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
谷神星的故事
  • 1 视频
  • 2 章节测验

谷神星(Ceres)是太阳系中最小的、也是唯一位于小行星带的矮行星。由意大利天文学家皮亚齐发现,并于1801年1月1日公布。2006年,国际天文学联合会将谷神星重新定义为矮行星,谷神星曾被认为是太阳系已知最大的小行星。谷神星很可能是一个分化型星球,具有岩石内核,地幔层包含大量冰水物质,现探测到星球表面有大量载水矿物质。初步推测水占谷神星体积的40%。谷神星还能通过太阳能获得能量,因为它距离太阳仅2.8个天文单位,相比之下,木卫二和土卫二一距离较远,分别是5.2和9个天文单位。

谷神星位于火星和木星轨道间的小行星带中,此前研究已确认其内部存在大量的冰。欧航局在《自然》杂志上报告说,他们利用赫歇尔望远镜首次在谷神星上发现了水蒸气,这些水蒸气来自谷神星表面颜色较深的区域。水蒸气的量并不大,约为每秒6千克,但这一发现对于证实谷神星上有水意义重大。研究人员推测,水蒸气冒出的具体原因可能有两个:一是太阳照射使谷神星表面的冰被迅速加热所致,二是谷神星内部仍有能量。科学家推测可能拥有液态水的海洋。

谷神星可能是尚存的原行星(萌芽期的行星),于45.7亿年前在小行星带中形成。虽然大多数内太阳系的原行星包括所有(月球-火星大小的天体)不是和其他的原行星合并成为类地行星,就是被木星弹射到太阳系外,谷神星相信是留存下来较为完整的(另一颗可能是原行星的是灶神星,它的体积更小,并在固化后曾遭受重大的撞击,损失它自身~1%的质量),一个替代的理论则认为谷神星形成于古柏带,稍后才迁移到小行星带。

谷神星的地质演化取决于形成期间和之后可用的热源:来自微星吸积的摩擦力、各种不同放射性元素的可能包括短半衰期的元素(像是Al)。这些被认为已足以使谷神星在形成后不久分异为岩石的核心和冰的地函。这种过程可能导致表面被水火山和地质构造重塑,消除了古老的地质容貌。由于它比较小,谷神星会比较快的冷却而有效的阻止导致早期地质结构重整的过程。任何在表面上的冰都会逐渐升华,留下各种的水合矿物,像是黏土和碳酸盐。

卡尔·弗里德里希·高斯

犹太人,德国著名数学家、物理学家、天文学家、大地测量学家,近代数学奠基者之一。高斯被认为是历史上最重要的数学家之一,并享有“数学王子”之称。

18岁的高斯发现了质数分布定理和最小二乘法。通过对足够多的测量数据的处理后,可以得到一个新的、概率性质的测量结果。在这些基础之上,高斯随后专注于曲面与曲线的计算,并成功得到高斯钟形曲线(正态分布曲线)。其函数被命名为标准正态分布(或高斯分布),并在概率计算中大量使用。

在高斯19岁时,仅用尺规便构造出了17边形。并为流传了2000年的欧氏几何提供了自古希腊时代以来的第一次重要补充。

高斯总结了复数的应用,并且严格证明了每一个n阶的代数方程必有n个实数或者复数解。在他的第一本著名的著作《算术研究》中,作出了二次互反律的证明,成为数论继续发展的重要基础。在这部著作的第一章,导出了三角形全等定理的概念。

高斯在最小二乘法基础上创立的测量平差理论的帮助下,测算天体的运行轨迹。他用这种方法,测算出了小行星谷神星的运行轨迹。