普通天文学3太阳和太阳系

1、太阳 n太阳是一颗恒星，有极大的质量、很高 的温度。 n太阳只是恒星家族中最普通的一员。 n太阳是太阳系的中心天体，热量的源泉， 太阳光到地球只有8分钟。 n太阳是认识宇宙中其他天体恒星的主要 媒介。 一、太阳的距离、大小和质量 n1、太阳的距离： n 距离的测定是利用对冲日小行星距离的测 定来推算的根据开普勒第三定律：二行星公转 周期的平方比，等于它们同太阳的距离立方比 nT小行星2/T地球2=a13/ a 3 na1/a=? na1a=? nT小行星 T地球 a1_-a都可以测定，可以求出太阳 到地球的距离a值。(1.496亿Km) n2、大小： n视半径为16 n线半径R nSin16=

2、R/a R=asin16 =1.496108sin16 =700000Km n直径直径R=109r； n表面积表面积S=1200S地球 地球； ； n体积体积V=130万万V地球 地球 2. 质量 测定：地球绕太阳作圆周运动，有： nJ向心力=（m地v公转2）/R日地 根据牛顿万有引力公式： nF=GM太m地/R2日地距离 地球绕转的向心力=万有引力(日地向) nJ=F nm地V绕转2/R日地=GM日m地/R日地2 n M太阳=1.9891030Kg 二、太阳的热能、温度和热源 n1.太阳热能 n太阳常数：在日地平均距离处，太阳光线垂直照射， 并排除大气影响的条件下，地面上单位面积(平方厘米)

3、 每分钟所接受的太阳热量。约为8.16J/( cm2 min) n太阳辐射能总量：以太阳为中心，以日地平均距离为 半径的巨大球面 ns=4a2=2.831027 n辐射总量=3.8261026J/S n地球所得到的辐射能= r地2太阳常数=1.741017 J/S=1/22亿 太阳辐射总量 2.太阳温度 (1)有效温度：根据太阳辐射热量推算的太阳温度 （斯忒藩玻耳兹曼斯忒藩玻耳兹曼(Stefan-Boltzmann )定律：对于定律：对于 完全不透明体，每平方厘米每秒所发出的能量，同它完全不透明体，每平方厘米每秒所发出的能量，同它 的绝对温度的的绝对温度的4次方成正比次方成正比），得出太阳的温

4、度约 为5770K； (2)辐射温度：根据太阳光谱测定温度，约为 5700K n综上：太阳的光球温度为5770K； n 太阳的中心温度为1500万K n 太阳的日冕温度为100万K 3. 太阳热源 n产热过程：主要来自轻核聚变，即：较轻的化 学元素原子核聚合成较重的原子核的过程。 n 41H-4He+2e+2v+r n产能方式：E=mc2 1克H聚变为He，质量损失 为0.00684克，产能6.211011J，可使1500吨 的水从0度上升到100度。 n产能中心：太阳核心 n要维持太阳3.8261026J/S的辐射，需要消耗 H 6. 2108 T,损失的质量的0.69%，每秒钟损 失太阳的

5、质量430万T n太阳会耗尽？ 太太 阳阳 内内 部部 三、太阳大气 n太阳的大气：可以直接观察到的外部层次,可以 分为三层. n1 光球层 n指人眼能见到的太阳表面，处于太阳大气的最 底层。厚度500Km ，不透明层。 n密度 210-4Kg/m3 n（1）平时所说的太阳的表面温度，是指光球 的温度。一般为5770K n（2）结构不均匀，有颗粒状结构 称“米粒组 织”（3） 黑子是太阳大气现象，它是光球的 大气旋涡。 n（4）光斑，处于黑子附近温度高出光球的温 度。寿命15天。 2 色球层 n在光球层之上，厚度约2000-2500Km 由于发 出可见光少平时看不到，日全食时，光球被月 球遮蔽

6、，才可看见。太阳轮边呈鲜红色-色球。 n密度 510-6Kg/m3 n（1）色球边 缘很不均匀，由许多细小的“火 舌”组成，叫针状体，存在时间 一般为10分 钟，是不断产生不断消失。 n（2）色球的温度从底到顶递增。 n（3）日珥：从色球喷出的巨大火舌形态多变， 延伸到日冕大气中上升高度达几万到100多万 KM，然后落回日面。或者脱离太阳消失到宇 宙中。 针状物 n（ 4）耀班 ，常见在黑子 群上部的色球 中，突然 爆发，短时间内亮成一片的现 象。能量大，一次爆发出相当于100亿颗 吨的氢 的能量。 n3 日冕层 n 太阳大气的最外层，气体极为稀薄，是太阳 向宇宙空间的过渡，界限难以确定 。范

7、围可伸 展到几十倍，太阳直径远的地方。当日全食周 围看到的清白色的光辉便是，且变化不定。 n平均密度 110-12Kg/m3 n（1）温度 100万到 200万 n（2）光度 很弱只有色球层的1/4 4、太阳活动 n太阳除经常稳定地向宇宙空间辐射巨大的能量 之处，还存在着短时间内，局部爆发的现象。 n黑子，耀斑，日珥等 ，这些现象编统称为活动。 n即 太阳活动是太阳 内各种短时变化现象的总 称。太阳稳定称宁静太阳宁静太阳。有时变化激烈叫扰扰 动太阳动太阳 。 n1. 黑子是扰动太阳的明显标志。 黑子的本影和 半影 （1）出现时成群结队）出现时成群结队 ，其中有，其中有2个个 主要黑子组成的居多

8、。主要黑子组成的居多。 位于日面西位于日面西 边的黑子边的黑子 叫叫“前导黑子前导黑子”，位于东，位于东 边叫边叫“后随黑子后随黑子”大黑子周围大黑子周围 还有还有 许多许多 的小黑子。的小黑子。 （2）周期为11年 n指黑子盛衰周期也称为太阳活动周期 （3）出现位置多半限于日 面南北纬5度-25度之 间。赤道和高纬地区少黑子都会缓慢地从太阳 光盘的一边移到另一边，形状也发生相应变化。 （4）黑子的形成机理没有公认的结果。 nA认为：太阳表面剧烈活动所激起的气旋涡。 nB认为：是膨胀着的大气团，因膨胀造成 温度 下降变暗。 （5）黑子有很强的磁场。 2.耀斑-扰动太阳最激烈的表现。 n平均寿命

9、短 仅几几十分钟 n能量巨大 出现地区常在黑子群的视区域内，随 黑子群的增多而增多，活动周期也为11年 3.日冕的膨胀引起太阳风 （1）日冕中的部分粒子脱离太阳，奔向行星及 类似问题的现象 称日冕膨胀。 （2）太阳风是由日冕膨胀。太阳向行星空间喷 射的训速粒子流。 n 强弱同太阳活动呈正相关，强时风速温度密 度都大，宁静时都减少。 4 对地球的影响 （1）影响地球大气电离层 n地球电离层：由太阳紫外线。X射线和 4 对地球的影响 （1）影响地球大气电离层 n地球电离层：由太阳紫外线、X射线和粒子辐射作用， 使地球高层大气的气体分子发生电离而形成的。 n其作用：反射无限电波。 n当太 阳耀 斑爆

10、发时，由于紫外线X射线 的增强，使电 离层的离子浓度急剧增高，电离层的自由电子比平时 多的多，这时电离层不仅能反射 而且吸收无线电波。 对短波的传播 产生衰 减，甚至中断，一般时间 几分 钟 到几十分钟 ，反之使长波信号加强。 （2）对地球磁场的影响 引起磁暴现象。 n磁暴现象：外界的强烈干拢引起地磁的 巨烈变化 。太阳 活动强烈时会出现。 n危害：地磁增大，产生环电流及附近磁 场，导致地面输电线路感应出较大的电 流，造成过载或烧毁部件，也影响到地 磁探矿、测量等 （3）产生极光现象 n地球大气中的彩色发光现象 太阳系 n一、 太阳系的发现 n二、 太阳系的组成 一、 太阳系的发现 地心说-逆

11、行 地心说的本轮与均轮解释逆行 日心说 East China Normal University 图 2-9 以地球和行星共同绕太阳运动来解释行星 的视行，这是哥白尼日心说的精髓 太阳系 n太阳系是一个天体系统。它的中心天体是太阳 太阳系的组成 n以太阳 为中心，其它行星都 在太阳 引力作用 下绕日公转。 n（一）八大行星 n1、八大行星排列 n2、行星，一般不发射 可见光，而是以表面 反 射太阳 光显得明亮，夜晚星空中有明显的移动 易识别 q 行星的大小对比 图 2-12 行星的大小对比 n3、 八大行星 分类 n（1）以地球轨道为界：分成 地内行星 +地外行星 n（2）按八大行星物理性质分

12、: 类地行星+类木行星 1.类地行星-距太阳近的4颗:水,金,地,火 特点:质量小,体积小,卫星数少,平均密度较大,以金 属岩石构成,表面温度较高,自转周期较长,公转周期短. 2.类木行星-距太阳较远的4颗：木、土、天、 海。 特点:质量大、体积大、卫星数多、平均密度小, 以气体岩石构成,表面温度低,自转周期短,公转 周期长,有彩色光环. 冥王星：按其大小,质量 近似类地行星;而公 转周期,表面温度又近似类木行星.（作为矮行 星） (3) 八大行星又划分为: 类地行星(水.金.地.火) 、 巨行星(木.土)、 远日行星(天,海) 冥王星遭到“降级” n行星必须要符合三个条件： 必须是该区域内最

13、大的天体； 必须有足够大的质量，能依靠自身的重力，通过流体 静力学平衡，使自身的形状达到近似球形； 天体内部不能发生核聚变反应。 n按照此种方案，太阳系中，目前只确认8天体为大行星， 冥王星则不在大行星之列。 n与其他8颗行星相比，冥王星非常小，比许多其他行星 的卫星还小，比如月球。更糟糕的是，过于小的体积 和质量使冥王星根本无法对天王星轨道造成明显影响， 因而无法满足天文学家最初的期望。 n其他行星的轨道平面都与黄道平面基本一致，冥王星 的轨道平面却与黄道平面呈很大夹角。其他行星的轨 道几乎是完美的圆形，而冥王星的轨道是一个有很大 偏心率的椭圆形，其近日点和远日点与太阳的距离相 差30亿公里

14、之多。 柯伊伯带柯伊伯带 n是一种理论推测认为短周期彗星是来自 离太阳50500天文单位的一个环带。位 于太阳系的尽头，其名称源于荷兰裔美 籍天文学家柯伊伯（Kuiper）1951年提 出 。 n1992年，人们首次在海王星轨道之外发现了一 个暗淡小天体，的存在从此由假说变 为事实。 n据猜测，直径超过100公里的柯伊伯带天体可 能达7万个，至今已经发现了几百个。近几年 来人们不断发现更大的柯伊伯带天体，其中一 个甚至比冥王星还要大。这些发现是推动国际 天文学联合会重新定义行星的重要原因。 4. 八大行星绕日公转 (1)提丢斯-波得定则 提丢斯(17291796) 德国中学数学教师。 在176

15、6年,在研究当时已知的六颗行星(水、金、 地、火、木、土)与太阳分布状况之后,认为行 星离太阳的距离,如按行星顺序排列,可用近似 简易公式计算: n n 设计数列: n 0 3 6 12 24 48 96 n + 4 4 7 10 16 28 52 100 n1/10 0.4 0.7 1 1.6 2.8 5.2 10 n 0.387 0.732 1 1.524 2.77 5.20 9.54 n n六年后，德国天文学家柏林天文方台长波 得 （17471826） n将上述定则改写成经验公式 ： nan=o.4+0.3*2n nan指行星离太阳的平均距离（ an ） n 代表行星序号 定则运用：发现

16、小行星 不足： 当n=7,8代入公式与实际相差甚远 N=7 海王（1846年） an =38.8实际 30.13 N=8 冥王(1930年) an =77.2实际39.87 对于水星取- n形成太阳系的动力来源是自引力。 5、星云假说的意义 圆满地解决了太阳、行星、卫星的形成 作业 n1、太阳的距离大小和质量是怎样测定的? n2、何谓太阳大气?什么是大阳风?何谓太阳活动?太阳活 动对地球产生什么影响? n3、设某行星距大阳为25天文单位，那么，它绕大阳公转 的周期应有多长?设某小行星绕太阳公转的周期为8年， 它与太阳的平均距离是多少？ （2）对地球磁场的影响 引起磁暴现象。 n磁暴现象：外界的

17、强烈干拢引起地磁的 巨烈变化 。太阳 活动强烈时会出现。 n危害：地磁增大，产生环电流及附近磁 场，导致地面输电线路感应出较大的电 流，造成过载或烧毁部件，也影响到地 磁探矿、测量等 （3）产生极光现象 n地球大气中的彩色发光现象 q 行星的大小对比 图 2-12 行星的大小对比 n1992年，人们首次在海王星轨道之外发现了一 个暗淡小天体，的存在从此由假说变 为事实。 n据猜测，直径超过100公里的柯伊伯带天体可 能达7万个，至今已经发现了几百个。近几年 来人们不断发现更大的柯伊伯带天体，其中一 个甚至比冥王星还要大。这些发现是推动国际 天文学联合会重新定义行星的重要原因。 n 设计数列: n 0 3 6 12 24 48 96 n + 4 4 7 10 16 28 52 100 n1/10 0.4 0.7 1 1.6 2.8 5.2 10 n 0.387 0.732 1 1.524 2.77 5.20 9.54 n n六年后，德国天文学家柏