太阳系行星概述（）

太阳系行星中，尽管都处于同一个星系，但差异还是很大的，它们的体积、温度、运动速度都各不相同。

太阳系中有八大行星。对它们的基本性质所做的对比表明，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，而外行星则称为类木行星。

变化的星云盘

在银河系的盘状部分(称为银盘)，离银河系中心33000光年、离边缘15000光年处，星际弥漫物质在约47亿年前曾集聚成一个比较大的星际云。这个云由于自吸引而收缩，云中出现了湍涡流，后来这个云碎裂为一两千块，其中的一块就是我们太阳系的前身。到后来形成太阳系的这个星际云碎块(下面把它称为原始星云)，由于它是在涡流里产生的，所以从一开始就在自转着。其他的碎块也大多形成了恒星，它们全部或大部分都有自转，自转速度有快有慢，自转轴的方向也多种多样。所以，太阳过去是一个星团的成员，后来这个星团瓦解了、散开了。

原始星云的质量比今天太阳系的总质量大些，它一面收缩，一面自转，由于角动量守恒，越转越快。赤道处惯性离心力最大，因为离心力是一个排斥因素，它对抗了吸引，所以赤道处收缩得比较慢，两极附近收缩得比较快，原始星云便逐渐变扁。

原始星云最初温度很低，在冰点以下200多度，所以开始时收缩很快，在两极附近，物质几乎是向中心自由降落。这时候，吸引是矛盾的主要方面。原始星云在收缩中释放出大量引力势能，它转化为动能、热能，使其温度升高；相应地，云的内部压力增大，成为对抗自吸引的主要排斥因素。原始星云的化学组成就是星际物质的化学组成，也就是今天太阳外部的化学组成：氢最多，其次是氦，然后是氧、碳、氮、氖、铁、硅、镁、硫。除了上面10种元素外，其他元素的相对含量要小得多。当温度很低时，最丰富的元素氢多以分子的形式存在。原始星云收缩到内部温度达1000多度时，大部分氢分子都离解为氢原子，原始星云就成为一个中性氢云。当内部温度进一步升高到10000度时，大部分氢原子都电离了，原始星云就成为一个电离氢云。

原始星云收缩到大致相当于今天海王星轨道的大小时，由于角动量守恒，赤道处的自转速度已经大到离心力等于星云本身对赤道处物质点的吸引力。这时候，星云的赤道尖端处的物质不再收缩，留下来绕剩余的部分转动，空了的尘端部分由上面、下面和里面的物质补上。原始星云继续收缩，在赤道处进一步留下物质，这样就逐渐形成一个环绕太阳旋转的星云盘，剩余物质(实际上约占原来质量97%)进一步收缩成太阳。整个星云盘的形成只用了几百年的时间。

在星云盘开始形成以前，太阳已成为一个红外星。原始星云在收缩过程中，越靠近中心的部分，密度增加越快，星云的中聚度(向中心密集的程度)随着时间的流逝而相当快地增大。所以，星云的中心部分占有总质量的绝大部分，它形成了太阳。星云盘形成后，太阳开始进入慢引力收缩阶段。那时候，太阳的自转比今天快很多，磁场也比今天强几百倍，内部存在着强烈的对流，能量从内部转移到外部主要就是靠对流。在今天，太阳的活动主要也是由于较差自转、磁场和对流这三个因素互相影响而产生的。在太阳的慢引力收缩阶段，这三种因素都比今天强烈得多，所以太阳活动也比今天厉害得多。在那个阶段，太阳大量抛射物质，光度做不规则变化，在长达约800万年的时期内一直是一个金牛座T型变星。

太阳的引力和辐射控制了整个星云盘的结构。星云盘里离太阳越远的地方，太阳的吸引力越弱，由于太阳的辐射到达那里已变得比较稀薄，所以温度比较低。星云盘的厚度主要决定于太阳吸引力的垂直于赤道面的分量和气体压力之间的对比，前者使盘的厚度减小，后者使盘的厚度增加，两者构成一对“吸引—排斥”矛盾。当离太阳的距离增加时，太阳引力的垂直分量比气体压力减小得快，所以星云盘的厚度越往外面越大。由于星云盘是里面薄外面厚，又向上、下弯曲，所以太阳的辐射可以从外面进入星云盘的外层。星云盘刚形成时，外部的温度为绝对温度几十度，内边缘的绝对温度高到2000度左右。当原太阳收缩到大致今天的大小以后，星云盘的温度降低，各处的温度主要决定于太阳的光度和该处离太阳的距离，温度值大致和距离的平方根成反比，和太阳光度的四次根成正比。在行星形成过程中，星云盘外边缘的温度低于100K，内边缘的温度低于1000K，具体数值随着太阳光度的变化和星云盘透明度的变化而变化。

星云盘的演化最重要的有两个方面：一是化学组成的演化，二是尘粒的沉淀。星云盘物质的化学组成，开始是和今天太阳外部的化学组成一样的(太阳内部由于氢核聚变，氢在减少，氦在增多)，后来，由于各处温度不同以及其他原因，里外的化学组成才变得不一样。星云盘由内到外可以分为三个区：类地区、木土区和天海区(包括冥王星)。在最里面的类地区，由于最靠近太阳，温度最高，过一段时期以后，挥发性物质几乎全部跑光，只剩下铁、硅、镁、硫等及其氧化物，这类物质称为土物质。土物质占原来物质的0.4%，也就是说，在类地区里，原来的物质只保留下来4‰，其余的都跑掉了，离开了太阳系。跑掉的物质可以分为两类：一类叫作气物质，包括氢原子、氢分子、氦、氖，它们的沸点不超过绝对温度8度(冰点下265度)，最容易挥发。气物质的质量占原来物质的98.2%。还有一类叫作冰物质，包括氧、碳、氮以及它们和氢的化合物，占原来物质的1.4%，在标准条件下平均沸点约绝对温度255度。土物质的沸点为1000多度左右。

今天，木星的氢含量约80%，氦含量约18%；土星的氢含量约63%；天王星和海王星的氢含量只有10%左右。在木土区，气物质跑掉了一部分；而在天海区，气物质却跑掉了绝大部分，这里温度低，气物质跑掉不是由于挥发，而是由于该区离太阳远，太阳的吸引力微弱，逃逸速度小，气体分子的热运动速度有大有小，热运动速度大的分子加上公转速度就可以超过逃逸速度而跑掉。所以，天王星和海王星主要是由冰物质组成的，冰物质占2/3以上，土物质和气物质合起来不到1/3。

天文观测结果表明，星际物质和星云一般不仅有气体，也包含一些尘粒。星际物质对星光起消光作用，主要就是由于它里面的尘粒散射了星光。按质量计，尘粒占星际物质的1.5%左右，这包括二氧化硅、硅酸镁、四氧化三铁和石墨等固体质点，以及由水、水化氨、水化甲烷等冻结形成的小冰块。星际物质里的尘粒的半径很小，只有10微米左右。

星云盘刚形成时，由于温度较高，在类地区和木土区里的小冰块都熔化了。在类地区里，连土物质的尘粒也熔化了。只是到后来，随着星云盘的温度降低，才在木土区重新凝聚出小冰块，在类地区凝聚出土物质的尘粒。类地区由于温度高，绝大部分的气物质和冰物质(都是气体)都跑掉了。

尘粒的质量比气体分子大，所以热运动速度较小，在太阳引力垂直分量的作用下，尘粒将在气体里沉淀，向赤道面下沉。但是，气体的摩擦力会对这种下沉起阻碍作用。于是，这里又出现了“吸引—排斥”矛盾。在这里，吸引是矛盾的主要方面，所以尘粒还是下沉，于是形成薄薄的一个尘层，行星就在尘层里逐步形成。尘粒集聚成较大的固体块，称为星子。后来，星子逐步结合成为行星和卫星。在太阳系天体的形成过程结束以后，星云盘物质的绝大部分不是归入行星、卫星、小行星、彗星，就是跑掉了。星云盘也就消失了。残余的物质则成为行星际空间里的大大小小的流星体和行星际气体。

石墨

石墨，是元素碳组成的一种单质，每个碳原子的周边连结着另外3个碳原子（排列方式呈蜂巢式的多个六边形）以共价键结合，构成共价分子。由于每个碳原子均会放出一个电子，那些电子能够自由移动，因此石墨属于导电体。石墨是最软的矿物之一，它的用途包括制造铅笔芯和润滑剂。碳是一种非金属元素，位于元素周期表的第二周期IVA族。

石墨是碳质元素结晶矿物，它的结晶格架为六边形层状结构。每一网层间的距离为3.40，同一网层中碳原子的间距为1.42。属六方晶系，具有完整的层状解理。解理面以分子键为主，对分子吸引力较弱，故其天然可浮性很好。

石墨与金刚石、碳60、碳纳米管等都是碳元素的单质，它们互为同素异形体。

自然界中纯净的石墨是没有的，其中往往含有SiO2、Al2O3、FeO、CaO、P2O5、CuO等杂质。这些杂质常以石英、黄铁矿、碳酸盐等矿物形式出现。此外，还有和CO2、H2、CH4、N2等气体部分。因此对石墨的分析，除测定固定碳含量外，还必须同时测定挥发分和灰分的含量。

磁场是一种看不见、摸不着的特殊物质，它具有波粒的辐射特性。磁体周围存在磁场，磁体间的相互作用就是以磁场作为媒介的。磁场是电流、运动电荷、磁体或变化电场周围空间存在的一种特殊形态的物质。由于磁体的磁性来源于电流，电流是电荷的运动，因而概括地说，磁场是由运动电荷或电场的变化而产生的。

磁现象是最早被人类认识的物理现象之一，指南针是中国古代一大发明。磁场是广泛存在的，地球、恒星(如太阳)、星系（如银河系）、行星、卫星以及星际空间和星系际空间，都存在着磁场。为了认识和解释其中的许多物理现象和过程，必须考虑磁场这一重要因素。在现代科学技术和人类生活中，处处可遇到磁场，发电机、电动机、变压器、电报、电话、收音机以至加速器、热核聚变装置、电磁测量仪表等，无不与磁现象有关。甚至在人体内，伴随着生命活动，一些组织和器官内也会产生微弱的磁场。

磁场类型

1.恒定磁场磁场强度和方向保持不变的磁场称为恒定磁场或恒磁场，如铁磁片和通以直流电的电磁铁所产生的磁场。

2.交变磁场磁场强度和方向在规律变化的磁场，如工频磁疗机和异极旋转磁疗器产生的磁场。

3.脉动磁场磁场强度有规律变化而磁场方向不发生变化的磁场，如同极旋转磁疗器、通过脉动直流电磁铁产生的磁场。

4.脉冲磁场用间歇振荡器产生间歇脉冲电流，将这种电流通入电磁铁的线圈即可产生各种形状的脉冲磁场。脉冲磁场的特点是间歇式出现磁场，磁场的变化频率、波形和峰值可根据需要进行调节。

水星

水星在太阳系八大行星中体积最小、质量最小。由于水星距太阳最近，因此它的轨道速度是八大行星中最大的。由于水星距离太阳太近，给观测这颗行星的工作带来一系列障碍，人们对水星的细节几乎是看不到的。即使到今天，天文学家们对于水星的自转周期，还不能做出准确的估计。

水星

水星的轨道在地球轨道以内，这使我们从地球上看它，和月球一样也有盈亏圆缺的位相变化。有时，它把被太阳照亮的一面对着我们，有时又把背着太阳的一面对着我们。水星的这种位相更替同时还伴随着大小的变化。相当于“满月”那样，整个光亮面朝向我们时，正是水星距地球最远的时候，因此，看起来比较小；后来慢慢开始“缺”了，离我们却愈来愈近了。当明亮部分逐渐变小时，体积却愈来愈大。当它运行到地球和太阳之间、距地球最近、体积最大时，正好是黑暗面对着我们，反而看不见它了。

水星运行在紧紧围绕太阳的椭圆形轨道上，近日点只有4600万千米，远日点有7000万千米，平均是5800万千米。水星是八大行星中轨道偏心率最大的，其公转轨道是一个偏心率为0.206的椭圆。

由于距离太阳最近，按照开普勒行星运动定律，水星的轨道速度是八大行星中最大的。水星在轨道上的平均速度是每秒47.89千米。水星88天就能围绕太阳跑完一圈。

水星是一个固体行星，也有自转。1965年，人们用雷达测出水星自转周期为58.646天，并且以167天到185天之间的周期交替着昼夜。由它的自转和公转周期算来，太阳连续两次从水星某一特定地点的“地平线”上升起的时间相隔176天，和雷达观测值非常接近。水星上“一天”是176天，“一年”是88天，“一天”等于“两年”。

由于水星上一昼夜长达176天，因此日照时间和夜晚时间都很长。长时间的日照和长时间的黑夜，加上没有空气和水调节气温，致使水星表面的温差大得惊人。在水星的背日面，温度下降到零下173℃，而在太阳直射的向日面，最高温度在427℃以上。由于水星靠太阳近，向日面的高温可以说是这个星球的特点。强烈的太阳辐射，使这里没有什么四季之分。

水星是太阳系行星中最小的一个。水星的半径为2440千米，还不到地球半径的4/10，比月球稍大一点，体积只有地球体积的1/20，太阳系内一些大卫星，例如木卫三和土卫六都比它大。水星的体积和重量大约都是地球的1/18，因此它们的密度也差不多。具体地说，地球是5.53克/厘米3，水星是5.48克/厘米3。这些数据表明，水星的核心也和地球类似。科学家估计，水星的核心成分主要是铁。“铁核”约占水星总质量的70%～80%。在“铁核”外面是一层500～600千米厚的硅酸盐包层。

虽然水星密度和地球差不多，但它的表面重力加速度却比地球小得多。地球表面重力加速度是980厘米／秒2，水星只有363厘米／秒2。物体只要具有4.3千米/秒的速度，就能飞出水星，而要从地球表面飞出，没有11.2千米/秒以上的速度是万万不行的。

水星不能自己发光，也要依靠反射太阳光而发亮。用望远镜看水星，它像一个小月亮，也有位相变化，也布满了大大小小的环形山，水星的环形山和内部平地之间的坡度较为平缓，不像月亮环形山那样相互叠错、错综复杂。

水星也有磁场，水星的磁场是它固有的。

水星有一层非常稀薄的大气，它的密度大约等于地球大气密度的3‰，气压值相当于地球上空50千米处的大气压力，而构成这层大气的成分和地球大气的成分很不相同，主要是氦、氢、氧、氩、氖、氙等元素。许多天文学家认为：水星过去可能也和月球一样，曾经有过一段大气密度较大的时期。但由于水星质量小、引力小，运动的物体只要达到每秒4.3千米的速度就可以脱离水星。这个数值约为地球脱离速度的1/3。同时，水星的日照面温度又那么高，许多大气分子很容易达到这个速度。因此，日久天长也就逐渐跑掉了。探测水星的照片表明，水星上的环形山几乎没有因大气风化造成的痕迹。这似乎意味着，早在环形山形成之前，水星的大气已经相当稀薄了。

高温、严寒、没有水、极为稀薄的大气，这些条件加在一起，使水星完全成了一个荒漠千里的死寂世界。几乎可以肯定，水星上没有任何生命或生命痕迹存在。

近日点

各个星体绕太阳公转的轨道大致是一个椭圆，它的长直径和短直径相差不大，可近似为正圆。太阳就在这个椭圆的一个焦点上，而焦点是不在椭圆中心的，因此星体离太阳的距离，就有时会近一点，有时会远一点。离太阳最近的时候，这一点的位置叫作近日点。

水星的近日点在它的轨道平面上移动，每100年向前移动（天文学上称为进动）5601″左右，比根据牛顿定律推算出来的值偏高43″，这个值被称为水星近日点反常进动。1859年，海王星的发现者——法国天文学家勒威耶（UrbainLeVerrier）在发现海王星的启发下，大胆地提出这种现象是由于一颗未知的水内行星对水星的摄动引起的。同年便有人宣称发现了水内行星，并起名为“火神星”，一时间掀起了寻找火神星的热潮。然而几十年过去了，此梦一直未圆。于是人们设想各种因素来解释这种复杂的进动，但始终没有令人满意的理论解释。

雷达，利用电磁波探测目标的电子设备。发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此获得目标至电磁波发射点的距离、距离变化率（径向速度）、方位、高度等信息。

雷达的概念形成于20世纪初。雷达是英文radar的音译，为RadioDetectionandRanging的缩写，意为无线电检测和测距的电子设备。

各种雷达的具体用途和结构不尽相同，但基本形式是一致的，包括:发射机、发射天线、接收机、接收天线、处理部分以及显示器。还有电源设备、数据录取设备、抗干扰设备等辅助设备。

雷达的优点是白天、黑夜均能探测远距离的目标，且不受雾、云和雨的阻挡，具有全天候、全天时的特点，并有一定的穿透能力。因此，它不仅成为军事上必不可少的电子装备，而且广泛应用于社会经济发展(如气象预报、资源探测、环境监测等)和科学研究(天体研究、大气物理、电离层结构研究等)。星载和机载合成孔径雷达已经成为当今遥感技术中十分重要的传感器。以地面为目标的雷达可以探测地面的精确形状。其空间分辨力可达几米到几十米，且与距离无关。雷达在洪水监测、海冰监测、土壤湿度调查、森林资源清查、地质调查等方面显示了很好的应用潜力。

雷达种类繁多，分类方法也非常复杂。通常可以按照雷达的用途分类，如预警雷达、搜索警戒雷达、引导指挥雷达、炮瞄雷达、测高雷达、战场监视雷达、机载雷达、无线电测高雷达、雷达引信、气象雷达、航行管制雷达、导航雷达以及防撞和敌我识别雷达等。