太阳和火星的知识

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太阳和火星的知识
火 星 的 基 本 资 料
火星是太阳系九大行星之一,按离太阳由近到远的顺序,火星排在地球的后面,列为第四.它的平均直径为6790公里,约为地球直径的一半.它的密度也比地球小,为3.933克/立方厘米（地球为5.52克/立方厘米）.火星与太阳的平均距离为228000000公里,环绕太阳一圈约相当于地球上的687天.火星上的一天相当于地球上的24小时37分22.6秒,比地球的一天稍长一点儿.火星有两个小卫星：火卫一和火卫二.火星的自转轴同地球一样,也是倾斜的,同时因为它也具有大气,所以也和地球一样有四季节变化.火星表面的平均大气温度为零下23摄氏度.火星没有可检测出的磁场,连同它密度小的情况,可以认定它没有大型的金属内核.火星有稀薄的大气,其表面的大气压为7.5毫巴,相当于地球上30～40公里高度处的大气压.火星大气的主要成分（约95％）是二氧化碳,有约 3％的氮,1～2％的氩,合起来约为0.1％的一氧化碳和氧,还有极少量的臭氧和氢,水汽的数量很少,随季节和位置而变化,平均约为大气总量的0.01％.如果火星大气中的水全部凝聚,也只能形成0.01％毫米厚的水膜覆盖整个火星表面.和地球上相似,火星大气中也飘浮着云,但和地球上不同的是,火星大气中云的主要成分是二氧化碳和水.火星极区的冬季,大气温度低于二氧化碳的凝固点,因而形成覆盖极区的浓雾状的干冰云.经测定,极区的云中也有冰的成分.中纬度地区的冬季,温度也在冰点以下,水汽凝结,形成冰云.
由于火星轨道的偏心率较大,火星的近日距和远日距相差4200万公里.这就造成了火星同地球的距离有较大变化.火星与地球的距离同发生冲日的月份有关.最小距离是在 8月底,在这前后发生的冲叫作近日点冲或大冲,此时火星同地球的距离只有 5,600万公里左右.火星在轨道上运行一圈约687天,地球平均要经过780天（最少764天,最多806天左右）才与火星相冲一次.这样,相冲的点约16年在轨道上转一圈.这就是说,火星大冲大约每15年或17年发生一次.上一次火星大冲发生在1986年 7月10日.今年火星冲日发生在北京时间8月29日2时,火星与地球距离最近的时刻是8月27日18时.届时火星距离地球55758005公里,是5万多年以来最近的一次.
火 星 的 地 貌
在望远镜中,火星呈现为一个明亮而模糊的微红色圆面.最引人注目的是,覆盖在两极地区的白色极冠,其大小随火星季节而变化.在较大的望远镜中,还可以观测到线度至少几百公里的明亮或黑暗区域：明亮而呈桔黄色的区域称为“大陆”,几乎占火星总面积的六分之五；黑暗区域称为“海洋”,其颜色常随季节变化.
火星南北半球之间有着令人惊异的不同.就火星的地质史来说,南半部比较古老,表面崎岖而密布环形山.这些环形山估计多半是在火星历史的早期（可能是最初的十亿年）形成的；北半部则以大的火山熔岩平原为特征,这些熔岩平原很象月球上的“海”,其中还有一些死火山.北半部地势普遍比南半部低,环形山也比南半部少得多.火星表面的高低差别一般在 5～10公里左右.火星的沙漠部分被红色的硅酸盐、赤铁矿等铁的氧化物以及其他金属的化合物所覆盖,因而显出明亮的橙红色.这些覆盖物均为较年轻的物质,可能源于火山或风化.
火星表面上的地理特征,主要有：环形山和火山. 和月面相比,火星上环形山的数量要少得多,环形山边缘坡度平缓（坡度都小于10°),不象月面环形山能投射出尖尖的影子,这表明环形山曾受到严重的侵蚀.环形山可以分为两种：火山成因的环形山和陨石撞击而成的环形山.以地球表面的标准来看,火星表面的许多表面结构都算是巨型的.如火星上巨大的盾形火山比地球上的大得多.地球上夏威夷的冒纳罗亚和莫纳克亚两座火山加在一起直径约200公里,高出洋底9公里,而火星上最大的奥林匹斯火山直径约为550公里,高出周围地面27公里之多.还有类似这样的大型火山,位于长达2000公里的塔西斯高地,这一地区比周围的北半球平原高出10公里.火星的盾形火山在形状和结构上酷似夏威夷的盾形火山.这些破火山口一度曾是熔岩的出口.熔岩沿着火山侧面流下,形成从中心向四面延伸的呈辐射状的地形.许多直径 100公里左右的处于不同保存状态的火山,它们分散在火星表面,大部分在北半球.至于由陨石撞击形成的环形山,最大的是海纳斯盆地,宽达1,600公里,深至少4公里.南半球有些地区环形山密度同月球上明亮的高地环形山区差不多,推测它们形成的年代也差不多,为40～45亿年.这些地区仍保留着古老的地表.北半球的大多数地区由于熔岩流的不断覆盖,古老的地表已不复存在.平原上的少数环形山是平原形成以后受陨石撞击的记录.
火星表面上最引人注目的特征是位于赤道地区的巨大的峡谷.最大的一个是位于赤道以南的水手谷,它实际上是一系列峡谷,在赤道地区延伸 4000多公里,比周围地面低6公里.峡谷壁通常十分陡峭,有明显的边界,并显示出陷落和山崩活动的迹象.一些错综复杂的较小的峡谷可能是地下冰融解和蒸发期间形成的,也可能是由风或水的侵蚀造成.较大峡谷的成因至今还不知道.
现在的火星是一个荒凉的世界,表面不存在液态水,但在火星表面有一些宽阔而弯曲的河床.这些河床与轰动一时的“运河”完全是两回事.这些干涸的河床,最长的约1,500公里,宽达60公里或更多.主要的大河床分布在赤道地区.卫星图片显示,大河床和它的支流系统结合,形成脉络分明的水道系统.同时具有呈泪滴状的岛、沙洲和辫形花纹.支流几乎全都朝着下坡方向流去.这些河床同地球和月球上的熔岩河床不同,肯定是由比熔岩流更少粘滞性的液体造成的.这种液体估计就是水.今天的火星表面温度很低,大部分水作为地下冰保存下来,还有一部分被禁锢在永久的极冠之中.极稀薄的大气,使得冰在温度足够高时只能直接升华为水汽.自由流动的水看来是无法存在的.有人认为,在火星历史的早期,频繁的火山活动排出大量氨和甲烷等火山气体,这种浓厚的原始大气会产生很强的温室效应,从而使火星表面温暖起来,造成有水在河里流动的条件.后来火山活动减少,火山气体逐渐分解,其中的轻元素原子逃逸到星际空间,重元素原子同其他成分结合,火星大气变得稀薄、干燥、寒冷,火星表面就成为现在所看到的样子.也有人认为,在火星历史的早期,自转轴的倾斜度比现在更大,因而两极的极冠融化,大量二氧化碳进入大气,大量的水蒸发并凝成雨滴在赤道地区落下,形成河流.至于有些大的河床,估计是火山活动和地热融化了地下冰,出现大量的水冲刷火星表面而形成的.除此以外,还有许多明显为水冲刷的沟壑似乎也证明火星至少以前有过水.
火 星 的 气 候
火星表面的平均温度比地球低30摄氏度以上.火星稀薄而干燥的大气使它表面的昼夜温差常常超过100摄氏度,远大于地球上昼夜温差的幅度.火星的赤道附近,最高温度可达20摄氏度左右(约在午后一小时).到了夜间,由于火星大气保暖作用很差,表面温度很快下降,最低温度（在黎明前）在零下80摄氏度以下.火星两极地区温度更低,在漫长的极夜最低温度能降到零下139摄氏度.
在一些大的盾形火山附近,常常能观测到延伸几百公里的云.估计这是由于火星大气中的气流遇到高耸的环形山地形时被搅乱、上升,在膨胀时变冷所形成的凝固云.这种云都出现在大气中水蒸气增多的夏季.尘暴是火星大气中独有的现象,其形状就像一种黄色的“云”.它是由火星低层大气中卷着尘粒的风构成的.大的尘暴在地面上用较大的望远镜就能观测到.局部的尘暴在火星上经常出现.因为火星大气密度不到地球的1％,风速必须大于每秒40～50米才能使表面上的尘粒移动,但一经吹动之后,即使风速较小,也能将尘粒带到高空.典型的尘暴中绝大部分尘粒估计直径约为10微米.最小的尘粒会被风带到50公里高空.大的尘暴多半发生在南半球的春末,当火星靠近近日点的时候.尘暴的发源地处在太阳直射的纬度线上,经常发生在海纳斯盆地以西几百公里的诺阿奇斯地区.中心尘云在最初几天慢慢扩展,然后很快蔓延开来,几星期内就完全覆盖南半球.特别大的尘暴还能扩展到北半球,进而掩盖整个行星.尘暴的起因看来与太阳的加热作用有关.火星过近日点时,太阳的加热作用大,引起大气温度的不稳定,从而产生最初扬起灰尘的扰动.然而,一旦尘粒到了空中,吸收了更多的太阳能,这种充满尘粒的空气就会比周围大气更热,因而急速上升.别处的空气又扑去填补它原来的位置,造成更强的地面风,形成更大的尘暴.尘暴范围和强度越来越大.当尘暴最终分布到整个火星范围时,火星上温差减小,风逐渐平息,尘粒就慢慢地从大气里沉降下来.沉降过程至少要几个星期,尘暴激烈时可持续几个月之久.几乎每个火星年都要发生一次这种大规模的尘暴.火星上还常有一种沙尘卷风.
火 星 探 索
人类很久以前就认识了火星,许多人甚至相信火星上有河流和森林.这不仅是因为火星距离地球近,还办为它那主宰季节变化的自转轴倾角与地球非常接近,虽然那里一年相当于地球的两年,但一天的时间与地球差不多.过去人们通过简单的望远镜,发现火星上有许多纵横交错的阴影,觉得那是智慧生物开凿的运河.于是,火星的神秘增加了,人类对它的期望也与日俱增.
1962年11月起,前苏联发射了“火星号”系列探测器,1964～1977年美国发射了“水手号”和“海盗号”两个系列共八个探测器.1976年7月和9月“海盗”1号、2号先后在火星表面成功软着陆,实现了人类对火星的亲密接触.上述探测器进行了多方面的探测活动,特别是进行了生物探测实验,结果表明,火星上大概不存在生命.人类的探测活动揭示了火星的真面目,那是一个如月球般荒凉、遍布陨石坑的世界.
尽管如此,火星地表与地球的相似仍然使人们愿意相信火星曾经拥有过生命.主要的理由就是火星上有存在水的迹象,而水是生命之源.即使火星不曾有过生命,只要那里有水,人类就觉得倍感亲切.必竟在太阳系中,地球除了火星可以商量,再没有一个有可能帮她哺育生命的伙伴了.为此人类还要不懈地努力,争取在火星上耕耘出一片绿洲.也许会有一天,人类坐在火星上遥望夜空中的地球.
2003年可谓是火星年.美国向火星发射了两台探测车,欧洲空间局发射了一台登陆器,日本发射了一台探测器.这些探测器将于明年1月抵达火星.加上目前仍在火星轨道上工作的美国“火星环球勘测者”号和“奥德赛”号探测器,将形成6个探测器共探火星的壮举.这些探测器的主要任务是,研究火星地质历史、调查水在火星上的作用、判断火星过去的环境是否适合生命生存.相信,人类对火星的认识会更加全面、准确.
, 太阳（Sun）是一颗普通的恒星,目前在赫-罗图上度过了主序生涯的一半左右.它是一个质量为1989.1亿亿亿吨(约为地球质量的33万倍)、直径139.2万km（约为地球直径的109倍）的热气体（严格说是等离子体）球.其平均密度为水的1.4倍,但这一平均密度隐含着很宽的密度范围,从超高密的核心到稀薄的外层.
作为一颗恒星太阳,其总体外观性质是,光度为383亿亿亿瓦,绝对星等为4.8,他是一颗黄色G2型矮星,有效温度等于开氏5800度.太阳与在轨道上绕它公转的地球的平均距离为149597870km（499.005光秒或1天文单位）.按质量计,它的物质构成是71%的氢、26%的氦和少量重元素.太阳圆面在天空的角直径为32角分,与从地球所见的月球的角直径很接近,是一个奇妙的巧合（太阳直径约为月球的400倍而离我们的距离恰是地月距离的400倍）,使日食看起来特别壮观.由于太阳比其他恒星离我们近得多,其视星等达到-26.7,成为地球上看到最明亮的天体.太阳每25.4天自转一周（平均周期；赤道比高纬度自转得快）,每2亿年绕银河系中心公转一周.太阳因自转而呈轻微扁平状,与完美球形相差0.001%,相当于赤道半径与极半径相差6km（地球这一差值为21km,月球为9km,木星9000km,土星5500km）.差异虽然很小,但测量这一扁平性却很重要,因为任何稍大一点的扁平程度（哪怕是0.005%）将改变太阳引力对水星轨道的影响,而使根据水星近日点进动对广义相对论所做的检验成为不可信.
太阳基本物理参数
半径: 696295 千米.
质量: 1.989×1030 千克
温度: 5800 ℃ (表面) 1560万℃ (核心)
总辐射功率: 3.83×1026 焦耳/秒
平均密度: 1.409 克/立方厘米
日地平均距离: 1亿5千万 千米
年龄: 约50亿年
对于人类来说,光辉的太阳无疑是宇宙中最重要的天体.万物生长靠太阳,没有太阳,地球上就不可能有姿态万千的生命现象,当然也不会孕育出作为智能生物的人类.太阳给人们以光明和温暖,它带来了日夜和季节的轮回,左右着地球冷暖的变化,为地球生命提供了各种形式的能源.
在人类历史上,太阳一直是许多人顶礼膜拜的对象.中华民族的先民把自己的祖先炎帝尊为太阳神.而在古希腊神话中,太阳神则是宙斯(万神之王)的儿子.
太阳,这个既令人生畏又受人崇敬的星球,它究竟由什么物质所组成,它的内部结构又是怎样的呢?
其实,太阳只是一颗非常普通的恒星,在广袤浩瀚的繁星世界里,太阳的亮度、大小和物质密度都处于中等水平.只是因为它离地球最近,所以看上去是天空中最大最亮的天体.其它恒星离我们都非常遥远,即使是最近的恒星,也比太阳远27万倍,看上去只是一个闪烁的光点.
组成太阳的物质大多是些普通的气体,其中氢约占71％, 氦约占27％, 其它元素占2％.太阳从中心向外可分为核反应区、辐射区和对流区、太阳大气.太阳的大气层,像地球的大气层一样,可按不同的高度和不同的性质分成各个圈层,即光球、色球和日冕三层.我们平常看到的太阳表面,是太阳大气的最底层,温度约是6000摄氏度.它是不透明的,因此我们不能直接看见太阳内部的结构.但是,天文学家根据物理理论和对太阳表面各种现象的研究,建立了太阳内部结构和物理状态的模型.这一模型也已经被对于其他恒星的研究所证实,至少在大的方面,是可信的.
太阳的核心区域虽然很小,半径只是太阳半径的1/4,但却是太阳那巨大能量的真正源头.太阳核心的温度极高,达1500万℃,压力也极大,使得由氢聚变为氦的热核反应得以发生,从而释放出极大的能量.这些能量再通过辐射层和对流层中物质的传递,才得以传送到达太阳光球的底部,并通过光球向外辐射出去.
太阳光球就是我们平常所看到的太阳园面,通常所说的太阳半径也是指光球的半径.光球的表面是气态的,其平均密度只有水的几亿分之一,但由于它的厚度达500千米,所以光球是不透明的.光球层的大气中存在着激烈的活动,用望远镜可以看到光球表面有许多密密麻麻的斑点状结构,很象一颗颗米粒,称之为米粒组织.它们极不稳定,一般持续时间仅为5～10分钟,其温度要比光球的平均温度高出300～400℃.目前认为这种米粒组织是光球下面气体的剧烈对流造成的现象.
光球表面另一种著名的活动现象便是太阳黑子.黑子是光球层上的巨大气流旋涡,大多呈现近椭圆形,在明亮的光球背景反衬下显得比较暗黑,但实际上它们的温度高达4000℃左右,倘若能把黑子单独取出,一个大黑子便可以发出相当于满月的光芒.日面上黑子出现的情况不断变化,这种变化反映了太阳辐射能量的变化.太阳黑子的变化存在复杂的周期现象,平均活动周期为11.2年.
紧贴光球以上的一层大气称为色球层,平时不易被观测到,过去这一区域只是在日全食时才能被看到.当月亮遮掩了光球明亮光辉的一瞬间,人们能发现日轮边缘上有一层玫瑰红的绚丽光彩,那就是色球.色球层厚约8000千米,它的化学组成与光球基本上相同,但色球层内的物质密度和压力要比光球低得多.日常生活中,离热源越远处温度越低,而太阳大气的情况却截然相反,光球顶部接近色球处的温度差不多是4300℃,到了色球顶部温度竟高达几万度,再往上,到了日冕区温度陡然升至上百万度.人们对这种反常增温现象感到疑惑不解,至今也没有找到确切的原因.
在色球上人们还能够看到许多腾起的火焰,这就是天文上所谓的“日珥”.日珥是迅速变化着的活动现象,一次完整的日珥过程一般为几十分钟.同时,日珥的形状也可说是千姿百态,有的如浮云烟雾,有的似飞瀑喷泉,有的好似一弯拱桥,也有的酷似团团草丛,真是不胜枚举.天文学家根据形态变化规模的大小和变化速度的快慢将日珥分成宁静日珥、活动日珥和爆发日珥三大类.最为壮观的要属爆发日珥,本来宁静或活动的日珥,有时会突然"怒火冲天",把气体物质拼命往上抛射,然后回转着返回太阳表面,形成一个环状,所以又称环状日珥.
在日全食时的短暂瞬间,常常可以看到太阳周围除了绚丽的色球外,还有一大片白里透蓝,柔和美丽的晕光,这就是太阳大气的最外层—— 日冕.日冕的范围在色球之上,一直延伸到好几个太阳半径的地方.日冕里的物质更加稀薄,它还会有向外膨胀运动,并使得热电离气体粒子连续地从太阳向外流出而形成太阳风.
太阳看起来很平静,实际上无时无刻不在发生剧烈的活动.太阳表面和大气层中的活动现象,诸如太阳黑子、耀斑和日冕物质喷发等,会使太阳风大大增强,造成许多地球物理现象——例如极光增多、大气电离层和地磁的变化.太阳活动和太阳风的增强还会严重干扰地球上无线电通讯及航天设备的正常工作,使卫星上的精密电子仪器遭受损害,地面电力控制网络发生混乱,甚至可能对航天飞机和空间站中宇航员的生命构成威胁.因此,监测太阳活动和太阳风的强度,适时作出"空间气象"预报,越来越显得重要.
在银河系内一千多亿颗恒星中,太阳只是普通的一员,它位于银河系的对称平面附近,距离银河系中心约26000光年,在银道面以北约26光年, 它一方面绕着银心以每秒250公里的速度旋转,另一方面又相对于周围恒星以每秒19.7公里的速度朝着织女星附近方向运动.
太阳的年龄约为46亿年,它还可以继续燃烧约50亿年.在其存在的最后阶段,太阳中的氦将转变成重元素,太阳的体积也将开始不断膨胀,直至将地球吞没.在经过一亿年的红巨星阶段后,太阳将突然坍缩成一颗白矮星--所有恒星存在的最后阶段.再经历几万亿年,它将最终完全冷却.