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　　這是1998年3月17日清大天文社課程講義．

　　太陽系包括了太陽，月球，九大行星及其衛星，小行星，彗星，流星....等等，在短短一兩個小時的課程中，是很難全盤介紹清楚的．為了避免樣樣講不清，我將內容著重在八大行星及其衛星（不包含地球與月球）．

　　一般介紹太陽系行星時，通常是以空間為軸，水星，金星....一顆顆由內向外介紹過去．這次課程我採用另一種方式：以時間為軸，從托勒密的天動說，哥白尼的地動說....一直到近代行星探測船及HST（哈柏太空望遠鏡）的成果．

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• 在恆星組成的星座天空背景中，有五顆星有明顯的相對運動，它們被稱為"planetes"(planets,行星)，意即"漫遊者"。
• 在西方，這五顆星被冠以神的名字：Saturn(土), Jupiter(木), Mars(火), Venus(金), Mercury(水).
• 在中國有五星之說：鎮星、歲星、塋惑、太白、辰星。
• 行星有一定的視圓面，在大氣抖動下，不似點狀恆星有閃爍現象。各星有其顏色特征，亮度也會變化。
• 長期觀察可發現，行星每天由東向西橫過天空，但有時軌跡會逆向，形成一個圈。

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• "天動說"的模型
  • 在"天動"的基本想法下，托勒密(~B.C.140)以在天球上"加小環"的方式，解釋及預測行星的運動。
  • 圓是一種完美的象徵，且沒有明顯跡象顯示地球在移動，所以此學說被接受了千年之久。
  • 到了十六世紀，天文學家要用40個周轉圓來解釋火星的運動，複雜度極高，且只能預測未來幾年內的運動
  
  
  
• 哥白尼周轉說
  • 遠在A.D.300年前，希臘Aristarchus就提出太陽於地球，且地繞日轉，而宇宙以太陽為中心。但支持者很少。
  • 1541年，哥白尼提出相對運動的想法及"地動"之說。
  • 天動與地動的比較：
    
  • 周轉說輕易解釋行星的運動軌跡
    
  • 哥白尼還算出了行星公轉週期及軌道大小。（詳見<<天文學講話>>第四章）
  
  
• 觀察家泰戈
  • 丹麥貴族泰戈(Tycho Brache, 1546~1601)花了廿年時間觀察夜空，所做的觀測（未使用望遠鏡！）大多正確至一分。
  • 泰戈曾仔細觀察數顆彗星，推翻了長久以來托勒密的神聖法則
    • 行星不是在透明的天球上，也不在"輪"上，否則彗星不能自由穿梭於行星軌道上。
    • 並非每個星體都繞地而轉；彗星繞日而轉。
    • 並非所有天球的運動都是圓形；彗星軌道為細長形。
    • 天球的物體之一，彗星並非以等速運動。
  • 但泰戈使終不接受哥白尼的系統，而堅信地球是不動的。
  
  
• 刻卜勒行星運動定律
  • 1600年，數學家刻卜勒成為泰戈的助手。泰戈派其從事火星軌道的圖繪。
  • 刻卜勒發現火星位置和哥白尼預測的相差五度，他將哥白尼系統稍作修正，結果和泰戈的觀察仍相差1/7度。
  • 他放棄火星軌道為圓形的想法，利用泰戈的觀察記錄，發現火星軌道是橢圓的。
  • 若假設地球軌道離心率為0.02時，能符合所觀察到的火星位置。
  • 刻卜勒三大行星運動定律
    • 行星運行於橢圓軌道上，太陽為其中之一個焦點。
    • 從太陽至行星的線，在相同時間掃過相同面積。
    • 行星公轉週期平方與至太陽距離立方成正比。換言之，愈外側行星公轉愈慢。
  
  
• 伽俐略＆力學的發展
  • 17世紀初，伽俐略利用望遠鏡發現木星的四顆衛星==>>否定萬物皆繞地而轉
  • 發現金星盈虧==>>支持刻卜勒"地球為行星"的說法
  • 牛頓萬有引力定律解釋了星體的運動。
  • 1851年，佛科擺証明地球的自轉。
  • 行星的攝動(perturbing)
  
  
• 天、海、冥王星的發現
  • 天王星
    • 1781年3月13日，威廉．侯失勒(Wilhelm Herschel)發現在雙子座有一顆比其他在望遠鏡所能見的星為亮的物體，在以前的星圖上並未記載。
    • 他將影像放大932倍，發現此星呈盤狀而非光點。
    • 一個月後，發現此星對其他星球的相對運動。
    • 此行星 r=19AU，被命名為 Uranus
    • 1787年，侯失勒又發現天王星的二顆衛星，推出天王星質量約為地球的14.5倍。
    • 在23張舊星圖中，亦發現了天王星，但均被視為恆星。.
  • 海王星
    • 天王星軌道算出後，就繼續計算往後的位置。連同其他行星的攝動也考慮進去，至1810年位置已與預測相差6"。==>>X行星的存在??
    • 1841年，劍橋大學學生亞當士(John C. Adams)開始計算此星可能位置；同一時期，法國數學家 Leverrier 也算了相同的問題。
    • 1846年，觀測到此星，命名為 Neptune.
  • 冥王星
    • 1906年，美國羅威爾(Lowell)計算出一比海王星更遠的行星，未來三十年在雙子座附近。
    • 1930年，利用比較照片的方法，找到了 Pluto.

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• 合、衝、大距、方照
  • 行星在運行時，與地球的相對位置不斷改變，如圖所示，定義了合、衝、大距、方照等詞。
    
  • 內行星（金星及水星）在『合』時，無法觀測。在『大距』時與太陽有最大的夾角，是觀測最好時機。發生在太陽東側的為東大距，要在日落後的西方觀測；西大距則要在日出前的東方觀測。
  • 水星比金星難觀測，因為水星較近太陽，大距時 行星－地球－太陽的夾角較小。
  • 內行星有類似月球的盈虧現象。
  • 外行星（火、木、土... ）則在『衝』時最利於觀測，因其在太陽相反位置，夜晚可見，又距離我們最近。
  • 內行星：
    
    　　上　合==>>東大距==>>下　合==>>西大距==>>上　合
    　　看不見　　昏　星　　看不見　　晨　星　　看不見

  • 外行星：
    
    　　合　==>> 　西方照　==>>　衝　==>>　東方照 　==>>　合
    　看不見　　　午夜升起　　整夜可見　　午夜落山　　　看不見 　
    　　　　　(此後逐日早升)　　　　　　(此後逐日早落)

  • 行星有順行、逆行與留的現象。愈接近地球的行星，此種現象愈容易觀察到。
  • 九大行星除了冥王星之外，幾乎都在黃道面上。因此行星都是出現在黃道十二宮中，偶爾會路過蛇夫座（因其也有部份在黃道上）。
  
  
• 從望遠鏡能看到什麼
  • 水、金星盈虧
  • 火星極冠
  • 木星條紋及伽俐略衛星
  • 土星環
  • 看到天王星時要告訴我!!
  
  
• 特殊天象
  • 掩星
  • 水(金)星凌日

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• Mariner 9（水手9號）
  1971年達火星軌道，並拍下火衛 Phobos 和 Deimos.
  
  
• Pioneer 10 and 11（先鋒10, 11號）
  1973,1974年經過木星，1979年經過土星。
  
  
• Mariner 10（水手10號）
  利用金星重力協助，於1974年經水星。
  
  
• Viking 1 and 2（維京或海盜1,2號）
  1976年登陸火星。
  
  
• Voyager 1 and 2（航海家或旅行者1,2號）
  1977年發射，經火、木、土、天王、海王星，傳回大量資料及照片。
  
  
• Magellan(麥哲倫號）
  1989年發射的金星探測船，以雷達探測金星地形。
  
  
• Galileo（伽俐略號）
  1989年發射的木星探測船，94年SL9彗星撞木星時，傳回珍貴資料。
  
  
• Mars Surveyor Program
  1997年火星探測計畫。
  
  
• Cassini（卡西尼號）
  土星探測計畫。
  
  
• Hubble Space Telescope(哈伯太空望遠鏡）

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• <<天文學講話>>, 銀禾出版。
• <<宇宙的奧祕>>, 桂冠出版。
• <<預約新宇宙>>, 智庫出版。
• The New Solar System