太阳系的成员（）

太阳系是由太阳、行星及其卫星与环系、小行星、彗星、流星体和行星际物质所构成的天体系统及其所占有的空间区域。

在太阳系成员中，有的个子大，有的个子小，有的温度高，有的温度低，有的转得快，有的转得慢，尽管都处于同一个星系，但差异还是很大的。

太阳系中最重要的天体是太阳本身。太阳是一个光芒万丈的大火球，处在太阳系的中心。在太阳系中，太阳对于其他的天体起着引力维系物的作用。它差不多是所有的光和能的来源，几乎占据了太阳系总质量的99.9％。然而太阳是一颗恒星，所以从根本上说来，它不同于太阳系中任何其他的天体。流星尘这些最小的天体和地球的相同之处，也比它们同太阳的相同之处要多。因此，当我们谈到太阳系的天体时，我们一般总是从仅次于太阳的最重要天体——行星开始的。

太阳系中有八大行星。对它们的基本性质所作的对比表明，这八大行星分属于明显不同的两类。距太阳较近的那些行星——水星、金星、地球和火星，体积小，密度高，自转速率慢。木星、土星、天王星、海王星的体积要大得多，但密度却较小，自转速率较快。内行星一般称为类地行星，而外行星则通称为类木行星。

彗星的形态与其他的不同，它拖着一条长尾巴横冲直撞，其中有些很可能还是其他星系中的成员，由于某种原因使它突然串到太阳系中来的，说不定哪一天又不辞而别了。因此，只好把它们算作太阳系中的“特殊成员”了。

下面，我们来逐一认识一下太阳系中这些成员们的面貌吧!

一、太阳

1.太阳大小

从地球上看太阳，它似乎和月球差不多大，其实，这是距离造成的错觉。太阳距离地球，平均约有1.5亿公里，几乎是月球与地球距离(约38万公里)的400倍。这段距离有多长呢?如果乘坐一架每小时飞行800公里的飞机到太阳上去旅行，得需要整整21年的时间。每秒钟能跑30万公里的光，走完这段距离也要8分19秒，换句话说，假如太阳现在熄灭了，我们要在8分19秒之后，才会感到黑暗降临。

太阳的半径约为695，980公里，等于地球半径的109倍，109倍看来似乎相差并不很大，可是，球的体积与半径的立方成正比。因此，这个半径倍差意味着太阳的体积比地球大130万倍，假如太阳是个空心巨球，我们想用地球把它装满的话，除了需要90万个整地球以外，还要再把40万个地球切成碎块来填缝。

根据万有引力定律，算出太阳的质量大约等于2000亿亿亿吨，差不多等于地球总质量的33万倍，或者说，等于太阳系所有大行星质量总和的740倍。太阳表面所产生的重力为地球表面的28倍。一个在地球上重50公斤的人，如果站在太阳上，他的体重就变成1400公斤了。太阳正是依靠这巨大的质量，以强大的引力控制着太阳家族中的每个成员，犹如一位强有力的组织者和指挥者，把这个庞大的“家族”管理得井井有条。

不过，在人们看来极其巨大的太阳，在宇宙的恒星世界中，不论从体积、质量，还是光度来说，都是极其普通的。有的恒星比它大几十倍、几百倍，甚至几千倍，要是太阳和它们“站”在一起，只不过是一位毫不引人注意的“小个子”而已。这个“巨大的小个子”位于银河系一条螺旋臂上，大约处在星系中心至边缘的四分之三处。太阳和它的行星一样，也在不停地自转，自转一周需要25．2个地球日(赤道部分)。同时，它也带领着整个太阳系以每秒250公里的速度，围绕银河系中心旋转，旋转一周大约需要2亿年之久。

太阳不是一个标准的圆球，而是一个赤道部分隆起、两极部分凹下的扁球体。这个扁球体的赤道半径比极半径大6.5公里。这6.5公里之差，对如此庞大的太阳来说，当然是微不足道的，但它的存在说明，太阳也像我们地球一样，不是标准的球体。

2.太阳结构

用肉眼看太阳，除了那明亮夺目的光辉以外，它在天空中几乎每天都是无声无息地东升西落显得那么安详和宁静，其实，事实并非如此。如果用一台望远镜仔细观察它的话(当然一定要加上黑色保护镜片，否则会烧伤眼睛)，就会发现，太阳表面是变幻无穷的。

从结构上来说，太阳可以分为内部和大气两大部分。太阳内部是我们看不见的高温高压的世界；可以看见的，只是太阳表面的大气层。根据太阳大气层结构的不同特点，大致可以划分为光球、色球和日冕三层。

1．光球

所谓光球，就是我们平时看到的耀眼的太阳圆面。

光球这个名称是18世纪一位叫做“施罗特尔”的天文爱好者首先使用的，意思是“发光的球”，太阳的直径就是按这个圆面定出来的。光球实际上就是太阳的低层大气，厚度约300公里，温度约为6000℃。遗憾的是，正是这层厚度不大、密度很小(其密度约为水的几亿分之一)的气层，挡住了人们的视线，使人们难以看到太阳内部的奥秘。

用肉眼观看光球，它似乎只是一层十分明亮而光滑的圆轮。可是，在望远镜里，情况就大不一样了，它上面密密麻麻地布满着象“米粒”一样的结构，人们形象地把它叫做“米粒组织”。其实，用米粒这个名称却太不相称了，因为这些所谓“米粒”大得惊人，有的直径达1200公里，面积比青海省还要大，最小的直径也在300公里左右。从地球上看去，这些蜂窝状结构，不仅象大米，还象一颗颗明亮的珍珠，散落在太阳圆面上，此起彼伏，闪闪发光。更有趣的是，它们的寿命都很短，不断出现又不断消失，形状和位置随时都在变化，几分钟内就辨认不出谁是谁了，看到的只是一片汹涌翻滚、永不停息的“波涛”。

这些奇怪的“米粒”究竟是些什么东西呢?天文学家们对它作过许多解释。目前，一般认为它是太阳表面灼热的气体掀起的波浪，可能是由太阳深层上升到表面的炽热气团，由于它的温度比周围要高约300℃左右而成为一块亮斑。这些上升的气团，由于不断向外辐射能量而变冷，接着很快又沉了下去，下沉后又被加热，再次上升成为另一个“米粒”，这种不断翻腾的现象，正是太阳表面冷(相对的)热气体上下对流的表现。

除了这些时时变幻无穷的“米粒”以外，在这层光辉夺目的光球上，还可以看到另一种引人注目的东西——黑子。

所谓“黑子”，就是太阳表面分布的黑色暗斑。早在公元前28年(汉成帝河平元年)，我国就有了关于太阳黑子的记载。此后两千多年中，史书内有关黑子的记录多达一百余次。古代，我国人民把太阳又叫做“金乌”，意思是太阳里面有一支黑色的乌鸦。其实就是对黑子形象的描述。国外对黑子的观测比我们晚了800多年，一直到公元807年，欧洲才第一次出现黑子记录。1610年，伽里略第一次用望远镜观测了太阳黑子。同年，德国的席勒尔也在望远镜中看到了太阳上的这些黑斑。可是，当时在宗教统治的欧洲，这是大逆不道的邪说。按照宗教的教义，太阳是宇宙的眼睛，宇宙的眼睛怎么会有“沙子”呢?因此，当席勒尔经过反复观察，证明确实无误，便向教长报告，教长严肃地对他说：“我读过亚里斯多德的所有著作，里面根本没有谈到过有这类事情，去吧!孩子，不要胡思乱想，这一定是你的眼睛或者玻璃上有点什么，使你看错了，纯洁无瑕的太阳怎么会有黑点呢?以后再不要这样说了”。宗教偏见是不承认自然规律的。当然，自然规律也绝不会屈从于任何偏见。随着天文学的发展，不仅确认了这一现象，而且太阳黑子的秘密也真相大白了。

经过长时期的辛勤观测和研究，现在人们知道，所谓黑子，实际上是太阳表面灼热翻滚的气体海洋中掀起的一个个巨大的“漩涡”，这种漩涡式的凹坑深度大约100公里，直径达几千至几万公里，在这种漩涡中的物质，运动速度高达每秒2000米，说明这里气流的扰动何等剧烈。那么黑子真的是黑颜色的吗?其实，黑子并不黑，它比火红的钢水还要明亮得多。人们之所以把它们看成块块黑斑，只是由于它的温度相对较低(约为4500℃)，比光球温度低1500℃左右，在明亮的光球背景反衬下，才显得好象黑暗一些而已。

黑子的形状、大小和它在日面上的位置都在不断变化。大黑子是由小黑子长大的，小黑子则诞生在米粒组织之间的小孔中，黑子很少单独行动，常常是成群结队地出现，称为“黑子群”。当一个黑子群发展到最大时，直径长达几十万公里，面积可以达到几十个甚至一百几十个地球圆面积那么大。经过长期对黑子研究的结果证明，黑子群中的黑子数目和它们面积大小的变化，似乎具有某种周期性。由极小到极大，大约平均需要四年，接着由极大又到极小，约需要七年，平均周期是十一年左右。从1750年到1851年100年的观测资料，可以明显地看到这种周期变化。但是，严格地讲，这种周期好象又不十分准确，例如：1917年是太阳黑子数目的极大年，相对数(一种表示黑子活动的指标)为104，十一年以后，另一个黑子数目的极大年——1928年，却只有78。可是1937年又出现一个极大年，黑子数为114，而其间相隔却只有九年。因此，直到现在，一些科学家对太阳黑子是否有一个十一年的准确周期还抱有怀疑。黑子活动的周期究竟如何?还有待于我们去进一步研究、探索。

特别值得注意的是，黑子是太阳上的强磁区，具有强达三、四千高斯的磁场，比周围区域的磁场强度高出几十倍，甚至几百倍。因此，有的天文学家把黑子又叫做太阳表面的“磁性岛屿”。不久前，美国天文学家帕尔克还认为，黑子的温度之所以比较低，正是因为强磁场大大促进了能量的传输，把绝大部分热流变换为磁流体波，沿磁力线迅速传播出去的结果。

黑子是太阳活动的主要标志，其他种种太阳活动，例如光斑、谱斑、耀斑以及日珥等等，几乎都与黑子的多少有关。长期观测证实，黑子群愈大，它附近出现的各种活动现象也愈多。因此，人们常常用黑子多少来衡量太阳活动的强弱。研究黑子的一个主要目的，就是要了解下面将要谈到的，对地球影响最大的太阳耀斑。

2．色球

所谓色球，就是紧贴在光球之上的一层太阳大气，平均厚度约为1～2万公里左右，它的密度比光球还要稀薄得多，可以说几乎完全是透明的。色球层的温度高达摄氏1万度左右。平时我们是看不见它的，只有在日全食发生或使用色球望远镜观测时才能看到，它就象一圈微红色的环带，套在太阳的周围，显得格外艳丽。色球这个名称就是这样得来的。由于强烈的气流扰动，色球层上遍布着无数明亮的“火舌”，就象一场巨大的森林火灾那样，到处是一片熊熊燃烧的漫天大火，这些一边燃烧一边上升的火舌，有的宽达1000多公里，最高可达7000公里，其猛烈的程度，是地球上任何火焰都难以比拟的。除此以外，更为壮观的恐怕要算“日珥”了。它们比上面谈到的火舌更要雄伟得多，这些巨大的气体柱形成的高达几十万公里的“火焰喷泉”，在色球层上形成象流烟、云朵、树枝、龙卷风那样的各种奇特的形态，使人们感到太阳真是一个“大火球”了。

雄伟的色球风光固然使人惊叹，但人们更多的注意力，却是集中在太阳的耀斑上。所谓太阳耀斑，又叫做“色球爆发”，这是太阳活动的一种重要现象。当这种现象发生时，首先是在色球层内一个不大的局部，亮度突然增强，射电辐射急促增加，15～30分钟以后，正式爆发开始，接着在几分钟到一至二小时的过程中，发射出很强的短波电磁辐射，如紫外光、X射线等所放出的能量的数量级大约为10^25卡，即10亿亿亿卡。我们知道，卡为热量的单位，1卡可以使1克水增温1℃，10^25卡意味着使10亿亿吨水由0℃增温到100℃。

此外，耀斑发生时，还抛射出大量的质子、电子和氦核等高能粒子，每个粒子的能量约10^5～10^9电子伏特，它们的运动速度可达光速的1／3～1／2，或者说，色球层爆发产生的粒子流，只需10～30分钟就可以从太阳到达地球。这些粒子穿透性很强，对于防护不够的宇宙飞船、人造卫星影响很大，严重时甚至可以使座舱中的宇航员和仪器受到伤害而不能正常工作，特别是当增强的X光辐射来到地球附近后：那些1～10埃的X光辐射，使电离层的电子密度突然增多，从而对电波产生增强吸收，造成电离层的紊乱，使地球上依靠电离层反射的无线电通信出现强烈干扰甚至中断。

1956年2月23日，中央人民广播电台的短波广播突然中断，全国各地的收音机同时都收不到北京的短波播音了。可是，36分钟以后，一切又恢复了正常，是电台出了毛病吗?没有，电台一直在正常播音。在这同一时间，英国一支潜水艇部队正在格林兰海面进行军事演习，指挥部与部队也失去了无线电通信联系，大家以为潜水艇出了什么事故，正在无可奈何的时候，无线电通信又自动恢复了。后来，天文学家才发现，原来太阳发生了一次猛烈的色球爆发，这些短波通信中断的“故障”都是由于电离层受到强烈冲击造成的。经过计算后知道，这次色球爆发，相当于100万颗氢弹的爆炸力。

许多统计研究表明，太阳耀斑与地球上的许多自然现象都有关系，现在许多科学家认为，地球上的气候变化；灾害性天气出现的频率；树木生长的速度；甚至地震都可能与太阳活动有关，而太阳活动中最剧烈的现象则是耀斑。因此，对太阳耀斑的研究，已经成为当前研究日、地关系的一项重要课题了。国际日地物理学科学委员会已计划，在当前太阳活动的极大年期间，组织联合观测和专题讨论，为作好耀斑预报积累经验和资料。

3.日冕

最后就该说到“日冕”了。日冕是太阳最外层的大气，紧紧贴在色球上，厚度可达1～2万公里。这层大气非常稀薄，大约相当于地球大气密度的一万亿分之一。平常我们是看不到它的，即使用色球望远镜也看不到，因为它比太阳本身更白，只有当日全食发生时，人们才能在太阳黑色圆轮的四周看到它象一朵洁白的大花朵，在太阳的周围闪耀成一片珠宝般的银白色光辉，它的光芒一直延伸到几个太阳直径那么远的地方。

日冕的主要特点是它那骇人听闻的高温——摄氏100万度，比光球(6000℃)和色球(10000℃)要高一百多万倍。为什么太阳外层大气反而比内层大气温度高这么多呢?这个使许多科学家们长期困惑不解的“高温之谜”，直到现在还是正在探索的难题。

目前，最流行的一种理论叫做“波动加热”说，认为日冕的高温是由于太阳表层激烈的物质对流运动产生的强波动造成的。这些波动其中包括声波，当声波传到日冕后变成了冲击波，波动是要靠物质的振动才能传播的，而日冕的物质却极为稀薄，振动在这里就很难维持下去了，只好把能量散失在日冕空间，计算表明，这样不断散失的能量，足以使日冕加温到摄氏100万度左右。真的就是这样吗?恐怕还有待于进一步探讨。

在这极度高温的环境中，日冕物质全部都电离了，这里的带电离子，都以极大的速度一刻不停地运动着，例如，氢原子核(质子)平均运动速度约为每秒220公里。虽然太阳以它强大的引力，力图把它们拉住，但是，还有一部分脱离了太阳，象脱缰的野马似的奔向星际空间。这些脱离太阳的高速粒子流，就是我们常说的“太阳风”。人造卫星测量的数据表明，这些高速粒子在地球轨道附近平均速度达到每秒400公里，其中最快的达到每秒770公里。从太阳到地球1.5亿公里的路程，一般只要5～6天就到了。这种太阳风，不仅“吹”向地球，而且还可以一直“吹”到最遥远的冥王星。可以说整个太阳系都是它们纵横驰骋的场所。

有趣的是，日冕的形状也和太阳黑子的多少有关。多次在日全食拍摄的日冕照片，都毫无例外地显示，黑子活动剧烈的年份(极大年)日冕呈现一种规则的圆形，而在黑子活动弱的年份(极小年)，日冕则表现为扁形长条。

4.太阳能量

太阳分分秒秒都在散发出巨大的光和热，它巨大的能量是从哪里来的呢？

1814年，德国一位光学工人福朗哈佛把开普勒和牛顿发现的光通过棱镜可以分解为不同颜色的原理，应用到对恒星的研究上，走出了恒星光谱学的第一步。后来，又经过人们不断地改进和完善，光谱分析终于诞生了。这就为了解太阳物质获得了一件有力的武器。一排排明暗相间的谱线终于告诉人们，太阳和其它天体一样，也是由各种物质组成的。

地球上已经发现的元素中，在太阳上已找到七十多种，例如氢、氦、碳、氮、氧、铁、硅、钠、钾、钙等。其中有些元素，例如氦，还是首先在太阳上发现后才在地球上找到的。从组成太阳的这些元素的含量来看，主要是氢和氦，其中氢约占元素总量的81％，氦约占18％，其他元素的含量都很少，太阳实际上是一团灼热的气体。

弄清了太阳的物质组成，对于我们了解太阳为什么会长期稳定地发出如此巨大的热量，实在太重要了。原来，太阳的光热是热核反应的结果，太阳内部存在的大量的氢不断地进行着四个氢原子核结合成一个氦原子核的反应。-估计太阳上这种强烈的热核聚变反应，一秒钟就要消耗约四百万吨氢。正是由于这种反应的持续进行，太阳每天都消耗大量的氢、产生大量的热、放出大量的能。其原理完全同氢弹爆炸的情况一样。太阳正是依靠这种能源，成为我们今天见到的这个光芒万丈的大“火球”。

火红的太阳向外辐射的能量是十分惊人的，每秒钟释放的能量约为3.8×10^33尔格，这个数字多么大呢?大约相当于500后面再添上20个“0”那么多马力的功率。或者说相当于一秒钟内同时爆炸910亿颗100万吨级的氢弹。这真是一个难以想象的数字，如果把这些能量用热量单位来表示的话，等于每分钟放出5×10^24千卡的热量。这些热量需要燃烧1.3亿亿吨煤才能得到。有人做过这样一个计算，如果用一层12米厚的冰壳把太阳包起来，这些热量只需要一分钟就可以使它全部熔化。太阳就是这么一个使人惊奇的灼热天体。几十亿年来，它就是这样不断地散发着巨大的热量，成为整个太阳系的光和热的源泉。

5.太阳寿命

近代天文科学告诉我们：恒星，包括太阳在内，都有一个从产生到灭亡的十分漫长复杂的过程。

天文学家们研究了许多不同发展阶段的恒星之后，已经知道，太阳早已渡过了它的幼年期，它象现在这样照耀我们已经几十亿年了。当前，正处于精力旺盛的主序星阶段，保持目前这样的光和热，至少还可以稳定50亿年。

估计至少要在50亿年以后，才会逐渐进入体积急剧膨胀的红巨星阶段。那时，太阳的体积可能增大到把水星、金星的轨道都包括在内。它释放出的热量可能使地球表面的温度上升到300℃以上，这个温度足以使锌或铅熔化。到那时，地球上广阔的海洋也会蒸腾为一片云雾而干涸。当然，不加保护的生物都会荡然无存了。经过这一急剧膨胀之后，太阳又会逐渐缩小，天空中的水分又将会落回地球再次填满海洋和湖泊，也许还会出现一段和现在差不多的环境条件。此后，在太阳把剩下的核燃料转变为金属元素的那几亿年里，它将发出蓝色的光辉。最后，终于耗尽了核能而成为一颗不再燃烧的白矮星。当然，在这以后很长很长的一段时期里，它还会继续发出一点点微弱的光亮。这时，太阳的体积可能缩小到比地球还小，但它巨大的质量仍足以牵引着地球在围绕它的轨道上继续运转。

知识点：核聚变

核聚变是指由质量小的原子，主要是指氘或氚，在一定条件下（如超高温和高压），发生原子核互相聚合作用，生成新的质量更重的原子核，并伴随着巨大的能量释放的一种核反应形式。原子核中蕴藏巨大的能量，原子核的变化（从一种原子核变化为另外一种原子核）往往伴随着能量的释放。如果是由重的原子核变化为轻的原子核，叫核裂变，如原子弹爆炸；如果是由轻的原子核变化为重的原子核，叫核聚变，如太阳发光发热的能量来源。

D（氘）和T（氚）聚变会产生大量的中子，而且携带有大量的能量，中子对于人体和生物都非常危险。

氘氚聚变只能算”第一代”聚变，优点是燃料无比便宜，缺点是有中子。

“第二代”聚变是氘和氦3反应。这个反应本身不产生中子，但其中既然有氘，氘氘反应也会产生中子，可是总量非常非常少。如果第一代电站必须远离闹市区，第二代估计可以直接放在市中心。

“第三代”聚变是让氦3跟氦3反应。这种聚变完全不会产生中子。这个反应堪称终极聚变。

目前人类已经可以实现不受控制的核聚变，如氢弹的爆炸。但是要想能量可被人类有效利用，必须能够合理的控制核聚变的速度和规模，实现持续、平稳的能量输出。科学家正努力研究如何控制核聚变，但是现在看来还有很长的路要走。

延伸阅读

牛顿，1642年12月25日——1727年3月31日，爵士，英国皇家学会会员，是一位英国物理学家、数学家、天文学家、自然哲学家和炼金术士。他在1687年发表的论文《自然哲学的数学原理》里，对万有引力和三大运动定律进行了描述。这些描述奠定了此后三个世纪里物理世界的科学观点，并成为了现代工程学的基础。他通过论证开普勒行星运动定律与他的引力理论间的一致性，展示了地面物体与天体的运动都遵循着相同的自然定律；从而消除了对太阳中心说的最后一丝疑虑，并推动了科学革命。在力学上，牛顿阐明了动量和角动量守恒之原理。在光学上，他发明了反射式望远镜，并基于对三棱镜将白光发散成可见光谱的观察，发展出了颜色理论。他还系统地表述了冷却定律，并研究了音速。在数学上，牛顿与戈特弗里德·莱布尼茨分享了发展出微积分学的荣誉。他也证明了广义二项式定理，提出了“牛顿法”以趋近函数的零点，并为幂级数的研究作出了贡献。在2005年，英国皇家学会进行了一场“谁是科学史上最有影响力的人”的民意调查，牛顿被认为比阿尔伯特·爱因斯坦更具影响力。

1727年3月31日，伟大的艾萨克·牛顿逝世。同其他很多杰出的英国人一样，他被埋葬在了威斯敏斯特教堂。他的墓碑上镌刻着：让人们欢呼这样一位多么伟大的人类荣耀曾经在世界上存在。