太空問(wèn)答

星星的亮度——星等是怎么定的？

古希臘天文學(xué)家喜帕恰斯（Hipparchus，又名依巴谷）在公元前二世紀(jì)便首先提出了星等這個(gè)概念，將恒星按照亮度分成等級(jí)，選取最亮的20顆作為1等星，最暗的作為6等星，中間又有2～5等星。星等不是線性的：1等星的亮度是6等星的100倍（更亮的為 0等以至負(fù)的星等），而我們?nèi)庋勰軌蚩吹降淖畎档男潜闶? 等星。

1850 年，由于光度計(jì)在天體光度測(cè)量中的應(yīng)用，英國(guó)天文學(xué)家普森將星等定量化，也就是1個(gè)星等間的亮度比規(guī)定為約2.512倍。

地球的中性大氣怎么分層？

隨著高度升高，大氣的壓強(qiáng)、密度和分子質(zhì)量都是逐漸減小的，但是溫度卻由于其他原因變成了幾次轉(zhuǎn)折的曲線，也由此成為分層的依據(jù)：最下邊的區(qū)域被地面加熱，高度越低溫度越高，但溫度高的氣體要往上跑，大氣發(fā)生對(duì)流，風(fēng)雨雷電都來(lái)自這個(gè)區(qū)域，稱為對(duì)流層，高度基本在10～15公里以下；往上一些開始遠(yuǎn)離地面加熱，由于臭氧吸收太陽(yáng)近紫外輻射對(duì)大氣加熱，溫度隨高度上升，上熱下冷比較穩(wěn)定，稱為平流層，飛機(jī)一般在這個(gè)高度飛，大約15～50公里高；再往上溫度隨高度上升又下降，稱為中層；大約80公里往上，大氣完全受太陽(yáng)加熱，溫度隨高度上升而上升，稱為熱層（Thermosphere），多數(shù)近地航天器飛行在熱層中，如著名的國(guó)際空間站飛行高度約為400公里。

土星為什么有那么多衛(wèi)星？

衛(wèi)星是環(huán)繞一顆行星按閉合軌道做周期性運(yùn)行的天體，例如左邊這張圖就是土星的衛(wèi)星土衛(wèi)四（由美國(guó)的卡西尼飛船拍攝）。土星已確認(rèn)的衛(wèi)星已經(jīng)多達(dá)62個(gè)。

太陽(yáng)系形成過(guò)程中形成了大大小小的天體，一個(gè)小天體距離太陽(yáng)越近，其活動(dòng)的空間越小，能夠遇到其他大的行星吸引它變成衛(wèi)星的機(jī)會(huì)也越小，并且離太陽(yáng)越近受到太陽(yáng)的引力越大，所以距離太陽(yáng)近的小天體更加可能成為一顆圍繞太陽(yáng)的行星或小行星，而不是衛(wèi)星。就好比水星個(gè)頭和月亮接近，但水星離太陽(yáng)太近就成為一顆行星。

同時(shí)，離太陽(yáng)越遠(yuǎn)，圍繞太陽(yáng)的圓周的周長(zhǎng)、面積都越大，在太陽(yáng)系早期形成時(shí)，該軌道沿途所容納的宇宙塵埃也越多，它們所匯聚成的小星體也多。如果有質(zhì)量大的行星離它們很近，近處的吸引力大于遠(yuǎn)處的太陽(yáng)，星體就能被行星吸引成為衛(wèi)星。

土星質(zhì)量大，到太陽(yáng)的距離又合適，就捕獲到了如此多的衛(wèi)星。

什么是太陽(yáng)黃道？

黃道（ecliptic）意為太陽(yáng)運(yùn)行的軌道，指的是太陽(yáng)一年在天空中移動(dòng)一圈的軌跡。古人不具備“地球圍繞太陽(yáng)轉(zhuǎn)”的知識(shí)，以地球?yàn)橐暯?，總結(jié)太陽(yáng)一年來(lái)出現(xiàn)在天空的位置，每天都有點(diǎn)變化，一年剛好回到原處。如果像古希臘學(xué)者托勒密描繪的那樣把整個(gè)天空看作以地球?yàn)橹行牡那?，日月星辰都分布在球中的不同位置圍繞地球轉(zhuǎn)，這個(gè)球稱之為天球，這種太陽(yáng)在天球上的“視運(yùn)動(dòng)”的軌跡就是黃道。

由于地球公轉(zhuǎn)受到月球和其他行星的攝動(dòng)，地球公轉(zhuǎn)軌道并不是嚴(yán)格的平面，即在空間產(chǎn)生不規(guī)則的連續(xù)變化。因此，黃道的嚴(yán)格定義是：地月系質(zhì)心繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的瞬時(shí)平均軌道平面與天球相交的大圓。

“二十四”節(jié)氣對(duì)應(yīng)什么樣的天文現(xiàn)象？

二十四節(jié)氣是中國(guó)古代勞動(dòng)人民經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期經(jīng)驗(yàn)的積累，總結(jié)出來(lái)指導(dǎo)農(nóng)事的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，反映氣候變化，而這些時(shí)間點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的正是地球相對(duì)太陽(yáng)的位置。

上一條我們剛說(shuō)到，太陽(yáng)在天球上的“視運(yùn)動(dòng)”的軌跡稱為黃道。因?yàn)榈厍蜃赞D(zhuǎn)軸與公轉(zhuǎn)平面不垂直，所以天赤道平面與黃道平面夾角為23°26'21，軌道就出現(xiàn)了交點(diǎn)，對(duì)應(yīng)春分和秋分，選擇春分為0°，從春分點(diǎn)東一圈0°到360°的角度稱為黃道經(jīng)度。歐美則是用十二個(gè)星座來(lái)等分黃道經(jīng)度。

地球的磁場(chǎng)怎么阻擋太陽(yáng)風(fēng)？

在地球周圍，磁場(chǎng)的磁力線從地球地理南極附近出來(lái)，往地球地理北極而去，從宇宙中看它整體是從地球的南向北的，特別是在赤道附近幾乎就是正南正北。宇宙中的高能粒子——例如太陽(yáng)風(fēng)——想要橫穿這樣的磁場(chǎng)，會(huì)受到洛倫茲力而發(fā)生偏轉(zhuǎn)。

假設(shè)太陽(yáng)風(fēng)沒有磁場(chǎng)，在太陽(yáng)風(fēng)質(zhì)子（帶正電的粒子）和電子（帶負(fù)電的粒子）開始穿入地球磁場(chǎng)過(guò)程中，它們受洛倫茨力作用方向相反，就會(huì)向相反方向偏轉(zhuǎn)并形成電流，在磁層頂附近運(yùn)動(dòng)。

而太陽(yáng)風(fēng)等離子體還會(huì)攜帶時(shí)而向南時(shí)而向北的太陽(yáng)日冕中的磁場(chǎng)，磁場(chǎng)更加不能橫越磁場(chǎng)，地球磁場(chǎng)與太陽(yáng)風(fēng)磁場(chǎng)作用也對(duì)太陽(yáng)風(fēng)進(jìn)入磁層的方式產(chǎn)生決定性的影響，如圖就反映了南向磁場(chǎng)的太陽(yáng)風(fēng)在地球磁場(chǎng)作用下，其粒子被帶到地球背面的“磁尾”的過(guò)程。

太陽(yáng)系的小行星主要分布在哪些地方？

截止2018年，我們?cè)谔?yáng)系內(nèi)總共發(fā)現(xiàn)了約127萬(wàn)顆小行星，而這依然很可能只是所有小行星中的一小部分。它們主要分布在：

小行星帶：小行星帶是一個(gè)相當(dāng)寬的位于火星和木星之間的地帶，約90%已知的小行星的軌道位于其中。

近地小行星：它們的近日點(diǎn)和遠(yuǎn)日點(diǎn)與地球的軌道很接近。已知直徑在4公里以上的近地小行星有數(shù)百個(gè)，除此之外，可能還存在成千上萬(wàn)個(gè)直徑大于1公里的近地小行星。

特洛伊小行星：在其它行星軌道的拉格朗日點(diǎn)（該行星與太陽(yáng)引力平衡的位置）上運(yùn)行的小行星被稱為特洛伊小行星。最早被發(fā)現(xiàn)的特洛伊小行星是木星的。

半人馬小行星群：土星和天王星之間的小行星，它們的偏心率都相當(dāng)大。

柯伊伯帶：在冥王星軌道附近圓盤形的天體群，冥王星就是柯伊伯帶的天體。

奧爾特云：柯伊伯帶再向外的球星區(qū)域，是太陽(yáng)系中更大的天體群。

（中科院空間中心王錚供稿）