由土星表麵向上,直到1.2萬公裏的高空,才是光環的內界,即光環的起點。由此向上進入高空,一層又一層向外,直達6萬公裏以外的外界全是光環,互相重疊無數道。在地球星麵上用望遠鏡觀望,光環直徑長達27萬公裏。光環的厚度約有1公裏至5公裏左右。1973年用雷達探測的結果,光環的組成全是碎石塊,直徑由0.5米到1米左右,石塊表麵覆有薄層冰,這是水汽凝結的冰,反射陽光,晶瑩似珍珠。木星光環內微粒表麵上無冰層,不反射陽光,結果不亮。
土星光環是如何形成的,迄今不明。有人認為是由太空內流星體為土星引力抓來,在近空集積而成光環。這個說法不為人們所接受。因為其他行星也有引力,為什麼不去抓取流星體,以製造它們自己的光環?另一種則認為當一顆衛星接近土星表麵時,被土星表麵起潮力(引力)所擊碎,紛紛落在土星表麵,惟有那些位於土星赤道上空的,由於赤道自轉較快,離心力較強,未能落下來,暫時停在赤道上空從而形成光環。
土星光環隨著土星自轉而流動,不易下落;而距赤道遠些的就免不了落到土星表麵上。因此,直立於赤道上空的可以久存。A環外界微粒前進速度平均每秒16公裏,B環內界前進速度為每秒20公裏。如果光環上各微粒是固結連成一片,A環外界(或外側)的速度應該最快。現今已測知,最外側最慢,最內側卻最快,這證實了各個微粒是各自分離、各自獨立的,並非固結在一起。
土星有23顆衛星。其中最接近土星的是土衛一(Mimas),直徑392公裏,距土星表麵隻有18萬公裏。表麵上全是隕石坑。其中最大的一個坑,直徑約有130公裏長。土衛六叫做泰坦(Titan),直徑有5150公裏,距土星表麵122萬公裏。據說,它表麵上有大氣層,由甲烷組成。大氣層下方就是由甲烷組成的海洋。這顆衛星比水星大。
土星的其他衛星奇形怪狀。例如土衛七是一塊大石塊,外貌極不規則,縱橫410×220公裏。又例如土衛十一,象似一顆大牙,縱橫135×70公裏。據估計,土星的衛星可能超過100個,其中大多是小行星誤入土星引力範圍而成為衛星。
木星與土星對比木星與土星有許多類似之點,但其中也有差異,列舉如下。
(1)兩行星距日:先說平均距離,木星為7.78億公裏;土星遠些,為14.27億公裏。論遠日點,木星為8.15億公裏;土星為15.07億公裏。論近日點,木星為7.40億公裏;土星為13.47億公裏。
(2)視星等:木星及土星肉眼都可以望見,木星為-2.7等;土星為+0.1等。
(3)繞日公轉:土星為10760日或29.456年。木星為4337日或11.862年。軌道上前進平均秒速,土星為5.99公裏;木星為8.12公裏。
(4)自轉時間:土星為10小時14分;木星為9小時3分。因為自轉特快,兩行星表麵上風速之強,不易想象。木星表麵上出現亮帶與暗殺,就是由於風速過於強大的緣故。試想地球星赤道上由任何一點開始前進,每小時可行1660公裏。木星赤道上任何一點可達43000公裏,快25倍。因此,地球星上大風暴每小時約行100公裏,木星上每小時可行2500公裏,當然驚人。一般來說,木星上一年相當於地球星的12年;然而木星上一天,隻有地球星上9小時,不及半日之久。
(5)體積與質量:論體積,土星等於地球星832倍;木星等於地球星的1403倍。論質量,土星約等於地球星95倍;木星約等於地球星317倍。
(6)密度方麵:土星密度極小,隻有水的密度71%(0.71克/厘米3)。木星的密度比土星大一倍,因此,土星在水麵上可以漂起來,木星不能。木星的密度為1.33克/厘米3。木星的密度相當於地球星23%;土星隻有地球星的11%。
(7)赤道半徑:土星為6萬公裏;扁率為0.108。木星為7.14萬公裏,扁率隻有0.06。土星扁率為各行星之冠。它的兩極地區扁平,比大南瓜還扁。
(8)衛星特多。土星衛星有23顆,其中有數顆采用相同的軌道。木星有16顆衛星。
天王星與海王星對比類木行星可分內外兩組,海王星(Neptune)是遠距太陽第八位行星。天王星(Uranus)列第七位。這兩顆行星都是遠行星,僅次於冥王星。這兩顆行星彼此有些類似,可以合為一組,成為類木行星的外組;土星與木星僅可視為內組。
1781年英國人赫歇耳發現天王星。1845年英國人亞當斯發現海王星。這兩顆行星都是通過望遠鏡找到的。
天王星的自轉軸並非垂直於它的軌道麵,其間有大傾斜。天王星自轉軸與軌道麵之間的交角隻有8°。在地麵上望,好象自轉軸與軌道麵平行。這軌道麵與黃道麵相交隻有0.8°或0°46′27″。
天王星四季變化很怪,因為天王星自轉軸大致與軌道麵平行。如果天王星北極正對著太陽時,北極地區為晝,同時為夏季,晝長約21年,夏季也長約21年;南極地區此時為夜,同時為冬季,夜長約21年,冬季也約長21年。當天王星在軌道上前進90°時,太陽直射天王星赤道,這時候是它的秋季,長約21年。當它繼續前進到270°時,太陽又直射它的赤道,這時候是它的春季,也有21年長。地球星公轉一周為12個月,冬半與夏半各為六個月。天王星公轉一周為84年,冬半及夏半各為42年。
天王星有5顆較大的衛星,軌道都在赤道上空。從望遠鏡裏望去,5星排列在同一平麵上,橫切天王星於赤道之上。因為這時候它的赤道麵正對著太陽,它的赤道麵如與太陽光線平行,這5顆衛星又排成一條直線狀,正對著地球星。近年又發現10顆小衛星及11條光環,介於五大衛星與天王星表麵之間。
天王星和海王星兩星的特征作對比如下:
(1)對日距離:海王星平均距離是44.96億公裏,天王星是28.70億公裏。遠日點:海王星為45.37億公裏,天王星為30.04億公裏。近日點:海王星為44.56億公裏,天王星為27.35億公裏。天王星與海王星兩星相距16億公裏,比日地距大10倍還多。從海王星上望太陽,僅似夜晚所見的一顆亮星。
(2)繞日公轉:海王星為164.8年或59911.1日;天王星為84.01年或30676.1日。軌道上速度都慢,海王星每秒為5.48公裏,天王星每秒為6.76公裏。
(3)自轉一周:海王星為18小時26分,天王星為15小時36分。天王星的自轉是逆行,與其他行星相反。
(4)體積:海王星是地球星體積的55倍,天王星是地球星體積的63倍。
(5)質量:海王星的質量是地球星的17.23倍,天王星的質量是地球星的14.5倍。
(6)密度:海王星平均密度約等於地球星的31%。天王星平均密度約等於地球星的23%。海王星是1.66克/厘米3,天王星是1.2克/厘米3。
(7)半徑:海王星的半徑長24750公裏,天王星半徑長25900公裏。海王星扁率為0.025,天王星扁率為0.030。
(8)雲層表麵溫度。海王星上雲層由氫、氦、甲烷組成。雲層表麵溫度為50°K。天王星上雲層元素略似海王星,溫度58°K。溫度較高的原因可能是距日較近的緣故。這兩顆行星向外輻射的熱量,都大於吸收太陽的輻射熱。
(9)視星等:海王星視星等為+7.8等,天王星視星等為+5.7等。肉眼都望不見。
(10)海王星有兩顆衛星,天王星有15顆衛星。
冥王星與海王星公元1999年以前的20年間(1979~1999年),正是冥王星(Pluto)在軌道上運行,進入海王星軌道內側,列為第八顆行星。海王星這時距日最遠,成為第九位行星。冥王星近日點為44.25億公裏,其時正是1989年8月。由公元2000年開始,冥王星軌道在海王星軌道之外,又成為距日最遠的行星第九位。它的遠日點為73.75億公裏。它走到遠日點時將在公元2113年,即22世紀上半期。距日平均距離為59億公裏。由於冥王星軌道麵對於黃道麵交角為17°8′12″,角度很大,高高在海王星軌道之上,兩行星不會互撞。
冥王星軌道上前進速度每秒47公裏。繞日一周為90824.2日或248.43年。軌道偏心率為0.247,大於水星。在九大行星中高列第一位。
冥王星視半徑為1.9角秒。赤道半徑為1200~1300公裏。體積相當於地球的1%,質量隻有地球星的2/1000。密度也隻有地球星的1/4。自轉一周為6.2日。有一顆衛星凱隆(Charon),又叫冥衛一,直徑有800公裏,距冥王星1700公裏。公轉一周的時間等於冥王星自轉一周。因此,在冥王星上看凱隆,它不移動,永遠停在天空內一個固定的位置。
冥王星視星等為+14.7等,普通望遠鏡裏看不見。1930年2月18日湯博檢查星空照片,發現這星。他先看1月23日的照片,又看1月29日的照片,發覺一星的位置移動,延到2月18日在天空裏找到它,定名為冥王星。它的外層由甲烷組成,白色,已結為冰。表麵溫度為50°K,內部是石頭,可能有鐵。
1.從水星上望;2.從金星上望;3.從地球上望4.從火星上望;5.從木星上望;6.從土星上望;7.從天王星上望;8.從海王星上望;9.從冥王星上望。
有人懷疑冥王星原是海王星一顆衛星,後來被其他天體撞碰,飛到海王星軌道外自成一行星。理由有三:(A)自轉一周的時間很長,較每個類木行星大許多倍。(B)軌道偏心率大於其他行星。(C)軌道麵與黃道麵之間傾角也為九大行星之冠。這個見解未被接受。冥王星既有衛星,應該是行星。
類地行星的主要特征太陽係中有一類類似地球星的行星叫做類地行星(TerrestrialPlanets),包括水星、金星、火星,類地行星的主要特征有二:(A)接近太陽。都在小行星軌道以內,通常叫做“內行星”(InnerPlanets),指水、金、地、火四行星。軌道以外叫做“外行星”(OuterPlanets),指木、土、天王、海王、冥王五行星。(B)水、金、火三行星都類似地球星。這幾顆行星比類本行星體積與質量都小,密度很大,有固態外殼,公轉極快,自轉極慢,表麵溫度很高,中心有鐵核,含金屬元素的比較多。衛星少,無光環。
水星是太陽恒星最近鄰除距日最遠的冥王星外,水星(Mercury)軌道偏心率是0.206,在九大行星中列第二位。水星近日點距離是4590萬公裏。遠日點是6970萬公裏。平均距離是5780萬公裏。東大距及西大距各為28°。因距日太近,陽光太強,隻能在日落之後或日出之前的短暫時間內可以觀測。秋季內當它行近西大距時,太陽尚未上升,它已出現,叫做晨星(MorningStar)。春季當它行近東大距時,太陽已落,它尚在地平線上,叫做昏星(EveningStar)。水星也有盈虧現象。距地球星最遠時,視直徑為4.7角秒;最近時為12.9角秒。每一百年內,水星可淩日13次(金星淩日不及10次)。所謂淩日,就是這星的位置恰在地、日的中間,三者成為一條直線時,水星(或金星)在太陽視麵上橫過。
水星赤道半徑為2440公裏,比月球半徑多700公裏,也不算很大。水星近似渾圓。公轉一周為87.969日(簡為88日)。軌道上秒速為47.6公裏,九大行星中水星跑得最快;自轉一周為58.646日或58日21小時58分。水、金二行星及月球自轉都慢。當它自轉一周時,它在軌道上前進很遠。當它追上以前的太陽(例如正午),它必須行走176日。這176日正是88日(公轉時間)與58.646日(自轉時間)的最小公倍數。換句話說,水星的一個太陽日(由日出到下一次日出的時間)的長度是水星恒星年的二倍,也等於水星恒星日的三倍。水星軌道偏心率為0.206。軌道麵與黃道麵的交角是7°。水星的質量為3.33×1026克,相當於地球星的質量5.58%。體積相當於地球星的5.62%。平均密度每立方厘米為5.45克。最亮時視星等為-1.2等。
據探測,水星有極稀薄的大氣層,這是因為距日太近,水星在形成過程中,輕元素中的氫、氦都被太陽吸收去了,剩下一些重元素構成水星的核部及外殼。大氣內也沒有水氣,全部蒸發幹了。晝間表麵高溫可達700°K,夜間降低為150°K。水星表麵有無數的隕石坑或撞擊坑,大坑類似盆地,也有輻射紋。類似月球表麵上第穀山。水星上最大的盆地是卡路裏盆地(CalorisBasin),直徑為1300公裏。一般的盆地直徑不超過400公裏。水星表麵上撞擊坑不及月球表麵上稠密,可能小天體被太陽恒星的引力抓去了。因水星近太陽,甚受壓迫,由於太陽的引力太強,時時要把水星拉入太陽的星體裏,把它吃掉。也因為水星近日,它必然接受太陽恒星自轉向東的影響,它的近日點及遠日點也逐漸由西向東移。平均每百年內水星近日點東移42角秒。這是太陽係內極為有趣的問題。水星要利用它的慣力竭力向外逃走,而太陽則用引力拖住,隻準它繞著太陽進行公轉。就這樣,拉拉扯扯,水星的軌道成為長橢圓形,長軸比短軸多出35%,僅次於冥王星。水星表麵上的那個大疤(卡路裏盆地)可能是由直徑超過100公裏的小行星碰撞而成的,不僅使其軌道偏斜,其自轉速度也減慢了。“撞”的作用在水星上也有明顯的表現。這說明,撞擊屬於外力,可改變行星的慣力,使它的自轉速度減緩。