行星 -環繞恆星的天體

行星

行星通常指自身不發光,環繞著恆星的天體。其公轉方向常與所繞恆星的自轉方向相同。一般來說行星需具有一定質量,行星的質量要足夠的大且近似于圓球狀,自身不能像恆星那樣發生核聚變反應

  • 中文名稱
    行星
  • 外文名稱
    planet

基本介紹

傳統定義

行星通常指自身不發光,環繞著恆星的天體。其公轉方向常與所繞恆星的自轉方向相同。一般來說行星需具有一定質量,行星的質量要足夠的大(相對于月球)且近似于圓球狀,自身不能像恆星那樣發生核聚變反應。2007年5月,麻省理工學院一組太空科學研究隊發現了已知最熱的行星(攝氏2040度)。

行星

隨著一些具有冥王星大小的天體被發現,“行星”一詞的科學定義似乎更形逼切。歷史上行星名字來自于它們的位置在天空中不固定,就好像它們在星空中行走一般。太陽系內肉眼可見的5顆行星水星、金星、火星、木星和土星早在史前就已經被人類發現了。16世紀後日心說取代了地心說,人類了解到地球本身也是一顆行星。望遠鏡被發明和萬有引力被發現後,人類又發現了天王星海王星冥王星(目前已被重分類為矮行星)還有為數不少的小行星。20世紀末人類在太陽系外的恆星系統中也發現了行星,截至2012年2月4日,人類已發現758顆太陽系外的行星。

新定義

如何定義行星這一概念在天文學上一直是個備受爭議的問題。國際天文學聯合會大會2006年8月24日通過了“行星”的新定義,這一定義包括以下三點:

1、必須是圍繞恆星運轉的天體;

2、質量必須足夠大,來克服固體應力以達到流體靜力平衡的形狀(近于球體);

3、必須清除軌道附近區域,公轉軌道範圍內不能有比它更大的天體。

行星產生

行星是如何形成的呢?在一個恆星邊上,可能吸收了比較多的宇宙灰塵聚集,拿太陽舉例:太陽大約在40億年前,就吸收很多灰塵,灰塵之間互相碰撞,粘到一起。長期以來,出現了大量的行星胚叫做星子,當時至少有幾十億的星子圍繞太陽運動。星子之間作用規律是:兩個星子如果大小差距懸殊,並且彼此的速度不大,碰撞以後,小星子就會被大星子吸引而被吃掉。這樣,大的星子越來越大。如果兩個星子大小差不多,彼此速度很大,他們碰撞後就會破裂,形成許多小塊,而後,這些小塊又陸續被大星子吃掉。這樣,星子越來越少。大行星就是當時比較大的星子,無數小行星就是當時互相吞並時期沒有被吃的幸運兒。

過去說法是:在太陽系形成初期,99%以上的物質向中心聚合成為太陽,周圍還有部分散在的物質碎片圍繞著太陽旋轉,經過很長一段時間的碰撞和引力作用,散在的碎片逐漸聚合成了九大行星,但那時的地球隻是一團混沌的物質,又經過了幾十萬年,物質逐漸冷卻凝固,形成了地球的初步形態,再經過幾十萬年,由于地球的引力作用,由地球內部化學反應所產生的氣體噴出後被儲存在地球周圍,形成了大氣層,並由氫氣氧氣化合成了水,再然後經過太陽的能量輻射,地球本身的電場、磁場作用和適宜的生存環境,由水中產生了有機物,也就是一切生命的祖先……

行星

八顆行星

一般來說,行星的直徑必須在800公裏以上,質量必須在5億億噸以上。

按照這一定義,目前太陽系內有8顆行星,分別是:水星Mercury、金星Venus、地球Earth、火星Mars、木星Jupiter、土星Saturn、天王星Uranus、海王星Neptune。原先被認為是冥王星衛星的“卡戎”和一顆暫時編號“2003UB313”(齊娜/鬩神)的天體。國際天文學聯合會下屬的行星定義委員會稱,不排除將來太陽系中會有更多符合標準的天體被列為行星。目前在天文學家的觀測名單上有可能符合行星定義的太陽系內天體就有10顆以上。

矮行星

在新的行星標準之下,行星定義委員會還確定了一個新的次級定義——“類冥王星”。這是指軌道在海王星之外、圍繞太陽運轉周期在200年以上的行星。在符合新定義的12顆太陽系行星中,冥王星、“卡戎”和“2003UB313”都屬于“矮行星”。

天文學家認為,“矮行星”的軌道通常不是規則的圓形,而是偏心率較大的橢圓形。這類行星的來源,很可能與太陽系內其他行星不同。隨著觀測手段的進步,天文學家還有可能在太陽系邊緣發現更多大天體。未來太陽系的行星名單如果繼續擴大,新增的也將是“矮行星”。

肉眼可見的5顆行星

行星是自身不發光的,環繞著恆星的天體。一般來說行星需要具有一定的質量,行星的質量要足夠的大,以至于它的形狀大約是圓球狀,質量不夠的被稱為小行星。“行星”這個名字來自于它們的位置在天空中不固定,就好像它們在行走一般。

太陽系內的肉眼可見的5顆行星是:水星,金星,火星,木星,土星。人類經過千百年的探索,到16世紀哥白尼建立日心說後才普遍認識到:地球是繞太陽公轉的行星之一,而包括地球在內的八大行星則構成了一個圍繞太陽旋轉的行星系── 太陽系的主要成員。行星本身一般不發光,以表面反射恆星的光而發亮。在主要由恆星組成的天空背景上,行星有明顯的相對移動。離太陽最近的行星是水星,以下依次是金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。

行星

從行星起源于不同形態的物質出發,可以把八大行星分為三類:類地行星(包括水、金、地、火)、巨行星(木、土)及遠日行星(天王、海王)。行星環繞恆星的運動稱為公轉,行星公轉的軌道具有共面性、同向性和近圓性三大特點。所謂共面性,是指八大行星的公轉軌道面幾乎在同一平面上;同向性,是指它們朝同一方向繞恆星公轉;而近圓性是指它們的軌道和圓相當接近。

在一些行星的周圍,存在著圍繞行星運轉的物質環,它們是由大量小塊物體(如岩石,冰塊等)構成,因反射太陽光而發亮,被稱為行星環。20世紀70年代之前,人們一直以為唯獨土星有光環,以後相繼發現天王星和木星也有光環,這為研究太陽系起源和演化提供了新的信息。

衛星是圍繞行星運行的天體,月亮就是地球的衛星。衛星反射太陽光,但除了月球以外,其它衛星的反射光都非常微弱。衛星在大小和質量方面相差懸殊,它們的運動特徵也很不一致。在太陽系中,除了水星和金星以外,其它的行星各自都有數目不等的衛星。在火星與木星之間分布著數十萬顆大小不等、形狀各異的小行星,沿著橢圓軌道繞太陽運行,這個區域稱之為小行星帶。此外,太陽系中還有數量眾多的彗星,至于飄浮在行星際空間的流星體就更是無法計數了。

行星

這個小行星帶和太陽的距離為1.7~4.0天文單位,其中天體的公轉周期為3~6年。曾經一度認為小行星帶是一顆行星破裂後的碎片。但現在看來,小行星更可能是形成了行星的那類太空碎石,所以小行星帶是演化失敗的行星,而不是炸碎的行星。

盡管太陽系內天體品種很多,但它們都無法和太陽相比。太陽是太陽系光和能量的源泉。也是太陽系中最龐大的天體,其半徑大約是地球半徑的109倍,或者說是地月距離的1.8倍。太陽的質量比地球大33萬倍,佔到太陽系總質量的99.9%,是整個太陽系的質量中心,它以自己強大的引力將太陽系裏的所有天體牢牢控製在其周圍,使它們不離不散,並井然有序地繞自己旋轉。同時,太陽又作為一顆普通的恆星,帶領它的成員,萬古不息地繞銀河系的中心進行運動。

類地行星

水星,金星,地球,火星

顧名思義,類地行星的許多特徵與地球相接近,它們離太陽相對較近,質量和半徑都較小,平均密度則較大。類地行星的表面都有一層矽酸鹽類岩石組成的堅硬殼層,有著類似地球和月球的各種地貌特征。對于沒有大氣星球(如水星),其外貌類似于月球,密布著環形山和溝紋;而對于像有濃密大氣的金星,則其表面地形更像地球。

星早在史前就已經被人類發現了。後來人類了解到,地球本身也是一顆行星。

巨行星和遠日行星

木星和土星是行星世界的巨人,稱為巨行星。它們擁有濃密的大氣層,在大氣之下卻並沒有堅實的表面,而是一片沸騰著的氫組成的“汪洋大海”。所以它們實質上是液態行星。天王星海王星這兩顆遙遠的行星稱為遠日行星,是在望遠鏡發明以後才被發現的。它們擁有主要由分子氫組成的大氣,通常有一層非常厚的甲烷冰、冰之類的冰物質覆蓋在其表面上,再以下就是堅硬的岩核。根據上述這一定義,冥王星失去行星地位。

位居太陽系九大行星末席70多年的冥王星,自發現之日起地位就備受爭議。經過天文學界多年的爭論以及本屆國際天文學聯合會大會上數天的爭吵,冥王星終于“慘遭降級”,被驅逐出了行星家族。從此之後,這個遊走在太陽系邊緣的天體將隻能與其他一些差不多大的“兄弟姐妹”一道被稱為“矮行星”。

2006年8月24日,根據國際天文學聯合會大會11時通過的新定義,“行星”指的是圍繞太陽運轉、自身引力足以克服其剛體力而使天體呈圓球狀、並且能夠清除其軌道附近區域的天體。按照新的定義,太陽系行星將包括水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星,它們都是在1900年以前被發現的。

根據新定義,同樣具有足夠質量、呈圓球形,但不能清除其軌道附近其他物體的天體被稱為“矮行星”。冥王星是一顆矮行星。其他圍繞太陽運轉但不符合上述條件的物體被統稱為“太陽系小天體”。

從2006年8月24日11起,新的太陽系八大行星分別是:金星、木星、水星、火星、土星、地球、天王星和海王星。

新的天文發現不斷使“九大行星”的傳統觀念受到質疑。天文學家先後發現冥王星與太陽系其他行星的一些不同之處。冥王星所處的軌道在海王星之外,屬于太陽系外圍的柯伊伯帶,這個區域一直是太陽系小行星和彗星誕生的地方。20世紀90年代以來,天文學家發現柯伊伯帶(凱珀帶)有更多圍繞太陽運行的大天體。比如,美國天文學家布朗發現的“2003UB313”齊娜(Xena),就是一個直徑和質量都超過冥王星的天體。

相關爭議

就在行星的新定義公布後不久,12名天文學家聯名在英國《自然》雜志網路版公開發表了《抗議冥王星降級請願書》,嚴重質疑數百位天文學家通過投票表決的方式讓冥王星離開“行星寶座”的做法。按照新的行星定義的第三條來要求,地球可能也會被開除。

抗議冥王星降級請願書

12位天文學家在《自然》網路版發表《抗議冥王星降級請願書》

2006年8月31日,12名天文學家聯名在英國《自然》雜志網路版公開發表了《抗議冥王星降級請願書》,嚴重質疑數百位天文學家通過投票表決的方式讓冥王星離開“行星寶座”的做法。天文學家們還表示,第26屆國際天文學聯合會上對新的行星的定義也不完全準確。

據稱,投票天文學家隻佔全球天文學家5%,有專家稱“這是個草率的決議”。

據了解,第26屆國際天文學聯合會會期為10天,很多專家由于經費問題,沒有等到最後投票的時刻已經先行離開,實際參加冥王星地位表決的專家隻有幾百人,這樣的投票規模遭到了聯名情願的天文學家的質疑。在請願書中,這些科學家指出,參加布拉格會議投票的天文學家僅僅佔全球天文學家的不足百分之五。這樣的比例作出這樣重大的決定實在缺乏說服力。

這12名簽名的天文學家包括美國宇航局“新地平線號”負責人阿蘭·斯登、美國行星科學學院的馬克·塞克斯等等。他們還在請願書倡議反對冥王星降級的天文學家繼續簽名。阿蘭·斯登在接受媒體採訪時說:“對該問題的爭論不會因24號得決議停止。因為有來自75個國家2500多位的國際天文學會,隻有 300人參與了投票。這是個草率的決議,是糟糕的科學。一切都沒有結束。”

運用動力學的標準來定義行星會出新問題

運用動力學的標準來定義行星會出新問題

剛剛參加完此次會議回國的北京天文館館長朱進博士向本報記者介紹說,這次國際天文學聯合會的一項很重要的決定,就是把行星和太陽系的其他天體分為三個不同的類別來定義。

行星的定義有三個要求:一是位于圍繞太陽的軌道上;二是有足夠大的質量使其表面達到流體靜力平衡的形狀(近于球形);最後是已經清空了其軌道附近的區域。符合這些要求的也隻有1900年前發現的8個行星。

相對于表決程式上的欠妥,參加請願的科學家最不能接受的正是新的行星定義。

對于行星定義的第二條,請願的天文學家認為,新的定義運用的是動力學而不是物質本身的特徵,這種特徵是決定能否成為一顆行星的必要條件。而且這個結果將影響到天文學其他體系的定義,比如恆星、星系、星雲甚至小行星。因為在這些體系的定義中,動力學並不是決定性因素。

地球可能也會被開除

按照新的行星定義的第三條來要求,地球可能也會被開除。

這些天文學家指出,如果按照新定義的第三條,那麽像是地球、木星這樣的行星也不符合定義,也要被“開除”。新的定義第三條說,行星要有足夠引力以清空其軌道附近的區域。如果按照這樣的定義,地球、土星、木星它們的軌道之間都有很多的小行星,這樣它們就不能被認為是“清空軌道附近區域”。

除這些簽名的天文學家外,參加表決會議的威廉斯大學天文學家傑·帕薩克弗也仍然堅持冥王星是一顆行星。他說:“這次會議的精神在于對未來科學發現和行為的規範,但不應是對過去的否定。”

洛威爾天文台主任米李斯也表示,他希望的是增加新的行星,而不是排除冥王星。

附:

矮行星的定義:

a.天體;b.圍繞太陽運轉

c.自身引力足以克服其剛體力而使天體呈圓球狀

d.不能夠清除其軌道附近的其它物體;e.不是衛星。

太陽系內符合這一定義的包括:

谷神星、冥王星、齊娜(即鬩神星)、鳥神星、妊神星,總計五顆。

附資料  

谷神星:直徑約950公裏,平均距日距離約4.2億公裏,公轉周期約4.6年。原屬于小行星的範疇。

冥王星:直徑約2400公裏,平均距日距離約59億公裏,公轉周期約248年。冥王星有三顆衛星,卡戎、S/2005 P1、S/2005 P2,後兩顆衛星直徑約50到60公裏,公轉周期為38天和25天。原屬于九大行星的範疇。

齊娜:天文編號為2003UB313,齊娜是它的昵稱,直徑在2300到2500公裏之間,平均距日距離約160億公裏,公轉周期約560年。2003年新發現的天體,正是由于它的發現,導致太陽系天體類別劃分的爭論。(既然冥王星都是行星,那麽齊娜就應該成為太陽系的第十大行星)

卡戎:直徑1200公裏,圍繞冥王星旋轉,公轉周期等于冥王星的自轉周期為6.4天。雖然卡戎的直徑比谷神星還要大,但它是冥王星的衛星(冥王星與卡戎是圍繞一點共同旋轉,所以,卡戎又是冥王星的伴星。),所以不屬于矮行星的範圍。

太陽系小天體的定義

a.天體;b.圍繞太陽運轉;c.不符合行星和矮行星的定義。

原來的小行星、彗星等全部歸入太陽系小天體的範疇。

小行星:小行星 asteroid,minor planet 或 planetoid

小行星是太陽系內類似行星環繞太陽運動,但體積和質量比行星小得多的天體。

至今為止在太陽系內一共已經發現了約70萬顆小行星,但這可能僅是所有小行星中的一小部分,隻有少數這些小行星的直徑大于100千米。到1990年代為止最大的小行星是谷神星,但近年在柯伊伯帶(Kuiper Belt)內發現的一些小行星的直徑比谷神星要大,比如2000年發現的伐樓那(Varuna)的直徑為900千米,2002年發現的誇歐爾(Quaoar)直徑為1280千米,2004年發現的2004 DW的直徑甚至達1800千米。2003年發現的塞德娜(小行星90377)位于柯伊伯帶以外,其直徑約為1500千米。

根據估計,小行星的數目大概可能會有50萬。最大的小行星直徑也隻有1000 公裏左右,微型小行星則隻有鵝卵石一般大小。

直徑超過 240 公裏的小行星約有 16 個。它們都位于地球軌道內側到土星的軌道外側的太空中。而絕大多數的小行星都集中在火星與木星軌道之間的小行星帶。其中一些小行星的運行軌道與地球軌道相交,曾有某些小行星與地球發生過碰撞。

小行星是太陽系形成後的物質殘餘。有一種推測認為,它們可能是一顆神秘行星的殘骸,這顆行星在遠古時代遭遇了一次巨大的宇宙碰撞而被摧毀。但從這些小行星的特征來看,它們並不像是曾經集結在一起。如果將所有的小行星加在一起組成一個單一的天體,那它的直徑隻有不到 1500 公裏——比月球的半徑還小。

彗星:除了離太陽很遠時以外,彗星的長長的明亮稀疏的彗尾,在過去給人們這樣的印象,即認為彗星很靠近地球,甚至就在我們的大氣範圍之內。1577年第谷指出當從地球上不同地點觀察時,彗星並沒有顯出方位不同:因此他正確地得出它們必定很遠的結論。彗星屬于太陽系 小天體。每當彗星接近太陽時,它的亮度迅速地增強。對離太陽相當遠的彗星的觀察表明它們沿著被高度拉長的橢圓運動,而且太陽是在這橢圓的一個焦點上,與開普勒第一定律一致。彗星大部分的時間運行在離太陽很遠的地方,在那裏它們是看不見的。隻有當它們接近太陽時才能見到。大約有40顆彗星公轉周期相當短(小于100年),因此它們作為同一顆天體會相繼出現。

歷史上第一個被觀測到相繼出現的同一天體是哈雷彗星,牛頓的朋友和捐助人哈雷(1656一1742年)在1705年認識到它是周期性的。它的周期是76年。歷史記錄表明自從公元前240年也可能自公元前466年來,它每次通過太陽時都被觀測到了。它最近一次是在1986年通過的。離太陽很遠時彗星的亮度很低,而且它的光譜單純是反射陽光的光譜。當彗星進入離太陽8個天文單位以內時,它的亮度開始迅速成長並且光譜急劇地變化。科學家看到若幹屬于已知分子的明亮譜線。發生這種變化是因為組成彗星的固體物質(彗核)突然變熱到足以蒸發並以叫做彗發的氣體雲包圍彗核。太陽的紫外光引起這種氣體發光。彗發的直徑通常約為105千米,但彗尾常常很長,達108千米或1天文單位。

科學家估計一般接近太陽距離隻有幾個天文單位的彗星將在幾千年內瓦解。公元1066年,諾曼人入侵英國前夕,正逢哈雷彗星回歸。當時,人們懷有復雜的心情,註視著夜空中這顆拖著長尾巴的古怪天體,認為是上帝給予的一種戰爭警告和預示。後來,諾曼人征服了英國,諾曼統帥的妻子把當時哈雷彗星回歸的景象綉在一塊掛毯上以示紀念。中國民間把彗星貶稱為“掃帚星”、“災星”。像這種把彗星的出現和人間的戰爭、飢荒、洪水、瘟疫等災難聯系在一起的事情,在中外歷史上有很多。彗星是在扁長軌道(極少數在近圓軌道)上繞太陽運行的一種質量較小的雲霧狀小天體。

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