《宇宙天体探秘：太阳系课件》

宇宙天体探秘太阳系课件欢迎进入太阳系的奇妙旅程！本课程将带领大家探索我们的宇宙家园——太阳系从中心的太阳到边缘的奥尔特云，从八大行星到数不尽的小天体，我们将揭开太阳系的神秘面纱在这个课程中，我们将系统学习太阳系的结构、组成和演化历程，了解各个天体的特点与相互关系通过这些知识，我们不仅能更好地理解地球在宇宙中的位置，还能领略人类探索太阳系的伟大成就让我们一起踏上这段穿越太阳系的奇妙之旅！什么是太阳系太阳系的定义主要组成部分太阳系是以太阳为中心，由八大行星、矮行星、卫星、小行星、彗太阳系主要由以下部分组成中心恒星（太阳）、八大行星（水星等天体在引力作用下形成的一个天体系统太阳系的边界大约延星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星）、矮行星伸到奥尔特云，距离太阳约1光年（如冥王星）、卫星（如月球）、小行星、彗星、尘埃及星际气体太阳位于太阳系的中心，占据了整个系统

99.86%的质量，其强大这些天体共同构成了我们这个复杂而有序的宇宙家园，每一个天的引力使得所有天体围绕它运行体都有其独特的特征和演化历史太阳系的发现历程古代天文观测早在古巴比伦、古埃及和古中国时期，人们就已经能够观测到肉眼可见的五大行星水星、金星、火星、木星和土星当时人们普遍认为地球是宇宙的中心，这就是地心说哥白尼革命1543年，波兰天文学家尼古拉·哥白尼在《天体运行论》中提出了日心说，认为太阳是行星系统的中心，所有行星包括地球都围绕太阳运转这一理论彻底颠覆了人类对宇宙的传统认知开普勒与牛顿约翰内斯·开普勒通过观测数据，发现了行星运动的三大定律艾萨克·牛顿则通过引力定律解释了行星为何会围绕太阳运转，为太阳系模型提供了理论基础现代太阳系探索20世纪以来，随着望远镜技术和航天技术的发展，人类对太阳系的认识不断深入冥王星的发现（1930年）、旅行者探测器的深空之旅、以及众多行星探测任务极大地扩展了我们对太阳系的认知太阳系的位置银河系中的位置太阳系位于银河系的猎户臂（Orion Arm）上，这是银河系螺旋结构中的一条次级旋臂在这广阔的星际环境中，太阳系只是众多恒星系统中的一个普通成员距离银河系中心太阳系距离银河系中心约

2.6万光年，位于银河系半径的三分之二处这个位置既不在银河系中心的拥挤区域，也不在外缘的稀疏地带，正好处于一个相对稳定的区域安全的宜居区太阳系所处的位置远离银河系中心的超大质量黑洞和高能辐射源，也避开了频繁发生超新星爆发的区域这种适中的位置为地球上生命的长期存在提供了相对安全的环境恒星邻居在太阳系附近约20光年范围内，分布着大约100颗恒星距离太阳最近的恒星系统是半人马座阿尔法星系，距离我们大约

4.37光年，其中包括著名的比邻星太阳系结构总览中心区域由太阳和内行星组成小行星带位于火星和木星轨道之间外行星区域包括四大气态巨行星柯伊伯带与奥尔特云太阳系的外围区域太阳系的结构呈同心圆环状分布，从内到外可分为四个主要区域中心是太阳，周围是由水星、金星、地球和火星组成的岩质内行星再向外是小行星带，主要由岩石和金属组成的小天体构成穿过小行星带后是气态外行星区域，包括木星、土星、天王星和海王星这四个巨行星最外层是由冰质小天体组成的柯伊伯带和更远的奥尔特云，这些区域被认为是彗星的发源地太阳太阳系的中心太阳的基本特征核聚变能源对地球的影响太阳是太阳系中唯一的恒星，是一颗G太阳核心的温度高达1500万摄氏度，在太阳对地球的影响是全方位的它提供型主序星（黄矮星），年龄约46亿年，这种极端条件下，氢原子核通过核聚变了地球上几乎所有能量的来源，支持着处于其生命周期的中期阶段太阳的直反应转化为氦，每秒钟约有600万吨氢光合作用、气候系统和水循环太阳活径约为139万公里，是地球直径的109被转化，同时释放出巨大的能量，以电动的变化会直接影响地球的空间环境，倍，其质量占整个太阳系总质量的磁辐射和粒子流的形式向外传播产生极光、地磁暴等现象，甚至影响无

99.86%线电通信和电力系统太阳的基本参数

1.989×10^30质量（千克）相当于333,000个地球质量

99.86%占太阳系总质量比例几乎包含了太阳系的全部物质5,500°C表面温度而核心温度高达1,500万°C亿46年龄（年）预计还能继续燃烧约50亿年太阳的巨大体积和质量使它成为太阳系的绝对主宰通过引力，太阳控制着所有行星和小天体的运动轨道太阳表面温度约5,500°C，但这只是其核心温度的一小部分在太阳核心，温度高达1,500万°C，足以维持核聚变反应的持续进行太阳的能量输出非常稳定，每秒钟释放的能量相当于数十亿颗氢弹同时爆炸尽管如此，太阳已经维持了这种稳定状态达46亿年之久，并将继续保持约50亿年，直到氢燃料耗尽，进入下一个演化阶段太阳的内部结构辐射层从核心区向外延伸至太阳半径的70%处，是能量核心区通过光子辐射向外传递的区域由于物质密度极高，光子在这里要经历无数次散射，从核心区到太阳内部最中心的区域，半径约占太阳半径的辐射层外缘，一个光子平均需要花费10万至20万20-25%，但包含了太阳约40%的质量这里温年的时间度高达1,500万摄氏度，密度是铅的150倍，是核聚变反应发生的区域对流层从辐射层外缘延伸到太阳表面，厚度约为太阳半径的30%在这一区域，能量主要通过物质对流的方式向外传递，高温等离子体上升到表面释放能量后再下沉，形成巨大的对色球层与日冕流单元光球层以上的大气层，温度反常地随高度升高而光球层上升日冕是太阳最外层的大气，温度高达100万摄氏度以上，只有在日全食时才能用肉眼看到太阳的表面，厚度约为500公里，是我们肉眼所能看到的太阳的可见部分光球层温度约为5,500摄氏度，太阳黑子就出现在这一层太阳活动与爆发太阳黑子太阳表面上较暗的区域，温度低于周围区域约1,500°C，是强磁场活动的区域太阳黑子数量呈现约11年的周期性变化，这就是著名的太阳活动周期太阳耀斑太阳表面的突然、剧烈的爆发现象，释放出大量的能量、粒子和电磁辐射强烈的耀斑可以影响地球的无线电通信，干扰GPS信号，甚至导致电网故障日冕物质抛射大量的日冕物质突然从太阳表面喷发而出，可能包含数十亿吨的等离子体当这些物质到达地球时，会引起地磁暴、极光等现象，严重时可能危及人造卫星和宇航员安全太阳风太阳连续不断地向太空喷射带电粒子流，主要是电子和质子太阳风以每秒400-800公里的速度穿越整个太阳系，并与行星磁场和大气相互作用，形成了行星际空间环境八大行星概述太阳系中的八大行星按照距离太阳由近到远的顺序依次是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星这些行星在绕太阳公转的过程中，基本上都位于同一平面上，这个平面被称为黄道面这八大行星可以分为两大类内行星（包括水星、金星、地球和火星）主要由岩石和金属组成，体积相对较小；外行星（包括木星、土星、天王星和海王星）主要由气体组成，体积巨大，其中木星和土星被称为气体巨行星，天王星和海王星则被称为冰巨行星水星概况最靠近太阳的行星水星是离太阳最近的行星，平均距离太阳约5,800万公里由于距离太阳如此之近，水星上的太阳视直径是地球上看到的太阳的约3倍，阳光强度是地球的7倍多奇特的公转与自转水星公转周期约为88个地球日，是太阳系中公转速度最快的行星而它的自转周期约为59个地球日，这导致水星上的一个太阳日（从一次日出到下一次日出的时间）长达176个地球日极端温差水星几乎没有大气层，无法保持热量，加上其自转缓慢，导致昼夜温差极大白天表面温度可高达430°C，而夜间可低至-180°C，是太阳系中温差最大的行星探测历史由于水星距离太阳太近，探测难度很大迄今为止，只有美国的水手10号（1974-1975年）和信使号（2011-2015年）两个探测器成功探测了水星欧洲和日本联合的水星磁层轨道器正在进行新的探测任务水星的地貌特征遍布的陨石坑巨大悬崖极地冰层水星表面最显著的特征是布满了大小不一的水星表面存在许多巨大的悬崖结构，有些长尽管水星表面温度极高，但在其极地的永久陨石坑，这些坑的形态与月球表面的环形山达数百公里，高度可达数公里这些悬崖被阴影区域内，雷达探测发现了水冰的存在非常相似这表明水星和月球一样，曾经经认为是水星早期冷却收缩时形成的断层研这些冰可能来自于彗星或小行星的撞击，并历过长期的太空岩石轰击，并且由于缺乏大究表明，水星的直径因冷却收缩可能减少了在极低温度的条件下长期保存下来，为研究气层和活跃的地质活动，这些坑能够长期保约7公里水在太阳系中的分布提供了重要线索存金星概况地球的姊妹星金星被称为地球的姊妹星，因为它的质量、大小和密度与地球相近奇特的自转方向金星是太阳系中唯一一个逆时针自转的行星，自转周期约为243个地球日最热的行星表面平均温度高达462°C，比水星还热，足以熔化铅致命的大气环境拥有极其浓厚的大气层，主要由二氧化碳组成，大气压是地球的92倍金星是太阳系中第二颗行星，平均距离太阳约

1.08亿公里在夜空中，金星是除了太阳和月亮外最亮的天体，常被称为启明星或长庚星金星的大小与地球非常接近，直径约为12,104公里，质量是地球的

81.5%尽管金星在大小和质量上与地球相似，但其表面环境却极为恶劣金星上强大的温室效应导致其表面温度高达462°C，比水星还要热加上极高的大气压力和硫酸云层，金星的环境对任何已知生命形式都极为致命金星的大气层地球概况水的星球富氧大气活跃的板块构造地球表面71%被水覆盖，是太地球大气中含有约21%的氧地球是太阳系中唯一拥有活跃阳系中唯一拥有大量液态水的气，这是光合生物长期活动的板块构造的行星地壳分为若行星水对地球生命的形成和结果丰富的氧气不仅支持了干板块，它们的运动造就了山演化起着决定性作用，赋予了高等生命的发展，还形成了保脉、海沟、火山和地震，同时地球独特的蓝色外观护生命免受紫外线伤害的臭氧也促进了碳循环，维持地表环层境的稳定生命的摇篮地球是目前已知唯一孕育了生命的天体从最早的单细胞生物到复杂的生态系统，生命已在地球上繁衍了约35亿年，形成了丰富多样的物种地球大气与水循环蒸发太阳加热液态水转化为水蒸气进入大气2太阳辐射加热地表和海洋，水分子获得能量凝结与云形成水蒸气上升冷却后凝结成云径流与汇集降水降水通过河流回到海洋，循环再次开始云中水滴长大后以雨雪形式落回地表地球大气由多个层次组成，从下到上依次是对流层（0-10公里）、平流层（10-50公里）、中间层（50-85公里）、热层（85-500公里）和外逸层（500公里以上）对流层是天气现象发生的主要区域，平流层含有保护生命的臭氧层水循环是地球独特的现象，由于地球位于太阳系的宜居带内，水可以同时以固态、液态和气态存在这一循环对地球气候和生态系统至关重要，它不仅调节全球温度，还为生命提供必要的淡水资源，同时塑造了地表地貌火星概况火星的基本特征火星的大气与气候火星是太阳系中的第四颗行星，因其表面呈现明显的红色而被称为火星拥有一层薄薄的大气层，主要由二氧化碳（

95.3%）组成，大红色星球这种红色主要来自于富含氧化铁（铁锈）的表面岩石气压仅为地球表面的

0.6%由于大气稀薄，火星无法有效保持热和尘土火星的直径约为6,792公里，约为地球的一半，质量仅为量，导致温度变化剧烈火星赤道附近的日间温度可达20°C，但地球的

10.7%，表面重力约为地球的38%夜间可降至-73°C，极地地区的冬季温度可低至-143°C火星一天（火星日）约为24小时37分钟，接近地球的一天它绕火星两极存在由水冰和干冰（固态二氧化碳）组成的极冠，这些极太阳公转一周需要687个地球日，相当于

1.88个地球年火星有两冠随季节变化而扩大和收缩火星上经常发生巨大的尘暴，有时甚个小卫星火卫一（Phobos）和火卫二（Deimos），它们可能至可以覆盖整个行星表面，持续数周或数月是被火星引力捕获的小行星火星的地貌与探测奥林匹斯山水与生命迹象火星拥有太阳系中最高的山峰——大量证据表明，火星曾经拥有丰富奥林匹斯山，这座巨大的盾状火山的液态水火星表面可见干涸的河高达

21.9公里，基底直径超过600床、湖泊和可能的古代海洋海岸公里，是地球上最高山峰珠穆朗玛线好奇号和毅力号等火星车探峰的近

2.5倍奥林匹斯山是长期火测发现了含水矿物质和沉积岩，表山活动的结果，由于火星缺乏板块明火星曾经有适宜生命存在的环构造，熔岩持续在同一位置喷发堆境科学家认为火星地下可能仍然积形成了这座巨山存在液态水火星探测任务自1960年代以来，人类已发射了数十个探测器研究火星目前活跃的包括美国的好奇号和毅力号火星车、洞察号着陆器、机智号直升机，以及阿联酋的希望号和中国的天问一号探测器这些任务正在收集火星的地质、气候和潜在生物信息，为人类未来可能的火星移民做准备小行星带位置与分布主要成员小行星带位于火星和木星轨道之间，距太阳约

2.2至

3.2天文单位（1天文单小行星带中最大的成员是谷神星（Ceres），直径约940公里，也是唯一位约

1.5亿公里）这一区域内分布着数以百万计的小行星，但它们之间的被分类为矮行星的小行星带成员其他大型成员包括灶神星（Vesta）、距离非常遥远，并非科幻电影中那样密集智神星（Pallas）和婚神星（Juno），它们的直径都在200公里以上成分与结构起源与演化小行星带的成员主要由岩石和金属组成，尤其是硅酸盐和镍铁合金根据小行星带被认为是太阳系早期形成过程中的残留物根据当前理论，这成分不同，小行星可分为C型（碳质）、S型（硅酸盐）和M型（金属）等些小天体原本可能形成一颗完整的行星，但由于附近木星强大的引力扰多种类型大多数小行星的形状不规则，只有直径超过400公里的小行星动，物质未能有效聚集在漫长的太阳系历史中，小行星之间的碰撞使它在自身引力作用下呈现球形们数量增加，尺寸减小木星概况倍318地球质量拥有太阳系所有行星总质量的71%倍11地球直径体积可容纳1300多个地球小时

9.8自转周期太阳系中自转最快的行星颗79已知卫星数量包括伽利略发现的四大卫星木星是太阳系中最大的行星，平均直径约为139,822公里，质量相当于

2.5倍的太阳系其他所有行星质量总和它主要由氢和氦组成，与太阳的成分相似，因此有时被称为失败的恒星，虽然它的质量远不足以点燃核聚变木星的快速自转导致了明显的扁平化现象，赤道直径比极直径大约9,275公里这种高速自转也产生了强大的科里奥利力，塑造了木星大气中明显的条带结构和复杂的风暴系统木星的磁场强度是地球的14倍，产生了太阳系中最强大的辐射带，这对探测任务构成了巨大挑战木星大气与大红斑条带结构大红斑化学成分与云层木星大气呈现出明显的条带结构，交替排列大红斑是木星上最著名的特征，是一个巨大木星大气主要由氢（约90%）和氦（约的深色带（belts）和浅色区（zones）的反气旋风暴系统，横跨约16,000公里，10%）组成，还含有少量甲烷、氨、水和其浅色区是上升气流区域，而深色带则是下沉足以容纳两到三个地球这个风暴至少已持他化合物这些化学物质在不同高度形成了气流区域这些条带结构是由木星快速自转续了350年，自1665年首次被记录以来一直多层云结构最外层的氨云呈现浅色，下方产生的科里奥利力导致的，使得大气环流形存在大红斑内部风速可达540公里/小的硫化氢和水云则呈现出各种红、棕、黄等成了与赤道平行的喷流带时，是地球上最强飓风的两倍多色调这些化学物质和复杂的大气动力学共同创造了木星丰富多彩的外观木星的重要卫星卫星名称直径公里距木星距离千公里主要特征木卫一艾奥3,643422太阳系最活跃的火山活动木卫二欧罗巴3,122671冰壳下疑似有深层液态海洋木卫三盖尼米德5,2681,070太阳系最大卫星，拥有自身磁场木卫四卡里斯托4,8211,883表面遍布陨石坑，最古老卫星木星拥有至少79颗已知卫星，其中最著名的是伽利略于1610年发现的四颗大卫星木卫一（艾奥）表面布满活跃的火山，这是由于木星强大引力造成的潮汐热效应木卫二（欧罗巴）拥有光滑的冰质表面，科学家认为其下方存在庞大的液态水海洋，是太阳系中最可能孕育生命的地方之一木卫三（盖尼米德）是太阳系中最大的卫星，直径甚至超过水星，拥有独特的磁场和分层内部结构木卫四（卡里斯托）表面布满陨石坑，是太阳系中地质活动最少的天体之一这四颗卫星的独特性使它们成为未来太空探索的重要目标，特别是欧罗巴可能蕴藏的生命潜力引起了科学家的极大兴趣土星概况基本特征壮观的环系统土星是太阳系中第六颗行星，也是第二大行星它的直径约为土星最著名的特征是其壮观的环系统，由无数冰颗粒和岩石碎片组116,464公里，是地球直径的

9.14倍虽然体积是木星的60%，但成，这些颗粒大多直径在1厘米到10米之间整个环系统的直径超质量仅为木星的30%，这使土星成为太阳系中密度最低的行星，过12万公里，但厚度却不到1公里，因此从侧面看几乎不可见其平均密度为

0.69克/立方厘米，低于水的密度（1克/立方厘土星环系统主要分为A环、B环和C环，由卡西尼空隙（A环和B环米）理论上，土星可以漂浮在足够大的水体上之间）和恩克空隙（靠近A环外缘）等多个空隙分隔这些环并非土星主要由氢（约75%）和氦（约25%）组成，与木星类似，但永久稳定的结构，根据最新研究，土星环系统可能只有1亿至2亿年核心可能较小土星的一天约为10小时33分钟，比地球短得多，的历史，相对太阳系46亿年的年龄来说非常年轻但围绕太阳公转一周需要约

29.5个地球年土星光环系统环A最外侧的主要环带，宽度约14,600公里A环外缘受到宠臣（Atlas）和普罗米修斯（Prometheus）等卫星的牧羊犬效应而保持清晰边界A环内部最著名的特征是恩克分隙，宽约325公里，由土卫十九引力作用维持卡西尼分隙位于A环和B环之间的明显空隙，宽度约4,700公里，由意大利-法国天文学家卡西尼于1675年发现这一分隙并非完全空无一物，内部含有稀疏的物质，但密度远低于周围环带卡西尼分隙主要由土卫一的轨道共振效应维持环B土星最亮、最密集的环带，宽度约25,500公里B环内的冰颗粒排列非常紧密，反射率高达60%以上B环内部结构复杂，包含数千个细微的环带和带状结构，这些结构在照片中形成了精细的纹理环C也被称为纱环，因其透明度较高而得名宽度约17,500公里，颗粒密度远低于A环和B环，反射率仅为A环和B环的15%左右C环内含有神秘的暗斑和亮斑，成因至今未完全解释清楚环、环、环和环D EF G土星还拥有多个较暗、较薄的外环和内环其中F环特别独特，呈现出扭曲的绳索状结构；E环是最大的环，直径可达300万公里，由从土卫二（恩克拉多斯）喷出的微粒构成土星的卫星泰坦（）恩克拉多斯（）Titan Enceladus土卫六泰坦是土星最大的卫星，也是太阳系中土卫二恩克拉多斯直径仅约500公里，但科学第二大卫星（仅次于木卫三），直径约5,150意义重大卡西尼探测器发现恩克拉多斯南极公里泰坦最引人注目的特征是其拥有太阳系地区存在活跃的冰喷泉，将水冰颗粒喷射到太中唯一一个与地球相似的大气层这层大气主空中这些物质最终形成了土星的E环要由氮气（98%）组成，气压是地球的

1.5倍更重要的是，研究表明恩克拉多斯表面冰层下泰坦表面温度约为-179°C，在这种低温下，甲方可能存在全球性的液态水海洋，其中含有有烷可以像地球上的水一样存在液态卡西尼-机物质和能源来源（热液喷口）这三个要惠更斯任务发现了泰坦表面有甲烷湖泊和河素——液态水、有机物和能量——是生命可能流，形成了类似地球的水文循环，只不过水存在的基本条件，使恩克拉多斯成为太阳系中被甲烷替代这使泰坦成为研究类地行星演化寻找地外生命的热门目标之一的理想场所其他重要卫星土星拥有至少82颗已知卫星除泰坦和恩克拉多斯外，还有一些值得注意的成员土卫三忒提斯（Tethys）表面有巨大的伊塔卡峡谷（Ithaca Chasma）；土卫四狄俄涅（Dione）表面有神秘的明亮条纹；土卫五瑞亚（Rhea）是土星第二大卫星；土卫八伊阿珀托斯（Iapetus）一半表面极亮一半极暗，形成鲜明对比天王星概况基本参数独特的自转直径51,118公里，是地球直径的4倍；质量是地自转轴倾角高达98度，几乎与轨道平面平行，球的

14.5倍；密度为

1.27克/立方厘米，是大型气像一个滚动的行星；自转周期为17小时14分钟态行星中最低的环系统与卫星冰巨行星拥有13条暗淡的环和至少27颗卫星；主要卫星都内部主要由冰（水、氨、甲烷）和岩石组成，以莎士比亚和亚历山大·蒲柏作品中的角色命名而非气体；大气外层主要含有氢、氦和甲烷天王星是太阳系中第七颗行星，也是第一颗通过望远镜发现而非肉眼可见的行星1781年，英国天文学家威廉·赫歇尔发现了这颗行星天王星平均距离太阳约

29.2天文单位（约44亿公里），绕太阳公转一周需要84个地球年与木星和土星不同，天王星被归类为冰巨行星，因为它含有较高比例的冰物质，如水、氨和甲烷这些物质在天王星内部形成了一个冰质地幔，而不是像木星那样主要由氢和氦组成这种构成差异也体现在天王星较低的质量上——虽然体积是地球的63倍，但质量只有地球的

14.5倍天王星的大气层海王星概况最遥远的大行星漫长的公转剧烈的大气活动海王星是八大行星中最远离太阳的海王星绕太阳公转一周需要大约尽管距离太阳如此遥远，海王星却一颗，平均距离太阳约

30.1天文单

164.8个地球年，自1846年被发现拥有太阳系中最强的风暴系统其位（约45亿公里）在这样的距以来还未完成一次完整的公转其表面风速可达每小时2,100公里，离上，阳光强度仅为地球上的自转周期约为16小时7分钟，略快超过音速，是地球上最强飓风的五1/900，太阳看起来只比一颗普通于地球与天王星类似，海王星也倍多这些风形成了海王星大气中的亮星大一些是一颗侧卧的行星，自转轴倾角明显的暗带和亮带约为

28.3度数学预测的胜利海王星是历史上第一颗通过数学计算而非直接观测发现的行星19世纪，天文学家发现天王星的轨道有异常，法国数学家勒维耶和英国数学家亚当斯分别计算出可能存在的新行星位置1846年，德国天文学家盖尔根据勒维耶的计算找到了海王星海王星风暴大黑斑极端风速动态的大气1989年，旅行者2号飞越海王星时拍摄到了一海王星是太阳系中风速最高的行星，其大气与稳定的大红斑不同，海王星的大气特征经个直径约为地球大小的巨大风暴系统，被命层中的风可达每小时2,100公里，接近音速的常变化在大黑斑消失后，科学家又在海王名为大黑斑（Great DarkSpot）这个风两倍这些风主要在纬度方向流动，形成了星的不同区域观测到了新的风暴系统2018暴与木星的大红斑相似，是一个巨大的反气明显的带状结构这种极端的风速特别令人年，哈勃太空望远镜观测到一个新的黑斑正旋系统然而，与大红斑持续数百年不同，费解，因为海王星从太阳接收的能量很少，在形成海王星的云层高度也各不相同，有大黑斑的寿命相对短暂——哈勃太空望远镜在理论上应该缺乏驱动如此猛烈风暴的能量来些甲烷云可以上升到约150公里的高空，形成1994年的观测中发现它已经消失源明亮的白色条纹，与深蓝色的背景形成鲜明对比海王星的卫星系统特里同（）Triton海王星最大的卫星，直径2,707公里，是太阳系第七大卫星逆行公转特里同是唯一一个逆向公转的大卫星，这表明它可能是被海王星捕获的柯伊伯带天体活跃的冰火山尽管表面温度低至-235°C，特里同仍有活跃的冰火山活动，喷射出氮气、甲烷和尘埃其他卫星海王星还有13颗较小的卫星，包括内瑞伊德（Nereid）和原生的内卫星群特里同是海王星卫星系统中的绝对主角，它含有整个系统

99.5%以上的质量特里同的表面温度约为-235°C，是太阳系中已知最冷的天体之一尽管如此，旅行者2号仍观测到了特里同表面的黑色喷流——这些是由氮气喷发形成的间歇性冰火山这种活动表明，特里同内部可能仍有地质活动，可能存在液态水层特里同的轨道正在稳步衰减，每年向海王星靠近约

3.6米大约在35亿年后，特里同将达到罗氏极限，届时它将被海王星的引力撕碎，可能形成一个类似土星环的系统特里同表面有相对较少的撞击坑，表明其表面相当年轻，这进一步支持了内部活动的可能性矮行星与冥王星矮行星的定义冥王星概述2006年，国际天文学联合会（IAU）重新定义了行星的概念，并冥王星曾经是太阳系的第九大行星，2006年被重新归类为矮行创立了矮行星这一全新的天体类别根据定义，矮行星必须满足星它是柯伊伯带中最著名的成员，平均距离太阳约

39.5天文单位三个条件环绕太阳运行；质量足够大，使其自身引力足以克服刚（约59亿公里）冥王星的直径约为2,377公里，约为地球直径的体力而呈现出近乎球形；但未能清空其轨道附近的其他天体1/6，甚至比一些行星的卫星（如月球和木卫三）还小目前太阳系中官方认定的矮行星有五颗冥王星、谷神星、妊神冥王星表面由氮冰、甲烷冰和一氧化碳冰组成，呈现出红褐色和灰星、鸟神星和阋神星其中谷神星位于小行星带，其余四颗则位于白色相间的复杂地形2015年，美国新视野号探测器飞越冥王海王星轨道之外科学家估计，柯伊伯带和散射盘中可能还有数百星，获取了高清晰度的照片，显示出冥王星表面存在巨大的心形区个满足矮行星定义的天体有待发现域（汤博平原）、冰山、冰火山、冰丘陵以及可能的冰川流动证据冥王星的发现与归类变化年1905美国天文学家珀西瓦尔·洛威尔开始寻找行星X——一个假设的超海王星天体，以解释天王星和海王星轨道的微小扰动年月日21930218克莱德·汤博在洛威尔天文台对天空进行系统性拍摄时，发现了一个缓慢移动的天体经过更多观测，这个天体被确认为一颗新行星，年年代1978-1990命名为冥王星（Pluto）随着对冥王星的进一步研究，天文学家发现它比最初估计的小得多1978年，卡戎（冥王星最大的卫星）被发现，使科学家能够更准确地计算冥王星的质量，结果显示它只有地球质量的

0.2%左右年年1992-2005科学家开始质疑冥王星作为主要行星的地位随着柯伊伯带的发现和更多类冥王星天体（如妊神星和鸟神星）的发现，冥王星被重新认识为冰质小天体集群中的一员，而非独特的行星这一时期的发现为重新定义行星奠定了基础年月日2006824在国际天文学联合会第26届大会上，天文学家投票通过了行星的新定义，将太阳系行星数量确定为八颗，冥王星被重新分类为矮行星这一决定在天文学界和公众中引发了广泛讨论，至今仍有支持恢复冥王星行星地位的声音冥王星及其卫星冥王星拥有五颗已知卫星，分别是卡戎（Charon）、斯提克斯（Styx）、喀耳柏洛斯（Kerberos）、尼克斯（Nix）和许德拉（Hydra）其中卡戎是最大的卫星，直径约1,212公里，约为冥王星直径的一半卡戎与冥王星的距离很近（约19,591公里），质量比也相对接近（约1:8），使得两者的共同质心位于冥王星体外因此，有科学家认为冥王星-卡戎系统应被视为一个双矮行星系统冥王星的四颗小卫星（斯提克斯、喀耳柏洛斯、尼克斯和许德拉）都非常小，直径在20-50公里之间，形状不规则它们都围绕冥王星-卡戎系统的质心运行，轨道几乎位于同一平面上这些小卫星可能是冥王星形成早期或遭受大撞击时产生的碎片新视野号探测器的数据显示，这些小卫星的旋转极不稳定，为理解多体系统的轨道动力学提供了宝贵案例其它矮行星矮行星名称发现年份直径公里位置特殊特征谷神星Ceres1801940小行星带含有大量水冰，可能有地下海洋妊神星Eris20052,326散射盘质量略大于冥王星，表面覆盖甲烷冰鸟神星Makemake20051,430柯伊伯带表面红色，拥有甲烷、乙烷和可能的氮冰阋神星Haumea20041,632×996柯伊伯带极速自转导致椭球形状，拥有光环谷神星是第一个被发现的小行星，后来在2006年被重新分类为矮行星它位于小行星带中，是该区域中最大的天体美国黎明号探测器于2015年抵达谷神星轨道，发现其表面有明亮的盐沉积物和一座4公里高的孤山（阿胡纳山）谷神星内部可能存在大量液态水，使其成为寻找太阳系内生命的潜在目标妊神星的发现是促使天文学界重新定义行星的关键因素之一它的质量略大于冥王星，直到新视野号提供的数据显示冥王星直径略大妊神星位于散射盘，是太阳系中最遥远的已知矮行星，距离太阳约

96.4天文单位鸟神星和阋神星也是柯伊伯带中的大型天体，阋神星因其极快的自转（

3.9小时完成一次）而呈现独特的椭球形状小天体彗星——彗星的结构哈雷彗星彗星的种类与起源彗星主要由三部分组成彗核、彗发和彗尾彗核哈雷彗星是历史上最著名的彗星，它每76年左右回根据轨道周期，彗星可分为短周期彗星（周期少于是彗星的心脏，由冰、尘埃和岩石混合物组成，归一次太阳系内部它以英国天文学家埃德蒙·哈200年）和长周期彗星（周期超过200年）短周直径通常在几百米到几十公里之间当彗核接近太雷命名，他在1705年首次成功预测了这颗彗星的期彗星多来自柯伊伯带，而长周期彗星则主要来自阳时，表面的冰开始升华，释放出气体和尘埃，形回归哈雷彗星的最近一次回归是在1986年，下更远的奥尔特云有时，恒星引力扰动或行星间相成包围彗核的彗发（或称彗头）在太阳辐射和太一次将出现在2061年1986年，欧洲空间局的贾互作用会改变彗星轨道，使它们进入太阳系内部阳风的作用下，这些物质被吹向远离太阳的方向，科比尼探测器拍摄到了哈雷彗星彗核的第一批近每年都有新彗星被发现，但只有少数会发展出肉眼形成可延伸数百万公里的彗尾距离照片，显示它的形状像一个不规则的土豆，大可见的壮观彗尾近年来引人注目的彗星包括海尔小约为15×8×8公里-波普彗星（1997年）和NEOWISE彗星（2020年）小天体流星体与流星雨——流星体与流星现象流星雨及其成因流星体是太空中漂浮的小石块或尘埃颗粒，大小从沙粒到鹅卵石不流星雨是当地球轨道穿越彗星留下的碎片带时发生的现象随着彗等当这些微小天体以每秒数十公里的速度进入地球大气层时，与星接近太阳，其表面物质蒸发并释放出尘埃颗粒，这些颗粒沿着彗大气摩擦产生高温，物质开始蒸发并发光，形成我们看到的流星星轨道散布，形成一个碎片带当地球每年穿过这些轨道时，就会或俗称的流星大多数流星体在大气层中被完全气化，但较大的有大量流星体进入大气层，形成我们看到的流星雨流星体（通常直径超过1厘米）可能会穿透大气层并坠落到地表，流星雨以它们在天空中辐射点所在的星座命名例如，英仙座流星这些幸存的碎片被称为陨石雨的辐射点位于英仙座中，它源自斯威夫特-塔特尔彗星的碎片流星的亮度与流星体的大小、速度和进入大气层的角度有关特别其他著名的年度流星雨包括源自哈雷彗星的宝瓶座η流星雨（5明亮的流星被称为火流星或火球，有时亮度可超过满月偶月）和猎户座流星雨（10月）、源自坦普尔-塔特尔彗星的英仙座尔，特大火球爆炸时会产生明显的声音效应，这种现象被称为超流星雨（8月）、以及源自3200法厄同小行星的双子座流星雨级火球或爆炸流星（12月）小天体陨石——陨石的种类著名陨石事件陨石根据成分可分为三大类石质陨石、铁质陨石历史上最著名的陨石事件包括1908年的通古斯大爆和石铁陨石石质陨石主要由硅酸盐矿物组成，约炸，一个约50-80米的小天体在西伯利亚上空爆占所有陨石的94%，大多源自小行星铁质陨石主炸，摧毁了约2,000平方公里的森林；1947年的锡要由铁镍合金组成，约占5%，代表小行星或原行星霍特-阿林陨石雨，约70吨的铁质陨石在俄罗斯远的核心物质石铁陨石兼具石质和铁质特征，约占东地区解体，形成了100多处撞击坑；2013年的车1%，可能代表小行星的地幔与核心边界里雅宾斯克陨石，一个直径约20米的小天体在俄罗斯上空爆炸，产生的冲击波造成1,500人受伤，6,000多栋建筑受损特殊的石质陨石亚类包括碳质球粒陨石，它们含有有机化合物和水，被认为可能与地球早期生命起源在科学价值方面，最著名的陨石包括1969年墨西哥有关；以及火星陨石和月球陨石，它们是由撞击事阿连德坠落的碳质球粒陨石，它含有太阳系形成前件从火星和月球表面弹射出来的岩石碎片的物质；1996年发现的火星陨石ALH84001，曾引发关于火星微生物化石可能性的激烈讨论；以及2020年在澳大利亚墨奇森发现的含有70多种氨基酸的陨石陨石坑与地球历史陨石撞击在地球历史中扮演了重要角色最著名的是位于墨西哥尤卡坦半岛的希克苏鲁伯陨石坑，直径约180公里，形成于约6,600万年前，与恐龙灭绝事件相关其他著名的陨石坑包括亚利桑那州的巴林杰陨石坑（直径

1.2公里，约5万年前形成）和南非的弗雷德福特陨石坑（直径约300公里，是地球上最古老和最大的陨石坑之一，形成于约20亿年前）小天体柯伊伯带——小天体奥尔特云——内太阳系行星区域和小行星带，0-50AU柯伊伯带太阳系盘状外围，30-50AU散射盘与希尔斯云过渡区域，50-2,000AU内奥尔特云球形区域，2,000-10,000AU外奥尔特云太阳系最外围，10,000-100,000AU奥尔特云是一个假设存在的巨大球状区域，包围着整个太阳系，距离太阳约2,000至100,000个天文单位（约

0.03至

1.5光年）这一概念由荷兰天文学家扬·奥尔特于1950年提出，用来解释长周期彗星的来源由于距离极远，至今没有任何航天器能够到达奥尔特云，我们对它的了解主要基于理论模型和对长周期彗星的观测奥尔特云估计包含多达数万亿个冰质天体，总质量可能为地球质量的数倍这些天体主要由水冰、甲烷冰、氨冰和各种有机化合物组成，是太阳系形成早期被大行星引力作用抛射到外围的原始物质由于邻近恒星的引力扰动或银河系潮汐力的作用，奥尔特云中的天体偶尔会被推入内太阳系，形成我们观测到的长周期彗星太阳系的卫星总览太阳系行星的环系统木星环土星环木星环是太阳系中最暗淡的行星环系统，直到1979土星环是太阳系中最大、最明亮、结构最复杂的行年旅行者1号探测器才首次发现它的存在木星环星环系统，肉眼通过小型望远镜即可观测土星环主要由微小尘埃颗粒组成，直径多在微米级别，由主要由冰颗粒组成，大小从微米到数米不等，反射木星内部小卫星表面不断喷出的物质形成整个环率高，因此极为明亮主要环带（A、B、C环）宽系包括主环、晕环和两个暗淡的外环（八片环和戈度约73,000公里，但厚度惊人地薄，多数区域仅有萨马环）10-100米与其他行星环不同，木星环的直径相对较小，主环土星环内部结构极为精细，包含数千条窄环和波纹内缘距离木星云顶仅约92,000公里主环厚度约为结构这些结构由卫星的引力共振、行星的引力场数千公里，但物质极为稀薄，从地球上几乎不可能变化以及环内部的波动现象共同塑造卡西尼探测直接观测到由于环中灰尘颗粒受到电磁力和太阳器在近距离研究中发现了环中的推进器现象、螺辐射压的影响，它们的存留时间相对较短，需要不旋波纹和神秘的尖刺结构，使土星环成为研究行断有新物质补充星物理学的天然实验室天王星和海王星环天王星拥有13条已知环带，全部呈暗黑色，反射率极低（仅约2%）与其他行星环不同，天王星环主要由较大的岩石颗粒（20厘米至20米）组成，而非冰粒或尘埃这些环极为狭窄，最宽的ε环宽约96公里，而多数环宽度仅有几公里天王星环可能是小卫星破碎形成的，或是被截获的彗星物质海王星拥有六条主要环带，其中最外层的亚当斯环包含三个显著的弧形增密区域，这一现象独特于太阳系这些弧自1984年发现以来一直保持稳定，可能是由海王星卫星盖拉忒亚的引力共振维持的海王星环也主要由岩石颗粒组成，颜色较深，反射率低，使它们很难从地球上观测到太阳系空间环境太阳风行星磁层太阳持续向四周空间喷射带电粒子流，主要是电子有磁场的行星如地球、木星形成磁层，抵抗太阳风和质子，速度约为每秒400-800公里并保护行星表面行星际空间日球层顶行星间区域含有稀薄的气体、尘埃、宇宙射线和电太阳风与星际介质相遇的边界，距太阳约100天文单磁辐射位太阳系空间环境是一个复杂的动态系统，由太阳风、行星磁场、宇宙射线和星际介质相互作用形成太阳风是太阳连续不断向外抛射的高能带电粒子流，它携带着太阳磁场，形成一个巨大的磁泡（日球层），包围并保护整个太阳系在日球层内，太阳风速度超过音速，直到抵达终止激波区域，这里太阳风减速并变得湍流行星际空间中还分布着微小的尘埃颗粒，主要来自彗星和小行星的碎片这些尘埃反射阳光，在黄道面附近形成可见的黄道光此外，来自银河系的高能带电粒子（宇宙射线）也穿越太阳系，与日球层相互作用地球和其他拥有磁场的行星通过磁层抵抗太阳风，形成复杂的磁场结构，如地球的范艾伦辐射带、木星的强大辐射区域等太阳系的形成与演化太阳星云阶段大约46亿年前，一团由气体（主要是氢和氦）及尘埃组成的星际物质云开始在自身引力作用下坍缩这团物质云可能是由附近超新星爆发的冲击波触发收缩的随着物质云的收缩，它开始旋转并形成一个扁平的盘状结构，中心区域密度和温度不断升高原恒星与原行星盘当中心温度升至约1000万摄氏度时，氢核聚变反应开始，太阳诞生了此时太阳周围环绕着一个由气体和尘埃组成的原行星盘在这个阶段，尘埃颗粒通过碰撞开始聚集成更大的固体颗粒在离太阳较近的区域，温度较高，只有岩石和金属等高熔点物质能够凝固；而在较远区域，温度较低，水冰和其他挥发性物质也能凝结微行星与原行星随着固体颗粒不断聚集，形成了直径数公里的微行星这些微行星通过相互碰撞和引力作用进一步聚合成更大的原行星在此过程中，一些原行星获得足够的质量，能够通过引力捕获周围的气体，形成气态巨行星（木星和土星）而距离太阳较近的原行星则主要由岩石和金属组成，发展成为内行星行星系统形成在太阳系形成的前几千万年，太阳释放的强烈太阳风将残余的气体吹散到太空中行星的最终形成伴随着大量的碰撞事件，包括可能形成月球的巨大撞击此后，太阳系进入相对稳定的阶段，但小行星和彗星的碰撞仍然继续影响行星的演化行星的轨道也在相互引力作用下调整，最终形成了我们今天看到的太阳系结构太阳系的年龄与地质证据太阳系的年龄约为46亿年（精确数值为

45.68±

0.02亿年），这一数值主要通过对陨石中放射性同位素的测定得出陨石被认为是太阳系形成早期的原始物质，特别是碳质球粒陨石，它们可能是最早凝结的太阳系固体物质通过测量铝-

26、铀-铅、钾-氩等放射性同位素衰变系统，科学家能够精确确定这些物质的年龄地球上最古老的岩石年龄约为40亿年，略年轻于太阳系这种差异表明地球经历了一段熔融和分化过程，导致早期地质记录被抹去月球样本的年龄测定显示，月球形成于约45亿年前，而火星陨石的研究表明火星地壳形成于44-45亿年前通过对不同天体的年代学研究，科学家得以重建太阳系形成和早期演化的时间表，包括行星形成、大规模撞击事件和早期太阳系重组等关键事件太阳系探测史年太空时代开始年人类登月19571969-1972苏联发射史上第一颗人造卫星斯普特尼克1号，开启了人类太空探美国宇航员尼尔·阿姆斯特朗成为第一个踏上月球的人类，开创了人索的新纪元此后，苏联的月球计划和美国的先驱者计划开始探类太空探索的里程碑阿波罗计划共进行了六次成功的登月任务，索月球和近地空间共有12名宇航员登上月球，并带回约382公斤月球岩石样本13年行星初探年代深空探测1962-19701970-1980美国水手2号成为首个飞越金星的探测器，随后水手4号首次近距苏联金星系列探测器成功登陆金星表面并传回图像美国先驱者离拍摄了火星1966年，苏联的月球9号实现了人类航天器首次软10号和先驱者11号首次探测木星和土星，而旅行者双子探测器开着陆月球，而美国的月球勘测者系列为阿波罗登月做准备始了对外行星的大规模探测，彻底改变了人类对太阳系外围的认识现代深空探测年亿197723旅行者发射公里行程旅行者1号现已离开太阳系，是人类最远的探测器新视野号探测器飞往冥王星的距离台个74火星车气态巨行星截至目前成功着陆火星的漫游车数量朱诺号、卡西尼号等探测器研究的目标21世纪以来，深空探测技术取得了长足进步2015年，美国新视野号探测器成功飞越冥王星，首次近距离揭示了这个遥远矮行星的面貌2016年，欧空局的罗塞塔号完成了对67P/丘留莫夫-格拉西缅科彗星的贴近研究，其着陆器菲莱成为首个在彗星表面软着陆的探测器火星探测持续深入，美国的好奇号和毅力号火星车采集分析了火星岩石样本，寻找生命迹象中国的天问一号和阿联酋的希望号也加入了火星探测行列木星系统被朱诺号探测器详细研究，而卡西尼-惠更斯号完成了对土星系统为期13年的探测任务，获取了大量关于土星环和卫星的宝贵数据NASA的OSIRIS-REx和日本的隼鸟2号成功从小行星采集样本并返回地球，开创了小天体采样返回的新时代太阳系外的行星搜寻太阳系与地外生命的可能液态水液态水被认为是生命存在的首要条件在太阳系中，除了地球表面外，木卫二（欧罗巴）、土卫二（恩克拉多斯）和土卫六（泰坦）等卫星的地下可能存在液态水海洋这些海洋被厚厚的冰层覆盖，但可能因潮汐热效应而保持液态状态有机物质生命需要基于碳的有机化合物太阳系中有机物质分布广泛，火星上发现了有机分子，土卫六的大气和表面富含甲烷和其他有机化合物，而彗星和某些陨石中含有氨基酸等生命前体物质卡西尼号探测器发现土卫二的羽流中含有复杂有机分子能量来源生命需要能量维持代谢在阳光不足的深空环境中，化学能或地热能可能成为替代能源木卫二和土卫二的海底可能存在类似地球深海热液喷口的环境，这些区域在地球上支持着不依赖阳光的生态系统火星地下可能有地热活动区域稳定的环境生命的出现和演化需要相对稳定的环境条件火星早期环境可能更适宜生命，如今的证据表明它曾拥有液态水湖泊木卫二和土卫二的地下海洋可能已稳定存在数十亿年，为潜在生命提供了长期稳定的栖息地太阳系的未来与太阳演化现在至亿年后主序阶段50太阳将继续稳定燃烧氢元素，同时逐渐变亮、变热在接下来的10亿年里，太阳的亮度将增加约10%，这足以使地球表面温度升高，导致海洋蒸发，地球可能变得不适宜人类居住行星轨道在此期间基本保持稳定，但木星的引力可能导致水星轨道变得不稳定亿年后红巨星阶段50-51太阳核心的氢燃料耗尽后，将开始燃烧氢壳层，同时核心收缩升温太阳将膨胀成为一颗红巨星，体积扩大数百倍，亮度增加数千倍在这个阶段，太阳将吞噬水星和金星，地球可能会幸存，但表面将被烤焦外行星将接收更多热量，可能导致木卫二等冰质卫星表面的冰融化亿年后行星状星云阶段51-52当太阳核心开始燃烧氦元素时，它将经历不稳定的脉动阶段，最终抛射出大部分外层物质，形成壮观的行星状星云太阳质量的约一半将被释放到太空中，这些物质将与行星际空间的气体相互作用，可能改变行星轨道此阶段的太阳辐射主要是高能紫外线，将进一步破坏内行星上的任何残留大气亿年后及以后白矮星阶段52最终，太阳将收缩成一颗白矮星，大小约等于地球但质量仍有太阳的一半左右白矮星太阳将逐渐冷却，亮度减弱，最终演变成一颗几乎不可见的黑矮星此时的太阳系将是一个暗淡的地方，由冰冷的行星残骸围绕着熄灭的恒星残余物运行柯伊伯带和奥尔特云可能会由于附近恒星的引力扰动而逐渐消散总结与思考太阳系知识系统探索的历程未解之谜通过本课程，我们系统地了解了太阳系的人类对太阳系的认识经历了漫长的发展过尽管取得了巨大进步，太阳系仍有许多未结构和组成从中心的太阳到八大行星，程从古代的天文观测，到哥白尼的日心解之谜等待解答生命是否存在于火星或从无数的小天体到遥远的奥尔特云太阳说革命，再到现代航天器的深空探测每木卫二等天体上？太阳系的详细形成过程系是一个复杂而精妙的天体系统，每个成一次技术的飞跃都带来认知的革命如是怎样的？太阳风暴如何预测？这些问题员都有其独特的特性和演化历程这些天今，我们的探测器已经到达了太阳系的边的答案不仅关乎科学本身，更可能影响人体共同构成了我们这个壮丽的宇宙家园缘，为我们带回了前所未有的科学数据和类文明的未来发展方向壮观影像未来展望未来的太阳系探索将更加深入火星载人任务、木卫二和土卫二的生命探测、小行星采矿计划等都在筹备中随着技术的发展，人类探索的边界将不断扩展，或许在不远的将来，太阳系将成为人类活动的广阔舞台，而非遥不可及的天体系统太阳系探秘之旅到此告一段落，但人类的探索永不停止通过这门课程，我们不仅获得了关于太阳系的科学知识，更重要的是培养了对宇宙的好奇心和探索精神在浩瀚宇宙面前，人类渺小却又伟大——渺小是因为我们只是宇宙中的一粒尘埃，伟大则是因为我们能够理解宇宙的奥秘希望这次太阳系之旅能激发大家对天文学的兴趣，鼓励更多人抬头仰望星空，思考我们在宇宙中的位置正如著名物理学家卡尔·萨根所说我们都是星尘——了解太阳系，某种意义上也是了解我们自己让我们带着这份认知，继续探索未知的宇宙奥秘。