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第1章 太阳系及八大行星

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这一过程中,剧烈碰撞重塑了早期太阳系:例如,约45亿年前一颗火星大小的天体(忒伊亚,Theia)与原始地球相撞,抛射的物质形成月球;水星可能因靠近太阳,原始大气被剥离,仅残留极稀薄的二氧化碳大气。

2.3 太阳系的“童年危机”与稳定期

太阳形成后约5000万年(约40亿年前),进入“晚期重轰击期”(Late Heavy Bombardment):大量小行星和彗星撞击内行星,月球表面因此布满陨石坑(如雨海、澄海),地球也经历了全球性的岩浆活动和大气成分改变。这一事件可能与木星和土星的轨道共振有关——它们的引力扰动将小行星带和柯伊伯带的物质推向内太阳系。

此后,太阳系进入相对稳定期,行星轨道趋于固定,地质活动逐渐平缓(除地球因板块构造保持活跃)。

三、太阳:太阳系的“心脏”与能量引擎

3.1 太阳的基本参数与结构

作为一颗光谱型G2V的黄矮星,太阳的直径约139万公里(地球的109倍),质量占太阳系总质量的99.86%,核心温度高达1500万℃,表面温度约5500℃。其结构可分为:

核心(半径0.25太阳半径):核聚变的主要区域,每秒有6亿吨氢聚变为氦,释放3.8×102?焦耳能量(相当于1000亿颗广岛原子弹同时爆炸);

辐射区(0.25-0.7太阳半径):能量以光子形式通过康普顿散射传递,传递速度极慢(需数万年才能到达表面);

对流区(0.7-1太阳半径):等离子体因温差产生强烈对流,能量以热传导为主,形成太阳表面的“米粒组织”(直径约1000公里的湍流元);

大气层:包括光球层(可见的“太阳表面”,温度约5500℃)、色球层(仅在日全食时可见,温度升至数万℃)、日冕(延伸至数百万公里,温度高达百万℃)。

3.2 太阳活动与太阳系环境

太阳并非“稳定燃烧的火球”,其外层大气存在周期性活动:

太阳黑子:光球层上的强磁场区域(磁场强度达3000高斯,是地球的6万倍),因抑制能量传输而温度较低(约4000℃),呈现暗斑。黑子数量以11年为周期波动(蒙德极小期曾出现近百年无黑子现象);

耀斑与日珥:黑子附近的磁场重联引发能量爆发,耀斑可在几分钟内释放102?焦耳能量(相当于全球一年用电量),产生的X射线和高能粒子会干扰地球电离层;日珥则是色球层喷发的等离子体流,长度可达数十万公里;

太阳风:日冕持续向外抛射的带电粒子流(主要是质子和电子),速度约300-800km/s。太阳风与星际介质碰撞形成“日球层顶”(距太阳约120AU),是太阳系的“保护罩”,屏蔽了大部分银河系宇宙射线。

2021年发射的“帕克太阳探测器”已穿越日冕,直接测量到太阳风在源区的加速机制,证实了阿尔文波(磁场波动)对粒子加热的关键作用。

四、内太阳系:类地行星的“岩石世界”

内太阳系包含四颗类地行星(水、金、地、火),它们共享高密度(3.9-5.5g/cm3)、固态表面和稀薄至中等大气层的特征。尽管同属岩石行星,四者的演化路径却因初始条件与外部环境差异而大相径庭。

4.1 水星:离太阳最近的“极端世界”

基本参数:轨道半长轴0.39AU(约5800万公里),公转周期88天,直径4880公里(地球的38%),质量3.3×1023kg(地球的5.5%)。

表面与地质:水星表面布满撞击坑(类似月球),但因没有大气保护,陨石坑保留更完整。其最显着特征是“卡路里盆地”(Caloris Basin)——一个直径1550公里的巨大撞击坑,形成时释放的能量相当于1万亿颗原子弹,导致盆地对面区域隆起形成“蜘蛛状”地形。

内部结构:水星拥有太阳系行星中最小的铁核(占行星半径的75%,地球仅55%),外层是硅酸盐地幔和薄地壳。其弱磁场(地球的1%)可能由部分液态外核的“发电机效应”产生。

大气与温度:水星大气极稀薄(表面气压仅10?1?巴),主要由太阳风注入的氢、氦和表面释放的钠、钾组成。由于离太阳近(接收的热量是地球的6.8倍)且无大气保温,昼夜温差达600℃(白天430℃,夜晚-170℃)。

未解之谜:水星的高铁核比例为何远高于其他类地行星?主流假说认为,早期太阳的强烈辐射蒸发了其原始轻元素(如硫、碳),仅留下重元素凝聚成核;或其在形成后被一颗大天体撞击剥离了外层岩石。

4.2 金星:“地狱般”的失控温室效应

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