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title: 【ch02】類地行星

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# 【第二章】類地行星
各位同學，歡迎來到宇宙之旅，還記得前一章我們在講天文學的發展史嗎？或許你沒有印象了吧！不過別擔心，我們將進入到宇宙中，觀察這美麗的宇宙了！不過呢，我們先來帶大家看看太陽系吧！首先我們來到的是跟地球一樣的類地行星，類地行星的共同特點就是地表由岩石所組成，密度大，體積小。而且這裡有最熱的行星：金星，欸老師老師，為何是金星呢？等等我們到了就知道了喔！

## 【2-1】水星
### 行星概述
水星，他的表面就像月球一樣，表面幾乎沒有大氣層、很多的隕石坑。說到他，中國的古人稱之為辰星，而且阿，他的命名是因為他的表面是深灰色，接近五行中代表黑色的水，所以又將他命名為水星。而水星的軌道週期約為88個地球日，大約每116天地球就會與水星會合一次，又因為公轉速度最快，進而有了Mercury的名字。
這顆行星的溫差，是太陽系中最大的，早上赤道地區最高達432度，晚上則到-172度，而極區的溫度可以始終保持在-172度以下，所以，科學家們，你們要保存液態氮，就去水星吧（理論上還要看氣壓），再來啊，這顆行星他的自轉軸傾斜是太陽系中最小的，大約是1/30度。
而說到水星的自轉，因為他的軌道與太陽共振，進而沒有四季變化，而這顆水星阿，他每自轉三圈與公轉兩圈的時間幾乎相等，意思是一天相當於兩年阿！所以阿，如果你上的去水星，那你每一天會過兩次生日阿！
觀察水星，因為他是在地球軌道內側，所以你必須要在黃昏或是清晨的時候才能到，不過阿，因為他很靠近太陽，所以不容易找到，而他的亮度變化是-2.3等至5.7等。

### 內部構造
話說…水星到底有多大呢？我們藉由觀測，我們發現水星的赤道半徑約為2439公里，所以說它是八大行星中最小的一顆也不為過呢！再來講講有關水星密度，水星的密度約為5.427g/cm3，是太陽系中密度第二大的行星。再來來講講它的內部構造，基本上可以分成地核、地函還有地殼，其厚度如圖2-1。
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/ac/Internal_Structure_of_Mercury.jpg
(圖2-1 水星的分層)
而從分層中可以知道一事，核心在整個水星的體積中佔了55%，而且這當中有60%的鐵富含在其中，這高出了太陽系中其他行星的比例
再來，地函的組成主要以矽酸鹽為主，厚度約為500-700Km
地殼，厚度為100-200km，因為小行星撞擊再加上沒有大氣層，所以地殼上會長的像月球一樣。

### 大氣環境
我們說水星並沒有完整的大氣，導致溫差之大。
水星有一層外逸層，我們可以勉強說它是水星之大氣，但此層依然不穩定，畢竟水星引力太小，無法留住大氣層。而組成物質就一大堆，而其中的氫、氦就是來自於太陽風。

### 水星到底適不適居
再討論這個之前，各位需要了解什麼是適居帶
適居帶需要符合：有水、有大氣層、溫度適中(-15~121℃)。
第一，	水星上並沒有水
第二，	水星上幾乎沒有大氣層
第三，	水星的溫差太大
綜合以上三點，基本上水星上要出現生命是有難度的，但或許哪一天可以發現生物在上吧。

## 【2-2】金星
### 行星概述
金星是離太陽第二近的行星，因為金星主要會出現在黎明或是傍晚，所以古代中國稱之為太白、明星或大囂，另黎明時出現又稱為啟明、日落時出現又稱為長庚。在西方，他們把金星稱之為Venus，也就是愛與美的女神維納斯，古希臘又稱為阿佛洛狄忒。
在夜空中，我們所看到的金星，視星等約為-4.7等，僅次於月球。而金星他的體積、質量與大小皆與地球相似，所以經常被認為是地球的姊妹星。而金星最著名的就是他的溫度之高，均溫高達462℃，在這上面你要怎麼活阿！但他的高溫是怎麼來的呢，其成因就是強烈的溫室效應！這個溫室效應的成因正是因為金星沒有所謂的碳循環，也沒有有機生物將碳吸收掉，進而導致有這麼強的溫室效應，科學家們也猜想，金星上曾經擁有過海洋，但因為溫度的上升導致全部都被蒸發掉了。順帶一提，他的大氣壓力也是地球的92倍。

### 地質與地理
金星上有許多的火山仍然活動著，但實際上我們的金星板塊運動比較少，甚至沒有，火山的成因與地球的夏威夷火山相似，較屬於熱點火山。
那科學家如何觀測金星的火山活動，其實就是透過火山口的形狀大小來判斷，像我們的馬特山，我們發現他的北側火山口有相當大的改變，這也是最有說服力的證據。又或者閃電的產生？有一部分的閃電產生與火山灰有關。還有硫濃度的變化？其實從測量當中，我們的二氧化硫的濃度約下降了10倍，怎麼個說法？其實就是因為撞擊導致的，大約3億年前就發現金星有發生全球性事件，導致火山的活動減少。

### 大氣與氣候
金星大氣層包含了許多的二氧化碳，約為96.5%，以及少許的氮，約為3.5%。大氣層的質量約為地球的93倍，大約就是你玩潛水潛到一公里深的地方吧。又因為有許多的二氧化碳與薄薄的二氧化硫，造就了全太陽系中最強烈的溫室效應
話說，很久很久以前的金星可能與現在的地球相像，且表面有液態水，只是…因為溫室效應過於強烈，導致水都蒸發然後進入到超臨界狀態(想問的回去重修高一化學吧！)
再來，因為金星的自轉軸傾斜小於3度，這也代表著著他的季節變化較小。所以溫度變化大致上只會受到高度的影響，而馬克士威山也是溫度最低的地方，溫度約為380℃，壓力也只有4.5萬百帕，但這數字還是很驚人阿

### 內部的結構
其實就是跟地球差不多，只是差別就在板塊存在的證據而已，再來就是隱沒帶沒有黏度，導致熱難以散逸，同時也阻止了版塊隱沒帶的熱散逸。

### 金星的適居性
最後的最後，我們來探討適居性問題。但討論之前，適居帶會不會移動呢？答案是會的，因為太陽的體積會膨脹，同時有可能溫度會變高，所以適居帶會改變。說實在，太陽從出生到現在以來半徑擴大了約15%，表面溫度也上升了152℃，光度也增加了48%。所以金星曾經可能位於適居帶嗎？答案是有可能的。
好的，那我們來討論一下目前我們對適居的定義：
1. 金星上曾經可能有水
2. 金星的溫度與氣壓曾經可能適合居住生物
3. 金星的體積質量大小可能與地球相似

歸納出來的結果是：金星可能以前有生物，但現在因為環境的變化而不見了。

### 凌日現象
說實在，不是只有金星有凌日，水星也有，而且還比較常見。
既然都上天文學了，那就來好好的討論一下天文現象。
金星的凌日週期是有固定規律的，以105.5、8、121.5、8為一周期，每次循環計243年。
那基本上凌日的觀測可以測量太陽系/系內行星的大小，或是測量天文單位的大小。
上一次的凌日現象分別發生在2004.06.08與2012.06.05-06，下一次要等到2117年了。
讓我們來觀賞一下影片吧！
https://www.youtube.com/watch?v=jh3F8MYJ2uA

## 【2-3】地球
好的接著因為地球我們前面的課程已經討論許多東西，所以在這裡省略不談
(如果想知道的話可以參考高一下：海洋學、高二：地質與大氣學)
(因為先編的是天文學，所以教材要等到下學期才會編撰。)

等等… 地球我們還是來討論一下地球的適居性以及其問題。

現在的地球有生命體的出現，代表著地球目前是適合居住的，或許在未來，地球會變得不適合居住，與我們前面討論過的適居帶會移動這件事有關。我們也應該要更加珍惜現在適合我們居住的環境...

## 【2-4】地球唯一的天然衛星：月球
月球，地球的唯一一顆衛星，讓地球有了潮汐的變化，也有了精彩的天文奇景等你挖掘！只是我們真的了解這顆衛星嗎？
### 名字起源
講中文的話，月這個字在甲骨文其實是指彎月，而後來人們發現月亮有陰晴圓缺，所以又有太陰、玄兔、嬋娟、望舒之稱。英文的部分，moon來源於原始日耳曼語的「mǣnōn」，而形容詞lunar就是源於拉丁文的luna。
而月球依天體位置命名的邏輯來說，他可以叫做地衛一，只不過月球是例外，天文學家不會叫他地衛一。
### 第一個太空旅行：地月旅行
為什麼他能成為第一個太空旅行的地點呢？正是因為離地球近，成為了我們的測試對象。最後，第一個團隊登陸了月球，也就是說「我的一小步，是人類的一大步」的阿姆斯壯團隊！
### 尋找生命的起源
講到月球的不得不講到月球的形成，課程時間的關係非主流的學說我放在這冊的補充章節裡，那目前科學家認為最可信的就是「碰撞說」，今天有一顆行星「忒亞」撞擊地球，而這顆忒亞的大小約為火星的大小，而忒亞撞出來的碎片吸積後成為「月球」，所以月球上也可能有舊的地殼資料（也可能保留著地球原始生物化學的資料）。再來，由於月球沒有風，所以導致隕石坑被保留的完整，隕石撞擊的痕跡仍然存在，進而成為我們探討生命起源的地方。
### 月球正在遠離地球...？

## 【2-5】火星
歡迎來到火星，離太陽第四近的行星，也是類地行星的最後一顆，其表面的組成是所謂的氧化鐵，其大氣主要是由二氧化碳組成。這顆行星的極地具有著冰冠，也有觀察到季節性的水氣與地下水湧出的現象，甚至曾經有水流過的痕跡。
其實，古代中國對這顆行星命名為熒惑，其取自於熒熒如火、亮度與位置變化甚大使人迷惑之意，也可從《尚書˙舜典》中找到對火星的描述：「在璿璣玉衡以齊七政。」孔穎達疏：「七政，其政有七，於璣衡察之，必在天者，知七政謂日月與五星也。木曰歲星，火曰熒惑星，土曰鎮星，金曰太白星，水曰辰星。」，從這裡又可知道火星的命名由來。
而古希臘與古羅馬皆因為他的顏色代表火紅，分別命名為Ares和Mars，也就是希臘神話中宙斯的兒子：戰神阿瑞斯和羅馬神話的戰神瑪爾斯。

### 物理性質
![image](https://hackmd.io/_uploads/HyI4HmE91e.png)
火星的體積是地球的15%，質量約為11%，表面積略小於地球陸地面積，密度是整個類地行星中最小的。
至於兩顆衛星是怎麼來的呢？我們推測在45億年前的時候，有一顆冥王星大小的小行星撞擊了火星，形成了兩顆衛星福波斯與得摩斯(也就是火衛一跟火衛二)，除了這樣，還有導致了內核熱能散逸出上地函、內部攪拌停止，進一步造成了火星磁場消失。
再來，因為火星較小，但表面積與體積比較大，所以火星的核心冷卻的比較快，地質活動趨緩，而且太陽風又帶走了大氣，使得氣壓變低，進而造成水沸騰，無法存在。

### 地理特徵
火星基本上就是個大型沙漠，進而導致每年都有大型沙塵暴的產生，而且有著撞擊坑與隕石坑。而這裡也有太陽系中最高的山：奧林帕斯山。
在火星的歷史研究上，我們會使用撞擊坑計數法來推火星的歷史。其年代分為前諾亞紀、諾亞紀、赫斯珀利亞紀和亞馬遜紀，而諾亞紀可能與地球的環境相像。
再來，我們來介紹奧林帕斯山，他是一座寬度超過600公里、高度超過21公里的盾形火山，是太陽系中最高的山峰之一。

### 大氣
火星的表面氣壓約為6百帕，大約是地球的0.6%，所以聲音的傳播距離是地球的0.15倍。
低層大氣主要是因為氣懸微塵，相對來說較為溫暖。中層大氣中主要存在高速氣流。上層大氣溫度很高，且大氣分布不均勻。
火星的大氣成分有95%的二氧化碳，3%的氮氣，1.6%的氬氣。少有氧氣與水氣。因充滿著吸收藍光的塵埃，進而導致天空呈現黃褐色。而在2003年的時候，發現大氣中有甲烷，而2004年證實了此事，只是甲烷易分解，所以科學家猜測，甲烷的來源可能是正在活動的火山或地質作用、小天體的撞擊、甚至是上面的生物：甲烷古菌也有可能。

### 氣候
火星的氣候與地球相似，因為火星的自轉軸傾角與地球相當，只是季節長度比地球還長，但也可能火星沒有季節分布。而火星離太陽較遠，表面接收到的光源只有地球的43%，且與水星一樣因大氣層的稀薄，導致溫差較大，約為-110度至35度。火星的天氣重複次數可能較高，所以其實氣象是相對容易預測的，只是資料相對稀疏，有待證實。

### 內部構造與組成

### 你應該要知道火星的五件事
1. 火星的平均半徑是3389.5km
2. 平均密度約為3.9335 g/cm3。
3. 體積約為1.6318×1011 km3
4. 遠日點約為1.666AU，近日點約為1.381AU
5. 公轉週期約為1.88地球年

### 火星的適居性
好的，那我們來討論一下目前我們對適居的定義：
1. 火星上現在可能有水氣
2. 火星的溫度與氣壓現在可能適合居住特定生物
3. 火星的氣候條件與地球相似
歸納出來的結果是：火星現在表面可能有生物，只是我們還沒發現！

## 【2-6】火衛一

## 【2-7】火衛二

### 結語
好的！經過了5週的課程，相信你們應該有稍微了解了天文學的歷史與類地行星的部分，期待大家段考能夠順利！加油！那接下來我們會進入到小行星帶與類木行星，讓我們下次段考再繼續討論！波掰～
