1 太陽家族

太陽的光輝照耀著行星，行星則在近圓形的軌道上繞太陽運行。行星不能通過核反應(yīng)產(chǎn)生光，它們只能通過反射太陽光而發(fā)亮。

太陽系共有四顆石質(zhì)內(nèi)行星，分別是水星、金星、地球和火星；再往外是四顆更大的行星，其中兩顆——木星和土星主要是由氣體組成，另兩顆天王星和海王星——主要由冰組成。

石質(zhì)小行星大部分處于火星和木星之間的軌道上，太陽系形成初期，這類小天體與行星的堅硬表面碰撞，從而在行星上留下了眾多的隕石坑和巨大盆地。太陽家族還包括冰質(zhì)彗星，它們來自太陽系最遙遠(yuǎn)的地方，軌道呈拋物線形。很多彗星會靠近地球，偶爾還會在夜空中形成壯觀的景象。流星是偏離軌道靠近地球的小星體。

上述行星很多有石質(zhì)或冰質(zhì)衛(wèi)星，或還有環(huán)軌道系統(tǒng)。地球的衛(wèi)星——月球是最大的天然衛(wèi)星之一，它非常美麗，并于1969年成為人類宇航員第一個造訪的地外天體。

太陽系生成

早在太陽誕生以前，宇宙中一代代的恒星就已經(jīng)歷了生與死。死亡恒星的殘留物是組成新恒星的重要物質(zhì)，它們漂浮在太空中巨大的塵埃和氣體云內(nèi)。

大約46億年前，銀河系中一個這種巨大分子云中的某個區(qū)域因為受到自身重力作用而開始塌陷，它中心核的物質(zhì)開始緩慢旋轉(zhuǎn)，隨后又在塵埃和氣體的覆蓋下塌陷。該云團(tuán)就是太陽星云，這是地球所在的太陽系的胚胎。

在其后的1億年間，太陽星云的中心質(zhì)量，逐漸增大，并最終成為一顆原恒星，但在這一階段，氫聚變?yōu)楹さ姆磻?yīng)尚未發(fā)生。原恒星開始快速自旋，這使云團(tuán)變得扁平，成為一個慢速旋轉(zhuǎn)圓盤。

圓盤繼續(xù)擴大，這一階段，其質(zhì)量占到了整個太陽質(zhì)量的4%（今天，它只占太陽質(zhì)量的0.1%）。最后，該圓盤逐漸演化成擁有行星和衛(wèi)星的太陽系家族。

在星云的中心、靠近新生原太陽的地方，在不斷增長的云團(tuán)粒子碰撞影響下，溫度開始上升。

云團(tuán)最初是冰冷的，溫度大約是50K，因此只有氦和氫能以氣態(tài)形式存在，星云中的其他物質(zhì)不是塵埃就是冰。隨著中心附近溫度的升高，中心附近的揮發(fā)性物質(zhì)開始?xì)饣窃仆鈬貐^(qū)仍舊是一片寒冷。

星云內(nèi)部溫度分布——原太陽附近為2000K左右、外圍溫度則只有50K——影響了星云內(nèi)部分子的分布。像金屬和硅酸鹽礦物之類最致密的物質(zhì)在1500K左右的溫度下會濃縮，并受原太陽重力牽引，聚集到星云的內(nèi)區(qū)域，吸積形成太陽系中較小的石質(zhì)內(nèi)行星。而相對較輕的冰和氣體，例如水、二氧化碳、甲烷和氨，以及氫和氦，則被推向外部區(qū)域，星云內(nèi)區(qū)域元素如氫和氦逐漸耗盡，迫使其進(jìn)入更冷的區(qū)域，在那里它們開始濃縮成大的氣態(tài)外行星。與此同時，原太陽內(nèi)的溫度和壓強形成，其核的溫度最終達(dá)到了1000萬℃～1500萬℃，導(dǎo)致氫聚變?yōu)楹ぁＬ栭_始發(fā)光并釋放巨大的能量，它的內(nèi)部也開始產(chǎn)生強烈的對流，并且以“恒星風(fēng)”的形式穩(wěn)步地散失質(zhì)量。上述狀況在經(jīng)典金牛座T型星階段快速發(fā)生，在該階段--從太陽10萬歲開始持續(xù)將近1000萬年的一個階段，和太陽質(zhì)量相當(dāng)?shù)暮阈且荒曛袝淖陨砜傎|(zhì)量的百萬分之一。

這種強大的粒子風(fēng)會將多余氣體吹離太陽系，同時能將太陽附近的原行星上的揮發(fā)性物質(zhì)驅(qū)走。

太陽

太陽系如果沒有太陽，就不會有生命。太陽的直徑為139.2萬千米，超過地球的109倍，它是一顆較穩(wěn)定的恒星，閃著黃色的光。太陽核的溫度高達(dá)1500萬K，這樣的環(huán)境足以將電子從原子核中剝離，并使氫聚變?yōu)楹ぁＴ诘厍蛏峡吹降奶枴氨砻妗笔翘柎髿獾耐鈱樱垂馇颍錅囟仍?000K左右。

通過特定的濾光器觀察或?qū)⑻枅A盤的影像投射在一塊白板上，人們就會發(fā)現(xiàn)太陽表面的亮度是不均勻的，這就是太陽耀斑。太陽表面亮度的不同反映了外層中的對流所引起的溫度的差異。這可能暗示了氫經(jīng)歷的變化：從太陽內(nèi)部的完全離子化到太陽表面的中性化。在太陽的可見表面上方約500千米處，大氣壓強急速下降，溫度也至少下降到2000K，來自光球的絕大多數(shù)輻射都能夠透過這里的氣體，但和該層原子輻射波長相等的輻射則會被吸收。復(fù)雜的太陽光譜就在這里開始產(chǎn)生。對太陽光譜的分析使天文學(xué)家能夠測算太陽的化學(xué)元素的含量。

太陽中溫度較低的地區(qū)，也就是通常所說的“反變層”，位于色球?qū)拥牡撞俊⒐馇驅(qū)又希袔浊缀瘛Ｉ蛑挥性谌杖城昂髽O短的時間內(nèi)才能為人眼所見，由于氫的散發(fā)，它呈現(xiàn)出微紅色。用特殊儀器對該外部區(qū)域進(jìn)行的研究顯示，有噴流狀釘子似的網(wǎng)從色球處升上來，這些網(wǎng)狀物就是日珥。壯觀的日珥沖向日冕區(qū)，如果它們受到太陽磁力線的包圍，就會形成復(fù)雜的弓形和環(huán)形結(jié)構(gòu)。色球向上延伸到日冕層，而日冕則形成融入行星際空間的太陽風(fēng)。

由于受到從光球噴向色球的沖擊波的激蕩，日冕處于持續(xù)運動狀態(tài)，它擴張進(jìn)入空間，形成“太陽風(fēng)”——高速運動的電子、質(zhì)子、氦核與其他離子的混合物，可以穿過整個太陽系甚至傳得更遠(yuǎn)。太陽風(fēng)以每秒約500千米的速度接近地球，能與地球磁場產(chǎn)生很強的相互作用。到達(dá)地球的X射線和紫外輻射將地球大氣的上層離子化，從而形成了地球大氣的電離層。

地球和月球

盡管月球的直徑只有地球直徑的1/4多，但已經(jīng)是一顆很大的衛(wèi)星了。地球和月球有時被看作雙行星系統(tǒng)，圍繞著地球內(nèi)部深處的某一點共同轉(zhuǎn)動。月球?qū)Φ厍蚓哂袕姶蟮囊Γ@使得地球上的海洋每天產(chǎn)生兩次潮汐。

月球軌道距地球的平均距離為38.4392萬千米，它的自轉(zhuǎn)周期和繞地公轉(zhuǎn)周期都是一個月，因此，月球總是以同一面對著地球，也就是說，在地球上永遠(yuǎn)看不到月球的另一面。月球的月相取決于地球、月球和太陽之間不同時期的角度變化。當(dāng)?shù)厍虻挠白油渡涞皆虑蛏蠒r，就會出現(xiàn)月食。

月球的平均密度要比地球平均密度小很多。眾所周知，地球的平均密度比較高是由于其核含有重物質(zhì)，可以推測，月球不同于地球是因為它沒有一個巨大的致密核。

月球的表面布滿了隕石坑，這表示月面很古老。月球上隕石坑最多的地區(qū)叫做高地，反照率比較高，位于相對較暗的月海更高處。

高地的高反射率是由于它上面覆蓋著淺色鈣長石的緣故，淺色鈣長石富含鈣和鋁，是月球古老月殼的主要組成部分。

高地的巖石樣本顯示，它們已有45億年的歷史——比地球地殼中所有已知巖石的年齡都要大。與類型相似的地球巖石不同，所有月巖中都不含揮發(fā)性元素。

這些古老的巖石在很長一段時間內(nèi)遭受著小行星體的強烈撞擊，直到40億年前撞擊才逐漸停止。高地巖石有很多是隕擊巖，它們是由被撞碎的月球外殼巖石或越過月球表面的噴出物形成的。

月海比較年輕，表面也較平坦，它是由火山玄武巖組成的。火山玄武巖來自月球內(nèi)部，以熔巖的形式在月球表面流動，最后填充在諸如月海低地之類的大型撞擊盆地中。這些巖石大約形成于39億年前到30億年前之間，這表明至少在那個時段，月球內(nèi)部是異常灼熱的。大多數(shù)月海低地都處于月球向著地球的這一面上，因此月球向著地球這面的外殼比背向地球那面的外殼要薄。

曾經(jīng)有一段時間，月球源于地球的說法頗為流行，人們認(rèn)為月球是從地球太平洋噴出去的。不過，現(xiàn)在該觀點的影響力已經(jīng)大大減弱。

現(xiàn)代科學(xué)研究認(rèn)為，在地核形成后不久，曾有一個巨大的天體擦過地球。這次碰撞釋放的能量將巨大物質(zhì)云拋入了繞地球的軌道中，隨后，這些物質(zhì)逐漸收縮形成了月球。由于較致密的物質(zhì)在到達(dá)軌道前就落回了地球，所以月球?qū)嶋H上是由密度相對較小的物質(zhì)組成的。

衛(wèi)星

太陽系外圍的四個氣態(tài)巨行星——木星、土星、天王星和海王星都有很多衛(wèi)星。20世紀(jì)70年代和80年代發(fā)射的兩艘“旅行者號”宇宙飛船讓天文學(xué)家第一次看到了這些衛(wèi)星。到了20世紀(jì)90年代末和21世紀(jì)初期，“伽利略號”空間探測器對木星及其周圍環(huán)境進(jìn)行了探測，展示了其衛(wèi)星的細(xì)節(jié)特征并搜集了大量相關(guān)信息。

很多太陽系外圍衛(wèi)星都含有大量冰及巖石物質(zhì)，本身就是一個大星球，例如，木衛(wèi)三是太陽系中最大的衛(wèi)星，事實上它比水星還要大，它甚至有自己的磁場。

木星的另一衛(wèi)星——木衛(wèi)一，是太陽系中火山活動最活躍的星球——盡管地球上有600多個活火山而木衛(wèi)一上只有100個左右，但木衛(wèi)一上火山噴發(fā)的熱量是地球上所有火山噴發(fā)熱量的兩倍。這種壯觀景象發(fā)生在一個體積只有地球1/3的星球上，不得不令人驚嘆。木衛(wèi)一每年噴出的熔巖數(shù)量是地球每年噴出熔巖數(shù)量的100倍。

正是火山噴出的熔巖給了木衛(wèi)一絢麗的色彩，這些色彩大多是由硫磺形成的。熔巖溫度最高的地方往往是最暗的地方。從火山口噴出的熔巖是紅色的，它慢慢變?yōu)辄S色。地球的火山熔巖中沒有發(fā)現(xiàn)如此高濃度的硫磺，然而在非洲南部的一種叫做科馬提巖的巖石有非常古老、固化的熔巖，和木衛(wèi)一上的熔巖成分非常相似。

木星強大的引力場導(dǎo)致了木衛(wèi)一上強烈的火山活動。這也在木衛(wèi)一上引起了巨大的“潮汐”，擠壓衛(wèi)星并使其內(nèi)部升溫，最后，熱量通過火山活動被釋放出來。

木星另一顆大衛(wèi)星——木衛(wèi)二是整個太陽系中最有趣的地方之一，這里的潮汐力比木衛(wèi)一的要小，在它厚的冰層外殼下面還有一個全球性的海洋。它的冰層厚度大概在1～10千米之間，而底下海洋的深度則被認(rèn)為有100千米。如果科學(xué)家的推測是正確的，木衛(wèi)二上的水比地球上的還要多。現(xiàn)在，很多人都很好奇木衛(wèi)二的海洋里是否存在簡單的微生物。空間工程師正在設(shè)計空間探測器試圖解答這一疑問。木星最亮衛(wèi)星中的第四顆也是最外面的那顆大衛(wèi)星--木衛(wèi)四可能有一個亞表面鹽水海洋。

美國太空總署（NASA）與歐洲航天局（ESA）聯(lián)合發(fā)射的空間探測器“卡西尼-惠更斯號”于2004年進(jìn)入繞土星運行的軌道。在該合作任務(wù)中，歐洲航天局（ESA）制造了“惠更斯號”探測器，該探測器計劃登陸土星的衛(wèi)星——土衛(wèi)六。作為太陽系的第二大衛(wèi)星，已知土衛(wèi)六擁有稠密的大氣，通過望遠(yuǎn)鏡科學(xué)家已對其大氣成分進(jìn)行了分析，結(jié)果表明它的大氣成分和生命出現(xiàn)前的40億年前地球可能存在的大氣總體上有些相似。在“惠更斯號”探測器飄向土衛(wèi)六的過程中，它將采集土衛(wèi)六大氣中的化學(xué)元素樣本，為我們提供了有關(guān)早期地球狀況的線索。

天王星和海王星的衛(wèi)星一般都比較小，且含有多種巖石與冰的混合物。現(xiàn)在還沒有對它們進(jìn)行進(jìn)一步探索的計劃。

小行星

八大行星以及太陽系中的無數(shù)小天體都圍繞太陽運轉(zhuǎn)。這些天體中的小行星形成了一個引人注目的群體，它們中的絕大多數(shù)都位于火星和木星之間，圍繞著太陽運轉(zhuǎn)，另外有一部分的軌道和地球軌道相交。科學(xué)家估計，直徑超過1000米的小行星至少有100萬顆。

小行星與通過吸積形成行星的星云物體在本質(zhì)上很相似，但在某些小行星粘在一起形成更大天體之前，它們受到太陽和其他行星的引力影響而被置于傾斜的長軌道上，所以它們最終沒有能夠成為大行星。

木星強大的引力肯定會抑制現(xiàn)存的小行星帶中一顆主要行星的成長。它的引力影響會使一些物質(zhì)飛向木星（發(fā)生碰撞形成隕坑），另一些物質(zhì)則完全脫離太陽系。那些擁有和地球相交軌道的小顆粒就叫做流星。

通過望遠(yuǎn)鏡，人們可以看到很多小行星的亮度會發(fā)生變化，這很大程度上是由于它們的不規(guī)則形狀造成的，也有部分是由各側(cè)面的反射率不一樣造成的。小行星型是C型（或碳質(zhì)類），這些星體比煤還暗，主要位于小行星帶的外圍區(qū)域；位于小行星帶中間區(qū)域的主要是S型星體，富含硅，其反照率處于中間水平；而M型金屬（性）星體的反照率一般，M型小行星很可能是更大的不同母體行星解體了的富含金屬的內(nèi)核。

流星體的數(shù)量甚至比小行星還多，而且它們的化學(xué)成分也相似。當(dāng)它們受到地球引力的影響而墜入地球大氣層時，摩擦力的作用會使它們的溫度升高，然后人們就能看到一個火球或流星。大多數(shù)這類星體會在大氣層中解體，但有些大的碎片有可能墜落到地球表面成為隕星，給行星科學(xué)家提供了早期太陽系珍貴的地質(zhì)化學(xué)資料。

按照傳統(tǒng)，流星體被分為石質(zhì)、鐵質(zhì)或石-鐵混合質(zhì)三類（區(qū)別于小行星群的分類法），但一種更有意義的分法是將其分為“差別”類和“無差別”類。“無差別”類中主要是球粒狀隕石，它們包含和太陽大氣成分相似的化學(xué)元素。“差別”類流星體經(jīng)歷了化學(xué)變化，并被認(rèn)為是更原始的行星物質(zhì)熔融與分離的產(chǎn)物。一些較年輕的星體，如SNC族隕星，和火星表面的物質(zhì)很相似，也許它們就是在某次撞擊中從火星表面脫落的。

球粒狀隕石是由高溫富鋁物、揮發(fā)性物質(zhì)和被叫做“隕星粒養(yǎng)體”的特殊球狀顆粒組成的，“隕星粒養(yǎng)體”是原始熔巖熔融的產(chǎn)物。這些成分證實了在行星吸積時期，組成太陽星云的那些物質(zhì)很好地混合在一起。

通過拍攝到的許多流星體的精確照片，能計算出它們的軌道。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，這些流星體的軌道與那些和地球軌道相交的小行星例如阿波羅和伊卡魯斯的軌道非常相似。據(jù)推測，這些流星體曾屬于小行星主帶，但在強大而不穩(wěn)定的木星引力影響下，它們最終脫離小行星帶變成了流星體。

彗星

彗星是太陽系中最小同時也是最古老的天體之一。彗星的起源和太陽系本身密切相關(guān)，因為它們似乎是由原始的太陽星云物質(zhì)直接壓縮而成的。盡管傳統(tǒng)上認(rèn)為它們的出現(xiàn)是厄運的預(yù)兆，但對彗星周期性出現(xiàn)的預(yù)言是早期天文學(xué)家的重大成就之一。如今，彗星的回歸已被科學(xué)家看作收集太陽系早期歷史信息的特殊機遇。

彗星的質(zhì)量很小，這意味著它們在形成之后幾乎沒經(jīng)歷什么化學(xué)變化，它們因此被認(rèn)為是吸積形成外行星的原始太陽星云物質(zhì)的殘余物。

彗星由冰和塵埃組成，被形象地稱為“臟雪球”。它們早期可能受到了重力影響并產(chǎn)生攝動，最后被拋入一個由無數(shù)彗星組成的繞太陽系運轉(zhuǎn)的巨大云團(tuán)內(nèi)。這個云團(tuán)就是奧特星云，它位于太陽到最近一顆恒星距離的1/3處。其中一些彗星的運行周期很短，軌道呈高度橢圓狀，這些軌道將它們引進(jìn)太陽系內(nèi)部，但其軌道平面不一定和行星軌道平面重合。

當(dāng)一顆彗星接近太陽時，它的冰核會部分蒸發(fā)，產(chǎn)生漫射的明亮彗發(fā)或塵埃和氣體云，并受太陽風(fēng)作用產(chǎn)生長達(dá)幾十億千米、背離太陽的離子化氣態(tài)粒子尾——彗尾，從地球上看到的彗尾很亮。被彗核“落下”的第二條較短的由塵埃粒子組成的尾巴也在太空中聚積。

1986年哈雷彗星回歸太陽系時，科學(xué)家向該彗星中心區(qū)發(fā)送了5個航天探測器——特別是“喬托號”，這使得他們掌握了哈雷彗星的大量信息：哈雷彗星的彗核呈不規(guī)則形狀，長16千米，寬8千米，表面布滿了坑，并且是翻動著的。哈雷慧星的表面非常暗，這也許是因為靠近太陽時，它內(nèi)部的冰融化并在慧核表面形成厚厚的含碳物質(zhì)殘渣。據(jù)觀測，有大量氣體從彗核中噴射出來，有時候這些噴射物質(zhì)甚至達(dá)到了每秒10噸。

借助分光鏡進(jìn)行的研究表明，彗核是由各種像氫、氮、碳和鈉之類的揮發(fā)性物質(zhì)分子組成的，它同時還含有一氧化碳。當(dāng)這樣一顆彗星接近太陽時，鎂、鐵、鎳、硅等元素也能被探測到——大概是在太陽照射升溫過程中釋放的塵埃微粒中。

彗核其實是由含碳物質(zhì)和含水的硅化物組成的，混合在由冰凍甲烷、冰凍氨、冰凍二氧化碳及冰凍水組成的雪泥中。