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1632年，伽利略发表了《两个世界的对话》（DialogueontheTwoGreatWorldSystems），为哥白尼辩护，遭到了罗马教廷的迫害，强迫他放弃哥白尼学说并承认“错误”，并被软禁在家中度过最后十年，还把伽利略的书列入禁书清单，甚至荒谬地宣布他今后写的书也将是禁书。
布鲁诺进一步发展了“日心说”，他认为，太阳只不过是无数恒星中的一颗，并非宇宙中心；
宇宙在时间和空间上都是无限的，与基督教关于宇宙创世和毁灭的观念不符。
为此，遭到了罗马天主教廷的多项指控，并被活活烧死，当面对放弃信念或放弃生命两种抉择时，他毫不犹豫地选择了后者，他坚持真理、追求真理的科学精神，至今依然闪闪发光。
“地心说”撼动了创世论，意味着自然界有独立于神意志以外的未知和奥秘，也有独立于人的意志以外的规律和新知。
“日心说”逐渐流行，激发了探索自然规律的热潮，先后涌现了许许多多伟大的科学家和哲学家，例如，开普勒、伽利略、达芬奇、牛顿、赫顿、休谟等等。
开普勒（JohannesKepler1571-1630）是“日心说”的捍卫者和发展者，他把物理学引入了天文学，提出了行星运动的三定律，为牛顿发现万有引力定律奠定了基础。
既然自然科学有规律可寻，那么社会科学呢？
英国学者亚当•斯密（AdamSmith，1723–1790）熟知自然科学进展，曾写天文学史（HistoryofAstronomy），受“日心说”启迪，认为与自然科学一样，社会科学也应有不为人意志为转移的规律，在他著名论著《国富论》中提出了价值规律学说，认为一只看不见的手调节着市场。
他的贡献，使他获得“现代经济学之父”的称号。
思想的大解放，自然科学和社会科学的大发现，推动了人类的巨大进步，文学、艺术、自然科学、社会科学和哲学都进入了百家争鸣、空前繁荣的时代，这就是后人所称的“文艺复兴”（14-17世纪）时期。
技术革新、革命对人类固然会带来巨大影响，但理论的进步、思想的解放往往对人类进步更加不可估量。
第二节行星运动定律
德国天文学家开普勒（JohannesKepler，1517－1630）是丹麦著名天文学家第谷（TychoBrahe,1546-1601）的学生和继承人，他对哥白尼学“日心说”进行了数学证明，将其推向新的高度，所发现“行星运动定律”（又称开普勒定律，Kepler’slaws）改变了整个天文学，因此也被后人赞誉为“天空的立法者”。
开普勒定律由三个定律组成。
第一定律（轨道定律）：
行星轨道为椭圆，太阳位于椭圆轨道的一个焦点（有别于哥白尼所说的位于行星圆形轨道的中心）（图1-2
（1））。
开普勒第二定律（面积定律）：
太阳到行星连线在相等时间内扫过相等的面积（图1-2
（2）），即A1=A2，第二定律意味着，行星在近日点较远日点运动速度快。
开普勒第三定律（周期定律）：
行星运转周期的平方与行星太阳平均距离的立方成正比。
因此，距太阳距离越远，行星公转周期越长（图1-2（3）和图1-3）。
即：
T2=kr3（其中：
r=行星公转轨道半长轴，T=行星公转周期，k=常数）。
实际上开普勒定律对卫星轨道也是适用的。
图1-2开普勒三大定律图解
（1）行星轨道为椭圆，行星1椭圆轨道的焦点为f1、f2，行星2椭圆轨道的焦点为f1、f3，太阳位于焦点f1；
（2）两个阴影区A1、A2面积相等，扫过的时间相等；
（3）行星1、2的轨道周期和平均距离之比为，T1:
T2=r13/2:
r23/2，（据Wikipedia，thefreeencyclopedia，2008，略改）。
图1-3开普勒行星运动第三定律图解
其中AU为天文单位，AstronomicalUnit，约等于地球与太阳的平均距离，1AU=149,597,870,691±
30m。
第三节太阳系
一、太阳系简述
太阳系形成至今至少46亿年，由太阳、8大行星、61颗卫星、若干矮行星以及无数小行星、彗星及陨星组成。
太阳位于中心，由内往外分别是：
水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。
冥王星因个头不大，直径仅2252km，质量太小，不如月球，于2006年被国际天文联合会投票“开除”出太阳系行星行列，改称“矮行星”（Dwarfplanet）。
离太阳近的水星、金星、地球及火星称为类地行星（内行星），离太阳远的木星、土星、天王星、海王星称为类木行星（外行星），冥王星特点介于类地行星和类木行星之间。
太阳质量巨大，占据了太阳系几乎所有质量，如果把太阳比作高尔夫球，地球则是4m开外的砂砾，月球为距地球1cm尘埃，木星为18m外的小卵石，而冥王星只是150m外的灰尘。
太阳和各行星的主要参数见表1-1，相对位置见图1-4。
表1-1
太阳和太阳系行星主要参数
轨道
距离（AU）
偏心率
周期
质量
（地球=1）
直径
自转周期
密度
表面重力（地球=1）
已知卫星数量
大气
组成
太阳
330,000
109
25.4d
1.42
28
水星
0.39
0.206
88d
0.06
0.38
59d
0.98
几乎无
金星
0.72
0.007
225d
0.81
0.95
-243d
0.90
CO2
地球
1.00
0.017
365d
23.9h
1
N2,O2
火星
1.52
0.093
1.9y
0.11
0.53
24.6h
0.71
2
CO2,N2,Ar
木星
5.2
0.048
11.9y
317.8
11.19
10h
0.24
2.34
63
H2,He
土星
9.5
0.054
29.4y
95.2
9.44
10.5h
0.12
1.16
48
天王星
19.2
0.047
83.7y
14.5
4.10
17.2h
0.23
1.15
27
H2,He,CH4
海王星
30.1
0.009
163.7y
17.2
3.88
16h
0.30
1.19
13
注：
y-地球年，d-地球日，h-地球时。
类地行星主要特点是：
体积小、密度大（＞3.0g/cm3）、自转慢、卫星少、主要成分为铁和各种硅酸盐类岩石。
类木行星共同特点是：
体积大、密度小（＜2.0g/cm3）、自转快、卫星较多、表面都有很厚的大气圈，内部具有与类地行星相似的固体内核。
冥王星的体积与密度近似于地球，运转周期近似于木星。
火星与木星之间为小行星带，由不规则的岩石构成，数量多于10万。
可能由介于火星和木星之间的大行星破裂而成，或者是未能聚集成统一行星的石质碎块。
陨星穿行于行星之间，成份是石质或者铁质。
图1-4太阳系行星轨道
（实线为行星轨道，虚线为矮行星轨道，轨道示意，不按严格比例）
二、太阳
太阳是银河系一颗普通的恒星，是自行发光发热的炽热气体星球，表面平均温度约60000C，中心温度高达1500万0C。
太阳位于银道面之北的猎户座旋臂上，距银心约2.3光年，以每秒250km的速度绕银心转动，公转一周约2.5亿年。
太阳也在自转，其周期在日面赤道带约25天；
两极区约为35天。
太阳半径696,000km，相当于109个地球；
质量1.989×
1027吨，是地球质量的330,000倍，集中了太阳系几乎全部质量，占太阳系总质量的99.865%，平均密度1.410gm/cm3，逃逸速度618.02km/sec。
光谱分析表明，太阳化学成分与地球几乎相同，只是比例有差异，太阳最丰富的元素是氢，约73%，其次是氦，约25%，还有碳、氮、氧和各种金属。
太阳的结构从里向外分为：
热核反应区（核部），辐射层，对流层，太阳大气层（图1-5）。
太阳核，为热核反应区，占整个太阳半径的1/4，体积的2%，约为太阳全部质量的几乎一半，表明太阳中心区密度非常高，达150/cm3，温度高达1500万度，压力相当于地球大气压力的2000亿倍，足以支撑外围巨大重力而不塌陷，处于高密、高温和高压状态，是太阳巨大能量的发源地。
辐射层，太阳中心区产生能量主要通过辐射层向外传递，辐射层的范围为0.25到0.86个太阳半径，占太阳体积的32%，质量的48%，温度由800万度下降到240万度，密度由22g/cm3下降到0.2g/cm3，温度、密度和压力都从内向外递减，来自核心的γ射线与X射线，不断与辐射层内的粒子碰撞、吸收再辐射，最后主要以可见光的形式传到太阳表面，辐射到四面八方。
对流层：
靠近表面处，厚约15万公里，占太阳体积的66%，质量的2%强，以对流形式将能量传出。
外围温度下降很快，质量大为减低，再加上太阳表面的辐射损失，使得上下温差很大，形成了以湍流为主的强烈对流，对流层顶部密度接近于0，温度降低到6000度左右。
太阳大气层：
分为光球层、色球层、日冕与太阳风。
光球层：
厚约500km，温度约6000度，平时所见的太阳表面即是光球层。
并可见到对流所造成的大小约为1500km的米粒组织，另外，还可看到太阳黑子。
色球层：
无明显上界，犹如蜘蛛状，向太空喷射火焰。
因太阳边缘气体密度很低，色球层发光强度只有光球层的万分之一。
色球层温度再次升高，而且随高度的增加而上升，在不到5000km的高度里，由光球层顶部的4200度升至1万度左右。
日冕：
厚度约是太阳半径的1.3倍，温度可达50万度，而日冕表面温度可达到100-600万度，形成环形的等离子气流。
日全食中，当月面将色球遮掩后，可见到围绕太阳四周淡白色的晕，即日冕。
日冕物质非常稀薄，其密度约为地球表面大气的十亿分之一，比实验室能达到的高真空还要低，故只有在日全食时才能观测到（图1-6）。
图1-6等离子体组成的日冕环，受太阳强磁场控制，展现出磁力线弯曲形态，表面温度高达100万度，据NASA。
太阳风：
脱离日冕远离太阳而去的高速离子，例如，氢离子（即质子）、电子等，太阳风的传播速度约为450km/s。
日珥是受太阳磁场作用而悬于太阳之上的较冷等离子气体，常呈环形。
太阳有强磁场，其中部分地区有超强磁场，例如黑子（Sunspot）、耀斑（flares）和日冕（coronal）等处，这些地方都是太阳较暗的部位，其中耀斑是太阳系中最喷发猛烈的地方，每次喷发会向宇宙空间射出200亿吨物质。
由于太阳磁场周期性变化，使黑子活动也具有11年的周期，有人认为与地球地震活动周期一致。
太阳的能量来自氢聚变（热核反应），通过核聚变，每秒有596百万吨氢聚变为532百万吨氦，每秒损失64百万吨质量，根据广义相对论的质能转换定律（E=MC2），不难算出，太阳释放出的能量多么巨大。
三、水星
八大行星中水星最小，绕日一周约88个地球日，所以是太阳系中运行最快的行星，但是水星自转速度很慢，自转一周约需59个地球日，使水星每次日出的间隔长达176个地球日。
水星也是最靠近太阳的行星，与太阳的角距不超过28°
，比月球大1/3，常常被强烈的阳光淹没，所以望远镜也很少能够仔细观察到。
古代中国称水星为辰星，西方人则称它为墨丘利（Mercury）。
墨丘利是罗马神话中专为众神传递信息的使者，神通广大，行走如飞。
水星确实象墨丘利那样，行动迅速，天空中位置变化很快。
水星密度较大，在八大行星中仅次于地球，但半径较小，与火星近似，所以重力仅为地球约1/3，根据微弱的磁场，推测存在含铁丰富液态内核，内核占水星直径的3/4（地球为1/2），但磁场强度仅为地球的1/100。
水星表面酷似月球，大小不一的环形山星罗棋布（图1-7），还有辐射纹、平原、裂谷、盆地等地形。
水星大气非常稀薄，昼夜温差很大，太阳辐射强度为地球的7倍，水星上看到的太阳是地球的2.5倍，阳光直射处温度高达427℃，夜间降低到-173℃。
图1-7美国信使号飞船拍摄的水星表面照片
水星椭圆轨道偏心率居八大行星之首，由近日点的46,000,000km变化到远日点的70,000,000km。
水星没有卫星。
由于太靠近太阳，受太阳强大引力影响，使地球发射水星探测飞船的难度很大。
美国发射的人类第一颗水星探测飞船水手10号（Mariner10）于1974、1975年几次掠过水星，2004年发射的信使号（Messenger）计划于2011年进入水星轨道前，在2008年和2009年分别两次和一次飞越水星，其使命是水星表面测量和物质组成、内部结构和磁场研究。
日本和欧洲航天局计划2013年发射名为BepiColumbo的水星探测飞船，其使命与美国相仿，但需要约6年才能进入环绕水星的轨道。
四、金星
金星是离地球最近的行星，也是天空中除太阳和月亮外最亮的天体，中国古代称之为太白或太白金星，最亮时甚至白天也可见。
在地球上看金星和太阳的最大视角不超过48o，因此金星不会整夜出现在天空中，只能在日出前或日落后看到，又名为启明星或长庚星。
金星公转轨道接近圆形，公转周期为225地球日，自转一周比公转一周还慢，并且是逆向自转，所以金星的一天比一年还长，而且在金星上看到的太阳是西升东落的。
金星被称为地球的姐妹星，两者的大小相仿。
大气以CO2为主，云层密布，温室效应显著，表面温度高达5000C，表面大气压力是地球大气压力的90倍以上，没有海洋（水蒸气、二氧化碳不能与钙结合形成碳酸盐类岩石），有人推测过去曾经有过液态水，但现在已经蒸发。
起伏和缓的山脉和裂谷系占金星表面积60%以上，其中还有成千上万座火山，高耸山地占金星表面积的35%，共有6列山脉。
但金星陨石撞击坑比月球、火星和水星等星球都少，由此，地质学家推测，金星表面年龄比上述星球要年轻，可能小于10亿年。
与地球洋中脊类似，金星裂缝中也有玄武岩喷溢。
像地球一样，金星充满活力，内外力地质作用比较活跃。
图1-8美国麦哲伦飞船拍摄到的进行表面雷达假彩色合成图像
从上世纪60年代初开始，美国和前苏联曾多次发射金星探测飞船，最新一次是美国的麦哲伦号（Magellan），于1990年8月进入金星轨道，照片分辨率可达100m。
五、地月系统
1.地球
地球在太阳系行星队列中排行第三，是宇宙中一颗普通的天体，但地球又是人类的家园，人类对所居住的行星的好奇和探索，不亚于对天空中其他天体。
人类虽然能够登月，并把飞船发射到遥远的太空，但对地球内部的观察却十分有限。
世界上最深的矿井位于南非，深度不到4km，世界上最深的“超深钻”，也不过12.3km，与地球近6400km半径相比，简直微不足道。
火山喷出的岩浆来源于几十到200km的深度，但对更深地球的认识，主要靠地震波。
根据地震波波速变化及突变界面，固体地球内部可分为如下层圈（图1-9）：
（1）地核（core）。
分为内、外核，内核位于5120-6371km的地心处，推测由铁、镍等金属元素构成，表现为固态，中心温度达6600℃，与太阳表面相当，压力为370万个大气压。
外核位于2900-5120km深度，呈液态，主要为铁，而镍含量可能达10％，并有大约5％～15％较轻的元素，如硫、硅、氧、钾、氢等。
外核是地球磁场的起源地。
（2）地幔（mantle）。
地幔位于30-2900km之下，厚度约2900km，占地球体积的83.4%，占地球质量的2/3，与地核的界面称为古登堡面（Gutenbergdiscontinuity），与地壳的界面称为莫霍面（Mohodiscontinuity）。
（3）地壳（crust）。
莫霍面以上的固体地球部分，又可分为上下两层，两者之间为康拉德面（Conraddiscontinuity），上地壳主要由硅铝氧化物构成（简称硅铝层，或花岗岩质层，长英质层），下层主要由硅镁氧化物构成（简称硅镁层，或玄武岩质层，铁镁质层）。
大陆地壳一般为上下双层，平均厚度约30km多，大洋地壳仅有下层，平均厚度为5-8km。
但康拉德面的连续性远不如莫霍面，许多地方界面不明显，上下地壳间为渐变关系，有学者在上下地壳间又划分出中地壳。
硅铝质地壳是地球区别于太阳系其他天体的重要特征，水星、金星、火星乃至月球等均缺失硅铝质地壳。
在上地幔上部约70-250km深处，地震波传播速度不增反减，出现地震波低速带，推测发生了部分熔融，物质表现为弹粘性，低速带所构成的圈层称为软流圈（asthenoshpere）。
软流圈是地球构造运动的重要界面，横向上起伏不平，厚度变化也较大，一般在稳定区，软流圈深度大、厚度小，反之，在活动区，软流圈深度小、厚度大，岩浆活动频繁。
软流圈之上的固体地球部分（包括上地幔上部和地壳）称为岩石圈（lithosphere），岩石圈是构造运动的基本单元。
固体地球表层及之上又有如下分层（图1-9）：
（1）大气圈（atmosphere）。
包围着整个地球，但90%质量集中在50km高空以内，无明显上界面，在2000km的高空，大气极为稀薄，逐渐向星际空间过渡。
（2）水圈（hydrosphere）。
地球表层水体所占据或覆盖所构成的圈层，水圈的分布连续但不规则，水以液、固和气等三态存在，大部分为液态，如海洋、河流、湖泊及土壤和岩石中的孔隙水等，部分为固态，如冰川、积雪和冻土，少量为气态，与大气圈相互交流，构成了水圈的循环。
（3）生物圈（biosphere）。
是地球生命及赖以生存环境的总称，生物圈包含岩石圈上部、大气圈下部和水圈的几乎全部，几个层圈相互渗透、相互影响，没有截然的界线。
软流圈之上归属于地球外部层圈，包括岩石圈、大气圈、水圈和生物圈；
是地球科学研究的重点区域；
软流圈之下归属于地球内部层圈，包括地幔和地核（图1-9）。
地球平均密度为5.51g/cm3，与其他行星一样，密度分布并不均匀，表面岩石密度仅为2.7-2.8g/cm3，而地心处密度增至12.51g/cm3，在不连续面上有明显跳跃，莫霍面附近密度从2.9g/cm3陡增至3.32g/cm3，古登堡面附近密度从5.56g/cm3剧增到9.98g/cm3。
地球密度分带明显，平均密度与地壳和地核密度差异较大，说明地球形成以来经历过较彻底的熔融和分异，高熔点、高密度物质沉于中心；
低熔点、低密度物质浮于表层。
密度突变可能是物质相变造成的，相变与地内温度压力变化有关。
地球岩石是热的不良导体，放射性元素衰变产生的热在地球内部积聚，使地内温度升高，到地心达到最大值。
通常把地表常温层以下每100m所升高的温度称为地热增温率或地温梯度（geothermalgradient），地球平均地热增温率为3℃/100m。
由于地球内部物质运动，地热增温率在空间上和时间上都在变化。
世界上不同地方地热增温率不同，一般海底较高，为4-8℃，大陆较低，为0.9-5℃；
地热增温率还是时间的函数，即使在同一地区，不同地质时期的地热增温率也会有较大改变，“将今论古”要格外谨慎。
值得注意的是，地温随深度的增加而增加，但地热增温率随深度增加而降低，否则，若以3℃/100m增温率计算，地心将达到200,000℃的高温，所有岩石都将熔化甚至气化，与实际情况不符。
地球内部岩石重力产生的压力称为内压或静水（岩）压力（
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