第1章宇宙中的行星地球

第一章宇宙中的行星地球☻宇宙星体☻太阳系：结构☻地球在太阳系中的地位☻地球在太阳系中的运动☻星体影响和撞击

平凡：地球是太阳系中的一颗普通行星

不平凡：太阳系中唯一存在生命演化和高级思维能力的人类；唯一发生板块构造运动的星体。☻宇宙星体宇宙：一个统称的概念，理论模型，无穷无尽，多不知星系：一些星系的精美图片银河系：第二章的内容太阳系：本章的主要内容地球：本书的内容宇宙：深空宇宙岛（河外星系）

漩涡星系椭圆星系不规则星系星系相互作用星系群和星系团

宇宙：银河星系示意图银河系银河系中心视场大小为1500光年的射电图象。宇宙：恒星世界恒星双星脉冲星超新星球状星团疏散星团星云（银河系）☻太阳系：结构组成太阳系：由太阳、行星及其卫星、小行星、彗星、流星体和行星际物质构成的天体体系。太阳：太阳系的中心天体。质量、引力、发光恒星九大行星：内层包含水星，金星，地球，火星；外层的行星为木星，土星，天王星，海王星和冥王星。也有分成类地行星、巨行星、远日行星或者类地行星、类木行星等。按传统说法，太阳系被分为行星（绕太阳公转的大物体）、卫星（如月球，绕行星公转的各种大小的星体）、小行星（小型的密集的绕太阳公转的星体）和彗星（小个体的冰质的绕高度偏心轨道公转的星体）。小行星：几十万颗，正式编号的7625颗（1997.4.22止）卫星：九大卫星共66颗卫星，半径〉1000km的卫星7颗，包括月亮。彗星：已知约1600颗，每年能观测到约10颗，新发现50%。轨道有抛物线、双曲线、椭圆三种类型。流星和陨石：尘粒或固体块高速燃烧光迹称为流星，未燃尽的流体块坠地称为陨石。1976.3.8吉林市郊陨石群，最大块1770kg，世界已知最大。行星际物质：密度很小，如地球轨道附近平均密度5个正离子+5个正电子/立方厘米太阳。SOHO拍摄太阳。这四幅太阳像是在不同元素谱线及不同波段上拍摄的，其中(a)铁IX/X,17.1nm(b)铁XII,19.5nm(c)铁XV,28.4nm(d)氦II/硅XI,30.4nm。SOHO摄于1998年10月27日。

太阳系：能量太阳的热核反应：太阳系的能量源太阳表面温度6000K，中心部分温度推测高达1.5x10000000K，密度达到水的160倍，热核反应。太阳辐射和质量损耗：能量输出电磁波形式（光和热）放射能量称太阳辐射：辐射量大小：太阳常数（8.29J）；全球一年获得的太阳能量是目前全世界总发电量的几十万倍。质量耗损：太阳热核反应已维持50亿年左右，假定能量辐射率不变，太阳处于壮年期，寿命可达100亿年。太阳表面图像太阳表面出现有史以来最大冠状云聚集现象

科学家拍摄到的太阳表面火焰3D照片大多数光斑的高度在150到400公里之间太阳释放带电粒子太阳活动与黑子周期：能量变化太阳活动：光球、色球、日冕三层太阳活动：直接受太阳磁场的支配处于局部的剧烈运动称之。太阳活动的最基本标志：黑子，日面上温度比周围光球低1000C左右的“暗斑”。黑子活动规律：空间分布：蝴蝶图，时间变化：11年、22年、80年、数百年的黑子周期。太阳活动的其他类型：色球层的光斑、耀斑、日珥，日冕层的膨胀等。最突出的如耀斑爆发、磁暴、太阳风等。太阳黑子太阳黑子的本影和半影两个巨大的黑子群

太阳黑子区域的耀斑太阳光球上的米粒组织黑子群的空间分布及变化：蝴蝶图太阳日冕。SOHO探测器拍摄。

太阳日冕。1998年8月11日摄于土耳其东部的Haza湖岸。太阳日冕。4英寸折射望远镜摄于1998年2月

太阳日冕。摄于1991年7月11日日全食时。太阳活动的日冕变化太阳的日珥和日冕。摄于日全食时太阳日珥的爆发(右上角)。SOHO摄于1999年9月14日

太阳日珥的爆发(右下角)。太阳活动与地球上气候、水文、地震、疾病流行等现象之间存在某种复杂关系：如明末清初的灾害群发期与17世纪太阳活动的蒙德极小期联系，太阳活动与北半球降水的关系☻地球在太阳系中的地位：

九大行星（运动）基本参数比较行星运动规律：德国天文学家开普勒行星运动三定律九大行星的比较：日地距离及旋转周期、体积和质量、密度和内部物性分异结论：地球得天独厚，恰好具备了有利于生命演化和人类发展所必需的多种自然条件。无论哪一项参数稍有改变，对生物界和人类的生存都会引起严重的甚至毁灭性的后果。行星运动定律：德国天文学家开普勒行星运动三定律行星运动第一定律（椭圆定律）：

所有行星绕太阳的运动轨道是椭圆，太阳位于椭圆的一焦点上。行星运动第二定律（面积定律）：

联接行星和太阳的直线在相等的时间内扫过的面积相等。行星运动第三定律（调和定律）：

行星绕太阳运动的公转周期的平方与它们的轨道半长径的立方成正比。九大行星的主要天体特征

太阳系的特点

为了说明太阳系的成因，认识太阳系的以下特点：

（1）行星运行轨道都接近圆形（近圆性），并几乎位于同一轨道平面上（共面性），只有水星和冥王星的轨道有较大倾斜。（2）行星绕太阳运行的方向除金星外都是逆时针的。大多数卫星也按相同方向绕行星运行。（3）太阳的质量占太阳系总质量的99.8％，但太阳的角动量很小，不超过太阳系总角动量的2％，角动量的分配与各星体的质量很不协调（角动量分配异常）。

（4）类地行星与类木行星在体积、质量、密度、旋转速度、卫星数量方面具有系统性差别。

（5）其他星球上已知的元素，地球上都存在，即具有组成元素的一致性。

（6）撞击坑形成作用在石质行星及卫星表面具有普遍意义。

（7）大多数行星与太阳的相对距离符合提丢斯-波得定律。

上述特点是相关联的。因此太阳系起源的假说都是从解释太阳系的这些特点得出的。地球内部结构(示意图)。

☻地球在太阳系中的运动地球自转与昼夜交替

地理坐标系：地极（南北极）、赤道、纬线、经线（圈）、GPS全球定位系统天球坐标系：天轴、天极、天赤道、黄道、黄极、天顶天底、赤经赤纬等地球自转：恒星日、太阳日、自转速度昼夜交替：形成地方时标准时区：格林威治世界时，24个理论时区地球自转的地学意义：科氏力，南北半球的影响地球自转速度的不均匀性变化地月关系地球轨道参数地球。这是人们第一次看到地球的真实面貌。NASA的"阿波罗"17号(Apollo17)拍摄。地球。NASA的"阿波罗"17号(Apolla17)拍摄。地球昼夜形成示意图地球地理坐标系地球四季形成示意图天球坐标系太阳日与恒星日时区划分地月关系月球基本参数月地距离：3844011km，日地距离的1/389月球大小：半径1738km，地球半径的3/11；表面积为地球的1/4；体积为地球的1/49月球质量：地球质量的1/81.3；地球密度的3/5月球的旋转地-月系统，月球公转：月球自转；月球公转和自转周期相等（一个恒星月）天文潮汐和地球自转速度变慢潮汐变形;

海洋潮汐；引力潮与潮汐隆起；潮流；潮汐摩擦;潮汐摩擦能导致地球自转速度长期减慢的学说地月合影。"伽里略"号(Galileo)探测器摄于1992年。在月球表面看地球升起地球轨道参数公转绕日地共同质心旋转，距日心距离450km偏心率约0.017或1/60，近日点，远日点黄赤交角黄道面与赤道面的夹角，大小等于地轴与地球轨道面的夹角的余角，约23度26分。黄道与天赤道相交的两个点是春分点和秋分点，黄道上距天赤道最远的两个点是夏至点和冬至点。相对天赤道的上下往复运动，称为太阳回归运动，南北回归线，回归年。岁差地轴进动形成岁差现象。最近一次历时25000年旋转一周（岁差周期）地球公转轨道和偏心率黄赤交角和太阳回归运动陀螺轴与地轴进动☻星体影响和撞击

星体间的相互影响

星体之间都存在相互影响米兰科维奇轨道参数：偏心率、地轴斜度、岁差米兰科维奇学说：解释冰期形成慧木撞击及其启示科学预警和预警系统建立天象对思想的影响九星联珠，地球末日，人类劫难来临，地球大爆炸等彗星结构示意图哈雷(Halley)彗星的核池谷－关(Ikeya-Seki)彗星。利克天文台(LickObservatory)摄于1965年。Alcock彗星，即1959f。美国亚利桑那州的美国海军天文台(U.S.NavalObservatory)的40英寸反射望远镜摄于1959年9月1日早晨。百武(Hyakutake)彗星。7英寸折射望远镜拍摄。Tago-Sato-Kosaka彗星。摄于1969年。彗星撞击木星(1994年)

1994年7月16日至22日，一颗命名为苏梅克·列维9号的彗星断裂成21个碎块（其中最大的一块宽约4公里），以每秒60公里的速度连珠炮一般向木星撞去。这次慧木相撞使天文学家们激动不已，它可能是望远镜发明以来——甚至是望远镜发明以前的很长时间以来——人类所能观察到的第一次大规模天体相撞。科学家们计算，在太阳系中，像这次彗木相撞的天文奇观大约要隔数百万年乃至上千万年才会出现一次，它为人类更深刻地了解宇宙的奥秘，揭示地球上生命的起源及进化（如对恐龙的灭绝的争论）提供了千载难逢的机会。这颗彗星是美国天文学家尤金·苏梅克和卡罗琳·苏梅克夫妇以及天文爱好者戴维·列维1993年3月24日利用美国加州帕洛玛天文台的46厘米天文望远镜发现的，故以他们的姓氏命名。根据对其运行轨道进行的计算，这颗彗星曾于1992年7月8日运行到距木星表面仅4万公里的位置。由于受木星引力的影响，慧核断裂成21个可反光的碎块，远远望去像是一串光彩夺目的珍珠悬挂在茫茫宇宙中。天文学家们推测，这颗彗星环绕木星运行也许已经有一个多世纪了，由于它距离地球太遥远和亮度太暗淡而久久未被发现。它开始时可能只是一颗从外层空间进入太阳系的普通彗星。据目前推测，太阳系外围有一个由数十亿颗彗星构成的彗星带。可能是由于过往星体产生的引力摄动的原因，不时有一些彗星脱离彗星带而进入太阳系。有的彗星像匆匆过客，只是从太阳系掠过，然后再回到外层空间，有的彗星则像哈雷彗星一样被吸进太阳系轨道作周期性运行。苏梅克——列维9号彗星显然就是被木星轨道捕捉住的一位“不速之客”。苏梅克——列维9号彗星与木星相撞的撞击点正好在相对于地球的背面阴暗处，人们在地球上无法直接观察到撞击情况。但是木星周围有16颗卫星和两道暗淡的光环，科学家们可以观察到撞击对木星的卫星和光环产生的反光效应。此外，木星的自转周期为9小时56分钟，众多的撞击点可以随着木星的快速自转运行到面对地球的位置，使人类每隔20分钟左右就能观察到撞击后出现的蘑菇状烟云和其他效应。众多设备中离木星最近的一个是伽利略号木星探测器。慧木相撞时，它正处于距木星约2亿公里的位置。该探测器原定于1986年5月由美国航天飞机带入太空发射，由于“挑战者”号1986年初升空后爆炸，致使原计划推迟到1989年10月。美国字航局对其发射方式也作了相应调整，采取了大迂回方式，即首先让它朝着太阳的方向飞去，途中接近金星，受金星的影响而加速，然后飞回地球附近，靠地球加速再飞入前往木星的轨道。这种方式需要花6年时间让其到达木星附近。正是由于该探测器发射计划和方式的变更，才使人类获得了一次原先没有料到的观测手段。伽利略号探测器上装有CCD照相机、紫外线分光仪、等离子体检测器、磁强针等先进的观测设备，能对木星发出的各种光、对撞无线电波和尘埃环境等进行测量并作详尽的记录。苏梅克——列维9号彗星的第一块含有岩石和冰块碎片于格林尼治时间7月16日20时15分以每小时21万公里的速度落入木星大气层，释放出相当于2000亿吨TNT炸药的能量。撞击后产生的多个火球绵延近1000公里，发出强光。人们通过天文望远镜，看到木星表面升腾起宽阔的尘云，高温气体直冲至1000公里的高度，并在木星上留下了如地球大小的撞击痕迹。科学家们测定在慧木相撞前的一段时间内，木星发出的强电磁波比平时强9倍，撞击时溅落点温度瞬间上升到上万摄氏度。木星是太阳系9大行星中位居中间而且又是最大的一个星球。它的半径为71300公里，比地球大11倍；体积是地球的1316倍，重量是地球的318倍，相当于其他8大行星总质量的2.5倍。但木星的密度仅为地球的1/4，这说明木星表面有深而广的海洋，海洋上面