行星及其衛(wèi)星

太陽系有八大行星，根據(jù)它們的基本性質（見表1），可將它們分為兩類。第一類是距太陽較近的行星，包括水星、金星、地球和火星，體積小，密度大，自轉速率慢。第二類為距地球較遠的行星，包括木星、土星、天王星和海王星，體積大，密度小，自轉速率快。如果以地球為界按空間位置來劃分，位于近太陽的內側的行星性質與地球相近，一般稱之為類地行星；而位于外側的行星性質與木星相近，一般稱之為類木行星。

水星 水星是八大行星中距太陽最近的一顆行星。它雖稱水星，其實上面根本沒有水，完全是一個枯寂的世界。由于沒有大氣層，晝夜溫差很大，白天表面溫度可達400℃以上，夜晚卻在-170℃左右。水星表面布滿了大大小小的環(huán)形山、平原和盆地，地貌形態(tài)與月球十分相似。

金星 地球上天亮前后，在東方的天空中有時會出現(xiàn)一顆相當明亮的星，古代中國人通常稱之為啟明星；黃昏時分，在西方天空中有時也會出現(xiàn)一顆相當明亮的星，古代中國人稱之為長庚星。它們實為一顆星，即金星。金星是天空中除太陽和月亮外最亮的星，故人們又稱之為太白星或太白金星。金星的體積和質量都與地球相近，也有大氣層，所以過去人們一直對在金星上發(fā)現(xiàn)生命抱有很大希望。后來的研究證明，金星上的大氣成分和溫度環(huán)境是不可能有生命存在的。

火星 在除地球外的各行星中，最受人類關注的就要數(shù)火星了。一個多世紀以來，關于火星上是否有“火星人”存在的爭論持續(xù)了好長時間?；鹦桥c地球有許多相似之處，如四季變化、晝夜交替、一晝夜為24小時37分、太陽東升西落等。但是火星表面干燥、寒冷，布滿沙丘、巖石和火山口，一片荒涼景象，根本沒有什么“火星人”的存在。原來曾被天文學家高度重視并被猜測為“運河”的火星照片上近于平行、等距的線條，只不過是排列整齊、間隔很近的火山口。那個曾經(jīng)引起人們幻想的“極冠”，只不過是二氧化碳冷凝的干冰。

木星 木星是八大行星中最大的一個，體積是地球的1300余倍，質量是地球的318倍，超過了太陽系中除太陽外的所有其他行星、衛(wèi)星、小行星及其他小天體的質量的總和。木星上最獨特的景觀，是它擁有多達61顆的衛(wèi)星，形成了一個龐大的星系群。木星是一個流體行星，表面是一個高溫高壓的液態(tài)氫海洋。

土星 土星是僅次于木星的又一顆巨行星，但其密度很小，僅是水的密度的70％。土星最引人注目的就是它擁有一個美麗的光環(huán)。這個光環(huán)很薄，厚度只有15～20km，寬度卻達200km，主要是由無數(shù)平均直徑不足1m的石塊和冰塊所組成。土星也是一個流體星球，表面為液態(tài)氫海洋所覆蓋。

天王星 天王星與太陽的距離十分遙遠，得到的熱量極少，表面溫度在-200℃以下。

海王星 海王星是一顆體積比地球約大4倍的普通大行星，但是它的發(fā)現(xiàn)成為18世紀轟動一時的天文事件，原因是它的發(fā)現(xiàn)不是天文觀測的結果，而是天文計算的成就，所以人們稱之為筆尖下發(fā)現(xiàn)的行星。海王星距太陽很遠，接受到的太陽光能和熱量很少，因而其表面又暗又冷，溫度在-200℃以下。

（注：由于觀測技術的提高，不斷有新的衛(wèi)星被發(fā)現(xiàn)，所以不同時期的資料會有數(shù)據(jù)上的差異。最新數(shù)據(jù)請參閱網(wǎng)絡資料和相關書籍。）

地球和月球

1.地球的形狀和結構

地球的形狀是指全球靜止海面的形狀，即不考慮地球表面海陸差異和地勢起伏的大地水準面的形狀。地球整體上看是一個球體，實則是一個赤道比較凸出、兩極相對凹進的扁球體。各處的半徑不一致，其分布的一個顯著特征就是球半徑隨著緯度的增高而變短，赤道半徑最長，為6378.16km，極地半徑最短，為6353.76km，前者與后者之比為300：299。嚴格地說，地球與真正的扁球體也是有偏差的，它是一個不規(guī)則的扁球體（見圖10）。地球的包括赤道在內的緯線大體上是正圓，但不是嚴格的正圓；經(jīng)圈大體上是橢圓，但不是真正的橢圓。它的南、北半球是不對稱的，北半球較為細長，而南半球較為粗短。據(jù)此，人們把地球的形狀形象地說成是南極凹進而北極凸出的“梨形體”。

原始的地球是一個接近均質的球體，主要由碳、氧、鎂、硅、鐵、鎳等元素組成。經(jīng)過數(shù)十億年的演化，隨著自身溫度的變化和重力的分異作用，地球逐漸出現(xiàn)了分層現(xiàn)象，其物質組成、運動形式、物理化學性狀等都大致呈同心圓狀分布，形成了明顯的圈層結構特征。就地球本體而言，由內部向外部可以分為地核、地幔、地殼三個圈層。

2.地球的物理性質

地球是太陽系中一個中等規(guī)模的行星，質量為5.98×1021t，體積為1.08×1012km³，平均密度為5.52g/cm³。地球表面的溫度因時因地而異，平均溫度大致保持在15℃左右。地球內部的溫度很高，這一點可由溫泉熱水和熾熱巖漿都來自于地下而得到證明。地下的溫度隨深度的增加而升高，地溫梯度在大陸地區(qū)約為0.01℃～0.1℃/m，在海洋地區(qū)約為0.04℃～0.08℃/m，全球平均狀況為0.03℃/m。按照30℃/km的地溫梯度來推算，地下70km深處的溫度將是2100℃。在這樣的溫度下，幾乎任何種類的巖石都處于熔化狀態(tài)而成為巖漿。對地震波的研究表明，地溫梯度從地幔層開始向內變?。ㄒ妶D11）?？傊?，從地面到地心，地溫一直升高，至地心溫度達到最高。但是溫度梯度隨深度的增加而減小。地殼表層溫度升高很快，溫度梯度大致為30℃/km。進入地幔后溫度升高速度快速下降，溫度梯度變得很小。到了地核，溫度仍在繼續(xù)上升，但是上升幅度已經(jīng)很小。因此，在地球的內部，地心的高溫并不是很突出。

圖10 大地水準面對參考扁球體的偏差

圖11 地球內部的溫度變化

地球是一個大磁體，有相當強的磁場，表現(xiàn)為磁針在地球上受到磁力的作用而指向一定的方向，即磁感線的方向。地球上各地的磁感線方向不同，地面上有兩個地點的磁感線是垂直的，即地磁北極和地磁南極。在那里，磁針的方向垂直于地平面。按照地理學上的習慣，地磁北極位于北半球的地理北極附近，地磁南極位于南半球的地理南極附近。但是按照磁力作用的方向而論，位于北半球的是地磁南極，位于南半球的是地磁北極。因為按照磁體異性相吸的原理，磁針北極指向的是地磁南極，而磁針南極指向的是地磁北極。地球磁感線的方向通常不是水平的，磁針和地平面之間一般總有一個俯角或仰角，稱為地磁傾角。這就是說，地理子午線（經(jīng)線）與地磁子午線之間有著一個偏角，即地磁偏角。習慣上總是把地理子午線看成是正向的，而地磁子午線是偏向的。通常把地磁偏角定義為地磁北極對地理北極的偏角。如果地球是一個均勻的磁化球體，地球兩極應該互為對趾點，地磁赤道應是距地球兩極各90°的大圈，地磁強度和地磁傾角都應該因地磁緯度而異，在地磁赤道上地磁強度最小，地磁傾角為0，隨著地磁緯度的增加，兩者都逐漸增加，至地磁兩極達到最大值。然而，地球不是一個均質的磁化球體，因此地磁要素的分布是非常復雜的，而沒有簡單的規(guī)律性。因此，在上述總的分布大勢下，地磁各要素的分布都有一定變化。

3.月球

月球是地球唯一的一顆天然衛(wèi)星，它與地球構成了地月系。月球與地球的距離平均為384400km，最近距離為356400km，最遠距離為406700km。月球的體積很小，直徑為3476km，體積僅是地球的1/49.3，質量僅是地球的1/81.3。其密度也不及地球的大，為地球密度的1/1.7。月球表面溫度變化很大，最高可達127℃，最低可達-183℃，二者相差310℃。月球較小的質量使其上空沒有大氣和水分，因而月球上沒有晨昏蒙影的現(xiàn)象，白晝和夜晚都是突然來臨交替的。大氣和水的缺乏，也使生命在月球上不能夠存在。

月球表面存在著地勢的高低起伏。從地球上看，月面上有明暗地區(qū)的區(qū)別。過去人們曾把比較暗的地區(qū)稱為“海”，其實那里是一些寬廣的平原，而比較亮的地區(qū)則是高原。平原地區(qū)之所以比較暗，是因為那里存在著大范圍的熔巖流。對著地球的半個月面上，較大的“海”有10個，它們是位于西部的危海、澄海、靜海、豐富海、酒海和位于東部的暴風洋、雨海、云海、濕海、汽海。月球的高原和平原上還分布著一些周圍高起、中部低陷的環(huán)形山，最大的直徑達295km，最小的直徑不過數(shù)寸，它們是一些火山口或隕石坑。此外，月球上還有一些亮線和暗線，其中亮線都是月面上的隆起部分，而暗線則是深陷的裂縫。

圖12 月相的變化

月球自身不會發(fā)光，只能反射太陽的光輝。在太陽的照耀下，月球永遠分為光明半球和黑暗半球。但是，由于地球、太陽和月亮位置的不同，從地球看去，月球的明暗半球的比例總是在不斷變化的。月球明暗兩部分不斷變化的狀況稱為月相（見圖12）。當新月出現(xiàn)的時候，月球和太陽位于地球的同側，這叫做日月相合，也就是朔。當滿月出現(xiàn)的時候，月球和太陽位于地球的相反的兩側，這叫做日月相沖，也就是望。月球逐漸由新月變?yōu)闈M月，又逐漸由滿月變?yōu)樾略隆Ｔ谟尚略伦優(yōu)闈M月的過程中，要逐漸經(jīng)過娥眉月、上弦月、凸月三個階段；在由滿月變?yōu)樾略碌倪^程中，要逐漸經(jīng)過凸月、下弦月、娥眉月三個階段。上弦月與下弦月的區(qū)別，在于上弦月西半邊是亮的，下弦月東半邊是亮的。月相變化一個周期的時間為29.5306日，即29日12時44分3秒，稱為朔望月。