xingxing wulixue
行星物理學
planetary physics
研究行星及其衛星的物理狀況和化學性質的學科,太陽係物理學的一個主要分支。它的任務是:①測定行星及其衛星的各種物理參數,如大小、質量、扁率、平均密度、表面重力加速度、逃逸速度、反照率等;②研究行星及其衛星表面的構造、表面覆蓋物的特性、表面溫度及其周期變化;③對有大氣的行星和衛星,研究它們的大氣的構造、物理狀態和化學組成;④研究行星的內部結構;⑤研究行星的磁場、磁層以及太陽風與行星的相互作用。地理學和地球物理學一般不包括在行星物理學中,但地球是一個行星,從研究行星的角度對地球所作的研究則屬於行星物理學。
研究方法 十七世紀初,望遠鏡的誕生為行星及其衛星的物理研究提供了條件。雖然行星的視圓面很小,而且觀測受到地球大氣抖動等因素的影響,但用望遠鏡通過目視觀測還是發現了行星表面的許多特徵。十九世紀中葉以後,照相術、測光術、分光術被廣泛地應用到行星及其衛星的觀測和研究中來。例如:用照相方法拍攝行星的照片;用測光方法測定行星和衛星的纍積星等、明度星等(見天體光度測量)、色指數、光度與位相的關係、反照率及表面的有效溫度;用分光方法拍攝行星的光譜,並進而確定行星大氣的成分,根據譜綫位移量測定行星的自轉周期等。隨後,偏振測量也被廣泛地應用到行星物理研究方面,對行星表面不同部分所反射的光的偏振測量,對於瞭解行星表面結構和特性有十分重要的價值。二十世紀上半葉,射電天文學誕生後,開始對行星進行射電觀測,擴大了對行星及其衛星觀測的波段。這種觀測通常分為兩類,一類是直接接收行星和衛星表面發出的射電輻射,例如對行星而言,已經接收到的有水星、金星、火星、木星、土星、天王星、海王星的射電輻射(見行星射電),其中木星、天王星、海王星還有射電爆發;另一類是雷達觀測,用雷達方法可以測定和研究行星表面的特徵,甚至可以測繪表面圖。五十年代末以來,相繼嚮月球、金星、火星、水星、木星和土星發射了各種探測器(見空間天文觀測航天器),以逼近飛行、繞轉飛行、硬着陸、軟着陸、載人飛行等方式,通過照相、自動測量、采樣分析以及宇航員的實地考察和取回樣品,對月球和行星作了深入的研究。新的發現接踵而至。隨着宇宙航行時代的到來,行星物理學已成為當代科學研究的活躍領域之一。
主要成果 通過研究,已經對行星的大氣、表面、內部結構、磁場和磁層等方面有了一定程度的瞭解。此外,對於地球的天然衛星──月球,也獲得了更加豐富的資料(見月質學)。
行星大氣 行星上大氣的存在和保持取决於其組成成分的逃逸率。根據金斯經驗規則,如逃逸速度□□高於熱運動均方根速度□□的5倍,則給定分子(分子質量為μ)的逃逸可以忽略,行星表面上這種分子的大氣成分實際上將永遠地存在下去。這個條件可用方程表示為□□≥5□□,式中□□=(3kT/□)□,T為絶對溫度,玻耳茲曼常數k=1.38×10□爾格/度。
由於水星引力小而表面溫度高,根據上述金斯規則,水星上很難長期保有大氣層。行星際探測器“水手”10號果然確證水星上衹有極微量的大氣,其主要成分是中性氦。至於冥王星有無大氣,因資料很少,至今還不能斷定。其他行星都存在着大氣。此外,木衛一、木衛三、土衛六、海衛一等衛星也有大氣。
用分光方法證認出來的大氣組成是:
金 星:CO□,N□,Ar,CO,H□O,HCl,HF,H,He,O
火 星:CO□,CO,N□,H□O,Kr,Xe,O□(微量)
木 星:CH□,NH□,H□,He,C□H□(微量),C□H□,PH□
土 星:CH□,NH□,H□,C□ |