在天文學上,「行星」一詞有著明確的科學定義。
根據國際天文學聯合會(IAU)於2006年制定的標準,一個天體若要被認定為「行星」,必須符合以下三個條件:
1. 自身質量足夠大且外型近似圓球。
2. 能夠清除其軌道附近其他物體 。
3. 能夠繞其母恆星公轉。
除了上述定義外,我們還可以將行星分成類地行星與類木行星,本章將介紹太陽系內的八大行星,並分成類地與類木討論。
類地行星(Terrestrial Planets)或稱岩石行星,是太陽系中水星、金星、地球和火星這四顆靠近太陽的行星。它們主要由矽酸鹽岩石和金屬構成,具有固體表面、高密度、小體積、小質量以及少衛星的特徵。其內部構造類似,核心主要為鐵,外層則以矽酸鹽為主,與類木行星區分開來。
水星是離太陽最近的行星,所以公轉週期最小,約為88天,但也因此承受著最大的太陽引力,這個引力大到會扭曲時空,所以水星的軌道並不像其他行星一樣可以視為固定橢圓,而是會隨著時間進動 (Precession) 的橢圓。
水星自轉週期約為59天,有著 3:2 自轉共振的現象,亦即每當水星自轉三圈時,剛好會公轉兩圈,這會導致水星的恆星日非常的長,相當於地球的176天。水星和地球一樣具有磁場結構,所以我們可以推斷水星內部和地球有著巨大的鐵核心,且水星表面上有大量的隕石坑,其中最大的稱為「卡洛里盆地」(Caloris Basin)。另外,觀測水星的太空任務並不多,最著名的就是 NASA 的 Messenger 探測器,此為西元 2011~2015 年,為期四年的任務,任務的目標主要為觀測水星的磁層結構。
金星 (Venus):
金星是太陽系中溫度最高的行星,可高達攝氏465度,且其大氣壓力相當於地球的 90 倍,金星的公轉週期約為 225 天,自轉週期約為 243 天,這意味著金星的一年比一天還短,更特別的是,金星的自轉方向和其他行星布一樣,是東向西自轉,也就是說,金星的太陽是從西邊升起,東邊落下。
地球處在太陽系中最舒服的位置,有著攝氏 15 度的平均溫度、365 天的公轉週期和 1 天的自轉週期,這表示地球擁有明顯的日夜及四季變化,且大氣含有氧氣、二氧化碳及最重要的臭氧層,臭氧層抵擋大量太陽輻射,使地球上的生命不會受到太陽輻射的影響。地球可謂是「天時地利」造就「人和」的奇蹟。
因為離太陽較遠和大氣稀薄的關係,所以火星的平均溫度為非常低的攝氏 -60 度,其整體的大氣大約只有地球的 0.06 倍。火星的公轉週期約為 687 天,自轉週期和地球相當,約為 1 天。火星也被認為是人類下一個文明發展的地方,就算環境較為地球惡劣,但相較於其他行星比起來已經算很好了,以人類目前的科技,要在火星上生存應該不是一件困難的事。最著名的火星觀測任務就是「好奇號」,這個任務證實了火星有水以及有機物的存在,為人類的火星移民開創了先鋒。
木星因為距離太陽較遠且本身是氣體巨行星,沒有固體表面,其上層雲頂的平均溫度約為攝氏 -145 度。木星的大氣主要由氫和氦組成,並伴隨劇烈的風暴活動,其中最著名的是大紅斑,已持續存在數百年。木星的公轉週期約為 12 年,自轉速度極快,約 10 小時就完成一次自轉。由於其巨大的質量與強重力場,木星在太陽系中扮演「防護盾」的角色,能夠吸引或偏轉彗星與小行星。著名的觀測任務如 朱諾號,提供了大量關於木星內部結構與磁場的資訊。
土星距離太陽更遠,平均溫度約為攝氏 -178 度,同樣是一顆以氫與氦為主的氣體巨行星。土星最顯著的特徵是其壯觀的環系,主要由冰與岩石碎片組成。土星的公轉週期約為 29.5 年,而自轉週期約為 10.7 小時,與木星類似也具有快速自轉。儘管環境極端,土星的衛星系統(特別是泰坦)被認為具有潛在研究價值。最重要的探測任務為 卡西尼號,該任務深入研究了土星環與其衛星,對行星科學有重大貢獻。
順帶一 提,卡西尼號的計畫主持人是本校天文所的教授,葉永烜教授。
天王星距離太陽非常遙遠,因此其平均溫度約為攝氏 -224 度,是太陽系中最冷的行星之一。它的大氣主要由氫、氦與甲烷組成,甲烷會吸收紅光,使其呈現淡藍色。天王星的公轉週期約為 84 年,自轉週期約為 17 小時,但其最大特徵是自轉軸傾角約為 98 度,幾乎是「躺著轉」,導致極端的季節變化。由於距離遙遠,目前唯一近距離探測的任務是 航海家2號,對其磁場與結構提供了初步資料。
海王星是距離太陽最遠的行星之一,平均溫度約為攝氏 -214 度。其大氣同樣以氫、氦與甲烷為主,呈現深藍色。儘管接收的太陽能極少,海王星卻擁有太陽系中最快的風速,風速可超過每秒 500 公尺。海王星的公轉週期約為 165 年,自轉週期約為 16 小時。由於其動力來源主要來自內部熱能,使其大氣活動十分劇烈。目前人類唯一的近距離探測仍是 航海家2號,為我們提供了關於其氣候與磁場的重要觀測資料。
圖片出處 維基百科
https://taea.tn.edu.tw/astro_news/book_detail/58c3785e-aeb9-11ee-b965-1b24fb01192f