地球与宇宙(一)

天文学基础

主讲：张宏波教授单位:城市与环境科学学院电话：1308684964986168156邮箱：zhanghongbo-cc@163.comQQ:905945616科学教育专业必修课程

杭州凯普企业管理咨询有限公司WWW.KP本科内容第一章探索宇宙第五章地球的运动第二章地月系第六章地球运动的地理意义第三章太阳系第四章银河系和河外星系

宇宙地球杭州凯普企业管理咨询有限公司WWW.KP

第一节古人的天地观

一、盖天说

第一次盖天说：“天圆如张盖，地方如棋局。”问题：一圆一方，天地如何连接呢？第二次盖天说：“天象斗笠，地法覆盘。”问题：日月星辰如何东升西落呢？

第一章探索宇宙

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二、浑天说

“天地之体，状如鸟卵，天包于地外，如卵之裹黄也。其形浑浑然，曰浑天也。”问题：日月星辰附着于蛋壳上绕地运动。东汉的张衡（78—139）做了一个“浑天仪”，在一个圆球上刻上星座，让这个球绕轴转动，演示天体的东升西落和方位。优点：解释了日月星辰的东升西落，提出了大地是球形的观念。

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张衡：我国东汉时期伟大的天文学家、数学家、发明家、地理学家、制图学家、文学家、学者。由于他的贡献突出，联合国天文组织曾将太阳系中的1802号小行星命名为“张衡星”。张衡是东汉中期浑天说的代表人物之一；他指出月球本身并不发光，月光其实是日光的反射；他还正确地解释了月食的成因，并且认识到宇宙的无限性和行星运动的快慢与距离地球远近的关系。杭州凯普企业管理咨询有限公司WWW.KP三、宣夜说

“宣夜”的意思是宣劳午夜，说明它是根据辛勤的夜间观测而提出的。日月星辰并不固定在一个球壳之上，而是漂浮于虚空之中。宇宙是无限的并不存在一个球形的天穹。优点：提出了宇宙无限的观点，解释了行星的顺行和逆行。

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第二节地心说与日心说一、地心说：托勒密（约90—168）观点：大地是球形的，地球是宇宙的中心；太阳围绕地球旋转；行星在“本轮”上旋转，“本轮”的中心又在“均轮”上绕地球旋转；旋转的轨道都是正圆，轨道大小各不相同，运转速度也不一样；恒星仍然固定在球壳似的天穹上，恒星天球也绕地球转动。

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优点：包含了浑天说大地是球形的观念及宣夜说把行星从球形天穹上分离出来的见解。同时，运用数学建立了行星体系模型，用来解释行星运动的规律性。旋转的多层天球体系为日心说打下了基础。错误：地球中心论二、日心说：哥白尼（1473—1543)杭州凯普企业管理咨询有限公司WWW.KP观点：在1543年发表的《天体运行论》哥白尼提出了日心体系。太阳是行星系统的中心，一切行星都绕太阳旋转；地球也是一个行星，地球是运动的；地球有两种运动，自转和公转。优点：建立了正确的天体运行体系，从相对运动的角度说明了恒星天球的东升西落，正确计算出行星的位置，解释了四季的成因。缺点：

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我国也有相近的观点，而且时间更早：西汉时张衡“地动则见于天象”“地横动不止，而人不知——”哥白尼的著作出版后被欧洲教会列为禁书，意大利哲学家布鲁诺（1548—1600）为了维护日心说被教会烧死；意大利物理学家、天文学家伽利略（1564—1642）为了赞成日心说受到教会的审判。杭州凯普企业管理咨询有限公司WWW.KP

布鲁诺：1576年流亡欧洲各国，对哥白尼日心说有了进一步的发扬，1578年出版对话集《论无限宇宙和无数世界》：宇宙是无限的，其中有无数个世界，我们的太阳并不在宇宙的中心，无限的宇宙也不存在中心。恒星离我们有远有近，它们都是一个个遥远的太阳，一个个遥远的世界。罗马宗教裁判所对他进行了长达8年的关押和审讯，想尽办法对他进行劝说、利诱和胁迫。最后，罗马宗教裁判所毫无所得，只得宣布火刑。1600年2月17日他被活活的烧死在罗马的百花广场。杭州凯普企业管理咨询有限公司WWW.KP日心说不仅是天文学的一个大飞跃，由于它对神学的否定，而深刻地影响了其它科学的发展。恩格斯在《自然辩证法》中指出：“自然科学借以宣布其独立便是哥白尼那本不朽著作的出版，从此自然科学便开始从神学中解放出来，科学的发展从此便大踏步地前进。”杭州凯普企业管理咨询有限公司WWW.KP

三、麦哲伦环球航行

哥伦布发现新大陆。

1519年9月在麦哲伦的带领下，二百多名探险队员分乘五只船，从西班牙出发，历尽千辛万苦，于1522年9月回到了西班牙，最后只剩下一只船和十几名船员。杭州凯普企业管理咨询有限公司WWW.KP

第三节人类对于宇宙的探索一、探测工具1、天文望远镜是现代天文学探索宇宙的主要工具光学望远镜：1608年荷兰人发明。折射式、反射式、折反射式“哥伦布发现了新大陆，伽利略发现了新宇宙”1609年末，伽利略首先将望远镜用于天文观测，他自制了口径4.4厘米，焦距1.2米人类第一台折射式天文望远镜。凭着这架望远镜，他发现了月亮上有环形山和“海”，木星有四颗小卫星，金星有盈亏，太阳上有黑子，并根据太阳黑子的运动测出太阳自转的周期，还看到许多肉眼看不到的恒心，并发现银河是由许多繁星组成的。杭州凯普企业管理咨询有限公司WWW.KP1668年牛顿制造了口径2.5厘米，镜筒长15厘米的第一架反射式望远镜，1781年英国天文学家赫歇尔兄妹用自制的口径15厘米的发射望远镜发现了天王星。1845年英国的罗斯伯爵发现了河外星系M51的旋涡结构并看清了M1星云的形状象一只螃蟹，取名“蟹状星云”。1862年美国克拉克父子利用第一架现代概念的折射天文望远镜拍到了天狼伴星的照片。1908年美国天文学家海尔利用第一架现代概念的大型天文反光望远镜拍到了天狼伴星的光谱，判断为一颗白矮星（体积小，不及地球，但质量巨大，同恒星相当）。1924年哈勃测定仙女座星系的距离，从而结束了170年之久的宇宙岛之争。杭州凯普企业管理咨询有限公司WWW.KP赫歇尔家族赫歇尔家族是天文学史上重要的家族，最著名的有威廉·赫歇尔（1738—1822），和他的妹妹卡罗琳·赫歇尔（1750—1848）、他的儿子约翰·赫歇尔（1792—1871），他们都为天文学作出重要的贡献，尤其杰出的是威廉·赫歇尔。

1781年英国天文学家赫歇尔兄妹用自制的口径15厘米的发射望远镜发现了天王星，轰动一时。后又发现了天王星和土星各自的两颗卫星。进行了银河系结构的研究，用统计法首次确认了银河系为扁平状圆盘的假说。杭州凯普企业管理咨询有限公司WWW.KP

海尔（1868-1938）美国天文学家。

1908年美国天文学家海尔利用第一架现代概念的大型天文反光望远镜拍到了天狼伴星的光谱，判断为一颗白矮星（体积小，不及地球，但质量巨大，同恒星相当）。海尔通过太阳色球层的日饵照片，发现了太阳耀斑的存在；他还发现了太阳黑子中强磁场的存在，这是对地球外磁场的最早发现。哈勃（1889～1953）美国天文学家。

是研究现代宇宙理论最著名的人物之一，是河外天文学的奠基人。杭州凯普企业管理咨询有限公司WWW.KP

宇宙岛之争：18世纪中叶，瑞典的斯危登堡和英国的赖特先后提出天上所有的恒星都和银河是一家，他们共同构成一个巨大的磨盘一样的天体系统——银河系。其后不久，大哲学家康德在其名著《宇宙发展史概论》中指出，银河系不是唯一的，宇宙中还有无数个象银河系一样的天体系统，象岛屿一样散步在宇宙中。

由于材料和加工工艺的限制，机械和控制系统的限制，20世纪60年代以来，电子技术、计算机技术、航天技术突飞猛进之际，大型望远镜没有新的突破。杭州凯普企业管理咨询有限公司WWW.KP

地面大型光学望远镜口径/厘米天文台名称所在地1000美国夏威夷天文台（KeckⅠ）（1991年建成）美国夏威夷莫纳克亚山1000美国夏威夷天文台（KeckⅡ）（1996年建成）美国夏威夷莫纳克亚山600俄国科学院天体物理台俄罗斯高加索泽列尔丘克508美国海尔天文台美国加州帕洛玛山446美国史密松天文台美国亚里桑那州霍普金斯山420英国格林尼治南方天文台西班牙拉帕尔马岛杭州凯普企业管理咨询有限公司WWW.KP射电望远镜:由于大气对远红外、紫外和X射线、V射线波段天体辐射的阻挡，只有可见光及近红外、波长最长的无线电波可以被地表接收。射电望远镜通过天线及接收机接收无线电波段电磁波辐射，经过数据处理，然后进行显示。它比光学望远镜的成像过程复杂得多。可观测150亿光年。杭州凯普企业管理咨询有限公司WWW.KP

地面大型射电望远镜

口径/米天文台名称所在地366美国阿蕾西博天文台波多黎各100德国普朗克射电天文台德国波恩埃费尔斯堡91美国国家射电天文台美国西弗吉尼亚格林班克（1988年坍塌）76英国焦德雷尔班克天文台英国曼彻斯特64澳大利亚国家天文台澳大利亚新南威尔士45.7加拿大阿尔冈昆天文台加拿大安大略州杭州凯普企业管理咨询有限公司WWW.KP2、空间天文探测设备天文学是一门依赖于观测的科学。从历史上看，天文观测台址的选择经历过四次变迁：市中心—近郊—远山、远海—太空。太空，是指100—120公里高的地球稠密大气层以外的空间范围，是除陆地、海洋、大气层之外，人类活动的第四环境。太空是人造地球卫星、航天飞机、行星际飞船等人造飞行器驰骋的范围。至1996年底，世界各国发射的航天器近5000个，其中90%是人造地球卫星，中国占0.9%。杭州凯普企业管理咨询有限公司WWW.KP

中国宇宙探测大事记古代万户的故事。1956年：把开发火箭的技术纳入国家12年科学发展远景规划1960年：成功发射第一枚探空火箭和第一枚自制的运载火箭1965年：制度了研究和发射人造地球卫星的空间计划1970年：第一颗人造地球卫星“东方红1号”发射成功，成为世界上第5个有能力自制运载火箭，发射本国自制研究的人造地球卫星的国家。1975年：第一颗返回式人造地球卫星发射成功，成为世界第三个掌握卫星返回技术的国家。1984年：实验通讯卫星“东方红2号”发射成功，世界上第5个发射地球静止轨道卫星的国家。1985年：长征系列运载火箭投放市场，先后为一些国家发烧了卫星。1999年：神州系列。杭州凯普企业管理咨询有限公司WWW.KP

二、中国天文探测

1、从“两弹一星”事业起步1958年5月，苏联第一颗人造卫星上天后的第二年，毛泽东同志提出：“我们也要搞人造星!”一个月后，他又强调：“搞一点原子弹、氢弹、洲际导弹，我看有十年功夫是完全可以的。”当时，新中国一穷二白，百废待兴。许多海外学子回国投身到这一事业中。

1964年，一朵从西北大漠深处腾空而起的蘑菇云，同样震惊了世界：中国第一颗原子弹爆炸成功。就在原子弹爆炸成功的第三年，中国第一颗氢弹空爆实验成功。杭州凯普企业管理咨询有限公司WWW.KP历史的脚步终于跨进了一个神圣的日子：1970年4月24日。这一天，在西北大漠深处的酒泉卫星发射中心，中国成功地将自己的第一颗人造地球卫星送上了太空。响彻全球的“东方红”乐曲，宣告中国进入了航天时代制高点，增强了我国科技实力和国防实力，奠定了我国在国际舞台上的重要地位。正如邓小平同志所指出的，“如果六十年代以来，中国没有原子弹、氢弹，没有发射卫星，中国就不能叫有重要影响的大国，就没有现在这样的国际地位。这些东西反映一个民族的能力，也是一个民族、一个国家兴旺发达的标志。”“两弹一星”的成功让所有中国人为之欢欣鼓舞的时候，中国的飞天梦也正在孕育之中。杭州凯普企业管理咨询有限公司WWW.KP

“东方红”一号成功发射至今，中国依靠自己的力量，研制并发射了15种类型、50余颗人造地球卫星，飞行成功率达90%以上，卫星返回技术达到世界先进水平。通信卫星、气象卫星、返回式遥感卫星和科学实验卫星逐步形成系列，我国空间技术开始走向产业化。杭州凯普企业管理咨询有限公司WWW.KP

我国的航天发射场和航天测控技术正日趋现代化。酒泉、太原、西昌三大卫星发射场经过更新与改造，现代化程度越来越高。载人航天发射场、北京航天指挥控制中心，综合了世界先进科学技术。西安卫星测控中心掌握和运用了世界先进的，“中心遥控”模式。“远望”号航天测量船队，可同时在世界三大洋布阵测控。杭州凯普企业管理咨询有限公司WWW.KP

“东方红”一号成功发射至今，中国依靠自己的力量，研制并发射了15种类型、50余颗人造地球卫星，飞行成功率达90%以上，卫星返回技术达到世界先进水平。通信卫星、气象卫星、返回式遥感卫星和科学实验卫星逐步形成系列，我国空间技术开始走向产业化。从第一枚探空火箭升空到现在，我国已成功研制了12种不同型号、适用于发射近地轨道、地球静止轨道和太阳同步轨道的“长征”系列运载火箭，把70多颗国内外卫星送人太空。我国自行研制的“长征”二号F运载火箭可靠性、安全性达到世界先进水平；我国飞船研制起步晚却出手不凡——飞船“三段一舱”的设计模式占据了高起点，并可用于未来的空间站对接。杭州凯普企业管理咨询有限公司WWW.KP

2、神舟系列载人飞船

1999年11月20日“神舟一号”飞船发射升空，11月21日成功着陆。2001年1月10日“神舟二号”飞船发射升空，1月16日成功着陆。2002年3月25日“神舟三号”飞船发射升空，4月2日成功着陆。2002年12月30日“神舟四号”飞船发射升空，2003年1月5日成功着陆。2003年10月15日9时整，“神舟五号”飞船升空。“神舟”五号一飞冲天，中国首名航天员杨利伟在人们的牵挂中成功的返回了地球。杨利伟成为“中国太空第一人”。从试验飞船到无人飞船，从“模拟人”到航天员上天，国外载人飞行前多达数十次无人试验，浓缩在“神舟”的短短5次飞行中。这意味着中国已成为世界上第三个能够独立开展载人航天活动的国家。2005年10月12日9时整，搭乘两名航天员的中国第二艘载人飞船神舟六号，在酒泉卫星发射中心，中国载人航天发射场由神箭--长征二号F运载火箭发射升空，并于2005年10月17日4时32分安全着陆。神州7号，实现了太空漫步。杭州凯普企业管理咨询有限公司WWW.KP

2、神舟系列载人飞船

2011年9月29日，中国天宫一号飞行器顺利发射，11月1日，神舟八号飞船成功发射。11月3日和11月14日天宫一号飞行器与神舟八号飞船成功进行两次交会对接。11月17日，神舟八号飞船返回舱安全着陆。今后天宫一号还会与神舟九号、十号完成交会对接。

天宫一号与神舟八号的首次交会对接任务的成功，意味着继美、俄之后，中国成为第三个独立掌握交会对接技术的国家，这为中国今后更大规模的空间探索、建造中国载人空间站奠定了技术基础。杭州凯普企业管理咨询有限公司WWW.KP

2、神舟系列载人飞船

神舟九号飞船是中国航天计划中的一艘载人宇宙飞船，是神舟号系列飞船之一。天宫与神九载人交会对接是中国航天史上掀开极具突破性的一章。中国计划2020年中国将建成自己的太空家园，中国空间站届时将成为世界唯一的空间站。2012年6月16日18时37分，神舟九号飞船在酒泉卫星发射中心发射升空。2012年6月18日约11时左右转入自主控制飞行，它搭载三名宇航员，其中有一名是女宇航员刘洋。与天宫一号实施自动交会对接，这将是中国实施的首次载人空间交会对接。、建造中国载人空间站奠定了技术基础。神六宇航员太空漫步杭州凯普企业管理咨询有限公司WWW.KP

3、中国探月计划

人类的航天活动大致有三个方面：应用卫星、载人航天和深空探测。前两领域我国已经取得了巨大成就，下一步进行深空探测是科学技术发展的一个必然趋势。我国酝酿探月计划已有10年之久了。1994年我国就提出了探月初步构想，此后的10年间，我们主要是在进行各方面的系统论证。我们的科学探测主要有4个目标：第一是为月球“画像”，也就是要通过各种手段获取月球表面影像和立体图像。之前，虽然别的国家已做过类似的工作，但图像中却存在很多空白区，这次我们的目标是环月卫星要完全覆盖全部月球，包括从没有涉足的南北极部分区域；其次，以前美国曾经对月球上5种有用元素做过分布规律与含量的深测，这次我们希望扩大到14种元素，对月球的一些有用资源进行更为全面的前景评估；第三，就是要探测月球表层土壤厚度，这也是国际上第一次进行全月球的月壤厚度探测。第四，要研究地—月空间环境，这对于地球环境和人类社会的发展都是至关重要的。国家航天局宣布2007年前发射第一颗环月卫星。

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嫦娥撞月

“嫦娥一号”于2007年10月24日成功发射。2009年3月1日16时13分，“嫦娥一号”卫星在控制下成功撞击月球。经最后确认，嫦娥一号卫星对月球的撞击点位于南纬1.50度，东经52.36度。在撞击过程中，嫦娥一号卫星携带的CCD相机传回实时图像，图像清晰。中国探月一期工程宣布完美落幕。我国探月工程二期确定将实现软着陆，技术跨度大，为在撞月过程控制和轨道测定方面积累经验，减少后续工程风险，决定在嫦娥一号卫星寿命末期，控制卫星撞月。目前二期工程各项工作已全面展开，着陆器和巡视器技术是工程中的重要关键技术。从发射升空开始，嫦娥一号卫星累计飞行494天，其中环月482天，期间经历三次月食，5次正＼侧飞姿态转换，共传回1.37TB的有效科学探测数据，获取了全月球影像图、月表部分化学元素分布、月表土壤厚度等一系列科学研究成果，圆满实现工程目标和科学目标，为我国月球探测后续工程和深空探测奠定了坚实的基础。第一步是对月球进行环绕遥感探测；第二步是实现软着陆探测器落在月球表面上，并实地考察月球；第三步，探测器不但要降落在月球表面，而且要从月球采集样品送回地球供人们研究。这三个步骤被人们形象地称为“绕”、“落”、“回”三部曲。杭州凯普企业管理咨询有限公司WWW.KP

嫦娥二号卫星是由嫦娥一号的备份星改造而成，实施嫦娥二号飞行试验任务的目的在于试验验证嫦娥三号任务的部分关键技术，为嫦娥三号/四号探测器实现月面软着陆积累经验，深化月球科学探测。与嫦娥一号任务相比，嫦娥二号技术更新、难度更大、系统更复杂，将实现六个方面的技术创新与突破。嫦娥三号卫星简称嫦娥三号，是嫦娥绕月探月工程计划中嫦娥系列的第三颗人造绕月探月卫星。嫦娥三号任务是探月工程二期的关键任务，将突破月球软着陆、月面巡视勘察、月面生存、深空测控通信与遥操作、运载火箭直接进入地月转移轨道等关键技术，实现中国首次对地外天体的直接探测。“嫦娥三号”最大的特点是携带有一部“中华牌”月球车，实现月球表面探测。2013年左右发射.杭州凯普企业管理咨询有限公司WWW.KP

软着陆是踏上另一个星球进行实地科学探测的第一步，是所有探测活动中最为重要的环节。目前，软着陆方式分为降落伞式，缓冲气垫式和火箭反推式三类。在月球表面降落从某种程度上说比在火星降落要难得多。

降落伞在火星上可以用，在我们地球上可以用，由于月球上没有大气，是真空状态，所以降落伞是不能用的，气垫也没办法，它外面是真空，气垫它会极度地膨胀得很快，唯一的一个选择就是整个的降落过程完全用着陆器底下的发动机往反方向在底下往上推，减少着陆器的下降速度。

而这种软着陆方式对于发动机控制技术，月球着陆器的姿态控制技术都提出了很高的要求。欧阳自远透露，嫦娥三号在月表着陆主要分为探测器接近月面、软着陆发动机点火、着陆撞击直至稳定三个阶段。杭州凯普企业管理咨询有限公司WWW.KP

二、国外重要的天文探测项目

（一）前苏联的载人飞行和月球探测1957年10月4日，前苏联卫星一号人造卫星上天，开创了人类空间探测的新纪元；1961年4月12日，前苏联宇航员加加林乘东方一号卫星航行外层空间后安全返回地面，写下了人类进入太空的第一个记录。1959年1月至1976年8月，前苏联发射了月球探测器：月球1号—24号，对月球进行，了空间探测。他拍回了月球背面的照片，采回了月岩标本。

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（二）美国的阿波罗登月计划

1966年2月26日—1972年，美国共发射17艘阿波罗飞船，11号—17号为载人登月飞船，1969年7月21日，美国宇航员阿姆斯特朗从阿波罗11号的登月舱中走出来，在月面上迈出了人类登上月球的第一步，在荒凉的月面沙土上留下了人类第一个深深的足迹。除阿波罗13号发生故障外，其余六次共有12名宇航员探月成功，月面停留时间为300小时11分38秒，探测时间为80小时。这项登月计划共耗资400亿美元。杭州凯普企业管理咨询有限公司WWW.KP

（三）水手号和海盗号探测器

1962年7月—1973年11月共发射10次水手号水星、金星、火星探测器。1975年发射了海盗1号和海盗2号探测器。和水手号同时，前苏联也发射了火星1号—7号探测器。杭州凯普企业管理咨询有限公司WWW.KP

（四）先驱者和旅行者的行星探测器

1958年10月—1973年4月美国发射对木星、土星、天、海、冥行星探测器11次。1974年“旅行者”探测器携带“地球之音”唱片，有音乐、风、雷、火车及鲸鱼的叫声，60种语言的问候语。1983年6月14日先驱者10号越过海王星轨道，由于冥王星正位于海王星内侧，所以，美国宇航局把这一天定为地球人制造的飞行器首次冲出太阳系的正式日期。旅行者1号和2号是1977年9月5日和8月20日分别发射的行星际探测器。它们都已飞出了太阳系，2020年之前，仍和地球保持信号联系。杭州凯普企业管理咨询有限公司WWW.KP（五）伽利略号木星探测器

1989年10月18日发射了伽利略号木星探测器。该探测器95年7月13日抵达木星附近，96年3月进入木星环绕轨道，发回了57分钟的探测信息，然后沉入木星大气深处，完成了人类直接考察木星大气层的历史使命。获得的有关木星大气结构、化学组成、雷电和云层等观测数据传送至本体上的数据存储器中。伽里略号探测器本体于1996年3月点燃所带发动机，进入环绕木星飞行的轨道，对木星及其卫星进行考察。1996年6月27日，探测器从木卫三上空840公里处飞过，9月6日又从255公里上空再次飞过，清楚地看到了覆盖木卫三表面的冰层和冰盖下环形山及折皱的图案。科学家们推测，在冰盖下存在厚厚的液态氧层，氧含量与地球大气中的氧含量大致相当。考察还发现比木卫三距离木星更近的木卫二表面也覆盖着冰层，但冰面上可能存在液态水和浮冰，冰盖下面则是大量的液态水，水下隐藏着海底火山，不时提供一定的热量。人们据此猜测木卫二的海洋中可能有微生物存活着。这一问题有待于今后更深入的探测才能作出回答。离木星最近的木卫一是太阳系所有行星、卫星中火山活动最活跃的天体。1997年3月和6月，伽里略号探测器拍到了正在喷发的火山照片，高温岩浆温度超过1500开。杭州凯普企业管理咨询有限公司WWW.KP

伽里略号探测器还对木星本体，特别是其大红斑进行了近距离拍摄。2003年9月21日，美国"伽利略"木星探测器在第34次环木星运行时，在人工控制下如期坠入木星大气层销毁，从而完结其14年的太空探索使命。这也是美国自1999年以来首次控制探测器在地球之外的行星上坠毁。有大约有1000多名曾经参与过"伽利略"工程研制的科学家来到喷气推进实验室，一起与"伽利略"做最后的告别。

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（六）卡西尼号土星探测器

1996年美国新一轮为期10年火星探测计划实施。对火星大气、磁场、地貌、气候进行探测。卡西尼号探测器长7米，直径3米，地面重量6.4吨，携带27件有多种功能的探测设备，总投资34亿美元，是一项以美国航天局和欧洲空间局为主的国际合作项目。它的任务除对土星进行全面考察外，还重点探测神秘的土星光环和名为“泰坦”的土卫六。

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泰坦是太阳系中第二大卫星，直径5120公里，仅次于木卫三，有厚厚的大气层，表面物理条件类似于原始地球。天文学家希望探测到泰坦上是否有生命存在的信息。卡西尼号携带着专门探测泰坦的惠更斯着陆器，直径2.7米，地面重量350千克，2004年12月25日惠更斯脱离环土星轨道的卡西尼号飞船，只身飞往土卫六，2005年1月14日，惠更斯如期在睡梦中醒来，向地球发出无线电信号，开始向土卫六降落，惠更斯降落过程大约耗时两个半小时，探测器着陆后会继续向母船传送数据直到电池耗尽，惠更斯的使命也到此结束。从惠更斯发回的照片可以看到河流和山谷的痕迹，惠更斯着陆处呈灰色的平坦地形，专家认为，这块平原可能由液态甲烷和碳氢化合物构成。科学家认为，土卫六是太阳系中唯一已知有云和稠密大气的卫星，它很象40亿年前的地球，对它的探测有助于揭开生命诞生之谜。

杭州凯普企业管理咨询有限公司WWW.KP（七）美国新一轮的火星探测

1996年11月7日，发射“火星环球勘测者”，于1997年9月12日到达火星上空，进入环绕火星两极的轨道，距火星表面380公里，拍摄高分辨率的照片传回地球，全面勘察火星的大气、磁场、地貌等。与之配套的“火星探路者”则登临火星表面进行局部的深入勘察。1996年12月4日“火星探路者”发射升空，1997年7月4日到达火星上空。在反推器点火减速后，以每秒6.3公里速度进入火星大气层。在大气层中张开降落伞，临着陆前，保护气囊自动充气，重264千克的着陆器缓缓降落，接触火星表面后弹跳冲击约1小时，最终静止在火星表面的阿瑞斯平原上。紧接着着陆器缓缓张开像莲花瓣似的三片太阳能电池帆板，一辆精致的火星车“索杰娜”开到火星表面上。索杰娜身高0.3米，长0.65米，宽0.48米，地面体重10.4千克，装有6只小巧灵活的车轮。每分钟行驶1米；造价2500万美元。能够自动绕过较大的障碍物，行动自如沉稳又轻捷。它的主要使命是收集火星表面的岩石和土壤样品，当场分析它们的化学成分，然后将分析结果发回地球。“火星探路者”登临火星的全过程，索杰娜在火星上跋涉的那小巧玲珑的身影通过卫星电视适时传播到全世界每一台电视机上，令数十亿观众瞩目观看，惊叹不已。“火星探路者”成功地在火星表面勘察的壮举被评为1997年世界十大科技新闻的第一条。

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火星探测的第二步，于1998年12月11日发射了于“火星气候轨道探测器”，1999年1月4日发射“火星极地着陆探测器”登临火星南极地区，携带能深入地下几米的探头进行探测，主要考察火星表面和大气中水分的含量。第三步，将于2001年3月发射“勘测者01环行器”，4月发射“勘测者01着陆器”，携带一辆比索杰娜更先进的火星车，探察着陆点周围30多公里的范围。第四步，将于2003年发射一对03环行器和03着陆器，研究和实验将采集到的火星样品带回地球的技术问题。第五步，将于2005年发射最后一对环行器和着陆器，完成将火星样品带回地球的任务。可惜，1999年1月发射的“火星极地着陆探测器”在1999年12月到达火星上空后，因与地面失去联系而丢失了。杭州凯普企业管理咨询有限公司WWW.KP

2001年4月，美国发射“奥德赛”火星探测器，2002年“奥德赛”火星探测器发现火星表面和近地表层中可能有丰富的冰冻水，但一直对这一问题存在争议。2003年6月10日和2003年7月7日，“勇气”和“机遇”号火星探测器发射升空，多年来，科学家们一直想弄清楚火星上是否存在水和生命，从传回的前所未有的高清晰度照片上可以较好的解释这一问题。目前，科学家已找到了充分的证据证明曾有液态水存在，但这并不意味着火星上就曾存在过生命。杭州凯普企业管理咨询有限公司WWW.KP

2004年1月14日，美国总统布什发表讲话，宣布美国未来航天发展计划，这个计划的中心任务是在月球建立永久性基地，作为美国探索天空的“中转站”，以此为跳板，把人类送上火星。这项蓝图计划估计投入将超过1万亿美元。杭州凯普企业管理咨询有限公司WWW.KP

（八）美国的哈博空间望远镜

1990年4月25日美国的哈博空间望远镜被送入太空，这是一架天文光学望远镜。还将有红外、紫外、射线空间望远镜计划发射。2004年1月17日，美国宇航局决定停止一切维修保养哈勃太空望远镜的航天飞机任务，这将使哈勃望远镜在未来4年内变得毫无用处。宇航局做出放弃哈勃望远镜的决定，是因为在美国总统布什提出的新的宇航计划中，航天飞机将在2010年完全退役，这也预示着哈勃望远镜的“生命”将走到尽头。

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第二章月球和地月系第一节月球一、月球的距离、大小和质量1、距离：根据月球的地平视差计算月地距离。天体的地平视差：地球半径对天体所张的角，叫该天体的视差。当天体位于地平时视差最大，这个最大值，称为天体的地平视差。天体的视半径：天体的半径对地球中心所张的角度。月球的地平视差为57′Sin57′=R/dR=6371Kmd=384,400Km根据激光测量,只要向月球发一激光讯号，并测定它从月面返回的时间，便能精确的测定月地距离。误差仅为几米。杭州凯普企业管理咨询有限公司WWW.KP

2、大小：月球的平均视半径为15′33″R=Sin15′33″×384,400=1738Km为地球的27.25%太阳的平均视半径为16′00″所以太阳、月球大小相似，有时，月球比太阳还要大。杭州凯普企业管理咨询有限公司WWW.KP

3、质量：地月系质心分别至地球和月球质心的距离之比为二者质量的反比率，计算出月球的质量。7.35×1025次方克为地球的1/81.3，重力为1.62，为地球的1/6。杭州凯普企业管理咨询有限公司WWW.KP二、月面上的自然条件

1、地形：月球表面的高低起伏状况。海和月陆：月面上比较阴暗的部分，过去误认为是海洋，所以称月“海”。月面上比较明亮部分的高地，统称月陆。一般高出月“海”2—3Km。月“海”是月面上最广泛的地形在月球的可见半球，较大的“海”有10个：位于西部的是危海、澄海、静海、丰富海和酒海；位于东部的是风暴洋、雨海、云海、湿海和汽海。最大的海是暴风洋，面积达500万平方千米，比地中海还大得多。杭州凯普企业管理咨询有限公司WWW.KP

环行山：月面上中部低陷、周围隆起的山。环行山数量众多，达33000个，大小不一，最大的环行山直径达235千米，容得下一个海南岛，小的月坑直径只有几十厘米。环行山是陨星撞击的产物。月面上明显的环行山有第谷环行山、哥白尼环行山、开普勒环行山，都位于月面的东面。山脉、亮线和暗线：月面上有连绵高峻的山脉，数量不多，但高度达7000—8000米，最高峰高达9000米，超过地球上的珠峰。伽利略把月球上的最显著的两条山脉命名为亚平宁山脉和阿尔卑斯山脉。月面上的亮线是辐射纹，暗线是深陷的裂缝。杭州凯普企业管理咨询有限公司WWW.KP杭州凯普企业管理咨询有限公司WWW.KP

2、没有空气、表层液态水、生命的星球

月球表面没有大气没有表层的液态水，也没有云雨雪等天气现象，也没有声音的传播。月球表面没有四季变化，但有强烈的昼夜反差。

杭州凯普企业管理咨询有限公司WWW.KP第二节、月球和地球一、地月系1、天体系统：天体由于相互吸引而不断的相互绕转，这样的天体群或天体集团，称为天体系统。地月系、太阳系、银河系等是不同等级的天体系统。F=GMm/r2杭州凯普企业管理咨询有限公司WWW.KP

2、地月系:地球和它的卫星月球组成的天体系统为地月系。地月系的质心在地球本体之内，距地球质心4700千米，地球的半径是L=6371千米，月球绕地球公转，实际上是月球和地球绕地月系的共同质心转。3、月球的自转和公转

公转：轨道为一个椭圆，偏心率为0.0549（地球的偏心率为0.0167）近地点的距离是363300千米，远地点的距离是405500千米，二者相差42000千米，月球的视半径相应的变化于16′46″—14′41″之间。自转：月球的自转和公转有相同的方向和周期，这样的自转叫同步自转。

杭州凯普企业管理咨询有限公司WWW.KP第三节月相一、月相：月亮的圆缺变化称为月相。二、月球的出没月相距离同太阳出没比较月出中天月落夜晚见月情形新月0°同升同落清晨正午黄昏彻夜不见满月180°此起彼伏黄昏半夜清晨通宵可见上弦月90°迟生后落正午黄昏半夜上半夜西天下弦月270°早升先落半夜清晨正午下半夜东天杭州凯普企业管理咨询有限公司WWW.KP

“楼上黄昏欲望休，玉梯横绝月如钩”（李商隐·代赠）（？）“月落乌啼霜满天，江枫渔火对愁眠，姑苏城外寒山寺，夜半钟声到客船。”（张继·枫桥夜泊）（？）“月上柳梢头，人约黄昏后”（宋·欧阳修·生查子）（？）“采莲去，月末春江曙”（唐·李康成·采莲曲）（？）“今宵酒醒何处？杨柳岸晓风残月”（柳永·雨霖铃）（？）杭州凯普企业管理咨询有限公司WWW.KP四、恒星月和朔望月恒星月：月球在轨道上连续两次通过同一恒星所需的时间。其长度为27.3217日，即27日7时43分12秒。月球自转了360°朔望月：一个月相变化的周期。其平均长度为29.5306日，即29日12时44分3秒。杭州凯普企业管理咨询有限公司WWW.KP

第四节日月食

一、天体及影锥1影锥：不发光的地球和月球在太阳光的照射下形成圆锥形的影子，称为影锥。2类型：本影：影锥的主要部分，没有太阳光。可见月球大于太阳。伪本影：与本影同轴而反向的圆锥。可见太阳边缘光辉。可见月球小于太阳。半影：本影和伪本影的四周。可见太阳某一侧。3本影的长度：从射影天体的中心到本影锥尖端的长度。杭州凯普企业管理咨询有限公司WWW.KP二、日食及种类1、日食：月球在绕地球公转过程中，它的影子（包括本影、伪本影和半影）有时会掠过地球的向日半球，这就是日食。时间：某月初一的白天日全食2、分类：中心食日食日环食偏食杭州凯普企业管理咨询有限公司WWW.KP

日全食：由于月球本影掠过地表，在地表一小块面积上整个太阳光都被遮掩，即为日全食。日环食：由于月球伪本影掠过地表，这是在地表伪本影中的太阳中心被遮掩，四周依然光明如故，即为日环食。

日偏食：月面部分被月球遮掩的现象即为日偏食。2007年7月22日日全食杭州凯普企业管理咨询有限公司WWW.KP

三、月食及种类1、月食：月球本影有时在地球被日方向通过地球的本影，这种现象即为月食。发生时间：某月十五的夜晚2、分类：月全食、月偏食月全食：整个月球位于地球本影之内，失去太阳照射而失去光明即为月全食。月偏食：月球部分的进入地球本影，部分失去光明即为月偏食。

杭州凯普企业管理咨询有限公司WWW.KP四、日月食的过程日全食和月全食都分为五个过程：初亏：第一次外切，即将发生食损。食既：第一次内切，全部被掩食。食甚：两中心相距最近。食分：食甚时，日轮或月轮被“食”的程度。以月轮或日轮的视直径为单位。偏食的食分大于0而小于1，全食的食分大于等于1。生光：第二次内切。复圆：第二次外切，恢复原状。偏食的过程：初亏——食甚——复圆杭州凯普企业管理咨询有限公司WWW.KP五、日月食的比较1、时间、分类和发光状况时间：日食发生于朔，月食发生于望分类：月食没有环食发光状况：日食时日光被遮掩，太阳仍在发光；月食时太阳一片黑暗。2、先亏损的方位不同日食时太阳的西缘先亏；月食时月球的东缘先亏。3、持续时间不同月全食长于日中心时。一次月全食上小时，一般长达三个多小时，一次日中心时一般为二三四分钟，最长不超过七分半钟。4、现象不同日食发生于白天，被食部分相当黑；月食发生于晚上，有大气折射和散射的光，月面呈暗弱红色。5、可见观测区域不同日食尤其是日全食，只在地表一小块面积上可以看见；月食地表的夜半球都可以看见。6、月食现象对全球始全相同的，而日食却分地区类型和程度不同。杭州凯普企业管理咨询有限公司WWW.KP六、日月食的发生条件1、时间：日食发生于朔，月食发生于望，但大多数朔和望都不发生日食和月食，所以这只是必要条件。2、交点：黄道：太阳在天球上运行的轨道。白道：月球在天球上运行的轨道。黄道和白道在天球上相交于黄白交点，两个大圆有5°9′的交角。日和月只有同时在黄白交点计附近时才能发生日月食。杭州凯普企业管理咨询有限公司WWW.KP

七、2009-2020年可见日食和月食日期类型/中心带我国主要城市食分和食甚时间2009.7.22全食/印度、中国、太平洋乌鲁木齐0.49（9.10）昆明0.88（9.08）成都1.00（9.12）西安0.90(9.20)广州0.77(9.23)武汉1.03(9.26)北京0.72(9.31)南京0.99(9.34)上海1.01(9.38)哈尔滨0.52(9.47)杭州1.02(9.36)2010.1.15环食/印度洋、缅甸、中国乌鲁木齐0.41（16.27）昆明0.90（16.46）成都0.89（16.48）西安0.87(16.51)广州0.71(16.53)武汉0.88(16.54)北京0.82(16.521)南京0.87(16.56)上海0.82(16.56)哈尔滨0.44(16.13)郑州0.91(16.53)