第二章行星地球1

第一節(jié)

地球的宇宙環(huán)境

一、從地球看宇宙

基本概念：1、地球是一顆一般的行星。2、宇宙間物質(zhì)存在的形式是多種多樣的，有的聚集在一起形成凝合態(tài)，如日月星辰；有的在廣袤的星際空間形成充溢態(tài)，稱(chēng)為星際物質(zhì)。3、天體——宇宙中各種星體和星際物質(zhì)的總稱(chēng)。肉眼可見(jiàn)的天體有恒星、星云、行星、衛(wèi)星、慧星、流星等。4、天體由近至遠(yuǎn)的依次：恒星→銀河系→總星系→無(wú)限的宇宙。(一)恒星1、定義恒星是由炙熱氣體（等離子體）構(gòu)成的，能自行發(fā)光發(fā)熱的球狀或類(lèi)球狀天體。恒星的成分，氫約占70％，氦約占28％，其余為碳、氮、氧、鐵等元素。2、恒星的距離通常用來(lái)測(cè)量天體距離的單位有：光年——光在真空中一年時(shí)間所走過(guò)的距離稱(chēng)為1光年。1光年=94605×108（億）Km=3×108m/s（光速）×365天/年×24小時(shí)/天×60分/小時(shí)×60秒/分。(2)秒差距——恒星周年視差為l"時(shí)的恒星距離叫做1秒差距。當(dāng)星日連線(xiàn)和星地連線(xiàn)的最大張角為1"時(shí)，該星日距離長(zhǎng)度定義為1秒差距。（3）天文單位——1天文單位即日地平均距離，約14960萬(wàn)km。1光年＝9.4605×1012km=63240天文單位1秒差距＝3.26光年＝206265天文單位什么是等離子體？固體

冰液體

水氣體

水汽等離子體

電離氣體溫度00C1000C100000C定義：即電離了的“氣體”，它呈現(xiàn)出高度激發(fā)的不穩(wěn)定態(tài)，其中包括離子(具有不同符號(hào)和電荷)、電子、原子和分子。

地球太陽(yáng)恒星π恒星周年視差與秒視差圖示3．恒星的亮度亮度——在地球上，肉眼所見(jiàn)恒星的明暗程度稱(chēng)為視亮度，簡(jiǎn)稱(chēng)亮度。亮度的等級(jí)用視星等(m)來(lái)表示。古代，人們將肉眼看到的最光明的星叫一等星，牽強(qiáng)可見(jiàn)的暗星叫六等星，它們之間亮度相差100倍。黑洞——巨大質(zhì)量高度集中在很小的體積內(nèi)，密度極大，引力大到任何物質(zhì)無(wú)法逃脫，輻射也被禁錮出不來(lái)的天體。黑洞不發(fā)光，但可依據(jù)其強(qiáng)大的引力場(chǎng)，推想它的存在。目前認(rèn)為可能是黑洞的天體是天鵝座X-1。（二）銀河系

1，銀河和銀河系“銀河”——在夏秋晴朗無(wú)月的夜晚，仰視星空，從東北方向越過(guò)頭頂再朝西南方向延長(zhǎng)，一條乳白色橫跨天空的光帶。英文名稱(chēng)為－Milkyway。銀河與銀河系有什么區(qū)分？“銀河”是指我們?cè)诘厍蛏峡吹降囊粭l光帶，是銀河系在天空上的投影，是肉眼所見(jiàn)到的部分銀河系?！般y河系”是指太陽(yáng)所在的整個(gè)星系，是比太陽(yáng)系更高層次的浩大天體系統(tǒng)，是由構(gòu)成銀河系的氣體、塵埃、恒星、星團(tuán)以及星云所組成的密集區(qū)。2．銀河系的結(jié)構(gòu)、大小和形態(tài)（1）銀河系是一個(gè)包括約1500億顆恒星和大量星際物質(zhì)組成的浩大星系級(jí)的天體系統(tǒng)。（2）直徑約10萬(wàn)光年，其恒星的分布是不勻整的。中心區(qū)域恒星較密集，距中心愈遠(yuǎn)，恒星愈稀疏。。銀河系的結(jié)構(gòu)（俯視）3．銀河系的運(yùn)動(dòng)銀河系的自轉(zhuǎn)——整個(gè)銀河系繞中心軸線(xiàn)不停地旋轉(zhuǎn)，稱(chēng)為銀河系的自轉(zhuǎn)。銀河系的自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)——銀河系全部的恒星除各自運(yùn)動(dòng)外，都有圍圍著銀河系中心的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)被稱(chēng)為銀河系的自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。整個(gè)銀河系在宇宙空間的運(yùn)動(dòng)，似乎一個(gè)車(chē)輪子，自身不斷旋轉(zhuǎn)的同時(shí)又不停地向前進(jìn)。(三)宇宙的起源—大爆炸宇宙學(xué)簡(jiǎn)介關(guān)于宇宙的起源有很多假說(shuō)，其中最有影響的是1948年由美國(guó)天體物理學(xué)家伽莫夫提出的大爆炸宇宙學(xué)。大爆炸宇宙學(xué)的基本觀點(diǎn)大爆炸宇宙學(xué)認(rèn)為，宇宙早期是一個(gè)超高密、超高溫的“宇宙蛋”。宇宙蛋在某種物理?xiàng)l件下，發(fā)生迅猛的大爆炸，于是便起先不斷膨脹起來(lái)，結(jié)果物質(zhì)也隨著時(shí)空膨脹而從密到稀、從熱到冷地演化著，在演化過(guò)程中漸漸形成各種恒星體系。二、地球所屬的太陽(yáng)系

1、太陽(yáng)系——由中心天體太陽(yáng)及其巨大引力作用下，環(huán)繞太陽(yáng)運(yùn)行的行星、衛(wèi)星、小行星、慧星、流星體和行星際物質(zhì)所組成的天體系統(tǒng)。

2、行星——在橢圓軌道上繞太陽(yáng)運(yùn)行的、近似球狀的天體。在太陽(yáng)四周分布著八大行星，它們距太陽(yáng)由近及遠(yuǎn)的依次：水星→金星→地球→火星→木星→土星→天王星→海王星。水星（Mercury)

水星是距太陽(yáng)最近的行星，在太陽(yáng)系中為第八大行星。

直徑：4,880km

質(zhì)量：3.30×1023kg

至今未發(fā)覺(jué)水星有衛(wèi)星。金星（Venus）和金星上的火山

離太陽(yáng)其次遠(yuǎn)的行星，它的平均半徑為6,052公里，質(zhì)量是地球質(zhì)量的0.815倍，公轉(zhuǎn)周期為224.7天。金星沒(méi)有衛(wèi)星。

地球（Earth）火星（Mars）火星為距太陽(yáng)第四遠(yuǎn)，也是太陽(yáng)系中第七大行星。火星有兩個(gè)小型的近地面衛(wèi)星。

火星風(fēng)暴2000年8月，美國(guó)的火星探測(cè)器觀測(cè)到了火星上的大風(fēng)暴，風(fēng)暴始于15日，26日加劇并急速擴(kuò)展，已覆蓋了超過(guò)半個(gè)火星表面。預(yù)料它還會(huì)接著擴(kuò)展，直到造成一次全球性風(fēng)暴。圖為該風(fēng)暴在火星上的位置。火星古洪水志氣號(hào)彩照（2004）2004年1月23日“火星快車(chē)”探測(cè)器發(fā)覺(jué)火星南極存在冰凍水2004年1月14日“志氣”號(hào)傳回照片：奇妙的火星地貌讓科學(xué)家大吃一驚2004年1月24日“機(jī)遇”又發(fā)回火星照片顯示火星土壤含赤鐵礦木星（Jupiter）

木星是太陽(yáng)系中最大的行星。中國(guó)古代把它叫做“歲星”，用它來(lái)紀(jì)年，因?yàn)橐呀?jīng)知道它的公轉(zhuǎn)周期近于12年。西方則稱(chēng)木星為“朱庇特(Jupiter)”，即羅馬神話(huà)中的主神。相當(dāng)于希臘神話(huà)中的王者---天神宙斯。

木星直徑約為14.3萬(wàn)千米，是地球直徑的11.25倍，體積為地球的1316倍，而質(zhì)量為全部其他行星的2.5倍。木星的平均密度相當(dāng)?shù)停瑑H1.33克/立方厘米。其繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)一周約12年，而自轉(zhuǎn)一周僅要近10小時(shí)。

木星沒(méi)有固體外殼，它是一顆由液態(tài)氫組成的液態(tài)星球。土星（Saturn）

土星直徑119300公里，是太陽(yáng)系其次大行星。它與木星特別相像，表面也是液態(tài)氫和氦的海洋，上方同樣覆蓋著厚厚的云層。

土星有18顆經(jīng)正式確認(rèn)和命名的衛(wèi)星，此外有12顆衛(wèi)星未經(jīng)最終確認(rèn)。天王星（Uranus）

天王星是太陽(yáng)系中離太陽(yáng)第七遠(yuǎn)行星，從直徑來(lái)看，是太陽(yáng)系中第三大行星。

直徑:51,118千米（赤道）

質(zhì)量:8.683×1025千克

天王星有15顆已命名的衛(wèi)星，以及2顆已發(fā)覺(jué)但暫未命名的衛(wèi)星。海王星（Neptune）海王星是人們計(jì)算出來(lái)的行星。天王星發(fā)覺(jué)后，人們發(fā)覺(jué)它的預(yù)報(bào)位置和實(shí)際總不相符，1845年亞當(dāng)斯和勒威耶分別計(jì)算除了天王星外還有一顆行星，并計(jì)算出了軌道和質(zhì)量。1846年9月，最終在預(yù)報(bào)位置“捉住”了它。海王星赤道半徑為24750千米，是地球赤道半徑的3.9倍。海王星質(zhì)量為地球質(zhì)量的17.22倍。海王星繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)一周須要164.8年。海王星有8顆衛(wèi)星。八大行星繞軸自轉(zhuǎn)的同時(shí)，在各自軌道上繞日公轉(zhuǎn)。3、衛(wèi)星——圍繞行星運(yùn)動(dòng)的天體。（1）八大行星除水星和金星外，都帶有衛(wèi)星。（2）行星和衛(wèi)星都不發(fā)可見(jiàn)光。（3）一般質(zhì)量大的行星比質(zhì)量小的行星擁有較多的衛(wèi)星。（4）大的衛(wèi)星近球形，小的衛(wèi)星呈現(xiàn)不規(guī)則狀。（5）除自然衛(wèi)星外，地球四周還繞轉(zhuǎn)著很多人造衛(wèi)星。（6）另外，還有不少空間探測(cè)器和宇宙飛船在太陽(yáng)系中遂游著。人造天體——當(dāng)今日空中運(yùn)行的人造衛(wèi)星、宇宙火箭、行星際飛船和空間試驗(yàn)室等，統(tǒng)稱(chēng)人造天體。4、小行星——沿橢圓軌道繞太陽(yáng)運(yùn)行的小天體。數(shù)以萬(wàn)計(jì)的小行星分布在火星和木星軌道之間，構(gòu)成小行星帶。在地球四周空間也有極少量的小行星在運(yùn)行著。5、慧星——呈現(xiàn)云霧狀的獨(dú)特外貌、以扁長(zhǎng)橢圓軌道繞太陽(yáng)運(yùn)行的質(zhì)量較小的天體。目前觀測(cè)到的慧星已超過(guò)了1000多顆。6、行星際空間并非真空，極淡薄的行星際物質(zhì)是由氣體微粒和固體塵埃所組成。太陽(yáng)系是人類(lèi)目前唯一干脆或間接觀測(cè)到的行星系統(tǒng)，地球是太陽(yáng)系家族的成員。我們對(duì)太陽(yáng)系的探究，具有重大而深遠(yuǎn)的意義。1、太陽(yáng)的距離(1)日地距離。日地平均距離約14960萬(wàn)km，稱(chēng)為一個(gè)“天文單位”，可用“a”表示。1976年，國(guó)際天文學(xué)會(huì)通過(guò)，自1984年起，“a”值統(tǒng)一運(yùn)用1.49597870億km（約1.5億km）。用a這把量天尺來(lái)度量特別便利。如日地平均距離為1a,太陽(yáng)到冥王星的平均距離約40a。依據(jù)理論計(jì)算,太陽(yáng)系的引力范圍可達(dá)15萬(wàn)a。（一）太陽(yáng)2．太陽(yáng)的能源(1)太陽(yáng)熱能。A、太陽(yáng)是太陽(yáng)系光熱的主要源泉，是地球能量的主要供應(yīng)者。B、太陽(yáng)輻射——太陽(yáng)以電磁波形式不斷地向外輻射能量，稱(chēng)為太陽(yáng)輻射。(2)太陽(yáng)能源A、太陽(yáng)不斷地釋放出巨大的能量。巨大能量來(lái)源于太陽(yáng)內(nèi)部的熱核聚變。(二)太陽(yáng)系的小天體

1、小行星(1)小行星帶主要分布在火星和木星軌道之間，絕大多數(shù)小行星距太陽(yáng)2.2-3.6a處。(2)小行星質(zhì)量總和約為地球質(zhì)量的萬(wàn)分之四，且質(zhì)量愈小的數(shù)量愈多。發(fā)覺(jué)小行星是特別費(fèi)神的事，照相巡天觀測(cè)發(fā)覺(jué)大于照相星等21.2等的小行星達(dá)50萬(wàn)顆。目前編號(hào)的有近5000顆?！瓣愂∩硇恰?004年11月2日，一顆小行星當(dāng)日正式被命名為“陳省身星”。這顆小行星由中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)施密特ＣＣＤ小行星項(xiàng)目組于１９９８年２月１５日在河北興隆發(fā)覺(jué)并擁有命名權(quán)。陳省身開(kāi)創(chuàng)并領(lǐng)導(dǎo)著整體微分幾何、纖維叢微分幾何、“陳省身示性類(lèi)”等領(lǐng)域的探討，他是有史以來(lái)惟一獲得世界數(shù)學(xué)界最高榮譽(yù)“沃爾夫獎(jiǎng)”的華人，被稱(chēng)為“當(dāng)今最宏大的數(shù)學(xué)家”，被國(guó)際數(shù)學(xué)界尊為“微分幾何之父”。２０００年，陳省身定居南開(kāi)高校，現(xiàn)為南開(kāi)高校教授、中科院外籍院士、美國(guó)科學(xué)院院士、英國(guó)皇家學(xué)會(huì)名譽(yù)會(huì)員、美國(guó)國(guó)家數(shù)學(xué)探討所和南開(kāi)數(shù)學(xué)探討所名譽(yù)所長(zhǎng)、天津科技館名譽(yù)館長(zhǎng)?！芭砘肝湫恰?006年9月25日，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)臺(tái)長(zhǎng)艾國(guó)祥宣讀了國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)小天體命名委員會(huì)關(guān)于1997年10月6日由我國(guó)國(guó)家天文臺(tái)發(fā)覺(jué)的國(guó)際編號(hào)為48798號(hào)的小行星命名為“彭桓武星”的確定。彭桓武院士是我國(guó)核物理理論、中子物理理論以及核爆炸理論等理論的奠基人和主要領(lǐng)導(dǎo)者之一，推動(dòng)和發(fā)展了我國(guó)凝合態(tài)物理理論、固體和統(tǒng)計(jì)物理、原子和分子物理、加速器等原理。2．彗星俗稱(chēng)“掃帚星”。中國(guó)古代“彗”字，即掃帚之意；西方原于希臘文，即“尾巴”或“毛發(fā)”之意。(1)己發(fā)覺(jué)的彗星有1600多顆，但計(jì)算出軌道的只有600多顆。(2)彗星——是在扁長(zhǎng)軌道上繞太陽(yáng)運(yùn)行的一種體積浩大、質(zhì)量較小、呈云霧狀（或帶彗尾）的天體。池谷一關(guān)彗星威斯特彗星

彗星的結(jié)構(gòu)

長(zhǎng)約500萬(wàn)km的彗尾(3)哈雷慧星A、我國(guó)是世界上最早記錄慧星的國(guó)家?！洞呵铩酚涊d魯文公十四年（公元前613年）秋七月，有星孛入于“北斗”。這是世界上第一次關(guān)于哈雷慧星的準(zhǔn)確記載。B、著名的哈雷慧星平均回來(lái)周期為76年。1682年，當(dāng)這顆慧星出現(xiàn)時(shí)，英國(guó)天文學(xué)家哈雷，留意到它的軌道與l607年和1531年出現(xiàn)的慧星軌道相像，他認(rèn)定這是同一顆慧星的三次出現(xiàn)，并預(yù)言1758年底或1759年初將再次出現(xiàn)。雖然哈雷于1742年去世，但是他預(yù)言的慧星果真于1759年初再次出現(xiàn)了！最近一次是1986年的哈雷慧星回來(lái)，已獲豐碩的觀測(cè)成果。哈雷慧星下次回來(lái)時(shí)間約在2061年。3．流星和隕石(1)流星。在行星際空間，游蕩著多數(shù)的塵粒和固體塊，稱(chēng)為流星體。A、流星體來(lái)源于原始星云的殘存顆粒、小行星相互撞碰產(chǎn)物、彗星瓦解碎片、行星和大衛(wèi)星的噴發(fā)物等。B、當(dāng)流星體穿過(guò)地球大氣時(shí)，具有很高的速度，因摩擦而發(fā)熱發(fā)光，人們可看到一條亮光劃破夜空，這就是流星現(xiàn)象。流星一般在離地面80-120km高空才起先發(fā)光。C、特殊光明并伴隨悶雷般響聲的流星，又稱(chēng)“火流星”。D、通常所見(jiàn)的流星體是單個(gè)的，叫“偶發(fā)流星”，它們是單個(gè)天體碎片，像行星一樣繞日運(yùn)行，在接近地球時(shí)被吸引落進(jìn)大氣層而形成。2001年獅子座流星雨流星2003年8月12日凌晨在約旦首都安曼拍攝的照片顯示了英仙座流星雨劃破夜空的壯麗景象。(2)隕石。大塊流星體穿過(guò)地球大氣層后尚未燃盡，其剩余部分落到地面上成為隕石。通常隕石以著陸處的地名命名?！凹忠惶?hào)”石隕石球粒隕石

新疆大隕鐵

4、探討小天體的重要性(1)小行星、慧星、隕石等小天體，被認(rèn)為是太陽(yáng)系的“考古”標(biāo)本。(2)這些地球的天外來(lái)客，保存了太陽(yáng)系天體物質(zhì)的最原始、最干脆和最豐富的信息，這為探討太陽(yáng)系的起源和演化、生命早期的化學(xué)演化過(guò)程及促進(jìn)空間技術(shù)的發(fā)展，均具有重大的科學(xué)價(jià)值。(3)尤其值得一提的是，隕石物質(zhì)對(duì)自然地理環(huán)境有重大影響。據(jù)資料分析，發(fā)覺(jué)隕石撞擊地球有10個(gè)相對(duì)集中的時(shí)期，這些時(shí)期與地球造陸運(yùn)動(dòng)、造山運(yùn)動(dòng)相吻合，每個(gè)集中撞擊時(shí)期持續(xù)幾百萬(wàn)年。例如，距今7000萬(wàn)年前，相當(dāng)于白堊紀(jì)末的燕山運(yùn)動(dòng)時(shí)期和距今200-300萬(wàn)年，相當(dāng)于第三紀(jì)末的喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)時(shí)期，都是隕石集中撞擊地球的時(shí)期等。由此可見(jiàn)，大規(guī)模的隕石攻擊是自然地理環(huán)境滄桑巨變的外因之一。三、地球的自然衛(wèi)星月球是地球的惟一自然衛(wèi)星。地球和月球相互吸引和共同繞轉(zhuǎn)，構(gòu)成了地月系。由于月球繞地球、地球繞太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生了有目共睹的月相變更和日食、月食等天文現(xiàn)象。(一)月球概況

月球探討簡(jiǎn)史：從“媳娥奔月”的神話(huà)傳聞到“阿波羅登月”，人類(lèi)對(duì)月球的探討已有幾千年的歷史了。1959年10月原蘇聯(lián)“登月3號(hào)”探測(cè)器首先實(shí)現(xiàn)了環(huán)繞月球的運(yùn)行，拍下了月球背面的照片。1969年7月美國(guó)“阿波羅”11號(hào)飛船登月成功，三名宇航員踏上了月球大地。宇航員阿姆斯特朗說(shuō)；“對(duì)個(gè)人來(lái)說(shuō)，這是一小步，但對(duì)人類(lèi)來(lái)說(shuō)，這是跨了一大步！”自此揭開(kāi)了人類(lèi)步入宇宙的新紀(jì)元。直至1972年，“阿波羅”飛船先后6次著陸月面，進(jìn)行了大量的科學(xué)考察，建立了科學(xué)觀測(cè)站。1999年8月1日，美國(guó)成功地將探測(cè)器“月球勘探者”號(hào)以6100km/h的高速撞向月球南極的一個(gè)火山口內(nèi)，但撞擊后未探測(cè)到任何水蒸氣或其他顯示有水的跡象。信任不久的將來(lái)，月球?qū)?huì)成為人類(lèi)開(kāi)發(fā)宇宙的重要基地。

1969年7月20日，美國(guó)宇航員尼爾·阿姆斯特朗和巴茲·奧爾德林乘“阿波羅”11號(hào)飛船首次登月。

嫦娥支配嫦娥工程將分為環(huán)繞、落月、返回三個(gè)步驟。

1、月球的距離月球是距離地球最近的天體。月地測(cè)得的距離約384400Km，誤差達(dá)±3.2km以上。2、月