《天文基础知识》第一章：太阳系与系内行星

第三节 太阳系的行星

太阳系共有八大行星，这八大行星围绕太阳公转运动，八大行星的状态各不相同。构成物的状态也有所不同，有的是气体行星有的是固体行星。下表所示为八大行星的一些具体参数：

一、行星的形成的四个阶段

第一阶段为尘埃积累阶段，从太阳星云在开始坍缩时，它的中心位置坍缩速度会比边缘快，随着中心的坍缩其温度也逐渐升高向外部辐射能量，使外层物质在引力和这股斥力的共同作用下开始旋转，经过一段时间的坍缩，星云外部逐渐变得扁平，旋转速度也更快了，在外侧的尘埃聚集成一定体积而形成卵石状，当这些“卵石”开始碰撞并粘连在一起形成更大的天体时，行星的第二阶段就开始了。

第二阶段，新形成的天体和今天太阳系的小行星没有多少差别，它们在行星形成过程中被叫做小行星体。其中一些小行星体增长很快，体积也很大，就产生了可感知的引力场，这使它们能够吸引更多的物质从而快速成长为质量和月亮甚至火星相当的行星胚胎。

第三阶段开始于行星胚胎间的碰撞，逐渐形成行星。最后一个阶段叫做晚期轰击，即行星收到较小行星体撞击的过程，太阳系中月球表面的陨石坑就很好地记录该阶段的情形。最后，大多数物质要么被行星吸收，要么冲向巨行星重力场作用的遥远轨道，即类似土星环。

二、类地行星

水星、金星、地球和火星是太阳的四颗内行星，也叫“类地行星”，形成于靠近原太阳的地方，那里星云的温度很高，只有致密的硅酸盐物质才能浓缩。因此，内行星的平均密度都很高，火星的平均密度为3.3g/cm³，而地球的平均密度为5.5g/cm³。这些行星都有一层外壳(表层)、硅酸盐岩石组成的幔层(内部固体层)以及富含铁的致密内核等部分。

以下内容是类地行星的具体特征：

**水星：**水星是太阳系八大行星最内侧也是最小的一颗行星，也是离太阳最近的行星。中国称为辰星，有着八大行星中最大的轨道偏心率（偏心率是用来描述圆锥曲线轨道形状的数学量，定义为曲线到焦点的距离与到准线的距离之比）；水星的体积小、密度大，它的核半径占了整个水星半径的3/4。导致这种情况的一般解释是：在很久以前，水星曾与质量有它1/5的天体发生过碰撞，这次碰撞可能削去了水星绝大部分的幔，其中的一些碎裂物质被金星，甚至被地球吸收了。它每87.968个地球日绕行太阳一周，而每公转2.01周同时也自转3圈。由于水星非常靠近太阳，所以只会出现在凌晨成为辰星，或是黄昏出现作为昏星。除非有日食，否则在阳光的照耀下通常是看不见水星的。

**金星：**金星是除太阳、月球外最亮的星，在中国古代，金星有很多名字。比如太白星或者太白金星;它有时是晨星，黎明出现于东方天空，被称为“启明星”;有时又是昏星，黄昏后出现西方天空，被称为“长庚星”。金星在太阳系中非常奇特，因为它是唯一一个逆向自转的行星，并且它的自转周期和公转周期几乎相同。由于金星厚达数千米的大气层主要由二氧化碳组成，所以金星的温室效应特别明显，表面温度高达400多，是太阳系中温度最高的行星。

**地球：**地球是距离太阳的第三颗行星，也是人类已知的唯一孕育和支持生命的天体。地球的表面大约 29.2% 是由大陆和岛屿组成的陆地。剩余的 70.8% 被水覆盖，大部分被海洋、海湾和其他咸水体覆盖，也被湖泊、河流和其他淡水体覆盖着，它们共同构成了水圈。地球的大部分极地地区都被冰覆盖。地球外层分为几个刚性构造板块，它们在数百万年的时间里在地表迁移，而其内部仍然保持活跃，有一个固体铁内核、一个产生地球磁场的液体外核，以及一个驱动板块构造的对流地幔等。

**火星：**火星的体积和质量与地球很像，但火星的表面没有海洋，而有大量的氧化铁，氧化铁是红棕色的，所以整个火星也是橘红色的，因此火星被称为“红色星球”。火星大气以二氧化碳为主，既稀薄又寒冷，遍布撞击坑、峡谷、沙丘和砾石，没有稳定的液态水。南半球是古老、充满撞击坑的高地，北半球则是较年轻的低地平原。火星有两个天然卫星：火卫一和火卫二，形状不规则，可能是捕获的小行星。根据观测的证据，在火星观察到类似地下水涌出的现象，南极冰冠有部分退缩，雷达数据显示两极和中纬度地表下存在大量的水冰。

三、类木行星

木星、土星、天王星和海王星统称为类木行星，因为其他几个星球在很多方面都和木星相似。然而，木星-土星系统和天王星-海王星系统之间存在很大区别。

**木星：**木星是太阳系最大的行星，其质量是地球质量的318倍，而它的平均密度(1.33克每立方厘米)却只有地球平均密度的1/4——和太阳差不多。这个巨大的星球主要由氢和氮组成，它们主要位于大气层的外层，有1000多千米厚，在该层下，气态氢就让位于液态氢，该层有2万多千米厚，压力很高，以至于氢有点金属化了。科学研究认为木星中央有一个质量约为地球质量10-30倍的致密岩石核。

尽管木星的体积很大，但它的自转周期是所有行星中最短的——仅为9小时50分钟，这使得它的赤道地区格外鼓。木星有很多亮与暗的平行云带，并存在半永久的大气特征，它表现为一个巨大的旋涡状天气系统，叫做大红斑。亮区是由温度较低、纬度较高的冰冻氨云组成的，而代表低纬度云团的暗带则是由各种氢化合物组成的。

**土星：**土星是太阳系第二大行星，与木星一样是巨大的气体行星。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，亦称之为镇星。土星具有庞大的星环，土星环位于土星的赤道面上。在空间探测前，从地面观测得知土星环有五个，其中包括三个主环和两个暗环，土星周围的环平面内有数百条到数千条大小不等，形状各异的环。大部分环是对称地绕土星转的，也有不对称的有完整的、比较完整的、残缺不全的。环的形状有锯齿形的，也有辐射状的。各种形状的环交织在一起，构成土星亮丽的底色。

**天王星：**天王星的直径是地球的4倍，它是人类用天文望远镜发现的第一颗行星。与土星和木星一样，它拥有氢含量丰富的大气，但它温度更低，所以大气中冰的比例更大——特别是冻冰水和冰冻氨。

**海王星：**海王星和天王星类似，但体积和密度都更大一点。显著的云带和大暗斑是海王星蓝色球体上的特色。这两个星球的外层大气都富含甲烷，其内部很可能有一个厚厚的、被泥泞的冰物质包围着的致密石质-金属核。