太阳系

【汉语拼音】taiyangxi
【中文词条】太阳系
【外文词条】solar system
【作者】戴文赛胡中为
         由太阳﹑行星及其卫星﹑小行星﹑彗星﹑流星体和行星际物质构成的天体系统。在太阳系中﹐太阳是中心天体﹔其他天体都在太阳的引力作用下﹐绕太阳公转。
         太阳系概念的确立远在古代﹐人们就注意到天上众星的相对位置在长时期内保持不变﹐称之为恒星﹐但有五颗亮星(金星﹑木星﹑水星﹑火星﹑土星)在众恒星间不断移动﹐称之为行星。在中国﹐这五颗行星加上太阳和月亮﹐总称“七曜”。

         在人类对宇宙的认识中﹐一直存在著唯物论和唯心论﹑辩证法和形而上学两种相互对立的宇宙观。中国古书中记载著关于地球运动的朴素唯物论和辩证法的观点﹐如“天左旋﹐地右动”(《春秋纬·元命苞》)﹐“地动则见于天象”(《运斗记》)﹐“地恒动不止﹐人不知﹐譬如人在大舟中﹐闭牖而坐﹐舟行而人不觉也”(《尚书纬·考灵曜》)。公元前三世纪﹐古希腊学者阿利斯塔克推测太阳比地球大﹐认为地球绕太阳转动﹐而不是太阳绕地球转动。但是﹐从古代到中世桐o认为地球不动地居于宇宙中心的错误观念占据了统治地位。在中国﹐先后有“盖天说”﹑“浑天说”和“宣夜说”。在西方﹐有“九重天”的说法﹐认为星辰嵌在九层水晶球上﹐自内向外各层水晶球上嵌著月亮﹑水星﹑金星﹑太阳﹑火星﹑木星﹑土星﹐第八层球上钉著所有的恒星﹐第九层最高天是神灵居住处﹔九层天和谐地绕地球转动。后来﹐水晶球被圆轨道所代替。公元前四世纪﹐古希腊学者亚里士多德虽然正确地推测地球是球形的﹐但他认为地球不动地居于宇宙的中心。他还坚持天体完美论﹐认为天上的东西与地上的迥然不同﹐星星都沿完美的圆轨道运行﹐为了解释行星相对于恒星时而东移(“顺行”)﹑时而西移(“逆行”)现象﹐古希腊学者阿波隆尼提出“本轮均轮偏心模型”﹐认为五大行星在较小的圆轨道(“本轮”)上作等速转动﹐本轮中心则在一个较大的圆轨道(“均轮”)上绕地球等速转动﹐但地球位于偏离均轮中心处。约在公元140年﹐亚历山大城的天文学家托勒密写了《天文学大成》﹐总结和发展了前人成果﹐建立了地心体系﹐对“本轮”和“均轮”作了一些选择﹐来拟合行星的运动﹐并编制了行星星历表﹐大体上与当时低精度的观测位置相符合。地心体系由于同上帝创造日月星辰和人类的宗教教义合拍﹐长期受宗教统治者的庇护和利用。虽然随著社会的发展﹐在天文观测实践中越来越暴露出地心体系的谬误﹐但是﹐这一体系仍禁锢著人们的思想﹐不少人只在这一体系内修修补补。
         波兰天文学家哥白尼总结和分析了前人关于日﹑月和行星的观测资料﹐并根据他自己三十多年的大量观测实践﹐在1543年发表的《天体运行论》中提出了日心体系﹐即“日心地动说”。他得出结论﹕地球不是宇宙中心﹐而太阳才是宇宙中心﹐地球只是一颗行星﹐和其他行星一起绕太阳公转﹔日月星辰的东升西落是地球自转的反映﹔月亮是地球的卫星﹐每月频厍蜃恢堠o同时跟著地球绕太阳公转。这是人类认识史上的一次大飞跃﹐把自然科学从神学中解放出来。通过实践的检验﹐日心地动说日益得到公认和发展。十七世纪初﹐伽利略用望远镜发现了木星的四个大卫星﹐观测到金星的盈亏等。接著﹐德国天文学家开普勒分析了第谷的大量观测资料﹐提出行星运动三定律。十七世纪八十年代﹐牛顿发现万有引力定律﹐从理论上阐明了行星绕太阳运动的规律。十八世纪初﹐英国天文学家哈雷计算了许多彗星的轨道﹐成功地预言了哈雷彗星在1759年初的再次出现。1781年F.W.赫歇耳(见赫歇耳一家)发现天王星﹐后来又发现天王星的卫星。1846年在用天体力学方法推算的位置附近找到了海王星。1930年又发现了冥王星。此后﹐又发现更嗟奈佬恰Ｊ攀兰鸵岳穿o发现了许多小行星。

         十八世纪五十年代和九十年代﹐康德和拉普拉斯各自提出了太阳系起源的星云假说﹐认为太阳系有其形成发展的历史﹐在宇宙万物不变这种僵化的自然观上打开了缺口。这是继哥白尼之后又一重大进步﹐从此﹐太阳系起源便成为一个著名的科学问题。星际航行以来﹐太阳系研究进入了新的时期。
         运动特徵和结构特徵综合迄今为止的观测资料﹐得到太阳系的主要特徵如下﹕
         在太阳系中﹐太阳的质量占太阳系总质量的绝大部分(99.8％)﹐其他天体的质量总和只有太阳的约0.2%。太阳的引力控制著整个太阳系﹐使其他天体绕太阳公转。除了太阳之外﹐太阳系主要成员是九大行星(水星﹑金星﹑地球﹑火星﹑木星﹑土星﹑天王星﹑海王星﹑冥王星)﹐在这个意义上说﹐太阳系是一个“行星系”。九大行星分为性质不同的三类﹕类地行星(水星﹑金星﹑地球﹑火星)﹑巨行星(木星﹑土星)和远日行星(天王星﹑海王星﹑ね跣?。太阳是有热核能源辐射的发光恒星﹐其他天体都没有核能源辐射(巨行星有红外辐射热源)﹐主要被太阳光照射而发亮。
         九大行星都在接近同一平面的近圆形轨道上﹐朝同一方向绕太阳公转﹐这就是行星轨道运动的共面性﹑近圆性和同向性。但各行星轨道并不是完全共面﹐而是对不变平面(见拉普拉斯不变平面)有不大的倾角﹔轨道也不是正圆﹐而都是偏心率不大的椭圆﹔其中冥王星和水星的倾角和偏心率较大。太阳也朝同一方向自转﹐太阳赤道面对不变平面倾角为5°56。
         三类行星的平均密度分布特点是﹕类地行星大﹐远日行星次之﹐巨行星小﹔行星的大小和质量的分布特点是﹕巨行星大﹐类地行星和远日行星小。
         行星同太阳的距离具有规律性﹐由提丢斯－波得定则表述。
         地球﹑火星﹑木星﹑土星﹑天王星和海王星的自转周期为几小时到一天左右(见等周律)﹐但水星﹑金星和冥王星自转周期很长﹐分别为58.65天﹑243天和6.387天。多数行星的自转方向与公转方向相同﹐但金星则相反﹐而天王星和冥王星的自转轴与轨道面交角很小﹐呈现侧向自转。
         在太阳系中﹐质量占99.8％以上的太阳的角动量只占1％左右﹔而质量不到0.2％的其他天体的角动量总和却占99％左右﹐这就是太阳系角动量的特殊分布问题。
         除了水星和金星﹐其他行星都有卫星绕转﹐构成卫星系。现已确知﹐九大行星共有34个卫星﹐这些卫星又分为“规则卫星”和“不规则卫星”两类。此外﹐还发现木星﹑土星和天王星有环(见行星环)。
         在火星和木星轨道之间﹐有许多小行星﹐其质量总和约等于地球的万分之四﹐而且质量越小的数目越多。它们的轨道倾角和偏心率彼此相差较大﹐自转周期多为2小时到16小时。小行星可分为性质不同的两类﹕石质的和碳质的。此外﹐在地球轨道附近﹑木星轨道附近甚至土星和天王星轨道之间也发现有小行星。还发现几颗小行星也有卫星。
         已发现约1﹐600颗彗星﹐它们的轨道倾角和偏心率彼此相差很大﹐有些彗星的轨道是抛物线﹐甚至是双曲线。有些彗星(主要是长周期彗星和非周期彗星)是逆向公转的。彗星绕太阳运行中呈现奇特的形状变化﹐在不大的彗核周围有雾状彗发﹐走近太阳时生出长长的彗尾。
         太阳系中还有数量众多的大小流星体﹐有些流星体是成群的﹐称为流星群﹐已证实一些流星群是彗星瓦解的产物(见流星雨)。大流星体降落到地面成为陨石。陨石又分为石陨石﹑铁陨石和石铁陨石三大类。陨石中含有许多种矿物岩石﹐还发现了有机物。此外﹐行星际还有稀疏的微尘粒和气体﹐集中于黄道面附近﹐产生黄道光。太阳不断地向行星际抛出等离子体﹐构成太阳风﹐它们耦合著磁场。有时这种抛射很猛烈﹐对行星﹑卫星和彗星等有相当大的影响。
         太阳系在宇宙中的地位九大行星所占的空间范围﹐其半径不到50天文单位﹐即使认为在离太阳10～15万天文单位处存在“彗星云”﹐作为太阳系的半径﹐整个太阳系也只是更大的天体系统──银河系的极微小部分。离我们最近的恒星(半人马座比邻星)的距离有20多万天文单位。太阳只是银河系中上千亿个恒星中的一个﹐它离银河系中心约10千秒差距﹐偏离银道面北约 8秒差距。太阳带著整个太阳系绕银河系中心转动。可见﹐太阳系不在宇宙中心﹐也不在银河系中心。
         参考书目
         弗拉马利翁著﹐李珩译﹕《大众天文学》(第一﹑二分册)﹐科学出版社﹐北京﹐1965。(C.Flammarion﹐Astronomie Populaire﹐Flammarion Cie﹐Paris﹐1955.)
         F.L.Whipple﹐Earth﹐Moon and Planets 3rd ed.﹐Harward Univ.Press﹐Cambridge﹐1968.
         G.O.Abell﹐Exploration of the Universe﹐3rd ed.﹐Holt﹐Rinehart and Winston﹐New York﹐1975.
         G.P.Kuiper.B.N.Middlehurst﹐The Solar System﹐Vol.I-Ⅳ﹐Univ.of Chicago Press﹐Chicago﹐1953～1963.