第一节 地球在宇宙中

自然地理学1主讲人：许振文第一章地球第一节地球在宇宙中的位置

自然地理环境位于地球的特定范围内，是地球的一部分，而地球又是宇宙中的一颗普通的行星。他不断的和周围环境进行能量、物质和信息的交换和传输，从而对自然地理环境产生多方面的影响，推动着各种自然地理过程的形成，是自然地理环境形成和发展的必要条件。因此，为了加深对自然地理环境的认识，就必须了解行星地球的宇宙环境及其自身的特性。一、宇宙和天体1、宇宙宇宙是一个巨大无穷的物质世界，其中包含着无数的天体和及其广阔的空间。战国时期尸佼曾定义“上下四方曰宇，古往今来曰宙”。汉代张衡则以“宇之表无极，宙之端无穷”表述宇宙空间在空间上无边无际，在时间上无始无终的特点。现代人类理解的宇宙范围相当于130亿光年的巨大空间，是人类一致的宇宙空间，随着科技的发展，宇宙空间范围将不断扩大。2、天体宇宙中存在无数的天体。根据他们各自的特点分为：恒星、行星、卫星、流星、彗星、星云等类。我们认识宇宙，主要是认识宇宙中各种天体的运动及其变化。随着人类社会的发展及科技水平的提高，我们对于宇宙的认识也在逐渐地深入。古老的宇宙观地是一块平板，天是一个盖子，（天圆地方）——天圆如张盖，地阔如圆盘。公元2世纪托勒密（地心说）：宇宙是一个有限的球体，地球处于中心，在这之外还存在很多个天层，月球天处于最内层，而恒星处于最外层。它无法解释木星和土星的回旋。16世纪哥白尼：日心说：太阳是宇宙的中心，地球在自转的同时绕太阳公转。18世纪天文学家引入星系一词，其实是指宇宙。20世纪以来，大型天文望远镜的利用，以及空间技术的发展，人类已经认识到了上百亿光年的时空区域。对宇宙的认识在茫茫的宇宙中，人类的故乡---地球是一颗普通的行星。地球不断地绕太阳运行，接受太阳光的哺育，，演化成一刻生机盎然的星球。从地球上看，天体都在天上，但是，地球也是一个自然天体，在宇宙飞船和其他天体上看地球，地球也在天上。从“天地是一家”的观点出发，研究地球的宇宙环境，就是为了加深对整体地球的认识。我们按照由远至近的顺序，剖析不同层次的天体系统，探讨地球的宇宙环境，是为了更好地了解地球本身。二、从地球看宇宙概念是由炽热气体（等离子体）构成的，能自行发光发热的球状或类球状的天体。质量巨大，在高温高压的条件下，内部不断进行热核反应，外部不断抛射物质。他是宇宙中数量最多和最重要的天体，凭肉眼能看到的天体99%以上是恒星。恒星的成分，氢约占70%，氦约占28%，其余为碳、氮、氧、铁等因素。每颗恒星如同光芒四射的太阳，成为产能的基地，通过对流和辐射向宇宙空间输送着巨大的辐射能。

1、恒星

1光年=94605亿km。光年是常用的距离单位。太阳光到达地球时8分18秒。离太阳最近的恒星时半人马座的比邻星，距离时4.22光年，牛郎星约是16光年，织女星约26光年，北极星约400光年。因为每颗恒星距离地球的远近不一，他们的光到达地球的时间也是不相同的，所以我们所见到的星空，其实是由恒星到地球的不同光行时间所组成的星空图像，反映的是不同恒星的不同历史时期的面貌，称为星空的不等时性。恒星的距离光年光在真空中一年时间所走的距离。秒差距恒星周年视差为1秒时的恒星距离叫做1秒差距。当星日连线和星地连线的最大张角为1秒时，该星日距离长度定义为1秒差距。恒星周年视差的测定十分困难，离地球最近的比邻星周年视差仅0.767秒，其他遥远恒星的周年是差距就更小，通常采用照相方法测定。周年视差和秒差距互为倒数关系，当周年视差愈小，恒星距离就愈大。恒星r太阳地球πα恒星周年视差和秒差距天文单位日地平均距离为一个天文单位，约14960万km，用于测定太阳系天体的距离。三者关系

1光年=9.4605×1012km=63240天文单位1秒差距=3.26光年=206265天文单位恒星的亮度和光度亮度

在地球上，肉眼所见恒星的明暗程度，简称亮度。亮度的等级用视星等（m）来表示。古代，人们将肉眼所见到的最明亮的星叫一等星勉强可见的暗星叫六等星，它们之间的亮度相差100倍。凡星等每差以及，则亮度差为1001/6-1=2.512,即星等每差一级，亮度差2.512倍，1等星比2等星亮2.512倍，2等星比3等星亮2.512倍，余此类推。比1等星亮2.512倍的是0等星，再亮的是-1等星、-2等星……。如大犬座α星（天狼星）是-1.4m、满月-12.7m、太阳-26.7m。比6等星更暗的星，肉眼就看不到了。比6等星暗2.512倍的是7等星，再暗的是8等星、9等星……。大望远镜可以观察到26等的暗星。星等与亮度之间的关系为：星等以等差级数减小（增大），亮度以等比级数增大（减小）用普森公式表示如下：l/l0=2.512m0-m式中：l和m为较亮一颗星的亮度和星等；l0和m0为较暗一颗星的亮度和星等。光度恒星的真正发光能力。其等级用绝对星等（M来表示。恒星的亮度是不考虑其距离的远近，而恒星的光度是把他们都放在等距离上进行亮度比较，这才真正地反映恒星的发光状况。国际上规定：将恒星移到距离地球10秒差距（即32.6光年）处，恒星所具有的视星等，称为绝对星等。例如，太阳处在10秒差距的地方，其绝对星等仅4.9m，成为一颗十分暗淡的星了。特殊的恒星恒星世界五彩斑斓，多种多样。大多数恒星大同小异；少数恒星与众不同，如变星、脉冲星和中子星等。变星

是指在较短的时间内（几年或更短）亮度发生明显变化的星。变星分为几何变星、脉动变星和爆发变星。几何变星是指两颗星几何位置发生变化，即二者相互遮掩而引起亮度变化的变星，又称食变星。脉动变星是由于恒星的体积作周期性膨胀和收缩而引起亮度变化的变星，约2/3变星属此类。爆发变星是因为恒星本身的爆发而引起亮度突然变化的变星，如新星和超新星。其中，光度在几天内突然增加9个星等以上，亮度增大即万倍至几百万倍的变星叫新星；若光度增加更大，亮度增达到1000万倍至1亿倍以上的变星叫超新星。新星并非是新出现的星，而是恒星演化到期的一种现象。如金牛座蟹状星云，就是1054年一颗超新星爆发后的余迹。据我国文献记载，当时他最亮时比金星还亮，白天都能看到。脉冲星是1963年发现的一种新型天体。他是以很短的周期（几秒至百分之几秒）放射出强烈的无线电脉冲的恒星。目前认为脉冲星就是具有强磁场的快速自转的中子星。中子星是只有中子组成的恒星。是由于恒星演化到后期，发生超新星爆发现象，爆发后核心部分急剧收缩，内部物质在高温高压情况下，把电子挤入原子核内，电子与质子结合成中子，从而形成中子星。金牛座蟹状星云的核心就是一颗中子星。其特征是：具有恒星般的质量（可达太阳质量的两倍）、行星般的体积（直径一般仅10km左右），密度极大，中心密度可达1014g/cm3，具有极强的磁场，此感应强度可达108T（特斯拉）

。恒星的演化恒星的演化过程是恒星内部物质的吸引和排斥对立统一的过程，具体表现为恒星的收缩和膨胀过程。可分为四个阶段引力收缩阶段—幼年期宇宙空间弥漫着密度极其稀薄的星际物质，星际物质在密度较大处可成为引力中心，形成星际云，星际云在自身引力作用下进一步收缩，引力动能部分转化为热能，使内部温度升高，演化成恒星的胚胎，最后逐渐成为向外辐射红外线的红外星—幼年期的恒星。此过程中，引力收缩起支配作用，引力动能为其主要热源。主星序阶段—壮年期红外星因引力收缩视其内部温度不断最高，当中心温度达到80万K以上时，恒星内部开始出现热核反应，当中心温度达到700万K以上，热核反应所产生的热能和向外辐射消耗的热量，达到相对平衡，星体不再收缩，引力与斥力处于平衡，恒星进入壮年期。此过程中，引力收缩停止，引力与斥力处于平衡，核反应是主要能源。恒星在这一阶段停留时间长、数量多，太阳在这一阶段的停留时间越为100亿年。红巨星阶段—中年期恒星的温度和密度愈向中心愈增加，只是中心部分氢氦聚变反应进行得最快。当中心区氢消耗到一定程度时，热核反应减弱产生的能量供应不足，而在中心区的外围，氢氦聚变反应继续进行，恒星内部斥力和引力的相对平衡及其稳定状态遭破坏，内部又开始收缩。由于收缩释放出来的能量，时恒星外壳急剧膨胀，变成体积大、密度小、表面温度低、光度仍然很强的红巨星。恒星内部继续收缩，温度不断升高，当达到1亿K时，就产生新的热核反应，由3个氦核聚变成1个碳核，再次产生巨大能量，恒星内部压力最高，斥力和引力再度相对平衡，恒星又稳定下来，度过它的中年期。太阳将来也会变成红巨星，在此阶段约维持10亿年左右。白矮星、中子星、黑洞阶段—晚年期红巨星内部进行着剧烈的氦—碳核反应，温度愈来愈高，当内部温度达到60亿K时，产生极强的辐射，向外放射极强的能量。此时，斥力大于引力，平衡再次遭到破坏。质量大的恒星，大多数外壳发生爆炸，使其本身的光度突然增高级万倍甚至几亿倍，形成新星或超新星。新星和超新星外层的物质大量抛向宇宙空间，又成为孕育新恒星的星际物质。宁波高密度的核心部分，成为爆炸后的残骸。恒星的质量不同，残骸的表现形式也不一样。质量小于太阳质量1.44倍的恒星，可演化成为白矮星（已发现1000颗以上），质量在太阳质量1.44--2倍的恒星，内部物质急剧坍缩超高密的中子星。质量大于太阳质量2倍的恒星，内部物质更加急剧坍缩，成为密度更大的坍缩星---黑洞。黑洞是质量巨大高度集中在很小的体积内，密度极大，引力大到任何物质无法逃脱，辐射也被禁锢出不来的天体。黑洞不发光，但可以根据其强大的引力场推测它的存在。目前认为可能是黑洞的天体是天鹅座X-1。2、银河系在夏秋晴朗无月的夜晚，仰望星空，从东北方向越过头顶再朝西南方向延伸，有一条乳白色的光带横跨天空，这就是“银河”。银河的中名又叫星河、银汉等；西方称其为“牛奶道路”。银河与银河系不能混淆。“银河”是指我们在地球上看到的一条光带，是银河系在天空上的投影，是肉眼所见到的部分银河系。“银河系”是指太阳所在的整个星系，是比太阳系更高层次的庞大天体系统，是由构成银河系的气体、尘埃、恒星、星团以及星云所组成的密集区。银河和银河系银河系的结构、大小和形状银河系是一个包括1500亿颗恒星和大量星际物质组成的庞大星系级的天体系统。其直径约10万光年，其恒星的分布是不均匀的。中心区域恒星较密集，距中心愈远，恒星愈稀疏。银河系的结构分为：银盘、核球和银晕三部分。银盘直径约10万光年，中心厚度约1万光年，太阳位于距中心约3万光年处。核球是银盘中隆起部分，近似球形，直径约1万光年。核求中心恒星更加密集的区域叫银心。银晕是在银盘以外，由稀疏地分布在一个圆球状的空间范围内的恒星和星云组成。俯视银河系的形状，它是一个漩涡状的星系。他是由于恒星围绕中心旋转形成的。银河系物质分布不均匀，在银盘上由核心想外延深处4条旋臂，他们是恒星密集区，分为猎户臂、英仙臂、人马臂和三千秒差距臂。太阳位于猎户臂中。侧视银河系，似铁饼状，又像两顶草帽合在一起，中间厚两边薄。由于我们观测者不处于银心位置，故各方恒星投影在天空上呈现非均匀的光带。银河系的中心在人马座方向，那里的恒星显得十分密集。银河系的运动整个银河系围绕中心轴线不停地旋转，称为银河系的自转。银河系所有的恒星处各自运动外，都有围绕银河系中心的旋转运动。由于银河系物质分布与引力有关，因此各部分恒星运动速度有所差异。整个银河系在宇宙空间的运动，朝麒麟座方向以214km/s运动着，好像一个车轮子，自身不断旋转的同时，又不停地向前前进。太阳以3万光年为半径绕银心作圆周运动，速度250km/s，周期2.5亿年，称为一个“宇宙年”。已知地球年龄46亿年，那么地球随太阳系一起绕转银心18圈多。此外，还可以观测到太阳以20km/s的速度向武仙座方向移动。总星系的范围目前我们观测到的最远距离（类星体），根据哈勃望远镜测定的哈勃常数推算为130亿光年。在这个130亿光年为半径的空间范围内所有星系的总称叫做总星系。总星系的数目达到10亿个以上。其中距离银河系最近的有大、小麦哲伦星系和仙女座大星系。大麦哲伦星系距离我们约16万光年，小麦哲伦星系约19万光年。这两个星系在南半球可见，他们是航海家麦哲伦作环球航行时，于1520年在南美洲南部发现的。而在北半球可见的最亮的河外星系，则是仙女座大星系，他距离我们约220万光年。3、总星系在茫茫星海中，可以看到一些模糊不清的云雾状天体，过去我们把它统称为星云。进一步的研究认为，这些星云中，有些是由银河系内的气体和尘埃物质组成的，成为河内星云，简称星云，如猎户座大星云等。另一些则是在银河系以外，类似银河系的庞大的恒星集团，由于他们距离太遥远，看上去也是云雾状天体，称为河外星云或河外星系。如仙女座大星系等。天体系统层次天体互相吸引、彼此绕质心旋转而构成了天体系统。一般情况下，次一级天体系统又围绕高一级的天体系统旋转。如地月系绕共同质心旋转、并绕太阳旋转；太阳偕带太阳系成员又绕银河系质心旋转……。目前我们认识到的天体系统层次如下：地月系—太阳系—银河系—星系群—星系团—超星系团—总星系总星系是我们观测所涉及的宇宙范围，是目前人类认识到最高层次的天体系统，是现代宇宙学研究的重要对象。4、无限的宇宙恩格斯曾经说过：“我们的自然科学的极限，直达今天仍然是我们的宇宙，而在我们的宇宙之外的无限多的宇宙，是我们认识自然界所用不着的”。在这里恩格斯所阐述的宇宙无限观，实现把我们的宇宙和我们的宇宙以外的无限多的宇宙区别开来。我们的宇宙是有限的宇宙，就是科学上的宇宙，是指“观测到的宇宙”，即现在能够观测到的现象的总和，实质上就是总星系，他在空间上是有边界的，在时间上是有起源的。我们的宇宙以外的无限多的宇宙，是哲学上的宇宙。他没有起源、没有终结、没有中心、没有边界，是无限的。宇宙的有限和无限是不能截然分开的。因为随着我们的宇宙的范围不断扩大，愈来愈证明宇宙是无限的；而且，从有限的我们的宇宙中得到的知识，可以在一定的条件下，外推到无限的，尚未认识的宇宙中去。这就是宇宙的有限与无限的辩证统一。坚持宇宙的有限与无限的统一，才能恰当评价现代宇宙学的科学成果。宇宙的起源---大爆炸宇宙学简介关于宇宙起源有很多说法，这里仅介绍最有影响的，1948年美国天体物理学家伽莫夫提出的大爆炸宇宙学。大爆炸宇宙学的基本观点

大爆炸宇宙学认为，宇宙早期是一个超高密、超高温的“宇宙蛋”。宇宙蛋在某种物理条件下，发生迅猛的大爆炸，于是便开始不断膨胀起来，结果物质也随时空膨胀而从密到稀、从热到冷地演化着，在演化过程中逐渐形成各种恒星体系。大爆炸过程宇宙早期，密度近于无穷大状态，温度极高，在100亿K以上，当时宇宙只存在质子、中子、电子、光子及中微子等基本粒子。随着宇宙的绝热膨胀，温度下降很快。当温度降到10亿K时，中子失去自由存在的条件，质子与中子结合成氢、氦，各种化学元素开始形成。当温度降到100万K时，早期形成的各种化学元素告一段落。宇宙继续膨胀和冷却，直到约1000万年以后，温度降到3000K时，电子和核才组成稳定的原子。辐射减退，宇宙间主要是气体物质，并逐渐凝聚成星云，再进一步形成各种星系和恒星，成为我们今天观测到具有各种类型天体的宇宙。二、太阳系太阳系是由中心天体太阳及其巨大引力作用下，环绕太阳运行的行星、卫星、小行星、彗星、流星体和行星际物质所在总称的天体系统。行星是在椭圆轨道上绕太阳运行的、近似球状的天体。在太阳周围分布着八大行星，他们距太阳由近及远顺序为：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。八大行星绕轴自转的同时，在各自的轨道上绕日公转。2006年8月在布拉格举行的国际天文学联合会第26次会议决定将冥王星剔出行星行列。大会认为行星必须符合下列三个条件：第一，在绕日运行的前提下，能清除其轨道附近的其他天体而成为其所在空间的最大天体；第二，具有足够大的质量，能依靠其自身引力使其形状呈近似球形；第三，内部不能发生核聚变反应。放弃将冥王星之外的太阳系八大行星称为“经典行星”的说法，从而确认太阳系只有8颗行星，冥王星遭到“降级”。"卡戎"将不被考虑赋予任何特殊的名称，而编号为"2003UB313"的天体和谷神星将和冥王星一起被定义为矮行星。"2003UB313"的天体的发现者美国加州理工学院天文学家布朗称："公众不会因为冥王星被踢出行星行列而感到惊讶。"他称这个结果为一次科学的决定。（一）太阳太阳是一颗既普通又特殊的恒星。说他普通，是因为它的质量、体积在恒星中属于中等大小、处于壮年期的一颗恒星。说他特殊，是指太阳是太阳系的中心天体，吸引周围天体，构成太阳系。太阳是离地球最近的一颗恒星，是地球光热和生命之源，是研究其他恒星的标本。1、太阳的距离和大小日地距离日地平均距离约14960万km，称为一个“天文单位”，可用“a”表示。1976年，国际天文学会通过，自1984年起，“a”值统一使用1.49597870亿km。如日地平均距离为1a。根据理论计算，太阳系的引力范围可达到15万a。太阳的大小和质量太阳半径约是地球半径的109倍。体积是地球的130万倍。太阳质量约2×1027t，相当于地球质量的33万倍。太阳质量占太阳系质量的99.87%，相当于所有行星及其卫星质量的745倍。巨大的质量，产生巨大的引力，从而制约着行星、彗星等较小天体的公转运动。（一）太阳1、太阳的距离和大小2、太阳的外部构造太阳物质处于高度电离状态，氢和氦原子在高温高压的条件下，离解为带正电荷的质子和带负电荷的电子。因为正、负离子所带电量相等，所以称为等离子体。同样是一个炽热的等离子气态球体，其分层没有明显的界线。为了研究的方便，将太阳大致分为内外各三层（内三层是核反应区、辐射区、对流区；外三层是光球、色球、日冕）。内层无法直接观测，只是一种理论模式。光球为肉眼所见光亮夺目的太阳表面，太阳大气的最低层。光球是包围对流区的一层薄膜，厚约500km。平均温度5770K，向内部或外部的温度梯度变化很大。由于温度分布的显著不均衡，所以我们观测到的太阳表面各部分的亮度是不均匀的。日面中心区最亮，愈靠边缘愈暗，这叫“临边昏暗”现象。是因为我们看到光球中央部分大气是较厚的大气层，并且光球下面大气温度高，边缘部分大气是较薄的大气层，并且光球表面大气层温度低，显得光球中心部分较边缘部分要明亮些。光球表面分布有米粒组织、黑子和光斑。米粒组织是对流区上升气流所致，就像煮开锅的米粥。米粒直径约1000km，超米粒直径可达到30000km。平均温度比光球高出300-400K，平均寿命7-8分钟。光斑呈各种纤维结构，可在日面边缘部分观测到。光斑比光球温度高100K，平均寿命15天，个别可达3个月。黑子是强磁场形成的漩涡，多成对或成群出现。直径在2×103---3×103km至1.5×107km，中心部位凹陷约500km；黑子大小不一，小的仅1000km，大的可达20万km。一般黑子愈大，磁场愈强，寿命愈长，而小的几小时可能消失。黑子也发光，只是温度比周围光球低大约是1000℃（约4500K），在明亮的光球背景下显得暗黑。黑子是明显的太阳活动区，消长周期约为11年（已获公认的黑子周期为11.1年），而一个完整的黑子磁周期（即黑子磁场颠倒一次）约22年；每个黑子周期开始时，黑子一般出现在南北纬度30°附近，黑子数最多的高峰期，则出现在南北纬度15°处，黑子周期结束时，赤道附近的黑子又都消失，下一个周期的黑子又开始在南北纬度30°附近出现，黑子时空分布形状很象一群互动，又称蝴蝶图。黑子在日面上的移动可据以证明太阳也有自转，其赤道部分约25日自转一周。黑子分布范围主要集中于日面南、北纬5-25°之间。（一）太阳1、太阳的距离和大小2、太阳的外部构造光球日珥耀斑谱斑色球位于光球之上，厚度2000km以上的大气中层。平时肉眼不可见，可通过色球仪观测。日全食时，当耀眼的光球被月球全部遮住时，在日轮边缘上呈现出犬牙状的玫瑰色的环状物，称为色球。色球层上有日珥、耀斑、谱斑等色球温度变化剧烈，在100km低层处，温度从4600K降至4200K；在400km处，温度上升到5500K；色球中层，温度继续上升到8000K，色球高层处温度达到5万K；在色球—日冕过渡区，温度上升到最高的100万K。色球上部由许多火舌状物（针状物）这就是日珥，寿命5-10分钟，喷发高度有3000-4000km至1万多km

。耀斑是色球突然爆发，表现为特别明亮的斑块。色球最引人注目的是耀斑活动。他来势猛，能量大，在100秒至1000秒的时间内释放出相当于太阳在一般情况下1秒钟辐射的总能量。从耀斑中发出的有可见光、紫外线、X射线、红外线、射电辐射、高能粒子流和宇宙线等。耀斑是太阳活动的重要角色。绝大多数的耀斑出现在黑子群周围，当黑子增多时，易触发耀斑的爆发。谱斑，它是色球层大块的斑区，有些较亮，有些较暗，在色球面上都可以观测到，谱斑也多出现在黑子群周围，寿命比黑子长。日冕在色球层之外，极为稀薄的太阳最外层大气，由高温低密度的等离子体组成。日全食时，在日轮周围呈现乳白色光辉的环状物就是日冕。应用近紫外和X光观测，日冕可分为内、中、外三层。在可见光照片上，日冕亮度比较均匀。但在太空拍摄到的X光照片上，发现日冕中有大片的长条形暗区域，叫做冕洞。冕洞的能源被认为用来产生和加速太阳风，它是强太阳风的源泉，是太阳磁场开放的区域。那里的磁力线向行星张开，大量带电质点在日冕压力梯度作用下，反抗太阳中心引力，顺着太阳磁力线向外运动，形成太阳风。携带高能粒子流的太阳风，一直吹向冥王星以外，充满整个太阳系广阔的空间。（一）太阳1、太阳的距离和大小2、太阳的外部构造3、太阳的能源太阳热能太阳能源太阳常数太阳是太阳系光热的主要源泉，是地球能量的主要供给者。太阳以电磁波的形式不断地向外辐射能量，称为太阳辐射。太阳辐射能量主要集中在狭窄的0.2-10.0微米波段，该波段的辐射能量占总辐射量的99.9%。此外，紫外线、r射线、红外线和米波辐射，就他们总辐射能量而言，虽然只占太阳总辐射能量微不足道的一小部分，但是他们的变化幅度很大，且极不稳定，可以迅速传递太阳表面微波和无线电波各种物理过程的信息。从整个太阳系角度来看，地球吸收到的热量仅是太阳辐射输出能量中的很小的一部分，仅占1/22亿，但足以维持地表上的各种自然现象过程的进行，尤其是赖以生存的生命得以繁衍和延续。太阳辐射输出能量可以作如下计算：在日地平均距离处的地球大气顶界垂直于太阳光线的1㎝2面积上，每分钟接受的太阳辐射能量，称为太阳常数。太阳不断的释放出巨大的能量。巨大的能量来源于太阳内部的热核反应（热核聚变）。4H----He+能量质能相互转化，公式为：E=mV2.太阳从诞生到现在仅损耗了其总质量的0.03%，维持了50亿年的光能辐射。估计太阳寿命约100亿年，其质量的损耗也不过是总质量的0.06%

。（一）太阳1、太阳的距离和大小2、太阳的外部构造3、太阳的能源太阳风与地球磁层对地球电离层的影响概念太阳活动是指发生在太阳大气层局部区域的、在有限时间间隔内的各种物理过程的总称。主要表现为太阳黑子、光斑、耀斑、谱斑、日珥和太阳射电等变化现象。其中太阳黑子是太阳活动的最基本的、明显的标志，耀斑是太阳活动的最急剧猛烈的形式。4、太阳活动对地球的影响周期太阳活动强弱变化平均约11年的周期。自1749年以后第一个太阳黑子低值年（1755年）规定为太阳活动的第一个周期，2000年是太阳活动峰值年的第23个周期。凡是峰值年前后，黑子、耀斑等现象异常活跃，是研究太阳活动的大好时机。太阳以电磁波和高能粒子流的形式，向外放射着巨大的能量和物质。太阳的能量流和物质流对地球发生着深刻的影响，它对自然地理环境的形成、发展及演化具有决定性的作用。

地球周围存在着一个偶极磁场，当太阳风等离子体吹向地球时，使地球磁场被太阳风包围，形成地球磁层。一方面由于地球磁层的存在，使得太阳风高能带电粒子不能到达地面，从而保护了地球表面的有机体的生存和发展；另一方面，总有一部分高能带电粒子闯入磁层内，被磁层禁锢在地球高层。通过空间探测器，1958年美国范·艾伦发现了包围地球的强辐射带，称为“范·艾伦辐射带”。这个强辐射带分为内、外两层，像套在地球赤道周围的两个轮胎环子，他对人类冲出地球的宇宙活动，会造成严重辐射的危害，要注意采取预防措施。另外，太阳风密度约8个质子每立方厘米，是行星际物质的重要来源，它对地球大气圈和月球土壤圈也有显著影响。距地面约80-800km的层次，在紫外线、X射线、粒子辐射的作用下发生电离，称为电离层。其中，电离E层和F1层，因太阳短波辐射强烈，电离程度高，自由电子密度大，主要反射的短波电波；电离D层，由于太阳短波辐射较弱，电力程度差，自由电子密度小，只能反射长波。当太阳活动增强时，会激发电离层大气分子进一步电离，造成离子浓度增高和吸收电波增强。尤其是太阳耀斑爆发后，会引起地球向阳半球面短波信号衰减或中断。短波无线电信号的中断，一般是几秒钟或几分钟，特别情况下长达半小时至1小时以上。对地磁的影响太阳活动引起地球磁场的不规则变化，叫做“磁扰”。十分强烈的磁扰现象称为“磁爆”。太阳活动的种类较多，除黑子外，还有色球层的光斑、耀斑、日珥以及日面层的膨胀等，大都随黑子的变化同步起落，体现了太阳活动的整体性。最突出的是太阳黑子群里的耀斑爆发，可以在一二十分钟内释放出相当于10亿颗氢弹爆炸的能量，抛出的大量高能粒子流到达地球附近时，扰乱了地球磁场，类似地球磁场突然发生了一场风暴，也就是磁爆。1989年3月13日加拿大魁北克发电厂变压器受损而大停电现象，就是由于磁爆引起的；磁爆发生时，会导致地球上的短波无线电通讯中断、罗盘指针剧烈颤动而失去作用，不能正确指示方向，从而影响野外工作，尤其是磁力探矿；同时，对军事战斗，以及飞机和船舶的定向、定位也带来一定的影响。总之，会对人类的通讯、生活、军事等活动造成直接危害。另外，在地球高纬度度区经常出现一种变幻莫测的、美丽壮观的极光现象，这也是太阳活动引起的。它主要发生在100-200km的高空，有的高达1000km

。现代研究认为：极光是围绕地球的两半球的一种大规模放电过程和表现形式。这种放电过程，是通过太阳风与地球磁层的相互作用来实现的。通过实验，证明极光在南、北极地区同纬度、同时间会同时出现与消失。与其他方面的关系太阳辐射是地球气候形成的重要因素。由于太阳活动引起太阳辐射的改变，必然导致气候的响应变化。有人研究树木年轮的生长状况，是受当时的气温、降水的影响，它既记录着气候历史的变化，又反映了太阳活动的情况，与太阳活动11年周期相符。根据我国2000多年的太阳黑子的记录，黑子的11年、22年或更长周期，与我国历史上大范围旱、涝灾害有很好的对应关系。此外，现代构造运动的重要标志之一---地震活动时间同太阳活动也有密切关系。越来越多的资料使人们注意到，太阳活动的各种现象与地球上气候、水文、地震、疾病流行等现象之间存在着某种复杂的关系。2、行星以地球为界，分为地内行星（水、金）和地外行星（火、木、土、天王、海王）分类以小行星为界，分为内行星（水、金、地、火）和外行星（木、土、天王、海王）根据理化性质划分：理化性质相似地球的行星叫类地行星（水、金、地、火），理化性质相似木星的叫类木行星（木、土、天王、海王）。2、行星性质特征第一类地行星质量较小，类木行星质量较大。由于质量太小，水星没有大气，酷似月球世界；火星只有极微弱的大气，是一个极其荒凉的世界。水星和火星表面都有环形山分布。第二类地行星的平均密度较高，类木行星的平均密度较低。土星的密度仅为0.7，如果把它放在水中，它将浮出水面。第三从化学组成看，类地行星主要是由重物质组成，有固体表面；类木行星则以轻物质为主，因而没有固体表面。木星和土星是流体球。由于流体收缩产生能量，以致它们放出的能量远远超过其吸收太阳辐射的能量。从这个意义上说，有点类似于恒星。天王星和海王星由于温度太低，一些气体物质冻结出冰物质，因而不同于木星和土星。第四类地行星接近太阳，有较高的温度；反之，类木行星的温度很低。就这个条件而言，太阳系的生命圈限于类地行星。水星和金星离太阳更近，接受太阳辐射的能量是地球的6.7倍和1.9倍，加上水星自转周期长达58.6日，金星自转周期甚至超过公转周期，达到243日，意味着星体不能均匀的吸收太阳热能。其结果是金星表面由于存在温室效应，温度高达420～485℃，水星表面因为没有大气圈调节，向日面与背日面之间存在350～-170℃的巨大温差，显然液态水无法存在。除极端环境条件下可能生存的生命物质外，生物界很难获得进一步的发展。火星比地球小得多，大气十分稀薄，主要成分是二氧化碳，水汽少的可怜，说明无法存在。第五类地行星卫星数无或少；类木行星卫星数量多。2、行星分布规律基本遵循提丢斯-波得定则1766年德国天文学家提丢斯和1772年柏林天文台长波得的研究，发表了计算行星距离的一个经验公式（Rn=a＋b×2n,a=0.4,b=0.3,n=1,2,3…）Rn代表距日距离，n的取值，水星为-∞，金星为0，地球为1，火星为2，小行星带为3，木星为4……水星金星地球火星小行星木星土星天王星海王星N值-∞01234567计算值0.40.71.01.62.85.21019.638.8实测值0.3870.7231.01.5242.7705.2029.56719.2830.13从表中可知，n值在6以前，计算与实测值符合较好。定则发表时，小行星、天王星、海王星都还没有被发现。1871年发现了天王星，它到太阳的距离正好同定则的计算相符，于是促使人们在2.8a处发现众多小行星。但后来发现的海王星、冥王星，他们到太阳距离的计算值与实测值相差甚远。表明该定则并不是行星到太阳距离所遵循的必然规律。8大行星偏心率均在1﹥e﹥0，且接近于0，说明行星的轨道形状是近似圆形的椭圆形。其中，海王星和金星的e值仅为0.006、0.007，它们的形状十分接近于正圆。e值小，行星的近日距和远日距的差值小；e值大，行星的近日距和远日距的差值大。2、行星运动特征近圆性同向性指8大行星无一例外地都按逆时针方向（顺向）绕日公转。同时，太阳和大多数行星（金星、天王星除外）绕轴自转也是按逆时针方向。同向性被认为太阳和行星是起源于同一块逆时针方向旋转的原始星云。至于金星的顺时针方向（逆向）和天王星的侧向自转，很可能是它们运行过程中，曾被一较大的星子碰撞所致。8大行星公转轨道接近于一个平面，即它们与地球轨道面（黄道面）的倾角i大多数不超过3º，它们的公转轨道面在黄道面附近。其中，i值最大的冥王星为17º.1,次之是水星为7º。还有一个特征就是：绝大多数卫星，它们的公转方向与母星公转方向相同。共面性水星赤道半径2440km，密度5.43g/cm3，质量为地球的5.53%，在太阳系行星中体积第二小。密度第二大。轨道半长轴5791×104km，相当于0.38a,最接近太阳;平均公转速度48km/s，公转周期88天，公转最快的行星；水星在公转二周的同时自转三周。水星没有大气。水星上的温差是整个太阳系中最大的，温度变化的范围为100K到700K。公元前3000年的苏美尔时代，人们便发现了水星，古希腊人赋于它两个名字：当它初现于清晨时称为阿波罗，当它闪烁于夜空时称为赫耳墨斯。我国古代水星也称辰星2、行星水星2、行星金星轨道最接近圆，偏差不到1％。金星的大气压力为90个标准大气压（相当于地球海洋深1千米处的压力），大气大多由二氧化碳组成。金星比地球略微小一些（95％的地球直径，80％的地球质量）。金星自转是由东向西，即太阳西升东落。金星日相当于243个地球日。在东方升起时被称为“启明星”或“太白金星”，在西方时称昏星或长庚星。在西方,人们又把金星称作爱神维纳斯。2004年6月8日下午1时许，金星开始飞过太阳圆面，并留下投影——“这可是人们足足等了122年的天象奇观！”图为国外天文爱好者在悉尼以北约20英里的怀特山上拍摄到的“金星凌日”现象。2、行星火星24英寸Clark折射望远镜摄于美国亚利桑那州火星北极区域的三维图像，也是火星第一张三维图像。被认为是太阳系中除地球外人类最好的住所。有证据表明火星上曾经有过河流与海洋，来自火星的陨石也表明曾经有过生命，但目前这个行星完全是一个死寂的世界。赤道半径为3395公里，是地球的一半，体积不到地球的1/6，质量仅是地球的1/10。火星的自转和地球十分相似，自转一周为24小时37分22.6秒。火星公转一周约为687天。火星有两个卫星。靠近火星的一个叫火卫一，较远的一个叫火卫二。希腊语被称为战神。中国古代称火星为“荧惑”美国天文学家洛威尔1890年，通过望远镜看到了火星表面存在的“人工运河”。他坚信火星上存在智能生物,并建有完善的灌溉系统。2001年10月29日,美国火星探测器“奥德赛”在火星的北极发现了冰。2004年1月23日,欧洲“火星快车”探测器首次直接确认了火星上的确存在水（冰冻状态）。2、行星木星木星是一个扁球体，它的赤道直径约为142800公里，是地球的11.2倍；体积则是地球的1316倍；质量是太阳系所有行星、卫星、小行星和流星体质量总和的一倍半。木星平均密度仅为1.33克／立方厘米。木星大气的成分和太阳差不多，中心温度达30000摄氏度，上层大气的温度却在零下140摄氏度左右。没有固体外壳，在浓密的大气之下是液态氢组成的海洋。木星的内部是由铁和硅组成的固体核，称为木星核。自转周期为9小时50分30秒，是太阳系中自转最快的行星。是太阳系中卫星数目较多的一颗行星。迄今为止已经发现木星有16颗卫星。木星大约12年在星空中运行一周，每年经过一个星座。我国古代将木星在星空中的运行路线分为“十二次”，木星每行经“一次”，就是一年，所以木星在我国又有“岁星”之称，用以纪年。据说，这种岁星纪年是十二地支的前身。。“大红斑”是一个复杂的按顺时针方向运动的风暴。其外缘每四至六天旋转一圈，而在中心附近，运动很小，且方向不定。木星的第二大卫星木卫四(Callisto)，大小和水星不相上下木卫一(Io)上一座正在喷发的火山

2、行星土星最美丽的行星——土星按体积和质量都排在第二位，仅次于木星。赤道直径有12万公里，是地球的9.5倍，体积是地球的730倍，质量是地球的95.18倍。（密度很小，每立方厘米只有0.7克）自转周期是10小时14分钟。土星的美丽光环是由无数个小块物体组成的，它们在土星赤道面上绕土星旋转。土星还是太阳系中卫星数目最多的一颗行星，就象一个小家族。到目前为止，总共发现了23颗。“土卫六”是目前发现的太阳系卫星中唯一有大气存在的天体。土卫六土星环2、行星天王星天王星的赤道半径约为25900公里，体积是地球的65倍。质量约为地球的14.63倍。公转一周要84年，自转周期15.5小时。天王星和土星一样，也有美丽的光环。赤道面与公转轨道面的交角达97度55分，也就是说它差不多是“躺”着绕太阳运动的。昼夜交替和四季变化十分奇特，太阳轮流照射着北极、赤道、南极、赤道。因此，天王星上大部分地区的每一昼和每一夜，都要持续42年。在西方，天王星被称为“乌拉诺斯”，他是第一位统治整个宇宙的天神。2005年NASA的哈勃空间望远镜在天王星周围又拍摄到2个不为人知的光环。2、行星海王星赤道半径为24750公里，是地球的3.88倍，体积是地球的57倍，质量是地球的17.22倍。是太阳系的第三大行星。表面温度很低，通常在零下200摄氏度以下。已经发现海王星有8颗卫星。

1989年8月24日，经过12年长途跋涉的“旅行者2号”探测器到达了旅途的最后一站—海王星。海王星的蓝色是大气中甲烷吸收了日光中的红光造成的。海王星是一个狂风呼啸、乱云飞渡、富有生气的世界。大气中有许多湍急紊乱的气旋在翻滚。南半球有一个醒目的大黑斑，其形状、相对位置和行星的大小比例竟与木星大红斑类似。飞近探测后发现了6颗卫星，从而使海王星的卫星总数达到8颗。

小行星是一些围绕太阳运转但因为太小而称不上行星的天体。它们位于地球轨道以内到土星的轨道以外的空间中。而大多数小行星集中在火星与木星轨道之间的小行星带里。有些小行星的轨道与地球轨道相交，有些小行星还曾与地球相撞。

3、太阳系中的小天体小行星小行星的发现同提丢斯-波得定则的提出有密切联系，根据该定则，在距太阳距离为2.8天文单位处应有一颗行星，经过长期搜索，始终没有发现这颗未知大行星，却发现了一个小行星带小行星带主要分布在火星和木星轨道之间，绝大多数小行星距太阳1.7到4.0个天文单位处，小行星质量总和约为地球质量的万分之四，且质量愈小的数量愈多目前编号的有近5000颗。小行星可大至如直径约1000公里的Ceres小行星，小至与鹅卵石一般。其中约有30颗直径大于200km，有16颗小行星的直径超过240公里。最大的五颗为Ceres小行星（直径约1000公里）、谷神星（直径770km）、智神星、灶神星、婚神星。1801年元旦元夜，意大利天文学家皮亚齐发现了第一颗小行星，被命名为谷神星。小行星的命名权属于发现者。早期喜欢用女神的名字，后来改用人名，地名，花名乃至机构名的首字母缩写词来命名。现有42颗正式命名的中国小行星，最初5颗是以我国古代科学家命名的，它们是1802号张衡、1888号祖冲之、1972号一行、2012号郭守敬、2027号沈括；以后30多颗是以人名或地名来命名的，如2045号北京、2077号江苏（钟山一号）、2078号南京（钟山二号）、2051号张（张钰哲）等。关于它的起源，多数人认为在太阳系诞生初期，原始弥漫物质未能凝聚成大行星，而形成了小行星；而小行星带可能是一颗大行星破碎后形成的。小行星是太阳系形成后的剩余物质。一种推测认为它们是一颗在很久以前一次巨大碰撞中被毁的行星的遗留物。然而这些小行星更像是些从未组成过单一行星的物质。事实上，如果将所有的小行星加在一起组成一个单独的天体，它的直径还不到1500公里——比月球的半径还小。由于小行星是早期太阳系的物质，科学家们对它们的成份非常感兴趣。宇宙探测器经过小行星带时发现，小行星带其实非常空旷，小行星与小行星之间分隔得非常遥远。在1991年以前所获的小行星数据仅通过基于地面的观测。1991年10月，伽利略号木星探测器访问了951Gaspra小行星，从而获得了第一张高分辨率的小行星照片。1993年8月，伽利略号又飞经了243Ida小行星，使其成为第二颗被宇宙飞船访问过的小行星。Gaspra和Ida小行星都富含金属，属于S型小行星。我们对小行星的所知很多是通过分析坠落到地球表面的太空碎石。那些与地球相撞的小行星称为流星体。当流星体高速闯进我们的大气层，其表面因与空气的摩擦产生高温而汽化，并且发出强光，这便是流星。如果流星体没有完全烧毁而落到地面，便称为陨星。经过对所有陨星的分析，其中92.8%的成分是二氧化硅（岩石），5.7%是铁和镍，剩余部分是这三种物质的混合物。含石量大的陨星称为陨石，含铁量大的陨星称为陨铁。因为陨石与地球岩石非常相似，所以较难辨别。1976.3.8吉林陨石雨是直径220km小行星的一部分。

1997年6月27日，NEAR探测器与253Mathilde小行星擦肩而过。这次机遇使得科学家们第一次能近距离观察这颗富含碳的C型小行星。此次访问由于NEAR探测器不是专门用来对其进行考察而成为唯一的一次访。NEAR是用于在1999年1月对Eros小行星进行考察的。尽管国内外均有大量小行星撞击地球的报道或预测，但人类完全不必要为此担心，在科技发达的今天，我们完全有能力准确预测并事先消除隐患。3、太阳系中的小天体彗星彗星，俗称扫帚星，“彗”字即扫帚之意。古代人偶然看到形貌奇怪的彗星出现，感到恐惧，看作灾祸的征兆。我国古书上的记录为最早和最多，有时记为孛星、星孛、妖星、异星、蓬星、长星等。《淮南子》中有“武王伐纣······彗星出”，《晋书天文志》“彗星无光，傅日而为光。故夕见则东指，晨见则西指。在日南北皆随日光而指，顿挫其芒，或长或短。”西方人长期受亚里士多德的错误看法的影响，认为彗星是地球大气中的一种燃烧现象，直到16世纪末，第谷才首次观测证明1577年大彗星比月球远得多。肉眼看见的亮彗星从形态特征上分为：彗核、彗头（彗发、彗云）彗尾。彗星从远处走到离太阳约2天文单位时，开始生出彗尾。彗尾最长时达上亿公里。依据彗星远日点的距离，可分为四个族：木星族：回归周期3-5年，67颗。土星族：回归周期10-20年，8颗。天王星族：回归周期20-40年，3颗。海王星族：回归周期40-100年，9颗。目前共发现1600余颗彗星，仅为彗星中极少的部分。B2彗星West彗星Mueller彗星Kohoutek彗星1705年，哈雷根据牛顿最新的运动定律，预言了这颗在1531,1607和1682年被看到的彗星能在1758年回归（哈雷于1742年去世）。1758年彗星真的回归了，人们用他的名字来命名它。1986年，哈雷慧星回归，五艘来自苏联、日本、欧洲委员会的飞行器拜访了哈雷彗星;Giotto号飞行器得到了近Halley核的照片。（16*8*8千米）

下一次于2061年回归。彗木撞击及启示：北京时间1994年7月17日晨4时15分至22日16时期间，国家事先准确的预报（1993年5月作出，提前不到1年2个月），人类第一次抓住这次千年难逢机会，亲自目睹了宇宙间彗星与木星的猛烈撞击过程。通过全世界天文台的联合行动，利用先进仪器设备收集到大量第一手资料，对于星体撞击发生的能量和形成的物理、化学现象作出了定量估算，是天文学就史上的一项重大进展，对于地球科学研究也极富启迪意义。1993年3月中旬，日本、智利和美国都有人开始见到天空中新出现的这个不速之客，但只有天文学家苏梅克夫妇（E.Shoemaker和G.Shoemaker）和业余天文学家利维（D.Leby）这个研究集体及时予以重视，提出可能是一颗新出现的彗星，并通过e-mail进行国际学术联系。很快得到美国国立天文台等的观测证实，并按发现者名字命名为苏梅克-利维9号彗星（SL9）。因此可见，对新事物的敏锐性和及时运用现代通讯手段是获得科学上重大突破的必要条件。SL9原来是一颗直径约10km、质量月5*1011t的彗星（脏雪球），由于过分接近巨大的木星，被它捕获并撕裂，当发生撞击时已经是一组由22个较大碎块组成的“彗星列车”，首尾长达1.6*105km。因此实际上的撞击作用呈连珠炮式在近130小时内连续进行。总共释放的能量相当于20亿颗广岛原子弹爆炸，平均每秒钟达4200颗。其中，最大的碎块G（第七次撞击）直径估计不小于3.5km，撞击时相当于3亿颗原子弹同时爆发，瞬间温度超过30000-50000℃，烈焰升腾到1600km高度，爆炸范围达到2200km高空，形成的撞击点相当于地球的80%面积。撞击产生的红外辐射十分强烈，连专门在夏威夷天文台观察撞击事件的红外望远镜都不得不把镜面2/3挡起来。其威力超出科学家的预料。这次彗木撞击事件在全世界各界人士中都引起强烈反响，人们更加关切地球的安全问题了。除轨道变化不定的彗星外，近地小行星由于存在与地球轨道的交叉，发生撞击的可能性也不能排除，只是机率很小。例如，天文学家已经算出一颗名为斯威夫特-塔特尔（Swift-Tuttle）的彗星，在2126年8月21日与地球相撞的概率为百万分之一。国际天文学联合会（IAU）已成立一个包括中国天文学家在内的16人工作小组，开展预警研究。2005年7月4日（美国独立纪念日）对“坦普尔1号”彗星实施撞击，一枚铜弹射向时速高达3.68万公里的彗星，猛烈的撞击产生恰似庆祝焰火般的壮观景象。3、太阳系中的小天体流星和陨石流星体是围绕太阳运转的小型天体，但因为其体积实在太小，连彗星和小行星都称不上。如果流星体闯进地球大气层，在80至110公里的高空因与空气摩擦而燃烧汽化，发出强光，便称为流星。如果流星体没有完全燃烧而坠落到地表，便称之为陨星。

研究分析陨星在天文学上有着重要的意义。由于一些陨星是早期太阳系形成时的产物，它们对科学家了解太阳系的形成有很大的作用。某些陨星来自月球或其他行星，有些则是小行星的碎片。它们原本是这些天体的一部分，但因与其他天体发生碰撞而碎裂，从而溅落到宇宙空间。

陨星的成份很复杂，较难进行分类。根据陨星的不同成份可分为陨石、陨铁等。含石量大的叫陨石，含铁、镍等金属成份大的称陨铁。陨星中陨石的比例最大，约占92.8%；其次是陨铁，占5.7%；剩余部分石、铁各半。在南极洲Allan山上发现的陨石，当为45.5亿年前在太阳系星云中与其他行星同时形成的

这也是在南极发现的陨石。其矿物结构与科学家们期待的火星岩十分相似。在南极洲Reckling峰发现的陨石，为45亿年前太阳系形成时产生的一颗小行星的一部分。

这是在南极冰层中发现的陨石，形成于约180万年前

在南极洲Derrid峰上发现的陨铁。因其含铁镍量大而得名。

火星陨石中不寻常的管状结构，被认为是火星上曾经存在生命的证据4、月球（1）概况月球俗称月亮，也称太阴。在中国古代神话中，关于月亮的故事数不胜数。我国古代诗文中有许多有趣的美称：玉兔（著意登楼瞻玉兔，何人张幕遮银阙——辛弃疾）；玉蟾（凉宵烟霭外，三五玉蟾秋——方干）；桂魄（桂魄飞来光射处，冷浸一天秋碧——苏轼）；婵娟（但愿人长久，千里共婵娟——苏轼）。此外，还有许多别致的雅号，如玉弓、玉桂、玉盘、玉钩、玉镜、冰镜、广寒宫、嫦娥、玉羊等。古希腊神话中，月亮女神的名字叫阿尔特弥斯，同时她也是狩猎女神。月球是地球唯一的天然卫星，是距离我们最近的天体，它与地球的平均距离约为384401千米。赤道半径是1738.2km，相当于地球半径的27.28%。极半径比赤道半径比短4km。月球的质量约7.35×1022吨，相当于地球质量的1/81，密度只有地球的0.6，月面重力则差不多相当于地球重力的1/6。月球外部没有大气层，即使曾经有大气，但他微弱的重力，也不能保住大气的存在。人们在望远镜中可以看到清晰的月面，以及飞船登月实地考察，都证明月球几乎没有大气，只有几微量的气体，其主要成分是氦和氩，密度仅为地球大气密度的110000亿之一。由于月球表面的重力小，它的逃逸速度也很小，只有2.4km/s（地面上是11.2km/s），在常温下氧和氮分子热运动的速度已超过这个速度，从而使之逃逸到太空去。没有大气，声音得不到传播，因此月球世界万籁俱寂，听不到一点声音，充满着寂静和荒凉。登月飞行的宇航员形容月球“有一种自成一格的荒凉之美”。没有大气对光的散射作用，月球上看不到“蔚蓝色”的天空，也没有迷人的晨昏朦影，即使在白天，天空也是一片漆黑。白昼和黑夜都是突然来临，星星、太阳、地球同时出现在天空。没有大气也就无法保持水分，故月球上没有风云变幻，不见雨露霜雪，也不会出现电闪雷鸣和美丽的彩虹，根本不用作天气预报。由于得不到大气和水分的调节，加上月球上的昼夜漫长（一昼夜为一个朔望月），况且月球土壤的热容量和导热率都很小，因此，月面上温度变化十分剧烈。白天在太阳直射下，温度可高达+127℃，黎明前可下降到-183℃。月球外部没有大气层保护，致使月面经常遭受陨石撞击。登月考察证明，月球表面被一层平均厚约10cm的细沙粒层所覆盖。月球外部没有大气层，也没有水，温度变化剧烈，导致月球上难以有生命存在。虽然在月球物质中已发现各种有机化合物，但目前在月面上没有任何证据表明存在有生命能力的有机体。（2）月球表面在地球上用肉眼观察月球，可以看到月面上明暗不均的现象，这反映了月面对光的反射特性的差异。当我们用望远镜观察月面时，则可以清楚地看到高低不平的外貌，以及复杂的结构特征。4、月球月陆观察所见月球表面明亮部分称为“月陆”。因为它的反射率较高，所以表面看起来比较明亮。月陆是月面上的高地，为大面积的熔融结晶的岩石覆盖，是月球最古老的岩石，年龄约为41-46亿年。月海肉眼所见月面上暗黑的区域称为“月海”。月海是月面上广阔的低平元，滴水均无。已知的月海有22个，绝大部分分布在月球的正面。月海比月陆低2~3km，且比月陆年轻，约形成于39~31亿年前。其中最大的“风暴洋”，面积约500万km²；较大月海还有雨海、静海、澄海、丰富海、云海、危海、酒海等。环形山又称“月坑”，是月面上最显著的特征。据统计，直径大于1km的环形山总数约33000多个。最小的不到1m。最大的是月球南极附近的贝利环形山，直径为295km，可容纳整个海南岛。天文学家认为，绝大多数环形山为陨星撞击而成，少数是火山造成。大且复杂的环形山壁呈台阶状，中央有突起；年轻的环形山周围还保留有清晰的辐射状的建设五，称为“辐射纹”。月面上带有辐射纹的环形山约有50个，著名的有第谷环形山，其直径86km，有辐射纹12条，最长的达3000km。山脉月面上有一些类似地球上的山脉，借用地球上山脉名字来命名，如阿尔卑斯山脉、高加索山脉等，其中最长的亚平宁山脉，长1000km。在月球南极附近的山峰高达8000-9000m。月谷和月溪月谷类似于地球上的大裂谷。较宽的大裂谷多出现在月陆较平坦的地区。最长的月谷达500km，宽约20~30km。月面上的细小的月谷和月溪，在月陆和月海中均有发现。月球背面月球的背面也同正面地形一样，只是“海”的面积较小，而环形山很多，其中有5座是一中国人命名的，他们是石申、张衡、祖冲之、郭守敬和“万户”（中国古代官职名）。（3）月球的公转4、月球日月会合运动与月相月球绕地球旋转，称为公转运动。但严格地讲，是月球和地球绕其公共质心的运动，只因其公共质心仍位于地球内部，所以简单地把月球的公转看成是绕地球（或地心）的运动。月球公转轨道是一个椭圆，轨道偏心率为0.0549，近地点的平均距离为363300km，远地点的平均距离为405500km，以上所讲是指月球的地心轨道，它是一个封闭椭圆，但是，月球在绕地球旋转的同时，还随地球绕太阳运行，所以，月球的运行日心轨道是月球绕地球、地球绕太阳两种运动的合成。公转轨道黄道5°9′升交点白道19.4°由于月球在绕地球公转的同时，地球还在绕太阳公转，同时二者还存在着速度的差异，因此从地球上看，月球相对于太阳也产生相对运动，称为日月会合运动。日月会合运动使日、地、月三球的相对位置时刻都在发生变化。由于月球本身不发光，只是反射太阳光才被看见，所以当月球与太阳处于不同的相对位置时，从地球上来看，月球的视形状就会发生周期性的圆缺变化，称为月球的位相，简称“月相”。月球与太阳的相对位置是以它们之间的角距离来表示的，所以把它的月相变化，就是日月角距离的变化。由图可以推出各种月相出没的时刻月相农历日期日月角距离月出中天月落明亮部位夜晚可见情况朔初一0°日月相合晨午昏无不可见上弦初七初八90°东方照午昏夜西半亮（右）上半夜见于西天望十五180°日月相冲昏夜晨全亮整夜可见下弦二十二二十三270°西方照夜晨午东半亮（左）下半夜见于东天公转周期和速度月球绕地球运行一周的时间叫做月球的公转周期。由于选择的参考点不同，因而有各种不同的月。恒星月

(27.3217日)以恒星为参考点，指月球中心连续两次自西向东回到同一恒星方向上所经历的时间，约27.3217日（27d7h43m11.4s）。它是月球公转360°所需的时间，是月球公转的真正周期。朔望月

(29.5306日)以太阳为参考点，是月球连续两次“合朔”（或合望）的时间间隔，约29.5306日（29d12h44m3s）它是日月会合运动的周期，也是月相变化的周期。或者说，是月心连续两次通过地心与日心连线的时间间隔。交点月

(27.2122日)以黄白交点为参考点，指月球中心连续两次通过同一黄白交点的时间间隔，约27.2122日（27d5h0m35.8s）。近点月

(27.5546日)以近地点为参考点，指月球中心连续两次通过近地点的时间间隔，约27.5546日。为什么会有不同的月长？朔望月比恒星月长约2.21日，是因为朔望月要比恒星月多转29°的缘故交点月比恒星月短，是因为黄白交点每月西移1.6°的缘故近点月比恒星月长，是因为近地点每月东移3°3′的缘故速度根据公转周期（恒星月），可求出月球公转的角速度为13°10′/日。月球公转轨道是椭圆，近地点最快，为15°/日，远地点最慢，为11°/日。平均角速度为13°10′/日。因为月球的公转方向是向东，，而它的周日视运动方向又是向西，因此月球每日出没地平线的时刻（太阳时），必然逐日向后推迟。其推迟的时间可由日、月会合运动速度求出；因为月球公转平均角速度为13°10′/日，地球公转平均角速度为59′/日，则日月会合速度每日为13°10′－59′＝12°11′，而地球自转12°11′的时间约为50分，因此月球出没时刻，每日向后推迟约为50分。（4）月球的自转4、月球月球千年一面，被误认为月球没有自转运动。事实恰恰相反，这个现象正好表明月球有自转运动。只是因为月球的自转方向和周期与它的公转相同所致，天文学上称这种自转为“同步自转”。即月球的自转周期为一个恒星月（约27.3217日，27d7h43m11.4s）。月球总是一面向着地球，这只是近似的说法。实际上，我们可以看到59%的月面积。这是由于月球公转速度不均匀和月球自转轴83°21′的倾斜造成的，是我们多看到9%的面积。在日月会合运动中，当月球运动到太阳和地球之间（朔日）、且日、地、月三球恰好或几乎在一条直线上时，月球遮住了太阳，在地球上处于月影区的观察者，看不见或看不全太阳的现象称为“日食”；在日月会合运动中，当月球运动到和太阳相对的位置（望日）、且日、地、月三球恰好或几乎在一条直线上时，月球进入地球的影子，在地球上处于夜半球的区的观察者，看不见或看不全月球的现象称为“月食”。日食和月食是一种普通的天文现象。（5）日食和月食4、月球在本影内，太阳光盘全部被遮蔽，因而是黑暗的伪本影是一种特殊类型的半影，被遮蔽的是太阳光盘的中心部分半影区略暗月食当地球阻挡阳光照射月球时，则发生月食。月食发生的条件是：日月相冲(望日)于黄白交点附近。月食分月全食和月偏食两类，没有月环食。月全食和月偏食取决于月球是否全部或部分隐入地球本影，而不决定于地球上观测地点的不同。当月球全部隐入地球本影时，月轮整个变暗，这是月全食。若月球只是部分地进入地球本影，月轮残缺，是月偏食。在发生月全食前后，必同时伴有月偏食阶段。有时，由于月球偏离地球本影轴心较远。整个月食过程始终是月偏食。月食过程分为：初亏、食既、食甚、生光、复圆月食过程初亏：月球东缘刚接触地球本影，月食开始。食既：月球的西边缘与地球本影的西边缘内切，月球刚好全部进入地球本影内。食甚：月球的中心与地球本影的中心最近。生光：月球东边缘与地球本影东边缘相内切，这时全食阶段结束。复圆：月球的西边缘与地球本影东边缘相外切，这时月食全过程结束。月食过程总