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# System prepended metadata

title: 天文學導論(0915-1110)
tags: [general course, Introduction to Astronomy, courses meow]

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# 天文學導論(0915-1110)
###### tags: `courses meow` `general course` `Introduction to Astronomy`
課程教材: LMS
:::spoiler
[TOC]
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# 0915

### 糞金龜也會看星星!?

dung beetles use the milky way for orientation
o銀河
x偏光
x月球

### 土星

土星環/極光

### 小行星

- 行星接近圓形

山的高度有極限

重力作用

- 小行星不圓

重力不足

相互撞擊

幾十公里~幾公尺

小行星可以有伴星

## 太陽

- 約半度
- 太陽外部溫度比內部高
- 一生約一百億年

### 星團

恆星形成於濃密雲氣
哈伯望遠鏡(可見光)

### 行星狀星雲

中央白矮星+伴星
(太陽"可能"有機會)
存在時間短，約幾萬年
e.g.貓眼星雲
非本銀河系

### 星系

- 螺旋星系
可見光下:黑色懸臂伴隨恆星亮點

- 棒旋星系
星星與星星距離遠→不易相撞
星系與星系有重力→有機會相撞，但星系中的星星不易撞在一起
本銀河系與仙女星系相互靠近中，約6 bilion後相撞

# 我們的宇宙有多大?

→可觀測到的宇宙有多大

→光速限大，且為常數

→以速度定義秒，且不能同時定義長度和時間

→時間與空間的關聯性(愛因斯坦)

ps在牛頓的觀點時間與空間無關，因為光速無限大

宇宙138億年，太陽51億年

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# 0922

太陽黑子多，太陽活耀，變化週期約為11年

## 宇宙有多大

時速100km
- 地球直徑 : 開5.3日
- 開五個月到月球
- 開170年到太陽

人類目前最快太空船(17km/sec)
- 開100天到太陽
- 75000年到最近的恆星

光(3*10^5^km/sec)
- 銀河系10萬光年

目前可視宇宙: 9*10^10^

## 天文相關單位
![](https://i.imgur.com/scFBB3C.png)
![](https://i.imgur.com/XPlM9aL.png)

## Constellations 星座
![](https://i.imgur.com/TY6LVij.png)

## 天球與座標
![](https://i.imgur.com/3vpTPZZ.png)

## 地球的運動與四季

- 自轉rotation
    - 太陽日solar day : 24 hours
    - 恆星日sidereal day : 23 hours and 56 minutes
- 公轉revolution
    - 遠日點&近日點 太陽傳到地球的能量不一樣多
    - 但地球繞日軌道非常接近圓形，因此其實感受不到明顯差別

*因為地球自轉和公轉皆為逆時鐘，因此太陽日較恆星日長。*
*Ex.金星的太陽日較恆星日短*

- 歲差 / 進動 precession : 地球自轉軸的運動(像陀螺)
    - 26,000年為一周期

## 月球之運動與日月食

- 什麼是月?
    - 恆星月sidereal month : 27.3 days (360度)
    - 相和月synodic month : 29.5 days (同一月相)
- 月食和日食
    - 一年通常可以看到2次日食和2次月食(最多7次)
    - 白道面和黃道面具5度夾角
- 日全食可見
    - 色球層
    - 日冕(滿月的亮度)

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# 0929

## 電磁輻射之性質

### 電磁輻射

- 電磁波屬於橫波
![](https://i.imgur.com/ZP6Acdp.png)
- **真空中波速不變**
- 用不同波長看東西相當於用不同顏色看東西
- Gamma → X-ray → Ultraviolent radiation → Visible light →Infarred radiation → Microwaves → Radio waves ( 波長短→長 )
- 光速非常大，但不是無限大(常數)
    - 1983年起光速定義為299,792,458m/s

- some propertied of Electromagnetic Radiation
    - Wavelenth (nm)
    - Photon energy (eV)
    - Blaklbody temperature (K)
         
### 波動的特性
- 干涉現象 Interference
    - 有建設性和破壞性干涉
    - 只是能量的重新分布，總能量不變
- 都卜勒效應
    - 因狹義相對論，光速是不變量$\to$波長改變
    - 紅移(redshift) : 互相遠離
    - 藍移(blueshift) : 相互靠近

## 光譜
- 暗線光譜、明線光譜、連續光譜
- 可得知物體的溫度、密度、運動、組成元素
- 黑體輻射
    - 輻射=吸收(熱平衡)
    - 韋恩定律 (wien's law)
        - 發射能量最多的波長跟黑體的絕對溫度成反比 
    - 史蒂芬－波茲曼定律 (stefan-boltzmann law)
        - 能量強度與絕對溫度的四次方成正比 

### 黑體輻射

- 可以了解物體的溫度

## 譜線與原子
### 原子簡介 (atom in a nutshell)
- 不只發生在原子上，還有發光二極體(LED)、電荷耦合元件(CCD)......
- 不一定為電子性
- 發生在系統的兩個離散能階間即可能形成譜線
    - absorption吸收譜線
    - emission發射譜線
### 望遠鏡 (telescope) 
- 集光能力：正比於集光面的面積、曝光時間的長短
- 角分辨率：正比於集光面的線性大小
- 折射式望遠鏡
    - 過去式，現已不用
- 反射式望遠鏡
    - 球面鏡 (spherical mirror)
        - 會產生球面像差 (spherical aberration)
    - 拋物面鏡 (parabolic mirror)
    - 校正透鏡 (corrector lens)：ex施密特修正鏡
### 偵測器 (detector)

### 大氣的影響 (effects of atmosphere)
- 大氣穿透率 (atmospheric trasmission)
    - 不同波長的光在大氣裡的透明程度
        - 透明：可見光、無線電波
        - 不透明：遠紅外線(far ir)、超紫外線(euv)、x-ray、伽瑪射線(gamma ray)、長波(longwave)
- 視寧度(astronomical seeing)
    - 用於描述天文觀測的目標受大氣湍流的影響而看起來變得模糊和閃爍程度的物理量
- 處理大氣擾動
    - 被動光學 (passive optics)
        - 機械、光學、熱耗散等的改進
    - 主動光學 (active optics)
        - 內建修正器，調節主鏡對望遠鏡本身的改變
    - 自適應光學 (adaptive optics)
        - 用感應器監控大氣湍流，改變可變形的鏡面(次鏡為主)
### 其他波段的望遠鏡 (telescopes in other wavelengths)
- 無線電 (radio)
    - 單一天線(single dish) 與干涉陣列(interferometry)
        - 互相干涉能提高解析度
    - 偵測能階躍遷放射的譜線
        - 可分析分子的種類、空間分佈及運動情形
    - 優點：比較不受天候、日夜影響，可隨時接收訊號。
- 紅外太空望遠鏡 (spiter ir space telesope)
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# 1006

### 天動說與地動說 (heliocentric cosmology)
- 天動說 (geocentric cosmology)
- 內側行星 (inferior planets)
    - 下合或內合(inferior conjunction)時最亮
- 外側行星 (superior planets)
    - 在衝(opposition)時最亮
    - 有逆行運動(retrograde motion)
### 行星的運行 (motion of planets)
- 逆行運動
  - 外行星繞太陽的速率較地球慢
### 克卜勒定律 (kepler's laws)
- 克卜勒第一定律 (Kepler's first law)
    - 行星繞著太陽的運動為橢圓軌道，而太陽是在橢圓的其中一個焦點上
- 克卜勒第二定律 (Kepler's second law)
    - 太陽與行星的連線在相同的時間間隔內掃過相同的面積
- 克卜勒第三定律 (Kepler's third law)
    - 行星繞著太陽運行的恆星週期之平方正比於其軌道半長軸之三次方
### 牛頓定律 (newton's laws)
- 牛頓第一定律：慣性定律(the law of inertia)
    - 一個物體將保持靜止或者以恆速做直線運動，除非受到淨外力的作用
    - 慣性座標系
- 牛頓第二定律：力之定律(the force law)
    - 一個物體的加速度正比於施加在它的淨力
- 牛頓第三定律：作用力與反作用力定律(the law of action and reaction)
    - 當一物體施加一力在另一物體上，另一物體同時也施加一大小一樣但方向相反的力在第一物體上
### 萬有引力 (gravity)
- 兩個物體互相吸引，其引力正比於兩者引力質量之乘積及反比於兩者間距離之平方
- 引力質量和慣性質量是完全相等


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# 1013

## 地球大氣 (earth's atmosphere)

### 大氣
    可依不同性質分層：熱量特質、化學成分、大氣運動、大氣密度 
- 對流層 (troposphere)
    - 空氣密度最高
    - 地表吸收太陽光比空氣快
    - 空氣不穩定且混合度高
- 平流層 (stratosphere)
    - 底部隨著緯度和季節變化：極區8公里，赤道區16公里(對流旺盛)
    - 密度較低而非常乾燥
    - 空氣很穩定，粒子停留時間很長
    - 臭氧層  (ozone layer)
        - 紫外線分解氧分子成兩個氧原子
        - 氧原子與氧分子結合形成
        - 吸收紫外線，平流層溫度隨高度增高的原因
- 中氣層 (mesosphere)
    - 氣體混合度依然高
    - 很難進行研究，只有探空火箭可以
    - 流星燃燒的地方
    - 紅色精靈 (Red sprites)
    - 淘氣精靈 (Emissions of Light and VLF perturbation due to EMP Sources, ELVES)
        - 雷雨雲(thunderclouds)上的向上閃電(upward lightnings)

- 熱氣層 (thermosphere)
    - 頂層高度受太陽活動所控制
    - 由上，擁有日夜變化
    - 許多人造衛星在此層活動，例如太空梭、國際太空站
    - 包含電離層 (ionosphere)
        - 分子和原子被紫外線與X-射線的光子光解(photo-dissociated)而離化(ionized)
        - 由電子和離子形成
        - 與熱氣層的中性原子和分子共存

- 外氣層 (exosphere)
    - 與行星際氣體(interplanetary gases)融合
    - 主要成分為氫和氦，但密度都極低

- 地球大氣的歷史 (history of earth's atmosphere)
    - 第一階段：從太陽星雲中來的氫和氦
    - 第二階段：地球內部釋放出的氣體，主要為水氣和二氧化碳
        - 此時年輕的太陽輻射能量較弱，藉由溫室效應暖化
        - 水氣凝結形成海洋
        - 雨水把二氧化碳沖刷到海洋中
        - 氮氣逐漸累積
    - 第三階段：太陽紫外線分解多氧分子產生氧氣，光合作用產生氧氣
        - 地表鐵被氧化差不多後，大氣中的氧氣逐漸累積
### 板塊運動 (plate tectonic)
- 深層的放射性物質(radioactivity)釋放大量熱能，驅動對流，繼而造成板塊移動
- 證據：
    - 中洋脊 (mid-oceanic ridges)
    - 地磁異常 (geomagnetic anomalies):發現磁極反轉現象
    - 深海海溝 (deep sea trenches)
    - 島弧 (island arcs)
- 驅動力(driving forces)：
    - 摩擦(friction)：海底擴張(seafloor spreading)
        - 軟流圈(asthenosphere)拖著岩石圈(lithosphere)跟著上地幔(upper mantle)對流方向移動
    - 重力(gravity)：板塊拉扯(slab pull)
        - 假設板塊隱沒帶(subduction)存在
        - 古老海洋板塊密度比較高，沉到隱沒帶，把整塊板塊沿著主力方向拉往隱沒帶
    - 外力：月球或潮汐力？
- 磁場條紋 (magnetic stripes)：
    - 磁極反轉 (magnetic polarity reversal)＝地球發電機 (geodynamo)
    - 海底擴張 (seafloor spready)＝板塊運動(plate tectonics)
    - 兩者起因都是對流，發生在不同對流區域
### 地球內部 (earth's interior)
- 地球結構：
    - 固態內核、液態外核、地幔、地殼
    - 地核大部分都是鐵(80%) 和一些鎳
    - 地幔和地殼是由較輕的元素組成
![](https://i.imgur.com/WRjc9ey.png)

### 地球磁場 (earth's magnetic field)
呈偶極狀，與自轉軸的夾角為11度
磁球層(地球磁場，行星間磁場)保護地球免於太陽風高能粒子(受困於范艾倫輻射帶)直接衝擊
地球發電機:液態導體核攪動產生磁場(機械能變電磁能)
### 月球隕石坑 (moon's craters)
表面上顯著的特徵:海(沒有水)，高地，隕石坑

海(占17%):暗灰色的大平原地帶(充滿熔岩的盆地)，有小的隕石坑和紋溝，較年輕
高地(占83%):亮灰色山區，稠密的隕石坑，較年老

用月球岩石測量年齡
面向地球的月面較低，較多且大的盆地，也較多放射性元素(或許因此溫度較高)
### 月球之形成 (formation of the moon)
碰撞-拋射(拋射環理論，大撞擊理論):地球形成後兩萬年至一億年內，一個火星大的小行星(或行星胚胎)從某特定角度撞地球，地球表層與部分小型見到軌道上形成短暫的環，然後環凝聚形成月球
證據:
1. 缺乏含鐵量高的物質(否則月球會比較小)
2. 月球和地球岩石的氧同位素比值相似
3. 月球上缺乏易揮發的元素
4. 從組成可知月球曾有一大部分呈熔融態
5. 月球軌道接近黃道面
6. 地球的自轉軸傾斜(大撞擊)
### 潮汐 (tides)

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# 1020
## 太陽系
- 内行星
  - 類地行星: 水星 金星 地球火星
  - 小行星帶
- 外行星
  - 氣體巨行星: 木星 土星
  - 冰晶巨行星: 天王星 海王星
  - 古柏帶天體
- 歐特雲
## 水星 Mercury
- 日夜溫差大(夜晚100k-中午700k)

- 水星vs月球
    - 和月球一樣表面有坑洞
    *差異: 隕石坑分布比月球均勻*
    - 月海(沒有水)vs水星平原(有水)

- 密度
    - $5.427 g/cm^3$
    - $\approx$地球密度
- 體積 : $6.083×10^10 km^3$
  比地球小(0.056 地球體積)
  水星核心比較多鐵(核心佔體積42%)
- 反照率
    - 0.12
  
沒有衛星
太陽系中最小的行星
大氣是行星中最稀薄的(質量小難以束縛氣體)
磁場微弱
因為很靠近太陽，有時會有類似彗星的結構，如髮和尾
太陽潮汐歷史水星的字自轉和公轉耦合而有特定關係(與月球和地球間的作用力相似)
在大氣中發現Na，K，Ca，表面岩石被微隕石撞擊汽化導致

3比2自轉-軌道共振(部分原因來自水星軌道的離心率:離心率是八大行星中最大的，0.21)
3自轉對應2公轉
1太陽日長達2水星年(對於水星人而言一天相當於兩年，約176地球日)
無四季變化

因為離太陽太近而難以觀察(除非日全蝕)

## 金星 Venus
- 地表溫度高750k(大氣濃密，溫室效應強)
- 大氣
    - **大氣濃密**，約有90個大氣壓
    - 包含96% CO$_{2}$，4% N$_{2}$和硫磺化合物
- 反照率
    - 0.59

雲(無法用可見光看穿)的顏色是淡黃到橙黃色(濃縮硫磺點滴形成，因為高壓，其點滴部不會形成雨)
液態水不存在(高溫)
也許一開始有水(本身自有、彗星撞擊)
後來被高溫蒸發，水氣漂泊到外太空(水氣可能被紫外線光解，產生的氫逃到外太空)
碳含量和地球應該差不多，只是大都在大氣裡(地球在生物裡)
體積和地球差不多，反照率比地球大，自轉極慢

- 金星沒有板塊運動(板塊厚300公里)

偵測不到磁場(相信有融熔態的核，只是其轉速太慢)

- 高反照率$\rightarrow$ 視星等$-4.9~-3.8$，最亮時，僅次於太陽和月球

**金星和水星叫做晨星和晚星**(在地球軌道之內，晨昏才看的到)
自轉極慢(自轉週期:243個地球日)，而且**逆轉**(自轉週期:243個地球日
有火山運動
解釋不了就用大碰撞解釋

## 火星 Mars
- 視星等
    - maximum: $-2.91$
    - average: $-2.0$
- 反照率
    - 0.16
- 密度
    - 3.94 g/cm³
    - 類地行星中最小
- 距日距離
    - 1.6AU
    - 類地行星中最遠
- 重力
    - 0.377g
- 表面溫度
    - average: 210K
    - 偏低


沒有雲$\rightarrow$反照率低(0.16，比地球小)
大部分時候在南北極有冰(和地球一樣有四季，自轉軸25度)
大氣成分和金星差不多，但氣壓很小(質量小)
- 地勢
    - 南部海拔比較高(多山)
        - 水手號大峽谷(約半個火星長)
    - 北方低地(曾重新造地)
    - 不對稱原因可能為早期板塊運動或者是大撞擊
    - 隕石坑
        - 集中在南部高地
        - 相較於水星隕石坑，風化程度高
![](https://i.imgur.com/aKqNniq.png)
![](https://i.imgur.com/Q9mzqhz.png)


紅色星球(視覺上呈橘紅色)
早期可能有磁場(甚至會翻轉)但現已消失
早期火星的核可能成熔融態，但現在最多只有部分熔融(太陽潮汐力、能量耗散)
板塊運動在40億年前已中止
沙塵暴(塵埃成分為氧化鐵，鐵鏽)天空通常是淡紅色，冬天時比較清澈(塵埃少，藍色)

- 大氣(成分與金星相似)
    - 95% CO$_{2}$、5%氮、氬和一點點氧
    - 6.36hPa，約為地球的0.6%()
    - 隨著季節的變化，火星氣壓變化可達20%
    - 充滿懸浮塵埃吸收藍光，天空為黃褐色
    - 火星的大氣少的可憐，因為重力太小

- 水
    - 證據
        - 表面有水流動的痕跡(乾涸的河床、湖、三角洲、沉澱物等等)
        - 阿爾西雅山(arsia mons)的暗坑:穿過熔岩流的豎井
        - 在火星隕石找到曾浸水的泥土
        - 探測車找到可能是藉由水形成的岩石結構
        - 觀察到的小峽谷可能是由地下水所造成
    - 液態水無法長久留在火星表面
        - 大氣壓力低
          $\rightarrow$表面液態水快速蒸發
          $\rightarrow$水氣因火星重力小而逃逸到太空
        - 需要大量庫存(也許是在地下)
    - 南北極具冰帽
        - 南部多乾冰(水比較老，水冰可能存在於地下)
        - 北部多水冰(較年輕)

- 衛星
    - 兩衛星可能是捕獲的小行星，但新研究認為可能是撞擊事件、或原本的衛星被火星潮汐力拉碎後，由散布軌道上的岩屑再度吸積而形成。
    - 火衛一 Phobos
        - 最長直徑27公里
        - 火衛一的公轉週期比火星自轉更快
    - 火衛二 Deimos
        - 最長直徑16公里
# 1027
## 木星 Jupiter
- 體積
    - 太陽系中體積最大
    - 1321倍地球體積
- 質量
    - 318倍地球質量
- 反照率
    - 0.52(跟金星差不多)
- 旋轉
    - 公轉週期約12年
    - 自轉有些緯度往東，有些緯度往西
- 雲
    - wind speed up to 600km/h
    - 三層
      - 上層:氨的結晶體(白色) 硫化物或磷(棕色 紅色 橙色)
      - 中層:氫硫化銨
      - 下層:水氣
- 大紅斑 giant red spot
    - 很像颱風，但沒有暴風眼
    - 位在木星南半球
    - 逆時針旋轉
    - 轉一圈約6天
    - 時不時會有新的紅斑生成，也有紅斑消失，但大紅斑一直都在(至少3世紀)
![](https://i.imgur.com/rpPBrq9.png)
- 木星結構
    - 磁球層
        - 非常大(磁尾可延伸至土星軌道)
        - 土星表面磁場強度為地球14倍
    - 大氣層
        - 成分
            - 個數比例:氫86%，氦13%
            - 質量比例:氫75%，氦24%
            - 剩餘部分為甲烷、氨、水氣
            - 內部有較多重元素，整體成分為71%氫、24%氦、5%重元素
    - 液態氫分子和氦
    - 液態金屬化氫(和液態氮)
    - 液態「冰」
        - 冰的成分:水、二氧化碳、甲烷、氨
    - 岩石和金屬核
        - 像類地行星，約為地球質量13倍
- 衛星
    - 目前已知79個
    - 四個伽利略衛星應該是和木星同時形成
    - 其餘衛星可能是被捕獲的
    - 木衛一(Io 埃奧)
        - 太陽系裡火山活動最活躍的天體
        - 組成:硫磺、鐵、岩石
        - 噴出的粒子形成環繞木星的「埃奧環面」(io torus)
    - 木衛二(Europa 歐羅巴)
        - 表面是水冰組成的殼(上面有許多刮痕、裂縫、隆泡等等)
        - 有液態水驅動的板塊運動
        - 冰殼底下有液態水海洋(水量為地球的兩倍)
        - 可能擁有生命
    - 木衛三(Ganemede 甘尼米德)
        - 太陽系裡最大的衛星(體積甚至比水星大)
        - 唯一擁有磁場的衛星(磁球層比水星的大)
        - 冰殼上有暗區(較年老)和亮區(較年輕)
        - 冰殼底下存在液態水(可能為鹽水)
        - 有稀薄大氣
    - 木衛四(Callisto 卡利斯多)
        - 有冰殼(年老、多坑洞)
        - 冰殼底下有液態水海洋
        - 大氣非常稀薄
<!--
冷知識:木星的英文名字來自於羅馬神話的眾神之王
然後木衛一到木衛四的名字分別是她的小三四五六
-->
- 環
    - 由灰塵組成
    - 來自隕石撞擊小型內衛星
    - 有四個
        - 光環 halo
        - 主環 main
        - 內(阿馬爾賽)薄紗光環 inner (Amalthea) gossamer
        - 外(底比斯)薄紗光環 outer (Thebes) gossamer

:::info
**補充**
- 冰巨行星/類海行星
    - 天王星&海王星
- 氣態巨行星/類木行星
    - 木星&土星
:::

## 土星 Saturn
- 反照率
    - 0.46
- 質量
    - $95.2$地球質量
- 密度
    - $0.687g/cm^3$
    - 太陽系裡密度最小行星
- 環
    - 土星環厚達10m
- 大氣的成分和內部結構
    - 近似木星，但大氣範圍更廣且有較小的液態金屬化氫殼層
- 帶狀結構與風暴
    - 風速可達$1600km/hr$
    - 雷暴可以維持好幾個月(用無線電波最容易觀察)
- 磁場
    - 表面磁場強度:2/3地球磁場強度
    - 由液態金屬化氫層發電產生磁場(類似木星)
    - 可以影響土星環的粒子
    - 輪幅現象(spokes):在環上下的帶電粒子隨著土星磁場移動
![](https://i.imgur.com/naf9DpJ.png)

- 衛星
    - 目前已知82個（依距離遠近）
    - 土衛一(Mimas 彌瑪斯)
        - 球狀天體但內部溫度分布不正常
    ![](https://i.imgur.com/HhXcSoC.png)
    - 土衛二(Enceladus 恩塞勒達斯)
        - 太陽系裡反照率最高(~0.9)
        - 表面由新生的冰組成(含鹽，年齡約一億年)
        - 表面有平原、裂縫、隕石坑等許多不同特徵
        - 氫同位素比值顯示其成分近似彗星
          $\rightarrow$可能在天王星與海王星附近形成
        - 冰殼底下可能有海洋存在
            - 熱源
                - 餘熱?
                - 與土星的潮汐作用?
                - 與土星和與土衛四的潮汐作用?
                - 有低溶點物質混雜其中?
        - 冰火山或噴泉
            - 南極裂縫有冰質羽狀物(虎紋，溫度比周圍高)
                - 來自冰殼下溫度約273K的水
                - 成分與彗星類似(其中的甲烷也許來自甲烷菌)
    - 土衛六(Titan 泰坦)
        - 土星最大的衛星，太陽系裡第二大衛星(輸給木衛三)
        - 太陽系中唯一有雲和濃密大氣的衛星(質量夠大、溫度夠低使其能留住氣體)
        - 大氣壓是地球1.6倍
        - 大氣成分:氮$98.4$%、甲烷$1.6$%
        - 表面溫度$94K\rightarrow$液態甲烷河流
    ![](https://i.imgur.com/z52paM3.png)
    - 土衛七(Hyperion 許珀里翁)
        - 太陽系最大不規則天體
        - 密度約大於水的一半(比土星還低)
        - 表面重力微弱
        - 結構高多孔性(像海綿)
- 環
    - 24個環與縫(至2020年為止)
    - 厚度<1公里
    - 環的反照率~0.8
    - 冰塊組成
    - 與黃道面成$27度$夾角
    - 紅外塵埃環(土衛九環 phobe ring)
        - 太陽系最大的行星環
        - 厚度約40個土星半徑
        - 與黃道面成$27度$夾角

# 1103
## 天王星 (Uranus)
- 溫度最低
- 質量是地球的14.5倍
- 和海王星被稱作冰巨行星(ice giant)
  木星, 土星為氣巨行星(gas giant)
  因成分不同
  主成分為水冰, 甲烷冰, 氨冰
- 内部結構
  - 外圍30% 液態氫和氦
  - 中間40% 高壓下的液態水(一些甲烷和氨)
  - 内部30% 岩石核
- 磁場
  - 地球的75% 
  - 59°夾角
- 自轉軸
  - 和黃道面成97.9°, 幾乎平躺在黃道面上
  - 逆行自轉
  - 極端季節
- 衛星
  - 27個
  - 有些是球形, 有些是牧羊人衛星(?), 有些可能是捕獲的
  - 天衛五(miranda)
    - 很小
    - 拼拼凑凑的表面
    - 不完整分化? 打碎後重組?
- 環
  - 13個
  - 很薄很窄很暗
  - 寬度不均
  - 利用掩星法發現

## 海王星 (Neptune)
- 離太陽最遠
- 發現前就已經從天王星的軌道預測到
- 質量:地球17.7倍
- 大氣
  - 氫 79%
    氦 18%
    甲烷 3%
  - 風速可達2000公里
    太陽系中最快(沒陸地使它減速(?))
  - 高空雲是甲烷冰 $\to$ 偏藍色
- 斑點
  - 像木星一樣 幾年出現又消失
  ![](https://i.imgur.com/m6mgxsA.jpg)

- 内部結構
  - 外圍30% 液態氫和氦
  - 中間40% 高壓下的液態水(一些甲烷和氨)
  - 内部30% 岩石核
- 磁場
  - 强度為地球的40%
  - 47°夾角
  - 發電機在游離化分子的液態水層中進行
- 衛星
  - 14個
  - 海衛一 (Triton)
    - 最大的衛星, 唯一一個球狀的
    - 冰和岩石組成
    - 捕獲的 $\because$ 它是逆轉
    - 潮汐鎖定
    - 大氣充滿氮
    - 地表由氮冰組成
    - 表面溫度低
- 環
  - 5個環, 4個弧(不完整的環)
  - 很薄很窄很暗
## 矮行星
- 條件 (IAU 2006年會員大會)
  - 軌道圍繞太陽
  - 形狀幾乎為球狀
  - 未能清除軌道附近的天體
    - 與行星的差別
  - 不是行星的衛星
- 除了行星與矮行星的衛星, 所有其他圍繞太陽的天體全歸類為 **太陽系小天體**
- 5個被命名的矮行星
  - 穀神星(Ceres)
    - 小行星帶内唯一一個矮行星
  - 冥王星(pluto)
    - 位於古伯帶 
    - 自轉逆行
    - 五個衛星
  - 妊神星(haumea)
    - 位於古伯帶
    - 兩個衛星, 一個環
  - 鳥神星(makemake)
    - 位於古柏帶
    - 一個衛星
  - 鬩神星(eris)
    - 黃道離散天體
    - 一個衛星
- 仍有不少星體等著被歸類為矮行星
## 小行星
- 主要在小行星帶(火星與木星之間)
- 灶神星
  - 小行星帶中第二大顆
- 絕大部分形狀不一
  - 216 kleopatra
    ![](https://i.imgur.com/7qRh48b.jpg)
    - 有兩個衛星
- 厄洛斯 (eros)
- 三種型態
    - C型 含碳
    - S型 含矽
    - M型 含金屬
- 有時候稱爲微行星(minor planets) , 但國際天文學聯會認爲應該稱它們為太陽系小天體(small solar system bodies)
- 條件
  - 圍繞太陽運行
  - 非行星 矮行星或它們的衛星
- 小行星帶
  - 火星與木星軌道之間
  - 2到3.5 AU
## 彗星
- 結構
  - 彗核(comet nucleus)
    - 形狀不規則的固體, 由冰晶 灰塵 含碳物質 含 矽物質...組成
    - 推測是太陽系從形成以來改變最少的物體(如沒有經過加熱 自身重力等的影響)
  - 彗髮(coma)
    - 一團濃厚的雲氣
      - 氣體彗髮
        - 大多為中性氣體 水汽 一氧化碳 二氧化碳等
        - 與太陽風交互作用會產生離子藉
      - 塵埃彗髮
        - 各種大小塵埃粒子
  - 氫氣層(hydrogen envelope)
    - 一團巨大 差不多球狀的氣團
    - 由稀薄的中型氫組成
  - 彗尾(tails)
    - 塵埃尾
      - 從彗核來的微小塵埃粒子
      - 擴散狀的
      - 顔色一般為白色, 偶爾有一點粉紅色
      - 太陽光的輻射壓減弱了太陽對塵埃粒子的引力
      - 因粒子軌道與彗星軌道的差異形成彎曲的尾巴
      - 流星河流星雨的來源
    - 離子尾
      - 離子構成, 由彗核延申出來
      - 比塵埃尾暗, **顔色偏藍**( $CO^+$有效的散射短波段的光)
      - 相當直且幾乎指向與太陽相反的方向
      - 結構多樣且在短時間内可能發生劇烈的改變
- 軌道
  - 高橢圓率, 甚至為雙曲線
- 周期
  - 短周期彗星
    - 周期 $\lt$ 200年 
    - 從古柏帶來
    - 軌道接近黃道面且運行方向與行星相同
  - 長周期彗星
    - 周期 $\gt$ 200年和沒有周期的
    - 從歐特雲來
    - 軌道離心率大且與黃道面沒有什麽關係
  - 主帶彗星
    - 在主小行星帶之彗星
    - 軌道接近橢圓




![](https://i.imgur.com/70nm1ep.png)

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下週二 17:00 - 18:00 考試






