第二章行星地球1

第一节

地球的宇宙环境

一、从地球看宇宙

基本概念：1、地球是一颗一般的行星。2、宇宙间物质存在的形式是多种多样的，有的聚集在一起形成凝合态，如日月星辰；有的在广袤的星际空间形成充溢态，称为星际物质。3、天体——宇宙中各种星体和星际物质的总称。肉眼可见的天体有恒星、星云、行星、卫星、慧星、流星等。4、天体由近至远的依次：恒星→银河系→总星系→无限的宇宙。(一)恒星1、定义恒星是由炙热气体（等离子体）构成的，能自行发光发热的球状或类球状天体。恒星的成分，氢约占70％，氦约占28％，其余为碳、氮、氧、铁等元素。2、恒星的距离通常用来测量天体距离的单位有：光年——光在真空中一年时间所走过的距离称为1光年。1光年=94605×108（亿）Km=3×108m/s（光速）×365天/年×24小时/天×60分/小时×60秒/分。(2)秒差距——恒星周年视差为l"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"时，该星日距离长度定义为1秒差距。（3）天文单位——1天文单位即日地平均距离，约14960万km。1光年＝9.4605×1012km=63240天文单位1秒差距＝3.26光年＝206265天文单位什么是等离子体？固体

冰液体

水气体

水汽等离子体

电离气体温度00C1000C100000C定义：即电离了的“气体”，它呈现出高度激发的不稳定态，其中包括离子(具有不同符号和电荷)、电子、原子和分子。

地球太阳恒星π恒星周年视差与秒视差图示3．恒星的亮度亮度——在地球上，肉眼所见恒星的明暗程度称为视亮度，简称亮度。亮度的等级用视星等(m)来表示。古代，人们将肉眼看到的最光明的星叫一等星，牵强可见的暗星叫六等星，它们之间亮度相差100倍。黑洞——巨大质量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，但可依据其强大的引力场，推想它的存在。目前认为可能是黑洞的天体是天鹅座X-1。（二）银河系

1，银河和银河系“银河”——在夏秋晴朗无月的夜晚，仰视星空，从东北方向越过头顶再朝西南方向延长，一条乳白色横跨天空的光带。英文名称为－Milkyway。银河与银河系有什么区分？“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浩大天体系统，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。2．银河系的结构、大小和形态（1）银河系是一个包括约1500亿颗恒星和大量星际物质组成的浩大星系级的天体系统。（2）直径约10万光年，其恒星的分布是不匀整的。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（俯视）3．银河系的运动银河系的自转——整个银河系绕中心轴线不停地旋转，称为银河系的自转。银河系的自转运动——银河系全部的恒星除各自运动外，都有围围着银河系中心的旋转运动，这种运动被称为银河系的自转运动。整个银河系在宇宙空间的运动，似乎一个车轮子，自身不断旋转的同时又不停地向前进。(三)宇宙的起源—大爆炸宇宙学简介关于宇宙的起源有很多假说，其中最有影响的是1948年由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，于是便起先不断膨胀起来，结果物质也随着时空膨胀而从密到稀、从热到冷地演化着，在演化过程中渐渐形成各种恒星体系。二、地球所属的太阳系

1、太阳系——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、慧星、流星体和行星际物质所组成的天体系统。

2、行星——在椭圆轨道上绕太阳运行的、近似球状的天体。在太阳四周分布着八大行星，它们距太阳由近及远的依次：水星→金星→地球→火星→木星→土星→天王星→海王星。水星（Mercury)

水星是距太阳最近的行星，在太阳系中为第八大行星。

直径：4,880km

质量：3.30×1023kg

至今未发觉水星有卫星。金星（Venus）和金星上的火山

离太阳其次远的行星，它的平均半径为6,052公里，质量是地球质量的0.815倍，公转周期为224.7天。金星没有卫星。

地球（Earth）火星（Mars）火星为距太阳第四远，也是太阳系中第七大行星。火星有两个小型的近地面卫星。

火星风暴2000年8月，美国的火星探测器观测到了火星上的大风暴，风暴始于15日，26日加剧并急速扩展，已覆盖了超过半个火星表面。预料它还会接着扩展，直到造成一次全球性风暴。图为该风暴在火星上的位置。火星古洪水志气号彩照（2004）2004年1月23日“火星快车”探测器发觉火星南极存在冰冻水2004年1月14日“志气”号传回照片：奇妙的火星地貌让科学家大吃一惊2004年1月24日“机遇”又发回火星照片显示火星土壤含赤铁矿木星（Jupiter）

木星是太阳系中最大的行星。中国古代把它叫做“岁星”，用它来纪年，因为已经知道它的公转周期近于12年。西方则称木星为“朱庇特(Jupiter)”，即罗马神话中的主神。相当于希腊神话中的王者---天神宙斯。

木星直径约为14.3万千米，是地球直径的11.25倍，体积为地球的1316倍，而质量为全部其他行星的2.5倍。木星的平均密度相当低，仅1.33克/立方厘米。其绕太阳公转一周约12年，而自转一周仅要近10小时。

木星没有固体外壳，它是一颗由液态氢组成的液态星球。土星（Saturn）

土星直径119300公里，是太阳系其次大行星。它与木星特别相像，表面也是液态氢和氦的海洋，上方同样覆盖着厚厚的云层。

土星有18颗经正式确认和命名的卫星，此外有12颗卫星未经最终确认。天王星（Uranus）

天王星是太阳系中离太阳第七远行星，从直径来看，是太阳系中第三大行星。

直径:51,118千米（赤道）

质量:8.683×1025千克

天王星有15颗已命名的卫星，以及2颗已发觉但暂未命名的卫星。海王星（Neptune）海王星是人们计算出来的行星。天王星发觉后，人们发觉它的预报位置和实际总不相符，1845年亚当斯和勒威耶分别计算除了天王星外还有一颗行星，并计算出了轨道和质量。1846年9月，最终在预报位置“捉住”了它。海王星赤道半径为24750千米，是地球赤道半径的3.9倍。海王星质量为地球质量的17.22倍。海王星绕太阳公转一周须要164.8年。海王星有8颗卫星。八大行星绕轴自转的同时，在各自轨道上绕日公转。3、卫星——围绕行星运动的天体。（1）八大行星除水星和金星外，都带有卫星。（2）行星和卫星都不发可见光。（3）一般质量大的行星比质量小的行星拥有较多的卫星。（4）大的卫星近球形，小的卫星呈现不规则状。（5）除自然卫星外，地球四周还绕转着很多人造卫星。（6）另外，还有不少空间探测器和宇宙飞船在太阳系中遂游着。人造天体——当今日空中运行的人造卫星、宇宙火箭、行星际飞船和空间试验室等，统称人造天体。4、小行星——沿椭圆轨道绕太阳运行的小天体。数以万计的小行星分布在火星和木星轨道之间，构成小行星带。在地球四周空间也有极少量的小行星在运行着。5、慧星——呈现云雾状的独特外貌、以扁长椭圆轨道绕太阳运行的质量较小的天体。目前观测到的慧星已超过了1000多颗。6、行星际空间并非真空，极淡薄的行星际物质是由气体微粒和固体尘埃所组成。太阳系是人类目前唯一干脆或间接观测到的行星系统，地球是太阳系家族的成员。我们对太阳系的探究，具有重大而深远的意义。1、太阳的距离(1)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”值统一运用1.49597870亿km（约1.5亿km）。用a这把量天尺来度量特别便利。如日地平均距离为1a,太阳到冥王星的平均距离约40a。依据理论计算,太阳系的引力范围可达15万a。（一）太阳2．太阳的能源(1)太阳热能。A、太阳是太阳系光热的主要源泉，是地球能量的主要供应者。B、太阳辐射——太阳以电磁波形式不断地向外辐射能量，称为太阳辐射。(2)太阳能源A、太阳不断地释放出巨大的能量。巨大能量来源于太阳内部的热核聚变。(二)太阳系的小天体

1、小行星(1)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2.2-3.6a处。(2)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。发觉小行星是特别费神的事，照相巡天观测发觉大于照相星等21.2等的小行星达50万颗。目前编号的有近5000颗。“陈省身星”2004年11月2日，一颗小行星当日正式被命名为“陈省身星”。这颗小行星由中国科学院国家天文台施密特ＣＣＤ小行星项目组于１９９８年２月１５日在河北兴隆发觉并拥有命名权。陈省身开创并领导着整体微分几何、纤维丛微分几何、“陈省身示性类”等领域的探讨，他是有史以来惟一获得世界数学界最高荣誉“沃尔夫奖”的华人，被称为“当今最宏大的数学家”，被国际数学界尊为“微分几何之父”。２０００年，陈省身定居南开高校，现为南开高校教授、中科院外籍院士、美国科学院院士、英国皇家学会名誉会员、美国国家数学探讨所和南开数学探讨所名誉所长、天津科技馆名誉馆长。“彭桓武星”2006年9月25日，中国科学院国家天文台台长艾国祥宣读了国际天文学联合会小天体命名委员会关于1997年10月6日由我国国家天文台发觉的国际编号为48798号的小行星命名为“彭桓武星”的确定。彭桓武院士是我国核物理理论、中子物理理论以及核爆炸理论等理论的奠基人和主要领导者之一，推动和发展了我国凝合态物理理论、固体和统计物理、原子和分子物理、加速器等原理。2．彗星俗称“扫帚星”。中国古代“彗”字，即扫帚之意；西方原于希腊文，即“尾巴”或“毛发”之意。(1)己发觉的彗星有1600多颗，但计算出轨道的只有600多颗。(2)彗星——是在扁长轨道上绕太阳运行的一种体积浩大、质量较小、呈云雾状（或带彗尾）的天体。池谷一关彗星威斯特彗星

彗星的结构

长约500万km的彗尾(3)哈雷慧星A、我国是世界上最早记录慧星的国家。《春秋》记载鲁文公十四年（公元前613年）秋七月，有星孛入于“北斗”。这是世界上第一次关于哈雷慧星的准确记载。B、著名的哈雷慧星平均回来周期为76年。1682年，当这颗慧星出现时，英国天文学家哈雷，留意到它的轨道与l607年和1531年出现的慧星轨道相像，他认定这是同一颗慧星的三次出现，并预言1758年底或1759年初将再次出现。虽然哈雷于1742年去世，但是他预言的慧星果真于1759年初再次出现了！最近一次是1986年的哈雷慧星回来，已获丰硕的观测成果。哈雷慧星下次回来时间约在2061年。3．流星和陨石(1)流星。在行星际空间，游荡着多数的尘粒和固体块，称为流星体。A、流星体来源于原始星云的残存颗粒、小行星相互撞碰产物、彗星瓦解碎片、行星和大卫星的喷发物等。B、当流星体穿过地球大气时，具有很高的速度，因摩擦而发热发光，人们可看到一条亮光划破夜空，这就是流星现象。流星一般在离地面80-120km高空才起先发光。C、特殊光明并伴随闷雷般响声的流星，又称“火流星”。D、通常所见的流星体是单个的，叫“偶发流星”，它们是单个天体碎片，像行星一样绕日运行，在接近地球时被吸引落进大气层而形成。2001年狮子座流星雨流星2003年8月12日凌晨在约旦首都安曼拍摄的照片显示了英仙座流星雨划破夜空的壮丽景象。(2)陨石。大块流星体穿过地球大气层后尚未燃尽，其剩余部分落到地面上成为陨石。通常陨石以着陆处的地名命名。“吉林一号”石陨石球粒陨石

新疆大陨铁

4、探讨小天体的重要性(1)小行星、慧星、陨石等小天体，被认为是太阳系的“考古”标本。(2)这些地球的天外来客，保存了太阳系天体物质的最原始、最干脆和最丰富的信息，这为探讨太阳系的起源和演化、生命早期的化学演化过程及促进空间技术的发展，均具有重大的科学价值。(3)尤其值得一提的是，陨石物质对自然地理环境有重大影响。据资料分析，发觉陨石撞击地球有10个相对集中的时期，这些时期与地球造陆运动、造山运动相吻合，每个集中撞击时期持续几百万年。例如，距今7000万年前，相当于白垩纪末的燕山运动时期和距今200-300万年，相当于第三纪末的喜马拉雅运动时期，都是陨石集中撞击地球的时期等。由此可见，大规模的陨石攻击是自然地理环境沧桑巨变的外因之一。三、地球的自然卫星月球是地球的惟一自然卫星。地球和月球相互吸引和共同绕转，构成了地月系。由于月球绕地球、地球绕太阳的运动，产生了有目共睹的月相变更和日食、月食等天文现象。(一)月球概况

月球探讨简史：从“媳娥奔月”的神话传闻到“阿波罗登月”，人类对月球的探讨已有几千年的历史了。1959年10月原苏联“登月3号”探测器首先实现了环绕月球的运行，拍下了月球背面的照片。1969年7月美国“阿波罗”11号飞船登月成功，三名宇航员踏上了月球大地。宇航员阿姆斯特朗说；“对个人来说，这是一小步，但对人类来说，这是跨了一大步！”自此揭开了人类步入宇宙的新纪元。直至1972年，“阿波罗”飞船先后6次着陆月面，进行了大量的科学考察，建立了科学观测站。1999年8月1日，美国成功地将探测器“月球勘探者”号以6100km/h的高速撞向月球南极的一个火山口内，但撞击后未探测到任何水蒸气或其他显示有水的迹象。信任不久的将来，月球将会成为人类开发宇宙的重要基地。

1969年7月20日，美国宇航员尼尔·阿姆斯特朗和巴兹·奥尔德林乘“阿波罗”11号飞船首次登月。

嫦娥支配嫦娥工程将分为环绕、落月、返回三个步骤。

1、月球的距离月球是距离地球最近的天体。月地测得的距离约384400Km，误差达±3.2km以上。2、月