宇宙中的地球-银河系与太阳系

　　第二节　银河系与太阳系

一、银河系

　　银河系（milkywaysystem）是一个由大约1400亿颗恒星和大量星际物质组成的庞大天体系统。侧面看呈中间厚边缘薄的扁饼形，正面看呈旋涡形。银河系的直径约10万l.y.。中心部分称为银核，直径约1万多l.y.；银核外侧称为银盘；银盘的中心平面称为银道面。太阳是银河系中的一颗中等恒星，位于距银河系中心约3万l.y.的银盘内，太阳附近银盘厚度约3000l.y.，太阳距银道面约26l.y.，几乎就在银道面上。银河系的所有天体大体顺着银道面绕核心作飞快的旋转运动，这种运动称银河系自转，但银河系自转不同于固体转动，银盘内从中心到边缘的不同地方自转的角速度不同。太阳附近银河系自转角速度为0.0053″/a，线速度为250km/s，这也就是太阳绕银河系核心公转的速度。太阳公转一周的时间约为2.8亿～3亿a。太阳一方面大体沿银道面作公转，同时还进行着往返于银道面两侧的波状位移。

二、太阳系

　　以太阳为中心存在着一个受太阳引力支配的天体系统——太阳系（solar  system）。太阳是其中唯一的一颗恒星，其质量占整个太阳系的99.87％，能发出强烈的光和热。围绕太阳旋转的是一个行星体系，主要有九大行星（由里向外依次为：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海天星、冥王星）及众多的小行星（主要分布于火、木星之间）、卫星、彗星和陨星等。太阳系目前以冥王星轨道为边界，直径为11.8×109km。太阳系所拥有的这一巨大空间以宇宙标准来看实际上是很小的一个范围，可以举一个例子来说明太阳系中行星的大小和距离，如果我们把太阳看作是一个棒球，那么大约9m远的一粒砂就代表地球，木星（最大的行星）为45.7m远的一粒豌豆，冥王星（最外的行星）是大约366m远的另一粒砂；而最近的恒星则像是离3860km远的另一个棒球。

　　太阳系的天体以太阳为中心作高速旋转。太阳系中行星的分布及运转几乎都在一个共同的平面内，这个平面称为黄道面。行星运动有两种主要形式：自转和绕太阳公转。绝大部分行星绕太阳公转的方向及其自转方向都相同，也与太阳自转的方向一致（从地球北极上空朝下看皆为逆时针运转）。

　　行星绕太阳的公转遵循开普勒（J.Kepler）三定律。

　　开普勒第一定律指出，行星绕太阳公转的轨道是椭圆，太阳位于椭圆的一个焦点上（图1.8）。该定律是关于行星运行的轨道形状的定律。由于太阳取椭圆中某一偏心的焦点位置，行星至太阳的距离便因公转运动发生周期性变化，当行星到达椭圆长轴两端时，行星至太阳的距离取最大、最小值，分别称为远日点和近日点。当行星在近日点一边的半椭圆中运行时，其与太阳的距离将小于椭圆的长半径α；而在远日点一边的半椭圆中运行时距离将大于长半径α；行星至太阳的平均距离则正好等于椭圆的长半径α。其实，行星运行的椭圆轨道的扁率e（e=c/α）都是很小的，即行星的公转轨道都接近圆形。

　　开普勒第二定律指出，当行星绕太阳公转时，行星同太阳的连线（称行星的向径）在单位时间内在轨道平面上扫过的面积相等。该定律是关于速度和速度变化的定律。依据该定律，行星公转的角速度和线速度因椭圆轨道的位置而发生不均变化，在近日点附近速度最大，在远日点附近速度最小。但是，由于行星公转的椭圆轨道的扁率很小，所以行星公转的速度不均匀程度并不大。

　　开普勒第三定律指出，行星到太阳平均距离α的立方同公转周期T的平方成正比，即对于任何行星：α3/T2=常数。该定律是关于行星轨道大小和公转周期的定律。即距太阳愈远的行星（α愈大），公转周期就愈长（T愈大）。周期愈长又意味着平均角速度愈小，例如地球公转一周要1a，而冥王星公转一周要248a。

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