天文基础8、太阳系大行星探索

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1、北京天文馆李昕太阳系探索之一行星家族简介一、太阳系史话太阳系大家庭太阳占太阳系总质量的99.87%太阳系的中心?太阳?地球?托勒密是观测家和天文仪器的发明者“地心说”由希腊的“亚里士多德学派”继承而来“地心说”以等速圆周运动的理论表示以地球为中心的天体运动托勒密的“地心说”“地心说”体系无法解释怪异的行星运动“地心说”被西方教会利用，作为经典学说之宇宙观统治社会长达1300多年哥白尼（公元1473～1543）波兰天文学家《天体运行论》的作者日心说的创立者哥白尼1543年在《天体运行论》中提出“日心说”“日心说”巧妙地解释了行星运动，澄清了现在看来非常简单的事实日心说与梵蒂冈的斗争科学的殉道士

2、－－－乔尔丹诺·布鲁诺（公元1548～1600年）伽利略（公元1564～1642）意大利著名天文学家、哲学家、物理学家、数学家第一个用望远镜观测行星的人看到了吗，金星也有相位变化，这说明它也在围绕太阳运动……第谷（公元1546-1601）积累了海量观测资料伟大的实测天文学家第谷的体系开普勒（公元1571～1630）德国天文学家卓越的理论推导者师徒合作此前人们认为行星作匀速圆周运动。但是开普勒发现无论按照哥白尼的方法，还是托勒密或者第谷的方法，都不能算出和第谷的观测相符合的结果——火星的运动有8‘的误差！坚信第谷的观测精确性，开始发现新的理论。开普勒行星运动第一定律（1609年）开普勒行星运动

3、第二定律（1609年）T2一a3=G(M+m)————4π2开普勒行星运动第三定律牛顿（公元1643～1727）英国物理学家、数学家伟大的科学巨匠1687年的巨著《自然哲学的数学原理》万有引力定律万有引力常数G=6.672×10-11N·m2/kg2二、大行星的运动飞抵太阳系上空，鸟瞰整个太阳系的壮丽景象，那些大行星都在自西向东也就是逆时针围绕太阳转，它们绕太阳转的路线也就是天文学家常说的轨道也挺圆，再看看，它们基本都在一个平面上围绕太阳转悠。这就是行星运动三个主要特性。正因为行星运动具有同向性、近圆性、共面性，才使当年的天文学家在地球上能分辨出它们是太阳系的成员。行星运动三大特性在太空中看

4、，九大行星都在自己的轨道上按部就班地运动。但在地球上看其它行星运动，问题有点儿复杂。我们把在地球上看到的行星相对太阳、相对星空背景的运动叫行星视运动。行星视运动（1）相对太阳的视运动（2）相对星空背景视运动行星的视运动大行星的分类相对于背景恒星的视运动顺行逆行留行星的视运动原理水星相对星空背景视运动金星相对星空背景视运动行星相对星空背景视运动特点1、行星视运动路径总在黄道附近；2、行星有时顺行，有时逆行；3、顺行时间长，逆行时间短；4、由顺行转为逆行或由逆行转为顺行的转折点称为“留”，行星在“留”前后移动缓慢，好像静止似的；5、行星视运动都有周期性，各行星的周期长短不同。地内行星相对于太阳的

5、视运动上合—东大距—下合：昏星下合—西大距—上合：晨星水星的大距：18°~28°金星的大距：45°~48°相位变化1610年，伽利略首次用望远镜发现金星跟月亮一样有盈亏相位变化。与月球不同的是，地内行星相位还随着角径大小显著变化。朔（下合）附近角径最大望（上合）附近角径最小金星的角径最大时为最小时的6.4倍；水星为2.6倍。发现意义：地内行星相位和角径变化的发现是日心说的有力证据之一；说明行星只是反射日光，本身不发光。地外行星相对于太阳的视运动合—东方照—冲：前半夜可见冲：整夜可见冲—西方照—合：后半夜可见大冲行星会合周期行星相对星空背景的运动，行星会合周期，行星绕太阳公转一周时间叫“恒星周

6、期”；在地球上看到的相对星空背景的行星运动是行星公转和地球公转的复合运动，叫“会合运动”。行星相邻两次合（或冲）经历的时间叫“会合周期”。地内行星会合周期经历过程：上合－顺行东大距－顺行留－逆行下合－逆行留－顺行西大距－顺行上合水星公转周期87.969日会合周期115.88日金星公转周期224.701日会合周期583.92日行星会合周期/公转周期概念不同行星运动的会合周期S的近似计算是（E为地球的公转周期，T为欲求行星的公转周期）：对地内行星对地外行星三、八颗行星巡礼水星中国古代：辰星西方：墨丘利（Mercury）赤道半径：2439km黄赤交角：0°自转周期：58.65天公转周期：87.97

7、天水手10号1973发射1974环日1975结束水星名不副实，表面没有一滴水，最高温度高达350℃，最低温度则只有-170℃，是生命的不毛之地。美国“信使”号水星探测器2004年发射升空经历6年多78亿公里的飞行预计2011年3月进入水星轨道开始正式工作金星中国古代：东有启明，西有长庚西方：维纳斯（Venus）赤道半径：6052km黄赤交角：177.8°自转周期：243.01天公转周期：224.7天金星有厚厚