太陽系是一個以太陽為中心天體的天體系統(tǒng)。說太陽是太陽系的中心天體，是因為太陽系的一切成員都在環(huán)繞太陽公轉。太陽之所以會成為太陽系的中心天體，是因為它的質(zhì)量占到了太陽系總質(zhì)量的99.9％，具有足夠大的引力，使太陽系的一切天體都環(huán)繞它運行。太陽是太陽系中唯一的一顆恒星。除了太陽外，太陽系的其他主要成員是行星和衛(wèi)星。
人類對太陽系的認識過程
在古代，由于人類對天體的了解很少，因而他們便用神話來彌補這些空白。當時人類對“天”和“地”的認識的核心思想，就是“地心說”和“地球靜止說”。古埃及人認為，天空是女神納特（Nut）的化身，她彎著她那綴滿群星的身子，俯臨于地球之上。在她的身上，有一條河在流動，太陽神拉（Ra）每天在河上從東向西走去，日落時降入冥府。古印度人認為，地球是由位于四只大象背上的四根柱子支撐著，而大象又是站在一個大龜?shù)谋成?。圍繞著這一切的是一條大蛇，太陽、月亮和星辰都附著在蛇皮上。在古代中國，有三種天地結構學說。一是蓋天說，認為天像一個碩大的斗笠，扣在像一個盤子的地上，日月星辰附著在斗笠上旋轉，轉近了就看得見，轉遠了就在人的視野中消失了。二是渾天說，認為天像一個蛋殼，地像蛋中的蛋黃，浮在水上或被氣托著，位于天球的中央，天體都隨蛋殼式的天球運轉，太陽轉到地上就是白天，轉到地下就是黑夜。三是宣夜說，認為天體都自然漂浮在虛空中。
公元前600年以來，希臘科學開始繁榮起來，其中最重要的內(nèi)容之一就是天文學。古希臘人試圖借助于模型來表示他們的看法，最先企圖建立一個內(nèi)在一致的天體運動模型的希臘思想家是畢達哥拉斯。他正確地推論出地球、月亮和其他天體是球形的，并提出天體是綴在圍繞靜止不動的地球周圍的一些更大的同心球上的，天體運動就是這些球體各自獨立地旋轉的結果。這些圓球的運動，形成了天空的和諧，稱作“圓球的音樂”，這種音樂只能為那些有才能的人聽到。后來的古希臘天文學家觀察到，天空中有五顆最亮的星，像月亮和太陽一樣改變著它們的位置。他們稱之為行星（原意為“游蕩者”），并給這五顆行星起名為水星、金星、火星、木星和土星。為了說明行星的運動，經(jīng)過幾代人的努力，最后托勒密建立了一個以地球為中心的宇宙模型，用它可以極精確地說明所有觀測到的天體運動，并能預言太陽、月亮或任何一顆行星未來某個日期的位置，從而也使他成為最后一位偉大的地心理論家。托勒密的模型不僅贏得了一般認識和科學見解的擁護，而且與很快被人們所接受的人類在宇宙中的地位的見解相協(xié)調(diào)。隨著基督教的成長，對于靈魂的關心占據(jù)主要地位，地球被看做是上帝與魔鬼爭奪人類靈魂的舞臺。把地球當做物質(zhì)及精神的中心似乎是恰當?shù)摹?/span>l3世紀，圣托瑪斯（st. Thomas Aquinas）把托勒密模型納入他的思想體系，而圣托瑪斯的哲學不久即被作為羅馬天主教的正式教旨。這樣一來，地心說在古代歐洲十分盛行，統(tǒng)治時期長達千年之久，而日心說就成了異端邪說。
托勒密體系提出僅300年之后，即為日心模型所代替。推翻托勒密古老體系，是曾經(jīng)影響西方世界思想的巨大變革的一個結果。在哲學、藝術和科學中，許多長期以來確立的思想，由于這個改革而發(fā)生極大的動搖。這次發(fā)生于15一17世紀的巨大變革，被后人稱為文藝復興。敢于與官方教條持對抗見解的，是15世紀的紅衣主教庫薩的尼古拉（Nicolas of Cusa）。他認為地球是運動的，但是從未公開發(fā)表過這些觀點。獲得普遍承認的日心體系的第一個模型是由波蘭醫(yī)生兼業(yè)余天文學家哥白尼在其《天體運行論》一書中提出的。但由于害怕被批評，直到臨終他才出版此書，并在序言中聲明日心模型只不過是計算行星將來位置的一個方便的方法，不應該把它看做真正的事實。盡管如此，該模型不久即被證明是知識界的一顆炸彈，那些很快認識到該模型簡單明了、說理性強的數(shù)學家尤其感到震驚。之后，部分天文學家對哥白尼體系進行了研究和改進，其中以丹麥天文學家第谷（Tycho Brahe）的工作最為突出。以他留下的大量行星運動數(shù)據(jù)為基礎，數(shù)學家開普勒畫出了橢圓形的火星軌道，并證明太陽位于橢圓的一個焦點之上，進而發(fā)表了他的研究結果：行星運動三定律。1609年，意大利數(shù)學和物理學家伽利略（Galileo Galilei）制成他的第一架望遠鏡，使日心體系有了有力的證據(jù)，并使天文學進入了望遠鏡時代?；趯μ祗w的觀測，伽利略先后寫出了《星際使者》和《關于兩大世界體系的對話》兩本著作。這兩本著作，尤其是后者，使他遭受了宗教裁判所的酷刑和審判，但對普及哥白尼和開普勒提出的太陽系模型起到了巨大作用。
太陽系的組成部分
太陽是一個多成分的天體系統(tǒng)，有恒星、行星、矮行星、衛(wèi)星、小行星、彗星、流星，以及行星際氣體和塵埃物質(zhì)。
太陽系是一個以太陽為中心天體的天體系統(tǒng)。說太陽是太陽系的中心天體，是因為太陽系的一切成員都在環(huán)繞太陽公轉。太陽之所以會成為太陽系的中心天體，是因為它的質(zhì)量占到了太陽系總質(zhì)量的99.9％，具有足夠大的引力，使太陽系的一切天體都環(huán)繞它運行。太陽是太陽系中唯一的一顆恒星。除了太陽外，太陽系的其他主要成員是行星和衛(wèi)星。
行星 是環(huán)繞恒星運轉的天體，而衛(wèi)星是環(huán)繞行星運轉的天體。環(huán)繞太陽運轉的行星有8顆，即通常所稱謂的“八大行星”，自太陽向外依次是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星，它們是太陽系的主要成員。太陽系的空間直徑為1.2×1010km，在銀河系中屬于中等。八大行星均近似地在一個平面上沿固定的軌道環(huán)繞太陽運轉。八大行星的體積和質(zhì)量差異很大，最大的木星的直徑達143000km，質(zhì)量達1.9×1027kg，而最小的水星的直徑僅有4878km，質(zhì)量僅有3.3×1023kg，前者分別是后者的29.3倍和5780倍。
小行星 是沿著固定軌道繞太陽運轉的小天體。由于它們繞著太陽公轉，故屬于行星類天體，而體積又遠小于八大行星，故稱為小行星。太陽的小行星大多位于火星和木星的軌道之間，形成了一個環(huán)狀的小行星帶。小行星的數(shù)量巨大，有70萬顆以上。目前已經(jīng)掌握運行軌道并被編號命名的小行星已有10萬余顆，其中有1000余顆是我國天文學家發(fā)現(xiàn)的。小行星的體積很小，最大的直徑也僅相當于月球直徑的1/5，其余的一般在50～70km以下，小的僅有200m。
衛(wèi)星 是沿著固定軌道繞行星運轉的天體。在八大行星中，除了水星和金星之外，其余的6顆行星均有自己的衛(wèi)星。擁有衛(wèi)星最多的行星是木星，有61顆衛(wèi)星繞其而行。土星也有31顆衛(wèi)星。月球是地球唯一的一顆衛(wèi)星。（注：由于觀測技術的提高，不斷有新的衛(wèi)星被發(fā)現(xiàn)，所以不同時期的資料會有數(shù)據(jù)上的差異。最新數(shù)據(jù)請參閱網(wǎng)絡資料和相關書籍。）
彗星 是繞太陽運轉或行經(jīng)太陽附近的云霧狀天體。彗星大多由冰物質(zhì)組成，質(zhì)量約1015kg的數(shù)量級。平時彗星只有一個彗核，是不可見的。當彗星接近太陽時，在太陽引力的作用下，分為彗頭和彗尾兩部分，彗頭又分為彗核、彗發(fā)和彗暈。彗核由凍結的氣體和塵埃所組成，幾乎集中了彗星的全部物質(zhì)。彗發(fā)是彗核周圍的彌漫氣體，彗暈則是彗發(fā)外圍的巨大的氫氣層。彗尾是彗星漫長的蒸氣狀尾部，出現(xiàn)在彗頭的背日方向，形如掃帚，因而彗星又稱為“掃帚星”。彗星在距太陽3個天文單位時，在望遠鏡中呈一模糊光點，不足2天文單位時開始有彗尾，彗尾達到最長時約102km，但密度僅有10-18大氣壓。彗尾有離子彗尾和塵粒彗尾兩類。前者平直，由失去一個電子的一氧化碳組成，呈藍色；后者彎曲，由直徑約10-4cm的塵粒組成，呈黃色。彗星的運行軌道有橢圓、拋物線、雙曲線之別，其中將橢圓軌道的彗星稱為周期彗星，將公轉周期短于200年的稱為短周期彗星。彗星的質(zhì)量因彗發(fā)和彗尾的形成而逐漸消耗，其壽命平均為幾千個公轉周期。最著名的彗星是哈雷彗星。1682年11月22日晚，這顆特大的彗星像一把倒掛的大掃帚，突然出現(xiàn)在倫敦的夜空，引起了人們的極大恐慌。1750年英國天文學家哈雷（Edmond Halley）在研究這顆彗星1682年的軌道時，發(fā)現(xiàn)它的軌道與1531年和1607年的兩顆彗星的軌道驚人地相似，從而推論它們是同一顆彗星，它的出現(xiàn)周期為76年，并預言它的下次出現(xiàn)時間為1758年。1758年圣誕夜，人們找到了這顆彗星。1759年春，它通過了自己的近日點。對這顆星的計算和預言的成功，是天文學史上的一個驚人的成就。為了紀念哈雷的這一功績，人們把這顆彗星命名為哈雷彗星。除去一次例外，間隔75～76年的哈雷彗星重返，自公元前240年以來，一直是有記錄的。1910年哈雷彗星出現(xiàn)時，太陽、哈雷彗星、地球依次位于一條直線上，因而天文學家預測它的彗尾將掃過地球。這又一次引起了許多人的極大恐慌，認為世界末日即將來臨。然而，彗尾的物質(zhì)極其稀薄，密度僅為地球表面大氣密度的十億億分之一，雖然地球從它的尾部穿過，但是地球沒有受到任何影響。哈雷彗星最近一次光臨地球上空是在1986年。
太陽系的起源
第一個“科學的”太陽系起源的理論是由法國哲學家和數(shù)學家笛卡兒（Rene Descartes）于1644年提出的，他使太陽系的形成由神學問題變?yōu)榭茖W問題。他認為太陽系是由天空中某個質(zhì)量很大的不斷旋轉的氣體在塵埃圓盤中形成的，物質(zhì)聚集在這個巨大的旋渦的邊緣，從而形成了太陽、行星和較小的天體。在以后的300年里，由于當時觀測數(shù)據(jù)非常稀少，而出現(xiàn)了大量的解釋太陽系起源的理論。這些理論大致可分為偶遇假說、后繼形成假說和星云假說三類。
1.偶遇假說
偶遇假說認為，從太陽附近經(jīng)過的一顆巨大天體從太陽拉出一條物質(zhì)，隨即形成了行星，從而形成了太陽系。1975年布封（George louiseLeclerc de Buffon）提出了太陽系形成的第二種理論，認為有一個質(zhì)量巨大的彗星飛近太陽并同太陽相撞，擊濺出來的物質(zhì)后來凝聚成行星及衛(wèi)星，從而形成了太陽系。按照這種思路，金斯（Jeans）和捷弗里斯（Jef-ferys）先后于1916年和1929年提出，一顆從太陽附近經(jīng)過的恒星，從太陽上拉出一條形如雪茄煙但兩端較尖的長而細的長條物質(zhì)，這個長條物質(zhì)部分返回太陽，部分分裂成幾段，逐漸凝聚成行星，在中間形成的行星最大，兩端的則較小，它們并進入圍繞太陽的軌道不斷運動（見圖4）。
圖4 太陽系起源的偶遇假說
偶遇假說存在兩個問題，因而引來反對意見。第一，恒星在宇宙空間中分布的密度很低，兩個相遇遙遠的恒星偶然相距并引起解體的可能性幾乎是零。太陽鄰域中的恒星之間的距離關系，類似于相隔650km遠的一些乒乓球，其中兩個發(fā)生碰撞的機會是極小的。而且銀河系中約1％～10％的恒星都有行星，把數(shù)目如此眾多的行星都解釋為恒星偶然相遇而形成的，實在難以令人相信。第二，太陽物質(zhì)密度較小，來自于太陽內(nèi)部的氣體由于散熱，幾乎會立即膨脹和消散掉或重新落入太陽，所以不會凝聚成行星。因而，這種理論目前已很少有人擁護。
2.后繼形成假說
后繼形成假說認為，太陽首先形成，而后俘獲一團星際空間中的星際物質(zhì)，這團物質(zhì)后來形成行星，從而形成了太陽系。雖然恒星確有可能俘獲星際物質(zhì)，但是這些物質(zhì)不可能在后來凝聚并形成與太陽自轉同向、在同一個平面內(nèi)繞太陽運行的行星，難以相信行星和衛(wèi)星一下子突然形成，并且這類理論無法解釋為什么太陽的自轉速度如此之小。因此，這類理論雖然過去曾有不少人擁護，但現(xiàn)在遭到摒棄。
3.星云假說
星云假說認為太陽和行星是由星際物質(zhì)同時形成的，故而又稱為同時形成理論。該假說最早由康德于1755年提出。他認為，最初曾有一團巨大的由冷氣體構成的圓盤狀星云緩慢地繞中心軸自轉，這團致密的塵埃和氣體凝團在正在收縮的太陽星云中生成。這團氣體云以不同的部分為核心，相互吸引和積累而長大，位于外部的形成行星和衛(wèi)星，位于中部的則凝聚形成了太陽（見圖5）。
圖5 康德的太陽系起源方案
1796年，拉普拉斯（Piene Simonde Laplace）提出了一個改進的方案。他認為，圍繞中心軸自轉的星云在其各部分相互引力作用下不斷收縮的同時，其轉速也越來越快，最后自轉速度增長使該云團的外層擺脫了引力的束縛，結果從主體拋出了一系列的環(huán)。隨著收縮過程的進行，連續(xù)的環(huán)在距中心較近的距離上斷開，終于形成了行星和衛(wèi)星（見圖1-6）。
圖6 拉普拉斯的太陽系起源方案
星云說自康德提出以后，經(jīng)受住了時間的考驗，200多年間未受到挑戰(zhàn)，成為關于太陽系起源所有理論中最著名的一個。盡管后來有許多人對該理論的某些前提提出修正，但它仍是現(xiàn)代模型的基礎，現(xiàn)代提出的關于太陽系起源的假說大都屬于星云說。
