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初中科学/21.2 我们的太阳系

 21.1 从地球说开去 初中科学 > 第二十一单元:探索无穷宇宙
21.2 我们的太阳系
21.3 仰望星空 


太阳系示意图(大小、距离均未依照比例。)
Livre ouvert.svg 这节课你将学到:
  1. 太阳系是什么?它是怎么起源的?
  2. 太阳系中有哪八大行星?它们分别是什么样的?
  3. 除了太阳和八大行星,太阳系中还有哪些天体?
  4. 什么是地心说和日心说?
  5. 太阳系中的天体怎么运动?
  6. 太阳系中的天体对人类有何影响?

你有想过关于天空中的太阳、月亮与星星的事吗?在《科学》第一册中,我们已经初步了解了太阳、月亮与地球,以及它们之间的关系。在这个单元里,我们要继续把目光投向无边无际的星空,认识浩瀚无垠的宇宙,了解地球在宇宙中的位置以及宇宙对地球的影响。

地球是一颗普通的行星,它绕着太阳昼夜不息地运转着。那么,你知道还有其他行星绕着太阳旋转吗?太阳、绕太阳旋转的行星、绕行星旋转的卫星,还有数以亿计的其他天体构成了一个天体系统——太阳系Solar System)。太阳是太阳系的中心天体,其他天体都是在太阳的引力作用下绕太阳旋转。


目录

我们所在的天体系统——太阳系编辑

 
太阳系中的行星及矮行星。图中大小依照比例,距离未依照比例。

太阳系由太阳(唯一的恒星)、八大行星及其卫星、矮行星、若干太阳系小天体(彗星、小行星等)构成,是一个天体系统。

太阳是太阳系的中心天体,其质量占了整个太阳系的99%以上,太阳以其强大的引力使得太阳系中的天体绕其旋转。另一方面,太阳通过其强大的太阳辐射,影响整个太阳系。但是,在宇宙中,太阳仅仅是一颗非常普通的恒星。

绕着太阳旋转的八大行星分别是:水星Mercury)、金星Venus)、地球火星Mars)、木星Jupiter)、土星Saturn)、天王星Uranus)、海王星Neptune)。这八大行星可以分为两类:水星、金星、地球和火星属于类地行星terrestrial planet),主要特征是有着岩石的表面、体积比较小、卫星比较少;木星、土星、天王星和海王星属于类木行星jovian planet),主要特征是没有固态的表面(大部分由气体组成)、体积巨大、卫星多。

 
1977年3月29日在克罗地亚的帕辛看见的海尔博普彗星
 
木星的四个较大的卫星,被称作伽利略卫星

目前太阳系中有5颗矮行星dwarf planet),矮行星是介于上面提到的八大行星和太阳系小天体之间的绕太阳旋转的天体。它们分别是冥王星Pluto)、谷神星Ceres)、阋神星鸟神星妊神星。其中冥王星曾经被认为是一颗大行星,当时人们认为环绕太阳旋转的是九大行星,后来在2006年8月24日于布拉格举行的第26届国际天文联合会中通过第五号决议,将冥王星划为矮行星。

此外太阳系中还有众多的太阳系小天体。如小行星asteroid)和彗星comet)。它们也绕着太阳旋转。

此外还有绕着行星等天体旋转的卫星。如月球就是地球的一颗卫星。太阳系中最大的卫星是木星的卫星木卫三,其次是土星的卫星土卫六又叫泰坦Titan)。

 
艺术家笔下的原行星盘。

太阳系是怎么形成的呢?太阳系形成于46亿年前的一片原始星云。它发生旋转与收缩,大多的质量集中在中心,形成了太阳,其余部分摊平并形成了一个原行星盘,继而形成了行星、卫星、陨星和其他小型的太阳系天体系统。

这被称为星云假说的广泛接受模型,最早是由18世纪的瑞典科学家伊曼纽·斯威登堡( Emanuel Swedenborg)、德国哲学家伊曼努尔·康德(Immanuel Kant)和法国天文学家皮埃尔-西蒙·拉普拉斯(Pierre-Simon Laplace)提出。其随后的发展与天文学、物理学、地质学和行星学等多种科学领域相互交织。自1950年代太空时代降临,以及1990年代太阳系外行星的发现,此模型在解释新发现的过程中受到挑战又被进一步完善化。

对天空的思索编辑

 
托勒密宇宙体系
 
托勒密体系的主要结构,行星沿本轮转动,本轮沿均轮转动,均轮环绕地球。

我们现在所看到的太阳系模型是多么的和谐与简单。但是,人们为了探索太阳系的模型,却付出了艰辛的努力。

很多年以前,人们认为,地球是居中不动的,日月等天体绕着地球不停旋转,从而造成太阳东升西落等的情景。基于这一种观点,古希腊哲学家亚里士多德(Aristotle)提出了“地心说geocentric model)”。这种说法后来被托勒密(Ptolemy)完善。其大致是这样的:地球居于宇宙正中,日月行星都分别沿着一个叫“本轮”的小圆轨道旋转,而这个“本轮”又分别沿着一个叫“均轮”的大圆轨道上绕着地球旋转。这之外就是缀满恒星的恒星天。

地心说能够初步解释地球上所观测到的天文现象,因此得到了大多数人的肯定。后来这一学说更被加上了神学意味:因为神在宇宙中心安置地球这个人类住的特别天体。地球是宇宙中心的同时,也是全部的天体的主人。全部的天体是地球的,以跟着主人的形式运动。于是在中世纪的欧洲,罗马天主教会奉地心说为真理。

 
波兰天文学家尼古拉·哥白尼。
 
地心说(上)和日心说(下)的区别。
 
布鲁诺雕像,在意大利罗马百花广场。

可随着观测水平的不断增强,实际观测结论和地心说的差距越来越大。人们只好再往本轮上加本轮,最后甚至连天文学家都说不清一颗行星有多少本轮。这时有些人开始反对地心说,他们认为宇宙应当是简单和谐的。于是,1543年,波兰天文学家尼古拉·哥白尼(Nicolaus Copernicus)出版了《天体运行论》。在书中他提出了另一种崭新的学说——“日心说Heliocentrism)”。这种学说认为,太阳才是宇宙中心,而地球只是和金、木、水、火、土等类似的行星,绕着太阳转动,而月球是地球卫星,绕地球转动。地球上的昼夜与四季变化其实是地球自转公转的结果。坚实的大地是运动的这一点在古代是令人非常难以接受的,而另一方面托勒密的地心说体系能与当时的观测数据相当吻合,因此即使在《天体运行论》出版以后的半个多世纪里,日心说仍然很少受到的关注,支持者更是非常稀少。

乔尔丹诺•布鲁诺(Giordano Bruno)是意大利文艺复兴时期的科学家。他勇敢地捍卫和发展了哥白尼的太阳中心说,并发展了它(指出宇宙无限、太阳不是宇宙中心而只是太阳系中心等),把它传遍欧洲。1592年,布鲁诺在威尼斯被捕入狱,在被囚禁的八年中,布鲁诺始终坚持自己的学说,最后被宗教裁判所判为“异端”绑在火刑柱上,于1600年烧死在罗马百花广场。

1609年,意大利科学家伽利略听闻且自己制作了天文望远镜,并以此发现了一些可以支持日心说的新的天文现象后,日心说才开始引起人们的关注。这些天文现象主要是指:木星的卫星的发现直接说明了地球不是宇宙的唯一中心,金星满盈的发现也暴露了托勒密体系的错误。

直到德国天文学家约翰内斯·开普勒(Johannes Kepler)提出“开普勒三定律”,以椭圆轨道取代圆形轨道修正了日心说之后,日心说才和实际观测结果趋于吻合。日心说在与地心说的竞争中才取得了真正的胜利。

太阳系中的成员编辑

课后自主学习编辑