我们先来认识一下今天的太阳系。太阳位于太阳系的中心,它的质量是太阳系总质量的99.8%。它的直径约等于1400000千米,相当于地球直径的109倍,远远大于任何一颗行星。太阳只是银河系中一颗普通的恒星,但“普通”和“平均”的含义可不一样——无论从亮度还是质量上来说,它都大大超过银河系中90%的恒星。太阳的寿命约等于100亿年,至今已经过去快一半,它目前正处于稳定而旺盛的中年期。太阳还有几个比较显著的特点。有些恒星具有多变性、特殊的成分和强大的磁场,这些特性太阳统统都没有,这对于地球上的生命来说是一件好事:恒星的稳定性和可预测性可以为生命的繁衍生息提供良好的环境。太阳的平均密度接近于水,但是它的绝大部分成分是比水还要轻的氢和氨,氢和氨由于太阳引力而紧紧挨在一起。这两种化学元素占太阳成分的98%,其余的2%为其他物质,这样的配比广泛存在于大多数恒星中,也是恒星的重要特征之一。太阳与其他恒星一样由等离子体组成,等离子体是太阳内部一种温度高达数百万摄氏度的带电气体。太阳核心的核反应释放出源源不断的能量,使太阳持续发光,而太阳光是地球以及太阳系其他行星的一个重要热源。
太阳占据太阳系的绝大部分质量,它的强大引力主宰着太阳系其他天体的一举一动。太阳所处的位置接近太阳系的正中心,其他天体都绕着它公转。奇怪的是,太阳的质量如此之大,但它的角动量,也就是转动的惯性却只占了太阳系的2%。太阳的自转速度极慢,自转一圈大概需要一个月。它的组成物质是流动的,不同圈层的自转速度各不相同。推动整个太阳系自转的大部分能量来自绕太阳运行的行星,这一点曾困扰了科学家很长一段时间,而且对太阳系形成学说也产生了深远的影响,这个问题我们会在第3章中讨论。
围绕太阳公转的大行星一共有8个。从太阳的北极点俯瞰,八大行星均按照椭圆轨道逆时针方向绕日公转。它们的公转轨道几乎(但不完全)位于同一个平面上,看上去就像放在同一张桌面上的几个同心圆环一样(见图1-1)。除水星和火星以外,其他6颗大行星的轨道都非常接近圆形,水星和火星的轨道相对比较狭长,用数学术语来说就是轨道偏心率较大。火星轨道的偏心率是帮助早期天文学家了解各行星运动的一个重要线索,这点会在第2章中展开。