1、空间科学空间科学太阳系太阳系探测探测水星金星地球火星木星土星天天王王星星海海王王星星 p. 21、太阳系构成、太阳系构成水星金星地球火星木星土星天天王王星星海海王王星星The Earth 3rd planet from the Sun1 AU = 150 million kmTravel time:By light -8 minutesBy Solar Wind- 100 hrsSolar System水星金星地球火星木星土星海王星海王星天王星天王星冥王星冥王星行行 星星矮行星矮行星小天体小天体类地行星类地行星小行星小行星彗彗 星星水水星星地地球球金金星星火火星星木木星星土土星星天天王王星星海
2、海王王星星冥冥王王星星谷谷神神星星珍珍娜娜慧星慧星流星流星类地行星类地行星类木行星类木行星行星的定义行星的定义n一颗行星是一个天体，它满足一颗行星是一个天体，它满足:(a) 围绕太阳运转围绕太阳运转;(b) 有足够大的质量来克服固体应力以达到有足够大的质量来克服固体应力以达到流体静力平衡的流体静力平衡的(近于圆球近于圆球)形状，形状，同时同时(c) 清空了所在轨道上的其他天体。清空了所在轨道上的其他天体。 矮行星的定义矮行星的定义n一颗矮行星是一个天体，它满足一颗矮行星是一个天体，它满足 (a)围绕太阳运转围绕太阳运转 (b)有足够大的质量来克服固体应力以达到有足够大的质量来克服固体应力以达到
3、流体静力平衡的流体静力平衡的(近于圆球近于圆球)形状形状 (c)没有清空所在轨道上的其他天体，同时没有清空所在轨道上的其他天体，同时 (d)不是一颗卫星。不是一颗卫星。 小天体小天体n其他围绕太阳运转的天体其他围绕太阳运转的天体 ，卫星除外，统，卫星除外，统称为称为“太阳系小天体太阳系小天体”。 冥王星和库帕带冥王星和库帕带库帕库帕带的位置带的位置处于处于距距离离太太阳阳40至至50天文单位天文单位（AU）低傾角的軌道上。該低傾角的軌道上。該处处过过去一直被去一直被认为认为空空无无一物，是太一物，是太阳阳系的系的尽头尽头所在。但所在。但事实事实上上这里布满这里布满着着直直径数十径数十公里到上千
4、公里的冰封物公里到上千公里的冰封物体体。库帕库帕带是现时我们所知的太带是现时我们所知的太阳阳系的系的边边界，是太阳系大多数界，是太阳系大多数的來源地。的來源地。流星流星球粒状郧石球粒状郧石大部分陨石是球粒陨石（占总数的91.5）小行星与小行星带小行星与小行星带有超过一万个小型星体（1 km 1000 km）位于与之间，这个带是小行星带，小行星带，大部分大部分来自于与之间小行星带。彗星彗星，或称为扫帚星扫帚星，是一种天体，由太阳系外围行星形成后所剩余的物质（如冰冻的气体、冰块、尘埃）组成。彗星质量很小，只有地球质量的几千亿分之一，通常沿著扁平的轨道围绕太阳运行。绕行一周所需的時间由几年至几百万年
5、不等。彗星彗星等离子体尾等离子体尾中性气体尾中性气体尾彗星彗星馬王堆帛書的彗星臨摹圖馬王堆帛書的彗星臨摹圖 (29幅) 西漢古墓 p. 15Orientation of rotation and magnetic axes 17Comparative Magnetosphere18NATURE |VOL 432 | 4 NOVEMBER 2004木星的极光 p. 242011年9月1日（农历八月初四）13点43分,钱塘江大潮观潮圣地浙江海宁盐官，形成一线潮。图为潮来现场。 n没有大气，表面也无没有大气，表面也无液态水液态水n昼夜温度变化很大，昼夜温度变化很大，表面最高温度高达表面最高温度高达1
6、23 C，白天平均温，白天平均温度为度为107C，夜间平，夜间平均温度为均温度为-153C，夜半球温度最低达夜半球温度最低达-233 C。 A NASA radar aboard Indias Chandrayaan-I lunar orbiter found 40 craters, ranging in size from 1 to 9 miles across, with pockets of ice. Scientists estimate at least 600 million tons of ice could be entombed in these craters.三种可能：一
7、是来自撞击月球的彗星或小行星;二是撞击事件释放了困于月表下面的水；三是携带氢原子的太阳风，氢原子与月球土壤中的氧原子结合 形成水。如果真是太阳风，那还意味着太阳系中没有大气的地方也可能有少量水，比如水星和小行星。月球发现有水证据：一吨土壤含月球发现有水证据：一吨土壤含900克水克水(图图)H+O+H = H2O月球表面特征月球表面特征 n大的暗区称为大的暗区称为“月海月海”;n月面上有月面上有22个月海，其个月海，其中有中有19个在朝向地球的个在朝向地球的半个月球半个月球 ;n月陆又常称作月陆又常称作高地高地，是，是月面上亮的一些区域，月面上亮的一些区域，比月海高比月海高 公里，公里，约占月球
8、表面总面积的约占月球表面总面积的4/5 ;n月球布满大大小小的陨月球布满大大小小的陨击坑。击坑。 月壤与月土月壤与月土n月球表面覆盖着的碎岩和细尘覆盖层称月球表面覆盖着的碎岩和细尘覆盖层称为为“月壤月壤”，而月壤中的细尘，而月壤中的细尘(小于毫小于毫米米)另称作另称作“月月尘尘”或或“月土月土”（Lunar soil）。）。n月壤完全不同于地球土壤，不是风化过月壤完全不同于地球土壤，不是风化过程形成的，也不含腐植质，而是基岩被程形成的，也不含腐植质，而是基岩被陨击的溅射碎屑沉积的连绵覆盖层。陨击的溅射碎屑沉积的连绵覆盖层。 已经命名已经命名的陨石坑的陨石坑有有8千多个千多个月球南极的艾特肯盆地
9、月球南极的艾特肯盆地（Aitken Basin）n图中兰色区域为图中兰色区域为 Aitken Basin，直，直径径2500km，深，深12km，是太阳系，是太阳系最大的撞击坑最大的撞击坑月球月球近边近边月球月球远边远边为什么要探测月球为什么要探测月球n科学意义科学意义n月球资源月球资源n技术意义技术意义科学意义科学意义n月球的起源与演变月球的起源与演变n月球的空间环境月球的空间环境n在月球轨道观测地球的空间环境在月球轨道观测地球的空间环境n月球天文台月球天文台n在月球上监测近地小行星在月球上监测近地小行星月球资源月球资源n核聚变材料核聚变材料氦氦3n极区可能存在的极区可能存在的水冰水冰n稀有
10、矿物资源稀有矿物资源技术意义技术意义n为更远的深空探测做为更远的深空探测做技术准备技术准备n验证一些新技术验证一些新技术n推动高技术的发展推动高技术的发展月球探测的形式月球探测的形式n飞越（飞越（flyby）n硬着月或软着月硬着月或软着月n环月环月n由登月舱取样返回由登月舱取样返回n载人登月载人登月n建立永久性的基地建立永久性的基地 月球探测历史月球探测历史n第一个飞越月球的探测器第一个飞越月球的探测器Luna 1n第一个硬着月的探测器第一个硬着月的探测器Luna 2n首次在月球表面软着陆首次在月球表面软着陆Luna-9n第一个环月探测器第一个环月探测器Luna 10n美国于美国于1968年年
11、12月发射的月发射的Apollo 8，是第，是第一艘载人的环月飞船一艘载人的环月飞船 ；n1970年年7月月20日，美国日，美国Apollo 11号载人飞号载人飞船成功登月，并从月球带回船成功登月，并从月球带回21.7kg的土壤的土壤和岩石样品，这是人类首次踏上月球。和岩石样品，这是人类首次踏上月球。中国的中国的“嫦娥嫦娥”探月计划探月计划n第一步第一步：于：于2007年发射年发射环月探测卫星，对月球环月探测卫星，对月球表面进行三维成像，探表面进行三维成像，探测近月空间环境，探测测近月空间环境，探测月球矿物分布；月球矿物分布；n第二步第二步：机器人在月球：机器人在月球表面软着陆，对月球表表面软
12、着陆，对月球表面进行实地探测；面进行实地探测；n第三步第三步：从月球取样返：从月球取样返回。回。 p. 492 、类地行星、类地行星n水星水星n金星金星n地球地球n火星火星类地行星的主要特征类地行星的主要特征n基本上是由岩石和金属组成基本上是由岩石和金属组成n固体表面，密度高固体表面，密度高n自旋缓慢自旋缓慢n没有环没有环n卫星少卫星少类地行星研究关注的问题类地行星研究关注的问题n类地行星环境及其演变类地行星环境及其演变n类地行星磁场的源类地行星磁场的源n火星上是否有水和生命火星上是否有水和生命 水水 星星Mercury水星水星1.水星的基本参数和表面形态水星的基本参数和表面形态2.水星大气层
13、水星大气层3.水星的磁场与磁层水星的磁场与磁层4.水星研究关注的水星研究关注的 问题问题1.水星基本参数和表面形态水星基本参数和表面形态n到太阳的距离：到太阳的距离： 0.387AUn与地球半径之比：与地球半径之比：0.383n与地球密度之比：与地球密度之比：0.984n平均轨道速度：平均轨道速度：47.88km/sn公转周期：公转周期：87.969天天n自转周期：自转周期：58.646天天 一个水星日一个水星日2/3个水星年个水星年水星表面特征水星表面特征n陨击坑陨击坑：最大直径：最大直径1300公里；公里；n盆地盆地：在飞船所摄：在飞船所摄45%水星表面，辨认水星表面，辨认出出35个直径大
14、于个直径大于200km的盆地；的盆地；n平原平原：平坦平原、坑际平原和多丘线状：平坦平原、坑际平原和多丘线状区；区；n环行山环行山、悬崖和谷悬崖和谷。水星最大的陨水星最大的陨击击坑：直径坑：直径1300km水星最热的地方水星最热的地方 卡路里盆地卡路里盆地n火星最热的地方是火星最热的地方是Cloris Basin，最热，最热时达时达427。n在中午，岩石中的在中午，岩石中的铅、锡被强烈的阳铅、锡被强烈的阳光熔化析出，汇聚光熔化析出，汇聚成金属液潭；成金属液潭；n最新探测结果比原最新探测结果比原测值大测值大.2. 水星大气水星大气n表面气压约表面气压约10-15 bar(地球表面为地球表面为1.
15、013 bar)；n主要成分：主要成分： He：42% Na：42%; O2：15%; 其它：其它：1%;水星表面温度水星表面温度n最高温度：最高温度：427C, n最低温度：最低温度：-173 Cn平均表面温度：平均表面温度： 179C3. 水星的磁场与磁层水星的磁场与磁层n赤道表面磁场约为地球赤道表面磁场约为地球的的1%；n水星的磁层比地球磁层水星的磁层比地球磁层小，磁层顶距水星中心小，磁层顶距水星中心仅仅1.3倍水星半径；倍水星半径；n水星没有电离层。水星没有电离层。类地行星与月球的密度类地行星与月球的密度水星研究关注的问题水星研究关注的问题n为什么水星的密度那样高？为什么水星的密度那样
16、高？n水星磁场的来源？水星磁场的来源？n水星的地质是怎样演变的？水星的地质是怎样演变的？n水星的极区有冰吗？水星的极区有冰吗？n水星的大气层有那些挥发性成分？水星的大气层有那些挥发性成分？n水星没有电离层，磁场怎样与太阳风相水星没有电离层，磁场怎样与太阳风相互作用？互作用？水星探测水星探测n水手水手10号号n信使号信使号探测水星的技术难点探测水星的技术难点1.飞船与水星的相对速度太大飞船与水星的相对速度太大2.飞船在日照时温度非常高飞船在日照时温度非常高利用金星的引力助推作用利用金星的引力助推作用4.2.2 金星（金星（Venus)主要内容主要内容1.金星的基本参数金星的基本参数2.金星大气层
17、金星大气层3.金星表面特征金星表面特征金星的基本参数金星的基本参数到太阳的平均距离到太阳的平均距离：0.723AU公转周期公转周期：224.701天天 自转周期自转周期：243.01天天平均轨道速度：平均轨道速度：35.02km/s平均密度平均密度：地球的：地球的0.95 赤道半径赤道半径：地球的：地球的0.95体积体积：地球的：地球的0.86 质量质量：地球的：地球的0.82金星的自转方向与地球相反金星的大气层金星的大气层n表面气压表面气压: 92bar，是地球的，是地球的92倍倍n主要成分主要成分: CO2（96.5%) ，氮，氮（3.5%）；）；n次要成分次要成分: 水汽、二氧化硫等；水
18、汽、二氧化硫等；n大气中有气辉和闪电，但没有积雨云；大气中有气辉和闪电，但没有积雨云；n有电离层和磁层。有电离层和磁层。金星的表面温度金星的表面温度n最高温度最高温度: 480Cn表面温差不超过表面温差不超过10度度(温室效应强温室效应强)金星的表面特征金星的表面特征n表面平坦，除了少数高地区外，高程差表面平坦，除了少数高地区外，高程差很小（仅很小（仅23km）n高地（高地（8%）n低地（低地（27%）n起伏平原（起伏平原（65%）最大的陨石坑最大的陨石坑 Mead 陨石陨石坑，直径坑，直径280km。长的通道长的通道 宽宽1km4km，长长120km。是岩溶流动是岩溶流动流下的痕迹。流下的痕
19、迹。圆形的山圆形的山n这这7个圆顶个圆顶形的山平形的山平均直径均直径25公里，最公里，最高高750米。米。金星探测金星探测n“金星金星”（Venera）系列：）系列： 16艘艘n“水手水手”（Mariner）系列：）系列： 3艘艘n“维伽维伽”（Vega）系列：）系列： 2艘艘n“先锋金星先锋金星”（Pioneer Venus）系列：）系列： 2艘艘n“探测器探测器”（Zond ）飞船）飞船1艘艘n“伽利略伽利略”（Galileo ）飞船）飞船1艘艘n“麦哲伦麦哲伦”（Magellan ）飞船）飞船1艘艘火星火星(Mars)主要内容主要内容n火星的基本参数火星的基本参数n火星大气火星大气n表面
20、形态表面形态n火星上的水火星上的水火星的基本数据火星的基本数据n到太阳的距离：到太阳的距离：1.52AUn直径：直径：6794km(地球的地球的 0.533倍倍)n密度（与地球之比）：密度（与地球之比）：0.713n重力加速度（与地球之比）：重力加速度（与地球之比）：0.377n公转周期：公转周期：686.98天天n自转周期：自转周期：24h37m22.6s火星大气火星大气n大气压力：大气压力：0.007barn大气成分：大气成分： CO2 : 95.32% N2 : 2.7% （77%）Ar: 1.6%（0.9%） O2 : 0.13% (21%) H2 O: 0.03% (0.1%) Ne
21、: 0.00025 %火星的雾火星的雾火星的云火星的云火星表面温度火星表面温度n最高表面温度：最高表面温度：270Cn最低表面温度：最低表面温度：-1400Cn平均表面温度：平均表面温度：-550C火星表面形态火星表面形态n激光高度计测激光高度计测量的结果，误量的结果，误差在差在13米之内；米之内；n南半球平均高南半球平均高度在地形度在地形“海海平面平面”之上之上13公里，北半球公里，北半球居居“海平面海平面”之下，且环行之下，且环行山稀少。山稀少。塔西斯（塔西斯（Tarsis）隆起区）隆起区n高达高达27km，横跨，横跨4000km。n有有3个东北个东北-西南向西南向排列的盾形火山，排列的盾
22、形火山，间距约间距约700km，直，直径为径为350400km。火山口深火山口深34km。太阳系最高的火山太阳系最高的火山n奥林匹斯奥林匹斯（Olympus）火山，高火山，高27km，直径直径550km，顶部火山口直顶部火山口直径约径约80km。悬。悬崖高崖高6km以上，以上，环绕在奥林匹环绕在奥林匹斯底部。斯底部。“水手水手”大峡谷大峡谷n长长4000km，宽，宽600km，深，深7km。n美国科罗拉多大峡美国科罗拉多大峡谷长谷长350km，最大，最大深度深度1.7km,最大宽最大宽度度29km。火星最大的盆地火星最大的盆地Hellas 长轴和短长轴和短轴分别为轴分别为2000和和1600k
23、m，深深4km火星的极区火星的极区n极区表面最上层极区表面最上层是水冰和干冰以是水冰和干冰以及尘埃的极冠，及尘埃的极冠，冰极冠下面是层冰极冠下面是层状沉积。状沉积。南北极冠的情况南北极冠的情况火星的尘暴火星的尘暴n每个火星年大约每个火星年大约有有100次区域性次区域性尘暴发生；尘暴发生；n在每个火星年中，在每个火星年中，有有1、2次区域性次区域性尘暴发展成全球尘暴发展成全球性大尘暴。性大尘暴。火火星星的的尘尘暴暴n每个火星年大约有每个火星年大约有100次区域性尘暴次区域性尘暴发生；发生；n在每个火星年中，有在每个火星年中，有1、2次区域性次区域性尘暴发展成全球性大尘暴。尘暴发展成全球性大尘暴。
24、大气层大气层n 压强压强 主要成分主要成分n地球地球 1.00 N2，O2n火星火星 0.077 CO2，NO2 n金星金星 92.00 CO2，N2n水星水星 10 -15 He, Na类地行星比较类地行星比较类地行星和月球的磁性类地行星和月球的磁性n水星水星：有普遍磁场，但很弱；没有电离：有普遍磁场，但很弱；没有电离层和辐射带；层和辐射带；n金星金星：磁矩小于地球的十万分之五，有：磁矩小于地球的十万分之五，有电离层；电离层；n火星火星：磁场不超过地球的千分之四，有：磁场不超过地球的千分之四，有电离层和磁层；电离层和磁层；n月球月球：没有普遍磁场，磁矩小于地球的：没有普遍磁场，磁矩小于地球的
25、一千万分之一。一千万分之一。类地行星大气是怎样演变的？类地行星大气是怎样演变的？n地球所含的二氧化碳与金星一样多，但地球所含的二氧化碳与金星一样多，但地球所含的地球所含的CO2储藏在动物骨骸所形成储藏在动物骨骸所形成的灰石中；未来将怎样变化？的灰石中；未来将怎样变化？n金星大气原来是什么状态？为什么演变金星大气原来是什么状态？为什么演变到今天的情况？到今天的情况？n火星的臭氧层怎样被破坏的？人类应吸火星的臭氧层怎样被破坏的？人类应吸取什么教训？取什么教训？火星上有生命吗？火星人脸火星人脸火星上有生命的证据火星上有生命的证据n1996年年12月月美国科学家美国科学家宣布：宣布：1984年在南极洲
26、年在南极洲发现的发现的ALH84001陨陨石来自火星石来自火星。火星陨石携带生命信息火星陨石携带生命信息n在电子显微镜图片中，在电子显微镜图片中，地球上的细菌（上）地球上的细菌（上）与火星陨石中的结晶与火星陨石中的结晶体（下）外观惊人地体（下）外观惊人地相似。相似。n结晶体是火星陨石以结晶体是火星陨石以长链状排列的磁铁结长链状排列的磁铁结晶体，这种链状结构晶体，这种链状结构只能由曾经活着的生只能由曾经活着的生物体组成。物体组成。火星陨石坑中地下水的痕迹火星陨石坑中地下水的痕迹n陨石坑陨石坑边缘有边缘有明显水明显水冲刷过冲刷过的痕迹的痕迹火星上过去曾经有水吗？火星上过去曾经有水吗？火星上现在有水
27、吗？火星上现在有水吗？ 表面水流表面水流的痕迹的痕迹遗留的问题遗留的问题n火星上的水存在于什么年代？火星上的水存在于什么年代？n火星上的水存在多长时间？火星上的水存在多长时间？n火星上的水在什么年代消失的？火星上的水在什么年代消失的？n什么原因导致火星水的消失？什么原因导致火星水的消失？n火星上曾经有生命吗？火星上曾经有生命吗？“火星快车火星快车”寻找地下水寻找地下水探测原理探测原理火星快车在赤火星快车在赤道附近发现冰道附近发现冰 陨石坑阴影处陨石坑阴影处含有地下冰含有地下冰火星快车在陨石坑中发现水冰火星快车在陨石坑中发现水冰火星极区存在水冰的证据火星极区存在水冰的证据雷达观测结果雷达观测结果
28、n南极富含冰的沉积层厚南极富含冰的沉积层厚度分布度分布 n沉积区主要由水冰构成，沉积区主要由水冰构成，紫色紫色：冰层最薄，：冰层最薄，红色红色：冰层最厚。冰层最厚。n沉积层内总的水冰体积沉积层内总的水冰体积等效于覆盖整个火星等效于覆盖整个火星11米深的水层。米深的水层。n黑色圆形区是南纬黑色圆形区是南纬87以以内的区域。内的区域。火星大气火星大气含有水蒸气和甲烷的区域含有水蒸气和甲烷的区域 118地球科学概论地球科学概论（空间科学部分）纲要（空间科学部分）纲要（2010.10）基本概念基本概念1. 1.中性大气部分中性大气部分中间层、热层、臭氧层中间层、热层、臭氧层2. 2. 电离层电离层极光
29、、电离层不规则性、电离层闪烁、突发电离层骚极光、电离层不规则性、电离层闪烁、突发电离层骚扰、电离层暴扰、电离层暴3. 3. 磁层磁层 地球空间、辐射带、地磁活动、磁暴、磁层亚暴、环地球空间、辐射带、地磁活动、磁暴、磁层亚暴、环电流电流4. 4.太阳与太阳风太阳与太阳风 太阳耀斑、日冕物质抛射、太阳活动、太阳风、太阳太阳耀斑、日冕物质抛射、太阳活动、太阳风、太阳黑子黑子重点理解的问题重点理解的问题大气层分层大气层分层高层大气状态变化对航天器的影响高层大气状态变化对航天器的影响无线电波传播的方式无线电波传播的方式电离层的状态为什么会影响电磁波传播电离层的状态为什么会影响电磁波传播带电粒子在地磁场中
30、运动的三种方式带电粒子在地磁场中运动的三种方式地磁活动的原因地磁活动的原因磁暴发生的原因磁暴发生的原因突发电离层骚扰产生的原因突发电离层骚扰产生的原因太阳耀斑对地球空间的影响太阳耀斑对地球空间的影响日冕物质抛射对地球空间的影响日冕物质抛射对地球空间的影响九大行星分类九大行星分类研究月球的意义研究月球的意义, , 类地行星演变的意义类地行星演变的意义Venera 4n1967年年6月月12日发射，日发射，10月月18日到达金星，日到达金星，释放出下落容器。释放出下落容器。容器通过降落伞减容器通过降落伞减速，一直下落到距速，一直下落到距金星表面金星表面24.96 公里公里处。此后没有收到处。此后没
31、有收到信号，估计是容器信号，估计是容器被大气层压坏。被大气层压坏。Venera 5n1969年年1月月5日发射，日发射，5月月16日到达金星，日到达金星，释放出下落容器。释放出下落容器。容器通过降落伞减容器通过降落伞减速，下落到距金星速，下落到距金星表面表面2426 公里处公里处时，压强值为时，压强值为26.1个个大气压。此后没有大气压。此后没有收到信号。共接收收到信号。共接收53分钟的数据。分钟的数据。Venera 6n1969年年1月月10日发射，日发射，5月月17日到达金星，日到达金星，释放出下落容器。释放出下落容器。容器通过降落伞减容器通过降落伞减速，下落到距金星速，下落到距金星表面表
32、面1112 公里处公里处后，没有收到信号。后，没有收到信号。共接收共接收51分钟的数分钟的数据。据。Venera 7n发射时间：发射时间：1970-8-17n科学仪器舱（能经科学仪器舱（能经受受180180个大气压）于个大气压）于1970年年12月月15日降日降落到金星表面。是落到金星表面。是第一个降落到金星第一个降落到金星表面的人造物体。表面的人造物体。 Venus Expressn2005年年10月月26日，日，欧洲空间局发射一欧洲空间局发射一颗金星探测器颗金星探测器金星快车金星快车，以进一，以进一步揭示金星大气层步揭示金星大气层的奥秘。的奥秘。 金星快车的目的金星快车的目的（1）为什么金星的大气层含有那么多的二）为什么金星的大气层含有那么多的二氧化碳？氧化碳？ （2）金星历史上曾经有液体海洋吗？）金星历史上曾经有液体海洋吗？ （3）金星上现在有活火山吗？）金星上现在有活火山吗？ （4）金星上有生命吗？）金星上有生命吗？ （5）金星大气）金星大气“超旋超旋”之谜之谜 金星快车的新发现金星快车的新发现-双涡旋双涡旋
