5.第三章 太阳系

• 太阳系范围的界定
– ①以冥王星轨道为界，约40UA – ②按彗星起源假说中的柯伊伯带（短周期彗星产生环带）为界，
约50～1000UA；依奥尔特云（长周期彗星“仓库”）为界，约
10AU～0.5Ly – ③依太阳风作用的范围，约100～160UA
– ④据理论计算所得太阳系引力范围，约15万～23万UA
第四章 太阳系
第一节 太阳系主要天体Leabharlann Baidu特征
第二节 太阳
第三节 行星、卫星和太阳系小天体
第四节 近地小天体对地球的影响
20131103（十月初一）日全环食
• CCTV13：20131103，22:15现场直播 • 链接视频： http://news.cntv.cn/2013/11/04/VIDE138 3497038487694.shtml
（二）太阳的大小
1、半径大小（R⊙） （1） 视角半径（平均） =15'59.65" （2） 线半径 R⊙=Dsin=695990公里
R⊙

D
太阳
地球
2、 质量大小(M⊙) 设:地球质量为m，其公转线速度为V，日地距为R 。
2 m V 则：地球公转的向心力为： F向=—— R M⊙ m 太阳地球相互引力为： F引=G—— R2 2 m V M m ⊙ 因为： F引= F向， 所以： G—— = —— 2 R R
3 1 2
5 4
地 内 行 星 的 逆 行
地内行星在下合前后逆行
1-4内行星处于逆行状态，内行星追上并超过地球……4-5行星恢复顺行
第二节 太阳
一、太阳的基本情况
二、太阳的结构、能源与演化
三、太阳活动对地球及人类的影响
一、太阳的基本情况
（一）太阳的成分与较差自转
1、太阳的成分 氢71%、氦27%，其他2%（碳、氮、氧等） 2.太阳的较差自转 ---日面不同纬度处以不同速度转动。
内行星——下合前后 外行星——冲日前后 自西向东叫顺行 自东向西叫逆行
（3）原因： ①行星与地球的公转线速度有差异。
②当星地距离最近时速度差→视角差→视位移。
（4）图释：
木星与土星的逆行
东 西
地 外 行 星 的 逆 行
地外行星在冲前后逆行
3 4
2
1
1-3处于逆行状态，地球追上并超过外行星……3-4恢复顺行
太 阳 黑 子 与 米 粒 组 织
（2）色球——具有玫瑰红光辉的太阳大气中间层。
底4200K ①物理性质：厚度104公里；密度10-8；温度 顶50万K ②色球活动： 速度:10—200km/s • 日珥——在色球层中喷发的气焰 高度:可达百万km • 耀斑——在色球爆发的明亮斑块（出现在黑子附近）。
第一节 太阳系主要天体的特征
• 一、太阳系的结构及其运动特征（重点） • 二、太阳系行星的视运动（难点）
一、太阳系的结构及其运动特征
• 太阳系是以太阳为中心、所有受到太阳的 重力约束的天体的集合体。
一、太阳系的结构及其运动特征
1、太阳系组成及范围
• 太阳系由太阳、八大行星、矮行星、卫星、小行星、彗星、流星体等 构成。
上合
2、外行星的会合运动：
东大距
西大距
下合
水星凌日
水星凌日
西
金星凌日
东
金星凌日
金星凌日
金星凌日
此间太阳大约向东运行了 17.8′；而 金星凌日模拟（ 2004年7月8日4-12点） 金星则向西运行了14 ′ 。
合日
案例：火星大冲（-2.9等） 日期:2003年8月29日02时 距离：5576万公里。 火星位于近日点，地球位于 远日点（6万年一遇）。
的轨道面同行星的轨道面倾角大于90°，它们绕
行星运动的方向和行星绕太阳运动的方向相反，
称逆行卫星。
• 总之，太阳系的卫星既有规则卫星又有不规则卫 星，既有顺行卫星又有逆行卫星。
3.太阳系天体运动角动量异常 • 一个物体在作直线运动时，它具有动量，动量等 于物体的质量和速度的乘积，若作曲线运动的物 体则具有角动量。 • 行星绕太阳运动是一种曲线运动，所以行星都具 有角动量。P82公式 • 假如一个天体系统在一段时期内同外界没有物质 交换，没有相互作用，则这个系统的角动量将保 持不变。在系统的内部某一部分的角动量可以全 部或部分的通过某种方式转移给另一部分，但是 系统的总角动量不增也不减，这就是角动量守恒 定律。P82表3.1
②外行星的会合周期（S外）： S外=
1 .= 外行星相对地球的角速度 1 . 1/P-1 1 . 1/E-1/P 1 . 1- 1/ P
当P、E均以地球年作单位有：
S内=
S外 =
4、行星的逆行运动（P87） （1）何谓逆行：行星相对恒星背景运动
自西向东叫顺行 自东向西叫逆行
4、行星的逆行运动： （1）何谓逆行：行星相对恒星背景运动 （2）逆行出现的时间
在太空拍到的日珥爆发
在 太 空 拍 到 的 日 珥 爆 发
色 球 耀 斑
色 球 上 的 耀 斑
日冕亮度仅为光 球亮度的1/1000
1999.8.11 日全食时 在匈牙利拍到的日冕
1999年8月11日在匈牙利拍到的日冕
华盛顿州上空的北极光 西德州上空的北极光
北极光和狮子座流星雨
冰岛极光与火山
故： M⊙= RV2/G =1.987×1033克（ M⊙=333400m ）
3、密度大小 （1）平均密度= M⊙/V⊙=1.409克/厘米3 （2）中心密度=160克/厘米3 （3）表面密度=10-7克/厘米3
二、太阳的结构、 能源与演化
（一）太阳的结构
核反应区 辐 射 区 对 流 区
1、太阳的内部结构
二、太阳系行星的视运动
1、内行星的会合运动：

上合：星、地黄经差为180°（星最远，与日同出没）。 东大距：内行星在日之东角距最大时（昏星）。 下合：星、地黄经差为0°（星最近，凌日方可见）。 水星东大距18°~28° 金星东大距45°~48° 西大距：内行星在日之西角距最大时（晨星）。
2、外行星的会合运动：


东方照
西方照
冲日
合：星、地黄经差为180°（星最远，与日同出没）。
东方照：星在日之东90°时（午出子没上半夜可见）。 冲：星、地黄经差为0°（星最近最亮，整夜可见）。

西方照：星在日之西90°时（子出午没下半夜可见）。
注 意： 内行星绝无夜半中天。 外行星绝无凌日现象。 会合周期非公转周期。
水星-∞；金星0； 行星质量越大自转周期越短（金星例外） 地球1；火星2； 0.39 0.4 水星 －∞ 木星3…………. 0 0.72 0.7 金星 行星的自转方向与公转方向一致均为自 西向东（金星例外） 1 1.00 1.0 地球
2 1.52 1.6 火星 行星的黄赤交角都不大（金、天例外） —— 3 —— 2.8
一种理论推测认为短周期彗星是来自离太阳50—500天文单位 的一个环带，这 个区域称为柯伊伯带。其名称源于荷兰裔美籍天文学家柯伊 伯（Kuiper）。 根据长周期彗星的轨道分布，奥尔特提出离太阳3万到20万天
2、行星的运动与分布规律 （1）开普勒三大定律：
30天
⊙ 30天
第一定律（轨道定律）：行星绕日公转的轨 道均为椭圆，太阳位于椭圆的一个焦点上。 第二定律（面积定律）：同一行星的向 径在相等的时间内扫过的面积相等。 ①意义：行星近日角速度大线速度大 行星远日角速度小线速度小 ②成因：机械能守恒→ 动能 + 势能 = 常量 第三定律（周期定律）：行星公转周期的 平方与其轨道半长轴的立方之比为定值。
太阳运动对人类的影响
• 1干扰电离层----德国通讯兵布鲁克二战中，接收信息突然 收不到，失职被判死刑，后来科学家证明并非他失职。 • 2、极光---磁场俘获粒子产生极光，所以极光是对称于两 极的；
（二）太阳的发光功率 1、太阳常数（I。） ——在太空 距离太阳一个天文单位处的 相当于每分钟燃烧 8×1017吨的优质 阳光辐射强度。 煤所释放的热量。 按照太阳目前辐射功率发热， I。=1.98 卡/cm2min=8.16 J/ cm2min一 个月球质量的优质煤可燃烧 1.5小 2、太阳辐射功率（ W⊙ ） 时，一个太阳质量的优质煤至多可 以平均日地距离为半径的球面积（ S）: 以燃烧 1500年。 2 S=4πR =4×3.1416×(1.496×1013 cm)2 S=2. 812 × 1027 cm2 该球面S每分钟获得太阳总能量为W⊙ W⊙ =S × I。= 2. 812 × 1027 cm2 × 8.16 J/ cm2min W⊙ =2. 29469× 1027 J/ min W⊙ = 3. 8248× 1026 J/s= 3. 83× 1033 尔格/ 秒
（3）日冕——具有银白色光芒的太阳大气最外层。
①物理性质：厚度:4-5个 R⊙；密度:10-9；温度:100万K ②日冕扩散——形成太阳风。
太 阳 色 球
色球亮度仅为 光球亮度的1/100
太 阳 色 球
1999.8.11 上世纪末最后一次日全 食，在土耳其拍到的色球与日珥。
巨 大 的 日 珥
3、行星会合的周期（S）
观察上图“东大距”、“西大距”；“东方照”、“西方照”的位置要以地球为出发点 看
关于内行星的东西大距与外行星的东西方照
• 内行星的轨道在地球轨道之内，它同太阳的黄经 差被限定在某个限度内且‹90º，这个限度叫做大 距（最大的距角）分东大距和西大距。
• 外行星的轨道在地球轨道之外，它同太阳的黄经 差可以0°-360°。当距角为90°时成为方照，分 东方照和西方照。
（4）行星轨道特征
木星
土星
共面性：行星的轨道面与黄道面交角都很小（水星稍大） 5 9.54 10.0 同向性：所有行星的公转方向都相同——自西向东
4
5.20
5.2
6 19.18 19.6 天王星 近圆性：行星轨道的都十分接近正圆（水星稍扁）
一、太阳系的结构及其运动特征
• 一般把轨道具有共面性、同向性和近圆性的卫星 叫做规则卫星，反之称为不规则卫星。有些卫星
（三）太阳的产能机制 1、产能机制—— 热核反应 按照太阳目前发光功率 ,在热核
4 H1 反应过程中太阳每分钟的质量 → He4 + 2e+ + 2υe+ 3γ
2.4千万吨。 （氢 ）耗损仅为： （氦） 正电子 中微子
光子
50亿年耗损： ‰ M⊙ m0.3 为质量（克） 2、太阳的质能转换 10厘米/秒） 3 × 10 ①质能方程：100 E =亿年耗损： m C2 C 为光速（ 0.6 ‰ M⊙ ②质能转换： E 为能量（尔格） 4 摩尔 H 的质量= 4 ×1. 0078克=4. 0312克 1 摩尔He的质量= 4. 0026克 4 摩尔的H 参加核反应后的质量损耗 m m =4. 0312 - 4. 0026=0. 0286克→变为辐射能 质能当量：E=mC2 = 0. 0286克×(3×1010厘米/秒)2 E=2. 574 ×1019 （尔格）
（1）核反应区：厚1/4R⊙ 占50%M⊙ 99%的能量由此产生 （2） 辐 射 区: 厚1/2 R⊙ 占35%M⊙ 1%的能量由此产生 （3） 对 流 区: 厚1/4 R⊙ 占15% M⊙
2、太阳的外部结构——太阳大气及其活动
（1）光球——薄而明亮的太阳大气最低层。 ①物理性质：厚度500公里；密度10-7；温度5770K ②光球活动： 米粒组织——太阳大气的对流胞。 太阳黑子——光球上温度较低（4200K）的黑斑。 光斑——比光球背景更明亮的斑块。
行 星 公转周期P(年)
水星 0.24
金星 0.61
火星 1.88
木星 11.8
0.32 会合周期S(年) 3、行星会合的周期（ S）（ P88） 1.56
2.14
1.09
设：行星的公转周期为P，则角速度为1/P 。
地球的公转周期为E，则角速度为1/E 。 ①内行星的会合周期（S内）： S内=
1 . = 内行星相对地球的角速度 1 . 1/P-1/E
T32 T12 T22 T42 3 3 3 ...... 3 a1 a2 a3 a4
大多数行星的 轨道偏心率都很 小，水星为 0.206，其余都 在0.1以下。
（2）提丢斯——波德定则：
an= 0.4 + 0.3×2 n
（3）行星的自转规律
行星 n取值 观测值 计算值
该定则是反映行星分布规律 的经验公式，为［德］学者 n 为行星序号 提丢斯1766年提出，由波德 a (天文单位) n轨道半径 1772 年修改完善。