日球空间类地行星.doc

§4 日球空间（1）——类地行星与月球 4.1 日球空间概况 4.1.1 日球的形成 超声速的太阳风从太阳日冕向外运动到一定的地方后与星际介质相遇，形成一个边界。理论上说，这个边界大体上是球形的，或者是“泪滴”形的。由这个边界所包围的区域称为日球，它含有太阳、太阳系和行星际介质。 星际离子和中性原子以大约26km/s的速度相对于太阳运动，而太阳风以400~800km/s的速度外流，当太阳风与星际介质相遇时，形成了日球的边界——日球顶。日球顶里面是行星际介质，外面是星际介质。日球的大小是由太阳风随机压力与星际气体、磁场、尘埃和低能宇宙线贡献的压力平衡决定的。当太阳风向外膨胀时，压力减小，一旦它变得可与星际压力相比较，太阳风在终端激波变成亚声速。在终端激波之外，太阳风携带其螺旋形行星际磁场转向日球尾。星际中性原子可以穿透日球，但星际离子在日球层附近被牵制。在日球顶之外，可能在星际介质中有弓形激波。 虽然现在还没有直接测量日球的大小，但结合理论、模型和几个关键的测量，可以推断终端激波位于离太阳~80到~100AU之间。在这种情况下，日球顶（太阳风与星际等离子体的边界）预期在~120AU和~150AU之间。图4-1概述了日球顶的结构。 图4-1 日球顶的结构 4.1.2 日球中的天体和物质 日球中的天体就是我们常说的太阳系，即太阳、九大行星及其卫星、小行星、彗星、陨星；日球中还含有行星际介质，包括各种形式的能量和至少两种物质：行星际尘埃和行星际气体。行星际尘埃由极细微的固体粒子组成，行星际气体是稀薄的气体和带电粒子流。 太阳含有太阳系99.85%的物质，而行星仅含太阳系0.135%的质量。行星的卫星、彗星、小行星、陨星和行星际介质含有剩余的0.015%质量。 九大行星、行星的卫星和小行星都围绕太阳以接近于圆形的轨道公转。当从太阳的北极上面向下看时，行星轨道在逆时针方向。各行星轨道几乎在同一平面上，这个平面称黄道面。冥王星例外，它的轨道是高度倾斜的（倾角是18(）和高度偏心的。因此，在轨道的部分位置，它比海王星更靠近太阳。大多数行星的自旋轴接近与黄道面垂直，但天王星与冥王星是例外，它们倾向一边，如图4-2所示。 图4-2 九大行星自旋轴的方向 按相对于太阳的位置，九大行星可分为内行星(水星、金星、地球、火星)和外行星(木星、土星、海王星、天王星和冥王星)。按行星的大小，它们可分为小行星(直径小于13000km)，包括水星、金星、地球和冥王星；巨行星(giant planets)(直径大于48000km)，包括木星、土星、海王星、天王星，也称气体行星(gas planets)；按组成分，可分为类地行星：水星、金星、地球和火星，基本上是由岩石和金属组成的，密度高、旋转缓慢、固体表面、没有环、卫星少；类木行星：木星、土星、海王星、天王星。主要由氢和氦等物质组成，密度较低、旋转快、深的大气层、有环、大量的卫星；此外还有冥王星。太阳和九大行星的基本参数示于表4-1。 表4-1 太阳和九大行星的基本参数 距离太阳(AU) 半径（Re） 质量 （Me) 自旋 （Te） 卫星 轨道 倾角 轨道偏 心率(() 自旋轴倾角 密度g/cm3 太阳 0 109 332,800 25-36* 9 --- --- --- 1.410 水星 0.39 0.38 0.05 58.8 0 7 0.2056 0.1 5.43 金星 0.72 0.95 0.89 244 0 3.394 0.0068 177.4 5.25 地球 1.0 1.00 1.00 1.00 1 0.00 0.0167 23.45 5.52 火星 1.5 0.53 0.11 1.029 2 1.850 0.0934 25.19 3.95 木星 5.2 11 318 0.411 16 1.308 0.0483 3.12 1.33 土星 9.5 9 95 0.428 18 2.488 0.0560 26.73 0.69 天王星 19.2 4 17 0.748 15 0.774 0.0461 97.86 1.29 海王星 30.1 4 17 0.802 8 1.774 0.0097 29.56 1.64 冥王星 39.5 0.18 0.002 0.267 1 17.15 0.2482 119.6 2.03 4.2 水星 SMALL4.2.1 概况 /SMALL水星是最靠近太阳的行星，中国古代称水星为辰星。古时候西方称它为墨丘利(Mercury)。Mercury是罗马神话中专为众神传递信息的使者，他神通广大，令人难以捉摸。水星确实像Mercury那样，行动迅速，神出鬼没，在一个半月的时间里它会沿着一段奇特的曲线，从太阳的最东边跑到最西边，平均速度为每秒47．89千