太陽系的八大行星

1、難以觀測的原因

     (1)水星距離太陽太近，幾乎和太陽同時升起和落下，所以非常難觀測。

     (2)太陽光太亮看不到 + 太陽西沉後 水星也馬上跟著西沉

     (3)地平線的高度常有水氣、光害和建築物，水星常常被遮擋住。

     (4)現代天文學之父【哥白尼】據說他的遺憾就是沒看到水星！

2、東大距、西大距是最佳觀測時機。

     (1)對於地球來說，水星和金星屬於內行星 / 火、木、土…屬於外行星。

     (2)內行星東大距和西大距：所謂「大距」是指內行星與太陽、地球

        相對位置成一直角三角形時，而該內行星位於直角處；此時從地球上觀測內行星恰位

        於「最大角距離」之時（如圖示），目視她們距離太陽的距離也是最遠。

     (3)2020.6.4水星東大距。19：00-19：30星等0等 (右邊五車二0等 左邊南河三0等)。

     (4)2020年水星東大距：2月 10 日、6月 4 日、10月 2 日。

         2020年水星西大距：3月 24 日、7月22 日、11月11日。

3、認識水星

     (1)水星是太陽系的八大行星中最小(直徑4800KM比月球大)和最靠近太陽的行星。

     (2)水星表面溫度430℃～-180℃(太陽系第二高溫，輸給金星-金星有二氧化碳的溫室效應)

4、神話與傳說

      (1)水星公轉88天，運行很快，所以西洋用宙斯的兒子，也是天神的信差Mercury (墨丘利就是漢密斯)為名。天文符號 ☿ 象徵墨丘利插有雙翅的頭盔和他的神杖。

      (2)中國古稱「辰星」，是西漢時代結合陰陽五行學說，認為其表面灰色，配以水德，故名。

5、Messenger水星探測任務：首顆圍繞水星運行的探測器(2011-2015)

     (1)信使號Messenger是1975年水手10號後，人類30年來首次近距離探測水星的任務。

 (2)探索任務的難度：必須高速(抵抗太陽引力)航行至水星，卻又得突然減速才能進入水星軌道

    (3)探測船無法直向航向水星，所以2004年發射的信使號在進入環水星軌道前，執行了一系列

          複雜的飛越—飛越地球一次、金星兩次、水星三次，至2011年才進入水星軌道。

          (一共飛行79億公里，但是水星其實距離地球只有1億公里)

1、基本資料

      (1)自轉一天24.6小時 // 自轉軸傾斜25.2度，與地球類似 // 公轉一週687地球日

      (2)直徑約6780 km，質量為地球1/10，重力僅地球的38% 。因此，火星的大氣稀薄，幾乎無氧氣。

      (3)目前認為太陽風(初期太陽爆炸更劇烈，太陽風更強)吹走火星大氣，導致火星氣候的劇變

      (4)兩顆衛星：火衛一佛伯斯(敗逃)、火衛二戴摩斯(恐懼)

           1877年霍爾發現兩顆火衛，但1726年《格列佛遊記》作者斯威夫特就在小說中描述「拉普達空島有一小人國，該處人們擁有絕佳視力，發現火星有兩顆衛星」。其實，這是克卜勒的概念，克卜勒認為地球有1顆衛星、木星有4顆，位於中間位置的火星當然有2顆。

      (5)大氣層極度稀薄，約佔地球1%。其中95%為二氧化碳，其餘為氮、氬、水蒸氣。

      (6)隨著火星季節變化，大氣中的二氧化碳會持續進行「乾冰 V.S .二氧化碳」的循環

      (7)表面溫度：現今火星地表 −143℃〜35℃，理論上有可能存在液態水

2、火星傳說

      (1)火星的土中富含鐵質，故其表面因氧化呈現銹紅色，也讓人聯想到【血和戰爭】，故名戰神 Mars。

          #巴比倫人以黑死病神之名，稱之為納加(Nergal)，認為「暗時吉，亮時凶」。

          #波斯、埃及、希臘Ares、羅馬Mars、瑞典Tiu皆以戰神之名稱呼火星。

          #火星的天文符號♂就是戰神的矛和盾。

          #星期二的辭源來自北歐神話，古瑞典人以戰神Tiu為星期二命名，也就是Tuesday。

      (2)中國認為火星「熒熒(閃動)如火」，位置運行不定令人迷惑，故稱之「熒惑」。

      (3)火星逆行：地球公轉，超過外行星時，會讓外行星在夜空的軌道產生「順行、留、逆行、留、 順行」的現象。

3、熒惑守心

      (1)熒惑本就象徵殘、疾、喪、飢、兵等惡象，心宿代表東方蒼龍的心臟，心宿二(西洋名Antares本意指其為火星的對手) 在古中國稱之大火，代表著皇帝

           (另兩顆星宿一和星宿三代表太子、庶子)， 一旦火星在心宿內發生「留」的現象，就被稱作熒惑守心，是大凶之象。

      (2)熒惑守心的劇變：秦始皇36年、漢高祖12年、魏文帝皆因熒惑守心後駕崩。

           但黃一農教授的推算發現：在中國史書中的23次熒惑守心記載中，居然有17次為偽造。

      (3)在《呂氏春秋》記載：宋景公37年（480B.C.），由於熒惑守心，景公非常緊張，跑去問子韋。

           子韋說：「這是老天爺要懲罰景公了，但是這個災禍可以轉移給宰相。」

           景公說：「宰相要治理國家，讓宰相死是不好的事啊！」子韋又說：「那可以轉移給人民。」

           景公則說：「人民死了，那我當誰的君王呢？寧可我一個人死。」

           子韋又說：「可以轉移給今年的收成。」

           景公說：「歉收人民就會飢餓，挨餓就會死。當個君王要殺人民來讓自己活，有誰還能把我當作君王呢？」

           結果子韋恭賀景公：「您今天說了三句有功德的話，老天爺一定會有三個賞賜，今天晚上火星會遷徙三舍，您也會延長壽命 21 年。」

      (4)熒惑守心的政治陰謀：漢成帝綏和二年，李尋假借熒惑守心指責當朝宰相翟方進罪狀，聽信這番鬼話的皇帝，馬上把翟方進招進宮殿：

           「朕不能體察民間疾苦，以致上天示警，發生熒惑守心天象，現我已知錯。不過，身為輔佐皇帝的宰相總該一肩扛下責任吧！念在過往功

               勞，就賜你十石酒與一頭牛，剩下來該怎麼做，你應該心裡有數吧？」於是，翟方進在不得已的情形下，服毒自盡。說也奇怪，隔月，

               正當壯年的漢成帝卻突然駕崩，死因不明。

      (5)近年的熒惑守心：1999、2001、2016、2048年

4、合、火星衝(2020.10.14)、火星大接近(2018大接近、2020.10.7為次接近)

     (1)合：火星隔著太陽，在地球正對面位置，除距離最遠之外，受限太陽光，地球上無法觀測。

     (2)衝：三個天體同在一直線上，以地球為基準(地球在中間)，所觀察天體(火星)與太陽的角度呈現180度的相反位置，即為衝，或者衝日。

          衝是外行星的最佳觀測時間，除了距離近之外，也意味著整晚都很適合觀測。

     (3)大接近：火星大橢圓率的公轉軌道，讓它在近日點和遠日點間的差距高達4320 萬公里。

          導致近日點與遠日點所發生的火星衝，視直徑差異可高達兩倍。

         2020年火星衝視直徑22.3〞亮度-2.6等；2027年13.8〞亮度-1.2；2035年24.6〞亮度-2.8)

        太陽視直徑約32´、金星10-66〞、木星30-49〞、火星4-25〞土星15-20〞。

     (4)火星公轉週期為687地球日，二者軌道的會合週期約為780日。

          所以，大約每2年2個月發生一次火星衝，每15~17年會碰上大接近。   

5、火星探索任務-約火星衝前100天發射最適宜。

      (1)1965-水手四號(以及之後的水手6、7號)：飛越火星，並回傳了首張火星地表的照片

      (2)1971-水手9號：環繞火星，拍攝7300張以上照片ð水手號峽谷命名由來

      (3)1975-維京1、2號：軌道飛行器+登陸器：第一艘成功降落並傳回火星表面影像的太空船。

           進行4項確認火星有無生命的實驗，結果卻相互矛盾(一有三無)。

      (4)1996-火星拓荒者號+旅居者號：旅居者號(體積和微波爐相當)為第一部火星探測車(運轉100公尺)。

      (5)1996火星全球探勘者號MGS、2001奧德賽號、2003快車號(歐)、

  2005火星勘測軌道衛星MRO、2014MAVEN大氣探測器(美)、曼加理安號衛星(印)

      (6)2003-精神號、機會號探測車

            #成就：發現火星曾經存在液態水的證據。

    #速率1cm/s，設計目標運轉3個月，但精神號2010陷入沙地.運轉7.7公里才宣布任務中止

          #機會號運轉至2018.6遇上沙塵暴蓋住太陽能板為止，一共移動距離45公里。

      (7)2008-鳳凰號：尋找火星北極土壤中可能存在的生命特徵，對淺層地下的水冰以及火星極地的氣候進行研究。證實火星北半球確實存在 

           大量的水冰。將土壤加熱至100℃後發現水蒸氣。

      (8)2011-好奇號探測車：電源來自鈽。具備雷射光的化學相機、避險相機，可判斷安全路線、速率3.8cm/s，至今運轉21公里以上、

           具備鑽頭鑽取岩石並分析成分

      (9)2018-洞察號：研究火星地殼內部地質、鑽洞5M進行探查。證實火星有頻繁的火星震。

      (10)2020-火星探測計畫(ExoMars歐俄合作計畫因著陸設備問題延至2022年)

            #毅力號：斥資24億美元。2020.7.30發射，2021.2.18登陸。鈽電池。

            #測試MOXIE裝置、採集火星岩石樣本並帶回地球、探索生命存在的痕跡、無人直升機

            #天問一號-中國：太陽能電池板。尋找去生命的證據，並評估行星的環境。

            #希望號-阿拉伯聯合大公國：火星人造衛星，研究火星大氣，紀錄季節天氣變化、解開大氣散逸之謎。

               2021建國為其50週年，另有紀念之意義。

6、火星的水

      (1)數十億年前，火星曾是溫暖的行星，布滿大量的水。

  溢流水道(以卡賽谷最明顯)、沖刷的溝渠、沉積岩、赤鐵礦(湖中產生)

      (2)現今火星的水，轉以水冰和極其微量的水蒸氣形式存在。

      (3)火星快車號雷達探測儀發現，南極冠乾冰下方有廣闊凍土層，若全溶解可覆蓋火星表面達11M之深度。

7、火星觀測史

      (1)1609年，透過第谷遺留大量火星觀測資料，克卜勒得出行星軌道為橢圓形的結論。

      (2)1610年，伽利略是首度用望遠鏡進行火星觀測的人，並發現火星有盈缺。

      (3)1666年，卡西尼發現火星有極冠。

      (4)1877年，霍爾發現火星的兩顆衛星。

8、火星人熱 & 火星人入侵烏龍事件

      (1)1877年，義大利天文台長發現火星表面有季節交替出現的條狀紋路，命名為Canali (義大利文為多義詞，有運河/凹溝等兩種意思)，

            結果英文翻譯成Canal (運河)

           當時，蘇伊士運河+巴拿馬運河議題正夯，導致社會興起火星人熱，連美國天文觀測家羅威爾也堅信火星人的存在

      (2)1938年萬聖節前夕，哥倫比亞廣播系統(主持人也叫威爾斯)播出威爾斯的星際大戰小說，讓美國人民誤信火星人入侵美國新澤西州，

            於是居民紛紛向郊區疏散，甚至驚動國民防衛隊。

9、火星地貌觀測亮點：火星衝的前後一兩個月才看得到表面特徵(口徑15公分以上望遠鏡)

      (1)火星表面概略分三種顏色，白色極冠，橘色亮區(氧化鐵砂覆蓋的沙漠平原)，黑色暗區(地勢較高的岩石高原)，這些亮暗區地貌形狀稱為

          「火星反照率特徵」，是觀察重點。此外，火星是沙漠行星，表面沒有液態水，不時有沙塵暴，有時全球性沙塵暴會把整個星球都覆蓋

              了，地貌特徵會因此改變。

      (2)水手號峽谷：古老地殼運動所產生的裂縫。長4000kmÎ寬250kmÎ深10km

          奧林帕斯山：由火山作用形成的太陽系最高山，標高約22公里，面積約和法國相當。

          希臘平原(盆地)：火星最低點，古老的巨大撞擊坑，寬2000km以上，低於基準8,200m

          極冠：由水冰(佔90%)和CO2所組成，面積隨季節變化。

          大瑟提斯高原：第一張火星素描圖的地貌(惠更斯繪製)

     (3)2018年火星大接近，結果火星地表卻發生嚴重的沙塵暴，效果不佳。所以，觀察火星不能抱有太多期待，因為它的體積太小、距離太遠

          視直徑大概只有木星一半。大氣穩定，視相良好時，選用口徑15公分以上望遠鏡、100倍以上，較可看見細節。

     (4)2022年之後，要再想觀測明亮的火星，要等到2035年。

1、基本資料

     (1)公轉週期11.8個地球年，距離太陽平均距離為5.2AU

 (2)直徑約14萬公里，巨大的體積可以裝入1300顆地球。

     (3)重量級的木星：木星質量是地球的318倍(也是所有太陽系中行星總和的2.5倍)，話雖如此，但木星主要的組成物質卻是質量很小的

           氫89.8%、氦9.8% 氣體。

     (4)有很淡的木星環，但是地球上觀測不到，必須近距離的太空船才能看到。

2、木星的結構：氣體>>液體>>泥狀>>堅硬的核心

     (1)表層大氣層(木星大氣的雲頂溫度為 -108℃)

          #平行雲彩是內層自身的熱源加熱所形成的對流，明亮區是上升氣體，暗帶是下沉氣體。

          #表面帶狀條紋則是高速自轉而形成

    #厚達1000公里以上的大氣層充斥強烈上升氣流與旋轉的超級暴風 & 此起彼落的閃電

      (2)液態金屬氫層(溫度可高達6000℃) -有點像水銀

    高溫高壓形成的液態金屬氫 (密度高於固體，有強大的電流形成磁場，厚達數萬公里)

      (3)核心：科學家推測木星內部是 攝氏2萬℃高溫，且密度極高的固態核心。

3、大紅斑：巨大的高壓風暴系統

     (1)木星體型巨大，自轉週期卻不到10小時 ð木星赤道地區風速高達400km/hr.

     (2)大紅斑有地球3倍大，能吞噬其他表面形成的風暴。 

     (3)懷疑1665年就被卡西尼和虎克觀測到 (但是，最可靠的記錄在1830)，至今存在三百多年

      (4)呈現紅色，可能是因下方的含磷化學物質。

4、伽利略四大衛星

      (1)92顆衛星(No1.)。木衛一Io、木衛二Europe、木衛三Ganymade、木衛四Callisto最著名。

      (2)1610.1.7年伽利略利用望遠鏡觀測到 ð推翻地心說的鐵證

      (3)中國天文學家甘德在西元前362年就以裸眼發現木星的衛星之一。如果此一說法正確的話，會比伽利略的發現早了近2000年

      (4)木衛三是太陽系內最大的衛星(以下數據皆是直徑長度-單位是公里)

  木衛三5200>土衛六5100>水星4880>木衛四4800>木衛一3642>月球3474>木衛二3130km

      (5)木衛二冰殼下方有深達100公里的液態海洋(木星的引力作用加熱，讓液態海洋得以存在)

懷疑有可能存在生命ð2023年ESA的木星冰月探測器升空，預計2030抵達，目標是研究木衛二、木衛三與木衛四冰殼下的世界。

5.神話

    (1)眾神之王宙斯。木星的天文符號，【♃】象徵宙斯的武器—閃電。

    (2)中國稱木星為歲星(後衍生出太歲信仰)，取其繞行天球一周為12年，與地支相同之故。

太歲是相對於歲星的一顆虛星。歲星為陽，右行於天；太歲為陰，左行於地」（右行＝順時針、左行＝逆時鐘），若歲星於天，太歲剛好於地。則這種描述想像讓民眾把太歲星跟地底有聯想性，因此認為動土不慎可能會觸犯太歲，也就是「在太歲頭上動土」。古時認為歲星為眾星之王，歲星當頭時運佳；而離歲星最遠的星宿，自然是最形影孤離、不受照顧的星群。清代《協紀辨方書．卷十》總結：「君象，其方固上吉之方，而非下民之所敢用」，可以知道歲星（木星）原本是帝王星、吉星，但一般民眾需要適當避諱才可得恩澤，才需要「安太歲」。

6、明亮的木星：木星的視星等可以達到 -2.94等，是繼月球和金星之後，夜空第三亮的天體

     視星等亮度排名：太陽-26、月亮-13、金星-4.8、木星-2.9、火星-2.1、水星-2.4、土星-0.5

7、木星觀測

     (1)木星衝(2020.7.14)：公轉週期11.8個地球年，所以每一年木星大約移動一個黃道星宮，而每年的木星衝大約較前一年遲一個月。

     (2)透過大紅斑觀測可以感受木星的自轉現象。

     (3)木衛凌木

8、木星任務

     (1) 1973先鋒10號、1974先鋒11號、1979航海家1號、1979航海家2號ð飛掠

     (2)1989年發射的伽利略號，於1995年抵達木星，並花了8年時間記錄研究木星。測量木星風速530 km/h，發現木衛二冰殼下的水海洋。

          最後，2003年結束任務墜入木星大氣層。

     (3)卡西尼號、新視野號ð飛掠

     (4)2016 朱諾號進入木星軌道接替研究探測工作

1、基本資料

     (1)公轉週期約29個地球年，距離太陽的平均距離為9.5AU

     (2)土星的直徑約12萬公里，巨大體積在太陽系行星中排名第2，可裝下950個地球

     (3)重量約95個地球。但因組成的成分中96%為氫3%為氦，所以土星的密度只有0.69g/cm3

         若有一個足夠大的水池，木星是可以浮在水面上的行星(其實也不可能，這一盆水會因強大的重力和土星融合在一起)

     (4)自轉軸偏角約26.7度，以至於影響土星環的觀看

2、土星結構：與木星相似，但因質量較小，土星密度相對較小

      (1)表層大氣層(土星大氣的雲頂溫度為 -140℃)

          表層大氣有許多由「氨冰」形成的黃白色的雲，因此，讓土星顏色偏黃

          厚達1000公里以上的大氣層，加上高速自轉之故，土星的赤道地區，可產生1800km/hr風速

           超級風暴系統(大白斑)、超過地球1萬倍強度的閃電

      (2)液態金屬氫層(底部溫度可高達6000℃)。高溫高壓形成的液態金屬氫 (密度高於固體，有強大的電流形成磁場，厚達數萬公里)

      (3)核心：科學家推測土星內部溫度可能高達攝氏1萬℃以上，且密度極高的核心。

3、土星環

     (1)直徑約26萬公里，但是厚度不到20M，總質量達3萬兆噸，目前成因未明。

     (2)土星環99%由固態冰組成，由於冰的反射率高，故土星環非常明亮。

     (3)目前的土星環受重力作用，也許一億年後會逐漸墜落土星而消失。

     (4)卡西尼縫：土星環至少有9道，其中A(外)、B(內)環之間有明顯的縫隙，最早在1675年，由卡西尼觀測到，

           所以稱為卡西尼縫(寬度可達4800公里)。

4、伽利略的觀測

      (1)1610年觀測土星，誤以為兩側有衛星，是個有耳朵的行星。

         1612年，耳朵不見，他給贊助者的信：土星吃了自己的孩子？

  1613土星環再度出現，伽利略困惑不已

      (2)上帝的惡作劇：引自 王寶貫，《微塵大千•東方生活中的西方科學》（台北：經典，2004），頁20。

  據說伽利略有一次把望遠鏡對準了土星觀測，看到了土星環。由於他自製的望遠鏡是十分簡陋的初級品，解析度極差，所以對他來說，那時候的土星環看起來比較像是土星的一對耳朵，突出土星中心星體的兩側。

  對於地球觀測者而言，土星環的位相會隨著土星運轉方位而改變，導致土星環會有時候會以側面正對地球。此時的它，因為厚度十分薄，以致於從地球上無法觀測出來，而這正是伽利略第二次觀測土星的情況。當他發現土星的「耳朵」竟然不見時，以為是上帝存心跟他開玩笑，故意把土星環拿掉！據說他從此再也不敢觀測土星，以免遭天譴！

5、土衛二有生命嗎？

      (1)衛星數83個，為太陽系內行星的第二名(2022年一口氣發現12顆木衛)。最大為土衛六(泰坦)，也是太陽系第二大衛星。土衛六是太陽系中唯一具有大氣(氮氣)的衛星。

      (2)土衛二直徑500公里，表面溫度-200℃

      (3)2005.卡西尼號觀測到土衛二從地表噴發出液態水和二氧化矽奈米微粒，並在太空中凍結。

      (4)推測：土衛二冰殼下的內部有90℃以上的熱水環境(才能產生奈米二氧化矽微粒)。

6、土星任務

      (1)1979先鋒11號、1980航海家1號、1981航海家2號ð飛掠任務

      (2)2004卡尼號+惠更斯號探測器，花了7年抵達土星，研究土星，並且登陸土衛六

    最後在2017年完成任務後，墜入土星大氣層(避免污染其他星體)。

7、神話與傳說

      (1)古代中國亦稱之為鎮星（或填星）因為土星公轉周期約28年，彷彿一年坐鎮一個星宿。

      (2)名稱來自於羅馬神話中的農業之神薩圖爾努斯，天文學符號是代表農神的鐮刀

8、土星觀測

      (1)土星的亮度在土星衝(2021.8.2)時最佳，亮度可達星等0.1。

      (2)因公轉位置改變讓土星環呈現不同角度，以29年為周期，2025年土星環是看不太到的！

1、發現經過

     (1)1781年，由威廉赫歇爾觀測發現，震驚科學界，引發搜尋行星的熱潮。

     (2)赫歇爾原命名為喬治之星(紀念英國國王喬治三世)，但不符前例，其後才用天空之神命名

2、橫躺的自轉軸

      (1)天王星的自轉軸傾斜角度達82度，可以說是躺著轉的行星。(金星是反向自轉)

          公轉週期84年，所以天王星有著各自長達42年的永夜與永晝。

      (2)原因推估是原始的天王星被行星級天體撞擊的結果，撞擊所產生的水蒸氣將天王星包圍，最終形成星環。

            此外，天王星的衛星轉向也與環平行，整個系統活脫是座行星摩天輪！

3、結構

     (1)天王星主要由水、氨、甲烷組成的冰質巨行星。

     (2)大氣層主要是氫、氦、氨雲、甲烷雲>>冰凍水滴>>泥濘狀態的水、氨、甲烷海洋>>鐵核心

     (3)由於大氣中的甲烷會吸收橙、紅色光，因此，天王星看起來帶有藍綠色彩。

     (4)天王星大氣的雲有硫化氫，大氣有許多氨，所以，這裡的雲和大氣帶有屁和尿的味道(噁~)

1、發現經過：經由理論，並藉由科學計算而發現的行星。

2、結構

      (1)與天王星類似。海王星的深藍是因為甲烷大氣吸收橙、紅色光，因此帶有深藍色彩。

      (2)天王星主要由水、氨、甲烷組成的冰質巨行星。大氣層有氫、氦、甲烷與氨。與天王星相同，大氣中常可見白色的甲烷雲。

3、風速：海王星的風速為太陽系最高紀錄，可達2100km/hr。