第五课(地球的宇宙环境2012918)

1、2010.11.21地球概论地球概论主讲教师：李军主讲教师：李军重庆师范大学重庆师范大学 地理与旅游学院地理与旅游学院地球的宇宙环境地球的宇宙环境第二章地球的宇宙环境第二章地球的宇宙环境恒星和星系恒星和星系太阳和太阳系太阳和太阳系月球和地月系月球和地月系天体的概念及类型天体的概念及类型v天体的概念天体的概念地球大气以外的宇宙空间地球大气以外的宇宙空间各种星体的通称。各种星体的通称。天体的类型天体的类型聚集态天体聚集态天体云雾状天体云雾状天体星际物质星际物质肉眼可见的天体类型肉眼可见的天体类型聚集态天体聚集态天体云雾状天体云雾状天体恒星恒星星云星云行星行星行星及其卫星行星及其卫星彗星彗星流星体流

2、星体19971997年回归的海尔年回归的海尔- -波普彗星波普彗星陨石陨石流星流星木星及木卫一木星及木卫一第一节恒星和星系第一节恒星和星系恒星恒星星系星系u恒星的运动恒星的运动一、恒星一、恒星u恒星的距离恒星的距离恒星的发光和光谱恒星的发光和光谱恒星的亮度和光度恒星的亮度和光度u星座的划分星座的划分恒星的多样性恒星的多样性u恒星的概念恒星的概念恒星的演化恒星的演化恒星是由炽热气恒星是由炽热气体组成的、能够自身体组成的、能够自身发光的球形或类似球发光的球形或类似球形的天体。形的天体。 质量质量巨大巨大在自引力作用下，呈球在自引力作用下，呈球形或类球形形或类球形 中心温度很高，通过核反中心温度很高

3、，通过核反应发射可见光应发射可见光 恒星的概念恒星的概念恒星的运动恒星的运动v运动速度一般为运动速度一般为几十几百几十几百KM/SKM/S。 视向速度和切向速度视向速度和切向速度自行自行：由恒星运动：由恒星运动引起的在地球上观引起的在地球上观测角度的差异。测角度的差异。 据测定，恒星的自行据测定，恒星的自行量均很小，最大的为量均很小，最大的为巴纳德星巴纳德星1031/1031/年，年，相当于从相当于从16KM16KM外看外看3 3个硬币的宽度。在已个硬币的宽度。在已测定的测定的3030万颗恒星的万颗恒星的自行中，自行中，1/1/年只年只有有 4 0 04 0 0 余 颗 ， 一 般余 颗 ，

4、一 般01/01/年。年。 视向速度和切向速度视向速度和切向速度自行自行V视V切地球1010万年前万年前1010万年后万年后现在现在北斗七星的自行北斗七星的自行恒星的距离恒星的距离v距离的测定距离的测定 周年视差法周年视差法天文学上的距离单位天文学上的距离单位恒星的距离恒星的距离天文单位天文单位(A.U)(A.U)：光年光年(L.Y)(L.Y)：秒差距秒差距(P.C)(P.C)：日地平均距离。日地平均距离。 光在真空中一年所走的距离。光在真空中一年所走的距离。 周年视差为周年视差为1 1秒的恒星距离。秒的恒星距离。1A.U=1.496108KM 1L.Y=9.5 1012KM =63240AU

5、1P.C=3.26LY=206265AU恒星距离（恒星距离（p.cp.c）=1=1周年视差（周年视差（ ）周年视差示意图周年视差示意图基线基线视差视差11p.c周年视差：周年视差：地球地球轨道半径对于恒轨道半径对于恒星的最大张角。星的最大张角。有关天体的距离有关天体的距离最近的恒星：最近的恒星：4.224.22光年光年（半人马座（半人马座 ）牛郎星：牛郎星：1616光年光年织女星：织女星：2626光年光年北极星：北极星：682682光年光年星座及其划分星座及其划分v星座的概念星座的概念星座的划分星座的划分恒星的命名恒星的命名相互邻近的恒星所组成的图形及这个图形相互邻近的恒星所组成的图形及这个图

6、形所占据的区域所占据的区域 星座希腊字母星座希腊字母 19281928年，国际天文学联合会将全天划分年，国际天文学联合会将全天划分为为8888个星座。个星座。 黄道天区黄道天区1212个，北天天区个，北天天区2929个，南天天区个，南天天区4747个个星座的由来星座的由来黄道黄道1212星座星座白羊座白羊座 金牛座金牛座 双子座双子座 巨蟹座巨蟹座 狮子座狮子座 室女座室女座天秤座天秤座 天蝎座天蝎座 人马座人马座 摩羯座摩羯座 宝瓶座宝瓶座 双鱼座双鱼座恒星的命名恒星的命名主要星座主要星座v春季星空春季星空夏季星空夏季星空秋季星空秋季星空冬季星空冬季星空大熊座大熊座 牧夫座室女座狮子座牧夫座

7、室女座狮子座天鹅座天琴座天鹰座天鹅座天琴座天鹰座仙后座飞马座仙女座仙王座仙后座飞马座仙女座仙王座猎户座大犬座小犬座猎户座大犬座小犬座双子座御夫座金牛座双子座御夫座金牛座洪恩在线洪恩在线天文大观天文大观http:/ 光谱型光谱型颜色颜色温度温度(K)(K)OO蓝蓝3 35 5万万B B蓝白蓝白2 2万万A A白白1 1万万F F黄白黄白75007500GG黄黄60006000K K橙橙45004500MM红红30003000恒星的光谱恒星的光谱光谱：不同波长的光谱：不同波长的光波按光波按波长顺序排波长顺序排列列成的一条光带。成的一条光带。光谱具有不同的类光谱具有不同的类型型恒星的光谱型恒星的光谱

8、型恒星的亮度和光度恒星的亮度和光度v亮度和视星等亮度和视星等光度和绝对星等光度和绝对星等亮度亮度指恒星看上去的明亮程度，指恒星看上去的明亮程度，光度光度是恒星本身的发光强度。是恒星本身的发光强度。影响亮度的因素：影响亮度的因素：恒星的光度恒恒星的光度恒星的距离星的距离影响光度的因素：影响光度的因素：恒星的温度恒恒星的温度恒星的体积星的体积E E1 1E E2 2 d d2 2 2 2 d d1 1 2 2 绝对星等：恒星距离为绝对星等：恒星距离为1010秒秒差距时的视星等。差距时的视星等。 绝对星等和视星等的换算绝对星等和视星等的换算视星等的由来视星等的由来古希腊学者喜帕恰斯根据肉眼观测，将全

9、天最亮的古希腊学者喜帕恰斯根据肉眼观测，将全天最亮的2121颗星的亮颗星的亮度定为度定为1 1等，将肉眼刚好能看到的星定为等。介于其间的星按亮等，将肉眼刚好能看到的星定为等。介于其间的星按亮度大小分别定为度大小分别定为2 2、3 3、4 4、5 5等。这便是古代的视星等。等。这便是古代的视星等。16-17后人通过测定，等星平均比等星亮后人通过测定，等星平均比等星亮100100倍。根据这个关倍。根据这个关系，人们推算出星等每相差级，其亮度相差系，人们推算出星等每相差级，其亮度相差2.5122.512倍。倍。即：E1E2 2.512 2有关天体的视星等有关天体的视星等天体视星等太阳太阳-26.74

10、-26.74月亮月亮-12.7-12.7金星金星-4-4天狼星天狼星-1.45-1.45北极星北极星2 2肉眼可见肉眼可见的最暗星的最暗星6 6绝对星等和视星等的换算绝对星等和视星等的换算设一颗星，其距离为秒差距，视星等为，亮度为设一颗星，其距离为秒差距，视星等为，亮度为E Emm当其距离为当其距离为1010秒差距时，绝对星等为秒差距时，绝对星等为MM，光度为，光度为E EMMEM Em 2.512mMM Em d2102即：2.512mM d2102（mM）lg2.512lg d2 lg1020.4 （mM） 2lgd2Mlgd两边取对数：两边取对数：恒星的多样性恒星的多样性v双星和星团双星

11、和星团变星变星巨星、超巨星、白矮星巨星、超巨星、白矮星组成数量的差异组成数量的差异光度的差异光度的差异体积的差异体积的差异脉冲星和中子星脉冲星和中子星双星和星团双星和星团v双星：双星：空间距离接空间距离接近，彼此之间具有近，彼此之间具有力学上的联系，相力学上的联系，相互环绕转动的两颗互环绕转动的两颗星。星。 星团：星团：许多恒星集中分许多恒星集中分布在一个较小的空间，布在一个较小的空间，彼此具有物理联系的恒彼此具有物理联系的恒星集团。星集团。 食食双双星星疏散星团疏散星团球状星团球状星团北斗七星北斗七星金牛座中的双星金牛座中的双星（两星彼此相距（两星彼此相距4545天文单位）天文单位）疏散星团

12、疏散星团形态不规则形态不规则包含几十至二、包含几十至二、三千颗恒星三千颗恒星很容易用望远很容易用望远镜区分镜区分巨蟹座疏散星团巨蟹座疏散星团金牛座昴星团金牛座昴星团球状星团球状星团武仙座球状星团，武仙座球状星团，250250万颗万颗恒星，恒星，2.52.5万光年万光年半人马座球状星团半人马座球状星团人马座球状星团人马座球状星团球形或扁球形球形或扁球形包含包含1 110001000万颗恒星万颗恒星星团中央十分星团中央十分密集密集变变 星星有些恒星的光度在短时期内会发生明显的、有些恒星的光度在短时期内会发生明显的、特别是周期性的变化，这样的恒星叫特别是周期性的变化，这样的恒星叫变星变星。脉动变星脉

13、动变星新星新星超新星超新星恒星体积发生周期性膨胀或恒星体积发生周期性膨胀或收缩引起的光度变化。收缩引起的光度变化。 亮度在短时间内（几小时至亮度在短时间内（几小时至几天）突然剧增，然后缓慢几天）突然剧增，然后缓慢减弱的一类变星。减弱的一类变星。 爆发规模更大的变星，亮度的爆发规模更大的变星，亮度的增幅为新星的数百至数千倍。增幅为新星的数百至数千倍。 新星爆发新星爆发1 19 97 75 5年年天天鹅鹅座座新新星星爆爆发发前前后后19921992年天鹅座新星的爆发年天鹅座新星的爆发超新星超新星爆发爆发超新星超新星1987A1987A爆发前后爆发前后1987A1987A遗迹遗迹（1994.2199

14、4.2）10541054年金牛座超新星爆发年金牛座超新星爆发v“至和元年（至和元年（10541054年）五月，晨出东方，守年）五月，晨出东方，守天关，昼见如太白，芒角四出，色赤白，凡见天关，昼见如太白，芒角四出，色赤白，凡见二十三日。二十三日。” ” 17311731年，一位年，一位英国天文爱好者英国天文爱好者在这个位置上观在这个位置上观测到一个外形似测到一个外形似螃蟹的天体，叫螃蟹的天体，叫蟹状星云。蟹状星云。 超巨星超巨星巨星、超巨星、白矮星巨星、超巨星、白矮星v赫罗图赫罗图恒星类型恒星类型赫兹普龙赫兹普龙罗素罗素光度温度坐标图光度温度坐标图温度温度 高高低低光度 大小不同的恒星类型不同的

15、恒星类型v主序星主序星巨星巨星超巨星超巨星白矮星白矮星恒星的光度随温度的升高而增大恒星的光度随温度的升高而增大温度较低，但光度较同温度的温度较低，但光度较同温度的主序星大，说明该星体积很大主序星大，说明该星体积很大温度高低不一，但光度都温度高低不一，但光度都较大，说明其体积均很大较大，说明其体积均很大温度很高，但光度较小，温度很高，但光度较小，说明其体积小说明其体积小 脉冲星和中子星脉冲星和中子星中子星中子星由中子组成的恒星由中子组成的恒星脉冲星实际上是具有强磁脉冲星实际上是具有强磁场的、快速自转的中子星。场的、快速自转的中子星。周期性发出强周期性发出强烈的脉冲辐射烈的脉冲辐射脉冲星脉冲星恒星

16、的演化恒星的演化星云在引力作用下，不断收缩，逐渐聚集成星云在引力作用下，不断收缩，逐渐聚集成团，形成比较密集的气体球。团，形成比较密集的气体球。 开始核反应，发射可见光。恒星的特点取决开始核反应，发射可见光。恒星的特点取决于恒星的质量。于恒星的质量。恒星中心区域的核反应停止，外层的氢开始核恒星中心区域的核反应停止，外层的氢开始核反应，恒星膨胀。反应，恒星膨胀。 核反应完全中止，恒星迅速坍缩核反应完全中止，恒星迅速坍缩 。依质量不同，。依质量不同，演化为矮星、中子星或黑洞演化为矮星、中子星或黑洞主序星阶段主序星阶段巨星阶段巨星阶段死亡阶段死亡阶段原恒星阶段原恒星阶段恒星由星云（气体和尘埃）凝聚而

17、来。恒星由星云（气体和尘埃）凝聚而来。质量对主序星的影响质量对主序星的影响质量大的恒星参加核反应的物质多，产生的能量大，质量大的恒星参加核反应的物质多，产生的能量大，故光度大，温度高。故光度大，温度高。大质量恒星的核心温度更高，核反应消耗氢的速度大质量恒星的核心温度更高，核反应消耗氢的速度比较快，因此其生命历程相对来说要短得多。比较快，因此其生命历程相对来说要短得多。影响恒星寿命的长短影响恒星寿命的长短影响恒星温度的高低影响恒星温度的高低恒星的死亡恒星的死亡v较小质量恒星较小质量恒星较大质量恒星较大质量恒星巨星阶段之后，恒星的外壳一直向外膨胀，形成行星状星云。巨星阶段之后，恒星的外壳一直向外膨

18、胀，形成行星状星云。中心部分收缩为一颗密度极大的白矮星。中心部分收缩为一颗密度极大的白矮星。经历超新星爆发，星体物质大量抛射到宇宙空间，核心遗留下经历超新星爆发，星体物质大量抛射到宇宙空间，核心遗留下来两种特殊形态的天体来两种特殊形态的天体中子星或黑洞。中子星或黑洞。行星状星云行星状星云宝瓶座行星状星云。宝瓶座行星状星云。天琴座环状星云天琴座环状星云太阳的归宿太阳的归宿超新星遗迹超新星遗迹金牛座超新星爆发后的遗迹蟹状星云。中部存在一颗极致密的中子星。星云星云恒星的诞生地恒星的诞生地猎户座星云猎户座星云M16M16鹰状星云鹰状星云原恒星形成示意原恒星形成示意星云在引力星云在引力作用下收缩作用下收

19、缩星云碎裂星云碎裂继续收缩继续收缩为原恒星为原恒星开始核反应开始核反应 进入主序阶段进入主序阶段猎户座红巨星猎户座红巨星太阳成为红巨星后的地球景观太阳成为红巨星后的地球景观恒星演化示意图恒星演化示意图二、星系二、星系星系是由大量恒星和星系是由大量恒星和星云构成的天体系统星云构成的天体系统 。银河系银河系河外星系河外星系星系命名星系命名星系分类星系分类宇宙的起源与演化宇宙的起源与演化星系命名星系命名v按所在星座命名按所在星座命名按星表序号命名按星表序号命名梅西耶星表：梅西耶星表： M31M31星云星团新总表：星云星团新总表：NGC224NGC224星云星团新总表星云星团新总表(New (New

20、General Catalogue)General Catalogue)简称为简称为NGC,NGC,共收录共收录78407840个星云、星个星云、星团和星系。后面的数字是天体团和星系。后面的数字是天体在该表中的编号。在该表中的编号。仙女座星系仙女座星系梅西耶星表梅西耶星表v梅西耶星云星团表（梅西耶星云星团表（Messier catalogueMessier catalogue）由法）由法国天文学家国天文学家梅西耶梅西耶编制，编制，收录天体收录天体109109个，简称个，简称MM。MM后的数字是天体在该表后的数字是天体在该表中的编号，称为中的编号，称为梅西耶号梅西耶号数数。Charles Mes

21、sier星系的哈勃分类星系的哈勃分类外形呈正圆形或椭圆形，外形呈正圆形或椭圆形，中心亮，边缘渐暗。中心亮，边缘渐暗。 外形呈旋涡结构，有明显的外形呈旋涡结构，有明显的核心，有几条旋臂。核心，有几条旋臂。 外形没有明显的核心和旋外形没有明显的核心和旋臂，呈不规则的形状。臂，呈不规则的形状。 旋涡星系旋涡星系不规则星系不规则星系椭圆星系椭圆星系椭圆星系椭圆星系v 按星系椭圆的扁按星系椭圆的扁率从小到大分别率从小到大分别用用E0-E7E0-E7表示表示M87E1室女座M49E4室女座NGC205E6仙女座NGC3115E7六分仪座M89E0室女座旋涡星系旋涡星系v 中央无棒状结构的旋涡星系，用中央无

22、棒状结构的旋涡星系，用S S表示中央有棒状结构的棒旋星系，用表示中央有棒状结构的棒旋星系，用SBSB表示表示M65SaM65Sa狮子座狮子座M66SbM66Sb狮子座狮子座M51ScM51Sc猎犬座猎犬座M95SBbM95SBb狮子座狮子座M109SBcM109SBc狮子座狮子座M58SBaM58SBa室女座室女座不规则星系不规则星系不规则星系中含不规则星系中含有更多的尘埃和有更多的尘埃和气体，用气体，用IrrIrr表示表示大麦哲伦星系大麦哲伦星系银河系银河系v银河系结构：核球、银盘、银晕银河系结构：核球、银盘、银晕约约20002000亿颗恒星亿颗恒星14001400亿倍太阳质量亿倍太阳质量太

23、阳在银河系中的位置和运动太阳在银河系中的位置和运动距银心距银心2.42.4万光年的银道面附近万光年的银道面附近 250KM/S250KM/S的速度绕银心旋转，周期为的速度绕银心旋转，周期为2.52.5亿年亿年 银河系结构银河系结构核核球球恒星最密集的区域恒星最密集的区域直径约直径约1 1万光年万光年核球核球银银盘盘核球周围的扁状圆盘核球周围的扁状圆盘直径约直径约8 8万光年万光年银银盘盘银银晕晕银盘周围由较稀疏的恒银盘周围由较稀疏的恒星构成的球体星构成的球体 直径直径1010万光年以上万光年以上银晕银道面银道面2.4万ly河外星系河外星系v银河系之外其他星系的统称银河系之外其他星系的统称星系团

24、：比星系群更加庞大的天体系统星系团：比星系群更加庞大的天体系统星系群：相互邻近的星系结合而成星系群：相互邻近的星系结合而成本星系群本星系群总星系：总星系：目前观测工具所能察觉到的宇目前观测工具所能察觉到的宇宙空间宙空间银河系的近邻银河系的近邻美国天文学家哈勃美国天文学家哈勃19241924年，哈勃准年，哈勃准确测定出仙女座星云确测定出仙女座星云的距离，证明它是在的距离，证明它是在银河系之外的一个巨银河系之外的一个巨大、独立的恒星集团。大、独立的恒星集团。从此从此, ,仙女座星云改称仙女座星云改称仙女座星系。仙女座星系。几个银河系的近邻几个银河系的近邻大小麦哲伦星系大小麦哲伦星系大麦哲伦星系小麦哲伦星系大麦哲伦星系小麦哲伦星系距离距离 1616万光年万光年1919万光年万光年质量质量1/201/20银河系质量银河系质量1/1001/