第 3.3 节（第 2 页） - 资源：库存

天文学和政府进行的太空探索是一个庞大的研究领域，关于地球以外天体的积累数据非常多。我们不会尝试在这里复制所有这些数据，而是对其进行总结并链接到更详细的信息。许多标题链接到维基百科或其他详细的文章。历史上，天体按恒星>行星>卫星的等级进行分类，这是基于引力束缚。在这里，我们采用按可用资源进行分类的方法，主要是质量、组成和能量，而不是引力依赖性。我们的观点是有什么东西可以被使用，而不是纯粹的科学方法，即当前状态以及它是如何形成的。

库存按太阳系物质和能量组织，其次是我们银河系的物质和能量，一般按数量递减排列，不考虑使用这些资源的实用性。银河系外的资源距离太远，无法在近期内引起兴趣。我们银河系的大部分也属于长期利益，但一些近距离部分可能会在技术进步的情况下变得有用，所以为了完整性，我们将其包括在内。大型工程项目的描述也可能涉及太阳系外的资源。

太阳系物质

历史：太阳系，包括太阳和所有受其引力束缚的天体，大约在 45.7 亿年前形成于一个巨大的分子云，可能与其他恒星一起形成。由于它是通过引力坍缩形成的，因此云的原始组成主要决定了太阳系的组成。从那时起，一些物质已因早期形成过程中的强烈太阳风以及到目前为止的弱太阳风以及天体的引力弹射而丢失。此外，一些氢已被太阳转化为氦。今天发现的最终组成在下面列出的主要元素组成中有所体现。除了太阳之外，大多数元素都结合成分子和矿物，它们代表了局部最小化学能。

美国国家航空航天局喷气推进实验室 (JPL) 的太阳系动力学网站提供了有关太阳系中大多数已知自然天体的信息。维基百科还有一个广泛的按大小排列的列表，其中包含较大的天体。

太阳

• 质量：1.981 x 10³⁰ 公斤，或地球质量的 333,000 倍。这几乎是太阳系总质量的 0.14%。
• 质量平衡：太阳由于其光输出的质能而每秒损失 428 万吨，由于太阳风而每秒损失约 140 万吨。它从彗星和其他天体的撞击中获得（未知数量）的质量。
• 组成：太阳可见表面，称为光球，由 74.9% 的 H、23.8% 的 He 和 1.3% 的重元素组成。由于太阳的重力相对较高，因此密度较高的元素倾向于沉入核心。总成分估计为 71.1% 的 H、27.4% 的 He 和 1.5% 的重元素。由于 H 融合成 He，这是太阳产生能量的过程，因此核心现在大约有 60% 的 He。尽管重元素在太阳成分中所占比例很小，但它们仍然代表着除了太阳之外的太阳系其余部分质量的十倍左右。

气体巨行星

气体巨行星的质量足够大，可以保留相当一部分的氢和氦，这两种元素是最轻的两种元素。太阳系有四个，它们加在一起的质量是地球的 444.6 倍，几乎占了太阳以外所有质量的总和。

木星

• 质量：1.899 x 10²⁷ 公斤，或地球质量的 317.8 倍。
• 质量平衡：木星的质量平衡不可用，它会来自大气损失和彗星和小行星撞击带来的质量增加。
• 组成：大气约为 75% 的氢、24% 的氦和 1% 的重元素。总成分估计为 71% 的氢、24% 的氦和 5% 的重元素。

土星

• 质量：5.685 x 10²⁶ 公斤，或地球质量的 95.15 倍。
• 质量平衡：不可用。
• 组成：土星的大气为 96.3% 的氢、3.25% 的氦和 0.45% 的重元素。总成分估计为 20-32% 的重元素，其余为 H 和 He。

天王星

• 质量：8.681 x 10²⁵ 公斤，或地球质量的 14.54 倍。
• 质量平衡：不可用。
• 组成：天王星的大气约为 83% 的氢、15% 的氦和 2% 的甲烷。总成分估计为 0.5-3.7 个地球质量的岩石物质、9.3-13.5 个地球质量的冰（水、氨和甲烷）以及 0.5-1.5 个地球质量的 H 和 He。冰在距离太阳这么远的地方是固体，但在行星内部它们实际上是热的稠密流体。

海王星

• 质量：1.024 x 10²⁶ 公斤，或地球质量的 17.15 倍。
• 质量平衡：不可用。
• 组成：大气约为 80% 的氢、19% 的氦和 1.5% 的甲烷。总成分估计为 1.2 个地球质量的岩石物质、10-15 个地球质量的冰以及 1-2 个地球质量的 H 和 He。

有大气层的物体

每个质量和温度足够大的天体都会有一些被捕获的分子。在本页面的目的中，我们将大气定义为密度足以流动而不是自由分子相互作用，并且大部分是非电离的。

金星

• 质量：4.87 x 10²⁴ 公斤，或地球质量的 0.815 倍。大气层 = 4.8 x 10²⁰ 公斤。
• 质量平衡：金星似乎由于太阳风剥离而每秒损失约 16 克/秒的大气原子量。彗星和小行星撞击带来的平均吸积不可用。
• 组成：大气约为 96.5% 的 CO₂、3.5% 的氮，以及微量的化合物。由于金星的密度和总质量与地球相似，因此预计金星的总组成和结构也相似，包括岩石外层和金属核心。

地球

• 质量：5.974 x 10²⁴ 公斤，或地球质量的 1.000 倍。大气层 = 5.28 x 10¹⁸ 公斤。
• 质量平衡：地球每秒从上层大气中损失约 3 公斤的氢和 0.05 公斤的氦。每年有少量人造物体离开地球。大约 1.25 公斤/秒的地球外物质（从尘埃到杀死恐龙的小行星）吸积。因此，地球作为一个整体正在损失质量，但目前的速度相当于在地球剩余寿命期间，地球总质量的 40 亿分之一。
• 组成：大气包含 78% 的氮气、21% 的氧气、1% 的氩气、可变量的水以及微量的化合物。总成分由以下主要元素组成：铁 (32.1%)、氧 (30.1%)、硅 (15.1%)、镁 (13.9%)、硫 (2.9%)、镍 (1.8%)、钙 (1.5%) 和铝 (1.4%)；其余 1.2% 由微量其他元素组成。由于密度分离，核心为 95% 的铁和镍，而最上层，即地壳，几乎全是金属氧化物。按重量计算，这些是 Si、Al、Fe、Ca、Mg、Na、K、H、C、Ti 和 P 的氧化物。

火星

• 质量：6.42 x 10²³ 公斤，或地球质量的 0.107 倍。大气层 = 24.8 x 10¹⁵ 公斤。
• 质量平衡: 2010 年方等人在题为《火星地壳磁场对大气侵蚀的影响》的文章中估计，太阳风导致的氧离子损失约为每秒 16-35 克，Effect of Martian Crustal Magnetic Field on Atmospheric Erosion。按照这个速度，大气层将在 225 亿年内被侵蚀殆尽。目前尚无来自小行星和陨石的积累数据。
• 成分: 大气层包含 95.3% 的 CO₂、2.7% 的氮气、1.6% 的氩气和微量成分。整体成分通常是硅酸盐外层，具有金属核心，按质量排列的元素大致为氧、硅、铁、镁、铝、钙和钾。

土卫六

• 质量: 1.345 x 10²³ 千克，相当于地球总质量的 2.25%。大气层 = 9.05 x 10¹⁸ 千克。
• 质量平衡: 数据不可获取，但需要考虑因素包括土星磁层的剥夺作用、小型天体的吸积作用以及大型撞击的剥夺作用。
• 成分: 大气层随高度而变化。较高层包含 98.4% 的氮气、1.4% 的甲烷和 0.2% 的微量化合物。较低层包含 95% 的氮气、4.9% 的甲烷和 0.1% 的微量化合物。总成分大约是二分之一的硅酸盐核心和二分之一的冰，在一定深度可能存在液态水。表面似乎主要由水冰构成，不同地点的二氧化碳、甲烷、甲烷水合物、氨和甲醇含量不同。

海卫一

• 质量: 2.14 x 10²² 千克，相当于地球总质量的 0.36%。大气层 ~5 x 10¹³ 千克。
• 质量平衡：不可用。
• 成分: 稀薄的大气层主要由氮气构成。根据密度得出的固体成分可能是 30-45% 的水冰，其余为岩石核心。表面 55% 为固态氮，15-35% 为水冰，10-20% 为二氧化碳冰。

无大气层的天体

这一组包括那些没有明显大气层的天体。当质量和温度的组合使得气体分子能够逸散或被太阳风剥夺时，就会发生这种情况。它们被国际天文学联合会归类为一颗行星（水星）、几颗矮行星、主要行星的剩余卫星、数量庞大的太阳系小天体（进一步细分为多种类型），以及可能存在的流浪天体。这些分组更多是出于轨道位置的方便性，而不是出于质量、成分、形状和内部结构的考虑。所有这些属性，包括轨道，都存在或多或少的连续分布。由于大多数轨道都是椭圆形的，有时甚至高度椭圆，一个天体可以跨越多个名义上的轨道位置。维基百科有一个关于太阳系圆形天体列表的表格，其中包括矮行星、较大的卫星和矮行星候选者。

水星

• 质量: 3.3 x 10²³ 千克，相当于地球质量的 5.5%。
• 质量平衡：不可用。
• 成分: 大约 70% 的金属核心和 30% 的硅酸盐外层。

矮行星

矮行星被定义为足够大以至于被重力塑造（成椭圆形），但又没有那么大以至于清除其邻近区域的其他天体。这个类别是在 2006 年创建的，当时很明显冥王星是柯伊伯带的一部分，而柯伊伯带包含一些比这颗前行星更大的天体。目前，正式认可了 5 颗矮行星（谷神星、冥王星、妊神星、鸟神星和阋神星），预计随着对海王星以外区域的观测改进，还将发现数百到 2000 颗矮行星。直径大于 838 公里的天体暂时归类为矮行星，但最终确认需要它们是圆形的，而大多数此类天体尚未被很好地观测到。

• 质量: 五颗正式认可的矮行星：3.8 x 10²² 千克，相当于地球质量的 0.63%。也许一旦发现所有外层太阳系天体，其质量将达到地球质量的 10%。

行星卫星

这一组天体以附着在一颗主要行星上并且没有大到足以维持明显大气层为特点。维基百科的天然卫星列表显示了迄今为止已知的所有天然卫星，其中土卫六（土星六）和海卫一（海王星一）被排除在外，因为它们有大气层，并在上面列出。很可能还有更多围绕主要行星运行的尚未被发现的小型卫星。总质量约为 475 x 10²¹ 千克，主要集中在木星的 4 颗最大卫星和地球的月球上。成分因距太阳的距离而异，从岩石（月球）到冰。我们将这些天体按大小分为两类：大类和小类。大类天体由重力塑造，并可能由放射性衰变或其绕行的行星的潮汐摩擦产生的内部热量引起。这组天体近似于球形，如果它们没有绕行星运行，就会被认为是矮行星。数量较多的小类天体形状不规则，并且可能没有经过内部熔化的分化过程。

外层太阳系天体

外层太阳系包括木星轨道以外的天体，但不包括外层行星本身及其相关卫星。按照半长轴（符号为 a，以天文单位表示）的近似顺序，这包括半人马小行星、柯伊伯带、离散盘、希尔云、奥尔特云和流浪天体。这些组之间以及与小行星之间存在重叠。这些区别基于描述其轨道和成分的方便性，而不是天体类型上的真实差异。它们都是不附着在主要行星上的天体，其轨道位于木星以外，并且太小而无法维持永久性大气层。所有外层太阳系天体都被认为是从形成行星的同一太阳盘中形成的，但在气态巨行星变得足够大以至于能够散射它们后，就被散射掉了。彗星 II和海王星以外的太阳系是最近对这些天体中一些天体知识状态的综述。

所有外层太阳系天体的总质量尚不清楚，并且是一个活跃的研究领域。密度和光谱表明，外层太阳系天体整体上主要由含氢冰构成：甲烷 (CH₄)、氨 (NH₃) 和水 (OH₂)，这些冰在距离太阳很远的地方都是固态。彗星是曾经的外层太阳系天体，其轨道现在距离太阳比木星更近，因此气体从其表面蒸发，因此它们在下面列出。其余的保持足够冷以保持固态。

• 半人马小行星

这些天体距离太阳最近点（近日点）位于木星和海王星之间，最远点没有限制。截至 2012 年，已知大约 200 颗半人马小行星，并且每年大约发现 15-20 颗。已发现的半人马小行星的大小范围从 200 公里到 2 公里。估计直径大于 1 公里的半人马小行星数量为 44,000 颗。由于它们穿过气态巨行星的轨道，它们的轨道在几百万年的时间尺度上是不稳定的。

• 柯伊伯带

柯伊伯带包括位于海王星轨道（30 天文单位）以外至 50 天文单位稳定轨道上的天体，其偏心率一般从 0 到 0.2，除了共振天体，其偏心率可以达到约 0.4，倾角最高可达约 35 度。冥王星现在被认为是最大的此类天体，自 1992 年以来，已经发现了 1241 颗这样的海王星外天体（TNOs），也被称为海王星外天体。估计直径大于 100 公里的 TNOs 数量为 10 万颗，大于 10 公里的 TNOs 数量可能高达 1000 万颗。估计质量为地球质量的 0.04-0.1 倍，但行星形成模型预测，最初有 30 颗地球质量的此类天体。目前尚不清楚剩下的天体都到哪里去了。总体成分尚不清楚，但根据少量密度和光谱观测结果，预计会存在 CH4（甲烷）、NH3（氨）和 H2O（水）冰。

• 离散盘'

散布盘天体 (SDO) 的近日点（最靠近太阳的位置）位于海王星以外（即 30 AU），在给定距离处具有更高的偏心率（0.20 到 0.94），并延伸到比柯伊伯带更远的距离。它们的倾角范围可达约 40 度。随着距离的增加，偏心率的增加可能是一种选择效应，因为我们只能找到更靠近太阳的天体。从地球上观察到的外太阳系天体，亮度会随着距离的四次方而减弱。这是太阳强度（随距离平方下降）和角面积（也随距离平方下降）的乘积。这个名字来源于它们的轨道在历史上某个时刻受到气态巨行星的引力散射，偏离了它们形成的太阳星云的较低倾角和偏心率。它们的轨道会受到行星相互作用的进一步改变，因此在长期内并不稳定。自 1995 年以来，共发现了 167 个 **SDO**（在该表中，那些 q > 30 AU 的）。它们的总质量估计为 0.01-0.1 个地球质量。

• 希尔斯云

希尔斯云，也称为内奥尔特云，是半长轴在 1,000 到 10,000 AU 之间的天体。预计太阳是在嵌入气体云中的星团中形成的。**计算机模拟 (2011)** 对此类星团的模拟表明，形成于更靠近太阳的天体会被散射到这些距离，并以约 1.5% 的效率进入外奥尔特云，导致估计目前约有 3 个地球质量。希尔斯云与太阳的束缚力足够强，以至于来自外部来源和气态巨行星的扰动很少将它们置于我们可以探测到的轨道上。它们距离遥远，因此除了当它们最靠近太阳时，我们很难看到它们。因此，我们只发现了少数处于进入该区域的轨道的物体。

• 奥尔特云

奥尔特云由半长轴 > 10,000 AU 的天体组成。在离太阳如此遥远的距离，它们的轨道会受到近距离恒星经过和银河潮汐的影响。它们的起源可能是部分捕获了太阳形成的星团中的松散物体。其余的将在太阳形成过程中从太阳盘中高度散射出去。估计质量可能为 0.1-7 个地球质量，包含约 6 x 10¹⁰ 到 10¹² 个物体。这个估计来自于观测长周期彗星的频率，但这并没有对它们的数量进行严格的限制。

• 流浪天体

流浪天体，也称为游牧者或流浪行星，不受太阳束缚，只是从附近经过。在我们附近尚未发现任何确切的例子，但在 2011 年，通过引力透镜发现了银河系中的一些候选者。由于太阳系天体被气态巨行星弹出，根据对称性，应该有从其他恒星中弹出的天体目前正在靠近太阳。除了被弹出的天体，还预计会存在通过相同机制形成于恒星之外的天体。总数量非常不确定，估计每颗恒星（包括我们自己的恒星）有 2 到 100,000 个这样的天体。

内太阳系天体

该组包括从木星轨道向内的天体。它列在外部太阳系天体之后，因为这是一个基于资源的清单，并且总质量较小。按离太阳的距离递减，它包括

• 木星特洛伊天体

在围绕更大天体运行的较小天体轨道前方和后方 60 度的位置存在稳定的 **拉格朗日点**。太阳系中最巨大的这种对，木星和太阳，拥有最强的这种稳定区域，每个区域延伸约木星轨道 30 度。被困在那里的物体被称为 **特洛伊天体**，因为最初发现的几个物体以特洛伊战争中的神话人物命名。直到 1961 年，才发现 14 个木星特洛伊天体，但到 2012 年，**小行星中心** 列出了超过 5300 个。据估计，直径大于 2 公里的特洛伊天体有 0.1-0.3 百万个。目前的总质量和成分尚不清楚，但可以粗略估计为 2 x 10¹⁹ 公斤。在其他质量对周围存在数量相对较少的类似特洛伊天体。

• 主小行星带

在主小行星带中已知约 600,000 颗小行星，其范围从 1.3 AU 最小距离到木星轨道。主小行星带的密集区域具有大约 70 AU^3 的环形体积，因此分离度为 0.05 AU，或 7,300,000 公里。自 1980 年以来，已知小行星数量增加了 60 倍，预计将继续增长，但新发现的小行星通常很小。该区域的总质量估计为 3 x 10²¹ 公斤（地球的 0.05%）。大于 1 公里的总数量约为 100 万个，大于 100 米的约为 2500 万个。

• 近地天体 (NEO)

这些天体被定义为所有最靠近太阳的距离小于地球距离 (1.3 AU) 的 1.3 倍的天体，但太阳本身、水星和金星除外。火星的平均距离为 1.52 AU，但质量小于地球。因此，从引力角度来看，1.3 AU 的定义大约比外行星更靠近地球，或者足够近到值得关注。这是一个从人类利益角度来看的人为定义 - 对于这类天体，不存在像主小行星带小行星那样明显的物理分组。美国宇航局有一个 **近地天体计划** 来发现和描述它们，截至 2012 年年中，已知约 9000 个。估计大于 1 公里的数量约为 1000 个，大于 100 米的约为 200,000 个。

NEO 类别包括所有类型的物体，包括小行星、彗星、已灭绝的彗星（很难与小行星区分）和人造航天器。存在一个未定义的尺寸下限，我们假设为 1 米直径，低于该下限，我们将其称为流星体、尘埃或颗粒。NEO 的数量并不恒定。在大约 1-1000 万年的时间里，行星和更大天体的引力效应，或者与它们之间的碰撞，将使它们从 NEO 轨道范围内消失。小于大约 1 厘米的物体也受到光压或其他效应的影响，而不是引力相互作用，在这些区域的寿命更短。

彗星

彗星与之前列出的固体天体不同，它们表现出周期性的汽化和尘埃排放。这是由它们靠近太阳时表面受热造成的。水升华在小于 2.5-3 AU 的地方变得很强，而其他挥发物则在其他距离处变得很强。损失的物质可以形成壮观但质量不大的尾巴。由于彗星实际上是在从其表面沸腾气体，因此积累的压力会导致它们破裂。它们的寿命受它们开始时挥发物的数量限制。失效的彗星类似于小行星，并且在它们的轨道上观察到明显的碎片轨迹，这些轨迹表现为周期性流星雨。彗星最终起源于奥尔特云，并通过引力扰动迁移到更靠近的轨道。

彗星根据其轨道被分为 **短周期**、**木星族**、**哈雷族** 和 **长周期** 类。典型的轨道变化以半长轴为单位约为每轨道 0.001。如果太阳周围没有行星，彗星的轨道往往会保持固定。由于木星的质量约为太阳的 1/1000，因此可以将其视为一个搅拌器刀片，每次经过时都会将轨道搅拌大约那么多的量。因此，彗星轨道往往会在轨道类别之间随机迁移。

木星族

由于木星是太阳系中最庞大的行星，因此它对穿越其轨道的彗星的影响最大。有一个明显的彗星群，它们离太阳最远（远日点）距离 (Q) 与木星 (5.2 AU) 非常接近。该星团的范围大致从 4.2 AU < Q < 11 AU，最小（近日点）距离 (q) 的范围从 0.5 AU < q < 5.5 AU。该范围通常正好位于主小行星带之外。木星族彗星通常的倾角小于 35 度。已知约 200 个木星族彗星。

哈雷族

这组彗星的轨道周期为 20-200 年，并且方向使木星不会强烈影响它们。它们的倾角范围从 0 到 180 度，在 60 度以下略有增加。

长周期

这些彗星被定义为轨道周期 > 200 年，因此半长轴 (a) > 34 AU。长周期彗星在接近 10,000 AU 的半长轴处高度聚集，这使得它们很难与抛物线区分。这一轨道的聚集导致了人们假设奥尔特云是它们的来源。它们的倾角跨越从 0 到 180 度的整个范围。

颗粒

区分独立天体与作为整体跟踪的区域或粒子质量之间的分界线。

粒子带

环

行星际尘埃气体和太阳风

太阳系能量

太阳

当前能量输出 来自氢融合成氦

估计能量储备

• 氢融合
• 其他融合反应
• 储存的热能
• 引力坍缩能
• 次要能量储备 - 自旋、分层、磁场

其他一切

其他一切都被归类为一个标题，因为太阳能量储备的规模远远大于其他一切的总和。

形成的潜热 - 当像行星这样的巨大物体在太阳系内形成时，碰撞和重力势能，以及后来内部物质按密度分层释放了大量的能量，其中一部分能量用于加热物体的内部。对于较大的物体，部分热量仍然储存在它们的内部。

核裂变 - 太阳系中的物体包含具有放射性同位素的元素，这些同位素自然衰变，加热它们的内部，或者可以人为地裂变。

核聚变 - 就像太阳一样，但规模更小，轻元素中存在可以聚变在一起的潜在能量。由于自然发生这种情况至少需要 75 个木星质量，因此它必须是人为制造的。

化学反应 - 化石燃料和未腐烂的植物物质等材料可以在大气中与氧气燃烧，释放能量。

轨道动能 - 太阳系中大部分动能存在于行星和其他较小物体的运动中。当航天器使用飞掠改变其运动时，它们会提取一小部分能量。

次要能量储备 -

银河系物质

银河系（用大写字母）指的是太阳和地球绕行的引力束缚物体。小写字母的银河系指的是这类物体的总称。

对整个银河系的概括性描述：银河系的总质量，以及重子物质与暗物质的比例。

按质量排列的成分

亚恒星物体

褐矮星 -

这些物体太小，不能算作恒星，但超过了行星体的限制。上限大约是木星质量的 80 倍，超过这个上限，氢融合会发生，物体被认为是恒星。下限大约是木星质量的 13 倍，低于这个下限，不会发生任何融合。超过这个下限，氘和锂融合会发生，但由于它们比氢稀有得多，因此会限制它们的生命和亮度。

行星系统

近年来，人们探测到了大量围绕其他恒星的行星系统。太阳系外行星百科全书 对它们进行了目录编制，并附有原始论文的参考资料。截至 2012 年，已探测到 660 个这样的系统，其中有 837 个行星。探测方法多种多样。除了已经形成的行星，周围盘代表了形成的早期阶段或未完全凝聚成较大物体。

流浪天体

这些物体没有与恒星相连，范围从低于褐矮星极限的行星到被抛出的彗星。目前对它们了解还不透彻，因为 2011 年通过引力透镜仅探测到了一些候选者。探测。它们数量的估计 范围从每颗主序星两颗到每颗星 100,000 颗。较大的数字取决于质量函数（物体数量与质量之间的关系）的乐观假设。

星际介质

尘埃粒子

星际气体

银河系能量

总功率输出

总能量储备

高能来源

这包括宇宙射线通量和 X 射线源。

• 维基百科文章：超亮 X 射线源