資環(huán)2010 1.1地球在宇宙中的位置

1、第一章第一章 地球地球 第一節(jié)第一節(jié) 地球在宇宙中的位置地球在宇宙中的位置？燦爛星空，對(duì)于人類來(lái)說(shuō)，充滿了神秘燦爛星空，對(duì)于人類來(lái)說(shuō)，充滿了神秘色彩與超乎尋常的吸引力色彩與超乎尋常的吸引力 康德說(shuō)：有兩樣?xùn)|西，我們愈經(jīng)常愈持康德說(shuō)：有兩樣?xùn)|西，我們愈經(jīng)常愈持久地加以思考，它們就愈使心靈充滿始久地加以思考，它們就愈使心靈充滿始終新鮮不斷增長(zhǎng)的景仰和敬畏：終新鮮不斷增長(zhǎng)的景仰和敬畏： 在我之上的星空和居我心中的道在我之上的星空和居我心中的道德法則。德法則。遙遠(yuǎn)的太空給人們無(wú)盡的遐想 滿天閃耀的星斗統(tǒng)稱天體，我們把天體分為恒星、彗滿天閃耀的星斗統(tǒng)稱天體，我們把天體分為恒星、彗星、行星、衛(wèi)星和星系等。

2、星、行星、衛(wèi)星和星系等。 天上的天體有多少？天上的天體有多少？ 容納天體的天空有多大？宇宙？容納天體的天空有多大？宇宙？ 天體與天體之間是什么關(guān)系？天體與天體之間是什么關(guān)系？ 天體與天空構(gòu)成了宇宙，那么宇宙的起源是什么？天體與天空構(gòu)成了宇宙，那么宇宙的起源是什么？ 它是怎么發(fā)生、演化和發(fā)展的？它是怎么發(fā)生、演化和發(fā)展的？打開天窗打開天窗 放眼宇宙放眼宇宙一、恒星、星系、宇宙一、恒星、星系、宇宙太陽(yáng)是一顆普通的恒星太陽(yáng)是一顆普通的恒星晴朗的夜晚繁星點(diǎn)點(diǎn)銀河銀河纖云弄巧飛星傳恨，銀漢迢迢暗渡纖云弄巧飛星傳恨，銀漢迢迢暗渡. （一）恒星的一般特征恒星的一般特征 1 恒星：像太陽(yáng)一樣，由熾熱的氣體組成

3、，恒星：像太陽(yáng)一樣，由熾熱的氣體組成，能自己發(fā)熱、發(fā)光近似球體的天體叫恒能自己發(fā)熱、發(fā)光近似球體的天體叫恒星星一、恒星、星系、宇宙一、恒星、星系、宇宙 恒星為什么發(fā)光？太陽(yáng)為什么發(fā)光？恒星為什么發(fā)光？太陽(yáng)為什么發(fā)光？ 地球?yàn)槭裁床话l(fā)光？地球?yàn)槭裁床话l(fā)光？ 1 1、恒星是能發(fā)光，、恒星是能發(fā)光， 1發(fā)光：可見(jiàn)光； 2灼熱：2600-40000；3氣體：氫與氦；4球狀：質(zhì)量巨大-自引力作用；55巨大質(zhì)量巨大質(zhì)量。核反應(yīng) 2 2、恒星的質(zhì)量：、恒星的質(zhì)量： 多大質(zhì)量？天體才能夠發(fā)光多大質(zhì)量？天體才能夠發(fā)光 根據(jù)統(tǒng)計(jì)：根據(jù)統(tǒng)計(jì)： 10%10%恒星的質(zhì)量恒星的質(zhì)量 1010倍太陽(yáng)質(zhì)量。倍太陽(yáng)質(zhì)量。 3

4、3、恒星體積大小、密度、恒星體積大小、密度 質(zhì)量差別不大，多數(shù)在太陽(yáng)的質(zhì)量差別不大，多數(shù)在太陽(yáng)的0.10.11010倍，或倍，或100100倍倍 直徑相差巨大直徑相差巨大 天蝎天蝎a a直徑是太陽(yáng)的直徑是太陽(yáng)的600600倍，倍， 參宿參宿4 4直徑是太陽(yáng)的直徑是太陽(yáng)的900900倍。倍。 天狼星直徑是太陽(yáng)的天狼星直徑是太陽(yáng)的1/301/30 密度密度: :差別懸殊差別懸殊： 有的約為水的有的約為水的1/10001/1000，仙王座，仙王座VVVV為大氣的為大氣的1/251/25萬(wàn)，萬(wàn)， 中子星密度中子星密度10101414g/cmg/cm3,3,太陽(yáng)太陽(yáng)1.41g/cm1.41g/cm3 3

5、。圖圖 恒星大小的比較恒星大小的比較 銀河系的恒星總數(shù)大約有15002000億顆，肉眼能觀察到的大約有6000多顆。恒星是普遍存在的最重要的天體 4 4、恒星相對(duì)位置保持不變？、恒星相對(duì)位置保持不變？ 所以為“恒”，是因?yàn)槿搜鄣娜秉c(diǎn)，人眼只能分辨出近的東西，沒(méi)有辦法分辨出遠(yuǎn)的物體。 恒星自行恒星自行恒星的自行速度，恒星的自行速度，一般都小于每年一般都小于每年0.10.1，迄今只發(fā)現(xiàn)有迄今只發(fā)現(xiàn)有400400余顆恒余顆恒星的自行超過(guò)每年星的自行超過(guò)每年11。4 4、恒星不恒自行、恒星不恒自行恒星能運(yùn)動(dòng)，有速度，恒星能運(yùn)動(dòng)，有速度，空間速度分為視向速度空間速度分為視向速度和切向速度和切向速度圖2-

6、2 北斗七星的自行及形狀變化 （一）恒星的一般特征：（一）恒星的一般特征： 1 1、發(fā)光、發(fā)光 2 2、質(zhì)量巨大、質(zhì)量巨大 3 3、恒星相比質(zhì)量差別不大；、恒星相比質(zhì)量差別不大； 密度、體積差別大密度、體積差別大 4 4、恒星自行、恒星自行 雙星雙星 星團(tuán)恒星數(shù)星團(tuán)恒星數(shù) 星系無(wú)數(shù)的恒星、雙星、星團(tuán)組成星系無(wú)數(shù)的恒星、雙星、星團(tuán)組成 恒星有半數(shù)以上不是單個(gè)存在的，它們往恒星有半數(shù)以上不是單個(gè)存在的，它們往往組成大大小小的集團(tuán)。其中兩個(gè)在一起往組成大大小小的集團(tuán)。其中兩個(gè)在一起的叫雙星，三、五成群的叫聚星，幾十、的叫雙星，三、五成群的叫聚星，幾十、幾百甚至成千上萬(wàn)個(gè)彼此糾集成團(tuán)的叫做幾百甚至成千

7、上萬(wàn)個(gè)彼此糾集成團(tuán)的叫做星團(tuán)，聯(lián)系比較松散的叫星協(xié)。星團(tuán)，聯(lián)系比較松散的叫星協(xié)。 1.5 雙星和恒星的質(zhì)量(17.9) 1. 雙星 (binary stars)由在彼此引力作用下以橢圓軌道互相繞轉(zhuǎn)的兩顆恒星組成的雙星系統(tǒng)。 大部分的恒星位于雙星和聚星系統(tǒng)中。 1. 雙星 (binary stars)由在彼此引力作用下以橢圓軌道互相繞轉(zhuǎn)的兩顆恒星組成的雙星系統(tǒng)。 大部分的恒星位于雙星和聚星系統(tǒng)中。 由光變曲線可以得到：由光變曲線可以得到： 兩顆子星的溫度比、軌道傾角（兩顆子星的溫度比、軌道傾角（恒星質(zhì)量）恒星質(zhì)量）和恒星的大小。和恒星的大小。 天狼星變化之謎？天狼星變化之謎？昴 星 團(tuán) 許多恒星

8、積聚在較小的空間，形成稠密的恒星集團(tuán)許多恒星積聚在較小的空間，形成稠密的恒星集團(tuán)疏 散 星 團(tuán) 球狀星團(tuán)半人馬坐球狀星團(tuán)半人馬坐超星新超星新 10541054年年 7 7月月4 4日日 天關(guān)客星是天關(guān)客星是 10541054年年 金牛座金牛座 內(nèi)爆發(fā)的一內(nèi)爆發(fā)的一顆顆 超新星超新星 ，古代，古代 中國(guó)中國(guó) 和阿拉伯的天和阿拉伯的天文學(xué)家在史書中對(duì)這顆并留下了詳細(xì)的文學(xué)家在史書中對(duì)這顆并留下了詳細(xì)的記錄。記錄。 ， 這顆超新星在這顆超新星在2323天的時(shí)間內(nèi)白天都可以天的時(shí)間內(nèi)白天都可以見(jiàn)到，在夜晚可見(jiàn)的時(shí)間則持續(xù)了見(jiàn)到，在夜晚可見(jiàn)的時(shí)間則持續(xù)了653653天。天。據(jù)研究，這顆星可能映據(jù)研究，這

9、顆星可能映型超新星。天型超新星。天關(guān)客星爆炸后的遺骸變成了關(guān)客星爆炸后的遺骸變成了 蟹狀星雲(yún)蟹狀星雲(yún) 2005年年12月月7日，哈博望遠(yuǎn)鏡拍攝的蟹狀星云日，哈博望遠(yuǎn)鏡拍攝的蟹狀星云 超新星是罕見(jiàn)的天象。歷史文獻(xiàn)表明，銀超新星是罕見(jiàn)的天象。歷史文獻(xiàn)表明，銀河系中最近期的二個(gè)超新星出現(xiàn)河系中最近期的二個(gè)超新星出現(xiàn)15721572年、年、16041604年。年。 第谷第谷布拉赫（布拉赫（Tycho Brahe）。他寫了一本書，并）。他寫了一本書，并用拉丁文起了個(gè)書名，叫做用拉丁文起了個(gè)書名，叫做De Nova Stella，意思是，意思是“論新星論新星”。此后，所有爆發(fā)的恒星就都被稱為。此后，所有爆

10、發(fā)的恒星就都被稱為nova（新星）了。（新星）了。16041604年年開普勒觀測(cè)到了這顆新星，并在書中做了記載 。（1609年伽利略望遠(yuǎn)鏡伽利略望遠(yuǎn)鏡） 萬(wàn)事俱備，只缺超新星了萬(wàn)事俱備，只缺超新星了 鄰居家的超新星鄰居家的超新星大麥哲倫星云中出現(xiàn)的超新星大麥哲倫星云中出現(xiàn)的超新星1987A1987A（左上）是（左上）是400400年來(lái)年來(lái)發(fā)現(xiàn)的距離我們最近的超新星，肉眼可見(jiàn)。發(fā)現(xiàn)的距離我們最近的超新星，肉眼可見(jiàn)。 歷史上的超新星（歷史上的超新星（ 銀河系內(nèi)）銀河系內(nèi)） 爆發(fā)年份歷史年代客星專名所在爆發(fā)年份歷史年代客星專名所在 星座星等肉眼可見(jiàn)時(shí)間星座星等肉眼可見(jiàn)時(shí)間 公元公元185 185 東

11、漢東漢 靈帝靈帝 中平二年南門客星半人馬中平二年南門客星半人馬-8 20 -8 20 個(gè)月個(gè)月 386 386 東晉東晉 孝武帝孝武帝 太元十一年南斗客星人馬？太元十一年南斗客星人馬？ 3 3 個(gè)月個(gè)月 393 393 東晉東晉 孝武帝孝武帝 太元十八年尾中客星天蝎太元十八年尾中客星天蝎-1 8 -1 8 個(gè)月個(gè)月 1006 1006 北宋北宋 真宗真宗 景德三年周伯星狐貍景德三年周伯星狐貍-9.5 -9.5 數(shù)年數(shù)年 1054 1054 北宋北宋 仁宗仁宗 至和元年無(wú)關(guān)客星金牛至和元年無(wú)關(guān)客星金牛-5 22 -5 22 個(gè)月個(gè)月 1181 1181 南宋南宋 孝宗孝宗 淳熙八年傳舍客星仙后淳

12、熙八年傳舍客星仙后0 6 0 6 個(gè)月個(gè)月 1572 1572 明明 穆宗穆宗 陲慶六年閣道客星仙后陲慶六年閣道客星仙后-4 18 -4 18 個(gè)月個(gè)月 1604 1604 明明 神宗神宗 萬(wàn)歷三十二年尾分客星蛇夫萬(wàn)歷三十二年尾分客星蛇夫-2.5 12 -2.5 12 個(gè)月個(gè)月 1885 1885 年年8 8 月月31 31 日，有人觀測(cè)到仙女座大日，有人觀測(cè)到仙女座大星云中恒星的爆發(fā)，并認(rèn)為是新星。星云中恒星的爆發(fā)，并認(rèn)為是新星。 直到直到1920 1920 年，天文學(xué)家才搞清楚仙女座大年，天文學(xué)家才搞清楚仙女座大星云是銀河系外的星系，其星光要經(jīng)過(guò)星云是銀河系外的星系，其星光要經(jīng)過(guò)200 2

13、00 多萬(wàn)年才能傳到地球。由此可算出多萬(wàn)年才能傳到地球。由此可算出1885 1885 年年看到的那顆恒星爆發(fā)時(shí)，光度竟然是太陽(yáng)看到的那顆恒星爆發(fā)時(shí)，光度竟然是太陽(yáng)的的100 100 億倍，使人們大吃一驚！億倍，使人們大吃一驚！仙女座大星云仙女座大星云 從此以后，人們才把這種光能量極其巨大的恒從此以后，人們才把這種光能量極其巨大的恒星爆發(fā)現(xiàn)象，稱為超新星爆發(fā)。細(xì)心的天文學(xué)星爆發(fā)現(xiàn)象，稱為超新星爆發(fā)。細(xì)心的天文學(xué)家們，還從家們，還從20 20 年代以前的天文照相底片中，年代以前的天文照相底片中，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了13 13 個(gè)河外星系超新星。隨著巨型個(gè)河外星系超新星。隨著巨型精良的天文望遠(yuǎn)鏡的問(wèn)

14、世，天文學(xué)家開展了超精良的天文望遠(yuǎn)鏡的問(wèn)世，天文學(xué)家開展了超新星照相巡天觀測(cè)工作。新星照相巡天觀測(cè)工作。 據(jù)估計(jì)，每個(gè)星系平均近據(jù)估計(jì)，每個(gè)星系平均近300 300 年才有年才有一顆超一顆超新星出現(xiàn)。新星出現(xiàn)。 體積很小，密度極大，表面溫度很高而光體積很小，密度極大，表面溫度很高而光度不大的恒星，稱為度不大的恒星，稱為白矮星白矮星。白矮星的體積有的只相當(dāng)于太陽(yáng)的幾十分之一。白矮星的體積有的只相當(dāng)于太陽(yáng)的幾十分之一。 體積特別龐大，密度很小，表面溫度較低而光體積特別龐大，密度很小，表面溫度較低而光度比太陽(yáng)大度比太陽(yáng)大100100倍左右的恒星，稱為倍左右的恒星，稱為巨星巨星。 光度比太陽(yáng)大光度比太

15、陽(yáng)大5 0005 000倍甚至超過(guò)倍甚至超過(guò)1010萬(wàn)倍的恒星，萬(wàn)倍的恒星，稱為稱為超巨星超巨星。 巨星有的比太陽(yáng)大一二十倍，超巨星甚至超過(guò)巨星有的比太陽(yáng)大一二十倍，超巨星甚至超過(guò)太陽(yáng)上千倍，而白矮星的體積有的只相當(dāng)于太太陽(yáng)上千倍，而白矮星的體積有的只相當(dāng)于太陽(yáng)的幾十分之一。陽(yáng)的幾十分之一。 紅巨星的體積很大，它的半徑一般比太陽(yáng)大100倍，紅超巨星參宿四的半徑約為太陽(yáng)的900倍，比火星繞日軌道半徑大得多。食雙星仙王座VV（英語(yǔ)字母）中的紅超巨星半徑約為太陽(yáng)半徑的1600倍，比木星繞日軌道半徑還大。 中子星中子星中子星的燈塔效應(yīng)中子星是中子星是19671967年在狐貍座內(nèi)發(fā)現(xiàn)的，由于它周期性地年

16、在狐貍座內(nèi)發(fā)現(xiàn)的，由于它周期性地發(fā)出脈沖，又叫發(fā)出脈沖，又叫脈沖星脈沖星 中子星中子星 = = 脈沖星脈沖星 （）脈沖星（）脈沖星 無(wú)一例外地都是很小的，小得無(wú)一例外地都是很小的，小得出奇。出奇。 它的典型直徑只有公里，也就是說(shuō)，小小它的典型直徑只有公里，也就是說(shuō)，小小中中 子星的子星的“腰圍腰圍”只有多公里，相當(dāng)于只有多公里，相當(dāng)于一輛汽車以普通速度行駛小時(shí)的距離。一輛汽車以普通速度行駛小時(shí)的距離。 可是，就是這么顆小個(gè)子恒星，卻有那么多的可是，就是這么顆小個(gè)子恒星，卻有那么多的極端的物理?xiàng)l件，也真是夠驚人的！極端的物理?xiàng)l件，也真是夠驚人的！ 脈沖周期都非常之短，短到簡(jiǎn)直難以想象的程脈沖周期

17、都非常之短，短到簡(jiǎn)直難以想象的程度。度。 已觀測(cè)到的最長(zhǎng)的已觀測(cè)到的最長(zhǎng)的 脈沖周期，只有脈沖周期，只有. .秒，最短的約毫秒，即千分之二秒。秒，最短的約毫秒，即千分之二秒。 或脈沖星或脈沖星 的自轉(zhuǎn)都特別快，從的自轉(zhuǎn)都特別快，從. .秒轉(zhuǎn)秒轉(zhuǎn)一圈到秒鐘轉(zhuǎn)圈！發(fā)射脈沖的持續(xù)時(shí)一圈到秒鐘轉(zhuǎn)圈！發(fā)射脈沖的持續(xù)時(shí)間間 大致是其周期的至。大致是其周期的至。 密度大得驚人。密度大得驚人。 水的密度是水的密度是 每立方厘米重克，每立方厘米重克， 鐵是。克，汞是。克。鐵是。克，汞是?？恕?脈沖星億噸以上、甚至達(dá)到億噸脈沖星億噸以上、甚至達(dá)到億噸cm3 假定假定 地球的密度也達(dá)到這種聞所未聞的驚人程地球的密度

18、也達(dá)到這種聞所未聞的驚人程度的話，那它的平均直徑就不是公里，度的話，那它的平均直徑就不是公里，而是一二百米或更小。而是一二百米或更小。 溫度高得驚人。溫度高得驚人。 脈沖星的表面溫度就可以達(dá)到萬(wàn)脈沖星的表面溫度就可以達(dá)到萬(wàn)度，度， 中心還要高數(shù)百倍，達(dá)到億度。中心還要高數(shù)百倍，達(dá)到億度。 我們以太陽(yáng)來(lái)作比較，就可以有個(gè)稍我們以太陽(yáng)來(lái)作比較，就可以有個(gè)稍 具體的具體的概念：太陽(yáng)表面溫度攝氏度不到，越概念：太陽(yáng)表面溫度攝氏度不到，越往里溫度越高，中心溫度約往里溫度越高，中心溫度約 萬(wàn)度。萬(wàn)度。 壓力大得驚人。壓力大得驚人。 地球中心的壓力大約是多萬(wàn)個(gè)大氣壓，地球中心的壓力大約是多萬(wàn)個(gè)大氣壓，即我們平常所說(shuō)的標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的多萬(wàn)即我們平常所說(shuō)的標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的多萬(wàn)倍。倍。 脈沖星的中心壓力據(jù)認(rèn)