天文学（课堂PPT）

1、.1普通天文学第五章地球和月球(1)普通天文学普通天文学 课件课件汪海洪制作汪海洪制作.2地球 美丽的蓝色星球 太阳系中最特殊的成员 人类的家园 人类探测宇宙的基地 地球科学：气象学、地质学、地理学、海洋学、地球物理学、地球化学、大地测量学，等普通天文学普通天文学 课件课件汪海洪制作汪海洪制作.3主要内容： 地球的大小和形状 地球的内部结构 地球大气和水圈 地球的磁场和磁层 地球的运动普通天文学普通天文学 课件课件汪海洪制作汪海洪制作.4一、地球的大小和形状 地球质量5.9737 1024kg固体部分占地球总质量的99.9%水圈的质量为1.45 1021kg,占1/4000大气圈质量为5.13

2、6 1018kg, 占1/1000000如何称地球的质量？如何称地球的质量？普通天文学普通天文学 课件课件汪海洪制作汪海洪制作.5 地球的大小赤道半径：6378.136km极半径：6356.753km扁率：1/298.257体积：1.0832071012km3表面积：5.100657108km2弧度测量弧度测量人造地球卫星观测人造地球卫星观测普通天文学普通天文学 课件课件汪海洪制作汪海洪制作.6 地球的形状古希腊哲学家毕达哥拉斯最早提出地球是球形古希腊哲学家毕达哥拉斯最早提出地球是球形亚里士多德给出了地球是球形的第一个科学证据亚里士多德给出了地球是球形的第一个科学证据普通天文学普通天文学 课件

3、课件汪海洪制作汪海洪制作.7地球是球形的证据 月食时月面上出现的地影是圆形的 葡萄牙航海家麦哲伦的环球航行 “登高望远” 南方和北方看见的星空不同 从人造地球卫星或月球上拍摄的照片 普通天文学普通天文学 课件课件汪海洪制作汪海洪制作.8在月球上看地球普通天文学普通天文学 课件课件汪海洪制作汪海洪制作.9 但地球不是一个正球体 17世纪末，牛顿研究了地球自转对地球形态的影响，认为地球应是一个赤道略为隆起，两极略为扁平的椭球体 19世纪，根据大地测量提供的可靠资料，表明地球的形状基本上一个绕短轴旋转的旋转椭球体参考椭球 人造地球卫星观测结果表明，地球赤道也是一个椭圆，所以地球实际上是一个三轴椭球体

4、普通天文学普通天文学 课件课件汪海洪制作汪海洪制作.10地球表面与大地水准面 地球表面的实际形状极不规则，大陆有高山(最高8844.43m)，海底有深渊(最深约1.1km) 所以描述地球形状时不是指地球表面，而是指大地水准面(geoid) 大地水准面：与平均海水面重合的地球重力位等位面 大地水准面并不是一个规则的数学曲面普通天文学普通天文学 课件课件汪海洪制作汪海洪制作.11静止海水面静止海水面自然表面自然表面大地水准面大地水准面参考椭球面参考椭球面 确定地球形状就是指确定大地水准面，它是大地测量学的主要研究内容 球面可以作为大地水准面的第一级近似 旋转椭球面作为第二级近似 三轴椭球面作为第三

5、级近似普通天文学普通天文学 课件课件汪海洪制作汪海洪制作.12重力 定义地球上的质点，一般都受到地心引力和地球自转产生的惯性离心力的作用，将上述两力的合力定义为该点的重力。 单位通常讨论重力的大小，是指单位质量所受的重力，在量值上等于重力加速度，国际单位是m/s2非国际制单位 伽(利略) gal = 1 cm/s2 毫伽 mgal = 10-3 gal 微伽 ugal = 10-6 gal在地球重力学中，在地球重力学中，重力实际上是重力实际上是重重力加速度力加速度的简称的简称普通天文学普通天文学 课件课件汪海洪制作汪海洪制作.13二、地球的内部结构 地球的圈层结构：地球物质分布形成同心圈层，这

6、是由于地球长期运动和物质分异的结果 内部结构由外向内依次：地壳、地幔、地核 了解地球内部结构的手段：地震波钻井(目前最深的钻井仅15km)普通天文学普通天文学 课件课件汪海洪制作汪海洪制作.14地壳地壳上地幔上地幔下地幔下地幔液态外核液态外核固态内核固态内核地壳和地幔顶部由刚性岩地壳和地幔顶部由刚性岩石组成，称为石组成，称为“岩石圈岩石圈”。岩石圈下面是岩石圈下面是“软流圈软流圈”。普通天文学普通天文学 课件课件汪海洪制作汪海洪制作.15普通天文学普通天文学 课件课件汪海洪制作汪海洪制作.16普通天文学普通天文学 课件课件汪海洪制作汪海洪制作.17大陆漂移普通天文学普通天文学 课件课件汪海洪制

7、作汪海洪制作.18洋底扩张普通天文学普通天文学 课件课件汪海洪制作汪海洪制作.19板块运动普通天文学普通天文学 课件课件汪海洪制作汪海洪制作.20普通天文学普通天文学 课件课件汪海洪制作汪海洪制作.21三、地球的大气和水圈1、地球大气 固体地球外面包围着大气层大气圈 大气质量：5.136x1018kg，约占地球总质量的百万分之一 地球生命的保护层：屏蔽太阳紫外线辐射、高能宇宙线及流星体的高速轰击普通天文学普通天文学 课件课件汪海洪制作汪海洪制作.22地球大气的分层地球大气的密度、温度、压力、化学组成等都随着高度变化。l按温度变化，可分为：对流层平流层(同温层)中间层热层外层普通天文学普通天文学

8、 课件课件汪海洪制作汪海洪制作.23普通天文学普通天文学 课件课件汪海洪制作汪海洪制作.24l按大气的组成分：均质层非均质层l按大气电离层度分：中性层电离层普通天文学普通天文学 课件课件汪海洪制作汪海洪制作.25地球大气的组成 干洁空气不包含水气的空气 水汽夏季，含量可达4%冬季，含量0.01%集中在2km以下，与天气变化有密切关系 微尘在离地面3km以下的空气中悬浮的大量固体微粒普通天文学普通天文学 课件课件汪海洪制作汪海洪制作.26地球大气的运动 按运动的水平尺度可分为：大尺度运动(103km)，如全球范围的大气环流中尺度运动(102km) ，如台风小尺度运动(10km) ，如龙卷风 大气

9、中各处温度和压力的差别驱动空气运动，空气不同规模运动总称为“大气环流”，成为各种天气和气候的主要因素 大气环流引起大气角动量变化，必然导致地球自转速率的变化普通天文学普通天文学 课件课件汪海洪制作汪海洪制作.27 大气环流的分类 哈德莱环流：由不同纬度的温差驱动 斜压涡流：因流体力学不稳定性使大尺度的运动变为小尺度涡流 稳态涡流（驻波）：由地形或海陆温差产生，绕纬度圈典型有23个波长。该涡流将动量从对流层转移到平流层，影响平流层的环流 热力潮：由太阳直接照射区与未照射区之间的温差引起。地球大气的热力潮较弱普通天文学普通天文学 课件课件汪海洪制作汪海洪制作.28大气运动的根本能源是太阳辐射能普通

10、天文学普通天文学 课件课件汪海洪制作汪海洪制作.29地球大气的起源 原始大气：地球形成初期已不复存在 还原大气放射性元素的衰变和引力势能的转化，部分地球物质处于熔化状态，气体从地球内部逸出。主要成分：二氧化碳、一氧化碳、甲烷、氨 氧化大气绿色植物的光合作用还原二氧化碳，以及太阳辐射使水分解，产生出游离氧，形成现代以氮、氧为主的氧化大气普通天文学普通天文学 课件课件汪海洪制作汪海洪制作.30温室效应普通天文学普通天文学 课件课件汪海洪制作汪海洪制作.31普通天文学普通天文学 课件课件汪海洪制作汪海洪制作.32冰川融化普通天文学普通天文学 课件课件汪海洪制作汪海洪制作.33海面上升50m，中国的海

11、岸线普通天文学普通天文学 课件课件汪海洪制作汪海洪制作.34普通天文学普通天文学 课件课件汪海洪制作汪海洪制作.35 温室效应是地球生命赖以生存的保护伞 但是地球环境遭到严重破坏，使得大气中二氧化碳和各种气体微粒含量不断增加，造成了温室效应加剧，导致了全球变暖，对气候、生态环境及人类健康等多方面带来影响，保护伞逐渐变成恶魔 人们在追求物质发展的同时，一定要注意保护环境，减缓温室效应的加剧，阻止地球变成第二个金星普通天文学普通天文学 课件课件汪海洪制作汪海洪制作.36普通天文学普通天文学 课件课件汪海洪制作汪海洪制作.372、水圈 水圈是地表水体总称，包括海洋、河流、湖泊、冰川和地下水 海洋占水

12、体体积的99.27% 水圈总质量仅占地球质量的1/4000 水圈中水的运动大致保持动态平衡水循环普通天文学普通天文学 课件课件汪海洪制作汪海洪制作.38水循环Precipitation EvaporationEvaporationTranspirationPrecipitation RiversLakesOceans Soil Moisture Ground WatersAtmosphereSnow Pack普通天文学普通天文学 课件课件汪海洪制作汪海洪制作.39动态平衡的水循环普通天文学普通天文学 课件课件汪海洪制作汪海洪制作.40 太阳辐射可以使水分解出氢，氢易逃逸到太空，导致地球水总量减

13、少。如何补充？ 地球形成时保存在地幔的水通过火山岩浆释放出来 富含水冰的彗星陨落带到地球普通天文学普通天文学 课件课件汪海洪制作汪海洪制作.41四、地球的磁场和磁层 指南针普通天文学普通天文学 课件课件汪海洪制作汪海洪制作.421、地球磁场 简称地磁，大致呈条形磁石周围那样的偶极磁场 磁轴与自转轴有11.5交角偶极磁场(90%)非偶极磁场(约10%)地磁异常普通天文学普通天文学 课件课件汪海洪制作汪海洪制作.43 地磁要素： 磁偏角：磁场强度方向对南北向的偏角 磁倾角：磁场强度方向对水平面的倾角 磁场强度 长期的系统观测表明：地磁在逐年逐日地变化 无扰变化：较平静而有规律的变化，包括周日变化、

14、周年变化和长期变化 干扰变化：所有地磁要素在平均值附近零乱无序的上下起伏普通天文学普通天文学 课件课件汪海洪制作汪海洪制作.44磁暴 地磁场的强烈扰动 可持续几小时到几天 是由于太阳活动发出的强大的微粒辐射引起的 磁暴对电离层干扰很大，会使短波无线电通讯中断，比如GPS在磁暴期间几乎不能工作普通天文学普通天文学 课件课件汪海洪制作汪海洪制作.45普通天文学普通天文学 课件课件汪海洪制作汪海洪制作.46地磁场的强度和方向已经过多次的循环变化：其强度由强变弱，以至消失变为零，然后地磁方向倒转，强度再由弱变至反方向的最大值。 近近350万年，万年，至少发生了九至少发生了九次南北极颠倒次南北极颠倒普通

15、天文学普通天文学 课件课件汪海洪制作汪海洪制作.47 普通天文学普通天文学 课件课件汪海洪制作汪海洪制作.482、地球磁层普通天文学普通天文学 课件课件汪海洪制作汪海洪制作.49在高空太阳风的影响下，地磁场的磁力线都向后弯在高空太阳风的影响下，地磁场的磁力线都向后弯曲，在朝向太阳方向的最前沿形成一个包层，在背曲，在朝向太阳方向的最前沿形成一个包层，在背向太阳方向延伸到很远的空间，这个被太阳风包围向太阳方向延伸到很远的空间，这个被太阳风包围的、彗星状的地磁场区域叫做的、彗星状的地磁场区域叫做地球磁层地球磁层太阳风和地磁的交界面太阳风和地磁的交界面普通天文学普通天文学 课件课件汪海洪制作汪海洪制作

16、.503、辐射带 地磁场俘获带电粒子，把它们约束在大气的一定区域内形成地球辐射带 辐射带内的带电粒子是太阳风、宇宙线与地球高层大气相互作用而产生的高能粒子 这些粒子沿磁力线作螺旋运动，并不断辐射出电磁波 范艾伦带：1959年范艾伦利用探险者1号卫星证实辐射带的存在普通天文学普通天文学 课件课件汪海洪制作汪海洪制作.51范艾伦带范艾伦带范艾伦带内辐射带内辐射带外辐射带外辐射带普通天文学普通天文学 课件课件汪海洪制作汪海洪制作.52五、地球的运动 自转 公转 月地绕转 地轴进动(岁差) 极移 章动 轨道偏心率的变化普通天文学普通天文学 课件课件汪海洪制作汪海洪制作.53 黄赤交角的变化 近日点的长

17、期变化 摄动 环绕太阳系质心的旋转 太阳系相对与邻近恒星的运动 地球的地质运动普通天文学普通天文学 课件课件汪海洪制作汪海洪制作.541、地球自转普通天文学普通天文学 课件课件汪海洪制作汪海洪制作.55地球自转的方向 地球的东西方向是以地球自转方向来确定的 右手法则：设想右手握住地轴，大拇指指向北极星，四手指的指向则代表自转方向 规定：顺着地球自转方向为自西向东方向，逆地球自转方向为自东向西方向 在北极上空看地球自转是逆时针方向天球的运动方向与地球自转方向相反，天球的运动方向与地球自转方向相反，所以日月星辰周日视运动的方向为自东所以日月星辰周日视运动的方向为自东向西向西普通天文学普通天文学 课

18、件课件汪海洪制作汪海洪制作.56地球自转周期 地球自转周期统称为一日，但是由于在天球上选择的参考点不同，产生了不同的自转周期：恒星日、太阳日和太阴日 恒星日：以某恒星(或春分点)为参考点，时间为23h56m4s 太阳日：以太阳视面中心为参考点，平均日长24h，比恒星日长3m56s(公转引起) 太阴日：以月球中心作为参考点，平均日长24h50m普通天文学普通天文学 课件课件汪海洪制作汪海洪制作.57地球自转速度 角速度可视为全球一致 线速度随纬度和高度变化 自转速度变化：长期变化(自转变慢)3.7亿年前，一年有400天季节变化不规则变化普通天文学普通天文学 课件课件汪海洪制作汪海洪制作.58 地

19、球自转轴的方向既在空间变化，又在地球的本体内变化 空间变化表现为岁差和章动 本体变化表现为极移普通天文学普通天文学 课件课件汪海洪制作汪海洪制作.59地球自转产生的现象(1)落体偏东 在地球表面由高处下落的物体总是偏落在铅垂线的东侧东东西西BAABC普通天文学普通天文学 课件课件汪海洪制作汪海洪制作.60(2)傅科摆普通天文学普通天文学 课件课件汪海洪制作汪海洪制作.61(3)天球的周日视运动普通天文学普通天文学 课件课件汪海洪制作汪海洪制作.62(4)昼夜的交替夜半球夜半球昼半球昼半球太阳光线太阳光线普通天文学普通天文学 课件课件汪海洪制作汪海洪制作.63(5)水平运动物体的偏转 科氏力普通

20、天文学普通天文学 课件课件汪海洪制作汪海洪制作.642、地球公转普通天文学普通天文学 课件课件汪海洪制作汪海洪制作.65地球公转的轨道 半长径： 偏心率： 升交点黄经： 近日点角距： 轨道倾角： 过近日点时刻：1个天文单位个天文单位(AU)0.0167114090黄赤交角黄赤交角一月初左右一月初左右普通天文学普通天文学 课件课件汪海洪制作汪海洪制作.66地球公转的周期 地球绕日公转的周期统称为“年”，在天球上选择的参考点不同就有不同的年：如恒星年、回归年，它们对应的参考点分别为：恒星、春分点 恒星年：地球公转的真正周期，地心在黄道上恰好转过360，年长365.2564日 回归年：地球两次与春分

21、点会合的时间间隔，年长365.2422日，比恒星年短(为什么)普通天文学普通天文学 课件课件汪海洪制作汪海洪制作.67 回归年比恒星年短，被称为“岁差” 是因为春分点每年沿黄道西移50”.29，这一现象称为春分点西移。也就是说相对于春分点，地球公转角度不到360 而春分点西移又是地轴进动的结果之一普通天文学普通天文学 课件课件汪海洪制作汪海洪制作.68地球公转产生的现象(1)太阳的周年视运动(2)地球上的四季交替普通天文学普通天文学 课件课件汪海洪制作汪海洪制作.69(3)昼夜长短的季节变化春分春分夏至夏至冬至冬至秋分秋分普通天文学普通天文学 课件课件汪海洪制作汪海洪制作.70(4)地球上的五带(热带，南、北温带，南北、寒带)普通天文学普通天文学 课件课件汪海洪制作汪海洪制作.713、地轴进动(岁差)普通天文学普通天文学 课件课件汪海洪制作汪海洪制作.72