第 3.3 節（第 2 頁） - 資源：庫存

天文學和政府進行的太空探索是一個龐大的研究領域，關於地球以外天體的積累資料非常多。我們不會嘗試在這裡複製所有這些資料，而是對其進行總結並連結到更詳細的資訊。許多標題連結到維基百科或其他詳細的文章。歷史上，天體按恆星>行星>衛星的等級進行分類，這是基於引力束縛。在這裡，我們採用按可用資源進行分類的方法，主要是質量、組成和能量，而不是引力依賴性。我們的觀點是有什麼東西可以被使用，而不是純粹的科學方法，即當前狀態以及它是如何形成的。

庫存按太陽系物質和能量組織，其次是我們銀河系的物質和能量，一般按數量遞減排列，不考慮使用這些資源的實用性。銀河系外的資源距離太遠，無法在近期內引起興趣。我們銀河系的大部分也屬於長期利益，但一些近距離部分可能會在技術進步的情況下變得有用，所以為了完整性，我們將其包括在內。大型工程專案的描述也可能涉及太陽系外的資源。

太陽系物質

歷史：太陽系，包括太陽和所有受其引力束縛的天體，大約在 45.7 億年前形成於一個巨大的分子云，可能與其他恆星一起形成。由於它是透過引力坍縮形成的，因此雲的原始組成主要決定了太陽系的組成。從那時起，一些物質已因早期形成過程中的強烈太陽風以及到目前為止的弱太陽風以及天體的引力彈射而丟失。此外，一些氫已被太陽轉化為氦。今天發現的最終組成在下面列出的主要元素組成中有所體現。除了太陽之外，大多數元素都結合成分子和礦物，它們代表了局部最小化學能。

美國國家航空航天局噴氣推進實驗室 (JPL) 的太陽系動力學網站提供了有關太陽系中大多數已知自然天體的資訊。維基百科還有一個廣泛的按大小排列的列表，其中包含較大的天體。

太陽

• 質量：1.981 x 10³⁰ 公斤，或地球質量的 333,000 倍。這幾乎是太陽系總質量的 0.14%。
• 質量平衡：太陽由於其光輸出的質能而每秒損失 428 萬噸，由於太陽風而每秒損失約 140 萬噸。它從彗星和其他天體的撞擊中獲得（未知數量）的質量。
• 組成：太陽可見表面，稱為光球，由 74.9% 的 H、23.8% 的 He 和 1.3% 的重元素組成。由於太陽的重力相對較高，因此密度較高的元素傾向於沉入核心。總成分估計為 71.1% 的 H、27.4% 的 He 和 1.5% 的重元素。由於 H 融合成 He，這是太陽產生能量的過程，因此核心現在大約有 60% 的 He。儘管重元素在太陽成分中所佔比例很小，但它們仍然代表著除了太陽之外的太陽系其餘部分質量的十倍左右。

氣體巨行星

氣體巨行星的質量足夠大，可以保留相當一部分的氫和氦，這兩種元素是最輕的兩種元素。太陽系有四個，它們加在一起的質量是地球的 444.6 倍，幾乎佔了太陽以外所有質量的總和。

木星

• 質量：1.899 x 10²⁷ 公斤，或地球質量的 317.8 倍。
• 質量平衡：木星的質量平衡不可用，它會來自大氣損失和彗星和小行星撞擊帶來的質量增加。
• 組成：大氣約為 75% 的氫、24% 的氦和 1% 的重元素。總成分估計為 71% 的氫、24% 的氦和 5% 的重元素。

土星

• 質量：5.685 x 10²⁶ 公斤，或地球質量的 95.15 倍。
• 質量平衡：不可用。
• 組成：土星的大氣為 96.3% 的氫、3.25% 的氦和 0.45% 的重元素。總成分估計為 20-32% 的重元素，其餘為 H 和 He。

天王星

• 質量：8.681 x 10²⁵ 公斤，或地球質量的 14.54 倍。
• 質量平衡：不可用。
• 組成：天王星的大氣約為 83% 的氫、15% 的氦和 2% 的甲烷。總成分估計為 0.5-3.7 個地球質量的岩石物質、9.3-13.5 個地球質量的冰（水、氨和甲烷）以及 0.5-1.5 個地球質量的 H 和 He。冰在距離太陽這麼遠的地方是固體，但在行星內部它們實際上是熱的稠密流體。

海王星

• 質量：1.024 x 10²⁶ 公斤，或地球質量的 17.15 倍。
• 質量平衡：不可用。
• 組成：大氣約為 80% 的氫、19% 的氦和 1.5% 的甲烷。總成分估計為 1.2 個地球質量的岩石物質、10-15 個地球質量的冰以及 1-2 個地球質量的 H 和 He。

有大氣層的物體

每個質量和溫度足夠大的天體都會有一些被捕獲的分子。在本頁面的目的中，我們將大氣定義為密度足以流動而不是自由分子相互作用，並且大部分是非電離的。

金星

• 質量：4.87 x 10²⁴ 公斤，或地球質量的 0.815 倍。大氣層 = 4.8 x 10²⁰ 公斤。
• 質量平衡：金星似乎由於太陽風剝離而每秒損失約 16 克/秒的大氣原子量。彗星和小行星撞擊帶來的平均吸積不可用。
• 組成：大氣約為 96.5% 的 CO₂、3.5% 的氮，以及微量的化合物。由於金星的密度和總質量與地球相似，因此預計金星的總組成和結構也相似，包括岩石外層和金屬核心。

地球

• 質量：5.974 x 10²⁴ 公斤，或地球質量的 1.000 倍。大氣層 = 5.28 x 10¹⁸ 公斤。
• 質量平衡：地球每秒從上層大氣中損失約 3 公斤的氫和 0.05 公斤的氦。每年有少量人造物體離開地球。大約 1.25 公斤/秒的地球外物質（從塵埃到殺死恐龍的小行星）吸積。因此，地球作為一個整體正在損失質量，但目前的速度相當於在地球剩餘壽命期間，地球總質量的 40 億分之一。
• 組成：大氣包含 78% 的氮氣、21% 的氧氣、1% 的氬氣、可變數的水以及微量的化合物。總成分由以下主要元素組成：鐵 (32.1%)、氧 (30.1%)、矽 (15.1%)、鎂 (13.9%)、硫 (2.9%)、鎳 (1.8%)、鈣 (1.5%) 和鋁 (1.4%)；其餘 1.2% 由微量其他元素組成。由於密度分離，核心為 95% 的鐵和鎳，而最上層，即地殼，幾乎全是金屬氧化物。按重量計算，這些是 Si、Al、Fe、Ca、Mg、Na、K、H、C、Ti 和 P 的氧化物。

火星

• 質量：6.42 x 10²³ 公斤，或地球質量的 0.107 倍。大氣層 = 24.8 x 10¹⁵ 公斤。
• 質量平衡: 2010 年方等人在題為《火星地殼磁場對大氣侵蝕的影響》的文章中估計，太陽風導致的氧離子損失約為每秒 16-35 克，Effect of Martian Crustal Magnetic Field on Atmospheric Erosion。按照這個速度，大氣層將在 225 億年內被侵蝕殆盡。目前尚無來自小行星和隕石的積累資料。
• 成分: 大氣層包含 95.3% 的 CO₂、2.7% 的氮氣、1.6% 的氬氣和微量成分。整體成分通常是矽酸鹽外層，具有金屬核心，按質量排列的元素大致為氧、矽、鐵、鎂、鋁、鈣和鉀。

土衛六

• 質量: 1.345 x 10²³ 千克，相當於地球總質量的 2.25%。大氣層 = 9.05 x 10¹⁸ 千克。
• 質量平衡: 資料不可獲取，但需要考慮因素包括土星磁層的剝奪作用、小型天體的吸積作用以及大型撞擊的剝奪作用。
• 成分: 大氣層隨高度而變化。較高層包含 98.4% 的氮氣、1.4% 的甲烷和 0.2% 的微量化合物。較低層包含 95% 的氮氣、4.9% 的甲烷和 0.1% 的微量化合物。總成分大約是二分之一的矽酸鹽核心和二分之一的冰，在一定深度可能存在液態水。表面似乎主要由水冰構成，不同地點的二氧化碳、甲烷、甲烷水合物、氨和甲醇含量不同。

海衛一

• 質量: 2.14 x 10²² 千克，相當於地球總質量的 0.36%。大氣層 ~5 x 10¹³ 千克。
• 質量平衡：不可用。
• 成分: 稀薄的大氣層主要由氮氣構成。根據密度得出的固體成分可能是 30-45% 的水冰，其餘為岩石核心。表面 55% 為固態氮，15-35% 為水冰，10-20% 為二氧化碳冰。

無大氣層的天體

這一組包括那些沒有明顯大氣層的天體。當質量和溫度的組合使得氣體分子能夠逸散或被太陽風剝奪時，就會發生這種情況。它們被國際天文學聯合會歸類為一顆行星（水星）、幾顆矮行星、主要行星的剩餘衛星、數量龐大的太陽系小天體（進一步細分為多種型別），以及可能存在的流浪天體。這些分組更多是出於軌道位置的方便性，而不是出於質量、成分、形狀和內部結構的考慮。所有這些屬性，包括軌道，都存在或多或少的連續分佈。由於大多數軌道都是橢圓形的，有時甚至高度橢圓，一個天體可以跨越多個名義上的軌道位置。維基百科有一個關於太陽系圓形天體列表的表格，其中包括矮行星、較大的衛星和矮行星候選者。

水星

• 質量: 3.3 x 10²³ 千克，相當於地球質量的 5.5%。
• 質量平衡：不可用。
• 成分: 大約 70% 的金屬核心和 30% 的矽酸鹽外層。

矮行星

矮行星被定義為足夠大以至於被重力塑造（成橢圓形），但又沒有那麼大以至於清除其鄰近區域的其他天體。這個類別是在 2006 年建立的，當時很明顯冥王星是柯伊伯帶的一部分，而柯伊伯帶包含一些比這顆前行星更大的天體。目前，正式認可了 5 顆矮行星（穀神星、冥王星、妊神星、鳥神星和鬩神星），預計隨著對海王星以外區域的觀測改進，還將發現數百到 2000 顆矮行星。直徑大於 838 公里的天體暫時歸類為矮行星，但最終確認需要它們是圓形的，而大多數此類天體尚未被很好地觀測到。

• 質量: 五顆正式認可的矮行星：3.8 x 10²² 千克，相當於地球質量的 0.63%。也許一旦發現所有外層太陽系天體，其質量將達到地球質量的 10%。

行星衛星

這一組天體以附著在一顆主要行星上並且沒有大到足以維持明顯大氣層為特點。維基百科的天然衛星列表顯示了迄今為止已知的所有天然衛星，其中土衛六（土星六）和海衛一（海王星一）被排除在外，因為它們有大氣層，並在上面列出。很可能還有更多圍繞主要行星執行的尚未被發現的小型衛星。總質量約為 475 x 10²¹ 千克，主要集中在木星的 4 顆最大衛星和地球的月球上。成分因距太陽的距離而異，從岩石（月球）到冰。我們將這些天體按大小分為兩類：大類和小類。大類天體由重力塑造，並可能由放射性衰變或其繞行的行星的潮汐摩擦產生的內部熱量引起。這組天體近似於球形，如果它們沒有繞行星執行，就會被認為是矮行星。數量較多的小類天體形狀不規則，並且可能沒有經過內部熔化的分化過程。

外層太陽系天體

外層太陽系包括木星軌道以外的天體，但不包括外層行星本身及其相關衛星。按照半長軸（符號為 a，以天文單位表示）的近似順序，這包括半人馬小行星、柯伊伯帶、離散盤、希爾雲、奧爾特雲和流浪天體。這些組之間以及與小行星之間存在重疊。這些區別基於描述其軌道和成分的方便性，而不是天體型別上的真實差異。它們都是不附著在主要行星上的天體，其軌道位於木星以外，並且太小而無法維持永久性大氣層。所有外層太陽系天體都被認為是從形成行星的同一太陽盤中形成的，但在氣態巨行星變得足夠大以至於能夠散射它們後，就被散射掉了。彗星 II和海王星以外的太陽系是最近對這些天體中一些天體知識狀態的綜述。

所有外層太陽系天體的總質量尚不清楚，並且是一個活躍的研究領域。密度和光譜表明，外層太陽系天體整體上主要由含氫冰構成：甲烷 (CH₄)、氨 (NH₃) 和水 (OH₂)，這些冰在距離太陽很遠的地方都是固態。彗星是曾經的外層太陽系天體，其軌道現在距離太陽比木星更近，因此氣體從其表面蒸發，因此它們在下面列出。其餘的保持足夠冷以保持固態。

• 半人馬小行星

這些天體距離太陽最近點（近日點）位於木星和海王星之間，最遠點沒有限制。截至 2012 年，已知大約 200 顆半人馬小行星，並且每年大約發現 15-20 顆。已發現的半人馬小行星的大小範圍從 200 公里到 2 公里。估計直徑大於 1 公里的半人馬小行星數量為 44,000 顆。由於它們穿過氣態巨行星的軌道，它們的軌道在幾百萬年的時間尺度上是不穩定的。

• 柯伊伯帶

柯伊伯帶包括位於海王星軌道（30 天文單位）以外至 50 天文單位穩定軌道上的天體，其偏心率一般從 0 到 0.2，除了共振天體，其偏心率可以達到約 0.4，傾角最高可達約 35 度。冥王星現在被認為是最大的此類天體，自 1992 年以來，已經發現了 1241 顆這樣的海王星外天體（TNOs），也被稱為海王星外天體。估計直徑大於 100 公里的 TNOs 數量為 10 萬顆，大於 10 公里的 TNOs 數量可能高達 1000 萬顆。估計質量為地球質量的 0.04-0.1 倍，但行星形成模型預測，最初有 30 顆地球質量的此類天體。目前尚不清楚剩下的天體都到哪裡去了。總體成分尚不清楚，但根據少量密度和光譜觀測結果，預計會存在 CH4（甲烷）、NH3（氨）和 H2O（水）冰。

• 離散盤'

散佈盤天體 (SDO) 的近日點（最靠近太陽的位置）位於海王星以外（即 30 AU），在給定距離處具有更高的偏心率（0.20 到 0.94），並延伸到比柯伊伯帶更遠的距離。它們的傾角範圍可達約 40 度。隨著距離的增加，偏心率的增加可能是一種選擇效應，因為我們只能找到更靠近太陽的天體。從地球上觀察到的外太陽系天體，亮度會隨著距離的四次方而減弱。這是太陽強度（隨距離平方下降）和角面積（也隨距離平方下降）的乘積。這個名字來源於它們的軌道在歷史上某個時刻受到氣態巨行星的引力散射，偏離了它們形成的太陽星雲的較低傾角和偏心率。它們的軌道會受到行星相互作用的進一步改變，因此在長期內並不穩定。自 1995 年以來，共發現了 167 個 **SDO**（在該表中，那些 q > 30 AU 的）。它們的總質量估計為 0.01-0.1 個地球質量。

• 希爾斯雲

希爾斯雲，也稱為內奧爾特雲，是半長軸在 1,000 到 10,000 AU 之間的天體。預計太陽是在嵌入氣體雲中的星團中形成的。**計算機模擬 (2011)** 對此類星團的模擬表明，形成於更靠近太陽的天體會被散射到這些距離，並以約 1.5% 的效率進入外奧爾特雲，導致估計目前約有 3 個地球質量。希爾斯雲與太陽的束縛力足夠強，以至於來自外部來源和氣態巨行星的擾動很少將它們置於我們可以探測到的軌道上。它們距離遙遠，因此除了當它們最靠近太陽時，我們很難看到它們。因此，我們只發現了少數處於進入該區域的軌道的物體。

• 奧爾特雲

奧爾特雲由半長軸 > 10,000 AU 的天體組成。在離太陽如此遙遠的距離，它們的軌道會受到近距離恆星經過和銀河潮汐的影響。它們的起源可能是部分捕獲了太陽形成的星團中的鬆散物體。其餘的將在太陽形成過程中從太陽盤中高度散射出去。估計質量可能為 0.1-7 個地球質量，包含約 6 x 10¹⁰ 到 10¹² 個物體。這個估計來自於觀測長週期彗星的頻率，但這並沒有對它們的數量進行嚴格的限制。

• 流浪天體

流浪天體，也稱為遊牧者或流浪行星，不受太陽束縛，只是從附近經過。在我們附近尚未發現任何確切的例子，但在 2011 年，透過引力透鏡發現了銀河系中的一些候選者。由於太陽系天體被氣態巨行星彈出，根據對稱性，應該有從其他恆星中彈出的天體目前正在靠近太陽。除了被彈出的天體，還預計會存在透過相同機制形成於恆星之外的天體。總數量非常不確定，估計每顆恆星（包括我們自己的恆星）有 2 到 100,000 個這樣的天體。

內太陽系天體

該組包括從木星軌道向內的天體。它列在外部太陽系天體之後，因為這是一個基於資源的清單，並且總質量較小。按離太陽的距離遞減，它包括

• 木星特洛伊天體

在圍繞更大天體執行的較小天體軌道前方和後方 60 度的位置存在穩定的 **拉格朗日點**。太陽系中最巨大的這種對，木星和太陽，擁有最強的這種穩定區域，每個區域延伸約木星軌道 30 度。被困在那裡的物體被稱為 **特洛伊天體**，因為最初發現的幾個物體以特洛伊戰爭中的神話人物命名。直到 1961 年，才發現 14 個木星特洛伊天體，但到 2012 年，**小行星中心** 列出了超過 5300 個。據估計，直徑大於 2 公里的特洛伊天體有 0.1-0.3 百萬個。目前的總質量和成分尚不清楚，但可以粗略估計為 2 x 10¹⁹ 公斤。在其他質量對周圍存在數量相對較少的類似特洛伊天體。

• 主小行星帶

在主小行星帶中已知約 600,000 顆小行星，其範圍從 1.3 AU 最小距離到木星軌道。主小行星帶的密集區域具有大約 70 AU^3 的環形體積，因此分離度為 0.05 AU，或 7,300,000 公里。自 1980 年以來，已知小行星數量增加了 60 倍，預計將繼續增長，但新發現的小行星通常很小。該區域的總質量估計為 3 x 10²¹ 公斤（地球的 0.05%）。大於 1 公里的總數量約為 100 萬個，大於 100 米的約為 2500 萬個。

• 近地天體 (NEO)

這些天體被定義為所有最靠近太陽的距離小於地球距離 (1.3 AU) 的 1.3 倍的天體，但太陽本身、水星和金星除外。火星的平均距離為 1.52 AU，但質量小於地球。因此，從引力角度來看，1.3 AU 的定義大約比外行星更靠近地球，或者足夠近到值得關注。這是一個從人類利益角度來看的人為定義 - 對於這類天體，不存在像主小行星帶小行星那樣明顯的物理分組。美國宇航局有一個 **近地天體計劃** 來發現和描述它們，截至 2012 年年中，已知約 9000 個。估計大於 1 公里的數量約為 1000 個，大於 100 米的約為 200,000 個。

NEO 類別包括所有型別的物體，包括小行星、彗星、已滅絕的彗星（很難與小行星區分）和人造航天器。存在一個未定義的尺寸下限，我們假設為 1 米直徑，低於該下限，我們將其稱為流星體、塵埃或顆粒。NEO 的數量並不恆定。在大約 1-1000 萬年的時間裡，行星和更大天體的引力效應，或者與它們之間的碰撞，將使它們從 NEO 軌道範圍內消失。小於大約 1 釐米的物體也受到光壓或其他效應的影響，而不是引力相互作用，在這些區域的壽命更短。

彗星

彗星與之前列出的固體天體不同，它們表現出週期性的汽化和塵埃排放。這是由它們靠近太陽時表面受熱造成的。水昇華在小於 2.5-3 AU 的地方變得很強，而其他揮發物則在其他距離處變得很強。損失的物質可以形成壯觀但質量不大的尾巴。由於彗星實際上是在從其表面沸騰氣體，因此積累的壓力會導致它們破裂。它們的壽命受它們開始時揮發物的數量限制。失效的彗星類似於小行星，並且在它們的軌道上觀察到明顯的碎片軌跡，這些軌跡表現為週期性流星雨。彗星最終起源於奧爾特雲，並透過引力擾動遷移到更靠近的軌道。

彗星根據其軌道被分為 **短週期**、**木星族**、**哈雷族** 和 **長週期** 類。典型的軌道變化以半長軸為單位約為每軌道 0.001。如果太陽周圍沒有行星，彗星的軌道往往會保持固定。由於木星的質量約為太陽的 1/1000，因此可以將其視為一個攪拌器刀片，每次經過時都會將軌道攪拌大約那麼多的量。因此，彗星軌道往往會在軌道類別之間隨機遷移。

木星族

由於木星是太陽系中最龐大的行星，因此它對穿越其軌道的彗星的影響最大。有一個明顯的彗星群，它們離太陽最遠（遠日點）距離 (Q) 與木星 (5.2 AU) 非常接近。該星團的範圍大致從 4.2 AU < Q < 11 AU，最小（近日點）距離 (q) 的範圍從 0.5 AU < q < 5.5 AU。該範圍通常正好位於主小行星帶之外。木星族彗星通常的傾角小於 35 度。已知約 200 個木星族彗星。

哈雷族

這組彗星的軌道週期為 20-200 年，並且方向使木星不會強烈影響它們。它們的傾角範圍從 0 到 180 度，在 60 度以下略有增加。

長週期

這些彗星被定義為軌道週期 > 200 年，因此半長軸 (a) > 34 AU。長週期彗星在接近 10,000 AU 的半長軸處高度聚集，這使得它們很難與拋物線區分。這一軌道的聚集導致了人們假設奧爾特雲是它們的來源。它們的傾角跨越從 0 到 180 度的整個範圍。

顆粒

區分獨立天體與作為整體跟蹤的區域或粒子質量之間的分界線。

粒子帶

環

行星際塵埃氣體和太陽風

太陽系能量

太陽

當前能量輸出 來自氫融合成氦

估計能量儲備

• 氫融合
• 其他融合反應
• 儲存的熱能
• 引力坍縮能
• 次要能量儲備 - 自旋、分層、磁場

其他一切

其他一切都被歸類為一個標題，因為太陽能量儲備的規模遠遠大於其他一切的總和。

形成的潛熱 - 當像行星這樣的巨大物體在太陽系內形成時，碰撞和重力勢能，以及後來內部物質按密度分層釋放了大量的能量，其中一部分能量用於加熱物體的內部。對於較大的物體，部分熱量仍然儲存在它們的內部。

核裂變 - 太陽系中的物體包含具有放射性同位素的元素，這些同位素自然衰變，加熱它們的內部，或者可以人為地裂變。

核聚變 - 就像太陽一樣，但規模更小，輕元素中存在可以聚變在一起的潛在能量。由於自然發生這種情況至少需要 75 個木星質量，因此它必須是人為製造的。

化學反應 - 化石燃料和未腐爛的植物物質等材料可以在大氣中與氧氣燃燒，釋放能量。

軌道動能 - 太陽系中大部分動能存在於行星和其他較小物體的運動中。當航天器使用飛掠改變其運動時，它們會提取一小部分能量。

次要能量儲備 -

銀河系物質

銀河系（用大寫字母）指的是太陽和地球繞行的引力束縛物體。小寫字母的銀河系指的是這類物體的總稱。

對整個銀河系的概括性描述：銀河系的總質量，以及重子物質與暗物質的比例。

按質量排列的成分

亞恆星物體

褐矮星 -

這些物體太小，不能算作恆星，但超過了行星體的限制。上限大約是木星質量的 80 倍，超過這個上限，氫融合會發生，物體被認為是恆星。下限大約是木星質量的 13 倍，低於這個下限，不會發生任何融合。超過這個下限，氘和鋰融合會發生，但由於它們比氫稀有得多，因此會限制它們的生命和亮度。

行星系統

近年來，人們探測到了大量圍繞其他恆星的行星系統。太陽系外行星百科全書 對它們進行了目錄編制，並附有原始論文的參考資料。截至 2012 年，已探測到 660 個這樣的系統，其中有 837 個行星。探測方法多種多樣。除了已經形成的行星，周圍盤代表了形成的早期階段或未完全凝聚成較大物體。

流浪天體

這些物體沒有與恆星相連，範圍從低於褐矮星極限的行星到被丟擲的彗星。目前對它們瞭解還不透徹，因為 2011 年透過引力透鏡僅探測到了一些候選者。探測。它們數量的估計 範圍從每顆主序星兩顆到每顆星 100,000 顆。較大的數字取決於質量函式（物體數量與質量之間的關係）的樂觀假設。

星際介質

塵埃粒子

星際氣體

銀河系能量

總功率輸出

總能量儲備

高能來源

這包括宇宙射線通量和 X 射線源。

• 維基百科文章：超亮 X 射線源