在橢圓軌道上繞太陽運行的近似球形的天體。行星本身壹般不發出可見光,而是通過反射其表面的太陽光來發光。太陽系有九大行星,分別是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星和冥王星。在由恒星組成的各種星座的天空背景上,行星有明顯的相對運動,而且這些運動幾乎都是沿著黃道的。行星有壹定的視圈,所以在大氣抖動下,沒有點星那樣的星光閃爍。如果仔細比較,還可以發現每個星球都有自己的顏色特征,亮度也在不同的時間發生變化。根據這些特征,在晴朗無月的夜晚,不難將它們與星星區分開來。定期觀測也能發現它們在恒星間的存在、隱藏、進退(見行星視運動)。行星這個詞的本義是指這個在天空中遊蕩的天體。這個詞在希臘語中是“流浪者”的意思。
人們對行星的認識和研究可以追溯到古代。比如中國的甲骨文中就有關於木星的記載。在九大行星中,水星、金星、火星、木星和土星是最先被認識的。早在戰國時期,中國就有了“五星”的觀念,即陳星、太白、霍穎、歲星、振興,這是古代這五顆行星較為常見的名稱。後來又有了“五行”、“遊星”、“惑星”,太陽、月亮、五星合稱為“七宿”。在古代西方,五大行星是以很久以前的神話人物命名的。我們的祖先用肉眼和簡單的測角儀對這五顆行星做了大量的位置觀測,對它們的公轉周期和交會周期做了非常精確的計算和總結。古人用行星來告訴年齡和命運(見占星術),也提出了包括行星在內的各種宇宙模型。
太陽系的另外三顆行星是在望遠鏡發明、開普勒定律和牛頓萬有引力定律成立之後發現的。1781年,F.W .赫歇爾用自己的望遠鏡發現了天王星。法國的勒·維利耶和英國的J.C .亞當斯計算了海王星的位置,德國的蓋爾在1846用望遠鏡發現了它。最微弱的冥王星直到1930年才被美國的湯博發現。至於有沒有第十顆甚至更多的行星,還在探索中(見世界外的行星和水內的行星)。此外,太陽系中還有許多質量更小的行星,被歸類為小行星。
隨著空間技術的發展,對行星進行實地調查的新階段已經開始。近年來,多次向水星、金星、火星和木星發射探測器。發現木星和水星都有磁場和磁層,水星和火星也有隕石坑,木星有環。基本否認火星上有生命。此外,還獲得了大量的照片和數據,大大增加了對行星各方面的了解(見行星物理學)。
20多年來,人們發現太陽附近的許多恒星都有波浪形的自軌跡,表明這些恒星也可能有壹顆或幾顆行星(見其他行星系統)。因此,行星可能不是太陽系獨有的。為了擴展行星的壹般定義,壹些天體物理學家認為,行星必須加上不超過0.07個太陽質量的質量,即沒有達到能產生熱核反應的主序星的下限。也就是說,壹個天體是不是行星,要從運動和質量兩個方面來判斷,質量的不同是行星和恒星最本質的區別。
行星的分類行星的分類如下:①位於地球軌道以內的水星、金星稱為內行星,位於地球軌道以外的木星、土星、天王星、海王星、冥王星稱為外行星。這兩種類型的行星有相似的表觀運動特征。(2)水星、金星、地球、火星,距離太陽比較近,以小行星帶為界,稱為內行星;距離太陽較遠的木星、土星、天王星、海王星、冥王星稱為系外行星。③根據質量、大小和化學成分的不同,可分為類地行星(水星、金星、地球和火星)和木本行星(木星、土星、天王星和海王星),冥王星是個例外。(4)除了將類地行星作為單壹類別外,最近有人將類木行星和冥王星分為兩類:巨行星(木星和土星)和遠行星(天王星、海王星和冥王星)。類地行星體積小,密度高,中心有鐵核,金屬元素含量高。巨行星體積大,密度低,主要由氫、氦、氖等物質組成;遙遠行星的密度介於上述兩者之間,主要由氮、碳、氧及其氫化物組成。目前普遍認為,這三類行星特征的差異與太陽系的演化規律密切相關。
行星的公轉行星圍繞太陽的運動叫做公轉。行星的軌道叫軌道,都是小偏心率的橢圓。從北黃極開始,行星都逆時針運行(順行)。行星公轉的軌道有三個特點:* *面狀,各向同性,接近圓形。所謂* * *平面性,是指九大行星的軌道平面幾乎在同壹平面上;所謂各向同性,是指它們圍繞太陽同方向旋轉;近圓形意味著它們的軌道非常接近圓形。
開普勒行星運動第壹定律《行星軌道要素》指出:行星在圍繞太陽的平面上做橢圓運動;太陽在橢圓的焦點上。因此,為了確定行星在任意時刻的位置,需要六個獨立的量,其中五個確定軌道橢圓的空間位置,壹個確定特定時刻行星在軌道中的位置。這六個量叫做軌道根數或行星軌道根數。
傳統上,這六個量選擇如下:
(1)軌道傾角I它是行星軌道平面與黃道平面的交角。我可以從0變到180,這取決於行星運動的方向。如果行星是順行的(與地球在軌道上運動方向相同),I在第壹象限;如果行星逆行,I的值在90到180之間。
(2)升點子午線ω的升點是行星軌道與黃道的交點之壹。此時,行星由南向北穿過黃道(過了此點,行星日心黃道的緯度由負變正)。從太陽上看,升交點的經線是從春分方向到升交點方向的角度。
以上兩個量決定了行星軌道平面在太空中的位置。這個平面的位置也可以用其他量來表示,比如軌道極點的黃道(或赤道)坐標。這個極點是按照右手定則選取的,即與繞太陽運行的行星軌道的角動量矢量方向壹致。
③離太陽較近的ω軌道橢圓長軸的近日點角的端點稱為近日點(另壹端點稱為遠日點)。近日點的角距是從上升交點到近日點的兩個徑向之間的夾角(或軌道長徑與黃道平面相交形成的角),它決定了橢圓長軸的方向。有時候可以用∏=ω+ω代替,∏不完全叫黃道。
(4)軌道的半長直徑A有時被稱為行星和太陽之間的平均距離。這個量決定了行星軌道的大小。常以地球軌道的半長直徑為基準,稱為天文單位。
⑤偏心率E是焦點到橢圓中心的距離與橢圓半長直徑的比值,決定了橢圓的形狀。如果e=0,軌道是圓的。
偏心率e通常由偏心角` \ \varphi代替,其計算方法如下:
$sin\varphi=e$
⑥行星經過近日點的時間可以作為行星在任意時刻經過近日點的時間。有時用任意時刻T的平均近地點角M=n(t-τ)代替,N是行星的平均運動,n=2π/T,T是行星運動的周期,它不是軌道要素,而是根據開普勒第三定律由半長直徑A唯壹確定。當長度單位是天文單位,時間單位是年時,T≈a3/2。更準確的表述是:
$ t = sqrt { \ frac { m _ \ oplus+m _ \ odot } { m+m _ \ odot } } \ cdot a^{3//2}$
其中$m_\odot$為太陽質量,$m_\oplus$為地球質量,m為行星質量。
因為攝動(其他行星引力的影響),每個行星的軌道根數都在緩慢變化(見攝動理論)。“行星軌道要素”表列出了歷元為1980 65438+2月27.0的行星軌道要素。其中水星、金星、地球、火星列出了平均軌道根數,其他五顆行星列出了吻切軌道根數。親吻軌道是壹種瞬時軌道,相當於壹顆行星只有在太陽引力的影響下(不受其他行星幹擾)開始運動時所能擁有的軌道。
行星在其體內直線上的旋轉。行星自轉的速度用“恒星期”來表示,恒星期是用天球上壹個固定的參考點(春分點)來衡量行星自轉的時間。比如地球自轉的恒星周是23小時56分4.1秒,比日常的晝夜(24小時)短了4分鐘左右。行星自轉的方向用行星自轉軸與公自轉軸的傾角ε來表示(根據右手螺旋法則)。ε小於90°的叫正轉,ε大於90°的叫反轉。九大行星大部分都是正自轉;只有金星反向旋轉,而天王星幾乎位於其軌道平面上進行側向旋轉。
確定行星自轉的方法有以下幾種:①行星表面(如火星)有永久性痕跡或行星大氣中有壹些長期存在的雲狀特征(如木星、土星),可以直接測量並還原;②對於缺乏地表特征的行星,我們可以利用赤道兩端相反的自轉速度來測量多普勒效應引起的譜線移動(例如天王星和海王星);(3)用雷達測量行星自轉引起的無線電回波的波段展寬(例如對金星和水星);④對於有射電發射的行星(如木星),測量自轉引起的射電偏振周期性變化;⑤對於形狀不規則或表面反照率不均勻的行星(如冥王星),測量其亮度的周期性變化。
行星自轉與行星體的平坦度和其他形狀特征密切相關。高速自轉的木星和土星,在其稠密的大氣中創造了壹個值得關註的特殊動力環境,在不同的緯度上,它們的自轉周期是不同的。行星自轉周期和ε角的多樣化以及自轉的起源都是太陽系演化中需要討論的重要問題。