第1章宇宙中的行星地球

第一章宇宙中的行星地球?宇宙星體?太陽系：結(jié)構(gòu)?地球在太陽系中的地位?地球在太陽系中的運動?星體影響和撞擊

平凡：地球是太陽系中的一顆普通行星

不平凡：太陽系中唯一存在生命演化和高級思維能力的人類；唯一發(fā)生板塊構(gòu)造運動的星體。?宇宙星體宇宙：一個統(tǒng)稱的概念，理論模型，無窮無盡，多不知星系：一些星系的精美圖片銀河系：第二章的內(nèi)容太陽系：本章的主要內(nèi)容地球：本書的內(nèi)容宇宙：深空宇宙島（河外星系）

漩渦星系橢圓星系不規(guī)則星系星系相互作用星系群和星系團

宇宙：銀河星系示意圖銀河系銀河系中心視場大小為1500光年的射電圖象。宇宙：恒星世界恒星雙星脈沖星超新星球狀星團疏散星團星云（銀河系）?太陽系：結(jié)構(gòu)組成太陽系：由太陽、行星及其衛(wèi)星、小行星、彗星、流星體和行星際物質(zhì)構(gòu)成的天體體系。太陽：太陽系的中心天體。質(zhì)量、引力、發(fā)光恒星九大行星：內(nèi)層包含水星，金星，地球，火星；外層的行星為木星，土星，天王星，海王星和冥王星。也有分成類地行星、巨行星、遠日行星或者類地行星、類木行星等。按傳統(tǒng)說法，太陽系被分為行星（繞太陽公轉(zhuǎn)的大物體）、衛(wèi)星（如月球，繞行星公轉(zhuǎn)的各種大小的星體）、小行星（小型的密集的繞太陽公轉(zhuǎn)的星體）和彗星（小個體的冰質(zhì)的繞高度偏心軌道公轉(zhuǎn)的星體）。小行星：幾十萬顆，正式編號的7625顆（1997.4.22止）衛(wèi)星：九大衛(wèi)星共66顆衛(wèi)星，半徑〉1000km的衛(wèi)星7顆，包括月亮。彗星：已知約1600顆，每年能觀測到約10顆，新發(fā)現(xiàn)50%。軌道有拋物線、雙曲線、橢圓三種類型。流星和隕石：塵?；蚬腆w塊高速燃燒光跡稱為流星，未燃盡的流體塊墜地稱為隕石。1976.3.8吉林市郊隕石群，最大塊1770kg，世界已知最大。行星際物質(zhì)：密度很小，如地球軌道附近平均密度5個正離子+5個正電子/立方厘米太陽。SOHO拍攝太陽。這四幅太陽像是在不同元素譜線及不同波段上拍攝的，其中(a)鐵IX/X,17.1nm(b)鐵XII,19.5nm(c)鐵XV,28.4nm(d)氦II/硅XI,30.4nm。SOHO攝于1998年10月27日。

太陽系：能量太陽的熱核反應(yīng)：太陽系的能量源太陽表面溫度6000K，中心部分溫度推測高達1.5x10000000K，密度達到水的160倍，熱核反應(yīng)。太陽輻射和質(zhì)量損耗：能量輸出電磁波形式（光和熱）放射能量稱太陽輻射：輻射量大小：太陽常數(shù)（8.29J）；全球一年獲得的太陽能量是目前全世界總發(fā)電量的幾十萬倍。質(zhì)量耗損：太陽熱核反應(yīng)已維持50億年左右，假定能量輻射率不變，太陽處于壯年期，壽命可達100億年。太陽表面圖像太陽表面出現(xiàn)有史以來最大冠狀云聚集現(xiàn)象

科學(xué)家拍攝到的太陽表面火焰3D照片大多數(shù)光斑的高度在150到400公里之間太陽釋放帶電粒子太陽活動與黑子周期：能量變化太陽活動：光球、色球、日冕三層太陽活動：直接受太陽磁場的支配處于局部的劇烈運動稱之。太陽活動的最基本標志：黑子，日面上溫度比周圍光球低1000C左右的“暗斑”。黑子活動規(guī)律：空間分布：蝴蝶圖，時間變化：11年、22年、80年、數(shù)百年的黑子周期。太陽活動的其他類型：色球?qū)拥墓獍?、耀斑、日珥，日冕層的膨脹等。最突出的如耀斑爆發(fā)、磁暴、太陽風(fēng)等。太陽黑子太陽黑子的本影和半影兩個巨大的黑子群

太陽黑子區(qū)域的耀斑太陽光球上的米粒組織黑子群的空間分布及變化：蝴蝶圖太陽日冕。SOHO探測器拍攝。

太陽日冕。1998年8月11日攝于土耳其東部的Haza湖岸。太陽日冕。4英寸折射望遠鏡攝于1998年2月

太陽日冕。攝于1991年7月11日日全食時。太陽活動的日冕變化太陽的日珥和日冕。攝于日全食時太陽日珥的爆發(fā)(右上角)。SOHO攝于1999年9月14日

太陽日珥的爆發(fā)(右下角)。太陽活動與地球上氣候、水文、地震、疾病流行等現(xiàn)象之間存在某種復(fù)雜關(guān)系：如明末清初的災(zāi)害群發(fā)期與17世紀太陽活動的蒙德極小期聯(lián)系，太陽活動與北半球降水的關(guān)系?地球在太陽系中的地位：

九大行星（運動）基本參數(shù)比較行星運動規(guī)律：德國天文學(xué)家開普勒行星運動三定律九大行星的比較：日地距離及旋轉(zhuǎn)周期、體積和質(zhì)量、密度和內(nèi)部物性分異結(jié)論：地球得天獨厚，恰好具備了有利于生命演化和人類發(fā)展所必需的多種自然條件。無論哪一項參數(shù)稍有改變，對生物界和人類的生存都會引起嚴重的甚至毀滅性的后果。行星運動定律：德國天文學(xué)家開普勒行星運動三定律行星運動第一定律（橢圓定律）：

所有行星繞太陽的運動軌道是橢圓，太陽位于橢圓的一焦點上。行星運動第二定律（面積定律）：

聯(lián)接行星和太陽的直線在相等的時間內(nèi)掃過的面積相等。行星運動第三定律（調(diào)和定律）：

行星繞太陽運動的公轉(zhuǎn)周期的平方與它們的軌道半長徑的立方成正比。九大行星的主要天體特征

太陽系的特點

為了說明太陽系的成因，認識太陽系的以下特點：

（1）行星運行軌道都接近圓形（近圓性），并幾乎位于同一軌道平面上（共面性），只有水星和冥王星的軌道有較大傾斜。（2）行星繞太陽運行的方向除金星外都是逆時針的。大多數(shù)衛(wèi)星也按相同方向繞行星運行。（3）太陽的質(zhì)量占太陽系總質(zhì)量的99.8％，但太陽的角動量很小，不超過太陽系總角動量的2％，角動量的分配與各星體的質(zhì)量很不協(xié)調(diào)（角動量分配異常）。

（4）類地行星與類木行星在體積、質(zhì)量、密度、旋轉(zhuǎn)速度、衛(wèi)星數(shù)量方面具有系統(tǒng)性差別。

（5）其他星球上已知的元素，地球上都存在，即具有組成元素的一致性。

（6）撞擊坑形成作用在石質(zhì)行星及衛(wèi)星表面具有普遍意義。

（7）大多數(shù)行星與太陽的相對距離符合提丟斯-波得定律。

上述特點是相關(guān)聯(lián)的。因此太陽系起源的假說都是從解釋太陽系的這些特點得出的。地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)(示意圖)。

?地球在太陽系中的運動地球自轉(zhuǎn)與晝夜交替

地理坐標系：地極（南北極）、赤道、緯線、經(jīng)線（圈）、GPS全球定位系統(tǒng)天球坐標系：天軸、天極、天赤道、黃道、黃極、天頂天底、赤經(jīng)赤緯等地球自轉(zhuǎn)：恒星日、太陽日、自轉(zhuǎn)速度晝夜交替：形成地方時標準時區(qū)：格林威治世界時，24個理論時區(qū)地球自轉(zhuǎn)的地學(xué)意義：科氏力，南北半球的影響地球自轉(zhuǎn)速度的不均勻性變化地月關(guān)系地球軌道參數(shù)地球。這是人們第一次看到地球的真實面貌。NASA的"阿波羅"17號(Apollo17)拍攝。地球。NASA的"阿波羅"17號(Apolla17)拍攝。地球晝夜形成示意圖地球地理坐標系地球四季形成示意圖天球坐標系太陽日與恒星日時區(qū)劃分地月關(guān)系月球基本參數(shù)月地距離：3844011km，日地距離的1/389月球大小：半徑1738km，地球半徑的3/11；表面積為地球的1/4；體積為地球的1/49月球質(zhì)量：地球質(zhì)量的1/81.3；地球密度的3/5月球的旋轉(zhuǎn)地-月系統(tǒng)，月球公轉(zhuǎn)：月球自轉(zhuǎn)；月球公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)周期相等（一個恒星月）天文潮汐和地球自轉(zhuǎn)速度變慢潮汐變形;

海洋潮汐；引力潮與潮汐隆起；潮流；潮汐摩擦;潮汐摩擦能導(dǎo)致地球自轉(zhuǎn)速度長期減慢的學(xué)說地月合影。"伽里略"號(Galileo)探測器攝于1992年。在月球表面看地球升起地球軌道參數(shù)公轉(zhuǎn)繞日地共同質(zhì)心旋轉(zhuǎn)，距日心距離450km偏心率約0.017或1/60，近日點，遠日點黃赤交角黃道面與赤道面的夾角，大小等于地軸與地球軌道面的夾角的余角，約23度26分。黃道與天赤道相交的兩個點是春分點和秋分點，黃道上距天赤道最遠的兩個點是夏至點和冬至點。相對天赤道的上下往復(fù)運動，稱為太陽回歸運動，南北回歸線，回歸年。歲差地軸進動形成歲差現(xiàn)象。最近一次歷時25000年旋轉(zhuǎn)一周（歲差周期）地球公轉(zhuǎn)軌道和偏心率黃赤交角和太陽回歸運動陀螺軸與地軸進動?星體影響和撞擊

星體間的相互影響

星體之間都存在相互影響米蘭科維奇軌道參數(shù)：偏心率、地軸斜度、歲差米蘭科維奇學(xué)說：解釋冰期形成慧木撞擊及其啟示科學(xué)預(yù)警和預(yù)警系統(tǒng)建立天象對思想的影響九星聯(lián)珠，地球末日，人類劫難來臨，地球大爆炸等彗星結(jié)構(gòu)示意圖哈雷(Halley)彗星的核池谷－關(guān)(Ikeya-Seki)彗星。利克天文臺(LickObservatory)攝于1965年。Alcock彗星，即1959f。美國亞利桑那州的美國海軍天文臺(U.S.NavalObservatory)的40英寸反射望遠鏡攝于1959年9月1日早晨。百武(Hyakutake)彗星。7英寸折射望遠鏡拍攝。Tago-Sato-Kosaka彗星。攝于1969年。彗星撞擊木星(1994年)

1994年7月16日至22日，一顆命名為蘇梅克·列維9號的彗星斷裂成21個碎塊（其中最大的一塊寬約4公里），以每秒60公里的速度連珠炮一般向木星撞去。這次慧木相撞使天文學(xué)家們激動不已，它可能是望遠鏡發(fā)明以來——甚至是望遠鏡發(fā)明以前的很長時間以來——人類所能觀察到的第一次大規(guī)模天體相撞?？茖W(xué)家們計算，在太陽系中，像這次彗木相撞的天文奇觀大約要隔數(shù)百萬年乃至上千萬年才會出現(xiàn)一次，它為人類更深刻地了解宇宙的奧秘，揭示地球上生命的起源及進化（如對恐龍的滅絕的爭論）提供了千載難逢的機會。這顆彗星是美國天文學(xué)家尤金·蘇梅克和卡羅琳·蘇梅克夫婦以及天文愛好者戴維·列維1993年3月24日利用美國加州帕洛瑪天文臺的46厘米天文望遠鏡發(fā)現(xiàn)的，故以他們的姓氏命名。根據(jù)對其運行軌道進行的計算，這顆彗星曾于1992年7月8日運行到距木星表面僅4萬公里的位置。由于受木星引力的影響，慧核斷裂成21個可反光的碎塊，遠遠望去像是一串光彩奪目的珍珠懸掛在茫茫宇宙中。天文學(xué)家們推測，這顆彗星環(huán)繞木星運行也許已經(jīng)有一個多世紀了，由于它距離地球太遙遠和亮度太暗淡而久久未被發(fā)現(xiàn)。它開始時可能只是一顆從外層空間進入太陽系的普通彗星。據(jù)目前推測，太陽系外圍有一個由數(shù)十億顆彗星構(gòu)成的彗星帶?？赡苁怯捎谶^往星體產(chǎn)生的引力攝動的原因，不時有一些彗星脫離彗星帶而進入太陽系。有的彗星像匆匆過客，只是從太陽系掠過，然后再回到外層空間，有的彗星則像哈雷彗星一樣被吸進太陽系軌道作周期性運行。蘇梅克——列維9號彗星顯然就是被木星軌道捕捉住的一位“不速之客”。蘇梅克——列維9號彗星與木星相撞的撞擊點正好在相對于地球的背面陰暗處，人們在地球上無法直接觀察到撞擊情況。但是木星周圍有16顆衛(wèi)星和兩道暗淡的光環(huán)，科學(xué)家們可以觀察到撞擊對木星的衛(wèi)星和光環(huán)產(chǎn)生的反光效應(yīng)。此外，木星的自轉(zhuǎn)周期為9小時56分鐘，眾多的撞擊點可以隨著木星的快速自轉(zhuǎn)運行到面對地球的位置，使人類每隔20分鐘左右就能觀察到撞擊后出現(xiàn)的蘑菇狀煙云和其他效應(yīng)。眾多設(shè)備中離木星最近的一個是伽利略號木星探測器?；勰鞠嘧矔r，它正處于距木星約2億公里的位置。該探測器原定于1986年5月由美國航天飛機帶入太空發(fā)射，由于“挑戰(zhàn)者”號1986年初升空后爆炸，致使原計劃推遲到1989年10月。美國字航局對其發(fā)射方式也作了相應(yīng)調(diào)整，采取了大迂回方式，即首先讓它朝著太陽的方向飛去，途中接近金星，受金星的影響而加速，然后飛回地球附近，靠地球加速再飛入前往木星的軌道。這種方式需要花6年時間讓其到達木星附近。正是由于該探測器發(fā)射計劃和方式的變更，才使人類獲得了一次原先沒有料到的觀測手段。伽利略號探測器上裝有CCD照相機、紫外線分光儀、等離子體檢測器、磁強針等先進的觀測設(shè)備，能對木星發(fā)出的各種光、對撞無線電波和塵埃環(huán)境等進行測量并作詳盡的記錄。蘇梅克——列維9號彗星的第一塊含有巖石和冰塊碎片于格林尼治時間7月16日20時15分以每小時21萬公里的速度落入木星大氣層，釋放出相當于2000億噸TNT炸藥的能量。撞擊后產(chǎn)生的多個火球綿延近1000公里，發(fā)出強光。人們通過天文望遠鏡，看到木星表面升騰起寬闊的塵云，高溫氣體直沖至1000公里的高度，并在木星上留下了如地球大小的撞擊痕跡?？茖W(xué)家們測定在慧木相撞前的一段時間內(nèi)，木星發(fā)出的強電磁波比平時強9倍，撞擊時濺落點溫度瞬間上升到上萬攝氏度。木星是太陽系9大行星中位居中間而且又是最大的一個星球。它的半徑為71300公里，比地球大11倍；體積是地球的1316倍，重量是地球的318倍，相當于其他8大行星總質(zhì)量的2.5倍。但木星的密度僅為地球的1/4，這說明木星表面有深而廣的海洋，海洋上面