第二章 初识太阳系（2）

三、全视角太阳系

同开普勒和牛顿在解决天体的运动学和动力学方面的重大成就相辉映的，是同一时期中天文观察工具方面的重大进步。1608年，德国光学家里伯西发明了望远镜。意大利天文学家伽利略第二年就把它指向天空，使天文观测进入了一个新的时代。

天文望远镜观测到行星表面的情形，测出了它们的大小，看到了行星周围还有一些小小的星球——卫星绕它们旋转。

观测和理论两方面的发展使人们对太阳系的面貌有了比较全面的了解。

太阳系的主体是太阳，它是一个质量十分巨大、发出强烈的光和热的天体。

围绕太阳旋转的是一个行星体系。

靠近地球轨道的几个行星，水星、金星和火星，同地球比较相似，质量、大小、密度相差不多。不过水星没有大气，金星却覆盖着浓密的云层。这些星叫类地行星，也叫内行星。

木星和它以外的行星，除冥王星外，体积和质量都很大，比地球大上百倍，表面是厚厚的云层。它们的密度都比较小。这些行星叫做类木行星，也叫外行星。

在行星的周围还有一些更小的卫星绕它们旋转。内行星的卫星比较少，地球只有一个卫星——月亮。外行星的卫星比较多，木星有十四个卫星。特别有趣的是土星和天王星周围还环绕着美丽的光环。

除行星和卫星外，太阳系里还有许多小天体：小行星，彗星，流星。小行星一般只有几公里大。有的小行星汇集成群。火星和木星轨道之间就有一群小行星散布在绕太阳的一个圆环上。已经发现的小行星有二千多个。彗星是由碎块和尘埃、气体构成的，靠近太阳的时候，尘埃和气体被太阳光的压力驱动散布成长长的尾巴。流星是散布在太阳系里的石块或铁块，当它们靠近地球的时候，被吸引而掉进地球，和大气摩擦发热而燃烧，没有烧完的物质落到地上就成为陨石。

太阳系内，还有很多体积介于行星和小行星之间的星体，叫矮行星或称“侏儒行星”。

冥王星现在就已经被归为矮行星。矮行星的体积介于行星和小行星之间，围绕太阳运转，质量足以克服固体应力以达到流体静力平衡(近于圆球)形状，没有能力清空其所在轨道上的其他天体，同时又不是卫星。矮行星是一个新的分类。定义的标准尚不明确。矮行星质量和大小的上下限还没有规范，因此，即使一个比水星还大的天体，若未能将邻近轨道的小天体清除掉，也许仍然会被归类为矮行星。下限则是以能否达到流体静力平衡的形状概念来规范，但是对这类物体的大小和形状尚未定义完成。

行星和小天体的质量总和不到太阳质量的七百分之一。除太阳以外，行星和小天体全都不发光，只是因为反射太阳光才发亮。

随着观测能力的增强，对于太阳系天体的了解越来越细了，知道了每个行星都有它自己独特的条件和运动方式。对行星“个性”的了解还在继续深入下去。

但是，太阳系天体又有许多明显的“共性”，这些共性对于我们认识太阳系的历史有特别重要的意义。

所有行星的轨道基本上都在一个共同的平面上，这叫轨道共面性。

所有行星的轨道椭圆偏心率都不大(就是两个焦点离椭圆中心不远)，很接近于正圆形，这叫轨道近圆性。

行星的自转、公转的方向一般说都是一致的，自转和公转轴大致平行，只有天王星的轴“躺”在轨道面上、金星自转和公转反向这样两个例外。这叫自转、公转同向性。

类地行星和类木行星在大小、质量、密度上分别有共同性。

此外，1766年，德国的提丢斯还发现行星到太阳距离的规律性。他发现行星的距离按顺序排列接近一个等比数列。这一个规律为德国天文学家波得所肯定，称为提丢斯——波得定则。按照这一定则，火星和木星之间应该补上一个行星。人们努力寻找，结果没找到行星，却发现了这里有一个小行星带。

行星的卫星系也有类似的特性。

行星和卫星为什么有这样鲜明的共同规律性?牛顿的万有引力定律使人们前进了一步，但是问题并没有完全解决。按照万有引力定律，天体运行轨道的形状仅仅由它的初速度决定。初速度又由什么决定，牛顿不能回答，只好把它归之于“上帝的第一次推动”。

牛顿用上帝阻塞了自己前进的道路，但是科学仍然要前进。对于太阳系天体共性的认识本身就孕育着新的突破。观测事实俱在，理论的概括就是不可避免的了。人们必定要探索太阳系总体演变的规律性。研究太阳系起源和演化的条件已经成熟了。

知识点：天文望远镜

天文望远镜是观测天体的重要手段，可以毫不夸大地说，没有望远镜的诞生和发展，就没有现代天文学。随着望远镜在各方面性能的改进和提高，天文学也正经历着巨大的飞跃，迅速推进着人类对宇宙的认识。

延伸阅读

伽利略，伽利略·伽利雷（Galileo Galilei，1564年2月25日-1642[1]）是近代实验物理学的开拓者，被誉为“近代科学之父”。

他是为维护真理而进行不屈不挠的战士。

1564年2月15日生于比萨，他反对教会的陈规旧俗，由此，他晚年受到教会迫害，并被终身监禁。他以系统的实验和观察推翻了亚里士多德诸多观点。因此，他被称为“近代科学之父”“现代观测天文学之父”、“现代物理学之父”、“科学之父” 及“现代科学之父”。他的工作，为牛顿的理论体系的建立奠定了基础。

1590年，伽利略在比萨斜塔上做了“两个球同时落地”的著名试验，从此推翻了亚里士多德“物体下落速度和重量成比例”的学说，纠正了这个持续了1900年之久的错误结论。

但是伽利略在比萨斜塔做试验的说法后来被严谨的考证否定了。尽管如此，来自世界各地的人们都要前往参观，他们把这座古塔看做伽利略的纪念碑。

1609年，伽利略创制了天文望远镜（后被称为伽利略望远镜），并用来观测天体。他发现了月球表面的凹凸不平，并亲手绘制了第一幅月面图。1610年1月7日，伽利略发现了木星的四颗卫星，为哥白尼学说找到了确凿的证据，标志着哥白尼学说开始走向胜利。借助于望远镜，伽利略还先后发现了土星光环、太阳黑子、太阳的自转、金星和水星的盈亏现象、月球的周日和周月天平动，以及银河是由无数恒星组成等等。这些发现开辟了天文学的新时代。

伽利略著有《星际使者》《关于太阳黑子的书信》《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》《关于两门新科学的谈话和数学证明》和《试验者》。

为了纪念伽利略的功绩，人们把木卫一、木卫二、木卫三和木卫四命名为伽利略卫星。

伽利略为牛顿的牛顿运动定律第一、第二定律提供了启示。他非常重视数学在应用科学方法上的重要性，特别是实物与几何图形符合程度到多大的问题!他还推翻亚里士多德的话。

他善于提问，不问个水落石出不罢休。许多高年级同学也经常因为被他问倒而难堪。