太阳系中的有趣科学

周煦之 田晖

目录

  • 1 引言
    • 1.1 太阳系天体概览
    • 1.2 行星的运动
    • 1.3 日心说的提出
    • 1.4 太阳系各大行星运行规律
  • 2 行星轨道与万有引力
    • 2.1 谷神星的故事
    • 2.2 海王星的故事
    • 2.3 冥王星的故事
    • 2.4 三体问题
    • 2.5 混沌系统
    • 2.6 拉格朗日点
  • 3 万有引力的梯度:潮汐
    • 3.1 潮汐力与洛希极限
    • 3.2 潮汐锁定
    • 3.3 逆行的海卫一(Triton)
    • 3.4 火星的卫星们(Phobos & Deimos)
    • 3.5 木星系与潮汐
  • 4 逐梦火星
    • 4.1 火星的早起观测
    • 4.2 火星的温度和大气成分(一)
    • 4.3 火星的温度和大气成分(二)
    • 4.4 第一次成功飞越火星
    • 4.5 第一次成功环绕火星(一)
    • 4.6 第一次成功环绕火星(二)
    • 4.7 登陆火星
    • 4.8 火星上的“蓝莓”
    • 4.9 火星上的水
    • 4.10 寻找火星表面的液态水
  • 5 温室效应与冰室效应
    • 5.1 火星大气逃逸(一)
    • 5.2 火星大气逃逸(二)
    • 5.3 金星大气的演化
    • 5.4 土卫六勘测
    • 5.5 火星地球化(一)
    • 5.6 火星地球化(二)
    • 5.7 金星地球化
  • 6 外太阳系
    • 6.1 向外太阳系进发
    • 6.2 日球层
    • 6.3 木星系
    • 6.4 土星系(一)
    • 6.5 土星系(二)
    • 6.6 天王星系与海王星系
  • 7 行星磁层与辐射带
    • 7.1 木星的发现与认识
    • 7.2 土星与天王星
    • 7.3 电离辐射
    • 7.4 宇宙射线
    • 7.5 范艾伦辐射带
    • 7.6 木星辐射带
    • 7.7 天王星季节
    • 7.8 各天体的物质构成
    • 7.9 木星的成分
    • 7.10 潮汐加速与潮汐减速
    • 7.11 火星探测
    • 7.12 木星的结构
    • 7.13 木星的温度
    • 7.14 状态方程与相图
    • 7.15 木星的内部结构
  • 8 太阳系小天体
    • 8.1 核心吸积理论(一)
    • 8.2 核心吸积理论(二)
    • 8.3 木星的形成
    • 8.4 系外行星探测(一)
    • 8.5 系外行星探测(二)
    • 8.6 系外行星探测(三)
    • 8.7 小行星带天体与柯依伯带
    • 8.8 彗星
    • 8.9 小行星的形成
    • 8.10 小行星的分布
    • 8.11 陨铁
    • 8.12 石铁陨石
    • 8.13 彗星的起源
    • 8.14 妊神星的故事
    • 8.15 塞德娜的故事
  • 9 探索太阳
    • 9.1 研究太阳的意义
    • 9.2 太阳的结构
    • 9.3 太阳爆发
    • 9.4 太阳活动周
    • 9.5 太阳探测
  • 10 寻找地外生命
    • 10.1 外星生命
    • 10.2 宜居星球
    • 10.3 生命起源
    • 10.4 外星文明
    • 10.5 费米悖论
  • 11 阅读
    • 11.1 阅读
  • 12 问卷调查
    • 12.1 问卷调查
潮汐力与洛希极限
  • 1 视频
  • 2 章节测验



       潮汐现象是沿海地区的一种自然现象,指海水在天体(主要是月球和太阳)引潮力作用下所产生的周期性运动,习惯上把海面垂直方向涨落称为潮汐,而海水在水平方向的流动称为潮流。我们的祖先为了表示生潮的时刻,把发生在早晨的高潮叫潮,发生在晚上的高潮叫汐。这是潮汐的名称的由来。


大潮汐:太阳与月球的引力叠加,出现在每个月的初一或者十五左右

小潮汐:太阳与月球的引力抵消,出现在每月的初七或者二十三左右

克里斯蒂安·惠更斯   

    克里斯蒂安·惠更斯(Christiaan Huyg(h)ens,1629年04月14日—1695年07月08日)荷兰物理学家、天文学家、数学家,1629年4月4日生于海牙,1695年7月8日卒于海牙。他是介于伽利略与牛顿之间一位重要的物理学先驱,是历史上最著名的物理学家之一,他对力学的发展和光学的研究都有杰出的贡献,在数学和天文学方面也有卓越的成就,是近代自然科学的一位重要开拓者。他建立向心力定律,提出动量守恒原理,并改进了计时器。


       惠更斯在天文学方面有着很大的贡献。他设计制造的光学和天文仪器精巧超群,如磨制了透镜,改进了望远镜(用它发现了土星光环等)与显微镜,惠更斯目镜至今仍然采用,还有几一十米长的“空中望远镜”(无管、长焦距、可消色差)、展示星空的“行星机器”(即今天文馆雏型)等。

    他把大量的精力放在了研制和改进光学仪器上。当惠更斯还在荷兰的时候,就曾和他的哥哥一起以前所未有的精度成功地设计和磨制出了望远镜的透镜,进而改良了开普勒的望远镜。惠更斯利用自己研制的望远镜进行了大量的天文观测。因此,他得到的报酬是解开了一个由来已久的天文学之谜。伽利略曾通过望远镜观察过土星,他发现了“土星有耳朵”,后来又发现了土星的“耳朵”消失了。伽利略以后的科学家对此问题也进行过研究,但都未得要领。“土星怪现象”成为了天文学上的一个谜。当惠更斯将自己改良的望远镜对准这颗行星时,他发现了在土星的旁边有一个薄而平的圆环,而且它很倾向地球公转的轨道平面。伽利略发现的“土星耳朵”消失,是由于土星的环有时候看上去呈现线状。以后惠更斯又发现了土星的卫星--土卫六,并且还观测到了猎户座星云、火星极冠等。

拉普拉斯

       拉普拉斯(Pierre-Simon Laplace,1749-1827)是法国分析学家、概率论学家和物理学家,法国科学院院士。1749年3月23日生于法国西北部卡尔瓦多斯的博蒙昂诺日,1827年3月5日卒于巴黎。1816年被选为法兰西学院院士,1817年任该院院长。1812年发表了重要的《概率分析理论》一书,在该书中总结了当时整个概率论的研究,论述了概率在选举审判调查、气象等方面的应用,导入「拉普拉斯变换」等。他是决定论的支持者,提出了拉普拉斯妖。他致力于挽救世袭制的没落:他当了六个星期的拿破仑的内政部长,后来成为元老院的掌玺大臣,并在拿破仑皇帝时期和路易十八时期两度获颁爵位,后被选为法兰西学院院长。拉普拉斯曾任拿破仑的老师,所以和拿破仑结下不解之缘。


       他长期从事大行星运动理论和月球运动理论方面的研究,尤其是他特别注意研究太阳系天体摄动,太阳系的普遍稳定性问题以及太阳系稳定性的动力学问题。在总结前人研究的基础上取得大量重要成果,他的这些成果集中在1799~1825年出版的5卷16册巨著《天体力学》之内。在这部著作中第一次提出天体力学这一名词,是经典天体力学的代表作。因此他被誉为法国的牛顿和天体力学之父。1814年拉普拉斯提出科学假设,假定如果有一个智能生物能确定从最大天体到最轻原子的运动的现时状态,就能按照力学规律推算出整个宇宙的过去状态和未来状态。后人把他所假定的智能生物称为拉普拉斯妖。

詹姆斯·克拉克·麦克斯韦

       詹姆斯·克拉克·麦克斯韦(James Clerk Maxwell,1831〜1879),出生于苏格兰爱丁堡,英国物理学家、数学家。经典电动力学的创始人,统计物理学的奠基人之一。1831年6月13日生于苏格兰爱丁堡,1879年11月5日卒于剑桥。


       1847年进入爱丁堡大学学习数学和物理,毕业于剑桥大学。他成年时期的大部分时光是在大学里当教授,最后是在剑桥大学任教。1873年出版的《论电和磁》,也被尊为继牛顿《自然哲学的数学原理》之后的一部最重要的物理学经典。麦克斯韦被普遍认为是对物理学最有影响力的物理学家之一。没有电磁学就没有现代电工学,也就不可能有现代文明。

       麦克斯韦主要从事电磁理论、分子物理学、统计物理学、光学、力学、弹性理论方面的研究。尤其是他建立的电磁场理论,将电学、磁学、光学统一起来,是19世纪物理学发展的最光辉的成果,是科学史上最伟大的综合之一。

       他预言了电磁波的存在。这种理论预见后来得到了充分的实验验证。他为物理学树起了一座丰碑。造福于人类的无线电技术,就是以电磁场理论为基础发展起来的。麦克斯韦大约于1855年开始研究电磁学,在潜心研究了法拉第关于电磁学方面的新理论和思想之后,坚信法拉第的新理论包含着真理。于是他抱着给法拉第的理论“提供数学方法基础”的愿望,决心把法拉第的天才思想以清晰准确的数学形式表示出来。