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1、目录 第一章天文学概论 一、天文学的研究内容1 二、研究天文学的定义2 第二章认识宇宙 第一节、太阳系3 第二节、银河系20 第三节、遥远的恒星21 第四节、星系、星系团26 第五节、正在扩展的宇宙27 第三章观测星空 第一节、望远镜31 第二节、观测星空37 第三节、天体摄影41 附录43 附录 1 主要亮星表 附录 2 梅西耶天体表 附录 3 主要流星群 1 第一章天文学概论 天文学是一门古老的科学， 同时也是一门年轻的科学。 说他古老是指它是伴 随人类文明的发展进程而发展起来的. 简单回顾一下世界的人类文明史，诸如中 国的甲骨文， 巴比伦的泥碑及埃及的金字塔等历史证据，都说明历史上各文明
2、古 国都用自己的文字写下了天文学辉煌的第一章。说他年轻是指今天的空间技术也 是高科技领域的一个重要方面， 例如 2002 年 3 月 25日北京时间 22 时 15 分，我 国研制的“神舟”三号飞船在酒泉卫星发射中心发射升空并成功进入轨道。经过 7 天太空飞行（绕地 108周） ，4 月 1 日飞船返回舱与轨道舱分离后在内蒙古中部 地区成功着陆。由此说明，天文随人类文明的发展而发展，并且前途无量。所以 说它又是一门年轻的科学。 一、天文学的研究内容 数、理、化、天、地、生，这就是所谓的天文学六大基础学科，天文学只是 人类认识宇宙的一门科学， 他的研究对象是广阔无垠宇宙空间中的天体，几千年 来，
3、天文学家们通过各种手段，发现它们的存在，观测它们的位置，研究它们的 运动结构及演化规律，并逐步扩展人类对广阔宇宙空间中物质世界的认识。 人类对宇宙的认识， 是一个循序渐进由近到远的逐步认识过程。从地球到太 阳，又从恒星到银河系，目前已扩展到数十亿的河外星系。一般认为，基于现 代的观测手段，人类已能探测到数亿光年甚至更远的宇宙深处。 天体测量学的主要任务是研究和测定天体的位置和运动，建立基本参考坐标 系和确定地面点的坐标。首先要研究天体投影在天球上的坐标的表示方式，还 要研究坐标间的关系和各种坐标的修正。其具体分支为方位天文学、 实用天文学 及天文地球动力学。 目前，天体测量学的手段， 已从可见
4、光观测发展到射电波段， 以及红外、紫外、 x 射线和 射线等波段。观测的范围和精度却在不断的提高。 天体力学也是比较早形成的天文学的另一个分支学科，它的重大贡献在于使 天文学从单纯描述天体的几何关系， 进入到研究天体之间相互关系及相互作用的 阶段。 天体力学主要研究天体的力学运动和形态，其主要研究对象是太阳系内的天 体。后来，由于人造天体的出现和电子计算机的广泛使用，使天体力学进入了一 个新的时期，研究对象又增加了各种类型的人造天体以及成员较少的恒星系统， 天体力学主要有 6 个分支学科： 摄动理论、 天体力学数值方法、 天体力学定位理 论、天体动力学、历书天文学、天体的形态和自转理论。 天体
5、力学是天文学中最活跃、 内容最丰富的分支学科。 大约在十九世纪中叶， 人们将物理和化学的最新成果光谱分析、光学测量和照相技术用于天体观测 后，对天体的结构、 化学组成和物理状态研究形成了完整的科学体系天体物 理学。 天体物理学是应用物理及化学技术、方法和理论研究天体的化学成分、物理 性质、运动状态和演化规律的学科。它的研究对象、内容、方法多样而广泛，分 支学科很多。 诸如理论天体物理学、 实测天体物理学等很多， 另外，射电天文学、 空间天文学、高能天体物理学也都是它的重要分支。 随着科学技术的不断进步，天文观测研究已由地面观测进入空间时代。 了大气与磁场这两道屏障。 这都是探测火箭、人造卫星和
6、各种宇宙探测器的功劳。 使这门古老的学科有了焕然一新的生命力。随着观测技术的不断进步，X射线天 2 文学，射线天文学， 红外天文学和紫外天文学等新的研究领域争相妩媚，放射 出夺目的光辉。 认识天文学， 掌握正在波涛澎湃的跃进天文学现状，特别是题解天文学与最 新的物理学之间存在着何种依赖关系，天文学如此壮观和伟大， 掌握这门科学即 为幸事了。 二、研究天文学的定义 天文学是由于生产的需要的发展起来的。我国春秋时期就发明了用土圭测定 日影长短来测定季节和一年长度的方法。在战国至西汉期间，逐渐形成了天文、 气象、农业相结合的二十四节气， 成为重要的推测， 古埃及则根据天狼星在天空 中的位置来确定季节
7、， 掌握尼罗河泛滥的时间和变化规律。总而言之， 人类的生 活、生产离不开天文学。 在近代生产活动中， 天文学有着更重要的应用， 诸如人造卫星轨道设计及大 地测量、导航、编历、援时。另外在天体对地球的影响方面，天文学也有重要作 用。 由于天文学是人类认识宇宙的科学。 因而它在人的世界观的形成和发展中起 着特殊的作用。 天文普及工作给人们以知识，帮助人们破除迷信， 树立辩证唯物 主义的世界观，尤其是对青少年的培养十分重要。 天文学的观测和研究证明了宇宙是物质的，无论我们观测到多么遥远的宇宙 空间，都是有各种各样的天体构成的物质世界。另外，天文学的观测研究还充分 说明了宇宙间一切物质都是按一定客观规
8、律演变的，这种变化是从量变到质变的 发展，天体演变的动力是它内部的地质运动，其结果是不断向新的状态发展。 作为自然科学的一门基础学科，天文学同其他自然科学有着千丝万缕的联 系，天文学可以能动的促进着其他科学的发展。有些问题需要十几个学科共同探 讨的。另外随着自然科学的不断发展，边缘科学的定义越来越显得重要，例如， 通过天文的角度去研究气象、地震、地质、能源问题、环境问题等等。 还应当明确指出的是想在我们在天体上观测更强的能量辐射和极大规模的 爆发，但是这些都是在地面上物理实验室中无法实现和获得的。总而言之， 天文 学可以使人类对自然以至整个宇宙的认识越来越深刻。 3 第二章认识宇宙 第一节、太
9、阳系 太阳系是四十六亿年前伴随着太阳的形成而形成的。太阳星云由于自身引力 的作用而逐渐凝聚，渐渐形成了一个由多个天体按一定规律排列组成的天体系 统。太阳系的成员包括一颗恒星、九大行星、至少六十三颗卫星、约一百万颗小 行星、无数的彗星和星际物质等。 太阳是银河系中一颗普通的恒星。根据恒星演化理论， 太阳与其他大多数恒 星一样，是从一团星际气体云中诞成的。这团气体云存在于约四十六亿年前，位 于银河系的盘状结构中，离中心约25 亿亿公里。其体积约为现在太阳的500 万 倍，主要成份是氢分子。这就是“太阳星云”。经历四十多万年的收缩凝聚，星 云中心诞生了一颗恒星，它就是太阳 在太阳形成以后不久， 残存
10、在太阳周围的一些气体和尘埃，形成了围绕太阳 旋转的行星和诸多小行星和彗星等其他太阳系天体，包括的地球和月亮。 太阳现 在的年龄约为五十亿年， 正于它一生中的中年时期。 它还可以平静地燃烧约五十 亿年。 一、太阳 清晨，当你站在茫茫大海的岸边或登上五岳之首的泰山，眺望东方冉冉升起 的一轮红日时， 一种蓬勃向上的激情会从心底油然而生。人们热爱太阳， 崇拜太 阳，赞美太阳，把太阳看作是光明和生命的象征。 太阳在人类生活中是如此的重要，以致人们一直对它顶礼膜拜。中华民族的 先民把自己的祖先炎帝尊为太阳神。印度人认为，当第一道阳光照射到恒河时， 世界才开始有了万物。而在希腊神话中，太阳神被称为 “阿波罗
11、”。他是天神宙斯 (Zeus)的儿子，他高大英俊， 多才多艺，同时还是光明之神、医药之神、文艺之神、 音乐之神、预言之神。他右手握着七弦琴，左手托着象 征太阳的金球。 太阳处于太阳系的中心，是太阳系的主宰。它的质 量占太阳系总质量的99865，是太阳系所有行星质量 总和的 745 倍。所以，她有足够强大的吸引力，带领它 大大小小的家族成员围着自己不停地旋转。 太阳是我们唯一能观测到表面细节的恒星。我们直接观测到的是太阳的大气层， 它从里向外分为光球、色球和日冕三层。虽然就总体而言，太阳是一个稳定、平 衡、发光的气体球，但它的大气层却处于局部的激烈运动之中。如：黑子群的出 没，日珥的变化，耀斑的
12、爆发等等。太阳活动现象的发生与太阳磁场密切相关。 太阳周围的空间也充满从太阳喷射出来的剧烈运动着的气体和磁场。 天文上太阳的符号是，它象征着宇宙之卵，是生命的源泉。 4 （一） 、太 阳 的 结 构 太阳是个炽热的气体星球， 没有固体的星体或核心。 太阳从中心到边缘可分 为核反应区、 辐射区、对流区和大气层。 太阳能量的 99%是由中心的核反应区的 热核反应产生的。 太阳中心的密度和温度极高， 它发生着由氢聚变为氦的热核反 应，而该反应足以维持100 亿年,因此太阳目前正处于中年期。太阳大气的主要 成分是氢（质量约占71%）与氦（质量约占27%） 。 太阳大气层从内到外可分为光球、色球和日冕三
13、层。 光球层厚约 5000千米， 我们所见到太阳的可见光，几乎全是由光球发出的。光球表面有颗粒状结构- “米粒组织”。光球上亮的区域叫光斑，暗的黑斑叫太阳黑子，太阳黑子的活动 具有平均 11.2年的周期。从光球表面到2000千米高度为色球层，它得在日全食 时或用色球望远镜才能观测到，在色球层有谱斑、 暗条和日珥， 还时常发生剧烈 的耀斑活动。色球层之外为日冕层，它温度极高，延伸到数倍太阳半径处，用空 间望远镜可观察到X 射线耀斑。日冕上有冕洞，而冕洞是太阳风的风源。日冕 也得在日全食时或用日冕仪才可观测到。当太阳上有强烈爆发时， 太阳风携带着 的强大等离子流可能到达地球极区。 这时， 在地球两
14、极则可看见瑰丽无比的极光。 5 1、太 阳 光 球 及 其 活 动 光球就是我们实际看到的太阳圆面，它有一个比较清楚的圆周界线。 光球的 表面是气态的，其平均密度只有水的几亿分之一。 光球厚达 500 千米，极不透明。 光球上密密麻麻地分布着极不稳定的斑斑点点，被称为“米粒组织”。米粒组织 可能是光球下面气体对流产生的现象。另外，还有超米粒组织， 其直径与寿命要 大的多。在光球还分布着太阳黑子和光斑，偶尔还会出现白光耀斑。 这些活动现 象有着相差悬殊的亮度、物理状态和结构。 所谓太阳黑子是光球层上的黑暗区域，它的温度大约为4500K， 而光球其 余部分的温度约为6000K。 在明亮的光球反衬下
15、，就显得很黑。 发展完全的黑子是由较暗的核 （本影）和围绕它的较亮部分 （半影）构成的， 形状像一个浅碟。 太阳黑子是太阳活动的最明显标志之一。太阳黑子的突出特点 是具有强大的磁场，范围从小太阳黑子的500 高斯到大太阳黑子的4000 高斯不 等。黑子最多的年份称太阳活动极大年，最少的年份称太阳活动极小年。太阳黑 子的平均活动周期是112 年。光球上还有一些比周围更明亮的区域，叫光斑。 它与黑子常常相伴而生。 2、太 阳 色 球 及 其 活 动 光球的上界同色球相接，在日全食时能看到。色球层厚约8000 千米。太阳 具有反常增温现象， 从光球顶部到色球顶部再到日冕区，温度不断陡升。 色球层 有
16、出现在日轮边缘的针状物，它们不断产生与消失，寿命一般只有10 分钟。色 球上经常出现一些暗的“飘带” ，我们称它为暗条。当它转到日面边缘时，有时 象一只耳朵，有时好象腾起的火焰，人们俗称它为日珥。日珥的形态千变万化， 可分为宁静日珥、活动日珥和爆发日珥。 太阳色球层有些局部亮区域，我们称它为谱斑。它处于太阳黑子的正上方。 有时谱斑亮度会突然增强， 这就是我们通常说的耀斑。 耀斑释放的能量极其巨大。 其巨大的能量来自磁场。 3、日 冕 与 太 阳 风 太阳最外层的大气称为日冕。日冕延伸的范围达到太阳直径的几倍到几十 倍。 在太阳活动极大年，日冕接近圆形；在太阳宁静年则呈椭圆形。 日冕中有大片不规
17、则的暗黑区域，叫冕洞。冕洞是日冕中气体密度较低的区 域。冕洞分为三种：极区冕洞，孤立冕洞，延伸冕洞。太阳能以太阳风-物质 粒子流的形式失去物质。冕洞是高速太阳风的重要源泉。日冕物质抛射是发生 在日冕的非常宏观庞大的物质和磁场结构，它是大尺度致密等离子体的突然爆发 现象。对地球影响最大的莫过于它。当太阳上有强烈爆发和日冕物质抛射时，太 阳风携带着的强大等离子流可能到达地球极区。这时，地球两极就出现极光。 极 光的形态千变万化。 太阳系内某些具有磁场的行星上也有极光。发生在日冕的耀 斑叫 X 射线耀斑，它的波长只有18 埃或更短。它直接引起地球电离层骚扰， 从而影响地球短波通讯。 （二） 、日 食
18、瑰丽的自然景观 6 日食，特别是日全食， 是天空中颇为壮观的景象。 如果在晴朗的天气发生日 全食，人们可以看到：好端端一个圆圆的太阳，它的西边缘开始缺掉一块（实际 上是被月影遮住），所缺的面积逐渐扩大，当太阳只剩下一个月牙形时，天色逐 渐昏暗下来，如同夜幕降临。当太阳全被遮住时，夜幕完全笼罩大地。突然，在 原来太阳位置四周喷射出皎洁悦目的淡蓝色的日冕和红色的日珥。此后，太阳西 边缘又露出光芒， 大地重见光明， 太阳圆面上被遮的部分逐渐减少，太阳渐渐恢 复了本来面貌。 在全食即将开始或结束时， 太阳圆面被月球圆面遮住， 只剩下一圈弯弯的细 线时，往往会出现一串发光的亮点，像是一串晶莹剔透的珍珠。
19、 这是由于月球表 面高低不平的山峰像锯齿一样把太阳发出的光线切断造成的。英国天文学家倍利 （Berrie）于 1838年和 1842 年首先描述并研究了这种现象，所以称为倍利珠。 二、九大行星 （一） 、水星 水星是最靠近太阳的行星，它与太阳的角距从不超过28，中国古代 称水星为辰星。西方称水星为墨丘利。墨丘利是罗马神话中专为众神 传递信息的使者，他头戴插有双翅的帽子，脚蹬飞行鞋，手握魔杖， 行走如飞。他神通广大，令人难以捉摸。水星确实像墨丘利那样，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4789 千米，是太阳系中运动最快的行
20、星。 水星距太阳5790万公里，是太阳系中和太阳最近的行星。水星没有卫星， 它的体积在太阳系中列倒数第二位，仅比冥王星大。因为水星与太阳非常接近， 所以它的白昼地表温度可高达摄氏四百二十七度；而到晚上又骤降至摄氏零下一 百七十三度。 水星的公转周期约为88 个地球日，自转周期约为59 个地球日。这样一来 使得水星的一昼夜长达176 个地球日。所以一进入夜晚， 水星表面将连续几周处 于黑暗中。这也是造成水星表面昼夜温度差巨大的原因之一。 7 由于水星表面温度太高， 它不可能像它的两个近邻金星和地球那样保留一层 浓密大气， 因此无论是白天还是夜晚， 水星的天空都是漆黑的。 在水星漆黑的天 空中可以
21、看到明亮的金星和地球。 水星极其稀薄的大气主要是由从太阳风中俘获 的气体组成的， 其密度只有地球大气的12%。主要成份为氦 (42%)、汽化钠 (42%) 和氧(15%)等。水星表面的岩石吸收了大量的阳光，反射率只有 8%，所以水星是 太阳系中最暗的行星之一。 由于水星只在黎明或白天出现， 因此在地球上观测水星较为困难。这一状况 直至 20 世纪 70 年代中期美国发射了“水手”号探测器才有所改变。“水手 10 号” 发回的图片显示水星的表面与月球极其相似，上面布满了深浅不一的陨石坑。 这表明水星也遭受过陨石接连不断的轰击。但水星表面也有广阔的平原， 这表明 水星在形成初期可能是液态的， 后来
22、逐渐冷却凝固成了一个岩石星球。曾经有一 些大型的陨石险些把水星打碎， 使从裂开的地壳涌出的熔岩流在水星表面到处流 淌。 水星表面还纵横交错地分布着一些非常长的悬崖峭壁，最高的可达三千多米。 水星有一个主要由铁和镍构成的核，水星幔和壳的主要成份则是硅酸盐。它是太 阳系含铁量最高的行星。 水星上没有液态的水，但1991 年在其北极地区观测到一个亮斑。据推测， 这个亮斑可能是由于贮存在水星表面或地下的冰反射了阳光造成的。仅管水星表 面温度极高，但在其北极的一些陨坑内终年不见阳光， 温度常年底于 -161 摄氏度。 这足以使来自水星内部或宇宙空间的水份以冰的形态保存下来。 （二） 、金星 金星，中国古
23、代称之为太白或太白金星。它有时是晨星，黎明前出现 在东方天空，被称为“启明” ；有时是昏星，黄昏后出现在西方天空， 被称为“长庚”。金星是全天中除太阳和月亮外最亮的星，犹如一颗 耀眼的钻石，于是古希腊人称它为阿佛洛狄忒（Aphrodite)-爱与美的女神，而 罗马人则称它为维纳斯(Venus)-美神。天文上金星符号，即美神梳装打扮时用 的宝镜。 金星像月亮一样有圆缺朔望的变化，这一点曾支持 了哥白尼的日心说。 金星与地球十分相似： 半径为 6050 千米，只比地球略小；平均密度约为地球的95%；质量 为地球的 81.5%;另外,金星周围也有大气和云层。 它和水 星一样， 是太阳系中仅有的两个没
24、有天然卫星的大行星。 金星的公转轨道很接近于正圆，且与黄道面接近重合。 其公转周期约为224.7 日，但其自转周期却为243 日， 也就是说，金星的“一天”比“一年”还长。金星是太 阳系内唯一逆向自转的大行星。金星的大气层厚重浓密 8 而奇特，其主要成分为二氧化碳， 约占 97%以上。因此导致金星上的 “温室效应” 极其强烈。 金星的大气密度是地球的100 倍，其大气活动剧烈， 大气层中有频繁 的闪电和雷暴。金星基本上没有磁场。它的地势比较平坦，但地貌复杂，其内部 结构从理论上可推出应与地球类似，但还有待观测证实。 金星有凌日现象与 “金 星蚀”现象，它们都是百年难遇的。 1、与 地 球 貌
25、合 神 离 金星被称为地球的孪生姐妹， 这是因为它们在外表上有不少相似之处：金星 的半径约为 6050 千米，只比地球小400 千米；体积是地球的088 倍；质量约 是地球的45；平均密度略小于地球。因此，以前有人推测，金星的化学成分 和表面的物理状况与地球相似， 金星上发现生命的可能性甚至比火星还要大。但 后来的着陆探测证明，金星是个奇热、无水、任何生命都无法存活的世界，金星 和地球只是一对形同神异的姐妹。 2、温 室 效 应 金星表面的温度最高达447。为什么会这样热？ 金星上的温室效应强得令人瞠目结舌，原因在于金星的大气密度是地球大气的 100 倍，且大气 97以上是“保温气体” -二氧
26、化碳；同时，金星大气中还有一 层厚达 2030 千米的由浓硫酸组成的浓云。二氧化碳和浓云只许太阳光通过， 却不让热量透过云层散发到宇宙空间。被封闭起来的太阳辐射使金星表面变得越 来越热。温室效应使金星表面温度高达465 至 485，且基本上没有地区、 季节、 昼夜的差别。它还造成金星上的气压很高，约为地球的90 倍。 3、 “太 阳 从 西 边 出 来” 人们常把不可能办到的事情比喻成“太阳从西边出 “，这句话在金星上却是绝对真 理。 金星是个“蒙面逆子”， “蒙面”是指它有浓厚的云层， “逆子”是指它是太 阳系中唯一逆向自转的行星。因此从金星上看太阳自然是西升东落的，“太阳从 西边出来”也就
27、不奇怪了。 浓厚的金星云层使金星上的白昼朦胧不清，这里没有我们熟悉的蓝天、 白云， 天空是橙黄色的。 十分有趣的是， 金星上空会像地球上空一样， 出现闪电和雷暴。 金星自转周期是 243 天，比公转周期 （2247 天）还长。金星上的一昼夜相当于地球上的117天。在一个金星年中， 金星上只能看到两次太阳西升东落。 4、复 杂 地 貌 美国和前苏联发射的金星探测器上都装有影像雷达传感器。雷达测绘表明金 星与地球一样，也是一颗地貌非常复杂的行星。 由于浓密大气的保护，金星的地势比较平坦。金星上70是起伏不大的平 原，20%是低洼地，还有 10%左右的高地。其面积最大的高原比青藏高原还大两 倍，最高
28、的山峰达 10590米，比珠穆朗玛峰还高。 一条从南向北穿过赤道的长达 1200千米的大峡谷，是九大行星中最大的的峡谷。金星的地质构造曾经很活跃， 很可能还有活动火山。 从金星 13 号和 14 号的考察结果可以看出， 金星内部的岩 浆里含有水分，从而动摇了以前认为金星上“先天缺水 “的看法。 目前，人类太空探测史上第一个由航天飞机携带升空的行星探测器-“麦哲伦 “号 宇宙飞船正以前所未有的透视力，测绘 90%以上的金星地貌， 将金星的版图， 清 清楚楚地展现在人们的面前。 （三） 、地球 9 、地球是太阳系九大行星之一，按离太阳由近及远的次序为第三 颗。它有一个天然卫星 -月球，二者组成一个
29、天体系统 -地月系统。 地球自西向东自转，同时围绕太阳公转。地球自转与公转运动的结 合产生了地球上的昼夜交替和四季变化。地球自转的速度是不均匀 的。同时，由于日、月、行星的引力作用以及大气、海洋和地球内部物质的各种 作用，使地球自转轴在空间和地球本体内的方向都要产生变化。地球自转产生的 惯性离心力使得球形的地球由两极向赤道逐渐膨胀，成为目前的略扁的旋转椭球 体，极半径比赤道半径约短21 千米。 地球可以看作由一系列的同心层组成。地球内部有核、幔、壳结构。地球外 部有水圈和大气圈，还有磁层，形成了围绕固态地球的外套。 地球作为一个行星，远在46 亿年以前起源于原始太阳星云。 、基本数据： 赤道半
30、径 6378140米质量 5.9761027克 平均密度5.52 克/厘米 3 平均地表温度15C 大气压 1.013 bars 平均日距149,600,000 km 、月球 月球是地球唯一的天然卫星，离地球最近的天体。 月球本身并不发光， 只反射太阳光。 它的亮度随日月间角距离和地月 间距离的改变而变化。满月时亮度平均为12.7等。 月球形状是南北极稍扁的扁球。 直径 3476 公里。体积只相当于体积的1/49。 月球质量约等于地球质量的1/81。 月球环绕地球作椭圆运动，并伴随地球绕太阳公转。月地平均距离384401 千米。月球轨道（白道）对地球轨道（黄道）的平均倾角为509。月球绕地 球
31、转动的周期，朔望月29.53059日；恒星月 27.32166日。 月面上山岭起伏，还有洋、海、湾、湖等各种特种名称。其实月面上并没有 水。环形山是碗状凹坑结构。 直径大于 1 千米的环形山有 33000 多个。许多环形 山的中央有中央峰或峰群。 肉眼所看到的月面上的暗淡黑斑叫月海，是广阔的平 原。月海有 22 个。最大的是风暴洋，面积500 万平方千米。由于月球上没有大 气，在加上月面物质的热容量和导热率又很低，因而月球表面昼夜的温差很大。 月球的成因有三种假说：俘获说、分裂说和同源说。 （四） 、火星 火星按离太阳由近及远的顺序为第四颗行星。肉眼看去是一颗引人注 目的火红色的亮星。 它缓慢
32、的穿行于众恒星之中， 从地球上看火星时 而顺行，时而逆行。火星最暗视星等约为15 等，最亮时比最亮 的恒星天狼星还亮，达 -2.9 等，这是由于地球和火星分 别在各自的轨道上运行， 它们之间的距离总在不断变化。 火星荧荧如火， 亮度常变， 位置不定， 令人迷惑，所以， 中国古代称火星为“荧惑” 。而在西方古罗马的神话中， 把它想象为身披盔甲浑身是血的战神“马尔斯” （Mars） ， 即希腊神话中的战神阿瑞斯(Ares)。阿瑞斯身世高贵， 其父是神王宙斯，其母是天后赫拉。天文学中火星的符 号是马尔斯的长枪和盾牌的组合。 火星有很多特征与地球相似。 它距离太阳 22794万千米， 约为日地距离的
33、1.5 倍；自转轴与轨道平面的夹角为24，和地球一样有着一年 10 四季的变化；它自转一周比地球多半个多小时，为24 小时 37分 226 秒。所以 火星和地球的昼夜长短基本差不多，但绕太阳公转的周期， 火星的一年几乎等于 地球的两年。 因为火星离太阳较远， 公转一周为 687 日。火星的直径约为地球的 一半；体积还不到地球的16；质量仅是地球的 110；火星大气远比地球的稀 薄，它的主要成份是二氧化碳，占95，氮占 3，还有数量极少的氧与水份。 火星上的平均温度为 -23，由于火星大气稀薄而干燥，所以它的昼夜温差 很大，远远大于地球上的昼夜温差。因火星表面温度低、压力小，大气中的二氧 化碳和
34、水大致都呈饱和状态，只要气温稍一降低，二氧化碳和水蒸气就会凝结。 火星大气中的水份极少， 科学家估计， 倘若把火星上的水冰全部融化成水，也只 能在火星表面形成一个10 米深的大海。与我们地球表面的波涛茫茫的海洋相比， 火星上的水量就显得微不足道了。 、火 星 的 表 面 在干燥的火星表面上遍地都是红色的土壤和岩石。由于风沙的作用， 火星表 面到处是沙丘，还有类似河床的地形。这种河床地形在南半球及赤道附近分布， 表明距今大约 30 亿年前的火星上曾像现在的地球上一样有河流，有“水”流动。 火星表面满目荒凉，一片赤红。大气中微尘的散射使天空呈现橙红色。 通过对火星表土成分的分析， 我们知道火星土壤
35、中含有大量氧化铁，由于长期受 紫外线的照射， 铁就生成了一层红色和黄色的氧化物。整个火星就是一个生了锈 的世界。火星表面的特征大同小异。 荒凉的沙漠、 连续不断的丘陵和洼地一直延 伸向远方；乱石嶙峋点缀着火星表面， 既有小小的鹅卵石， 也有巨大无比的漂砾； 这些与大峡谷、大火山及坑洞交织而成一个红色的大地。 、火 星 的 尘 暴 火星上另一个奇异特征便是每年都要刮起一次让人难以想象的特大风暴，风 速之大是无法形容的。地球上的大台风，风速是每秒60 多米，而火星上的风速 竟高达每秒 180 多米。大风暴有时可以席卷整个星球。火星表面的尘暴， 是火星 大气中独有的现象，整个火星一年中有14 的时间
36、都笼罩在漫天飞舞的狂沙之 中。由于火星土壤含铁量甚高， 导致火星尘暴染上了桔红的色彩，空气中充斥着 红色尘埃，从地球上看去，犹如一片桔红色的云。 1971 年，当美国的“水手9 号”火星探测器刚刚走了一半的路程时，整个 火星正被一场大尘暴所包围。火星表面7080 千米的高空被尘埃笼罩，白茫茫 的一片，根本无法观测； 除了赤道附近隐约见到4 个坑洞外，其它地方模糊一片， 什么也看不清。这场特大尘暴竟连续不断地刮了半年时间才渐渐平息下来。 这在地球上是从未有过的。原来大风沙时看到的4 个坑洞，竟是4 个高达 25 千米以上的大火山。 最大的火山被命名为奥林匹斯火山，高 26千米，直径 600 千米
37、，大约形成于近10 亿年内。位于赤道下方的是一个庞大的峡谷，也就是火 星上最壮观的特征之一-“水手谷”大峡谷。著名的水手谷长4000千米，宽约 300 千米，最深处达 7 千米。火星上南北半球地质结构很不一样，大火山、大峡 谷等都在北半球。 、火 星 的 极 冠 在望远镜中，火星的两极呈白色，气温都在冰点以下。这些冰域称为极冠。 近来科学家确认， 极冠不是由水冰， 而是由固态二氧化碳凝结形成的干冰。它的 范围随季节有亮区和暗区的变化。火星极区一到冬季， 由于气温下降， 大气中的 二氧化碳开始凝结，使得极冠加大，颜色逐渐变淡，北极冠可扩大到北纬65， 南极冠可扩大至南纬57。一到夏季冰雪融化，极
38、冠的范围也就缩小了，暗区 11 就逐渐扩大和变暗。两极的极冠分别延伸到北纬80和南纬 84。 、生 命 之 谜 过去人们认为火星是一颗类似地球的行星，有着四季的更替， 它的两极被冰 覆盖并相应作着周期的变化。 冰雪的存在证明了水份的存在， 也就是生命存在的 前提。有人还曾提出火星上面的暗区可能是植物带。因此，火星生命之谜深深地 吸引着人们。 为了探索火星的秘密， 近 30 年来己有 20余只探测器对火星作过科 学探测，其中主要是美国的水手9 号、海盗 1 号和海盗 2 号。这些探测器拍了数 千张照片。每个探测器都能自动地从火星上采集土壤样品进行实验，并将实验结 果传回地球。实验结果表明：火星上
39、没有江河湖海，土壤中也没有植物、动物或 微生物的任何痕迹，更没有“火星人”等智慧生命存在。 1996年 12月美国科学家宣布：1984年在南极洲发现的ALH84001 陨石来自火星。 研究其岩石成分发现， 这些陨石可能含有原始生命的微化石。这表明几十亿年前 的火星很可能相当温暖潮湿，适合生命的存在与维持。 、火 星 的 卫 星 1877年 8月发生了数十年难逢的火星大冲，美国天文学家霍耳(Asaph Hall) 发现了火星的两颗卫星。这两个卫星被命名为福波斯（Phobos, 火卫一）和德莫 斯（Deimos,火卫二） 。他们是战神的儿子，在天上驾驶着战神的战车。 火卫一和火卫二差不多就在火星的
40、赤道平面上运行。火卫一离火星中心9450 千 米，直径为 20 多千米，公转周期 77 小时，从火星上看，它每天西升东落两次。 火卫二离火星中心大约23500千米，直径只有 15千米，公转周期是 303 小时。 在火星的夜空中，你可以看到“双月悬天”的奇景。1971 年水手 9 号探测器到 达火星。在火星尘暴过后， 对火卫一和火卫二进行了拍摄，它们的样子活像两个 “病马铃薯”，表面布满了陨星坑，反照率很低。 （五） 、木星 木星是太阳系中最惹人注目的一颗行星，它是行星九兄弟中的老大- 个儿最大。它的亮度仅次于金星。中国古代把它叫做“岁星”，用它来 纪年，因为已经知道它的公转周期近于12 年。西
41、方则称木星为“朱庇 特(Jupiter)” ，即罗马神话中的主神。相当于希腊神话中的王者-天神宙斯。 木星直径约为 14.3 万千米，是地球直径的11.25 倍，体 积为地球的 1316倍，而质量为所有其他行星的2.5 倍。木星 的平均密度相当低，仅1.33 克/立方厘米。其绕太阳公转一 周约 12年，而自转一周仅要近10小时。由于它自转太快， 致使星体变扁，其赤道半径与极半径相差5000 千米之多。 木星没有固体外壳，它是一颗由液态氢组成的液态星球。 木星内部是由铁和硅组成的固体核，称为木星核，温度高达30000。木星 核的外部绝大部分是氢，液态的氢分子层与液态的金属层合称为木星幔。木星 幔
42、的外面是木星的大气层，其大气厚度有1000 千米，几乎全由氢和氦构成，只 有微量的甲烷、 氨和水汽。 木星大气中的甲烷具有吸收紫外线的作用。木星大气 中还有十分强烈和频繁的闪电现象，平均每年约有 250 次。木星大气浓密， 有一 系列与赤道平行的明暗交替分布的云带，亮的叫带， 暗的叫带纹。 其中最引人注 目的是位于木星南热带内的大红斑，它呈蛋形，长20000 千米，宽 11000千米。 木星表面的磁场强度大约是地球的10 倍，且其方向与地球的正好相反。木 星具有极光现象，它是除地球以外第二个发现有极光现象的天体。 1979 年 3 月 4 日“旅行者 1 号”空间探测器飞过木星附近时发现木星像
43、土 12 星一样有光环，其宽度有6500 千米，厚 30 千米，是由很多黑色石块组成。木星 是太阳系中除天王星和土星外拥有卫星最多的大行星，至今已发现16 颗，其中 最亮的 4 颗是伽利略第一次用望远镜分辨出来的，故叫做伽利略卫星。 其实早在 春秋时代我国的甘德和石申就已经发现了其中之一，称之为同盟。 、木 星 的 带 纹 木星在众行星中有着突出的特点：质量大、体积大。 它的质量是太阳系中其 它 8 颗行星加在一起的二倍半，相当于地球的1316 倍。如果把地球和木星放在 一起，就如同芝麻和西瓜之比一样悬殊。 木星虽然巨大无比，但它的自转速度却是太阳系中最快的。自转周期为9 小时 50 分 30
44、 秒。如此快速的自转周期在木星表面造成了极其复杂的花纹图案， 促使气流与赤道平行，产生了巨大的离心力，两极相对扁平，赤道隆起，并出现 与赤道平行的云带。 木星的云带可分为好几层， 云带的颜色和温度不同， 有明暗 带的区分。亮区的云层由氨冰组成，颜色鲜明，叫做带；暗区的云层由氨化物组 成，叫做带纹。氨化物有各种颜色：白色、橙色、褐色，但大部分是红棕色。 、看 不 见 的 木 星 环 1979年 3月， “旅行者一号” 探测器穿越木星赤道平面时,在离地球 6 亿千米 处发回大量的珍贵照片。出乎人们所料，发现木星和土星一样也拥有光环。4 个 月后，旅行者 2 号探测器飞临木星证实了这个结论。 木星光
45、环和土星光环有很大不同。木星光环是弥散透明的， 由亮环、暗环和 晕三部分组成。 亮环在暗环的外边， 晕为一层极薄的尘云， 将亮环和暗环整个包 围起来。木星环是由大量的尘埃和黑色的碎石组成，不反光，肉眼无法看到，以 周期为 7 小时左右的速度围绕木星旋转。 暗淡单薄的木星环套在庞大的木星身躯 上，发现它确实是极不容易的。 、木 星 的 大 红 斑 木星表面最著名的是位于赤道南侧的大红斑。探测表明，大红斑的形状几乎 没什么变化，而颜色却常有变化。大红斑的范围比起100 年前已经缩小了一半。 颜色有时鲜红，有时略带棕色或淡玫瑰色。 、木 星 的 卫 星 木星是太阳系中卫星数目较多的一颗行星，目前已发
46、现有16 颗卫星，它们 连同木星一起组成了木星系。它们像一串珍珠似地围绕着主宰它们的天神-木星 旋转着。 1610 年 1 月，伽利略发现木星的最亮4 颗卫星。由此它们被命名为伽利略 卫星。它们环绕在离木星40190万千米的轨道带上， 由内而外依次是伊奥、 欧 罗巴、嘉里美和卡利斯托， 它们分别被简称为木卫一、 木卫二、木卫三、木卫四。 （六） 、土星 土星是离太阳第六远的一颗美丽的行星，凡是用望远镜看过土星的 人，无不惊叹不已。土星公转轨道半径为14 亿千米，冲日时最大亮 度为 0.4 星等。土星那橘色的表面，漂浮着明暗相间的彩云，配以赤 道面上那发出柔和光辉的光环，远远望去真像个戴着顶大沿
47、遮阳帽的女郎。 土星自转一周为 10 小时 14 分。由于自转迅速，赤道凸出成为一个扁球体， 赤道半径要比两极半径大6000 多千米。土星公转周期为29.5年，约合二十八宿 之数，每年镇一宿，故古时我国又称其为“镇星”。土星长期被当作太阳系的边 界，直到 1781 年发现天王星以后，太阳系才得以扩大。土星运动迟缓，人们便 将它看作时间和命运之神的象征。罗马神话中称其为萨图努斯神， 即希腊神话中 13 的克洛诺斯， 他是神王宙斯之父， 是在推翻父亲之后登上天神宝座的。无论东方 还是西方， 都把土星与农业联系在一起。在天文学中的符号， 像是一把主宰农业 的大镰刀。 土星大小仅次于木星，它们有许多相
48、似之处。其直径约12 万千米，是地球 的 9.5 倍；体积是地球的730 倍。但它的平均密度却比水还要小，仅有0.7 克/ 立方厘米。假如将土星放入水中，它会浮在水面上。 土星的内部结构与木星相似，也有岩石构成的核。核的外面是5000 千米厚 的冰层和金属氢组成的壳层。 再外面也像木星一样被色彩斑斓的云带包围着。这 些彩色的云带主要由氢、 氦以及甲烷等组成。 如果说木星大气运动多变， 那么土 星大气运动就显得平静、单纯而快速。土星表面的喷射流，速度最快时可高达 400 米/秒以上。可真正的土星表面是看不到的，我们看到的只是云顶， 其温度低 于-200。 旅行者号探测器发现土星也有一个大红斑，长 8000千米，宽 6000 千米，比 木星的小许多。它可能是由于土星大气中上升气流重新落入云层时引起扰动和旋 转而形成的。 、奇 妙 的 土 星 环 土星最让人着迷的便是美丽的 土星环。 伽利略在 1610 年用自制望远 镜观察土星时，发现土星有两个 “耳朵”。他误认为土星可能是由 一大二小三个天体组成， 怀疑这两 耳朵是两颗卫星。 但他一直不敢将 观察结果发表，其原因是“卫星” 并没有绕土星公转， 似乎永远停留 不动。而更令他惊奇的是那两颗 “卫星”两年后竟然失踪，三年 后