第1章人類對宇宙和地球認(rèn)識及發(fā)展

緒言巴明廷地球與空間2/3/20231地球與空間《地球與空間科學(xué)》是教育部師范司制定的高等師范院校小學(xué)教育專業(yè)（本科）培養(yǎng)計(jì)劃中的一門60學(xué)時(shí)課程的名稱，教育部沒有對此給出相應(yīng)的課程標(biāo)準(zhǔn)，高等教育出版社也沒有關(guān)于這門課程涵蓋范圍的指導(dǎo)性意見，而“地球與空間科學(xué)”又是一個(gè)特別大的題目。“地球科學(xué)”現(xiàn)在已包含大氣、地質(zhì)、地理、水科學(xué)和地球物理、地球化學(xué)等一級學(xué)科?！翱臻g”（space）的含義也很廣，包括宇宙空間、地球表層空間、小型空間和微觀空間等。課程簡介2/3/20232地球與空間第一章

人類對宇宙和地球認(rèn)識及發(fā)展第一節(jié)直觀天象及其觀測第二節(jié)探索宇宙第三節(jié)地球認(rèn)識的深化2/3/20233地球與空間一、人眼中的宇宙二、天體在天球上的位置和運(yùn)動(dòng)三、“天球儀”四、星空季節(jié)變化及其成因五、星空觀測第一節(jié)直觀天象及其觀測2/3/20234地球與空間一、人眼中的宇宙中國古人眼中的宇宙——（天圓地方）古人云：天圓如張蓋，地闊如棋盤。地是一塊平板，天是一個(gè)蓋子。西方：上帝創(chuàng)造了世界從地心說到日心說地球甚至太陽在宇宙中都十分渺小。人們對客觀世界的認(rèn)識在發(fā)展。2/3/20235地球與空間1.地平地球上過觀測者并與鉛垂線垂直的平面。2/3/20236地球與空間2.天球在晴朗的夜晚，仰望天空，眼前像有一個(gè)半球形的夜幕天穹，上面點(diǎn)綴著無數(shù)閃爍改變的明星，感覺自己仿佛是處在這個(gè)天穹的中心，這就是人們對“天球”的印象，天文學(xué)家為了研究天體的位置和天體的運(yùn)動(dòng)引入了“天球“的概念。天球是一個(gè)假想的球，它是以觀測者（或地心、日心）為中心，以無窮遠(yuǎn)為半徑的球，所有天體都投影在這個(gè)球面上。2/3/20237地球與空間2/3/20238地球與空間2/3/20239地球與空間2/3/202310地球與空間2/3/202311地球與空間2/3/202312地球與空間天球的透視2/3/202313地球與空間天球的特性:①具有正球體的一切幾何性質(zhì)。②一切天體都可以投影在天球上,天體之間的距離用角度表示。③球心可以根據(jù)討論需要任意選定。（日心天球、地心天球、地面天球）④同向平行射線交于天球上的一點(diǎn)。⑤地心天球和地面天球天球每日自東向西視運(yùn)動(dòng)一周。

天球●★★★★☆☆☆☆2/3/202314地球與空間同向平行射線交于天球上的一點(diǎn)：平行線永遠(yuǎn)不相交或在無窮遠(yuǎn)處相交事實(shí)上是一回事，因?yàn)樘烨蛏系狞c(diǎn)都是無窮遠(yuǎn)的。形象的比喻：遠(yuǎn)處的鐵道看起來是兩條線聯(lián)結(jié)為一個(gè)點(diǎn)。2/3/202315地球與空間3.天球上的天體天體是指宇宙空間的物質(zhì)的存在形式。天體的集聚，從而形成了各種天文狀態(tài)的研究對象。如在太陽系中的太陽、行星、衛(wèi)星、小行星、彗星、流星、行星際物質(zhì)，銀河系中的恒星、星團(tuán)、星云、星際物質(zhì)，以及河外星系、星系團(tuán)、超星系團(tuán)、星系際物質(zhì)等。通過射電探測手段和空間探測手段所發(fā)現(xiàn)的紅外源、紫外源、射電源、X射線源和γ射線源，也都是天體。人類發(fā)射進(jìn)太空的人造衛(wèi)星、宇宙飛船、空間實(shí)驗(yàn)室、各種探測器則被稱為人造天體。2/3/202316地球與空間主要天體：恒星行星衛(wèi)星彗星流星體星云和星系（深空天體）星際物質(zhì)人造天體暗物質(zhì)

①恒星并非不動(dòng)；②由熾熱的氣體組成的僅是恒星的大氣，恒星內(nèi)部不一定都有氣體組成；③自身發(fā)光只是恒星演化史上某一階段的現(xiàn)象

指天空上除太陽系天體（如行星、彗星或小行星）或恒星天體之外，用肉眼難以見到，但用探測器可獲悉的弱暗星系等天體（如M31等）2/3/202317地球與空間天體的顏色不盡相同。天體的亮度與視星等亮度是地球上的受光強(qiáng)度，通常用視星等表示。星等值越大亮度越小，星等值越小亮度越大。星等是天文學(xué)上對星星明暗程度的一種表示方法，記為m。通俗的說法是星星的等級。2/3/202318地球與空間人們根據(jù)恒星的亮暗程度，把恒星劃分了不同的等級，這個(gè)等級就叫做視星等。星等數(shù)越小，說明星越亮，星等數(shù)每相差1，星的亮度大約相差2.512倍。1等星的亮度恰好是6等星的100倍。例如，太陽是－26.7等，滿月的亮度是－12.6等，金星最亮?xí)r可達(dá)－4.4等。太陽是-26.74等。2/3/202319地球與空間星的等級越低，星數(shù)就越多。人們把肉眼能夠看到的星分為六等。一等星大約有21顆，二等星大約有60顆，三等星大約有180顆，四等星大約有500顆，五等星大約有1500顆，六等星大約有4500顆。星等每降低一等，星數(shù)約增加3倍。2/3/202320地球與空間我們把肉眼能夠看到的最暗的星設(shè)定是6等星（6m星）。天空中亮度在6等以上（即星等數(shù)小于6）也就是可以看到的星有6000多顆。當(dāng)然，同一時(shí)刻我們只能看到半個(gè)天球上的星星，即3000多顆。而當(dāng)今世界上最大的天文望遠(yuǎn)鏡能看到暗至24m的天體，而哈勃望遠(yuǎn)鏡能拍攝得到的最暗星等達(dá)30m。2/3/202321地球與空間恒星的真正亮度還可用光度表示。光度就是恒星每秒鐘輻射的總能量。恒星的光度與絕對星等之間存在著密切的關(guān)系。絕對星等相差1等，光度相差2.512倍。例如絕對星等1等星的光度是絕對星等2等星的光度的2.512倍，是絕對星等6等星的100倍。這和星等與視亮度之間的關(guān)系是類似的。恒星之間的光度差別非常大。以太陽為標(biāo)準(zhǔn)來比較，織女星的絕對星等是0.5等，它的光度是太陽的50倍。超巨星“天津四”的絕對星等大約是－7.2等，其光度比太陽強(qiáng)五萬多倍。還有一顆在星空中極不起眼的天蝎座“尾宿三”，視星等只有4.7等，但它的絕對星等是－10.2等，它的光度幾乎是太陽光度的150～180萬倍。光度超過太陽的100萬倍的恒星比比皆是2/3/202322地球與空間4.天體在天球上的運(yùn)動(dòng)2/3/202323地球與空間二、天體在天球上的位置和運(yùn)動(dòng)1、恒星間相對位置“恒定”2、周日視運(yùn)動(dòng)——地球自轉(zhuǎn)的反映3、周年視運(yùn)動(dòng)——地球公轉(zhuǎn)的結(jié)果2/3/202324地球與空間1、恒星間相對位置“恒定”星空形象的穩(wěn)定性恒星間相對位置“恒定”2/3/202325地球與空間星座的劃分為了認(rèn)星方便，人們用假想的線條將亮星連接起來，構(gòu)成各種各樣的圖形，或人為地把星空分成若干區(qū)域，這些圖形連同它們所在的天空區(qū)域，中國稱之星官，西方叫做星座。2/3/202326地球與空間中國古代把可見天空分為

三垣四象二十八宿三垣：北天極及附近的三個(gè)較大天區(qū)

紫微垣（中垣）天北極周圍天區(qū)

太微垣（上垣）包括紫微垣與二十八宿之間的獅子座、后發(fā)座、室女座、獵犬座等天區(qū)。

天市垣（下垣）包括蛇夫座、巨蛇座、天鷹座、武仙座、北冕座等天區(qū)。2/3/202327地球與空間二十八宿：

黃道附近的二十八個(gè)區(qū)域四象：將二十八宿分成四組，每組七宿，分別與四個(gè)地平方位、四種顏色相匹配。東方蒼龍，青色：角、亢、氐、房、心、尾、箕；北方玄武，黑色：斗、牛、女、虛、危、室、壁；西方白虎，白色：奎、婁、胃、昴、畢、觜、參；南方朱雀，紅色：井、鬼、柳、星、張、翼、軫；二十八宿的范圍有大有小，最大的為井宿，赤經(jīng)跨度約為330，而最小的觜宿和鬼宿，僅有20–30。2/3/202328地球與空間國際通行的星空區(qū)劃

——88個(gè)星座88個(gè)星座的確定：

1928年，國際天文聯(lián)合會(huì)正式公布了88個(gè)星座，并規(guī)定以1875年的春分點(diǎn)和赤道為基準(zhǔn)的赤經(jīng)線和赤緯線作為劃分星座范圍的界限。（其中北天29個(gè)，黃道12個(gè)，南天47個(gè)。）星座大小相差懸殊，所含星數(shù)也各不相同，同一星座的星無任何物理聯(lián)系。2/3/202329地球與空間漢語名面積亮于6等的星數(shù)漢語名面積亮于6等的星數(shù)（平方度）（平方度）仙女座722100大犬座38080唧筒座23920小犬座18320天燕座20620摩羯座41450寶瓶座98090船底座494110天鷹座65270仙后座59890天壇座23730半人馬座1060150白羊座44150仙王座58860御夫座65790鯨魚座1231100牧夫座90790堰蜓座13220雕具座12510圓規(guī)座9320鹿豹座75750天鴿座27040巨蟹座50660后發(fā)座38650獵犬座46530南冕座1282588個(gè)星座2/3/202330地球與空間漢語名面積亮于6等的星數(shù)漢語名面積亮于6等的星數(shù)（平方度）（平方度）北冕座17920武仙座1225140烏鴉座18415時(shí)鐘座24920巨爵座28220長蛇座14320南十字座6830水蛇座24320天鵝座804150印地安座29420海豚座18930蝎虎座20135箭魚座17920獅子座94770天龍座108380小獅座23220小馬座7210天兔座29040波江座1138100天秤座53850天爐座39835豺狼座33470雙子座51470天貓座54560天鶴座36630天琴座2864588個(gè)星座2/3/202331地球與空間漢語名面積亮于6等的星數(shù)漢語名面積亮于6等的星數(shù)（平方度）（平方度）山案座15315天箭座8020顯微鏡座21020人馬座867115麒麟座48285天蝎座497100蒼蠅座13830玉夫座47530矩尺座16520盾牌座10920南極座29135巨蛇座63760蛇夫座948100六分儀座31425獵戶座594120金牛座797125孔雀座37845望遠(yuǎn)鏡座25230飛馬座1121100三角座13215英仙座61590南三角座11020鳳凰座46940杜鵑座29525繪架座24730大熊座1280125雙魚座88975小熊座25620南魚座24525船帆座500110船尾座673140室女座129495羅盤座22125飛魚座14120網(wǎng)罟座11415狐貍座268452/3/202332地球與空間銀河銀河（MilkyWay），我國民間又稱“天河”、“天漢”。它看起來像一條白茫茫的亮帶，從東北向西南方向劃開整個(gè)天空。在銀河里有許多小光點(diǎn)，就像撒了白色的粉末一樣，輝映成一片。實(shí)際上一顆白色粉末就是一顆巨大的恒星，銀河就是由許許多多恒星構(gòu)成的。像太陽這樣的恒星在銀河中有2000多億顆很多恒星有衛(wèi)星。在太空俯視銀河，看到的銀河像個(gè)旋渦。晴朗的夜空，當(dāng)你抬頭仰望天空的時(shí)候，不僅能看到無數(shù)閃閃發(fā)光的星星，還能看到一條淡淡的紗巾似的光帶跨越整個(gè)天空，好像天空中的一條大河，夏季成南北方向，冬季接近于東西方向，那就是銀河。過去由于科學(xué)還不發(fā)達(dá)，不知道它究竟是什么，就又給了它一個(gè)名稱叫做天河，所以我國民間還流傳著牛郎織女每年七夕在鵲橋相會(huì)等許多唯美的神話故事。2/3/202333地球與空間實(shí)際上，銀河是銀河系的一部分，銀河系是太陽系所屬的星系。因其主體部分投影在天球上的亮帶被我國稱為銀河而得名。是我們置身其內(nèi)而側(cè)視銀河系時(shí)所看到的它布滿恒星的圓面。由于恒星發(fā)出的光離我們很遠(yuǎn)，數(shù)量又多，又與星際塵埃氣體混合在一起，因此看起來就像一條煙霧籠罩著的光帶，十分美麗。銀河各部分的亮度是不一樣的?？拷y心的半人馬座方向比其他部分更亮一些。2/3/202334地球與空間1）不同天體的周日運(yùn)動(dòng)2）不同緯度的周日運(yùn)動(dòng)2、周日視運(yùn)動(dòng)——地球自轉(zhuǎn)的反映2/3/202335地球與空間P天北極P'天南極地平圈天赤道圖A地球自轉(zhuǎn)的后果--導(dǎo)致天球的周日運(yùn)動(dòng)PP'天赤道圖B地平圈出沒星區(qū)恒顯星區(qū)恒隱星區(qū)PP'圖C地平圈①天體周日運(yùn)動(dòng)的軌跡（周日圈）平行于天赤道。②天體周日圈的大小隨天體δ絕對值的增大而縮小。③地理緯度不同，天體周日圈的傾角不同θ=90°-|

|θ2/3/202336地球與空間P天北極地平圈2/3/202337地球與空間天頂Z天北極P地平圈天赤道

hPδZ共有的余角2/3/202338地球與空間仰極的高度hP=當(dāng)?shù)氐牡乩砭暥圈?/3/202339地球與空間恒顯（隱）星2/3/202340地球與空間3.太陽周年視運(yùn)動(dòng)是地球公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的真實(shí)反映太陽周年運(yùn)動(dòng)指太陽每年相對星空運(yùn)行一周（每天移動(dòng)59），這種運(yùn)行是地球公轉(zhuǎn)的反映。2/3/202341地球與空間2/3/202342地球與空間黃道12宮2/3/202343地球與空間三、“天球儀”天球儀即天球的模型，是一種用于航海、天文教學(xué)和普及天文知識的輔助儀器，人們利用它表述天球的各種坐標(biāo)、天體的視運(yùn)動(dòng)以及求解一些實(shí)用天文問題。一般在一個(gè)圓球面上繪有全天88星座、低至五等星名、主要星云星團(tuán)、古中國二十八宿及赤道、黃道、赤經(jīng)圈和赤緯圈等幾種天球坐標(biāo)系的刻度就制成天球。2/3/202344地球與空間南京紫金山天文臺(tái)天球儀2/3/202345地球與空間1.天球儀的結(jié)構(gòu)①天球②子午圈③天赤道④黃道⑤地平圈⑥豎環(huán)⑦底座⑧螺旋2/3/202346地球與空間2/3/202347地球與空間透明天球儀2/3/202348地球與空間燈光天球儀2/3/202349地球與空間2.天球儀的坐標(biāo)系1）赤道坐標(biāo)系在天球儀的星空球殼上，類似于地球儀的經(jīng)緯網(wǎng)。2）地平坐標(biāo)系天球儀的豎環(huán)上刻有地平坐標(biāo)系的高度角，地平圈圓框上刻有地平方位角。2/3/202350地球與空間四、星空季節(jié)變化及其成因寒來暑往，斗轉(zhuǎn)星移。這說明隨著一年四季的變更，四季星空也在變化。由于地球在繞太陽運(yùn)動(dòng)過程中，地球和太陽的相對位置不斷變化，因此，一年中同是在晚上，不同季節(jié)看到的星象是不一樣的。星空變化是指人們所觀測到的某相同時(shí)辰的星空，隨著季節(jié)的遷移而變化。由于人們多在黃昏后觀察星空，星空季節(jié)變化的星空，常常指黃昏后某時(shí)辰的星空2/3/202351地球與空間（一）星空季節(jié)變化春季大三角牧夫座星、室女座星、獅子座星夏季大三角天琴座星、天鷹座星、天鵝座星秋季四邊形飛馬座、β、γ星、仙女座星冬季大三角獵戶座星、大犬座星、小犬座星2/3/202352地球與空間四季北斗

斗柄在不同季節(jié)指示不同方向北秋南東冬夏西春2/3/202353地球與空間春季星空春季大三角：牧夫座α星（大角）、室女座α星（角宿一）和獅子座α星（軒轅十四）組成大三角。春季大曲線2/3/202354地球與空間夏季星空夏季大三角：天琴座α星（織女）、天鷹座α星（牛郎）和天鵝座α星（天津四）組成大三角。2/3/202355地球與空間秋季星空秋季四邊形：飛馬座α、β、γ星和仙女座α組成了秋季四邊形。飛馬當(dāng)空銀河斜掛燦爛的王族星座2/3/202356地球與空間冬季星空冬季大三角：獵戶座α星（參宿四）、大犬座α星（天狼）和小犬座α星（南河三）組成大三角。冬季大六邊形冬季大花環(huán)2/3/202357地球與空間參考網(wǎng)站星友空間站/香港太空館.hk/CE/Museum/Space/StarShine/c_index.htm廣東省天文科普網(wǎng)/soft/show.asp洪恩在線-天文大觀/art/twdg/index.htm2/3/202358地球與空間2/3/202359地球與空間（二）星空季節(jié)變化的成因由于地球自轉(zhuǎn)的同時(shí)又在公轉(zhuǎn)，形成了星空的季節(jié)性變化，不同季節(jié)晚上的同一時(shí)刻，恒星的位置有所不同。因此，人們按照春、夏、秋、冬四個(gè)季節(jié)把星空分為四季星空。2/3/202360地球與空間2/3/202361地球與空間春：獅子中天；太陽—飛馬夏：天蝎中天；太陽—獵戶秋：飛馬中天；太陽—獅子冬：獵戶中天；太陽—天蝎夜半中星隨季節(jié)的變化EastChinaNormalUniversity2/3/202362地球與空間2/3/202363地球與空間2/3/202364地球與空間二分二至日黃道十二星座在天空的大致方位雙魚座白羊座金牛座雙子座巨蟹座獅子座室女座天秤座天蝎座人馬座摩羯座寶瓶座春分夏至秋分冬至2/3/202365地球與空間標(biāo)志星座出生日期（公歷）別名?白羊座3月21日~4月19日牡羊座?金牛座4月20日～5月20日金牛座?雙子座5月21日～6月21日雙子座?巨蟹座6月22日～7月22日巨蟹座?獅子座7月23日～8月22日獅子座?處女座8月23日～9月22日室女座?天秤座9月23日～10月23日天平座?天蝎座10月24日～11月22日天蝎座?射手座11月23日～12月21日人馬座?摩羯座12月22日～1月19日山羊座?水瓶座1月20日～2月18日寶瓶座?雙魚座2月19日～3月20日雙魚座2/3/202366地球與空間五、星空觀測1.利用天球儀觀測任意日期和時(shí)刻的天空1）確定當(dāng)日太陽所在星座A2）把星座A轉(zhuǎn)到地平3）地平圈以上部分既是當(dāng)時(shí)的天空。2/3/202367地球與空間2.利用星圖和活動(dòng)星圖活動(dòng)星圖制作見附錄2/3/202368地球與空間1.將觀測日期與觀測時(shí)間對準(zhǔn)。赤道黃道2.舉星圖到頭頂上，將方位對準(zhǔn)。3.以標(biāo)出緯度的圈為地平線。4.過北極星在心中畫一平分星空的線,就是空中子午線。5.從北極星到此點(diǎn)的度數(shù)估計(jì)出天頂?shù)奈恢谩４藞D大概在織女星附近。怎樣使用活動(dòng)星圖？2/3/202369地球與空間怎樣記憶星空（1）星空分區(qū)在活動(dòng)星圖上以春分、秋分和冬至、夏至連線為中心線把星圖分為四等分。通過春分點(diǎn)、夏至、秋分、冬至點(diǎn)的星區(qū)分別取名為仙后星區(qū)、御夫星區(qū)、大熊星區(qū)、天琴星區(qū)（2）記住各區(qū)的主要亮星2/3/202370地球與空間仙后星區(qū)亮星1顆，北落師門，位于飛馬座的正南方。星座5個(gè):北落師門，飛馬，仙女，仙后，鯨魚。御夫星區(qū)亮星7顆，以參宿四為中心，排列成六角形，六角形的西部三星是五車二、畢宿五和參宿七，東部三星是北河三、南河三和天狼星。星座6個(gè):御夫，金牛，獵戶，雙子，大犬，小犬。2/3/202371地球與空間大熊星區(qū)有3顆亮星，大角、角宿一和軒轅十四，三者構(gòu)成一個(gè)等腰三角形。星座4個(gè)，大熊，獅子，室女，牧夫。天琴星區(qū)有4顆亮星，包括東北三星，即牛郎、織女和天津四，成一等腰三角形。西南一星，心宿二。星座6個(gè):天蝎，人馬，天鷹，天鵝，天琴，武仙。2/3/202372地球與空間只要記住這巧顆頭等亮星，就可記住21個(gè)主要星座及其128顆恒星，就能掌握一張簡單明了的全天星圖。有了這樣一張全天星圖，就可以方便地觀測星空了。因此記住這四個(gè)星區(qū)的巧個(gè)亮星是觀測星空的首要工作。在做好的活動(dòng)星圖上標(biāo)出這巧顆亮星。2/3/202373地球與空間（3）掌握星空模式春分模式:御夫(星區(qū))西落，大熊(星區(qū))東升夏至模式:大熊(星區(qū))西落，天琴(星區(qū))東升秋分模式:天琴(星區(qū))西落，仙后(星區(qū))東升冬至模式:仙后(星區(qū))西落，御夫(星區(qū))東升春御、夏熊、秋琴、冬后2/3/202374地球與空間3.利用星空軟件Skymap2/3/202375地球與空間虛擬天文館2/3/202376地球與空間谷歌星空“GoogleSkyMap2/3/202377地球與空間微軟太空望遠(yuǎn)鏡2/3/202378地球與空間一、從原始宇宙觀到太陽系認(rèn)識的確立二、近代天文學(xué)的興起和恒星世界的探究三、認(rèn)識我們整個(gè)的宇宙第二節(jié)探索宇宙2/3/202379地球與空間一、從原始宇宙觀到太陽系認(rèn)識的確立1.地球球形說證據(jù)：（1）航行有關(guān)的現(xiàn)象（2）星空周日運(yùn)動(dòng)南北差異的現(xiàn)象（3）月食現(xiàn)象2/3/202380地球與空間2.地心說地心說是長期盛行于古代歐洲的宇宙學(xué)說。它最初由古希臘學(xué)者歐多克斯提出，后經(jīng)亞里士多德、托勒密進(jìn)一步發(fā)展而逐漸建立和完善起來。2/3/202381地球與空間托勒密認(rèn)為，地球處于宇宙中心靜止不動(dòng)。從地球向外，依次有月球、水星、金星、太陽、火星、木星和土星，在各自的圓軌道上繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)。其中，行星的運(yùn)動(dòng)要比太陽、月球復(fù)雜些：行星在本輪上運(yùn)動(dòng)，而本輪又沿均輪繞地運(yùn)行。在太陽、月球行星之外，是鑲嵌著所有恒星的天球——恒星天。再外面，是推動(dòng)天體運(yùn)動(dòng)的原動(dòng)天。2/3/202382地球與空間地心說是世界上第一個(gè)行星體系模型。盡管它把地球當(dāng)作宇宙中心是錯(cuò)誤的，然而它的歷史功績不應(yīng)抹殺。地心說承認(rèn)地球是“球形”的，并把行星從恒星中區(qū)別出來，著眼于探索和揭示行星的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，這標(biāo)志著人類對宇宙認(rèn)識的一大進(jìn)步。地心說最重要的成就是運(yùn)用數(shù)學(xué)計(jì)算行星的運(yùn)行，托勒密還第一次提出“運(yùn)行軌道”的概念，設(shè)計(jì)出了一個(gè)本輪均輪模型。按照這個(gè)模型，人們能夠?qū)π行堑倪\(yùn)動(dòng)進(jìn)行定量計(jì)算，推測行星所在的位置，這是一個(gè)了不起的創(chuàng)造。在一定時(shí)期里，依據(jù)這個(gè)模型可以在一定程度上正確地預(yù)測天象，因而在生產(chǎn)實(shí)踐中也起過一定的作用。2/3/202383地球與空間3.日心地動(dòng)說尼古拉·哥白尼（1473——1543）是波蘭的天文學(xué)家。哥白尼上中學(xué)時(shí)就對天文學(xué)很感興趣，曾跟著老師在教堂的塔頂上觀察星空。他相信研究天文學(xué)只有兩件法寶：數(shù)學(xué)和觀測。他不辭勞苦，克服困難，每天堅(jiān)持觀測天文現(xiàn)象，30年如一日，終于取得了可靠的數(shù)據(jù)，提出了“日心說”，并在臨終前終于出版了他的不朽名著《天體運(yùn)行論》。哥白尼的“日心說”沉重地打擊了教會(huì)的宇宙觀，這是唯物主義和唯心主義斗爭的偉大勝利。哥白尼是歐洲文藝復(fù)興時(shí)期的一位巨人。他用畢生的精力去研究天文學(xué)，為后世留下了寶貴的遺產(chǎn)。哥白尼遺骨于2010年5月22日在波蘭弗龍堡大教堂隆重的重新下葬。2/3/202384地球與空間

哥白尼提出的“日心說”，有力地打破了長期以來居于宗教統(tǒng)治地位的“地心說”，實(shí)現(xiàn)了天文學(xué)的根本變革。2/3/202385地球與空間日心說的觀點(diǎn)是1）地球是球形的。如果在船桅頂放一個(gè)光源，當(dāng)船駛離海岸時(shí)，岸上的人們會(huì)看見亮光逐漸降低，直至消失。2）地球在運(yùn)動(dòng)，并且24小時(shí)自轉(zhuǎn)一周。因?yàn)樘炜毡却蟮卮蟮奶?，如果無限大的天穹在旋轉(zhuǎn)而地球不動(dòng)，實(shí)在是不可想象。3）太陽是不動(dòng)的，而且在宇宙中心，地球以及其他行星都一起圍繞太陽做圓周運(yùn)動(dòng)，只有月亮環(huán)繞地球運(yùn)行。2/3/202386地球與空間3.牛頓的萬有引力萬有引力定律是艾薩克·牛頓在1687年于《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》上發(fā)表的。牛頓的普適的萬有引力定律表示如下：任意兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)有通過連心線方向上的力相互吸引。該引力大小與它們質(zhì)量的乘積成正比與它們距離的平方成反比，與兩物體的化學(xué)組成和其間介質(zhì)種類無關(guān)。2/3/202387地球與空間二、近代天文學(xué)的興起和恒星世界的探究1.17—19世紀(jì)宇宙探索的進(jìn)展近代天文學(xué)的興起源自天文觀測技術(shù)的提高和應(yīng)用。2/3/202388地球與空間

伽利略親手制作的世界上第一架天文望遠(yuǎn)鏡2/3/202389地球與空間光學(xué)領(lǐng)域新技術(shù)：分光術(shù)和照相術(shù)等的運(yùn)用使宇宙探索從天體的空間分布、運(yùn)動(dòng)特征研究擴(kuò)展到天體各種物理、化學(xué)性質(zhì)的深層次研究。2/3/202390地球與空間2.探究恒星世界伽利略用望遠(yuǎn)鏡將云霧狀的銀河系分解為恒星，證實(shí)銀河系是有恒星密集而成。越來越多的暗弱恒星和星云，以及變星、雙星、聚星、星云和星團(tuán)被發(fā)現(xiàn)。恒星的恒星的距離和恒星的自行也被發(fā)現(xiàn)。2/3/202391地球與空間3.應(yīng)用一切可用的科學(xué)技術(shù)從一切可能的角度探究（1）光學(xué)方法光學(xué)方法可測定恒星的光度和光譜。利用光譜分析可以推測有關(guān)恒星和星云的化學(xué)組成和物理性質(zhì)。2/3/202392地球與空間利用光譜法還可測定恒星的視向速度。視向速度是物體朝向視線方向的速度。一個(gè)物體的光線在視向速度上會(huì)受多普勒效應(yīng)的支配，退行的物體光波長將增加(紅移)，而接近的物體光波長將減少（藍(lán)移。）恒星的視向速度，能夠經(jīng)由高解析的光譜精確的測量，并且和在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)測出的已知譜線波長做比較。在習(xí)慣上，正的視向速度表示物體在退行，如果是負(fù)值，物體則是在接近。2/3/202393地球與空間（2）幾何方法測量恒星間距離恒星的大小恒星的切向速度天體分布乃至銀河系結(jié)構(gòu)2/3/202394地球與空間（3）力學(xué)方法典型應(yīng)用是雙星研究2/3/202395地球與空間4.基于已知物理量之間的關(guān)系，從已知量求未知量。如果發(fā)現(xiàn)規(guī)律性的東西，就可以將該規(guī)律應(yīng)用于另一些只知道部分物理量的恒星，從已知的物理量求未知的物理量。2/3/202396地球與空間三、認(rèn)識我們的宇宙2/3/202397地球與空間望遠(yuǎn)鏡運(yùn)載火箭探索工具航天器天文望遠(yuǎn)鏡射電望遠(yuǎn)鏡反射望遠(yuǎn)鏡光學(xué)望遠(yuǎn)鏡空間站探測器宇宙飛船人造衛(wèi)星三、認(rèn)識我們的宇宙1.20世紀(jì)以來宇宙探索的進(jìn)展2/3/202398地球與空間射電望遠(yuǎn)鏡2/3/202399地球與空間運(yùn)載火箭

2/3/2023100地球與空間月球勘探者2/3/2023101地球與空間人造地球衛(wèi)星2/3/2023102地球與空間天文望遠(yuǎn)鏡2/3/2023103地球與空間紫金山天文望遠(yuǎn)鏡2/3/2023104地球與空間大型天文望遠(yuǎn)鏡2/3/2023105地球與空間著名的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡2/3/2023106地球與空間

哈勃望遠(yuǎn)鏡

以時(shí)速2.8萬公里沿寂靜的太空軌道運(yùn)行，默默地窺探著太空的秘密。哈勃望遠(yuǎn)鏡的觀測能力等于從華盛頓看到1.6萬公里外悉尼的一只螢火蟲。它發(fā)現(xiàn)了宇宙邊緣最遙遠(yuǎn)的古老星系及最遙遠(yuǎn)的天體，哈勃望遠(yuǎn)鏡上的超級攝譜儀還向人們揭示了超新星的化學(xué)成分。利用這些極其珍貴的太空圖像和宇宙資料，科學(xué)家們?nèi)〉昧艘幌盗型黄菩缘某删汀３良哦嗄甑奶煳膶W(xué)領(lǐng)域，正發(fā)生著天翻地覆的變化。2/3/2023107地球與空間哈勃太空望遠(yuǎn)鏡哈勃太空望遠(yuǎn)鏡使人類對宇宙又有了嶄新的認(rèn)識——

太空望遠(yuǎn)鏡從地球上發(fā)射，安放與在“朦朧”大氣層之外“清晰”的太空。憑借其驚人的視野與敏銳的“洞察力”，宇宙的奧秘正不斷被揭開。哈勃望遠(yuǎn)鏡長13.3米，直徑4.3米，重11.6噸，造價(jià)近30億美元，于1990年4月25日由美國航天飛機(jī)送上高590公里的太空。（軌道半徑6961，即約7000公里）

2/3/2023108地球與空間哈勃太空望遠(yuǎn)鏡2/3/2023109地球與空間

射電望遠(yuǎn)鏡專門接收天體發(fā)出的無線電波2/3/2023110地球與空間

伽利略望遠(yuǎn)鏡觀察到的天體2/3/2023111地球與空間

天文望遠(yuǎn)鏡觀察到的天體2/3/2023112地球與空間

天文望遠(yuǎn)鏡觀察到的仙女座星系2/3/2023113地球與空間射電望遠(yuǎn)鏡觀察到的超新星爆炸2/3/2023114地球與空間射電望遠(yuǎn)鏡觀察到的星云圖2/3/2023115地球與空間哈勃太空望遠(yuǎn)鏡觀察到的M51星云圖2/3/2023116地球與空間哈勃太空望遠(yuǎn)鏡觀察到的超新星爆炸圖2/3/2023117地球與空間火箭的出現(xiàn)，終于實(shí)現(xiàn)了人們想沖出地球，飛向宇宙的夢想。2/3/2023118地球與空間（1）全方位觀測技術(shù)的出現(xiàn)出現(xiàn)了新的天文學(xué)學(xué)科分類從觀測技術(shù)的角度劃分：光學(xué)天文學(xué)，紅外天文學(xué)，射電天文學(xué)。（2）數(shù)字技術(shù)和電子技術(shù)的推動(dòng)。（3）航天技術(shù)的推動(dòng)。2/3/2023119地球與空間2.星系世界的發(fā)現(xiàn)兩類星宇一是在天球上沿銀河分布，顯現(xiàn)出氣體塵埃特點(diǎn)；二是分布與銀河之外，光譜顯現(xiàn)出恒星特點(diǎn)。2/3/2023120地球與空間3.總星系的重要特征和現(xiàn)代宇宙學(xué)（1）宇宙在膨脹之中（2）宇宙微波背景輻射（3）化學(xué)組成：氫元素占四分之三，氦元素占四分之一。2/3/2023121地球與空間地球月球地月系太陽系其他恒星系統(tǒng)銀河系河外星系總星系（可見宇宙）其他行星系統(tǒng)2/3/2023122地球與空間一、地球科學(xué)的興起與發(fā)展二、航天時(shí)代的地球科學(xué)和空間科學(xué)三、地理信息科學(xué)和技術(shù)思考與練習(xí)觀測與實(shí)習(xí)第三節(jié)地球認(rèn)識的深化2/3/2023123地球與空間一、地球科學(xué)的興起與發(fā)展

1.文藝復(fù)興前人類對地表環(huán)境的認(rèn)識（1）對水圈的認(rèn)識陸地水文興修水利流體力學(xué)的認(rèn)識海洋的有關(guān)知識2/3/2023124地球與空間（2）對大氣的認(rèn)識一是天氣和氣候物候觀測二是探索天氣和氣候演變規(guī)律（3）巖石圈認(rèn)識一是礦物研究方面二是地質(zhì)地貌方面三是探索某些地質(zhì)現(xiàn)象、構(gòu)造和地貌的成因2/3/2023125地球與空間2.地球科學(xué)各分支體系的形成（1）水和海洋科學(xué)（2）大氣科學(xué)（3）地質(zhì)學(xué)（4）測繪科學(xué)（5）區(qū)域地理2/3/2023126地球與空間3.地圖和地圖投影地圖是按一定的比例運(yùn)用符號、顏色、文字注記等描繪顯示地球表面的自然地理、行政區(qū)域、社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況的圖形。2/3/2023127地球與空間2/3/2023128地球與空間地圖投影就是指建立地球表面（或其他星球表面或天球面）上的點(diǎn)與投影平面（即地圖平面）上點(diǎn)之間的一一對應(yīng)關(guān)系的方法。即建立之間的數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換公式。它將作為一個(gè)不可展平的曲面即地球表面投影到一個(gè)平面的基本方法，保證了空間信息在區(qū)域上的聯(lián)系與完整。這個(gè)投影過程將產(chǎn)生投影變形，而且不同的投影方法具有不同性質(zhì)和大小的投影變形。2/3/2023129地球與空間2/3/2023130地球與空間等差分緯線多圓錐投影2/3/2023131地球與空間4.20世紀(jì)的現(xiàn)代地球科學(xué)（1）地球科學(xué)總體市屬于應(yīng)用科學(xué)的范疇（2）地球科學(xué)觀測儀器更新?lián)Q代不斷加快；（3）數(shù)字技術(shù)以及電子技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，極大地加強(qiáng)了采集、傳輸、分析和處理科學(xué)數(shù)據(jù)能力。2/3/2023132地球與空間20世紀(jì)地球科學(xué)的發(fā)展有三個(gè)特點(diǎn)1.地球科學(xué)不少分支取得重大進(jìn)展或突破2.不斷涌現(xiàn)新的一級、二級、三級分支學(xué)科，以及眾多的分支學(xué)科3.地球科學(xué)與新興的資源、環(huán)境和區(qū)域科學(xué)聯(lián)動(dòng)發(fā)展。2/3/2023133地球與空間1.航天技術(shù)和航天器1957年前蘇聯(lián)第一顆人造衛(wèi)星發(fā)射成功。人類已發(fā)射大約6000多個(gè)航天器。90％以上是人造衛(wèi)星。二、航天時(shí)代的地球科學(xué)和空間科學(xué)2/3/2023134地球與空間2/3/2023135地球與空間2.空間科學(xué)及其與地球科學(xué)的關(guān)系空間科學(xué)專指利用航天器研究發(fā)生在地球上、日地空間、行星際空間乃至整個(gè)宇宙的物理、天文、化學(xué)、地理環(huán)境和生命等自然現(xiàn)象及其規(guī)律的科學(xué)?？臻g科學(xué)以航天技術(shù)為基礎(chǔ)，包括空間飛行、空間探測和空間開發(fā)等幾個(gè)方面2/3/2023136地球與空間空間科學(xué)與地球科學(xué)的關(guān)系空間科學(xué)技術(shù)對認(rèn)識近地球空間，認(rèn)識地球系統(tǒng)與外部的交互有重要意義；對地觀測技術(shù)為地球科學(xué)各分支學(xué)科提供觀測數(shù)據(jù)，極大地促進(jìn)了現(xiàn)代地球科學(xué)的發(fā)展。2/3/2023137地球與空間3.遙感和全球定位系統(tǒng)（1）全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GloblePositioningSystem)是一種結(jié)合衛(wèi)星及通訊發(fā)展的技術(shù),利用導(dǎo)航衛(wèi)星進(jìn)行測時(shí)和測距。全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(簡稱GPS)是美國從上世紀(jì)70年代開始研制,歷時(shí)20余年,耗資200億美元,于1994年全面建成。具有海陸空全方位實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航與定位能力的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。經(jīng)過近十年我國測繪等部門的使用表明,全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)以全天候、高精度、自動(dòng)化、高效益等特點(diǎn),成功地應(yīng)用于大地測量、工程測量、航空攝影、運(yùn)載工具導(dǎo)航和管制、地殼運(yùn)動(dòng)測量、工程變形測量、資源勘察、地球動(dòng)力學(xué)等多種學(xué)科,取得了好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。現(xiàn)有的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)有美國的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)和俄羅斯的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GlobleNaviga2tionSatelliteSystem),簡稱GLONASS，以及中國北斗星，歐洲伽利略。2/3/2023138地球與空間GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)由三部分組成:空間部分—GPS星座;地面控制部分—地面監(jiān)控系統(tǒng);用戶設(shè)備部分—GPS信號接收機(jī)。1.空間部分GPS的空間部分是由24顆工作衛(wèi)星組成,它位于距地表20200km的上空,均勻分布在6個(gè)軌道面上(每個(gè)軌道面4顆),軌道傾角為55°。此外,還有4顆有源備份衛(wèi)星在軌運(yùn)行。衛(wèi)星的分布使得在全球任何地方、任何時(shí)間都可觀測到4顆以上的衛(wèi)星,并能保持良好定位解算精度的幾何圖象。這就提供了在時(shí)間上連續(xù)的全球?qū)Ш侥芰Α?/3/2023139地球與空間2.地面控制部分地面控制部分由一個(gè)主控站,5個(gè)全球監(jiān)測站和3個(gè)地面控制站組成。3.用戶設(shè)備部分用戶設(shè)備部分即GPS信號接收機(jī)。其主要功能是能夠捕獲到按一定衛(wèi)星截止角所選擇的待測衛(wèi)星,并跟蹤這些衛(wèi)星的運(yùn)行。當(dāng)接收機(jī)捕獲到跟蹤的衛(wèi)星信號后,即可測量出接收天線至衛(wèi)星的偽距離和距離的變化率,解調(diào)出衛(wèi)星軌道參數(shù)等數(shù)據(jù)。根據(jù)這些數(shù)據(jù),接收機(jī)中的微處理計(jì)算機(jī)就可按定位解算方法進(jìn)行定位計(jì)算,計(jì)算出用戶所在地理位置的經(jīng)緯度、高度、速度、時(shí)間等信息。2/3/2023140地球與空間北斗星導(dǎo)航定位系統(tǒng)(簡稱北斗系統(tǒng))由空間星座、地面控制中心系統(tǒng)和用戶終端三部分構(gòu)成。1、空間星座建設(shè)中的中國北斗導(dǎo)航系統(tǒng)(COMPASS)空間段計(jì)劃由五顆靜止軌道衛(wèi)星和三十顆非靜止軌道衛(wèi)星組成，提供兩種服務(wù)方式，即開放服務(wù)和授權(quán)服務(wù)。2/3/2023141地球與空間2、地面控制中心系統(tǒng)北斗系統(tǒng)地面控制中心包括主控、測軌站、測高站、校正站和計(jì)算中心，主要用來測量和收集校正導(dǎo)航定位參數(shù)，完成測軌和調(diào)整衛(wèi)星的運(yùn)行軌道，姿態(tài)，編制星歷，形成用戶定位修正數(shù)據(jù)和對用戶進(jìn)行定位，即負(fù)責(zé)無線電信號的發(fā)送接收及對整個(gè)工作系統(tǒng)的監(jiān)控管理。2/3/2023142地球與空間3、用戶設(shè)備根據(jù)北斗用戶機(jī)和應(yīng)用環(huán)境和功能的不同，通常北斗用戶機(jī)有五種類型：普通型。該型用戶機(jī)只能進(jìn)行定位和點(diǎn)對點(diǎn)的通信，適合于一般車輛、船舶及便攜等用戶的定位導(dǎo)航應(yīng)用，可接收和發(fā)送定位及通信信息，與中心站及其它用戶終端雙向通信。通信型。適合于野外作業(yè)，水文測量、環(huán)境檢測等各類數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳輸用戶，可接收和發(fā)送短信息、報(bào)文，與中心站和其它用戶終端進(jìn)行雙向或單向通信。授時(shí)型。適合于授時(shí)、校時(shí)、時(shí)間同步等用戶，可提供數(shù)十納秒級的時(shí)間同步精度。指揮型。指揮型用戶機(jī)是供擁有一定數(shù)量用戶的上級集團(tuán)管理部門所使用，除具有普通用戶機(jī)所有功能外，還能夠播發(fā)通播信息和接收中心控制系統(tǒng)發(fā)給所屬用戶的定位通信信息。指揮型用戶機(jī)又可分為一、二、三級。其中一級指揮型用戶機(jī)，所轄用戶為普通型用戶機(jī)；二級指揮用戶機(jī)，所轄用戶為一級指揮機(jī)用戶；三級指揮型用戶機(jī)，所轄用戶為二級指揮機(jī)用戶。多模型用戶機(jī)。此種用戶機(jī)既能接收北斗衛(wèi)星定位和通信信息，又可利用GPS系統(tǒng)或GPS增強(qiáng)系統(tǒng)導(dǎo)航定位，適合于對位置信息要求比較高的用戶。2/3/2023143地球與空間2.遙感技術(shù)[remotesensing]通過人造地球衛(wèi)星上的遙測儀器把對地球表面實(shí)施感應(yīng)遙測和資源管理的監(jiān)視(如樹木、草地、土壤、水、礦物、農(nóng)家作物、魚類和野生動(dòng)物等的資源管理)結(jié)合起來的一種新技術(shù)。2/3/2023144地球與空間遙感技術(shù)已廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、地質(zhì)、海洋、氣象、水文、軍事、環(huán)保等領(lǐng)域。在未來的十年中，預(yù)計(jì)遙感技術(shù)將步入一個(gè)能快速，及時(shí)提供多種對地觀測數(shù)據(jù)的新階段。遙感圖像的空間分辨率，光譜分辨率和時(shí)間分辨率都會(huì)有極大的提高。其應(yīng)用領(lǐng)域隨著空間技術(shù)發(fā)展，尤其是地理信息系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展及相互滲透，將會(huì)越來越廣泛。遙感在地理學(xué)中的應(yīng)用，進(jìn)一步推動(dòng)和促進(jìn)了地理學(xué)的研究和發(fā)展，使地理學(xué)進(jìn)入到一個(gè)新的發(fā)展階段。遙感信息應(yīng)用是遙感的最終目的。遙感應(yīng)用則應(yīng)根據(jù)專業(yè)目標(biāo)的需要，選擇適宜的遙感信息及其工作方法進(jìn)行，以取得較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。2/3/2023145地球與空間地理數(shù)據(jù)獲取遙感影像是地球表面的“相片”，真實(shí)地展現(xiàn)了地球表面物體的形狀、大小、顏色等信息。這比傳統(tǒng)的地圖更容易被大眾接受，影像地圖已經(jīng)成為重要的地圖種類之一。遙感獲取資源信息遙感影像上具有豐富的信息，多光譜數(shù)據(jù)的波譜分辨率越來越高，可以獲取紅邊波段、黃邊波段等。高光譜傳感器也發(fā)展迅速，我國的環(huán)境小衛(wèi)星也搭載了高光譜傳感器。這些地球資源信息能在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利、海洋、生態(tài)環(huán)境等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。2/3/2023146地球與空間遙感應(yīng)急災(zāi)害資料遙感技術(shù)具有在不接觸目標(biāo)情況下獲取信息的能力。在遭遇災(zāi)害的情況下，遙感影像是我們能夠方便立刻獲取的地理信息。在地圖缺乏的地區(qū)，遙感影像甚至是我們能夠獲取的唯一信息。在5.12汶川地震中，遙感影像在災(zāi)情信息獲取、救災(zāi)決策和災(zāi)害重建中發(fā)揮了重要作用。海地發(fā)生強(qiáng)震后，已有多家航天機(jī)構(gòu)的20余顆衛(wèi)星參與了救援工作。遙感自然災(zāi)害遙感我國已建立了重大自然災(zāi)害遙感監(jiān)測評估運(yùn)行系統(tǒng)，可以應(yīng)用于臺(tái)風(fēng)、暴雨、洪澇、旱災(zāi)、森林大火等災(zāi)害的監(jiān)測能力特別是快速圖像處理和評估系統(tǒng)的建立，具有對突發(fā)性災(zāi)害的快速應(yīng)急反應(yīng)能力，使該系統(tǒng)能在幾小時(shí)內(nèi)獲得災(zāi)情數(shù)據(jù)，一天內(nèi)做出災(zāi)情的快速評估，一周內(nèi)完成詳實(shí)的評估。例如在臺(tái)風(fēng)天，通過災(zāi)害遙感就可以準(zhǔn)確的劃分出受臺(tái)風(fēng)影響區(qū)域，通過氣象預(yù)警發(fā)布有效信息，人們便可由此對農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行防護(hù)措施，降低損失。遙感農(nóng)業(yè)遙感監(jiān)測在農(nóng)業(yè)方面，利用遙感技術(shù)監(jiān)測農(nóng)作物種植面積、農(nóng)作物長勢信息，快速監(jiān)測和評估農(nóng)業(yè)干旱和病蟲害等災(zāi)害信息，估算全球范圍、全國和區(qū)域范圍的農(nóng)作物產(chǎn)量，為糧食供應(yīng)數(shù)量分析與預(yù)測預(yù)警提供信息。2/3/2023147地球與空間現(xiàn)代遙感技術(shù)2/3/2023148地球與空間