1 太阳家族

太阳的光辉照耀着行星，行星则在近圆形的轨道上绕太阳运行。行星不能通过核反应产生光，它们只能通过反射太阳光而发亮。

太阳系共有四颗石质内行星，分别是水星、金星、地球和火星；再往外是四颗更大的行星，其中两颗——木星和土星主要是由气体组成，另两颗天王星和海王星——主要由冰组成。

石质小行星大部分处于火星和木星之间的轨道上，太阳系形成初期，这类小天体与行星的坚硬表面碰撞，从而在行星上留下了众多的陨石坑和巨大盆地。太阳家族还包括冰质彗星，它们来自太阳系最遥远的地方，轨道呈抛物线形。很多彗星会靠近地球，偶尔还会在夜空中形成壮观的景象。流星是偏离轨道靠近地球的小星体。

上述行星很多有石质或冰质卫星，或还有环轨道系统。地球的卫星——月球是最大的天然卫星之一，它非常美丽，并于1969年成为人类宇航员第一个造访的地外天体。

太阳系生成

早在太阳诞生以前，宇宙中一代代的恒星就已经历了生与死。死亡恒星的残留物是组成新恒星的重要物质，它们漂浮在太空中巨大的尘埃和气体云内。

大约46亿年前，银河系中一个这种巨大分子云中的某个区域因为受到自身重力作用而开始塌陷，它中心核的物质开始缓慢旋转，随后又在尘埃和气体的覆盖下塌陷。该云团就是太阳星云，这是地球所在的太阳系的胚胎。

在其后的1亿年间，太阳星云的中心质量，逐渐增大，并最终成为一颗原恒星，但在这一阶段，氢聚变为氦的反应尚未发生。原恒星开始快速自旋，这使云团变得扁平，成为一个慢速旋转圆盘。

圆盘继续扩大，这一阶段，其质量占到了整个太阳质量的4%（今天，它只占太阳质量的0.1%）。最后，该圆盘逐渐演化成拥有行星和卫星的太阳系家族。

在星云的中心、靠近新生原太阳的地方，在不断增长的云团粒子碰撞影响下，温度开始上升。

云团最初是冰冷的，温度大约是50K，因此只有氦和氢能以气态形式存在，星云中的其他物质不是尘埃就是冰。随着中心附近温度的升高，中心附近的挥发性物质开始气化，而星云外围地区仍旧是一片寒冷。

星云内部温度分布——原太阳附近为2000K左右、外围温度则只有50K——影响了星云内部分子的分布。像金属和硅酸盐矿物之类最致密的物质在1500K左右的温度下会浓缩，并受原太阳重力牵引，聚集到星云的内区域，吸积形成太阳系中较小的石质内行星。而相对较轻的冰和气体，例如水、二氧化碳、甲烷和氨，以及氢和氦，则被推向外部区域，星云内区域元素如氢和氦逐渐耗尽，迫使其进入更冷的区域，在那里它们开始浓缩成大的气态外行星。与此同时，原太阳内的温度和压强形成，其核的温度最终达到了1000万℃～1500万℃，导致氢聚变为氦。太阳开始发光并释放巨大的能量，它的内部也开始产生强烈的对流，并且以“恒星风”的形式稳步地散失质量。上述状况在经典金牛座T型星阶段快速发生，在该阶段--从太阳10万岁开始持续将近1000万年的一个阶段，和太阳质量相当的恒星一年中会消耗自身总质量的百万分之一。

这种强大的粒子风会将多余气体吹离太阳系，同时能将太阳附近的原行星上的挥发性物质驱走。

太阳

太阳系如果没有太阳，就不会有生命。太阳的直径为139.2万千米，超过地球的109倍，它是一颗较稳定的恒星，闪着黄色的光。太阳核的温度高达1500万K，这样的环境足以将电子从原子核中剥离，并使氢聚变为氦。在地球上看到的太阳“表面”是太阳大气的外层，即光球，其温度在6000K左右。

通过特定的滤光器观察或将太阳圆盘的影像投射在一块白板上，人们就会发现太阳表面的亮度是不均匀的，这就是太阳耀斑。太阳表面亮度的不同反映了外层中的对流所引起的温度的差异。这可能暗示了氢经历的变化：从太阳内部的完全离子化到太阳表面的中性化。在太阳的可见表面上方约500千米处，大气压强急速下降，温度也至少下降到2000K，来自光球的绝大多数辐射都能够透过这里的气体，但和该层原子辐射波长相等的辐射则会被吸收。复杂的太阳光谱就在这里开始产生。对太阳光谱的分析使天文学家能够测算太阳的化学元素的含量。

太阳中温度较低的地区，也就是通常所说的“反变层”，位于色球层的底部、光球层之上，有几千千米厚。色球只有在日全食前后极短的时间内才能为人眼所见，由于氢的散发，它呈现出微红色。用特殊仪器对该外部区域进行的研究显示，有喷流状钉子似的网从色球处升上来，这些网状物就是日珥。壮观的日珥冲向日冕区，如果它们受到太阳磁力线的包围，就会形成复杂的弓形和环形结构。色球向上延伸到日冕层，而日冕则形成融入行星际空间的太阳风。

由于受到从光球喷向色球的冲击波的激荡，日冕处于持续运动状态，它扩张进入空间，形成“太阳风”——高速运动的电子、质子、氦核与其他离子的混合物，可以穿过整个太阳系甚至传得更远。太阳风以每秒约500千米的速度接近地球，能与地球磁场产生很强的相互作用。到达地球的X射线和紫外辐射将地球大气的上层离子化，从而形成了地球大气的电离层。

地球和月球

尽管月球的直径只有地球直径的1/4多，但已经是一颗很大的卫星了。地球和月球有时被看作双行星系统，围绕着地球内部深处的某一点共同转动。月球对地球具有强大的引力，这使得地球上的海洋每天产生两次潮汐。

月球轨道距地球的平均距离为38.4392万千米，它的自转周期和绕地公转周期都是一个月，因此，月球总是以同一面对着地球，也就是说，在地球上永远看不到月球的另一面。月球的月相取决于地球、月球和太阳之间不同时期的角度变化。当地球的影子投射到月球上时，就会出现月食。

月球的平均密度要比地球平均密度小很多。众所周知，地球的平均密度比较高是由于其核含有重物质，可以推测，月球不同于地球是因为它没有一个巨大的致密核。

月球的表面布满了陨石坑，这表示月面很古老。月球上陨石坑最多的地区叫做高地，反照率比较高，位于相对较暗的月海更高处。

高地的高反射率是由于它上面覆盖着浅色钙长石的缘故，浅色钙长石富含钙和铝，是月球古老月壳的主要组成部分。

高地的岩石样本显示，它们已有45亿年的历史——比地球地壳中所有已知岩石的年龄都要大。与类型相似的地球岩石不同，所有月岩中都不含挥发性元素。

这些古老的岩石在很长一段时间内遭受着小行星体的强烈撞击，直到40亿年前撞击才逐渐停止。高地岩石有很多是陨击岩，它们是由被撞碎的月球外壳岩石或越过月球表面的喷出物形成的。

月海比较年轻，表面也较平坦，它是由火山玄武岩组成的。火山玄武岩来自月球内部，以熔岩的形式在月球表面流动，最后填充在诸如月海低地之类的大型撞击盆地中。这些岩石大约形成于39亿年前到30亿年前之间，这表明至少在那个时段，月球内部是异常灼热的。大多数月海低地都处于月球向着地球的这一面上，因此月球向着地球这面的外壳比背向地球那面的外壳要薄。

曾经有一段时间，月球源于地球的说法颇为流行，人们认为月球是从地球太平洋喷出去的。不过，现在该观点的影响力已经大大减弱。

现代科学研究认为，在地核形成后不久，曾有一个巨大的天体擦过地球。这次碰撞释放的能量将巨大物质云抛入了绕地球的轨道中，随后，这些物质逐渐收缩形成了月球。由于较致密的物质在到达轨道前就落回了地球，所以月球实际上是由密度相对较小的物质组成的。

卫星

太阳系外围的四个气态巨行星——木星、土星、天王星和海王星都有很多卫星。20世纪70年代和80年代发射的两艘“旅行者号”宇宙飞船让天文学家第一次看到了这些卫星。到了20世纪90年代末和21世纪初期，“伽利略号”空间探测器对木星及其周围环境进行了探测，展示了其卫星的细节特征并搜集了大量相关信息。

很多太阳系外围卫星都含有大量冰及岩石物质，本身就是一个大星球，例如，木卫三是太阳系中最大的卫星，事实上它比水星还要大，它甚至有自己的磁场。

木星的另一卫星——木卫一，是太阳系中火山活动最活跃的星球——尽管地球上有600多个活火山而木卫一上只有100个左右，但木卫一上火山喷发的热量是地球上所有火山喷发热量的两倍。这种壮观景象发生在一个体积只有地球1/3的星球上，不得不令人惊叹。木卫一每年喷出的熔岩数量是地球每年喷出熔岩数量的100倍。

正是火山喷出的熔岩给了木卫一绚丽的色彩，这些色彩大多是由硫磺形成的。熔岩温度最高的地方往往是最暗的地方。从火山口喷出的熔岩是红色的，它慢慢变为黄色。地球的火山熔岩中没有发现如此高浓度的硫磺，然而在非洲南部的一种叫做科马提岩的岩石有非常古老、固化的熔岩，和木卫一上的熔岩成分非常相似。

木星强大的引力场导致了木卫一上强烈的火山活动。这也在木卫一上引起了巨大的“潮汐”，挤压卫星并使其内部升温，最后，热量通过火山活动被释放出来。

木星另一颗大卫星——木卫二是整个太阳系中最有趣的地方之一，这里的潮汐力比木卫一的要小，在它厚的冰层外壳下面还有一个全球性的海洋。它的冰层厚度大概在1～10千米之间，而底下海洋的深度则被认为有100千米。如果科学家的推测是正确的，木卫二上的水比地球上的还要多。现在，很多人都很好奇木卫二的海洋里是否存在简单的微生物。空间工程师正在设计空间探测器试图解答这一疑问。木星最亮卫星中的第四颗也是最外面的那颗大卫星--木卫四可能有一个亚表面盐水海洋。

美国太空总署（NASA）与欧洲航天局（ESA）联合发射的空间探测器“卡西尼-惠更斯号”于2004年进入绕土星运行的轨道。在该合作任务中，欧洲航天局（ESA）制造了“惠更斯号”探测器，该探测器计划登陆土星的卫星——土卫六。作为太阳系的第二大卫星，已知土卫六拥有稠密的大气，通过望远镜科学家已对其大气成分进行了分析，结果表明它的大气成分和生命出现前的40亿年前地球可能存在的大气总体上有些相似。在“惠更斯号”探测器飘向土卫六的过程中，它将采集土卫六大气中的化学元素样本，为我们提供了有关早期地球状况的线索。

天王星和海王星的卫星一般都比较小，且含有多种岩石与冰的混合物。现在还没有对它们进行进一步探索的计划。

小行星

八大行星以及太阳系中的无数小天体都围绕太阳运转。这些天体中的小行星形成了一个引人注目的群体，它们中的绝大多数都位于火星和木星之间，围绕着太阳运转，另外有一部分的轨道和地球轨道相交。科学家估计，直径超过1000米的小行星至少有100万颗。

小行星与通过吸积形成行星的星云物体在本质上很相似，但在某些小行星粘在一起形成更大天体之前，它们受到太阳和其他行星的引力影响而被置于倾斜的长轨道上，所以它们最终没有能够成为大行星。

木星强大的引力肯定会抑制现存的小行星带中一颗主要行星的成长。它的引力影响会使一些物质飞向木星（发生碰撞形成陨坑），另一些物质则完全脱离太阳系。那些拥有和地球相交轨道的小颗粒就叫做流星。

通过望远镜，人们可以看到很多小行星的亮度会发生变化，这很大程度上是由于它们的不规则形状造成的，也有部分是由各侧面的反射率不一样造成的。小行星型是C型（或碳质类），这些星体比煤还暗，主要位于小行星带的外围区域；位于小行星带中间区域的主要是S型星体，富含硅，其反照率处于中间水平；而M型金属（性）星体的反照率一般，M型小行星很可能是更大的不同母体行星解体了的富含金属的内核。

流星体的数量甚至比小行星还多，而且它们的化学成分也相似。当它们受到地球引力的影响而坠入地球大气层时，摩擦力的作用会使它们的温度升高，然后人们就能看到一个火球或流星。大多数这类星体会在大气层中解体，但有些大的碎片有可能坠落到地球表面成为陨星，给行星科学家提供了早期太阳系珍贵的地质化学资料。

按照传统，流星体被分为石质、铁质或石-铁混合质三类（区别于小行星群的分类法），但一种更有意义的分法是将其分为“差别”类和“无差别”类。“无差别”类中主要是球粒状陨石，它们包含和太阳大气成分相似的化学元素。“差别”类流星体经历了化学变化，并被认为是更原始的行星物质熔融与分离的产物。一些较年轻的星体，如SNC族陨星，和火星表面的物质很相似，也许它们就是在某次撞击中从火星表面脱落的。

球粒状陨石是由高温富铝物、挥发性物质和被叫做“陨星粒养体”的特殊球状颗粒组成的，“陨星粒养体”是原始熔岩熔融的产物。这些成分证实了在行星吸积时期，组成太阳星云的那些物质很好地混合在一起。

通过拍摄到的许多流星体的精确照片，能计算出它们的轨道。科学家发现，这些流星体的轨道与那些和地球轨道相交的小行星例如阿波罗和伊卡鲁斯的轨道非常相似。据推测，这些流星体曾属于小行星主带，但在强大而不稳定的木星引力影响下，它们最终脱离小行星带变成了流星体。

彗星

彗星是太阳系中最小同时也是最古老的天体之一。彗星的起源和太阳系本身密切相关，因为它们似乎是由原始的太阳星云物质直接压缩而成的。尽管传统上认为它们的出现是厄运的预兆，但对彗星周期性出现的预言是早期天文学家的重大成就之一。如今，彗星的回归已被科学家看作收集太阳系早期历史信息的特殊机遇。

彗星的质量很小，这意味着它们在形成之后几乎没经历什么化学变化，它们因此被认为是吸积形成外行星的原始太阳星云物质的残余物。

彗星由冰和尘埃组成，被形象地称为“脏雪球”。它们早期可能受到了重力影响并产生摄动，最后被抛入一个由无数彗星组成的绕太阳系运转的巨大云团内。这个云团就是奥特星云，它位于太阳到最近一颗恒星距离的1/3处。其中一些彗星的运行周期很短，轨道呈高度椭圆状，这些轨道将它们引进太阳系内部，但其轨道平面不一定和行星轨道平面重合。

当一颗彗星接近太阳时，它的冰核会部分蒸发，产生漫射的明亮彗发或尘埃和气体云，并受太阳风作用产生长达几十亿千米、背离太阳的离子化气态粒子尾——彗尾，从地球上看到的彗尾很亮。被彗核“落下”的第二条较短的由尘埃粒子组成的尾巴也在太空中聚积。

1986年哈雷彗星回归太阳系时，科学家向该彗星中心区发送了5个航天探测器——特别是“乔托号”，这使得他们掌握了哈雷彗星的大量信息：哈雷彗星的彗核呈不规则形状，长16千米，宽8千米，表面布满了坑，并且是翻动着的。哈雷慧星的表面非常暗，这也许是因为靠近太阳时，它内部的冰融化并在慧核表面形成厚厚的含碳物质残渣。据观测，有大量气体从彗核中喷射出来，有时候这些喷射物质甚至达到了每秒10吨。

借助分光镜进行的研究表明，彗核是由各种像氢、氮、碳和钠之类的挥发性物质分子组成的，它同时还含有一氧化碳。当这样一颗彗星接近太阳时，镁、铁、镍、硅等元素也能被探测到——大概是在太阳照射升温过程中释放的尘埃微粒中。

彗核其实是由含碳物质和含水的硅化物组成的，混合在由冰冻甲烷、冰冻氨、冰冻二氧化碳及冰冻水组成的雪泥中。