第1章人类对宇宙和地球认识及发展

绪言巴明廷地球与空间2/3/20231地球与空间《地球与空间科学》是教育部师范司制定的高等师范院校小学教育专业（本科）培养计划中的一门60学时课程的名称，教育部没有对此给出相应的课程标准，高等教育出版社也没有关于这门课程涵盖范围的指导性意见，而“地球与空间科学”又是一个特别大的题目。“地球科学”现在已包含大气、地质、地理、水科学和地球物理、地球化学等一级学科。“空间”（space）的含义也很广，包括宇宙空间、地球表层空间、小型空间和微观空间等。课程简介2/3/20232地球与空间第一章

人类对宇宙和地球认识及发展第一节直观天象及其观测第二节探索宇宙第三节地球认识的深化2/3/20233地球与空间一、人眼中的宇宙二、天体在天球上的位置和运动三、“天球仪”四、星空季节变化及其成因五、星空观测第一节直观天象及其观测2/3/20234地球与空间一、人眼中的宇宙中国古人眼中的宇宙——（天圆地方）古人云：天圆如张盖，地阔如棋盘。地是一块平板，天是一个盖子。西方：上帝创造了世界从地心说到日心说地球甚至太阳在宇宙中都十分渺小。人们对客观世界的认识在发展。2/3/20235地球与空间1.地平地球上过观测者并与铅垂线垂直的平面。2/3/20236地球与空间2.天球在晴朗的夜晚，仰望天空，眼前像有一个半球形的夜幕天穹，上面点缀着无数闪烁改变的明星，感觉自己仿佛是处在这个天穹的中心，这就是人们对“天球”的印象，天文学家为了研究天体的位置和天体的运动引入了“天球“的概念。天球是一个假想的球，它是以观测者（或地心、日心）为中心，以无穷远为半径的球，所有天体都投影在这个球面上。2/3/20237地球与空间2/3/20238地球与空间2/3/20239地球与空间2/3/202310地球与空间2/3/202311地球与空间2/3/202312地球与空间天球的透视2/3/202313地球与空间天球的特性:①具有正球体的一切几何性质。②一切天体都可以投影在天球上,天体之间的距离用角度表示。③球心可以根据讨论需要任意选定。（日心天球、地心天球、地面天球）④同向平行射线交于天球上的一点。⑤地心天球和地面天球天球每日自东向西视运动一周。

天球●★★★★☆☆☆☆2/3/202314地球与空间同向平行射线交于天球上的一点：平行线永远不相交或在无穷远处相交事实上是一回事，因为天球上的点都是无穷远的。形象的比喻：远处的铁道看起来是两条线联结为一个点。2/3/202315地球与空间3.天球上的天体天体是指宇宙空间的物质的存在形式。天体的集聚，从而形成了各种天文状态的研究对象。如在太阳系中的太阳、行星、卫星、小行星、彗星、流星、行星际物质，银河系中的恒星、星团、星云、星际物质，以及河外星系、星系团、超星系团、星系际物质等。通过射电探测手段和空间探测手段所发现的红外源、紫外源、射电源、X射线源和γ射线源，也都是天体。人类发射进太空的人造卫星、宇宙飞船、空间实验室、各种探测器则被称为人造天体。2/3/202316地球与空间主要天体：恒星行星卫星彗星流星体星云和星系（深空天体）星际物质人造天体暗物质

①恒星并非不动；②由炽热的气体组成的仅是恒星的大气，恒星内部不一定都有气体组成；③自身发光只是恒星演化史上某一阶段的现象

指天空上除太阳系天体（如行星、彗星或小行星）或恒星天体之外，用肉眼难以见到，但用探测器可获悉的弱暗星系等天体（如M31等）2/3/202317地球与空间天体的颜色不尽相同。天体的亮度与视星等亮度是地球上的受光强度，通常用视星等表示。星等值越大亮度越小，星等值越小亮度越大。星等是天文学上对星星明暗程度的一种表示方法，记为m。通俗的说法是星星的等级。2/3/202318地球与空间人们根据恒星的亮暗程度，把恒星划分了不同的等级，这个等级就叫做视星等。星等数越小，说明星越亮，星等数每相差1，星的亮度大约相差2.512倍。1等星的亮度恰好是6等星的100倍。例如，太阳是－26.7等，满月的亮度是－12.6等，金星最亮时可达－4.4等。太阳是-26.74等。2/3/202319地球与空间星的等级越低，星数就越多。人们把肉眼能够看到的星分为六等。一等星大约有21颗，二等星大约有60颗，三等星大约有180颗，四等星大约有500颗，五等星大约有1500颗，六等星大约有4500颗。星等每降低一等，星数约增加3倍。2/3/202320地球与空间我们把肉眼能够看到的最暗的星设定是6等星（6m星）。天空中亮度在6等以上（即星等数小于6）也就是可以看到的星有6000多颗。当然，同一时刻我们只能看到半个天球上的星星，即3000多颗。而当今世界上最大的天文望远镜能看到暗至24m的天体，而哈勃望远镜能拍摄得到的最暗星等达30m。2/3/202321地球与空间恒星的真正亮度还可用光度表示。光度就是恒星每秒钟辐射的总能量。恒星的光度与绝对星等之间存在着密切的关系。绝对星等相差1等，光度相差2.512倍。例如绝对星等1等星的光度是绝对星等2等星的光度的2.512倍，是绝对星等6等星的100倍。这和星等与视亮度之间的关系是类似的。恒星之间的光度差别非常大。以太阳为标准来比较，织女星的绝对星等是0.5等，它的光度是太阳的50倍。超巨星“天津四”的绝对星等大约是－7.2等，其光度比太阳强五万多倍。还有一颗在星空中极不起眼的天蝎座“尾宿三”，视星等只有4.7等，但它的绝对星等是－10.2等，它的光度几乎是太阳光度的150～180万倍。光度超过太阳的100万倍的恒星比比皆是2/3/202322地球与空间4.天体在天球上的运动2/3/202323地球与空间二、天体在天球上的位置和运动1、恒星间相对位置“恒定”2、周日视运动——地球自转的反映3、周年视运动——地球公转的结果2/3/202324地球与空间1、恒星间相对位置“恒定”星空形象的稳定性恒星间相对位置“恒定”2/3/202325地球与空间星座的划分为了认星方便，人们用假想的线条将亮星连接起来，构成各种各样的图形，或人为地把星空分成若干区域，这些图形连同它们所在的天空区域，中国称之星官，西方叫做星座。2/3/202326地球与空间中国古代把可见天空分为

三垣四象二十八宿三垣：北天极及附近的三个较大天区

紫微垣（中垣）天北极周围天区

太微垣（上垣）包括紫微垣与二十八宿之间的狮子座、后发座、室女座、猎犬座等天区。

天市垣（下垣）包括蛇夫座、巨蛇座、天鹰座、武仙座、北冕座等天区。2/3/202327地球与空间二十八宿：

黄道附近的二十八个区域四象：将二十八宿分成四组，每组七宿，分别与四个地平方位、四种颜色相匹配。东方苍龙，青色：角、亢、氐、房、心、尾、箕；北方玄武，黑色：斗、牛、女、虚、危、室、壁；西方白虎，白色：奎、娄、胃、昴、毕、觜、参；南方朱雀，红色：井、鬼、柳、星、张、翼、轸；二十八宿的范围有大有小，最大的为井宿，赤经跨度约为330，而最小的觜宿和鬼宿，仅有20–30。2/3/202328地球与空间国际通行的星空区划

——88个星座88个星座的确定：

1928年，国际天文联合会正式公布了88个星座，并规定以1875年的春分点和赤道为基准的赤经线和赤纬线作为划分星座范围的界限。（其中北天29个，黄道12个，南天47个。）星座大小相差悬殊，所含星数也各不相同，同一星座的星无任何物理联系。2/3/202329地球与空间汉语名面积亮于6等的星数汉语名面积亮于6等的星数（平方度）（平方度）仙女座722100大犬座38080唧筒座23920小犬座18320天燕座20620摩羯座41450宝瓶座98090船底座494110天鹰座65270仙后座59890天坛座23730半人马座1060150白羊座44150仙王座58860御夫座65790鲸鱼座1231100牧夫座90790堰蜓座13220雕具座12510圆规座9320鹿豹座75750天鸽座27040巨蟹座50660后发座38650猎犬座46530南冕座1282588个星座2/3/202330地球与空间汉语名面积亮于6等的星数汉语名面积亮于6等的星数（平方度）（平方度）北冕座17920武仙座1225140乌鸦座18415时钟座24920巨爵座28220长蛇座14320南十字座6830水蛇座24320天鹅座804150印地安座29420海豚座18930蝎虎座20135箭鱼座17920狮子座94770天龙座108380小狮座23220小马座7210天兔座29040波江座1138100天秤座53850天炉座39835豺狼座33470双子座51470天猫座54560天鹤座36630天琴座2864588个星座2/3/202331地球与空间汉语名面积亮于6等的星数汉语名面积亮于6等的星数（平方度）（平方度）山案座15315天箭座8020显微镜座21020人马座867115麒麟座48285天蝎座497100苍蝇座13830玉夫座47530矩尺座16520盾牌座10920南极座29135巨蛇座63760蛇夫座948100六分仪座31425猎户座594120金牛座797125孔雀座37845望远镜座25230飞马座1121100三角座13215英仙座61590南三角座11020凤凰座46940杜鹃座29525绘架座24730大熊座1280125双鱼座88975小熊座25620南鱼座24525船帆座500110船尾座673140室女座129495罗盘座22125飞鱼座14120网罟座11415狐狸座268452/3/202332地球与空间银河银河（MilkyWay），我国民间又称“天河”、“天汉”。它看起来像一条白茫茫的亮带，从东北向西南方向划开整个天空。在银河里有许多小光点，就像撒了白色的粉末一样，辉映成一片。实际上一颗白色粉末就是一颗巨大的恒星，银河就是由许许多多恒星构成的。像太阳这样的恒星在银河中有2000多亿颗很多恒星有卫星。在太空俯视银河，看到的银河像个旋涡。晴朗的夜空，当你抬头仰望天空的时候，不仅能看到无数闪闪发光的星星，还能看到一条淡淡的纱巾似的光带跨越整个天空，好像天空中的一条大河，夏季成南北方向，冬季接近于东西方向，那就是银河。过去由于科学还不发达，不知道它究竟是什么，就又给了它一个名称叫做天河，所以我国民间还流传着牛郎织女每年七夕在鹊桥相会等许多唯美的神话故事。2/3/202333地球与空间实际上，银河是银河系的一部分，银河系是太阳系所属的星系。因其主体部分投影在天球上的亮带被我国称为银河而得名。是我们置身其内而侧视银河系时所看到的它布满恒星的圆面。由于恒星发出的光离我们很远，数量又多，又与星际尘埃气体混合在一起，因此看起来就像一条烟雾笼罩着的光带，十分美丽。银河各部分的亮度是不一样的。靠近银心的半人马座方向比其他部分更亮一些。2/3/202334地球与空间1）不同天体的周日运动2）不同纬度的周日运动2、周日视运动——地球自转的反映2/3/202335地球与空间P天北极P'天南极地平圈天赤道图A地球自转的后果--导致天球的周日运动PP'天赤道图B地平圈出没星区恒显星区恒隐星区PP'图C地平圈①天体周日运动的轨迹（周日圈）平行于天赤道。②天体周日圈的大小随天体δ绝对值的增大而缩小。③地理纬度不同，天体周日圈的倾角不同θ=90°-|

|θ2/3/202336地球与空间P天北极地平圈2/3/202337地球与空间天顶Z天北极P地平圈天赤道

hPδZ共有的余角2/3/202338地球与空间仰极的高度hP=当地的地理纬度φ2/3/202339地球与空间恒显（隐）星2/3/202340地球与空间3.太阳周年视运动是地球公转运动的真实反映太阳周年运动指太阳每年相对星空运行一周（每天移动59），这种运行是地球公转的反映。2/3/202341地球与空间2/3/202342地球与空间黄道12宫2/3/202343地球与空间三、“天球仪”天球仪即天球的模型，是一种用于航海、天文教学和普及天文知识的辅助仪器，人们利用它表述天球的各种坐标、天体的视运动以及求解一些实用天文问题。一般在一个圆球面上绘有全天88星座、低至五等星名、主要星云星团、古中国二十八宿及赤道、黄道、赤经圈和赤纬圈等几种天球坐标系的刻度就制成天球。2/3/202344地球与空间南京紫金山天文台天球仪2/3/202345地球与空间1.天球仪的结构①天球②子午圈③天赤道④黄道⑤地平圈⑥竖环⑦底座⑧螺旋2/3/202346地球与空间2/3/202347地球与空间透明天球仪2/3/202348地球与空间灯光天球仪2/3/202349地球与空间2.天球仪的坐标系1）赤道坐标系在天球仪的星空球壳上，类似于地球仪的经纬网。2）地平坐标系天球仪的竖环上刻有地平坐标系的高度角，地平圈圆框上刻有地平方位角。2/3/202350地球与空间四、星空季节变化及其成因寒来暑往，斗转星移。这说明随着一年四季的变更，四季星空也在变化。由于地球在绕太阳运动过程中，地球和太阳的相对位置不断变化，因此，一年中同是在晚上，不同季节看到的星象是不一样的。星空变化是指人们所观测到的某相同时辰的星空，随着季节的迁移而变化。由于人们多在黄昏后观察星空，星空季节变化的星空，常常指黄昏后某时辰的星空2/3/202351地球与空间（一）星空季节变化春季大三角牧夫座星、室女座星、狮子座星夏季大三角天琴座星、天鹰座星、天鹅座星秋季四边形飞马座、β、γ星、仙女座星冬季大三角猎户座星、大犬座星、小犬座星2/3/202352地球与空间四季北斗

斗柄在不同季节指示不同方向北秋南东冬夏西春2/3/202353地球与空间春季星空春季大三角：牧夫座α星（大角）、室女座α星（角宿一）和狮子座α星（轩辕十四）组成大三角。春季大曲线2/3/202354地球与空间夏季星空夏季大三角：天琴座α星（织女）、天鹰座α星（牛郎）和天鹅座α星（天津四）组成大三角。2/3/202355地球与空间秋季星空秋季四边形：飞马座α、β、γ星和仙女座α组成了秋季四边形。飞马当空银河斜挂灿烂的王族星座2/3/202356地球与空间冬季星空冬季大三角：猎户座α星（参宿四）、大犬座α星（天狼）和小犬座α星（南河三）组成大三角。冬季大六边形冬季大花环2/3/202357地球与空间参考网站星友空间站/香港太空馆.hk/CE/Museum/Space/StarShine/c_index.htm广东省天文科普网/soft/show.asp洪恩在线-天文大观/art/twdg/index.htm2/3/202358地球与空间2/3/202359地球与空间（二）星空季节变化的成因由于地球自转的同时又在公转，形成了星空的季节性变化，不同季节晚上的同一时刻，恒星的位置有所不同。因此，人们按照春、夏、秋、冬四个季节把星空分为四季星空。2/3/202360地球与空间2/3/202361地球与空间春：狮子中天；太阳—飞马夏：天蝎中天；太阳—猎户秋：飞马中天；太阳—狮子冬：猎户中天；太阳—天蝎夜半中星随季节的变化EastChinaNormalUniversity2/3/202362地球与空间2/3/202363地球与空间2/3/202364地球与空间二分二至日黄道十二星座在天空的大致方位双鱼座白羊座金牛座双子座巨蟹座狮子座室女座天秤座天蝎座人马座摩羯座宝瓶座春分夏至秋分冬至2/3/202365地球与空间标志星座出生日期（公历）别名♈白羊座3月21日~4月19日牡羊座♉金牛座4月20日～5月20日金牛座♊双子座5月21日～6月21日双子座♋巨蟹座6月22日～7月22日巨蟹座♌狮子座7月23日～8月22日狮子座♍处女座8月23日～9月22日室女座♎天秤座9月23日～10月23日天平座♏天蝎座10月24日～11月22日天蝎座♐射手座11月23日～12月21日人马座♑摩羯座12月22日～1月19日山羊座♒水瓶座1月20日～2月18日宝瓶座♓双鱼座2月19日～3月20日双鱼座2/3/202366地球与空间五、星空观测1.利用天球仪观测任意日期和时刻的天空1）确定当日太阳所在星座A2）把星座A转到地平3）地平圈以上部分既是当时的天空。2/3/202367地球与空间2.利用星图和活动星图活动星图制作见附录2/3/202368地球与空间1.将观测日期与观测时间对准。赤道黄道2.举星图到头顶上，将方位对准。3.以标出纬度的圈为地平线。4.过北极星在心中画一平分星空的线,就是空中子午线。5.从北极星到此点的度数估计出天顶的位置。此图大概在织女星附近。怎样使用活动星图？2/3/202369地球与空间怎样记忆星空（1）星空分区在活动星图上以春分、秋分和冬至、夏至连线为中心线把星图分为四等分。通过春分点、夏至、秋分、冬至点的星区分别取名为仙后星区、御夫星区、大熊星区、天琴星区（2）记住各区的主要亮星2/3/202370地球与空间仙后星区亮星1颗，北落师门，位于飞马座的正南方。星座5个:北落师门，飞马，仙女，仙后，鲸鱼。御夫星区亮星7颗，以参宿四为中心，排列成六角形，六角形的西部三星是五车二、毕宿五和参宿七，东部三星是北河三、南河三和天狼星。星座6个:御夫，金牛，猎户，双子，大犬，小犬。2/3/202371地球与空间大熊星区有3颗亮星，大角、角宿一和轩辕十四，三者构成一个等腰三角形。星座4个，大熊，狮子，室女，牧夫。天琴星区有4颗亮星，包括东北三星，即牛郎、织女和天津四，成一等腰三角形。西南一星，心宿二。星座6个:天蝎，人马，天鹰，天鹅，天琴，武仙。2/3/202372地球与空间只要记住这巧颗头等亮星，就可记住21个主要星座及其128颗恒星，就能掌握一张简单明了的全天星图。有了这样一张全天星图，就可以方便地观测星空了。因此记住这四个星区的巧个亮星是观测星空的首要工作。在做好的活动星图上标出这巧颗亮星。2/3/202373地球与空间（3）掌握星空模式春分模式:御夫(星区)西落，大熊(星区)东升夏至模式:大熊(星区)西落，天琴(星区)东升秋分模式:天琴(星区)西落，仙后(星区)东升冬至模式:仙后(星区)西落，御夫(星区)东升春御、夏熊、秋琴、冬后2/3/202374地球与空间3.利用星空软件Skymap2/3/202375地球与空间虚拟天文馆2/3/202376地球与空间谷歌星空“GoogleSkyMap2/3/202377地球与空间微软太空望远镜2/3/202378地球与空间一、从原始宇宙观到太阳系认识的确立二、近代天文学的兴起和恒星世界的探究三、认识我们整个的宇宙第二节探索宇宙2/3/202379地球与空间一、从原始宇宙观到太阳系认识的确立1.地球球形说证据：（1）航行有关的现象（2）星空周日运动南北差异的现象（3）月食现象2/3/202380地球与空间2.地心说地心说是长期盛行于古代欧洲的宇宙学说。它最初由古希腊学者欧多克斯提出，后经亚里士多德、托勒密进一步发展而逐渐建立和完善起来。2/3/202381地球与空间托勒密认为，地球处于宇宙中心静止不动。从地球向外，依次有月球、水星、金星、太阳、火星、木星和土星，在各自的圆轨道上绕地球运转。其中，行星的运动要比太阳、月球复杂些：行星在本轮上运动，而本轮又沿均轮绕地运行。在太阳、月球行星之外，是镶嵌着所有恒星的天球——恒星天。再外面，是推动天体运动的原动天。2/3/202382地球与空间地心说是世界上第一个行星体系模型。尽管它把地球当作宇宙中心是错误的，然而它的历史功绩不应抹杀。地心说承认地球是“球形”的，并把行星从恒星中区别出来，着眼于探索和揭示行星的运动规律，这标志着人类对宇宙认识的一大进步。地心说最重要的成就是运用数学计算行星的运行，托勒密还第一次提出“运行轨道”的概念，设计出了一个本轮均轮模型。按照这个模型，人们能够对行星的运动进行定量计算，推测行星所在的位置，这是一个了不起的创造。在一定时期里，依据这个模型可以在一定程度上正确地预测天象，因而在生产实践中也起过一定的作用。2/3/202383地球与空间3.日心地动说尼古拉·哥白尼（1473——1543）是波兰的天文学家。哥白尼上中学时就对天文学很感兴趣，曾跟着老师在教堂的塔顶上观察星空。他相信研究天文学只有两件法宝：数学和观测。他不辞劳苦，克服困难，每天坚持观测天文现象，30年如一日，终于取得了可靠的数据，提出了“日心说”，并在临终前终于出版了他的不朽名著《天体运行论》。哥白尼的“日心说”沉重地打击了教会的宇宙观，这是唯物主义和唯心主义斗争的伟大胜利。哥白尼是欧洲文艺复兴时期的一位巨人。他用毕生的精力去研究天文学，为后世留下了宝贵的遗产。哥白尼遗骨于2010年5月22日在波兰弗龙堡大教堂隆重的重新下葬。2/3/202384地球与空间

哥白尼提出的“日心说”，有力地打破了长期以来居于宗教统治地位的“地心说”，实现了天文学的根本变革。2/3/202385地球与空间日心说的观点是1）地球是球形的。如果在船桅顶放一个光源，当船驶离海岸时，岸上的人们会看见亮光逐渐降低，直至消失。2）地球在运动，并且24小时自转一周。因为天空比大地大的太多，如果无限大的天穹在旋转而地球不动，实在是不可想象。3）太阳是不动的，而且在宇宙中心，地球以及其他行星都一起围绕太阳做圆周运动，只有月亮环绕地球运行。2/3/202386地球与空间3.牛顿的万有引力万有引力定律是艾萨克·牛顿在1687年于《自然哲学的数学原理》上发表的。牛顿的普适的万有引力定律表示如下：任意两个质点有通过连心线方向上的力相互吸引。该引力大小与它们质量的乘积成正比与它们距离的平方成反比，与两物体的化学组成和其间介质种类无关。2/3/202387地球与空间二、近代天文学的兴起和恒星世界的探究1.17—19世纪宇宙探索的进展近代天文学的兴起源自天文观测技术的提高和应用。2/3/202388地球与空间

伽利略亲手制作的世界上第一架天文望远镜2/3/202389地球与空间光学领域新技术：分光术和照相术等的运用使宇宙探索从天体的空间分布、运动特征研究扩展到天体各种物理、化学性质的深层次研究。2/3/202390地球与空间2.探究恒星世界伽利略用望远镜将云雾状的银河系分解为恒星，证实银河系是有恒星密集而成。越来越多的暗弱恒星和星云，以及变星、双星、聚星、星云和星团被发现。恒星的恒星的距离和恒星的自行也被发现。2/3/202391地球与空间3.应用一切可用的科学技术从一切可能的角度探究（1）光学方法光学方法可测定恒星的光度和光谱。利用光谱分析可以推测有关恒星和星云的化学组成和物理性质。2/3/202392地球与空间利用光谱法还可测定恒星的视向速度。视向速度是物体朝向视线方向的速度。一个物体的光线在视向速度上会受多普勒效应的支配，退行的物体光波长将增加(红移)，而接近的物体光波长将减少（蓝移。）恒星的视向速度，能够经由高解析的光谱精确的测量，并且和在实验室内测出的已知谱线波长做比较。在习惯上，正的视向速度表示物体在退行，如果是负值，物体则是在接近。2/3/202393地球与空间（2）几何方法测量恒星间距离恒星的大小恒星的切向速度天体分布乃至银河系结构2/3/202394地球与空间（3）力学方法典型应用是双星研究2/3/202395地球与空间4.基于已知物理量之间的关系，从已知量求未知量。如果发现规律性的东西，就可以将该规律应用于另一些只知道部分物理量的恒星，从已知的物理量求未知的物理量。2/3/202396地球与空间三、认识我们的宇宙2/3/202397地球与空间望远镜运载火箭探索工具航天器天文望远镜射电望远镜反射望远镜光学望远镜空间站探测器宇宙飞船人造卫星三、认识我们的宇宙1.20世纪以来宇宙探索的进展2/3/202398地球与空间射电望远镜2/3/202399地球与空间运载火箭

2/3/2023100地球与空间月球勘探者2/3/2023101地球与空间人造地球卫星2/3/2023102地球与空间天文望远镜2/3/2023103地球与空间紫金山天文望远镜2/3/2023104地球与空间大型天文望远镜2/3/2023105地球与空间著名的哈勃太空望远镜2/3/2023106地球与空间

哈勃望远镜

以时速2.8万公里沿寂静的太空轨道运行，默默地窥探着太空的秘密。哈勃望远镜的观测能力等于从华盛顿看到1.6万公里外悉尼的一只萤火虫。它发现了宇宙边缘最遥远的古老星系及最遥远的天体，哈勃望远镜上的超级摄谱仪还向人们揭示了超新星的化学成分。利用这些极其珍贵的太空图像和宇宙资料，科学家们取得了一系列突破性的成就。沉寂多年的天文学领域，正发生着天翻地覆的变化。2/3/2023107地球与空间哈勃太空望远镜哈勃太空望远镜使人类对宇宙又有了崭新的认识——

太空望远镜从地球上发射，安放与在“朦胧”大气层之外“清晰”的太空。凭借其惊人的视野与敏锐的“洞察力”，宇宙的奥秘正不断被揭开。哈勃望远镜长13.3米，直径4.3米，重11.6吨，造价近30亿美元，于1990年4月25日由美国航天飞机送上高590公里的太空。（轨道半径6961，即约7000公里）

2/3/2023108地球与空间哈勃太空望远镜2/3/2023109地球与空间

射电望远镜专门接收天体发出的无线电波2/3/2023110地球与空间

伽利略望远镜观察到的天体2/3/2023111地球与空间

天文望远镜观察到的天体2/3/2023112地球与空间

天文望远镜观察到的仙女座星系2/3/2023113地球与空间射电望远镜观察到的超新星爆炸2/3/2023114地球与空间射电望远镜观察到的星云图2/3/2023115地球与空间哈勃太空望远镜观察到的M51星云图2/3/2023116地球与空间哈勃太空望远镜观察到的超新星爆炸图2/3/2023117地球与空间火箭的出现，终于实现了人们想冲出地球，飞向宇宙的梦想。2/3/2023118地球与空间（1）全方位观测技术的出现出现了新的天文学学科分类从观测技术的角度划分：光学天文学，红外天文学，射电天文学。（2）数字技术和电子技术的推动。（3）航天技术的推动。2/3/2023119地球与空间2.星系世界的发现两类星宇一是在天球上沿银河分布，显现出气体尘埃特点；二是分布与银河之外，光谱显现出恒星特点。2/3/2023120地球与空间3.总星系的重要特征和现代宇宙学（1）宇宙在膨胀之中（2）宇宙微波背景辐射（3）化学组成：氢元素占四分之三，氦元素占四分之一。2/3/2023121地球与空间地球月球地月系太阳系其他恒星系统银河系河外星系总星系（可见宇宙）其他行星系统2/3/2023122地球与空间一、地球科学的兴起与发展二、航天时代的地球科学和空间科学三、地理信息科学和技术思考与练习观测与实习第三节地球认识的深化2/3/2023123地球与空间一、地球科学的兴起与发展

1.文艺复兴前人类对地表环境的认识（1）对水圈的认识陆地水文兴修水利流体力学的认识海洋的有关知识2/3/2023124地球与空间（2）对大气的认识一是天气和气候物候观测二是探索天气和气候演变规律（3）岩石圈认识一是矿物研究方面二是地质地貌方面三是探索某些地质现象、构造和地貌的成因2/3/2023125地球与空间2.地球科学各分支体系的形成（1）水和海洋科学（2）大气科学（3）地质学（4）测绘科学（5）区域地理2/3/2023126地球与空间3.地图和地图投影地图是按一定的比例运用符号、颜色、文字注记等描绘显示地球表面的自然地理、行政区域、社会经济状况的图形。2/3/2023127地球与空间2/3/2023128地球与空间地图投影就是指建立地球表面（或其他星球表面或天球面）上的点与投影平面（即地图平面）上点之间的一一对应关系的方法。即建立之间的数学转换公式。它将作为一个不可展平的曲面即地球表面投影到一个平面的基本方法，保证了空间信息在区域上的联系与完整。这个投影过程将产生投影变形，而且不同的投影方法具有不同性质和大小的投影变形。2/3/2023129地球与空间2/3/2023130地球与空间等差分纬线多圆锥投影2/3/2023131地球与空间4.20世纪的现代地球科学（1）地球科学总体市属于应用科学的范畴（2）地球科学观测仪器更新换代不断加快；（3）数字技术以及电子技术和通信技术的发展，极大地加强了采集、传输、分析和处理科学数据能力。2/3/2023132地球与空间20世纪地球科学的发展有三个特点1.地球科学不少分支取得重大进展或突破2.不断涌现新的一级、二级、三级分支学科，以及众多的分支学科3.地球科学与新兴的资源、环境和区域科学联动发展。2/3/2023133地球与空间1.航天技术和航天器1957年前苏联第一颗人造卫星发射成功。人类已发射大约6000多个航天器。90％以上是人造卫星。二、航天时代的地球科学和空间科学2/3/2023134地球与空间2/3/2023135地球与空间2.空间科学及其与地球科学的关系空间科学专指利用航天器研究发生在地球上、日地空间、行星际空间乃至整个宇宙的物理、天文、化学、地理环境和生命等自然现象及其规律的科学。空间科学以航天技术为基础，包括空间飞行、空间探测和空间开发等几个方面2/3/2023136地球与空间空间科学与地球科学的关系空间科学技术对认识近地球空间，认识地球系统与外部的交互有重要意义；对地观测技术为地球科学各分支学科提供观测数据，极大地促进了现代地球科学的发展。2/3/2023137地球与空间3.遥感和全球定位系统（1）全球卫星定位系统(GloblePositioningSystem)是一种结合卫星及通讯发展的技术,利用导航卫星进行测时和测距。全球卫星定位系统(简称GPS)是美国从上世纪70年代开始研制,历时20余年,耗资200亿美元,于1994年全面建成。具有海陆空全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。经过近十年我国测绘等部门的使用表明,全球卫星定位系统以全天候、高精度、自动化、高效益等特点,成功地应用于大地测量、工程测量、航空摄影、运载工具导航和管制、地壳运动测量、工程变形测量、资源勘察、地球动力学等多种学科,取得了好的经济效益和社会效益。现有的卫星导航定位系统有美国的全球卫星定位系统(GPS)和俄罗斯的全球卫星定位系统(GlobleNaviga2tionSatelliteSystem),简称GLONASS，以及中国北斗星，欧洲伽利略。2/3/2023138地球与空间GPS全球卫星定位系统由三部分组成:空间部分—GPS星座;地面控制部分—地面监控系统;用户设备部分—GPS信号接收机。1.空间部分GPS的空间部分是由24颗工作卫星组成,它位于距地表20200km的上空,均匀分布在6个轨道面上(每个轨道面4颗),轨道倾角为55°。此外,还有4颗有源备份卫星在轨运行。卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4颗以上的卫星,并能保持良好定位解算精度的几何图象。这就提供了在时间上连续的全球导航能力。2/3/2023139地球与空间2.地面控制部分地面控制部分由一个主控站,5个全球监测站和3个地面控制站组成。3.用户设备部分用户设备部分即GPS信号接收机。其主要功能是能够捕获到按一定卫星截止角所选择的待测卫星,并跟踪这些卫星的运行。当接收机捕获到跟踪的卫星信号后,即可测量出接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率,解调出卫星轨道参数等数据。根据这些数据,接收机中的微处理计算机就可按定位解算方法进行定位计算,计算出用户所在地理位置的经纬度、高度、速度、时间等信息。2/3/2023140地球与空间北斗星导航定位系统(简称北斗系统)由空间星座、地面控制中心系统和用户终端三部分构成。1、空间星座建设中的中国北斗导航系统(COMPASS)空间段计划由五颗静止轨道卫星和三十颗非静止轨道卫星组成，提供两种服务方式，即开放服务和授权服务。2/3/2023141地球与空间2、地面控制中心系统北斗系统地面控制中心包括主控、测轨站、测高站、校正站和计算中心，主要用来测量和收集校正导航定位参数，完成测轨和调整卫星的运行轨道，姿态，编制星历，形成用户定位修正数据和对用户进行定位，即负责无线电信号的发送接收及对整个工作系统的监控管理。2/3/2023142地球与空间3、用户设备根据北斗用户机和应用环境和功能的不同，通常北斗用户机有五种类型：普通型。该型用户机只能进行定位和点对点的通信，适合于一般车辆、船舶及便携等用户的定位导航应用，可接收和发送定位及通信信息，与中心站及其它用户终端双向通信。通信型。适合于野外作业，水文测量、环境检测等各类数据采集和数据传输用户，可接收和发送短信息、报文，与中心站和其它用户终端进行双向或单向通信。授时型。适合于授时、校时、时间同步等用户，可提供数十纳秒级的时间同步精度。指挥型。指挥型用户机是供拥有一定数量用户的上级集团管理部门所使用，除具有普通用户机所有功能外，还能够播发通播信息和接收中心控制系统发给所属用户的定位通信信息。指挥型用户机又可分为一、二、三级。其中一级指挥型用户机，所辖用户为普通型用户机；二级指挥用户机，所辖用户为一级指挥机用户；三级指挥型用户机，所辖用户为二级指挥机用户。多模型用户机。此种用户机既能接收北斗卫星定位和通信信息，又可利用GPS系统或GPS增强系统导航定位，适合于对位置信息要求比较高的用户。2/3/2023143地球与空间2.遥感技术[remotesensing]通过人造地球卫星上的遥测仪器把对地球表面实施感应遥测和资源管理的监视(如树木、草地、土壤、水、矿物、农家作物、鱼类和野生动物等的资源管理)结合起来的一种新技术。2/3/2023144地球与空间遥感技术已广泛应用于农业、林业、地质、海洋、气象、水文、军事、环保等领域。在未来的十年中，预计遥感技术将步入一个能快速，及时提供多种对地观测数据的新阶段。遥感图像的空间分辨率，光谱分辨率和时间分辨率都会有极大的提高。其应用领域随着空间技术发展，尤其是地理信息系统和全球定位系统技术的发展及相互渗透，将会越来越广泛。遥感在地理学中的应用，进一步推动和促进了地理学的研究和发展，使地理学进入到一个新的发展阶段。遥感信息应用是遥感的最终目的。遥感应用则应根据专业目标的需要，选择适宜的遥感信息及其工作方法进行，以取得较好的社会效益和经济效益。2/3/2023145地球与空间地理数据获取遥感影像是地球表面的“相片”，真实地展现了地球表面物体的形状、大小、颜色等信息。这比传统的地图更容易被大众接受，影像地图已经成为重要的地图种类之一。遥感获取资源信息遥感影像上具有丰富的信息，多光谱数据的波谱分辨率越来越高，可以获取红边波段、黄边波段等。高光谱传感器也发展迅速，我国的环境小卫星也搭载了高光谱传感器。这些地球资源信息能在农业、林业、水利、海洋、生态环境等领域发挥重要作用。2/3/2023146地球与空间遥感应急灾害资料遥感技术具有在不接触目标情况下获取信息的能力。在遭遇灾害的情况下，遥感影像是我们能够方便立刻获取的地理信息。在地图缺乏的地区，遥感影像甚至是我们能够获取的唯一信息。在5.12汶川地震中，遥感影像在灾情信息获取、救灾决策和灾害重建中发挥了重要作用。海地发生强震后，已有多家航天机构的20余颗卫星参与了救援工作。遥感自然灾害遥感我国已建立了重大自然灾害遥感监测评估运行系统，可以应用于台风、暴雨、洪涝、旱灾、森林大火等灾害的监测能力特别是快速图像处理和评估系统的建立，具有对突发性灾害的快速应急反应能力，使该系统能在几小时内获得灾情数据，一天内做出灾情的快速评估，一周内完成详实的评估。例如在台风天，通过灾害遥感就可以准确的划分出受台风影响区域，通过气象预警发布有效信息，人们便可由此对农产品进行防护措施，降低损失。遥感农业遥感监测在农业方面，利用遥感技术监测农作物种植面积、农作物长势信息，快速监测和评估农业干旱和病虫害等灾害信息，估算全球范围、全国和区域范围的农作物产量，为粮食供应数量分析与预测预警提供信息。2/3/2023147地球与空间现代遥感技术2/3/2023148地球与空间