天文基础8、太阳系大行星探索

土卫六——泰坦
《冰冻星球》
“惠更斯号”探测器登陆土卫六
（想象图）
天王星

拉诺斯（Uranus）
黄赤交角：97.9° 公转周期：84年
赤道半径：25560km 自转周期：0.646天
1781年的《一颗彗星的报告》
威廉·赫歇尔 （公元1738～1822）
1781年，一颗彗星走进了他的视野……
欧洲空间局 金星快车探测器
2005.11.9发射 2006.4.11到达
火星


中国古代：荧惑 西方：马尔斯（Mars）
黄赤交角：25° 公转周期：686.98天
赤道半径：3398km 自转周期：1.026天
火星极冠
极冠由干冰和少量水冰构成 极冠大小随着季节明显变化
水手谷
大峡谷系统延伸4000多千米,深2-7千米
光环倾角
土星的卫星
土星周围有许多大大 小小的卫星紧紧围绕着它 旋转，就象一个小家族。 到目前为止，总共发现了 31颗，天文学家们对它们 产生了极大的兴趣。最著 名的“土卫六”上有大气， 是目前发现的太阳系卫星 中，唯一有大气存在的天 体。
卡西尼号宇宙飞船
美宇航局(NASA)和欧空局 (ESA)合作研究的“卡西尼— 惠更斯”土星探测器经过6年 半35.2亿公里的飞行，于 2005年7月1日成功进入了土 星轨道。并且向地球传回了 几组照片。据最新的土卫六 照片显示，之前被科学家认 为波涛滚滚的土卫六表面被 大片的云层覆盖，未发现任 何有水的证据。
黄赤交角：0° 公转周期：87.97天
赤道半径：2439km 自转周期：58.65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
探索还在继续
汤博的遗孀（右）现场观看了新视野号 探测器发射
END
谢谢大家！
第一个用望远镜观测行星的人
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
看到了吗，金星也有相位 变化，这说明它也在围绕 太阳运动……
伟大的实测天文学家
第谷（公元1546-1601 ） 积累了海量观测资料
第 谷 的 体 系
卓越的理论推导者
开普勒（公元1571～1630 ） 德国天文学家
行星的视运动
（1）相对太阳的视运动 （2）相对星空背景视运动
大行星的分类
按大行星 视运动特征分类 按物理 性质分类
地内行星
地外行星
类地行星
类木行星
பைடு நூலகம்
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
海王星

尼普顿（Neptune）
黄赤交角：29.6° 公转周期：164.8年
赤道半径：24760km 自转周期：0.658天
笔尖上的行星
亚当斯 1845年算出海王星轨道
遨游太阳系的“旅行者”
在30年前发射的 NASA旅行者2号宇宙 飞船，如今已离开太阳有100亿公里之远。 如今它仍然可以经由深空通讯网追踪与指 挥。这艘宇宙飞船是继先驱者10号和11号、 旅行者1号宇宙飞船之后，第四艘飞越外行 星进而脱离太阳系的人造飞行器。在旅行 者2号宇宙飞船上附有一片12吋的镀金铜盘。 这个犹如装在被拋入宇宙之海的瓶子中的 信息，纪录有居住在地球上的文明与生物 的影像和声音。这些声音与影像是由委员 会主席卡尔·萨根博士精挑细选出来的。 上图可见圆盘上的简单图样，代表宇宙飞 船的来源以及圆盘的使用方法。圆盘的特 异结构可以令他们在星际旅行时，免于被 破坏。这艘宇宙飞船至少在未来的四万年 内，并不会靠近任何其它行星。
2003年美国宇航局向火 星发射了两台探测车， “机遇号”和“勇气 号”。2004年1月4日， “勇气号”火星车成功 地登陆了火星表面。 在1个火星周年里， “勇气号”火星车在火 星表面移动了大约5公 里，向地球传输了7万 张火星图片，其中包括 火星表面的彩色图片。

传说中的火星人脸 （1976 VS 2001）
行星会合周期/公转周期概念不同
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）
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 •


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
太阳系探索之一
行星家族简介
北京天文馆 李昕
一、太阳系史话
太阳系大家庭

太阳占太阳系总质量的
太阳系的中心? •太阳? •地球?
托勒密的“地心说”
•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
• “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
奥林匹斯山
奥林匹斯山是 太阳系最高的山 峰 巨大的火山高达 25千米，方圆 624千米
1976年7月和 9月美国 的“海盗”1号、2号 先后在火星表面成功 软着陆，实现了人类 对火星的亲密接触。
探测器进行了多方面 的探测活动，特别是 进行了生物探测实验， 结果表明，火星上大 概不存在生命。
“勇气号”火星车
日心说的创立者
哥白尼（公元1473～1543） 波兰天文学家 《天体运行论》的作者
• 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－－－乔尔丹诺·布鲁诺 （公元1548～1600年）
金星


中国古代： 东有启明，西有长庚 西方：维纳斯（Venus）
黄赤交角：177.8° 公转周期：224.7天
赤道半径：6052km 自转周期：243.01天

金星有厚厚的二氧化碳的大气，没有水。它的 云层是由硫酸微滴组成的。金星浓厚的二氧化 碳大气造成强大的“温室效应”，致使地表温 度高达摄氏四百六十多度。这样高的温度使得 金属都会熔化。可见，金星表面是一个名副其 实的炼狱世界。
从望远镜里看去，土星好象是一顶漂亮的遮阳帽飘行 在茫茫宇宙中。它那淡黄色的、橘子形状的星体四周飘拂 着绚烂多姿的彩云，腰部缠绕着光彩夺目的光环，可算是 太阳系中最美丽的行星了。
土星的美丽光 环是由无数个小 块物体组成的， 它们在土星赤道 面上绕土星旋转。 图为旅行者2号距 离400万公里拍摄 的土星环局部照 片。可以看到环 内的层次非常多。
“伽利略”木星探测计划
1989-1995
土星

中国古代：填星 西方：萨图恩（Saturn）
黄赤交角：26.7° 公转周期：29.46年
赤道半径：60330km 自转周期：0.426天
1610年，意大利天文学家伽利略观测到在土星的球状本 体旁有奇怪的附属物。 1659年，荷兰学者惠更斯证认出这是离开本体的光环。 1675年意大利天文学家卡西尼,发现土星光环中间有一条 暗缝,后称卡西尼环缝。他还猜测，光环是由无数小颗粒 构成。两个多世纪后的观测证实了他的猜测。
矮行星冥神星（134340号小行星）

普洛托（Pluto）
黄赤交角：122.5° 公转周期：247.7年
赤道半径：1150km 自转周期：6.39天
美 国 洛 韦 尔 天 文 台 青 年 天 文 工 作 者 汤 博
哪个是第十颗大行星？
2006年8月24日在捷克首都布拉格举行的国际天文学联合 会26届大会投票表决,部分通过新的行星定义,放弃将冥王星之 外的太阳系八大行星称为“经典行星”的说法,确认太阳系只 有金星、土星、木星、水星等八颗行星,冥王星被排除在行星 之外,“降级”成为“矮行星”。
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。
行星视运动
在太空中看，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。
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°
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）
开普勒行星运动第二定律（1609年）
开普勒行星运动第三定律
一 a3
G(M+m) T2 = ————
4π2
伟大的科学巨匠
1687年的巨著 《自然哲学的数学原理》
牛顿（公元1643～1727） 英国物理学家、数学家
m1 m2 F G 2 r
万有引力定律 -11 2 2 万有引力常数G=6.672×10 N·m /kg
二、大行星的运动
行星运动三大特性
飞抵太阳系上空，鸟瞰整个太阳系的壮丽景象，
火星的两颗卫星 福波斯（火卫一）和德莫斯（火卫二）
木星

中国古代：岁星 西方：朱庇特（Jupiter）
黄赤交角：3° 公转周期：11.86年
赤道半径：71398km 自转周期：0.41天

极光

大红斑

彗木相撞
木星和四大卫星

Io Europa Ganymede Callisto