第一講地球的起源及地殼的形成

第一講宇宙及地球的起源與演化人類對宇宙的認識地球的起源1第一節(jié)、人類對宇宙的認識恒星的演化太陽和太陽系恒星與銀河系星系與宇宙美麗的星空2尸佼的宇宙(尸佼即尸子,先秦諸子百家之一)：四方上下曰宇，古往今來曰宙,以喻天地民歌的宇宙：

天似穹廬，籠罩四野霍金的宇宙：

無邊界有限宇宙馬克思的宇宙：

時空無限3傳說與神話宗教將神話加工成教義

《圣經(jīng)》開宗明義：“起初，神創(chuàng)造天地，”“神說要有光就有了光，神看光是好的，就把光暗分開了。神稱光為晝，暗為夜。有晚上，有早晨，這是頭一日?！笨諝?，海，地，太陽，眾星，大魚，飛鳥牲畜，昆蟲和野獸，第七日人4易

陰陽兩儀變化闡釋宇宙萬物的變化法則： 無極生太極，太極生兩儀 兩儀生四象，四象生八卦，以至無窮我什么都知道了5程伊川：陰陽分離就不再有道，形成陰陽的因才是正道。陰陽是氣---------形而下；道是形成陰陽的理--------形而上。朱熹：無極而太極。太極是陰陽的因，是無極。老子：無，以無為有道；“無”中生有裂變演化6宇宙的結(jié)局“凡是形成的東西都是要滅亡的?！庇钪嬗衅鹪?，宇宙有終結(jié)；“杞人憂天”預(yù)言并非都是騙局,關(guān)鍵是宇宙的平均密度取決于將行星系拉回來的引力的大小,引力取決于：宇宙中物質(zhì)總量，宇宙半徑宇宙也會衰老7宇宙的形成(影片00:01:03)8宇宙起源(動畫演示)9宇宙有多大(影片:00:01:12)10一、恒星的演化

當星際物質(zhì)凝聚成恒星后，恒星的演化就決定于其內(nèi)部的核反應(yīng)過程，在穩(wěn)定狀態(tài)下，恒星向內(nèi)的萬有引力和向外的運動壓力及輻射壓達到平衡。但在某些情況下，這個平衡條件會受到破壞，在不同演化階段的恒星有不同的觀測表現(xiàn)。11恒星的誕生

在星際空間普遍存在著極其稀薄的物質(zhì)，主要由氣體和塵埃構(gòu)成。它們的溫度約10～100K，密度約10-24～10-23g/cm3，相當于1cm3中有1～10個氫原子。星際物質(zhì)在空間的分布不是均勻的，通常是成塊地出現(xiàn)，形成彌漫的星云。星云里3/4質(zhì)量的物質(zhì)是氫，處于電中性或電離態(tài)，其余約1/4是氦以及極少數(shù)比氦更重的元素。在星云的某些區(qū)域還存在氣態(tài)化合物分子，如氫分子、一氧化碳分子等。如果星云里包含的物質(zhì)足夠多，那么它在動力學(xué)上就是不穩(wěn)定的。在外界擾動的影響下，星云會向內(nèi)收縮并分裂成較小的團塊，經(jīng)過多次的分裂和收縮，逐漸在團塊中心形成了致密的核。當核區(qū)的溫度升高到氫核聚變反應(yīng)可以進行時，一顆新恒星就誕生了。12Eagle星云

恒星正在這里形成13主序星

恒星以內(nèi)部氫核聚變?yōu)橹饕茉吹陌l(fā)展階段就是恒星的主序階段。處于主序階段的恒星稱為主序星。主序階段是恒星的青壯年期，恒星在這一階段停留的時間占整個壽命的90%以上。這是一個相對穩(wěn)定的階段，向外膨脹和向內(nèi)收縮的兩種力大致平衡，恒星基本上不收縮也不膨脹。恒星停留在主序階段的時間隨著質(zhì)量的不同而相差很多。質(zhì)量越大，光度越大，能量消耗也越快，停留在主序階段的時間就越短。例如：質(zhì)量等于太陽質(zhì)量的15倍、5倍、1倍、0.2倍的恒星，處于主序階段的時間分別為一千萬年、七千萬年、一百億年和一萬億年。14目前的太陽也是一顆主序星。太陽現(xiàn)在的年齡為46億多年，它的主序階段已過去了約一半的時間，還要50億年才會轉(zhuǎn)到另一個演化階段。與其他恒星相比，太陽的質(zhì)量、溫度和光度都大概居中，是一顆相當?shù)湫偷闹餍蛐?。主序星的很多性質(zhì)可以從研究太陽得出，恒星研究的某些結(jié)果也可以用來了解太陽的某些性質(zhì)。15紅巨星與紅超巨星

當恒星中心區(qū)的氫消耗殆盡形成由氦構(gòu)成的核球之后，氫聚變的熱核反應(yīng)就無法在中心區(qū)繼續(xù)。這時引力重壓沒有輻射壓來平衡，星體中心區(qū)就要被壓縮，溫度會急劇上升。中心氦核球溫度升高后使緊貼它的那一層氫氦混合氣體受熱達到引發(fā)氫聚變的溫度，熱核反應(yīng)重新開始。如此氦球逐漸增大，氫燃燒層也跟著向外擴展，使星體外層物質(zhì)受熱膨脹起來向紅巨星或紅超巨星轉(zhuǎn)化。轉(zhuǎn)化期間，氫燃燒層產(chǎn)生的能量可能比主序星時期還要多，但星體表面溫度不僅不升高反而會下降。其原因在于：外層膨脹后受到的內(nèi)聚引力減小，即使溫度降低，其膨脹壓力仍然可抗衡或超過引力，此時星體半徑和表面積增大的程度超過產(chǎn)能率的增長，因此總光度雖可能增長，表面溫度卻會下降。16質(zhì)量高于4倍太陽質(zhì)量的大恒星在氦核外重新引發(fā)氫聚變時，核外放出來的能量未明顯增加，但半徑卻增大了好多倍，因此表面溫度由幾萬K降到三、四千K，成為紅超巨星。質(zhì)量低于4倍太陽質(zhì)量的中小恒星進入紅巨星階段時表面溫度下降，光度卻急劇增加，這是因為它們外層膨脹所耗費的能量較少而產(chǎn)能較多。預(yù)計太陽在紅巨星階段將大約停留10億年時間，光度將升高到今天的好幾十倍。到那時侯，地面的溫度將升高到今天的兩三倍，北溫帶夏季最高溫度將接近100℃。17預(yù)計太陽在紅巨星階段將大約停留10億年時間18小質(zhì)量恒星的死亡質(zhì)量小于8倍太陽質(zhì)量的恒星在經(jīng)歷紅巨星階段后，核心部分逐漸變?yōu)楦邷馗呙艿暮啿B(tài)碳氧球體，外邊緊貼著氦燃燒層，再外邊是未燃燒的氦，最外邊是氫氦混合氣包層。核心部分形成簡并態(tài)碳氧球的同時，混合氣的包層一直在不斷膨脹中。開始階段由內(nèi)部核反應(yīng)產(chǎn)生的輻射壓來推動，后來的推動力來源于氣殼包層本身。19氣殼膨脹冷卻的同時，原先高度電離的氣體會復(fù)合為中性原子，復(fù)合過程中自由電子的動能轉(zhuǎn)移給中性原子成為原子的熱運動能量，使原子快速運動而推動包層繼續(xù)向外膨脹，終于脫離核心部分向外擴散。形成行星狀星云。行星狀星云充分膨脹之后就顯露出中心天體，它就是沒有核反應(yīng)能源的白矮星。白矮星的溫度還很高，可達10萬K以上。白矮星的輻射來自原先積存的熱能，在它表面溫度降到4000K以前，它所積存的熱能可以使它維持發(fā)光80億年。那以后輻射損耗更為微弱，還可以維持更長的時間。白矮星最終會演化為黑矮星。20這是一個行星狀星云,編號NGC6543,位于3000光年遠的天龍座,綽號"貓眼星云"。這個奇異的星云是由估計在1000年前,一顆垂死的恒星爆發(fā)后,拋出的氣體物質(zhì)構(gòu)成的。

21行星星云IC3568，位于鹿豹座，距離地球大約9000光年，直徑約0.4光年，是我們太陽系的800倍22大質(zhì)量恒星的死亡

大質(zhì)量恒星經(jīng)過一系列核反應(yīng)后，形成重元素在內(nèi)、輕元素在外的洋蔥狀結(jié)構(gòu)，其核心主要由鐵核構(gòu)成。此后的核反應(yīng)無法提供恒星的能源，鐵核開始向內(nèi)坍塌，而外層星體則被炸裂向外拋射。爆發(fā)時光度可能突增到太陽光度的上百億倍，甚至達到整個銀河系的總光度，這種爆發(fā)叫做超新星爆發(fā)。超新星爆發(fā)后，恒星的外層解體為向外膨脹的星云，中心遺留一顆高密天體。23金牛座里著名的蟹狀星云就是公元1054年超新星爆發(fā)的遺跡。超新星爆發(fā)的時間雖短不及1秒，瞬時溫度卻高達萬億K，其影響更是巨大。超新星爆發(fā)對于星際物質(zhì)的化學(xué)成分有關(guān)鍵影響，這些物質(zhì)又是建造下一代恒星的原材料。

24金牛座里著名的蟹狀星云就是公元1054年超新星爆發(fā)的遺跡25超新星爆發(fā)時，爆發(fā)與坍塌同時進行，坍塌作用使核心處的物質(zhì)壓縮得更為密實。理論分析證明，電子簡并態(tài)不足以抗住大坍塌和大爆炸的異常高壓，處在這么巨大壓力下的物質(zhì)，電子都被擠壓到與質(zhì)子結(jié)合成為中子簡并態(tài)，密度達到10億噸/立方厘米。由這種物質(zhì)構(gòu)成的天體叫做中子星。一顆與太陽質(zhì)量相同的中子星半徑只有大約10千米。

26中子星也有質(zhì)量上限，最大不能超過大約3倍太陽質(zhì)量。如果在超新星爆發(fā)后核心剩余物質(zhì)還超過大約3倍太陽質(zhì)量，中子簡并態(tài)也抗不住所受的壓力，只能繼續(xù)坍縮下去。最后這團物質(zhì)收縮到很小的時候，在它附近的引力就大到足以使運動最快的光子也無法擺脫它的束縛。所以這個天體不可能向外界發(fā)出任何信息，而且外界對它探測所用的任何媒介包括光子在內(nèi)，一貼近它就不可避免地被它吸進去。它本身不發(fā)光并吞下包括輻射在內(nèi)的一切物質(zhì)，就象一個漆黑的無底洞，所以這種特殊的天體就被稱為黑洞。黑洞有很多奇特的性質(zhì)，對黑洞的研究在當代天文學(xué)及物理學(xué)中有重大的意義。

27黑洞正在吞噬它的伴星的物質(zhì)28二、太陽和太陽系

太陽系（solarsystem）是由太陽、9顆大行星、66顆衛(wèi)星以及無數(shù)的小行星、彗星及隕星組成的。

行星由太陽起往外的順序是：水星（mercury）、金星（venus）、地球（earth）、火星（mars）、木星（jupiter）、土星（saturn）、天王星（uranus）、海王星（neptune）和冥王星（pluto）。離太陽較近的水星、金星、地球及火星稱為類地行星（terrestrialplanets）。宇宙飛船對它們都進行了探測，還曾在火星與金星上著陸，獲得了重要成果。它們的共同特征是密度大（>3.0克/立方厘米），體積小，自轉(zhuǎn)慢，衛(wèi)星少，內(nèi)部成分主要為硅酸鹽（silicate），具有固體外殼。29離太陽較遠的木星、土星、天王星、海王星及冥王星稱為類木行星（jovianplanets）。宇宙飛船也都對它們進行了探測，但未曾著陸。它們都有很厚的大氣圈，其表面特征很難了解，一般推斷，它們都具有與類地行星相似的固體內(nèi)核。在火星與木星之間有100000個以上的小行星（asteroid）（即由巖石組成的不規(guī)則的小星體）。推測它們可能是由位置界于火星與木星之間的某一顆行星碎裂而成的，或者是一些未能聚積成為統(tǒng)一行星的石質(zhì)碎塊。隕星存在于行星之間，成分是石質(zhì)或者鐵質(zhì)。

302006年8月24日，國際天文學(xué)聯(lián)合會大會投票決定，不再將冥王星視為行星，而將其列入“矮行星”；放棄將冥王星之外的太陽系八大行星稱為“經(jīng)典行星”的說法，從而確認太陽系只有8顆行星。根據(jù)國際天文學(xué)聯(lián)合會大會24日通過的新定義，“行星”指的是圍繞太陽運轉(zhuǎn)、自身引力足以克服其剛體力而使天體呈圓球狀、并且能夠清除其軌道附近其他物體的天體。冥王星由于其軌道與海王星的軌道相交，不符合新的行星定義，因此被自動降級。31321、行星運動定律

德國天文學(xué)家開普勒(JohannesKepler)是丹麥著名天文學(xué)家第谷(TychoBrahe)的學(xué)生和繼承人，他與意大利的伽利略(Galileo)是同時代的兩位巨人。開普勒從理論的高度上對哥白尼學(xué)說作了科學(xué)論證，使它更加提高了一大步。他所發(fā)現(xiàn)的行星運動定律“改變了整個天文學(xué)”，為后來牛頓(IsaacNewton）發(fā)現(xiàn)萬有引力定律奠定了基礎(chǔ)。開普勒也被后人贊譽為“天空的立法者”。

開普勒根據(jù)第谷畢生觀測所留下的寶貴資料，孜孜不倦地對行星運動進行深入的研究，提出了行星運動三定律。33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。342、提丟斯--波得定則

十八世紀，德國數(shù)學(xué)家提丟斯(JohannesTitius)提出一個公式，能十分精確地表示出各行星之間相對距離的數(shù)字關(guān)系。這個公式，在1772年由柏林天文臺臺長波得(JohannBode)公布于眾，被稱為提丟斯-波得法則。

這個法則認為，行星軌道大小若用天文單位來計算，可以由下列經(jīng)驗公式表達：35Αn=0.4+0.3×2n-2

其中n為行星序號，不過水星應(yīng)?。?。按這個公式，在n=5的地方缺一顆行星，后來發(fā)現(xiàn)了小行星帶；木星和土星的n應(yīng)分別為6和7；在n=8距離上發(fā)現(xiàn)了天王星；在約相當于n=9的距離上發(fā)現(xiàn)了海王星。本世紀30年代發(fā)現(xiàn)的冥王星距離按說應(yīng)該是n=10，但實際上仍接近于n=9，很可能和它形成的情況有關(guān)。冥王星之外是否還有真正相當于n=10的大行星，雖然一直引起人們的興趣，但至今尚未有定論。363、太陽系的特點

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

大多數(shù)行星與太陽的相對距離符合提丟斯-波得定律。374、太陽處于太陽系的中心，質(zhì)量占太陽系總質(zhì)量的99.865％，是太陽系所有行星質(zhì)量總和的745倍。所以，她有足夠強大的吸引力，帶領(lǐng)它大大小小的家族成員圍著自己不停地旋轉(zhuǎn)。太陽是我們唯一能觀測到表面細節(jié)的恒星。我們直接觀測到的是太陽的大氣層，它從里向外分為光球、色球和日冕三層。雖然就總體而言，太陽是一個穩(wěn)定、平衡、發(fā)光的氣體球，但它的大氣層卻處于局部的激烈運動之中。太陽活動現(xiàn)象的發(fā)生與太陽磁場密切相關(guān)。太陽周圍的空間也充滿從太陽噴射出來的劇烈運動著的氣體和磁場。天文上太陽的符號是⊙，它象征著宇宙之卵，是生命的源泉。38太陽日冕。1998年8月11日攝于土耳其東部的Haza湖岸。

39這是幅波長19.5nm鐵XII的太陽像，圖中幾個明亮的區(qū)域是太陽的活動區(qū)，幾個暗黑的區(qū)域是冕洞，而周圍的一圈是日冕。

40太陽光球上的米粒組織

415、水星是最靠近太陽的行星，與太陽的角距從不超過28°，中國古代稱水星為辰星。古時候西方人以為水星是兩顆行星，他們在暮色中見到它時，稱它為墨丘利(Mercury)，在晨曦中見到它時，稱它為阿波羅。后來人們知道了墨丘利和阿波羅就是同一顆星，就稱水星為墨丘利。墨丘利是羅馬神話中專為眾神傳遞信息的使者，他頭戴插有雙翅的帽子，腳蹬飛行鞋，手握魔杖，行走如飛。他神通廣大，令人難以捉摸。水星確實像墨丘利那樣，行動迅速，神出鬼沒，在一個半月的時間里它會沿著一段奇特的曲線，從太陽的最東邊跑到最西邊，平均速度為每秒47．89千米，是太陽系中運動最快的行星。

42水手10號行星際探測器

所攝照片43水手10號行星際探測器

所攝照片44水手10號行星際探測器

所攝照片456、金星中國古代稱之為太白或太白金星。它有時是晨星，黎明前出現(xiàn)在東方天空，被稱為“啟明”；有時是昏星，黃昏后出現(xiàn)在西方天空，被稱為“長庚”。金星是全天中除太陽和月亮外最亮的星，猶如一顆耀眼的鉆石，于是古希臘人稱它為阿佛洛狄忒（Aphrodite)---愛與美的女神，而羅馬人則稱它為維納斯(Venus)---美神。金星像月亮一樣有圓缺朔望的變化，這一點曾支持了哥白尼的日心說。金星與地球十分相似：半徑為6050千米，只比地球略小；平均密度約為地球的95%；質(zhì)量為地球的81.5%;另外,金星周圍也有大氣和云層。它和水星一樣，是太陽系中僅有的兩個沒有天然衛(wèi)星的大行星。46金星的公轉(zhuǎn)軌道很接近于正圓，且與黃道面接近重合。其公轉(zhuǎn)周期約為224.7日，但其自轉(zhuǎn)周期卻為243日，也就是說，金星的“一天”比“一年”還長。金星是太陽系內(nèi)唯一逆向自轉(zhuǎn)的大行星。金星的大氣層厚重濃密而奇特，其主要成分為二氧化碳，約占97%以上。因此導(dǎo)致金星上的“溫室效應(yīng)”極其強烈。金星的大氣密度是地球的100倍，其大氣活動劇烈，大氣層中有頻繁的閃電和雷暴。金星基本上沒有磁場。它的地勢比較平坦，但地貌復(fù)雜，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)從理論上可推出應(yīng)與地球類似，但還有待觀測證實。47金星48從450000英里遠

拍下的金星49507、火星按離太陽由近及遠的順序為第四顆行星。肉眼看去是一顆引人注目的火紅色的亮星。它緩慢的穿行于眾恒星之中，從地球上看火星時而順行，時而逆行?；鹦亲畎狄曅堑燃s為＋1．5等，最亮?xí)r比最亮的恒星天狼星還亮，達-2.9等，這是由于地球和火星分別在各自的軌道上運行，它們之間的距離總在不斷變化?；鹦菬蔁扇缁穑炼瘸Ｗ?，位置不定，令人迷惑，所以，中國古代稱火星為“熒惑”。而在西方古羅馬的神話中，把它想象為身披盔甲渾身是血的戰(zhàn)神“馬爾斯”（Mars），即希臘神話中的戰(zhàn)神阿瑞斯(Ares)。阿瑞斯身世高貴，其父是神王宙斯，其母是天后赫拉。

51火星上的平均溫度為-23℃，由于火星大氣稀薄而干燥，所以它的晝夜溫差很大，遠遠大于地球上的晝夜溫差。因火星表面溫度低、壓力小，大氣中的二氧化碳和水大致都呈飽和狀態(tài)，只要氣溫稍一降低，二氧化碳和水蒸氣就會凝結(jié)?；鹦谴髿庵械乃輼O少，科學(xué)家估計，倘若把火星上的水冰全部融化成水，也只能在火星表面形成一個10米深的大海。與我們地球表面的波濤茫茫的海洋相比，火星上的水量就顯得微不足道了。52火星53火星548、木星是太陽系中最惹人注目的一顆行星，它是行星九兄弟中的老大---個兒最大。它的亮度僅次于金星。中國古代把它叫做“歲星”，用它來紀年，因為已經(jīng)知道它的公轉(zhuǎn)周期近于12年。西方則稱木星為“朱庇特(Jupiter)”，即羅馬神話中的主神。相當于希臘神話中的王者---天神宙斯。

55木星直徑約為14.3萬千米，是地球直徑的11.25倍，體積為地球的1316倍，而質(zhì)量為所有其他行星的2.5倍。木星的平均密度相當?shù)?，僅1.33克/立方厘米。其繞太陽公轉(zhuǎn)一周約12年，而自轉(zhuǎn)一周僅要近10小時。由于它自轉(zhuǎn)太快，致使星體變扁，其赤道半徑與極半徑相差5000千米之多。木星沒有固體外殼，它是一顆由液態(tài)氫組成的液態(tài)星球。

56木星579、土星是離太陽第六遠的一顆美麗的行星，凡是用望遠鏡看過土星的人，無不驚嘆不已。土星公轉(zhuǎn)軌道半徑為14億千米，沖日時最大亮度為0.4星等。土星那橘色的表面，漂浮著明暗相間的彩云，配以赤道面上那發(fā)出柔和光輝的光環(huán)，遠遠望去真像個戴著頂大沿遮陽帽的女郎。

58土星自轉(zhuǎn)一周為10小時14分。由于自轉(zhuǎn)迅速，赤道凸出成為一個扁球體，赤道半徑要比兩極半徑大6000多千米。土星公轉(zhuǎn)周期為29.5年，約合二十八宿之數(shù)，每年鎮(zhèn)一宿，故古時我國又稱其為“鎮(zhèn)星”。土星運動遲緩，人們便將它看作時間和命運之神的象征。羅馬神話中稱其為薩圖努斯神，即希臘神話中的克洛諾斯，他是神王宙斯之父，是在推翻父親之后登上天神寶座的。無論東方還是西方，都把土星與農(nóng)業(yè)聯(lián)系在一起。在天文學(xué)中的符號，像是一把主宰農(nóng)業(yè)的大鐮刀。59土星60土星6110、天王星

在睛朗的夜晚要想觀看天王星，并不是很難。它的星等是5.7等。它的公轉(zhuǎn)周期相當長，每84年繞太陽一周，平均每天只移動46"，不容易與恒星區(qū)分，歷史上曾多次被誤認為是恒星而被載入星圖。62天王星在太陽系中的位置排行第七，距太陽約29億千米。它的體積很大，是地球的65倍，僅次于木星和土星，在太陽系位居第三；它的直徑為5萬多千米，是地球的4倍，質(zhì)量約為地球的14.5倍。在古老的希臘神話中，天王星被看作是第一位統(tǒng)治整個宇宙的天神---烏拉諾斯（Uranus)。他與地母該亞結(jié)合，生下了后來的天神。是他費盡心機將混沌的宇宙規(guī)劃得和諧有序。他地位顯赫，譯成中文便是天王星。63天王星64天王星65天王星6611、海王星

按距太陽的平均距離由近及遠排列，海王星排行第八。它的亮度為7．85等，只有在望遠鏡里才能看到。由于它是一顆淡藍色的行星，根據(jù)傳統(tǒng)的行星命名法，它被命名為涅普頓（Neptune）。涅普頓是羅馬神話中統(tǒng)治大海的海神，掌管著1/3的宇宙，頗有神通，海王星的天文符號象征涅普頓手中寒光閃閃的神叉。67海王星,旅行者2號拍攝

68哈勃太空望遠鏡于1994年6月28日拍攝的兩張海王星照片?？梢钥匆娔暇?0度和南緯60度的云。1989年旅行者二號飛過海王星時拍攝到的大小暗斑已經(jīng)消失。

69哈勃太空望遠鏡分別于1994年10月10日（左上），10月18日（右上）和11月2日（中下）拍攝的海王星圖片。圖片顯示在幾天內(nèi)海王星大氣的快速變化。7012、冥王星大行星中離太陽最遠、質(zhì)量最小的要算冥王星了。它在遠離太陽59億千米的寒冷陰暗的太空中蹣跚前行，這情形和羅馬神話中住在陰森森的地下宮殿里的冥王普魯托非常相似。因此，人們稱其為普魯托（Pluto），在天文學(xué)中是普魯托英文名字前兩個字母，又是對冥王星發(fā)現(xiàn)有推動之功的美國天文學(xué)家洛韋爾（PercivalLowell）姓名的縮寫。

7172地面上望遠鏡拍攝的最好的照片空間望遠鏡圖像軌道示意圖73冥王星和它的衛(wèi)星1994年2月21日空間望遠鏡圖像。74大圖像是經(jīng)過計算機處理后的冥王星表面。小圖像是空間望遠鏡原始圖像7513、彗星中國民間把彗星貶稱為“掃帚星”、“災(zāi)星”。像這種把彗星的出現(xiàn)和人間的戰(zhàn)爭、饑荒、洪水、瘟疫等災(zāi)難聯(lián)系在一起的事情，在中外歷史上有很多。彗星的軌道有橢圓、拋物線、雙曲線三種。橢圓軌道的彗星又叫周期彗星，另兩種軌道的又叫非周期彗星。周期彗星又分為短周期彗星和長周期彗星。一般彗星由彗頭和彗尾組成。彗頭包括彗核和彗發(fā)兩部分，有的還有彗云。并不是所有的彗星都有彗核、彗發(fā)、彗尾等結(jié)構(gòu)。

76Giacobini-Zinner彗星77Hyakutake彗星

78哈雷彗星79科胡特克（Kohoutek）彗星

8014、小行星在太陽系中，除了八顆大行星以外，還有成千上萬顆我們?nèi)庋劭床坏降男√祗w，它們像大行星一樣，沿著橢圓形的軌道不停地圍繞太陽公轉(zhuǎn)。與九大行星相比，它們好像是微不足道的碎石頭。這些小天體就是太陽系中的小行星。81小行星，顧名思義，它們的體積都很小。最早發(fā)現(xiàn)的“谷神星”（Ceres1)、“智神星”(Pallas2)、“婚神星”(Juno3)和“灶神星”(Vesta4)是小行星中最大的四顆，被稱為“四大金剛”?！八拇蠼饎偂敝凶畲蟮墓壬裥侵睆郊s為1000千米，最小的婚神星直徑約為200多千米；如果能把它們從天上“請”到地球上來，中國的青海省剛好可以讓谷神星安家。除去“四大金剛”外，其余的小行星就更小了，據(jù)估計，最小的小行星直徑還不足1千米。雖然它們的體積比衛(wèi)星還小得多，但是在太陽系這個家庭中，卻要和大行星論資排輩。82大多數(shù)小行星是一些形狀很不規(guī)則、表面粗糙、結(jié)構(gòu)較松的石塊，表層有含水礦物。它們的質(zhì)量很小，按照天文學(xué)家的估計，所有小行星加在一起的質(zhì)量也只有地球質(zhì)量的4／10000。這些小行星和它們的大行星同伴一起，一面自轉(zhuǎn)，一面自西向東地圍繞太陽公轉(zhuǎn)。盡管擁擠，卻秩序井然，有時它們巨大的鄰居--木星的引力會把一些小行星拉出原先的軌道，迫使它們走上一條新的漫游道路。在近年對小行星觀測中，還發(fā)現(xiàn)一個有趣的現(xiàn)象，有些小行星竟然也有自己的衛(wèi)星。

83小行星Gaspra,1991年伽利略號探測器拍攝

84小行星Gaspra,伽利略號探測器拍攝

85小行星Mathilde，由近地小行星探測器（NEAR）于1997年6月拍攝86小行星Mathilde(左)、

Gaspra（中）、

Ida（右）87Ida的衛(wèi)星，伽利略號探測器攝于1993年8月28日

88小行星Toutatis，圖片顯示其上有淺火山，山脊和頸狀谷

89小行星Ida及其衛(wèi)星，伽利略號探測器攝于1993年8月28日

9015、流星與隕石晴朗無月的夜晚，當你仰視夜空時，經(jīng)常會看見一道明亮的閃光劃破夜空，飛流而逝。它給寂寞的星空帶來一絲生氣，這就是流星現(xiàn)象。中國民間常把它稱為“賊星”。流星是行星際空間的塵粒和固體塊（流星體）闖入地球大氣圈同大氣摩擦燃燒產(chǎn)生的光跡。若它們在大氣中未燃燒盡，落到地面后就稱為“隕星”或“隕石”。流星體原是圍繞太陽運動的，在經(jīng)過地球附近時，受地球引力的作用，改變軌道，從而進入地球大氣圈。91流星有單個流星、火流星、流星雨幾種。單個流星的出現(xiàn)時間和方向沒有什么規(guī)律，又叫偶發(fā)流星?；鹆餍且矊倥及l(fā)流星，只是它出現(xiàn)時非常明亮，像條火龍且可能伴有爆炸聲，有的甚至白晝可見。許多流星從星空中某一點（輻射點）向外輻射散開，這就是流星雨。隕石是太陽系中較大的流星體闖入地球大氣后未完全燃燒盡的剩余部分，它給我們帶來豐富的太陽系天體形成演化的信息，是受人歡迎的不速之客。一般的流星體，密度都極低，約是水密度的1/20。每天都約有數(shù)十億、上百億流星體進入地球大氣，它們總質(zhì)量可達20噸。

921998年11月,全國中學(xué)生獅子座流星雨攝影一等獎作品選

931998年11月,全國中學(xué)生獅子座流星雨攝影一等獎作品選

941998年11月,全國中學(xué)生獅子座流星雨攝影一等獎作品選

951998年11月,全國中學(xué)生獅子座流星雨攝影一等獎作品選

96恒星與銀河系當你了解了太陽家族之后，是否想過這樣的問題：在宇宙間還有沒有像太陽一樣能自己發(fā)光發(fā)熱的星球呢？有沒有像我們太陽系一樣的恒星-行星系統(tǒng)呢？我們的太陽系又處于宇宙的什么位置上呢？97實際上，我們在夜空中看到的點點繁星，絕大多數(shù)都類似于太陽，只是他們的質(zhì)量、化學(xué)組成和物理條件有所不同，但都是自己發(fā)光發(fā)熱的星球,我們稱之為恒星。大家比較熟悉的北斗七星、北極星、牛郎星和織女星等，都是恒星。宇宙間恒星家族非常龐大。

98由于恒星離我們都相當遙遠，所以對恒星的觀測和研究比對太陽系內(nèi)的天體研究要困難得多。天文學(xué)家們經(jīng)過努力還是對恒星的結(jié)構(gòu)、物理特性、化學(xué)成分、演化過程、運動規(guī)律和空間分布等，有了較為完整的認識。當代對恒星世界的探索和研究，已取得了舉世矚目的成就。在眾多的恒星大家族中分別表現(xiàn)出高溫、高壓、超密態(tài)、強磁場和強輻射等許多極端的物理特性，在地球上都是不可想象的。因此，近年來對恒星世界的研究非?；钴S，恒星世界成為一個巨大的物理實驗室。991、恒星物理

恒星離我們非常遙遠，除太陽外，最近的恒星---半人馬座比鄰星，距太陽約4．2光年。怎樣才能知道遙遠恒星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、物理特性、化學(xué)成分、演化經(jīng)歷、運動規(guī)律和空間分布呢？這在100多年以前是無法回答的。因為恒星的光實在太微弱，即使看起來全天最亮的天狼星的光，也僅僅是太陽光的100萬萬分之一，用普通的天文望遠鏡不能分辨出恒星的視面，也不可能了解恒星內(nèi)部的情況10019世紀中葉，天體分光術(shù)和照相術(shù)的發(fā)明為天文學(xué)家解開恒星內(nèi)部世界之謎開始提供了強有力的工具。天文學(xué)家將天文望遠鏡收集到的星光經(jīng)過分光鏡分解成光譜，再把這光譜拍攝下來。在這些光譜中有眾多的譜線，它們都由不同的元素產(chǎn)生，根據(jù)它們我們可以了解到恒星表面大氣層的溫度、壓力、密度、化學(xué)元素的豐度、質(zhì)量、體積、自轉(zhuǎn)運動、距離和空間運動等一系列物理化學(xué)性質(zhì)。101我們現(xiàn)在知道恒星的表面是熾熱氣體，它們是能自己發(fā)光的球狀或類球狀天體。宇宙中恒星的數(shù)目巨大，單是銀河系中估計就有一、二千億顆。恒星內(nèi)部具有不可想象的高溫、高壓、超密態(tài)，有些恒星有超強磁場和強輻射等許多極端的物理特性。恒星不都是孤立的，有的兩顆在一起組成雙星，甚至成千上萬顆在一起組成星團。恒星之間不是真空，而是充滿了星際氣體、塵埃、粒子流、宇宙線和星際磁場等。這些物質(zhì)的分布是不均勻的。有的地方氣體和塵埃比較密集，形成各種各樣的云霧狀天體，這就是星云。

1022、新星有時在某一星區(qū)突然看到一顆原來沒有的亮恒星，經(jīng)過幾天到幾個月，它又慢慢看不見了。因此，古人就把這類星叫新星。其實，它不是“新產(chǎn)生”的恒星，而是原來就有一顆可能是暗弱的恒星。由于它突然爆發(fā)，向外拋射大量物質(zhì)，光度大增，在一兩天內(nèi)光度增加十幾個星等，也就是亮度增長幾萬倍，使人們誤認為“新產(chǎn)生”了恒星。天文學(xué)家們已在我們銀河系內(nèi)發(fā)現(xiàn)200多顆新星。1031975年天鵝座新星爆發(fā)前

1041975年天鵝座新星爆發(fā)后1053、超新星

另外還有一類爆炸的星規(guī)模比新星還大叫做超新星。在大質(zhì)量恒星演化到晚期，內(nèi)部不能產(chǎn)生新的能量，巨大的引力將整個星體迅速向中心坍縮，將中心物質(zhì)都壓成中子狀態(tài)，形成中子星，而外層下坍的物質(zhì)遇到這堅硬的“中子核”反彈引起爆炸。這就成為超新星爆發(fā)，質(zhì)量更大時，中心更可形成黑洞。106超新星1987A爆發(fā)前后的圖片

（圖中箭頭處的較亮恒星并不意味著超新星的前身）107超新星1987A遺跡

（空間望遠鏡1994年2月圖像）

1084、脈沖星

1932年，英國物理學(xué)家查德威克（Jameschadwizk）發(fā)現(xiàn)中子以后，前蘇聯(lián)物理學(xué)家朗道（L.D.Landau）就提出可能存在主要由中子組成的中子星。直到1967年發(fā)現(xiàn)了脈沖星，才解開了縈繞天文學(xué)家和物理學(xué)家腦際30多年的中子星之謎。109脈沖星的特征除高速自轉(zhuǎn)外，還具有極強的磁場，電子從磁極射出，輻射具有很強的方向性。由于脈沖星的自轉(zhuǎn)軸和它的磁軸不重合，在自轉(zhuǎn)中，當輻射向著觀測者時，觀測者就接收到了脈沖。到1999年，已發(fā)現(xiàn)1000顆脈沖星。

20世紀30年代提出的中子星設(shè)想，到60年代得到驗證。這是研究恒星演化史的一項重大突破。因此，脈沖星的發(fā)現(xiàn)被列為20世紀60年代天文學(xué)的四大發(fā)現(xiàn)之一，休伊什教授也因此榮獲1974年諾貝爾物理學(xué)獎。

110蟹狀星云射電圖像（VLA20厘米波段）

星云中央自轉(zhuǎn)周期33毫秒的脈沖星是1968通過射電觀測發(fā)現(xiàn)的1115、雙星和星團雙星和聚星通過天文望遠鏡觀察恒星天空時，你會發(fā)現(xiàn)許許多多的恒星彼此位置很靠近，兩星的亮暗和顏色往往也不一樣，猶如星海中的珍珠。我們稱這樣位置靠近的兩顆恒星為雙星?？梢哉f，天上的恒星雙星多，“單身漢”少。當然，雙星中也不一樣。有的是一顆恒星繞另一顆恒星運動，互相有引力關(guān)系，這叫物理雙星；有的雙星僅僅是投影關(guān)系，看起來靠近實際相距甚遠，沒有物理聯(lián)系，這叫光學(xué)雙星。我們這里說的是物理雙星。112在恒星世界中，雙星是普遍現(xiàn)象，是小單元的恒星集團。另外，還有一顆恒星繞另一恒星運動，再有第三顆恒星又繞它運動。我們稱為三合星，若還有另一個參與則稱為四合星、……，或稱為聚星。在太陽周圍17光年內(nèi)，共有60顆恒星，其中有32顆是單顆恒星，11對是雙星（22顆），兩組三合星（6顆）。恒星的許多特性都是從研究雙星特征獲得的。113疏散星團古人早就注意到恒星成群的分布特征。一般說來，恒星數(shù)在10個以上，且有物理性質(zhì)聯(lián)系的星群，就叫星團。根據(jù)星團包含的星數(shù)、形狀和在銀河系中的位置，星團又分為疏散星團和球狀星團。由十幾顆到幾千顆恒星組成的結(jié)構(gòu)較松散、形狀不規(guī)則的星團，叫疏散星團。疏散星團大多分布在銀道面附近，因此也叫銀河星團。上面介紹的昴星團、畢星團、蜂巢星團，還有英仙座雙星團等均屬疏散星團。在銀河系內(nèi)已發(fā)現(xiàn)1000多個疏散星團。

114昴星團及其反射星云

（年輕的疏散星團）

115疏散星團NGC3293

（星團中的橙色亮星正在迅速變老，很可能是星團中下一個超新星）116玫瑰星云和疏散星團NGC2244

(玫瑰星云看起來像玫瑰花，一百萬年前疏散星團NGC2244在其間形成，并使星云明亮可見)117疏散星團NGC2682(M67)

最老的疏散星團之一，年齡100億年118英仙座雙星團

119球狀星團球狀星團由成千上萬，甚至幾十萬顆恒星組成，外貌呈球形，越往中心恒星越密集。球狀星團里的恒星平均密度比太陽周圍的恒星密度高幾十倍。同一個球狀星團內(nèi)的恒星具有相同的演化歷程，它們屬銀河系中早期形成的恒星，有約100億年了。球狀星團在銀河系的分布也呈球狀。在銀河系中己發(fā)現(xiàn)約130個球狀星團。最大最亮的球狀星團是位于半人馬座內(nèi)的ω星團，相當于3等星的亮度，它距我們約1．6萬光年。武仙座中的球狀星團，在天文望遠鏡中猶如一朵盛開的菊花。它由約250萬顆恒星組成，距我們約2．5萬光年。120半人馬座內(nèi)的ω星團（NGC5139）

南天肉眼可見。在50光年直徑的范圍內(nèi)有一百萬顆以上的恒星。121武仙座中的球狀星團NGC6341（M92）122人馬座球狀星團NGC6522和65281236、星云和星際物質(zhì)

星云恒星之間具有廣闊的空間。充滿了形形色色的物質(zhì)。這些物質(zhì)包括星際氣體、塵埃、粒子流、宇宙線和星際磁場等，統(tǒng)稱為恒星際物質(zhì)。這些星際物質(zhì)的分布是不均勻的。有的地方氣體和塵埃比較密集，形成各種各樣的云霧狀天體。這些云霧狀的天體就叫星云。124“星云”這個名詞僅有200多年的歷史。起初把觀測到的彌散的云霧狀天體統(tǒng)稱星云。后來天文望遠鏡分辨率的提高，把這些星云又分成星團、星系和星云三種類型。銀河系中的氣體塵埃密集的云霧天體，稱為星云；銀河系以外，類似銀河系的天體系統(tǒng)，叫星系。銀河系中的星云物質(zhì)，就形態(tài)來說，可以分為彌漫星云、行星狀星云和超新星剩余物質(zhì)云；就發(fā)光性質(zhì)來說，可分為發(fā)射星云、反射星云和暗星云。125獵戶座大星云

126獵戶座大星云

127彌漫星云從外形上看，彌漫星云沒有明顯邊界，常常呈不規(guī)則形狀。平均密度在每立方厘米10～100原子。彌漫星云的總質(zhì)量有大有小，主要分布在銀河系內(nèi)的銀道面附近。彌漫星云又分為亮星云和暗星云，亮星云又分為反射星云和發(fā)射星云。著名的獵戶座大星云（M42）就是亮星云。著名的彌漫星云中還有礁湖星云（M8）、鷹嘴星云（M16）、馬蹄星云（M17）、三葉星云（M20）和玫瑰星云等。彌漫星云中的暗星云有獵戶座馬頭星云等。

128礁湖星云（M8）

位于人馬座，是銀河上最亮的部分之一129鷹嘴星云（M16）

200萬年前形成的星團NGC6611，激發(fā)了氣體氫云。星云中的塵埃形成了氣體星云明亮背景上的暗條130馬蹄星云（M17）

紅外波段合成彩色圖像

131三葉星云（M20）

氣體星云發(fā)出紅色的光被塵埃遮擋將星云分成三瓣,星云的一邊有較多塵埃反光,看起來發(fā)藍132玫瑰星云

星云中的星團NGC2244，吹開氣體，使星云看起來像一朵玫瑰花133馬頭星云

暗星云遮住了后面的星光，在明亮的氣體星云的背景襯托下，我們看到了它的輪廓134行星狀星云行星狀星云與彌漫星云不同，它們呈現(xiàn)出邊緣清晰的小圓面。在行星狀星云的中央有一顆很亮的恒星，恒星周圍的環(huán)不斷向外膨脹擴張?？梢?，行星狀星云的壽命不會長久。目前已發(fā)現(xiàn)1300多個行星狀星云。它們的質(zhì)量一般在0.1～1個太陽質(zhì)量之間。著名的行星狀星云有天琴座環(huán)狀星云等。行星狀星云屬恒星晚年的結(jié)局。135其他河外星系中也有行星狀星云。如仙女座星系中就已發(fā)現(xiàn)300多個行星狀星云；大麥哲倫星系中發(fā)現(xiàn)400多個行星狀星云；小麥哲倫星系中發(fā)現(xiàn)200多個行星狀星云。

環(huán)狀星云是一顆很有名的行星狀星云，它的中心星是一個接近演化終點的白矮星，溫度有十萬度，而密度非常高。136環(huán)狀星云

中心星噴出的氣體形成了行星狀星云137螺旋星云NGC7293

半度大小，有多重氣體殼。藍光來自氧的發(fā)射線，紅光來自氮和氫138行星狀星云Henize1357（空間望遠鏡圖像）

過去幾十年地面的觀測顯示它從一個恒星變成行星狀星云1397、銀河系

夏夜星空中從東北向南橫跨天空的銀河，宛如奔騰的急流，一瀉千里。著名的中國民間傳說牛郎織女的故事，就描述了人們對銀河美妙的遐想。銀河是由1000多億顆恒星組成的一個透鏡形的龐大的恒星體系，我們太陽系就在這個體系之中。我們從太陽系向周圍看，就會看到盤狀的邊緣部分呈一帶形天區(qū)。這個天區(qū)的恒星投影最密集，這就是我們看到的銀河。這個龐大的恒星體系也由銀河得名，叫銀河系。

140認識銀河系如果說地球的家是太陽系，那么銀河系就是太陽之家居住的巨大恒星島。人類對這座“島”的認識，首先還是從認識恒星開始，逐漸把恒星和銀河連在一起進入宏觀構(gòu)想。1750年，英國天文學(xué)家賴特（Wright）發(fā)表了《宇宙的新理論》一書。他根據(jù)銀河狀況，推測恒星系統(tǒng)的空間分布不是在所有方向都對稱的，很可能是扁平的，銀河可能是這個扁平的恒星體系在長軸方向的星群密集外觀。這是最早認識銀河和銀河系的人。141英國天文學(xué)家威廉.赫歇耳，1785年，繪出一幅扁平狀的銀河系形體，認為太陽系居于銀河系中心區(qū)。這是第一個證實了比太陽系更高一層次的巨型天體系統(tǒng)的存在，具有劃時代的意義。1918年，美國天文學(xué)家沙普提出太陽系不在銀河系中心，而是在銀河系邊緣的人馬座方向。1926年，瑞典天文學(xué)家林得布拉德分析出銀河系也在自轉(zhuǎn)，把對銀河系的認識大大向前推進了一步。1927年，荷蘭天文學(xué)家奧爾特證明銀河系確實在繞中心自轉(zhuǎn)，同時說明銀河系的整體不是固體。142銀河系的真面貌

外形是一個中間厚，邊緣薄的扁平盤狀體。銀河系的主要物質(zhì)都密集在這個盤狀結(jié)構(gòu)里，稱為銀盤。銀盤是銀河系的主體，從正面看猶如急流中的旋渦形，從側(cè)面看類似一個投擲的鐵餅。銀盤的直徑約8萬光年，中央厚約1萬光年，邊緣厚約3000～6000光年。太陽位于銀盤的邊緣，距銀心約3．3萬光年，在銀道面以北約26光年。

143銀盤外面由稀疏的恒星和星際物質(zhì)組成一個球狀體，包圍著銀盤，這個球狀體叫銀暈，銀暈直徑約10萬光年。銀河系的總質(zhì)量約1400億個太陽質(zhì)量，其中恒星的質(zhì)量占總質(zhì)量的約90％，星際物質(zhì)占約10％。銀河系中心為一個球狀體，這個球狀體有劇烈的活動，有大量氣體從銀心向外擴張著。銀心是一個很強的射電源和高能輻射源，銀心的質(zhì)量約相當于幾百萬個太陽質(zhì)量。

144銀河系結(jié)構(gòu)示意圖上圖為俯視圖，圖中的十字符號代表銀心，三個短黃線條是太陽附近的三條旋臂；

下圖為側(cè)視圖，圖中的紅點代表太陽145銀河系的可見光全天圖146銀河系的紅外全天圖147銀河系的21厘米(中性氫)射電全天圖

148關(guān)于地球的起源，中國古代就有盤古開天辟地的神話；在國外，則流行著上帝耶和華創(chuàng)造太陽、地球的說教。直到18世紀，人們才開始科學(xué)地探索地球的起源。第二節(jié)、地球的起源149

康德-拉普拉斯星云說1755年，德國人康德發(fā)表了《宇宙發(fā)展史概論》，提出了地球和太陽都是起源于宇宙空間星云物質(zhì)的新的假說--星云說?？档碌倪@一學(xué)說第一次提出了地球是物質(zhì)的。并把地球的形成歸因于星云物質(zhì)引力和斥力這一對矛盾；同時，他還指出了地球既不是生而有之的，也不是萬古長存的。這些觀點得到了恩格斯的贊賞。一、各種學(xué)說簡介150半個世紀后，法國天文學(xué)拉普拉斯發(fā)表了《宇宙體系論》，獨立地提出對太陽系起源的看法。他認為，太陽系是由一團氣體星云形成的。形成太陽系的物質(zhì)，是一團熾熱的氣體。這一假說同康德的假說，雖然具體說法上有所不同，但二者都認為太陽系起源于彌漫物質(zhì)(星云)。因此，后來把這兩個假說統(tǒng)稱為康德-一拉普拉斯星云假說。星云假說比較完滿地解釋了太陽系的基本特征。目前已經(jīng)觀察到的事實，也與星云假說基本符合。151

“太陽系的星球的物質(zhì)，在初時都為大量基本微粒，充滿整個的宇宙空間，現(xiàn)在已形成的星體就在這空間中運轉(zhuǎn)”。他認為是萬有引力的作用，使這些原始彌漫的星云物質(zhì)逐漸分別凝聚，形成了包括地球在內(nèi)的太陽系的各天體。152153154

在200多年后的今天，星云說仍然被相當多的科學(xué)家所認可，但也暴露了不少不能自圓其說的新問題。另外，前蘇聯(lián)天文學(xué)家沙弗洛諾夫還認為，地球所以側(cè)著身子圍繞太陽轉(zhuǎn)，是地球形成一億年后被一顆直徑1000公里、重量達1012億噸的小行星撞斜的……155斯密特俘獲說：原始太陽隨銀河系公轉(zhuǎn)，在經(jīng)過有大量星際物質(zhì)彌漫的空間時，將它們引在周圍，成為行星的物質(zhì)來源的，用外來物質(zhì)形成包括地球在內(nèi)的九大行星。156157布逢碰撞說：銀河系中一顆快速運動的恒星撞擊原始太陽，濺起大量物質(zhì)成為行星的物質(zhì)來源的，積聚形成包括地球在內(nèi)的九大行星。158159金斯潮汐說：在另一顆恒星經(jīng)過太陽旁邊時，把太陽物質(zhì)吸引出來形成一條狀星云，后來此條狀星云在環(huán)繞太陽旋轉(zhuǎn)中，分裂凝聚增大密度而成行星。太陽太陽外來星160三、地球圈層的形成

塵埃向中心聚集的過程中，由于引力的作用，體積收縮，壓力加大，會釋放出大量的熱量。放射性元素的蛻變和隕石的撞擊，也都要放出熱能。地球物質(zhì)處于熱的熔融狀態(tài)。地球內(nèi)部圈層的形成：161162

重力的作用與高溫的影響，地球里面的物質(zhì)發(fā)生部分熔融，使重者下沉，輕者上浮，出現(xiàn)了大規(guī)模的物質(zhì)分異和遷移，形成了從里向外，物質(zhì)密度從大到小的圈層結(jié)構(gòu)。鐵和鎳比較重，向中心聚集－地核。較輕的硅酸鹽物質(zhì)形成地幔和地幔之上的地殼。163164

最初大氣圈的成分主要是水蒸汽，還有一些二氧化碳、甲烷、硫化氫和氯化氫等。直到距今38億年前，地球上的大氣仍是缺氧和呈酸性的。隨著時間的流逝，地球上的溫度逐漸降低（低于100°C），大氣中的水蒸汽陸續(xù)凝結(jié)出來，形成廣闊的海洋（水圈）。地球外部圈層的形成：165166

大約到27億年前，游離氧在海洋中出現(xiàn)。綠色植物的大量繁殖，更加快了大氣和海洋環(huán)境的變化，使其有利于高等喜氧生物的發(fā)展。到27億年前生命加速發(fā)展，海洋中的生物迅速繁榮起來（化石證據(jù)較多）。167168地球的形成(影片00:00:58)169四、地質(zhì)年代確定為追溯地球的歷史，需要知道地質(zhì)體的年齡，推算各種地質(zhì)事件發(fā)生的時代。地質(zhì)學(xué)家們已經(jīng)研究出各種關(guān)于巖石和構(gòu)造的相對和絕對年代測定的方法，以致可以把地質(zhì)事件按年代順序進行編排。一個巖石單位的相對年代是由它與相鄰已知巖石單位的相對層位的關(guān)系來決定。絕對年齡是用距今多少年以前來表示，并且是通過某種巖石樣品所含放射性元素測定的。170地質(zhì)時間的早期估算

1658年，愛爾蘭大主教厄謝爾（J.Ussher）認為地球誕生于公元前4004年，這個時間是以圣經(jīng)里的紀年做為基礎(chǔ)計算出來的，這是十八世紀晚期和十九世紀的地質(zhì)學(xué)家所不能接受的。因為大多數(shù)地質(zhì)學(xué)家，甚至包括維爾納和布豐（Buffon）這樣的水成論者也認為，地殼沉積巖的形成至少需要幾萬年。171172173174沉積速率：早在公元前五世紀，希羅多德（Herodotus）已對尼羅河三角洲進行了研究。他根據(jù)沉積物沉積的年速率推斷，該三角洲必定有幾千年的歷史。后來，尤其在十九世紀末和二十世紀初，人們曾根據(jù)沉積巖最大厚度與沉積速率來計算地球的年齡。自從地球形成以來，估計已經(jīng)沉積了厚33，000--100，000米的沉積巖，而沉積速率的估計變化相當大，每百萬年從50--3000米。地球年齡估算結(jié)果是17至1584百萬年。

175176海洋里的鹽：早期人們曾試圖根據(jù)海洋內(nèi)的全部鹽量與每年增加的鹽量的比較來確定地球的年齡。這個方案是假設(shè)在地球歷史上海洋開始的初期為淡水水體。估計海洋里含鹽的全部總量為16×1012噸，而每年增加160百萬噸鹽（主要來自巖石及土壤風(fēng)化和河流溶解所攜帶的鹽）。用這種推論方法，地球的年齡大約是100百萬年。但是這個計算沒有考慮世界許多地方在沉積巖系中出現(xiàn)的大量鹽。

177冷卻速率：十九世紀，英國物理學(xué)家開爾文（L.Kelvin）根據(jù)地球的冷卻速率確定地球的年齡為70百萬年。凱爾文假設(shè)地球開始是從太陽拋出的一個熔融體，而且地球最初的溫度是平均火成巖的熔融點。這個計算的錯誤在于開爾文假設(shè)地球內(nèi)部不存在熱的來源。因那時還不知道放射性衰變能釋放大量的熱能。178179相對年代的確定方法新老地層學(xué)方法：沉積巖的原始沉積總是一層一層疊置起來的，它們存在著下伏沉積一定早于上覆沉積的相對新老關(guān)系。180