行星的真實運動
17世紀初，德國天文學家開普勒（J.Kepler）在其前人丹麥天文學家第谷（B.Tycho）大量觀測資料的基礎上，潛心研究，發(fā)表了行星運動的三大定律，正確指出行星的運動軌道是橢圓，太陽位于橢圓的焦點上。1687
年，牛頓發(fā)表萬有引力定律和三大運動定律，完滿地解釋了行星繞太陽運動的力學原理，把天體和地面物體的運動規(guī)律統(tǒng)一起來了。
1942 年，愛因斯坦在紀念牛頓誕辰 300 周年的文章中寫道：“那些為現(xiàn)代技術發(fā)展所不可缺少的理智工具，主要來自對星空的觀察?！衽ｎD那樣有創(chuàng)造能力的思想家，他們的思想由于凝視這星空而展翅高飛?！?/p>
天體力學研究天體的運動學和動力學。
假設只有兩個天體，在萬有引力作用下如何運動的問題，叫做二體問題。
牛頓力學框架下，建立二體問題的微分方程，再用數(shù)學方便求解，二體問題可以徹底解決。
行星運動遵守面積定律
在牛頓找到微分方程之前70年，開普勒就已經(jīng)知道了由太陽和任意行星組成二體問題的這些結(jié)果。這是人類科學發(fā)展的歷史中著名范例之一。
八大行星及冥王星運行軌道圖：
四顆類地行星運行軌道：
行星視運動
它們的識別特征是：
1.都在黃道附近
2. 亮度一般比恒星亮
3. 恒星光芒閃爍
行星相對于太陽的視運動
大距角常有變化，水星在18°～28°，金星在 45°～ 48°。地內(nèi)行星同月亮一樣有盈虧變化。
如果水星或金星下合發(fā)生在黃道面附近，會與太陽圓面重合，人們看到它們的影像從日面上緩緩通過，稱為 “凌日”
水星凌日圖：
2012 年 6 月 6 日金星凌日，歐洲和中西亞只能在日出后見到一段過程，北美地區(qū)只能在日落前見到前一段過程，而在中國中東部能見到全過程：從北京時間 6 時 10 分到 12 時 50 分左右。如果錯過這一次大好機會，再下一次 2117 年 12 月11 日金星凌日。
沖是位置天文學的一個名詞，是從一個選定的特定天體 （通常是地球） 觀察另一個天體與參考天體 （通常是太陽） 的位置時，三者在一條直線上，但是在參考天體的另一邊。明確的說，當一顆行星在沖的位置時，它與太陽的的黃經(jīng)相差180°。
沖是觀測地外行星的最佳時期。 由于地球軌道和行星軌道都不是正圓，每次沖行星與地球距離不大，距離最佳的沖叫“大沖” 。 火星沖每兩年多發(fā)生一次，但大沖每隔 15 年或 17 年發(fā)生一次，而且總在7～ 9 月。 最近一次火星沖發(fā)生在 2003 年 8 月 29 日，位于寶瓶座。 下一次大沖將發(fā)生在 2018 年 7 月 27 日，位于摩羯座。
行星相對于恒星的視運動
由于行星和地球都在運動，相對于恒星背景，行星在天球上的運動，大部份時間沿黃經(jīng)道增加的方向（與太陽視運動同方向，自西向東運動），稱為順行。但也有時反方向運動，稱為逆行。順、逆轉(zhuǎn)換期間，行星暫時沒有運動，稱為留。地內(nèi)行星的留發(fā)生在大距與下合之間。地外行星的留發(fā)生在沖和方照之間。
由當行星、月亮兩兩之間，以及它們與黃道附近的5 顆亮恒星之間，黃經(jīng)相同的時候，稱為兩者之間的“合”。
這5顆亮恒星是：畢宿五（金牛α）、軒轅十四（獅子α）、角宿一（室女α）、心宿二（天蝎α）、北河三（雙子β）。如金星合月、火星合木星、土星合軒轅十四等。
如果月亮與上述天體完全相重，把它們擋在了身后，稱為月掩星，如月掩金星、月掩心宿二等。有一些特殊的研究可以利用月掩星得機會進行。
行星掩行星，行星掩恒星，甚至小行星掩恒星是更為難得的天象日食和月食的發(fā)生是由太陽、月球、地球三個天體的幾何位置決定的。
日食、月食也可以用陽光下月球和地球的影子來說明。
地球上日食帶分布圖：
對全食和環(huán)食，月輪直徑與日輪直徑之比稱為食分。顯然，全食食分大于 1 ，環(huán)食食分小于 1 。對于偏食，食分等于食甚時日輪直徑被擋部份所占的比值
日食、月食的成因只與日、地、月三個天體的幾何位置有關。只要精準掌握了這三個天體的運動規(guī)律。日食、月食是可以準確的加以計算和預報的。
中國古代從漢武帝《太初歷》開始，即對日食、月食作出預報。歷代都用日食、月食發(fā)生的日期、時刻檢驗歷法的疏密。
21 世紀的前 20 年內(nèi)，在中國境內(nèi)最有價值的 日食有 5 次
山東青島日食:2010年1月15日
太陽系小天體
小行星
早在17世紀初，開普勒就從“宇宙和諧”的觀點出發(fā)，認為在火星與木星之間過于寬闊對的地帶應當有一顆未知的行星。
1801 年元旦，意大利天文學家皮亞齊（ G.Piazzi ）發(fā)現(xiàn)了第一顆小行星，經(jīng)數(shù)學家高斯計算其軌道，確實位于火星與木星之間，有 ? 月球直徑那樣大，相當于中國的青海省，取名為谷神星。
至 1807 年，又發(fā)現(xiàn) 3 顆：智神星、婚神星、灶神星?；樯裥亲钚?，比中國的海南省略小。
小行星主要集中在火星與木星軌道之間寬約2億千米的小行星中。大多數(shù)小行星是一些形狀很不規(guī)則、表面粗糙、結(jié)構松散的硅酸鹽石塊，有的含碳較多，有的有較多的金屬成分。
探測和研究小行星，被認為有以下4 方面的意義：
1.太陽系演化研究。因小行星質(zhì)量小，沒有改變自身形態(tài)和物理特征的能力，因而保存著形成之初的大量信息，反映了太陽系早期的歷史，是研究太陽系演化的太空標本。
2.宇航安全或宇航中間站。穿過小行星帶的行星際航行，要避開小行星的撞擊，必須預知它們的軌道，有些較大的小行星可考慮利用它的宇宙速度作搭載或作中間站?？恐?。
3.資源價值。有的小行星富含對人類有用而地球上稀少的礦物，可以考慮開采或接回地球使用?！?科學》周刊曾報導小行星 1986DA（ 永久編號6178 ），直徑 2.3 千米，質(zhì)量 200 億噸，是一顆金屬結(jié)構的小行星，估計含鐵 100 億噸，鎳 10 億噸，黃金 1 萬噸，白金 10 萬噸。
4.避開撞擊地球的可能性。絕大多數(shù)小行星都在小行星帶內(nèi)繞太陽運行，不會和地球相撞。但也有少數(shù)特殊軌道的小行星，它們的軌道近日點深入到火星、地球、金星，甚至水星軌道以內(nèi)，與地球軌道有交叉或軌道接近地球，稱為“近地小行星”。
近地小行星軌道圖
現(xiàn)已確認，直徑 1 00千米以上的近地小行星有 200 多顆，直徑 30千米以上的近地小行星有 1000 多顆，估計直徑 1千米以上的小行星實際存在的總數(shù)達100 萬顆。
小行星 2004MN4 ，永久編號 99942 ，正式命名阿波菲斯（Apophis），直徑約為 320 米，2029 年離地球近至 3.4 萬千米，2005 年曾提出預警， 2036 年有可能撞擊地球。
小行星是目前各類天體中唯一可以由發(fā)現(xiàn)者命名并得到國際公認的天體。國際天文學聯(lián)合會下屬的小行星中心設在美國史密松天體物理臺，專門負責小行星的編號、命名和其它與小行星有關的工作。
1999 年7 月，國際天文學聯(lián)合會的專門委員會在意大利都靈制定了近地小行星是否會對地球造成威脅的“小行星險極都靈標準” 。那些不會與地球遭遇的小行星稱為 0 極小行星。有可能使地球遭受危險的小行星分為 10 個等級。
截止目前，只有一顆小行星 1950DA（29075）被宣布可能于 2880 年 3 月16 日撞擊地球，超過都靈 0級標準，撞擊概率約 0.003 。 1950DA 直徑約 1 千米，1950年發(fā)現(xiàn)后一度失蹤，2000年12月31日重又找回。
彗星
彗星質(zhì)量都很小，與小行星同屬太陽系小天體，一般沿著狹長的橢圓軌道或者拋物線、雙曲線軌道繞太陽運行。其結(jié)構由冰和塵埃、砂粒、石頭混合組成，即所謂“冰凍團塊模型”，俗稱“臟雪球”。
發(fā)現(xiàn)彗星的另一種方式是利用互聯(lián)網(wǎng)上發(fā)布的天文觀測圖像，而不是用望遠鏡觀察天空。從 1999 年開始，至 2003 年底，從“ 太陽和太陽風層探測衛(wèi)星”（SO－HO）圖像中已發(fā)現(xiàn) SOHO 彗星 723 顆，其中 621 顆是業(yè)余愛好者發(fā)現(xiàn)的
慧星撞擊木星
海外天體
海外天體（TNO）指海王星軌道以外的天體，根據(jù)國際天文學聯(lián)合會所作的決議，絕大多數(shù)的海外天體列為太陽系小天體。在“絕大多數(shù)”以外的 TNO 應指冥王星、查龍、塞德娜、艾麗斯等較大的 TNO ，被稱為“矮行星”。
柯伊伯帶天體
50 年前，美籍荷蘭天文學家柯伊伯（G.P.Kuiper）提出一種見解，認為在冥王星軌道兩側(cè)，寬約30 億千米的環(huán)狀區(qū)域里，有10億～100億顆以冰為主要成份的小天體繞太陽公轉(zhuǎn)，后人稱之為柯伊伯帶天體。
流星體
太陽系各大行星之間廣泛散布著這些非常細小的天體，稱為流星體。它們也繞太陽運行，質(zhì)量從 100 噸到百萬分之一克。大的流星體和小的小行星之間已沒有嚴格界限。絕大多數(shù)流星體是細小的砂粒或塵埃，也叫宇宙塵、行星際塵。
獅子座流星雨是非常出名的流星雨之一，來源于一顆名為坦普爾-塔特爾的彗星。這顆彗星每 33.2 年繞太陽一周，軌道傾角 162°，每年 11 月 17 日或 18 日，地球通過離彗星軌道最近點
太陽系的物質(zhì)分布
過去人們一直以為，出了冥王星軌道就是太陽系外面的世界了。現(xiàn)在知道，太陽系的物質(zhì)邊界要比冥王星軌道遠 2000 多倍。
在離日球邊界更遠的地方，最后的太陽系物質(zhì)范圍叫奧爾特彗星云。奧爾特（ J.H . Oort ）是荷蘭天文學家，是柯伊伯的老師。10 萬個天文單位的區(qū)域，分布著約 1000 億顆彗星，總質(zhì)量與地區(qū)質(zhì)量相當，稱為奧爾特會星云。
太陽系的物質(zhì)范圍可分為 ：
第一重是 4 顆類地行星、月球和火星兩個衛(wèi)星；
第二重是小行星帶，分布著數(shù)千萬個以巖石為主要成份的小行星；
第三重是 4 顆類木行星，攜帶著 160 多個衛(wèi)星；
第四重是包括冥王星在內(nèi)的以冰為主要成份的柯伊伯帶天體；
第五重是太陽風粒子能到達的區(qū)域；
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