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第 2 章. 太阳系

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1. 太阳系

2. 周日

3. 地球

4. 月亮

5. 行星

6. 小行星

7. 彗星

8. 流星体

9. 拉格朗日点

a. 二元系统共面性证明

1.太阳能系统

⑴ 关于太阳系起源的理论：星云假说被认为是最可信的。

①康德、拉普拉斯星云假说

② TC张伯伦，F.R.莫尔顿的星子假说

③牛仔裤的潮假说

④ 利特尔顿的近距离接触假说

⑤ 魏茨泽克星云假说

⑵ 第一次超新星爆炸：银河系旋臂附近发生超新星爆炸。

⑶ 第二次太阳星云的形成：银河系稳定状态下的物质变得不均匀，形成了太阳星云。

⑷第3^rd星云收缩：太阳星云由于重力而收缩，并逐渐开始旋转。

⑸ 第4次原始太阳的形成：随着星云收缩，中心变得更热、更致密，形成原始太阳。

⑹ 第五原始盘的形成：原始太阳向外自转加速，形成扁平盘状的原始盘。

⑺ 原始太阳第6^th核心由于引力收缩而变得更热。

⑻第7原盘旋转时形成多个环。

⑼第8星子形成：气体和尘埃在每个环中聚集，形成无数星子。

⑽第九^th原始太阳通过其核心的氢聚变反应成为太阳。

⑾ 第10原始行星形成：星子碰撞形成原始行星。它们后来成长为完整的行星。

⑿第11次太阳系形成：剩余的气体和尘埃被太阳风排出太阳系。

2.太阳

⑴ 特点

①直径：约1,390,000公里=地球直径×109

② 质量：2 × 10^30 kg = 地球质量 × 330,000

③轮换周期：25天

④ 成分：主要是氢、氦，还有钠、镁、铁等元素。

⑤ 表面温度：6,000 K

⑥ 核心温度：16,000,000 × 10^7 K

⑦ 核心压力：3,000,000,000（30亿）atm

⑧ 表面重力=地球表面重力×28

⑵ 结构

①核心：氢聚变发电

②辐射带：厚度约37万公里。将能量从核心转移到对流区。

③ 对流区：位于辐射区和对流区之间。磁场的来源。

④ 对流区：通过对流传递热量，限制物料的进出。

⑶ 太阳表面

① 光球层：太阳的可见表面。观察到太阳黑子。

○ 物质以等离子状态存在，并发出黑体辐射。

○ 日珥：光球层的火焰状喷发。

○ 太阳耀斑：类似于瓦斯爆炸的气体爆炸。

○ 颗粒化：光球层下方的细胞图案。

○ 明亮区域：热材料上升。

○ 暗区：较冷的材料下沉。

② 色球层：太阳的大气层。存在火山爆发和日珥。

○ Plages：色球层的下部。

○ 日冕：太阳大气层的最外层。

○ 上层色球温度高于上层光球温度。

③ 太阳黑子

○ 原因：强磁场影响对流造成干扰。» ○ 形状：太阳黑子是比周围表面凉爽的区域。

图 1. 太阳黑子的形状

○ 太阳黑子周期：11.1年的周期，黑子出现又消失。

图 2. 太阳黑子数量的变化

○ 太阳黑子运动

图 3. 太阳黑子的运动

○ 观测太阳黑子：当太阳位于天顶时，观测者面向太阳，左侧为东，右侧为西。

○ 从太阳北极上方观察时，太阳逆时针旋转。也称为自西向东旋转。

○ 中午观察到的太阳黑子随着时间的推移从东向西移动。

○ 太阳在赤道的自转速度最快：赤道处的自转周期最短。

○ 地球公转周期E、太阳黑子自转周期S、地球观测周期P

⑷ 太阳辐射

① 太阳常数：1.94 cal/min·㎠

② 夫琅和费线：太阳光谱中的吸收线

○ 原因：来自太阳表面的光被太阳大气中的物质选择性吸收。

③核聚变理论：高温氢原子核转变为氦原子核，释放能量。

3.地球

⑴ 原始地球第一次形成：太阳星云形成原始行星过程中形成的原始地球。

⑵ 2^nd 氢气等轻气体逃逸到太空中。像氮气这样的重气体仍然存在，形成了大气。

⑶ 第三次星子吸积：星子与原始地球碰撞并合并，增加了其大小和质量。

⑷第四次行星碰撞、水蒸气温室效应、放射性衰变导致温度升高，导致地球温度升高。

⑸第五次岩浆海洋的形成：由于地质加热和放射性元素衰变，地球温度升高，导致整个星球形成岩浆海洋。

⑹ 第六地核形成：铁、镍等重物质从岩浆海沉入地核。

⑺第7次地幔形成：硅、氧等较轻的物质从岩浆海中升起，形成地幔。

⑻第8次原始地壳形成：星子碰撞减少。地球表面变冷。原始地壳形成。

⑼第9^次。原始海洋的形成：大气中的水蒸气凝结成雨，形成原始海洋（根据锆石晶体的年龄估计，距今约45亿年）。

⑽ 第十次生命出现：第一个生命形式出现在海洋中。

⑾第11^th二氧化碳溶解在原始海洋中，形成石灰石，降低大气中二氧化碳的含量。

⑿第12^th海洋中出现光合生物，增加了大气中的氧气量。

4.月亮

⑴ 月球结构

① 玛丽亚：月球表面的黑暗区域。大多由火山活动形成。

② 高地：月球表面的明亮区域。分布着许多陨石坑。

③ 月亮的大小

○ 测量 1. 使用月球的表观直径

○ 测量2. 使用三角形的相似比

⑵ 月球运动

① 月球革命

○ 旋转方向：自西向东或逆时针

○ 转速：13°/天

② 月相» ○ 新月：日出时升起，中午过境，日落时落下

○ 第一阶段。 打蜡月牙形

○ 第二阶段。 第一季度：打蜡新月

○ 第三阶段。 盈凸月：日落时升起，午夜过境，日出时落下

○ 第四阶段。 满月：日落时升起，午夜过境，日出时落下

○ 第五阶段。 亏凸月：午夜升起，日出过境，中午落下

○ 第六阶段。 第三季度：亏凸月

○ 第七期。 残月

③ 月球轨道

图 4. 恒星月 (A → B) 和朔望月 (A → C)

○ 恒星月：月球相对于恒星回到同一位置所需的时间。大约27.3天。

○ 朔望月：月亮从一个新月到下一个新月，或从一个满月到下一个满月所需的时间。大约29.5天。

○ 恒星月和朔望月差异的原因：由于地球绕太阳的轨道运动。

④ 月球的自转

○ 月球自西向东自转，大约每月自转一圈。

○ 月球的自转周期与公转周期相同，这就是为什么从地球上只能看到月球的一侧。

○ 原因：月球通过潮汐相互作用将其旋转能量传递给地球，陷入最低能量状态。

⑶ 月球摆转（重力辅助）

① 更多的月球绕转使月球更接近地球。

⑷ 月球运动

① 近地点、远地点

② 解放

③潮汐加速

⑸ 日食现象

① 日食

图 5. 日全食的进展

○ 当月亮遮住太阳时发生。

○ 仅在特定区域可见。

○ 日食之后，晚上太阳在月亮升起之前落下：由于月球的轨道运动与其自转相反。

○ 日食开始于太阳从右侧被遮挡。

② 月食

图 6. 月食的进展

○ 当地球的影子落在月球上时发生。

○ 从所有可见月球的区域都可见。

○ 在月食期间，月亮从左侧被遮挡。

○ 在日食期间，太阳从右侧被遮挡，因此在月食期间月亮从左到右被遮挡。

③【沙罗周期】(https://jb243.github.io/pages/829)

⑹ 起源理论

① 陨石撞击理论

○ 忒伊亚是大撞击假说中提出的天体。

○ 在地球形成期间，忒伊亚位于拉格朗日点时质量不断增大，最终破坏了其轨道的稳定并与地球相撞。

○ 早期地球与忒伊亚相撞，导致月球形成。

○ 在碰撞过程中，忒伊亚的金属核心与地球核心合并并消失。

图 7. 陨石撞击理论和月球的形成

② 差异化理论

③ 放气理论

5.行星

⑴ 提丢斯-博德定律 (1722)

① 太阳到各行星的距离可以用简单的数列表示。

② 太阳与地球之间的平均距离定义为1。

③ p = 0.4 + 0.3 × 2ⁿ (n = 0, 1,…)

表 1. 应用波德定律的示例（参考）

④ 原因尚不清楚。

⑤ 谷神星指的是小行星带。

⑵ 行星运动

① 开普勒第一定律：椭圆轨道定律

○ 定义：行星沿椭圆轨道运行，太阳位于其中一个焦点。

○ 偏心率

② 开普勒第二定律：等面积定律

○ 定义：连接行星和太阳的线段所扫过的面积随时间恒定。

○原理：符合角动量守恒定律。

③ 开普勒第三定律：调和定律

○ 定义：行星公转周期的平方与其椭圆轨道长半轴的立方成正比。

○ 由于周期与距离之间存在调和关系，因此称为调和定律。

④ 活力方程

○ 不考虑共同质心时：利用机械能守恒定律

○ 考虑共同质心时

⑶ 行星视运动

① 常用

○ 行星进行恒星运动的原因：由于行星轨道速度的差异

○ 所有行星都经历顺行和逆行运动

② 内行星视运动

○ 内行星：水星、金星

○ 合相与对立：未观察到

○ 最大伸长率：水星约 30°，金星约 45°

○ 从地球上观察太阳时，太阳位于靠近南方的位置，所以左边代表东方，右边代表西方» ○ 西边最大距角：由于从东向西观察太阳时，太阳位于南边附近，而内行星在西侧，所以在早晨的天空中，在东边观测到

○ 东部最大距角：由于从东向西观察太阳时，太阳位于南边附近，而内行星位于东侧，因此在傍晚的天空中，西方向观察到

○ 会期

○ 定义：行星相对于地球的相对位置变得相同的时期

○ 公式：对于行星轨道周期 P、地球轨道周期 E 和会合周期 S

○ 与其他行星不同，水星的会合周期不到一年

○ 逆行：发生在冲位附近（∵因为接近）

③ 外行星视运动

○ 外行星：地球轨道之外

○ 合相：傍晚至黎明，观察12小时

○ 反对：未观察到

○ 东距距：傍晚至午夜，在西边天空观测6小时

○ 西距距：午夜至黎明，在东方天空观测6小时

○ 会期

○ 定义：行星相对于地球的相对位置变得相同的时期

○ 公式：对于行星轨道周期 P、地球轨道周期 E 和会合周期 S

○ 外行星的会合周期随着离地球越近而增加，随着远离地球而减少（∵ 由于角速度差增加）

○ 外行星的会合周期随着远离地球而接近1年

○ 外行星只有凸月

○ 逆行运动：外行星相对于对冲点逆行（∵ 因为距离很近）

⑷ 行星的分类

表 2. 行星的分类

① 温度

○ 类地行星：靠近太阳，温度高

○ 木星行星：远离太阳，温度低

② 主要成分

○ 类地行星：甲烷等轻物质会蒸发。铁、镍、硅等重质材料会凝结

○ 木星行星：非引力凝聚的轻质物质

③ 平均密度

○ 类地行星：主要由重元素组成，平均密度高

○ 木星行星：主要由轻元素组成，平均密度低

④ 轮换周期

○ 类地行星：主要由重元素组成，自转缓慢» ○ 木星行星：主要由轻元素组成，自转速度快

⑸ 行星的类型

① 水星

○ 词源：以快足使者之神命名

○ 轨道周期：约88天

○ 轮换周期：约59天

○ 半径：约2,440公里

○ 质量：3.3 × 10²³ kg

○ 几乎没有气氛

○ 周期变化：100年移动574秒

○ 530秒：受太阳以外其他行星的影响

○ 43秒：太阳引力对时空曲率的影响（广义相对论）

② 金星

○ 词源：以爱神命名

○ 轮换周期：约243天

○ 半径：地球的0.95倍

○ 质量：地球的0.82倍

○ 气氛：主要是二氧化碳、硫酸

○ 表面温度：约740 K（高）

○ 主要特征：看起来是太阳系行星中最亮的

③ 火星

○ 词源：以战神命名

○ 外观微红

○ 大小与水星相似

○ 低重力，几乎没有大气层

○ 气氛成分：95%二氧化碳

○ 极冠覆盖着冰：大小随季节变化，冰主要存在于地下

○ 主要特征：最多的撞击坑、季节变化、火山爆发

④ 木星

○ 词源：以神王命名

○ 太阳系最大的行星

○ 大气成分：主要是氢、氦、气体

○ 大红斑。尺寸：50,000 公里 x 20,000 公里。位于南半球

○ 腰带：浅色区域

○ 区域：深色带

○ 卫星：超过60颗

○ 伽利略卫星：木卫一、木卫二、木卫三、木卫四

⑤ 土星

○ 词源：以农神命名

○ 卡西尼号发现其环内有缝隙

○ 具有与木星相似但小得多的带和区域

○ 许多卫星：土卫六很突出。主要由冰组成

○ 泰坦

○ 由于低温而存在水、氨、甲烷

○ 形成主要由氮气组成的浓稠大气

○ 环的起源：不确定，理论包括卫星残骸、彗星碰撞、星云假说

○ 主要特点：具有最大的扁平化

⑥ 天王星

○ 词源：以希腊神乌拉诺斯命名

○ 像土星一样，有一个由岩石碎片组成的薄环

○ 轨道平面垂直于其旋转轴

○ 大气成分：甲烷、氢气

⑦ 海王星

○ 词源：以罗马海神命名

○ 肉眼不可见

○ 大气成分：氢、氦、甲烷、氨

○ 存在带、区域、环

○ Triton：有大气层的卫星

○ 海王星的发现

○ 最初被分类为行星：1781，William Herschel

○ 海王星轨道对引力理论提出挑战

○ 对未知行星的预测：1843 年，约翰·库奇·亚当斯

○ 不久后被德国天文学家发现

⑧ 冥王星

○ 2006年被国际天文学联合会剥夺其行星地位

○ 原因 1. 太阳系之外存在类似天体

○ 原因2. 体积小：只有月球大小的2/3，并且正在缩小

○ 原因3. 高椭圆轨道

6。小行星

⑴ 大多数小行星存在于火星和木星之间的小行星带中

⑵ 太阳系所有小行星的质量总和小于地球质量

⑶ 小行星绕太阳逆时针旋转

⑷ 小行星与彗星一样对于理解太阳系的起源很重要（∵它们含有来自早期太阳系的物质）

7.彗星⑴ 定义：以椭圆形或抛物线轨道绕太阳或大质量行星运行的天体

⑵ 结构

① 核心：尘埃和冰

② 昏迷：大气

③ 氢云

④ 尾部：离子尾部、尘埃尾部

⑤ 离子尾始终指向远离太阳的太阳风（磁场）

⑶ 类型：木星彗星、土星彗星、天王星彗星、海王星彗星

⑷期间

① 短周期彗星：20年以内

② 哈雷型彗星：20~200年

③长周期彗星：200年以上

⑸ 彗星经过地球时获得或失去能量

⑹ 柯伊伯带和奥尔特云

图 8. 柯伊伯带和奥尔特云

① 柯伊伯带：海王星以外的小天体区域

○ 海王星以外的环形区域，位于 30 至 50 个天文单位

○ 主要由冰冷的小行星组成

○ 短周期彗星的所在地

② 奥尔特云：太阳系以外的尘埃和冰碎片区域

○ 1 至 100,000 AU 以内

○ 长周期和非周期彗星域

⑺ 彗星和小行星对于理解太阳系的起源非常重要（∵ 它们含有来自早期太阳系的物质）

8.流星体

⑴ 定义：进入地球大气层并因摩擦而发光的微小天体

⑵ 成分：镍、硅、镁、硫、钙、钠、氩等约30种元素

①流星：主要由岩石组成

② 陨石：主要成分为铁

9。拉格朗日点

⑴ 概述

① 定义：太阳轨道平面内的引力稳定点。

② 18世纪末由约瑟夫·路易斯·拉格朗日发现

⑵ 太阳与地球之间的拉格朗日点

图9. 太阳和地球之间的拉格朗日点

① L₁：观测太阳的理想位置

② L₂：詹姆斯·韦伯太空望远镜等太空望远镜的理想位置

③ L₃：与地球轨道周期相同

④ L₄：存在木马。小行星 2010 TK7 位于 L4 点附近

⑤ L₅：存在木马

⑶ 太阳和木星之间的拉格朗日点

① L₄、L₅点存在木马。

输入：2019-04-07 10:00