【汉语拼音】xingxing
【中文词条】行星
【外文词条】planet
【作者】初一郑家庆
         在椭圆轨道上环绕太阳运行的﹑近似球形的天体。行星本身一般不发射可见光﹐而以表面反射太阳光而发亮。太阳系有九大行星﹐即水星﹑金星﹑地球﹑火星﹑木星﹑土星﹑天王星﹑海王星和冥王星。在以恒星组成的各个星座的天空背景上﹐行星有明显的相对移动﹐而且这种移动几乎都沿著黄道进行。行星有一定的视圆面﹐所以在大气抖动下﹐不像点状恒星那样有星光闪烁现象。如果仔细对比﹐还可以发觉各行星有其颜色特徵﹐在不同的时候亮度也有变化。按照这些特徵﹐在晴朗无月的夜晚﹐不难将它们从点点繁星中识别出来。经常观察还可以发现它们在群星之间时现﹑时隐﹑时进﹑时退(见行星视运动)。行星一词的原意指这种在天空上游汤的天体。这个词在希腊语中的含义是“流浪者”的意思。
         人类对行星的认识和研究可以追溯到遥远的古代﹐例如在中国的甲骨文里就有关于木星的记载。九大行星中最先被人们知晓的是水星﹑金星﹑火星﹑木星﹑土星五颗。中国早在战国时期就有了“五星”的说法﹐即﹕辰星﹑太白﹑荧惑﹑岁星﹑镇星(或填星)﹐它们是这五颗行星在古代更为通用的名称。以后又有“五行”﹑“游星”﹑“惑星”以及把日﹑月和五星合称为“七曜”。在古代西方﹐五大行星很早就以神话人物的名字来命名。我们的祖先凭藉肉眼和简单的量角仪器对这五个行星作了大量的位置观测﹐对它堑墓芷诤突岷现芷谧髁撕茏既返耐扑愫妥芙帷９湃艘孕行抢醇退旰驼疾啡耸滦准?见占星术)﹐并且还提出过包括行星在内的各种宇宙模式。
         太阳系另外三个行星是在发明望远镜和建立开普勒定律﹑牛顿万有引力定律以后发现的。1781年F.W.赫歇耳用自制的望远镜发现了天王星。法国的勒威耶和英国的J.C.亚当斯各自推算出海王星的位置﹐德国的伽勒于1846年用望远镜找到了它。最微弱的冥王星直到1930年才为美国的汤博发现Ｖ劣谑欠翊嬖诘谑派踔粮嗟男行签o至今还在探索(见冥外行星﹑水内行星)。此外﹐太阳系还有许多质量较小的行星﹐另列为一类──小行星。
         随著空间技术的发展﹐开始了实地考察行星的新阶段。近年来﹐曾多次向水星﹑金星﹑火星﹑木星发射探测器。发现木星和水星都存在磁场和磁层﹐水星和火星也有环形山﹐木星有环﹔基本上否定了火星上有生命存在的说法。此外﹐还获得大量的照片和数据﹐大大增加了对行星各方面的了解(见行星物理学)。
         二十多年来﹐在离太阳较近的恒星中就发现许多颗恒星有波状的自行轨迹﹐说明这些恒星也可能带有一个或几个行星(见其他行星系)。因此﹐行星可能不是太阳系特有的。为了引伸行星的普遍定义﹐某些天体物理学家认为﹐对行星必须加上质量不超过0.07太阳质量﹐即未达到能产生热核反应的主序星下限这个限制条件。这就是说一个天体是不是行星要从运动和质量两个方面来判断﹐而质量的不同才是行星同恒星最本质的区稹
         行星的物理参数 九大行星的物理参数列表
         行星的分类 行星有以下几种分类﹕以地球轨道为界﹐位于地球轨道以内的水星﹑金星称为地内行星﹐位于地球轨道以外的木星﹑土星﹑天王星﹑海王星﹑冥王星称为地外行星。两类行星各有相似的视运动特徵。以小行星带为界﹐比较靠近太阳的水星﹑金星﹑地球﹑火星称为内行星﹔远离太阳的木星﹑土星﹑天王星﹑海王星﹑冥王星称为外行星。根据质量﹑大小和化学组成的不同分为类地行星(水星﹑金星﹑地球﹑火星)和类木行星(木星﹑土星﹑天王星﹑海王星)﹐把冥王星作为例外。除类地行星单独作为一类外﹐最近有人又把类木行星和冥王星再分为巨行星(木星﹑土星)和远日行星(天王星﹑海王星﹑冥王星)两类。类地行星体积小﹐密度大﹐中心有铁核﹐含金属元素比例高﹔巨行星体积大﹐密度小﹐主要由氢﹑氦﹑氖等物质组成﹔远日行星的密度则介于鲜龆咧洎o主要由氮﹑碳﹑氧及其氢化物组成。目前普遍认为﹐这三类行星在特性上的差别同太阳系演化规律有密切关系。
        
         行星的公转 行星环绕太阳的运动称为公转。行星公转的路径称为公转轨道﹐它们都是一些偏心率不大的椭圆。从北黄极看来﹐行星都是逆时针方向运行(顺行)的。行星公转的轨道具有共面性﹑同向性和近圆性三个特点。所谓共面性﹐是指九大行星的公转轨道面几乎在同一平面上﹔所谓同向性﹐是指它们朝同一方向绕太阳公转﹔而近圆性是指它们的轨道和圆相当接近。
         行星轨道要素 行星运动的开普勒第一定律指出﹕行星在绕太阳的平面上作椭圆运动﹔太阳位于椭圆的一个焦点上。因此为了决定行星在任何时刻的位置就需要六个相互独立的量﹐其中五个决定轨道椭圆的空间位置﹐一个决定行星在某一特定时刻在轨道上的位置。这六个量称为行星的轨道要素或轨道根数。
        
         习惯上这六个量是按如下方法选取的﹕
         轨道倾角i 它是行星轨道平面与黄道平面的交角。i 可以由0°变到180°﹐它的取法决定于行星运动的方向。如果行星是顺行的(它运动的方向和地球在轨道上运动的方向相同)﹐i 便在第一象限内﹔如果行星是逆行的﹐i 的值便处于90°与180°之间。
         升交点黄经Ω 升交点是行星轨道与黄道的交点之一。在这一点上行星由南到北穿过黄道(经过这一点时行星的日心黄道纬度由负变正)。升交点黄经就是从太阳看来春分点Υ方向到升交点方向的角度。
         以上两个量决定行星轨道平面在空间的位置。这个平面的位置也可以用别的量来表示﹐例如轨道极点的黄道(或赤道)坐标。这个极点按右手定则选定﹐也就是说﹐它同行星绕日运行的角动量矢量的方向一致。
         近日点角距ω 轨道椭圆长轴靠近太阳的端点叫近日点(另一个端点叫远日点)。近日点角距是从升交点到近日点两个向径的夹角(或轨道长径同轨道平面和黄道面的交线所成的角度)﹐它决定椭圆长轴的方向。有时它可由Π =ω +Ω 来代替﹐Π 不很确切地被称为近日点黄经。
         轨道的半长径a 有时也称为行星与太阳的平均距离。这个量决定行星轨道的大小。它常以地球轨道的半长径作为单位﹐称为天文单位。
         偏心率e 是焦点到椭圆中心的距离与椭圆半长径之比﹐它决定椭圆的形状。如果e =0﹐轨道就是圆。
        
         偏心率e 还常常用偏心角 代替﹐该角按下式计算﹕
         sin =e 。
         行星经过近日点的时刻ττ可以取为行星任何一次经过近日点.的时刻。它有时还以任一时刻t 的平近点角M =n (t -τ)代替。n 是行星的平均运动﹐n =2π /T ﹐T 是行星运动的周期﹐它不是轨道要素﹐而根据开普勒第三定律由半长径a 惟一确定。当长度单位取为天文单位﹐时间单位取为年的时候﹐T ≒a 。更精确些的表示是﹕
         。
        其中m 为太阳质量﹐m 为地球质量﹐m 为行星质量。
         由于摄动(其他行星引力的影响)﹐各行星的轨道要素在缓慢地发生变化(见摄动理论)。上表列出历元为1980年12月27.0日的行星轨道要素。其中水星﹑金星﹑地球和火星列出的是平均轨道要素﹐其他五个行星列出的是吻切轨道要素。吻切轨道是一种瞬时轨道﹐它相当于行星在该时刻开始只在太阳引力的影响下运动(而不再受其他行星的摄动)所能具有的轨道。
         自转 行星以本体内某一直线为轴的旋转。行星自转的快慢以“恒星周期”来表示﹐它是用天球上固定的一参考点(春分点)来度量行星自转一周的时间。例如﹐地球自转的恒星周期是 23小时56分4.1秒﹐比日常所用的一昼夜(24小时)约短 4分钟。行星自转的方向以行星自转轴对公转轴的倾角 来表示(按右手螺旋法则)﹐ 小于90°者称为正向自转﹐ 大于90°者称为反向自转。九大行星大多是正向自转﹔只有金星是反向自转﹐而天王星几乎是躺在它的公转轨道面上作侧向自转。
        
         测定行星的自转有以下几种方法﹕行星表面有永久性记号(例如火星)或行星大气层中有某些长寿命的云雾特徵(例如木星﹑土星)﹐可进行直接测量和归算﹔对缺乏表面特徵的行星﹐可利用赤道两端的自转速度相反的特点﹐测量由多普勒效应引起的谱线位移(例如对天王星﹑海王星)﹔利用雷达测量无线电回波因行星自转而产生的波段加宽(例如对金星和水星)﹔对有射电辐射的行星(例如木星)﹐测量因自转引起的射电偏振的周期性变化﹔对形状不规则或表面反照率不均匀的行星(例如冥王星)﹐测量其亮度的周期性变化。
         行星自转同行星的扁度等形状特徵密切有关﹐高速自转的木星和土星在其浓密的大气层中产生了值得重视的特殊动力学环境﹐在不同纬度处自转周期也不同。行星自转周期值和 角的多样化以及自转的起源等﹐都是太阳系演化学中要探讨的重要问题。(见彩图
         参考书目
         G.P.Kuiper and B. M. Middlehurst﹐ Planets and Sattellites﹐Univ.of Chicago Press﹐Chicago﹐1961.
         W.K.Hartmann﹐Moon and Planets﹕ An Introduction to Planetary Science﹐Belmont﹐1972.