太空探索和太陽系

歡迎來到太空：探索太陽系！

在晴朗的夜晚走到郊野公園抬頭一看，你或會看見月球、金星和木星等明亮的行星，還有許多恆星。在這一課，你會學習為甚麼太陽是一顆恆星，認識八大行星，比較地球、月球和其他行星，並找出哪裏可能有生命。接着，你會認識國家的太空成就，以及香港科學家作出的貢獻。

1. 太陽：我們的恆星

太陽是一顆恆星

恆星是一個巨大、非常熾熱而且會發光的氣體球，能夠自己發出光。太陽是離地球最近的恆星。其他恆星看起來只是細小的光點，只因為它們離我們極之遙遠。

太陽主要由氫和氦組成。它的內部深處進行核反應，釋放出巨大的能量；太陽表面的溫度約為 5,500 °C。

為太陽系提供光和熱

太陽向太陽系中的所有成員提供光能和熱能。這些能量以輻射的方式穿過幾乎真空的太空。陽光只需約 8 分鐘，便能到達約 1.5 億公里外的地球。它令地球變暖，並推動水循環（見「水循環」一課）。

行星和衞星不會自己發光。我們看得見它們，是因為它們反射陽光，就像路牌反射汽車車頭燈的光一樣。

本節重點：太陽是一顆恆星，為太陽系中的每一個成員提供光能和熱能。

2. 認識八大行星

太陽系裏有甚麼？

太陽系包括太陽，以及所有圍繞太陽運行的天體：八大行星、它們的衞星，以及矮行星、小行星和彗星等較小的天體。太陽的引力令它們沿着稱為軌道的路徑運行。行星圍繞太陽運行；衞星（天然衞星）則圍繞行星運行。

行星的排列次序

由最接近太陽的開始：
1. 水星
2. 金星
3. 地球
4. 火星
5. 木星
6. 土星
7. 天王星
8. 海王星

記憶小貼士：記住口訣「水金地火木土天海」，每個字代表一顆行星，由內至外排列。

岩石行星和巨行星

四顆內行星（水星、金星、地球、火星）是體積較小的岩石行星，有堅硬的表面。四顆外行星是巨行星：木星和土星是氣態巨行星（主要由氫和氦組成），天王星和海王星則是冰巨行星。巨行星沒有堅硬的表面。

本節重點：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。內側四顆是岩石行星，外側四顆是巨行星。

3. 比較地球、月球和其他行星

科學家比較甚麼？

1. 大氣的成分——包圍着它的是甚麼氣體。
2. 表面平均溫度
3. 水是否存在——以及以甚麼狀態存在（冰、液態水或水汽）。
4. 質量——它含有多少物質。
5. 重力——它把物體拉向自己的力有多強。
6. 與太陽的距離
7. 公轉周期——圍繞太陽運行一周所需的時間（它的「一年」）。
8. 自轉周期——繞着自己的軸自轉一周所需的時間（它的「一天」）。

記憶小貼士：自轉就像芭蕾舞者在原地旋轉；公轉就像跑手沿着跑道繞圈跑。

行星資料檔案

以下為約數；質量和重力以地球作比較，地球的數值當作 1。

水星——與太陽相距 5,800 萬公里；一年 88 天；自轉周期 59 天；幾乎沒有大氣；日間約 430 °C，晚上約 −180 °C；沒有液態水；質量 0.06；重力 0.4。

金星——1.08 億公里；一年 225 天；自轉周期 243 天；大氣非常濃厚，約 96% 是二氧化碳；約 460 °C，是最熱的行星；沒有液態水；質量 0.8；重力 0.9。

地球——1.5 億公里；一年 365 天；自轉周期 24 小時；大氣主要是氮和氧；約 15 °C；有大量液態水；質量 1；重力 1。

火星——2.28 億公里；一年 687 天；自轉周期 24.6 小時；大氣非常稀薄，約 95% 是二氧化碳；約 −65 °C；兩極和地底有冰；質量 0.1；重力 0.4。

木星——7.78 億公里；一年約 12 個地球年；自轉周期 10 小時（最快）；主要是氫和氦；約 −110 °C；沒有堅硬表面；質量 318（最大）；重力 2.5。

土星——14.3 億公里；一年約 29 年；自轉周期 11 小時；主要是氫和氦；約 −140 °C；質量 95；重力 1.1。

天王星——28.7 億公里；一年約 84 年；自轉周期 17 小時；氫、氦和少量甲烷；約 −195 °C；質量 15；重力 0.9。

海王星——45 億公里；一年約 165 年；自轉周期 16 小時；氫、氦和少量甲烷；約 −200 °C；質量 17；重力 1.1。

月球：地球最近的鄰居

月球與地球相距約 384,000 公里。它約每 27 天圍繞地球公轉一周，而自轉一周也需要相同的時間，所以月球總是以同一面向着我們。

月球幾乎沒有大氣，所以表面在陽光照射下可達約 120 °C，晚上則降至約 −170 °C。月球上沒有液態水，只在兩極附近黑暗的隕石坑內有一些冰。它的質量約為地球的 1%，重力約為地球的六分之一。

找出規律

1. 離太陽越遠 → 一年越長。距離較遠的行星，軌道較長，運行速度也較慢。

2. 離太陽越遠 → 通常越冷。例外是金星：它比水星更熱，因為它濃厚的二氧化碳大氣把熱困住（強烈的溫室效應）。

3. 質量越大 → 重力通常越強。木星的質量最大，重力也最強。

4. 大氣令溫度保持穩定。沒有空氣的水星和月球，白天酷熱，晚上嚴寒。

本節重點：與太陽的距離、大氣和質量，可以解釋行星之間的許多差異。

4. 那裏能夠存在生命嗎？

生物需要甚麼？

1. 液態水——細胞內的生命過程都在水中進行。
2. 適合的溫度——不太熱也不太冷，讓水保持液態。
3. 大氣——提供氧和二氧化碳等氣體，令溫度保持穩定，並阻擋部分有害輻射。
生命還需要能量來源，例如陽光。

為甚麼地球「剛剛好」？

地球與太陽的距離不太近（不像金星），也不太遠（不像外行星）。這個讓行星表面可以有液態水的區域稱為宜居帶，又叫「金髮姑娘區」。地球是我們所知唯一有生命存在的地方。

火星：可能的候選者

火星是科學家尋找生命跡象的主要目標：
1. 火星兩極和地底有冰。
2. 乾涸的河谷顯示很久以前曾有液態水流過。
3. 火星的一天（24.6 小時）和地球相近，而且有四季。

可是，火星的大氣稀薄，主要是二氧化碳；火星非常寒冷（約 −65 °C），而且有害輻射會直達地面。到目前為止，火星上仍未發現生命。

其他地方的條件更差：水星和月球幾乎沒有空氣，金星太熱，而巨行星則沒有堅硬的表面。

你知道嗎？科學家認為木星的衞星木衞二（歐羅巴）的冰殼之下藏着液態水海洋，所以它是另一個尋找生命的地方。

本節重點：液態水、適合的溫度和大氣是支持生命的重要條件。火星是候選者之一，但至今仍未在那裏發現生命。

5. 國家的太空成就

中國載人航天計劃和神舟

中國載人航天計劃於 1992 年開展。2003 年 10 月 15 日，航天員楊利偉乘坐神舟五號進入太空，令中國成為繼前蘇聯和美國之後，第三個獨立把人送上太空的國家。神舟飛船由長征火箭發射升空。

天宮空間站

天宮空間站在地球上空約 400 公里的軌道運行。核心艙天和於 2021 年發射，問天和夢天兩個實驗艙於 2022 年加入，完成空間站的建造。每批三名航天員通常在站上逗留約六個月，進行在太空種植水稻等實驗。

在天宮課堂中，航天員從空間站為學生直播科學課，香港的學生也曾參與。

你知道嗎？天宮空間站所在高度的重力，仍有地面上的接近 90%！航天員會漂浮，是因為他們和空間站一起圍繞地球「下墜」，所以感到失重。

嫦娥：探索月球

中國探月工程以中國神話中的月亮女神嫦娥命名，分為三步：繞、落、回。
嫦娥四號（2019 年）：人類首次在月球背面軟着陸。
嫦娥五號（2020 年）：把約 1.7 公斤月球樣本帶回地球。
嫦娥六號（2024 年）：首次帶回月球背面的樣本。

天問一號：火星之旅

天問一號於 2020 年發射。2021 年，它在中國首次火星任務中，便完成環繞火星、着陸，並放出祝融號火星車。

本節重點：國家的重要成就包括神舟載人飛行、天宮空間站、嫦娥探月任務，以及前往火星的天問一號。

6. 香港科學家對國家太空研究的貢獻

月球表面採樣

香港理工大學的團隊參與設計和製造嫦娥五號的表取採樣執行裝置，用來採集月球表面的土壤，並把樣本封裝，以便帶回地球。

深空探測

香港的大學團隊亦曾參與研發探月和探火任務的相機等儀器，並協助分析影像，繪製地形圖和研究可能的着陸地點。

太空農業研究

進行長途太空旅程的航天員需要自己種植食物。科學家（包括香港的研究人員）研究失重和太空輻射如何影響植物，以及如何在太空種植農作物。

本節重點：香港科學家在月球表面採樣、深空探測和太空農業研究等方面，為國家作出貢獻。

常見錯誤

常見錯誤 1：「太陽是一顆行星。」正確：太陽是一顆恆星，它會自己發光。

常見錯誤 2：「月球會自己發光。」正確：月球只是反射陽光。

常見錯誤 3：「水星是最熱的行星。」正確：金星才是最熱的，因為它濃厚的二氧化碳大氣把熱困住。

常見錯誤 4：「在月球上，我的質量會變小。」正確：你的質量不變，只是重量變成在地球上的約六分之一。

重點回顧

1. 太陽是一顆恆星，為太陽系提供光能和熱能。

2. 行星次序：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。

3. 比較行星時，可比較大氣、溫度、水、質量、重力、與太陽的距離、公轉和自轉周期。

4. 生命需要液態水、適合的溫度和大氣；火星是候選者之一。

5. 國家成就：神舟五號、天宮空間站、嫦娥月球樣本和天問一號，香港科學家也有份參與。

做得好，太空探險家！繼續仰望星空吧！