固体地球物理学概论第二章

1、固体地球物理学概论第二章第1页，共56页，2022年，5月20日，20点26分，星期二 2.1 太阳系与地球The Solar System and the Earth 地球只是太阳系中的普通一员。而太阳只是银河系中亿万颗恒星中的一名小卒。2.1.1 太阳系的成员第2页，共56页，2022年，5月20日，20点26分，星期二太阳系有九大行星。 水星（Mercury)、金星（Venus）、 地球（Earth）、火星（Mars）、 木星（Jupiter）、土星（Saturn）、 天王星(Uranus)、海王星(Neptune)、 冥王星( Pluto ）第3页，共56页，2022年，5月20日，2

2、0点26分，星期二九大行星位置排列示意图太阳、水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星。太阳系约有30000多个小行星，最大的小行星叫谷神（Ceres）,直径约730km。第4页，共56页，2022年，5月20日，20点26分，星期二除此之外，现已发现在火星和木星轨道间至少存在30000颗小行星，其中最大的一叫谷神星（Ceres），是1801年发现的，直径约730km。九大行星中。大多数都有自己的卫星，最多的是木星，已发现有12个卫星。卫星也是太阳系的组成部分。慧星也是太阳系的成员。到目前为止，已观测到的慧星有1500多颗。第5页，共56页，2022年，5月20日，20点26

3、分，星期二当慧星从太阳身边路过时，壮丽的慧尾，耀眼夺目，给人以难忘的印象。慧星的出现，并不表明灾难的降临，而是一种天体的自然现象。它非但不是不吉祥的预兆，而且为人类提供了研究太阳系的起源和演化的难得的良机。1 太阳（The Sun）太阳是太阳系的中心，是太阳系中质量和体积最大的天体。第6页，共56页，2022年，5月20日，20点26分，星期二第7页，共56页，2022年，5月20日，20点26分，星期二第8页，共56页，2022年，5月20日，20点26分，星期二This image was acquired from NASAs Skylab space station on Decemb

4、er 19, 1973. 质量 Mass (kg): 1.989e+30 (330,000 Earths) 赤道半径Equatorial radius (km) 695,000 平均密度Mean density (gm/cm3) 1.410 转动周期 Rotational period (days) 25.36 平均表面温度 Mean surface temperature 6,000C 注：把地球质量记为1.10123单位。第9页，共56页，2022年，5月20日，20点26分，星期二主要化学成份 Principal chemistry 氢 Hydrogen 92.1% 氦 Helium 7

5、.8% 氧 Oxygen 0.061% 碳 Carbon 0.030% 第10页，共56页，2022年，5月20日，20点26分，星期二2 水星（Mercury)质量 Mass (kg): 0.0556 Earths) 平均半径 Mean radius (km) 2,434 平均密度Mean density (gm/cm3) 6.03 转动周期 Rotational period (days) 59.7平均距太阳距离 Mean distance from the Sun (Earth = 1) ：0.3871第11页，共56页，2022年，5月20日，20点26分，星期二第12页，共56页，2

6、022年，5月20日，20点26分，星期二第13页，共56页，2022年，5月20日，20点26分，星期二See the press release of May 28, 1998 (/pubinfo/pr/1998/19/pr.html) for more information. However, the spot in the lower left hand region of the above Hubble image is very likely a large (about 2-3 times the size of Jupiter) planet ejected from a

7、set of young (3% 第17页，共56页，2022年，5月20日，20点26分，星期二其它： 二氧化硫Sulfur dioxide,水汽water vapor, 一氧化碳carbon monoxide, 氩argon, 氦 helium, 氖neon, 氯化氢hydrogen chloride, and 氟化氢hydrogen fluoride. 第18页，共56页，2022年，5月20日，20点26分，星期二第19页，共56页，2022年，5月20日，20点26分，星期二4、地球（The Earth）Mass (kg) 1.0000e+00 赤道半径Equatorial radi

8、us (km) 6,378.14 Mean density (gm/cm3) 5.515 Mean distance from the Sun (km) 149,600,000 Rotational period (days) 0.99727 Rotational period (hours) 23.9345 第20页，共56页，2022年，5月20日，20点26分，星期二Image of earth taken from the Galileo probe enroute to Jupiter in 1990 Produced by USGS Flagstaff第21页，共56页，2022年

9、，5月20日，20点26分，星期二轨道周期 Orbital period (days) 365.256 Mean surface temperature 15C Atmospheric pressure (bars) 1.013 大气成份 Atmospheric composition： 氮 Nitrogen 77% 氧 Oxygen 21% 其它 Other 2% 第22页，共56页，2022年，5月20日，20点26分，星期二其它观测资料 Other Observations: Has Plate Tectonics 板块构造Has Volcanism 火山作用Mostly Covered

10、 with Water 大部分由水覆盖Strong Magnetic Field 强磁场第23页，共56页，2022年，5月20日，20点26分，星期二月亮（Moon）Mass (kg) 7.349e+22 (1.2% earth) 赤道半径Equatorial radius (km) 1,737.4 (27% earth) Mean density (gm/cm3) 3.34 (Light!) Mean distance from Earth (km) 384,400 Rotational period (days) 27.32166 Orbital period (days)27.3216

11、6 第24页，共56页，2022年，5月20日，20点26分，星期二第25页，共56页，2022年，5月20日，20点26分，星期二5、火星（Mars）Mass (kg) 6.421e+23 (11% of earth) Equatorial radius (km) 3,397.2 (50% of earth) Mean density (gm/cm3) 3.94 Mean distance from the Sun (km) 227,940,000 Rotational period (hours) 24.6229 Rotational period (days) 1.025957 第26页

12、，共56页，2022年，5月20日，20点26分，星期二第27页，共56页，2022年，5月20日，20点26分，星期二Orbital period (days) 686.98Mean surface temperature -63C Maximum surface temperature 20C Atmospheric pressure (bars) 0.007 (0.0068 to 0.009) 大 气成份 Atmospheric composition ：二氧化碳 Carbon Dioxide (C02) 95.32% 氮 Nitrogen (N2) 2% 氩 Argon (Ar) 1.

13、6% 氧 Oxygen (O2) 0.13% 水 Water 0.03% 第28页，共56页，2022年，5月20日，20点26分，星期二Other Observations Has seasons 季节- atmosphere but weakVolcanism 火山Weather - water clouds, wind storms, evidence for floods, polar ice caps (CO2 and H20) Appears to have a crust, mantle, and core Extreme topographic variations (-4 t

14、o 27 km) Two small moons 第29页，共56页，2022年，5月20日，20点26分，星期二第30页，共56页，2022年，5月20日，20点26分，星期二Martian South Pole about 400 km wide (smallest extent) 第31页，共56页，2022年，5月20日，20点26分，星期二6、木星（Jupiter）Mass (kg) 1.900e+27 (320% earth) Equatorial radius (km) 71,492 (11.2 earths) Mean density (gm/cm3) 1.33 Mean di

15、stance from the Sun (km) 778,330,000 (5.3 times earth) Rotational period (days) 0.41354 Orbital period (days) 4332.71 第32页，共56页，2022年，5月20日，20点26分，星期二Juipiter as seen by the Hubble Space Telescope in 1995第33页，共56页，2022年，5月20日，20点26分，星期二Mean cloud temperature -121C Atmospheric pressure (bars) 0.7 Atm

16、ospheric composition 氢 Hydrogen 90% 氦 Helium 10% 第34页，共56页，2022年，5月20日，20点26分，星期二Other Observations Extremely strong magnetic field, maybe produced by a metallic hydrogen dynamo Has a ring complex of small dust particles High winds (400 km/hour) observed by probe 16 known moons (4 of which you can s

17、ee with binoculars) 第35页，共56页，2022年，5月20日，20点26分，星期二7、土星（Saturn）Mass (kg) 5.688e+26 (95 earths) Equatorial radius (km) 60,268 (9.5 earths) Mean density (gm/cm3) 0.69 (Low!) Mean distance from the Sun (km) 1,429,400,000 (9.5 earth) Rotational period (hours) 10.233 (fast! planet visibly flattened) Orb

18、ital period (years) 29.458 第36页，共56页，2022年，5月20日，20点26分，星期二第37页，共56页，2022年，5月20日，20点26分，星期二Mean cloud temperature -125C Atmospheric pressure (bars) 1.4 Atmospheric composition 氢 Hydrogen 97% 氦 Helium 3% 发现甲烷 Methane detected Other Observations Rings of unknown composition (but some kind of ice) 第38页

19、，共56页，2022年，5月20日，20点26分，星期二18 confirmed plus 4 maybe moons Also gives off more energy than receives 12000K at center due to Kelvin-Helmholtz mechanism but may also need another source to make it this hot (raining our of He?) Probably has a metallic hydrogen core like Jupiter. Titan - largest moon i

20、n the solar system. 第39页，共56页，2022年，5月20日，20点26分，星期二8、天王星（Uranus）Mass (kg) 8.686e+25 (14 earths) Equatorial radius (km) 25,559 (4 earths) Mean density (gm/cm3) 1.29 Mean distance from the Sun (km) 2,870,990,000 (20 earths) Rotational period (hours) -17.9 Orbital period (years) 84.01 第40页，共56页，2022年，

21、5月20日，20点26分，星期二第41页，共56页，2022年，5月20日，20点26分，星期二Tilt of axis (degrees) 97.86 Mean temperature -193C Atmospheric pressure (bars) 1.2 Atmospheric composition : 氢 Hydrogen 83% 氦 Helium 15% 甲烷 Methane 2% 第42页，共56页，2022年，5月20日，20点26分，星期二but: Uranus is composed primarily of rock and various ices, with onl

22、y about 15% hydrogen and a little helium (in contrast to Jupiter and Saturn which are mostly hydrogen). Other observations Very few features visible on planet, blue from absorption of red by the methane. 第43页，共56页，2022年，5月20日，20点26分，星期二Also has rings (found before Jupiters) Planets axis of rotation

23、is nearly 90 degrees from the plane of its rotation about the sun! It is rolling like a ball. Has magnetic field (but origin unknown as metallic hydrogen unlikely - not enough pressure). The axis of this is tilted at 60 degrees from its axis of rotation. Appears to be cold inside, is not giving off

24、extensive radiation. 第44页，共56页，2022年，5月20日，20点26分，星期二9、海王星（Neptune）Mass (kg) 1.024e+26 (17 earths) Equatorial radius (km) 24,746 (3.9 earths) Mean density (gm/cm3) 1.64 Mean distance from the Sun (km) 4,504,300,000 (30 earths) Rotational period (hours) 16.11 Orbital period (years) 164.79 第45页，共56页，2

25、022年，5月20日，20点26分，星期二第46页，共56页，2022年，5月20日，20点26分，星期二Mean cloud temperature -193 to -153C Atmospheric pressure (bars) 1-3 Atmospheric composition 氢 Hydrogen 85% 氦 Helium 13% 甲烷 Methane 2% Other observations The first two thirds of Neptune is composed of a mixture of molten rock, water, liquid ammoni

26、a and methane. 第47页，共56页，2022年，5月20日，20点26分，星期二comprised of hydrogen, helium, water and methane. Methane gives Neptune its blue cloud color. Cirrus type clouds seen (see figure) Winds of 2000 km/hour observed Four sets of weak rings Magnetic field tilted at 47 degrees from rotation axis and offset 0

27、.55 the planets diameter from its center! 第48页，共56页，2022年，5月20日，20点26分，星期二10、冥王星（Pluto）Mass (kg) 1.27e+22 (0.002 earths) Equatorial radius (km) 1,137 (17% earth) Mean density (gm/cm3) 2.05 Mean distance from the Sun (km) 5,913,520,000 (40 earths) Rotational period (days) -6.3872 Orbital period (years) 248.54 第49页，共56页，2022年，5月20日，20点26分，星期二第50页，共56页，2022年，5月20日，20点26分，星期二Tilt of axis (degrees)122.52 Orbital inclinat