星与太阳之间的最大角距也不过28°，因此，它经常会被强烈的太阳光辉所淹没，从地球上很难直接观测到水星。
美国发射的“水手”10号行星探测器，曾于1974年和1975年先后3次从水星身旁掠过，获得了大量水星的信息。原来水星表面布满大大小小的环形山，很像月亮。水星上没有水，基本上没大气，白天温度高达420℃，夜晚冷到-173℃。温差之大，太阳系中独一无二。
像大多数行星一样，水星在绕太阳运行时像一个陀螺似的自转，但是它的自转轴几乎是垂直的。而地球的自转轴是倾斜的，于是才有了夏季和冬季，朝太阳倾斜的半球是夏季，偏离太阳的半球是冬季。由于水星不倾斜，所以没有季节之分。
照耀天空的启明星——金星
金星，中国古代也称太白金星。人们把日落后在西方天空见到的金星，叫长庚星；把日出前出现在东方天空的金星，叫启明星。金星非常亮，从地球上看，金星与太阳的角距离比水星大很多，金星出现的地平高度当然就比水星高得多，因此金星十分容易看到。
金星的体积是地球体积的0.88倍，质量是地球的五分之四。金星自转周期为243个地球日，绕太阳一周要224.7个地球日，自转周期比公转周期还长。
金星自转的方向也与其他七大行星不同，只有它才是由东往西自转的。也就是说，在金星上看太阳是西升东落的。
金星上有浓厚的大气层，大气层中97%以上的含量为二氧化碳。二氧化碳产生强烈的温室效应，太阳光可以自由地穿过大气层到达金星表面，但是热量却不能再散热出去，久而久之，金星表面的热量越积越多，使金星表面的温度整年都高达480℃，不分白天黑夜和赤道两极，到处都是地狱般的高温世界。
在地球上观测，金星是全天中除了太阳和月亮外最亮的星，就像一颗灿烂的宝石悬于天际。古希腊人称呼它为爱与美的女神阿佛洛狄忒，而罗马人则把它叫做维纳斯。
人类的母亲——地球
在太阳系中，我们最熟悉的，莫过于我们居住的地球了。但是实际上，我们对地球的了解仍然很肤浅，还有很多的谜团没有得到认知。
在2500年以前，我们的祖先在一本叫《周髀》的书中写道：“天圆如张盖，地方如棋局。”这就是著名的“天圆地方”说。
古巴比伦人和古印度人的想象比较相近，他们认为地球是驮在海龟背上的山。所不同的是，由于印度人崇拜大象的缘故，他们的想象是在海龟背上加了三只神圣的大象。
相比之下，古希腊人凭直觉的见解更加准确些。他们断定大地是圆的。亚里士多德就曾经提出了最富有说服力的论据：驶入大海的船只，最终总是在观望者视野中消失。另外，每当月食的时候，地球在月亮上的投影总是圆的。如果大地不是球形的话，这两种现象就无法解释了。
直到麦哲伦全球航行取得成功，世界才正式确立了地球是一个球体的理论。
世界上第一名字航员、苏联人加加林，1961年4月14日驾驶“东方”1号飞船首次从上百千米的高空鸟瞰人类赖以生存的地球时，最使他惊异的是地球原来是一个蔚蓝色的大水球。
地球是太阳系的行星之一。地球诞生已46亿年，而人类在地球上出现仅为300万年，其中99%的时间又是在原始社会中度过的。人类真正开始探索了解地球只是近几百年的事。
地球表面71%是海洋，29%是陆地。地表以上包着厚2000～3000千米的大气圈，它是地球的保护伞。
地球结构可分3层：地球最外层是地壳（地面下平均35千米以上），中层是地幔（地下35～2900千米），内层是地核（地下2900千米至地心）。人们可以形象地把地球这种圈层结构比作一个熟鸡蛋，地壳相当于蛋壳，地幔相当于蛋清，地核相当于蛋黄。“鸡蛋”里的温度随深度变化而变化。在距地表400千米深处，温度为1500～1800℃；在2900千米深处，温度为3500～3700℃；在6371千米深处的地球中心，温度高达4500～5000℃。从这种意义上讲，地球是个大火炉，在它内部贮藏着巨大的能量，可供人们去开发利用。
地球还是个大磁铁。通过南北两极，磁场范围可以延伸到地球外面10万千米以上的高空，因此在地球表面任何位置，人们都可以用指南针指示方向。磁极自古一直在游移着，而且在不同的地质时期曾有过倒转，每当地磁极倒转现象发生时，许多生物属种会忽然消失，倒转现象过后，又会出现新的属种。
像太阳系的其他行星一样，地球以每秒30千米的速度绕太阳公转。地球绕太阳运动的轨道是一个椭圆形，与太阳的平均距离约1.5亿千米，以365日6小时9分9.5秒跑完一圈，这就是地球上的一年。同时地球还像个陀螺不停地自转，赤道上的自转速度约每小时1670千米，自转一周约23小时56分4秒，就是地球上的一昼夜。地球的自转产生黑夜白昼，公转产生春夏秋冬。
过去人们只能间接地证明地球是个球体。20世纪50年代以来，宇航事业有了突飞猛进的发展。宇航员从太空给地球拍摄了许多照片，地球的形态一目了然，非常直观，地球是一个略扁的旋转椭球体。天文学家们早已精确地测定出地球赤道半径平均为6378.14千米，极半径平均为6356.75千米，两者相差约21千米。也就是说，地球的赤道周长比两极方向的子午线周长要长。科学家们根据万有引力定律测出地球质量为5.976×1027克，地球的平均密度为5.52克/立方厘米。
地球是太阳系唯一有生命存在的星球，是人类赖以生存的摇篮。它是座大宝库，内部蕴藏着丰富的矿产、能源、生物和水等资源。世界上只有一个地球，必须珍惜和爱护它，使人类与地球永远和睦相处下去。
 
最像地球的行星——火星
　　
有关“火星运河”、“火星人”的宣传报道，曾吸引着很多人，但是，这些都是虚构的科学幻想。实际上，火星只是绕太阳运动的普通行星。它的体积比地球小，赤道直径只是地球的一半，约3395千米，质量约是地球的11%。火星的自转周期很像地球，地球自转一周约24小时，火星自转一周为24小时37分钟，也就是说，火星上一昼夜长度和地球差不多。火星绕太阳一周要687个地球日，约相当于地球上的两年。火星自转轴与轨道面的交角为66°01＇，而地球自转轴与轨道面交角为66°33＇，两者又极相近。
这就表明，火星上也有如地球上一样的四季变化。当然，火星上的每个季节比地球上的长一倍。
火星与地球相似，存在着大气和水。火星的大气层很稀薄，约相当于地球30～40千米高处的大气密度。大气成分也不同，约95%是二氧化碳，水气的数量很少。在火星两极地区呈现白色斑块，叫极冠。这一点也很像地球两极的冰封雪地，表明火星两极还是有水的，不过都是以冰的形式存在。
1997年7月“火星探路者”号飞船发回的照片表明，火星在30～10亿年前发生过多次特大洪水。火星表面的地形和地势极其复杂，有山脉、高地和环形山，也有平原、沟漕和火山。火星表面的土壤和沙漠中含有大量的氧化铁，因此，火星发出红色的光辉。
太阳系行星的老大——木星
木星是太阳系八大行星中最大的一颗，素以身材巨大而闻名。它的赤道半径是地球的11倍，体积是地球的1316倍，质量是地球的300多倍，是其他行星总质量的2.5倍。木星赤道自转一周还不到10个小时，比地球自转快多了，在行星自转中数第一。难怪通过天文望远镜观测它时，木星呈赤道突出的扁球体。木星绕太阳一周约12年。
通过天文望远镜观察木星，人们会看到它的赤道部分有明暗相间的平行条纹，这是木星浓厚的大气层上空的云带。有时还可以在木星南半球中纬度区域看到一个著名的大红斑。它是木星大气中长约2万千米，宽约1万千米的剧烈旋转着的上升气团。木星没有坚硬的外壳，它的大气层底部是液态氢的“海洋”包围着的木星核。因此，木星是一个液态行星，在木星表面着陆是绝对不可能的。1979年，发现木星外也有类似土星那样的光环。
已知木星有16颗绕它运动的卫星，其中4颗大卫星是伽利略发现的，也叫伽利略卫星。在这4颗卫星中，木卫三、木卫四和木卫一的体积都比常见的月亮大。木星和它的卫星很像太阳系中的一个“小家庭”。
 
带光环的行星——土星
凡是通过天文望远镜观测过土星的人，无不被它秀丽多姿的光环所吸引，土星光环给观测者留下极深刻的印象。土星光环已被发现300多年了，整个光环由7个同心环组成，光环总宽约8万千米，厚约10千米，光环是由许许多多彼此分离的冰块组成的。
土星是太阳系中第二大行星。它的体积和质量都仅次于木星。土星的体积是地球的745倍，质量是地球的95倍。土星的密度很小，每立方厘米0.7克，比水的密度还小。也就是说，若把土星放在水中，它就能漂浮在水上。
土星自转也很快，赤道部分自转一周约10小时14分钟。它绕太阳公转一周约29.5年。土星和木星一样，没有坚硬的外壳，核心外是液态氢包围，最外层是大气层，大气层与液态氢之间没有明显的分界线。
土星是太阳系中卫星数目最多的一颗行星，已知土星有23颗卫星。其中最为天文学家关注的是土卫六，它的直径为4828千米，比常见的月亮还大，是太阳系中第二大卫星。它的质量是月球质量的1.8倍。
1655年，荷兰天文学家惠更斯发现土卫六后，300多年来天文学家对它进行了多方面的观测研究。它距土星表面平均约122万千米，总以同一半面向着土星。它呈美丽的橘红色，像熟透的橘子。它有坚硬的外壳，有浓密的大气包围。这颗卫星上有没有生命，是科学家们最感兴趣的问题，正在全面探索和研究之中。
遥远的边疆星球——天王星和海王星
天王星、海王星是太阳系中镇守外层边疆的两兄弟。因此，人们有时候称呼它们是带外行星。和所有的行星一样，它们受到太阳强大引力的束缚，沿着各自的轨道的路径绕太阳运行。它们离太阳很远，从它们的轨道看太阳，太阳只比一颗亮恒星稍微亮一点。
天王星的体积比地球大65倍，仅次于木星和土星。海王星的体积是地球的57倍。
天王星比地球离太阳远19倍，海王星还要远一些，与太阳的平均距离为45亿千米，每164个地球年绕太阳运行一周。
天王星和海王星就好像一对孪生兄弟，它们不仅有相似的颜色、大小，而且还是由同样的物质构成的，它们都是由氢构成的气态巨行星。
20世纪60年代以来，人类发射了多种多样的行星探测器。其中苏联发射的“金星”号、美国发射的“先锋”号和“麦哲伦”号对金星进行了探测；美国发射的“水手”10号对水星进行了探测；美国发射的“海盗”1号和2号对火星进行了探测；美国发射的“先驱者”10号和11号，“旅行者”1号和2号，对木星、土星、天王星、海王星和已经被开除出行星队伍的冥王星进行了探测；美国发射的“伽利略”号对木星进行了探测。这些直接探测获得了行星世界大量的新信息。30多年来获得的信息，远远超过了人类历史上对行星知识的总和。
 
被“开除”出行星队伍的冥王星
 从“九大行星”到“八大行星”
在长达100多年的时间里，人们都认为太阳系中有“九大行星”，这一划分已经深入人心。但是，在进入21世纪后，这一学说终于划上了句号，其核心就是太阳系中最小的“小弟弟”——冥王星，因为种种考虑因素，最终失去了行星的地位。从此，太阳系中就只有“八大行星”了。
据新华网2006年8月24日报道，国际天文学联合会大会于2006年8月24日投票决定，不再将传统九大行星之一的冥王星视为行星，而将其列入“矮行星”。许多人感到不解，为什么从儿时起就一直熟知的太阳系“九大行星”概念如今要被重新定义，而冥王星又因何被“降级”？
“行星”这个说法起源于希腊语，原意指太阳系中的“漫游者”。近千年来，人们一直认为水星、金星、地球、火星、木星和土星是太阳系中的标准行星。19世纪后，天文学家陆续发现了天王星、海王星和冥王星，使太阳系的“行星”变成了9颗。此后，“九大行星”成为家喻户晓的说法。
不过，新的天文发现不断使“九大行星”的传统观念受到质疑。天文学家先后发现冥王星与太阳系其他行星的一些不同之处。冥王星所处的轨道在海王星之外，属于太阳系外围的柯伊伯带，这个区域一直是太阳系小行星和彗星诞生的地方。20世纪90年代以来，天文学家发现柯伊伯带有更多围绕太阳运行的大天体。比如，美国天文学家布朗发现的“2003 UB 313”，就是一个直径和质量都超过冥王星的天体。
布朗等人的发现使传统行星定义遭遇巨大挑战。国际天文学联合会大会通过的新行星定义，意在弥合传统的行星概念与新发现的差距。
大会通过的决议规定，“行星”指的是围绕太阳运转、自身引力足以克服其刚体力而使天体呈圆球状、能够清除其轨道附近其他物体的天体。在太阳系传统的“九大行星”中，只有水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星符合这些要求。冥王星由于其轨道与海王星的轨道相交，不符合新的行星定义，因此被自动降级为“矮行星”。
 冥王星的最初发现
1930年，有一个后来被发现错误的计算“断言”：对天王星和海王星的运行轨迹的研究表明，在海王星的后面可能还有一颗行星。于是，人们就发现了冥王星。
冥王星被发现后，由于它太暗太小，很长时间人们都不能确定它的大小。最早估计它的直径是6600千米。1977年，人们发现冥王星表面是冰冻的甲烷，按照其反射率测算，冥王星的直径缩小到了2700千米。1980年，天文学家又用夏威夷莫纳克亚山上的红外望远镜，测量出冥王星直径在2600千米至4000千米之间。近年来，又有一些科学家经过观测指出，冥王星的直径约为2400千米。
 
“扫帚星”——彗星　
 “名声不好”的彗星
彗星，在我国俗称“扫帚星”，它的形状很特别，头部尖尖的，尾部常常是散开的，像一把大扫帚。由于彗星奇特的形态，再加上它来去匆匆，在科学不发达的年代里，人们常常把它和天灾人祸联系起来，认为它是灾祸的前兆，因此有人称它为“妖星”。
其实，彗星也和地球一样，是太阳系的成员之一。许多彗星都沿着扁长的轨道绕太阳运行，人们可以精确地预言它们露面的时间。著名的哈雷彗星就是每隔76年在地球上空出现一次。彗星的出现与天灾人祸毫无关系。
 彗星的组成
发育完全的彗星由彗核、彗发和彗尾三部分组成。
彗核是彗星的主要部分，它集中了彗星的大部分质量；
彗核外面包裹着一层像云雾一样的东西，称为“彗发”。这是当彗星比较靠近太阳时，在阳光作用下，由彗核中蒸发出来的气体和微尘组成的。彗核和彗发合称“彗头”。
当彗星更接近太阳时，彗发变大，并在太阳风（从太阳发射出来的一种高能粒子流）和太阳光的压力下，彗发中的气体和微尘被推向后方，形成一条长长的像大扫帚那样的尾巴，叫“彗尾”。因此，彗尾总是背着太阳的，而且彗星离太阳越近，彗尾就越长。
 来去匆匆
彗星之所以来去匆匆，与它绕太阳运动的轨道有密切关系。大多数彗星的轨道都是比较扁的椭圆轨道，这种彗星属周期彗星，即绕太阳一周以后，还会周期性的再出现。但是，如果彗星轨道很扁的话，那么彗星轨道上与太阳的远近就有很大差异。在近日点时，距太阳最近，慧尾最长，运动最快；过远日点时，距太阳最远，慧尾最短，甚至没有慧尾，运动最慢。而彗星在过近日点前后，最容易被人们看到，因此，这时彗星在天空运动得最快，慧尾最长，使它看起来来去匆匆。
还有一些彗星轨道是双曲线或抛物线，它们过近日点后就一去不复返了，属于非同期彗星。
彗星在太阳系中飞来飞去，就难免会有碰撞的事情发生，至今仍然有科学家认为，地球上的水就是彗星撞击地球时带来的。科学家们甚至担心，有一天彗星会再次与地球相撞，从而毁灭我们人类，但愿这只是杞人忧天。
 
太阳系的众多天体
 众多的小天体
除了太阳和八大行星之外，太阳系还有许多天体，包括行星的卫星、行星环、小行星、彗星、行星间的尘埃、气体和粒子等星际物质。
在火星和木星的轨道间横亘着一条小行星带，存在着数十万颗大小不等、形态各异的小行星。小行星和行星一样，都诞生自太阳星云，但它们的体积过于微小。
太阳系中的彗星现在已经发现了1600多颗，彗星围绕太阳所做的运动呈奇特的形状变化。大部分彗星都是朝同一方向绕太阳公转，但也有逆向公转的。
太阳系中还有很多数不清的大小流星体，有些流星体是成群的，是彗星瓦解的产物。大流星体会降落在地面成为陨石，这些从天而降的“星星”也许是太阳系赐予我们的礼物，也许有一天，较大的陨石会给我们带来灾难。
 震惊世界的通古斯大爆炸
1908年6月30日，俄罗斯西伯利亚中部的通古斯地区发生了一次举世闻名的陨星事件。那天早晨7点左右，通古斯地区上空突然出现了一个比太阳还亮的大火球。火球发出了震耳欲聋的响声，然后以难以想象的速度冲向地面，在通古斯上空8千米处猛烈爆炸，释放出强大的冲击波和高温大火，摧毁了方圆100千米以内的所有房屋的门窗，甚至三五百千米以外的人畜也被击倒在地。2000多平方千米的大森林被烧成了一片焦土。
这是人类有史以来亲眼目睹的一次天然大爆炸。那么，究竟是什么东西在这里爆炸呢？人们进行了长达半个世纪的调查，各种假设与猜测众说纷纭。其中有人认为是来自外星的核动力宇宙飞船因“失事”造成的，也有人认为是陨星的降落造成的，但证据都不足。
 谜团的破解
直到1958年，人们才在当地找到含有高达7%的铁和10%的镍的微粒，而地球上的铁矿中镍的含量最高仅有3%，另外还发现一些玻璃、金属等微小粒子。科学家们认为这些物质成分只有彗星及小行星等天体才可能有。
根据这些依据，科学家们认为，这是一颗直径仅60或100米的小行星撞击地球，它落地时约有4万吨重。这样的庞然大物以30千米/秒的速度冲入地球，并与地球上的大气层产生剧烈的摩擦，温度可高达几千至几万摄氏度，从而引发大爆炸。这是人类亲眼见到的一次最大的天外来客袭击地球的事件。
因为爆炸发生在高空，所以没有在地面上造成陨石坑。
 
一起去看流星雨
 流星雨是怎么回事情
在一个晴朗的夜晚，当你仰望星空，突然看到一道移动的闪光划过天际，一颗星星好像脱离了它的同伴，尖啸着坠落，直到消失。过了一会儿，又看到另外一颗，这次比上一个更明亮，而且还带着一条发光的黄色轨迹，整个过程温馨而浪漫。这就是流星雨。
流星雨体积很小，从沙砾到鹅卵石大小。它们以极高的速度——每小时超过26.6万千米的速度闯进地球大气层，燃烧的火球在几千米之外就可以看见。流星越大，持续的时间就越长，火球也越大。所有的流星都是一闪而过的，一秒钟都不到。
流星雨的道理和流星一样。不同的是：流星雨是地球在运行过程中，遇到了一大群宇宙尘粒（流星群）造成的一种现象。
这大群的尘粒（流星群）是怎样形成的呢？
太阳系里有着许多各种各样的小天体，它们各自按照自己的轨道和速度运行。这些小天体有时会发生碰撞。碰撞使得大块的碎裂成一大群小的。或者在碰撞后很多小的聚集成群，好像是许多小朋友相邀结伴同行一样，它们沿着同一轨道运行，形成了流星群。
有的流星群和彗星有很大关系。彗星在运行过程中，由于内部气体爆炸，由于太阳压力的作用，或由于和流星体碰撞，彗面逐渐瓦解。瓦解过程中抛出的尘粒逐渐脱离彗星，形成了流星群。例如比拉彗星，根据计算，它在1872年很接近地球，最适合于观测。可是虽经天文工作者用心探寻，都没有发现。但在那一年11月27日的夜里，当地球穿过比拉彗星的轨道时，在欧洲和北美洲的许多地方，都看到了一阵极大的流星雨。这说明比拉彗星已经瓦解了，这一流星群就是由比拉彗星的残骸形成的。
 为什么流星雨总是有规律出现
同一个流星雨，差不多总在—年的相同日期内出现，这又是什么道理？
这是因为流星群的尘粒沿着椭圆轨道分布，有一定的公转周期。地球的轨道如果和某一流星群的轨道相交，那么地球至少每年在相同的日期穿过这流星群一次，产生了同一个流星雨。例如，每年8月11日到12日，在英仙座方向出现的流星雨（叫英仙座流星雨），地球上任何地点的观测者每小时都能看到40到50颗流星。这证明英仙座流星群的尘粒是均匀分布在整个轨道上的，因此地球每年穿过流星群时遇到的尘粒数差不多。
另一类流星群，它的尘粒物质大量集中在一起，这一团流星尘粒只有每公转了一周以后，才会重新和地球相遇。例如狮子座流星群，它的公转周期是33年。虽然每年11月14日到20日会出现狮子座流星雨，但在一般年份里，流星雨中出现的流星数很少。只有每过33年才出现一次浓密灿烂的流星雨，像1833年和1866年出现过的那样，有些地方一小时内可以看到几十万颗流星。
到现在为止，发现的流星群已经有500多个了，如著名的天琴座流星群、英仙座流星群、天龙座流星群、狮子座流星群等。大约有15个大流星群已经详细地研究过了。