水星等行星
（二）、水星
水星是最靠近太阳的行星，半径是地球的38.3%，质量是地球的5.62%，平均密度仅次于地球。利用雷达测定，公转周期87.97日，自转周期58.646日，是公转周期的2/3。没有卫星。
结构。水星由核、幔、壳组成，有极稀薄的大气层，有与地球相似的偶极磁场和磁层。有铁镍组成的核，有硅酸盐组成的幔，有比较薄的硅酸盐外壳。水星密度比较大，所以估计可能有一个较大的铁核，核约占水星质量的70~80%。大气层含有氦、氢、氧、碳、氩、氖、氙等。赤道处的磁场强度是4×10－3高斯。过去理论上认为水星的自转较慢，应该是没有磁场的。
水星表面与月球极为相似，有环形山、平原、裂谷、悬崖等多种地形，没有早期大气作用的迹象。有多处几百公里长的舌状悬崖，认为是水星铁核缓慢冷却收缩的结果，可能形成于约35~40亿年前，有一定程度的老化。水星、月球、火星上的大多数凹坑是39亿年前由陨石撞击形成的。水星表面物质的热容量小，又没有大气保护，所以昼夜温度差很大，白天可达700K，夜间降到100K。
炁学提示：星核的化学成分是炁子，不是铁镍。西学只发现了星炁中的磁场和引力场，没有发现其他炁流。星幔和星壳都是由硅酸盐分子和炁子（星幔炁子和星壳炁子）组成的。
图5.52水星的结构
（三）、金星
利用雷达穿透金星大气层，绘制了金星表面地形图，并且测定知道金星是太阳系内唯一逆向自转的大行星，公转周期是324.7日，自转周期是243日。自1961年开始，至少向金星发射了30个以上的探测器，有的进行空间远程观测，有的进行登陆实地观测。这些观测让我们对金星有了更多的认识。金星没有卫星。
内部结构。金星的大小、质量、密度、内部结构与地球十分相近。由核、幔、壳组成，有一个半径约3100公里的铁镍组成的核，中间是由硅酸盐（硅、氧、铁、镁等化合物）组成的幔，外面是很薄的壳，由硅化物（硅酸盐）组成。金星表面比较平坦，山脉不高大，有大裂谷、环形山、石块。
外部结构。有大气层、无磁场。1761年，俄国的罗蒙诺索夫根据金星凌日现象预言了金星表面有大气，后来得到了证实。金星大气是太阳系里最浓的，表面大气压约为地球的90倍。大气的主要成分是二氧化碳（含量在97%以上），其它是氮（3.4%）、氩、二氧化硫（0.02%）、一氧化碳、水蒸气（仅有0.14%）等。金星的浓云主要是硫酸雾，处在45~60km的上空，形成黄色的硫酸浓云，不停地下着酸雨，闪着雷电。酸雨在半空又被汽化上升重新凝结成硫酸云，如此循环往复。大气高层经常有与金星自转方向相同的大气环流，大气顶层速度高达320公里/秒，超过金星自转速度。浓厚的二氧化碳大气形成了强烈的温室效应，使金星表面温度高达465~485℃，能够熔化铅，而且全球一样，没有地区、季节和昼夜的区别。由于大气层的折射作用，出现了奇特的“日落东山”的现象。金星的高温、高压、缺氧、无水条件，不适合生命存在。1978年美国探测器测量结果表明，金星的重水水汽是地球的100倍，说明阳光的紫外线曾经把水分解成为氢和氧，把重水分解成为氘和氧，氢脱离引力逃脱了，剩下的氘和氧结合形成了重水，使重水分量提高了。因此可以知道，金星上原来也有过大量的水。
炁学提示：星核成分是炁子，不是铁镍。星幔和星壳由硅酸盐分子和炁子（星幔炁子和星壳炁子）组成。金星逆向自转机理已经在前面讲过。为什么会有浓密的大气层，同金星的壳很薄有关，星炁使星幔气化成星气。
图5.53金星的结构
（四）、火星
人类从1960~1992年共向火星发射了23颗航天器，其中苏联14颗，美国9颗，发射成功的苏联只有2颗，美国有6颗。这些航天器需要旅行近7亿公里，历时1年半左右才能够到达火星。金星和火星是探测器登陆过的地外行星。计划将来还要向火星发射探测飞船、火星漫游车、巡天飞船，建设太空港、进行开发和移民。
火星半径是地球的53%，体积是地球的15%，质量是地球的10.8%，平均密度是3.96克/厘米3。自转和公转状况类似地球，自转周期是24小时37分，公转周期是687天。赤道面与黄道面的交角为23°59′（地球为23°27′），因此也有四季变化，季节长度约是地球的2倍。
火星由核、幔、壳组成。有比较薄的硅酸盐外壳，由铁镍组成的核，硅酸盐组成的幔。
火星表面很象一个干涸的地球，地形复杂，有巨大的火山锥、大峡谷、山崩、大的沉积层、河谷。这些情况表明，火星过去曾经是一个有水的充满活力的星球。有大量的沙尘和石块，沙尘主要是红色的硅酸盐、赤铁矿等铁的氧化物，使火星看起来是红色的星球。南半球布满环形山和巨大盆地，有很多峡谷，地形古老，北半球是火山区，大部分被熔岩流覆盖，地形很新。火山遗迹丰富，有巨大的火山平原和圆锥状的盾状火山。最大的火山是奥林匹斯山，直径600多公里，高出地面26公里，是珠穆朗玛峰的3倍，还在喷射熔岩。由于大气稀薄、温差大、干燥，因此经常有尘暴发生，形成尘埃云，甚至可持续几个月，可以笼罩整个火星表面。许多证据证实火星上有水存在。火星极冠是由荷兰的惠更斯在17世纪发现的，主要由干冰（固体CO2）组成，也有水冰。红外测量得知，火星北极和南极都有固态水形成的冰冠。火星极冠有四季变化。由于低温低压，所以没有液态水存在，水只能以地下冰形式存在，赤道的冰会升华为水汽。干冰在―127℃就会汽化。计算估计，如果极冠的冰融化，将使火星的水深达几米。岩石中含有很多的水分。1877年意大利天文学家斯基帕雷绘制的火星图十分著名，他还提出了火星运河的设想。运河是人工河流，因此他是第一个认为火星上有生命存在的科学家。但是火星探测器证实根本就没有人工运河存在。1971年卫星发现火星有河床（急流的水形成的，有支流、岛屿、沙洲和辫状结构）和峡谷（缓流水形成的）存在，因此推测可能有过液态水。根据照片计算，当时火星表面的水层厚度可达0.5~1公里。2004年探测器观测到火星曾经有水的证据。2005年德国报道，从火星照片上发现了巨大的冰海，规模为800公里×900公里，深度为45米，处在火星赤道附近。
人们认为火星最接近地球的星球，所以有可能有生命存在，火星人成为了讨论的热潮。火星大气和土壤成分里有碳、氧、氮、磷、硫这些生命必须的元素。火星条件有可能孕育生命，但是没有发现生命的遗迹。火星环境对生物生存是十分困难的。美国在1980年代的探测结果表明，上面没有任何的生命现象，甚至连复杂的有机物都没有发现。但是1996年8月7日，美国又宣称他们已经找到火星上曾经有生命的证据，但是没有得到确认。
火星大气稀薄，大气压为7.5毫巴，约0.008个大气压，相当于地球30~40公里高空的气压。推测火星以前大气密度是现在的10~50倍，因此可能有过江河。1947年美国的库珀对火星的红外辐射分析表明，大气的主要成分是二氧化碳（占95%），其次是氮（2.7%）、氩（1.6%）、氧（0.1%）、一氧化碳、水蒸气（0.01%）等。气温为－125~－10℃之间。有臭氧层存在。火星的表面平均温度比地球低30℃，赤道中午温度可达20℃，昼夜温差达100℃。两极夜间温度可达－139℃。
火星的磁场很弱。
火星有两个小卫星，半径为11和6公里，形成了火星系，公转周期分别是7小时40分和30小时18分。自转和公转周期同步，总是以一面对着火星，这是火星长期潮汐作用的结果。
图5.54火星的结构
（五）、木星
木星是太阳系里最大的行星，直径是地球的11倍，体积是地球的1316倍，质量是地球的318倍，约等于其它大行星质量总和的2倍半，平均密度为1.33克/厘米3。自转速度很快，赤道处的自转周期为9h50m30s，是最快的，两极自转周期要慢一些。公转周期是11.86年，1年有10500天。距离太阳平均7.783×108公里，近日点和远日点分别是7.4×108公里和8.16×108公里。太阳和木星的引力中心在太阳表面外4.5万公里处。二者绕引力中心转动，周期是约12年。
木星的结构就像太阳：由核、幔组成，没有壳。由铁和硅组成的固体核，中心温度可达3万K。核外是木星幔，厚7万公里，有内外两层，内层厚4.6万公里，由液态金属氢组成，温度为1.1万K，压力约300万大气压，使液态氢成为导电流体，具有金属性质。外幔厚2.4万公里，由液态分子氢组成。红外观测表明，木星辐射的能量（主要是红外方式）是它从太阳处吸收的能量的两倍，说明内部有辐射能源。由于质量不到太阳的0.1%，不能够发生核反应，不可能由核反应提供能量。这些能源来自哪里？未知道，一般认为其能量是由引力收缩产生的势能由液氢传递出来的。炁学提示：这些能量来自星核生产的炁流。木星核依然是炁子球。内幔是正常的星幔，外幔是熔融状态的星壳，在星系的冬季会冷凝成为星壳。可见木星的结构仿佛同太阳一样。
木星幔外是木星大气层，厚度约1千公里，主要成分是氢、氦、氨、甲烷、水、硫化氢、红磷等，有明暗相间的云带和大红斑。云带平行于赤道，发现了17条云带，亮带是淡色云，高度大，是暖气流上升形成的。暗带高度低，是冷气下降形成的。大红斑比较稳定存在，从1665年发现至今未变，大约10年绕木星转动一周。它是一个强大的气旋，是一个巨大的风暴中心，呈椭圆形，长2~4万公里，宽1.1万多公里，逆时针方向旋转，周期为6天，始终面向太阳。红色是由红磷形成的。有长达3万公里的极光，很亮，表明大气受到很多高能粒子的轰击。发现经常有闪电发生。云顶温度为－120℃。一般认为木星的化学组成与太阳大气组成相似。认为是保留了太阳星云的原始成分，由于质量大表面温度低，原始大气没有逃脱，被保留下来了。
木星有比地球强大得多的磁场、磁层和辐射带。表面磁场强度比地面强约10倍。磁层比地球大得多，有5个卫星在磁层内运行。有多种波长的射电辐射，常有射电暴发。
木星环带。1979年发现了三个木星环带，其中一个距离木星中心约12.83万公里，宽约数千公里，厚30公里，由黑色碎块组成，碎块大小为几十至几百米，公转周期约7小时。
木星有16颗卫星，形成了木星系。有规则卫星、不规则卫星和逆行卫星。有些卫星有火山活动。木卫一是一个不断喷发岩浆的火山卫星，发现木卫一有9个活火山，喷出物高达450公里，喷发强度比地球大得多。卫星基本上是岩石体结构。木卫二表面被冰覆盖着，是平滑的冰层，没有陨石坑，可能形成比较晚，冰壳厚度可能有100~150公里，有黑色条纹，可能是表面裂缝。冰的下面液态水。木卫三和四的密度说明其岩石和硅化物不超过15%，其余大部分是冰冻的水、氨和甲烷，有山脉、峡谷、环形山。
图5.55木星的结构
（六）、土星
土星是太阳系中密度最小的行星，平均密度只有0.70克/厘米3，体积是地球的745倍，质量是地球的95.18倍。自转很快，赤道处的自转周期是10h14m，使土星形成了扁球形，扁率为1/9。
土星结构类似木星，有一个直径2万公里的岩石核，核外是厚约5千公里的冰壳，再外面是8千公里厚的液态金属氢，再外是液态分子氢。无壳，是一个流体行星。辐射的热能（红外方式）约等于吸收的太阳热能的2.5倍，说明内部有辐射能源。
大气以氢氦为主，还含有甲烷、氨和其他气体。有稠密的氨晶体组成的云，形成亮暗相间的彩色云带，以黄色为主色，其余是橘黄色、淡黄色等。云顶温度为－170℃。和木星相似，认为是保留了太阳星云的原始成分，这是由于质量大表面温度低，原始大气没有逃脱，被保留下来了。
有磁场和磁层，比木星的小。
1655年发现土星有美丽的光环。光环位于赤道面上，共有7个环，其中3个环比较亮，其余4个环都很暗。环的周围有巨大的氢云。环可能是氢云的源。每个环是由若干细环组成，就像密纹唱片一样。环是由冰块组成的，冰块直径约4~30厘米，有些大到米级。环的总质量是土星质量的百万分之一。
土星有23个卫星，形成了土星系。有规则卫星、逆行卫星、不规则卫星。卫星上有明显的陨星坑。土卫十接近洛希极限，有瓦解的迹象。1655年发现的土卫6很特别，直径比水星还大，有浓厚的大气，气压是0.1~1.5个地球大气压，气温为—180℃，大气成分主要是氮，占98%，其余是甲烷、氩和微量的有机物（乙烷、乙炔、丙烷、乙烯、丁二炔、甲基乙炔、丙炔腈、氰、氢化氰等，它们是光化学作用的产物）。估计其表面是液甲烷的海洋。
炁学提示：星核是炁子球。
图5.56土星的结构
（七）、天王星
1781年赫歇耳发现了天王星。体积约为地球的65倍，仅次于木星和土星，质量是地球的14.63倍，平均密度为1.24克/厘米3，公转轨道长半径为19.18天文单位，公转时间为84年。几乎是躺在轨道上自转，赤道面与轨道面夹角是97°55′，自转周期在地面观测值为24±3h，后来经过射电波确定为16.8h±18m。1986年“旅行者2号”探测器经过9年的旅行终于到达天王星，对其进行近距离观测。从照片上看天王星就像一个有很多兰色条纹的星球。
天王星有磁场，磁轴偏离自转轴55°。有电辉光现象。有浓密的大气，占天王星总质量的20%，主要成分是氢（80~85%）、氦（占15~20%），有少量甲烷、氨、水分子等。与木星大气相似，南极有大量甲烷气体。
1977年发现天王星也有环带（光环），其后共发现了11个环带，打破了行星环是土星特有的现象。后来还发现了木星和海王星环带。
有15颗卫星，形成了天王星系。卫星动貌复杂，表明遭受过大量陨石的轰击和有几十亿年的演变历史。天王星的卫星上有许多巨大的环形山、陡峭的峡谷等复杂的地貌，说明受到过大量陨石的轰击。
图5.57天王星
（八）、海王星
海王星的发现是科学预言的伟大胜利。人们根据天王星存在的理论值和观测值的差异（1845年达到2分钟）预言了海王星的存在，并且在1845年由英国的亚当斯和1846年由法国的勒威耶分别根据万有引力方程计算了海王星的轨道和位置。果然在1846年9月23日柏林天文台的伽勒在所预言的地方发现了海王星，同理论计算的轨道地点误差不到1度。这件天文事件成为科学力量的佳话，证实了哥白尼的太阳系理论的正确性，巩固了天体力学的地位。
海王星的轨道半长径为30天文单位，公转周期为164.8年，自转周期约22小时，赤道面与公转轨道面的夹角是28°40′，因此也有四季变化。体积约为地球的57倍，质量为地球的17.22倍，平均密度1.66克/厘米3。
大气成分是氢、甲烷、氨等。高层大气温度达135~200K，在远日行星中是相当高的。
1984年智利宣布发现了海王星有环，有待证实。
海王星有2颗卫星。海卫1是太阳系中质量最大的卫星，为3.4×1026克，半径1900公里，比月球大，可能有大气存在。
图5.58海王星的结构
（九）、冥王星
1930年汤博发现冥王星。冥王星是太阳系中质量最小、距离太阳最远的行星。它的偏心率和倾角都比其他行星大。1978年发现冥卫后，通过计算确定冥王星的质量为地球的0.24%。线直径为2400~2900公里。表面温度很低，估计日照面温度约50K，背面约为20K。绝大部分物质冻结成固态和液态，表面可能有一层甲烷冰。
1978年6月22日发现冥王星有1颗卫星，直径是冥王星的1/3，质量是冥王星的3%，公转周期和自转周期都是6.3867天，是同步卫星。