地球概論課件

第二章地球的宇宙環(huán)境恒星和星系恒星星系太陽和太陽系太陽太陽系月球和地月系月球地月系EastChinaNormalUniversity第三節(jié)恒星和星系天文學的研究對象：天文學的研究對象是天體。它研究天體的位置和運動、研究它們的化學組成、物理狀態(tài)和過程，研究它們的結(jié)構(gòu)和演化規(guī)律，研究如何利用關(guān)于天體的知識造福人類。四方上下曰宇，往古來今曰宙。（戰(zhàn)國《尸子》）空間時間天文學概說學科體系按研究方法分天體測量學：研究和測定各類天體的位置和運動，建立天球參考系等。天體力學：研究天體的空間運動規(guī)律。天體物理學：研究天體的引力場、磁場、輻射等現(xiàn)象和規(guī)律。按觀測手段分光學天文學射電天文學紅外天文學空間天文學作用為人類提供準確的時間，為測繪、航空、航海服務；天體力學知識提供了人造衛(wèi)星軌道計算方法，促進航天技術(shù)的發(fā)展；天體物理學研究并預報太陽活動的變化規(guī)律，對人類有重大意義；在探索宇宙奧秘，發(fā)現(xiàn)自然規(guī)律等基本理論研究方面也占有重要地位。EastChinaNormalUniversity圖2-1

恒星的空間速度及其兩個分量：視向速度和切向速度（自行）。恒星一、恒星及其自行定義：由熾熱氣體組成的、能夠自身發(fā)光的球形或類似球形的天體。恒星空間速度的兩個分量：視向速度和切向速度

恒星自行 恒星的自行速度，一般都小于每年0.1″，迄今只發(fā)現(xiàn)有400余顆恒星的自行超過每年1″。圖2-2

北斗七星的自行及形狀變化EastChinaNormalUniversity二、恒星的亮度與光度恒星的發(fā)光恒星演化史上某個階段的現(xiàn)象；要有巨大的質(zhì)量。發(fā)光強度、體積、距離表示單位：星等（星等越小，亮度越大）亮度—視星等m光度—絕對星等M恒星的亮度和視星等亮度：是指地球上的受光強度或恒星的明暗程度。星等：星等相差1等，亮度相差2.512倍。R5=100，5lgR=2,lgR=0.4,R=2.512星等有零和負值，數(shù)字越小，亮度越大。星等以等差級數(shù)增大，亮度以等比級數(shù)遞減。例：太陽的亮度-26.74等，是一等星亮度的(2.512)27.74=1300億倍。EastChinaNormalUniversity假設有兩個恒星,其亮度為E和E0，星等為m和m0。則：

E/E0=2.512m0-m

（2-1） 兩邊取對數(shù),且有

lg2.512=0.4，得：

lgE0-lgE=0.4(m-m0

)

m-m0=2.5(lgE0-lgE)（2-2） 如果取零等星(m0=0)的亮度E0=1，則

m=-2.5lgE

（2-3）普森公式，根據(jù)恒星的亮度E推算星等m。圖2-3

光源的視亮度與其距離的平方成反比，距離增加1倍，亮度便減為1/4EastChinaNormalUniversity亮度與距離的平方反比律EastChinaNormalUniversity光度和絕對星等標準距離10秒差距下的恒星亮度稱絕對亮度，其星等稱絕對星等。視星等、絕對星等和天體距離的關(guān)系設EM表示絕對亮度，Em表示視亮度，由公式(2-1)得：

EM/Em=2.512(m-M)恒星亮度與距離平方成反比，如以秒差距為單位，則：

EM/Em=

d2/102

d2/102=2.512(m-M)

EastChinaNormalUniversity兩邊取對數(shù)，且有l(wèi)g2.512=0.4，則：

2lgd-2=0.4(m-M

)

m-M

=5lgd-5

M=m+5-5lgd

（2-4）只要測定恒星的絕對星等，便可求知該星的距離。EastChinaNormalUniversityEastChinaNormalUniversity三、恒星的發(fā)光和光譜恒星的發(fā)光恒星演化史上某個階段的現(xiàn)象；要有巨大的質(zhì)量。恒星的光譜恒星的光譜反映恒星溫度的高低；光譜中的吸收線和發(fā)射線反映恒星化學組成(化學組成大同小異,主要成分是氫)。恒星光譜型按溫度遞減的順序分為七類

恒星的周年視差：當日地連線（即地球軌道半徑）同星地連線相垂直時（這種情況每年有二次），同一恒星的視差位移達到極大值。這個極大值被稱為該恒星的周年視差，或簡稱年視差。四、恒星的距離恒星視差視差測距原理恒星視差恒星的距離：

秒差距秒差距：π＝1″時的距離若以秒差距為長度單位，則恒星的周年視差與距離成反比；恒星年視差的角秒值，與恒星距離的秒差距互為倒數(shù)：

D。天文學常用的距離單位

—天文單位，光年，秒差距1天文單位=1.496×108公里1光年＝9.46×1012公里＝63240天文單位1秒差距=206265天文單位=3.26光年EastChinaNormalUniversity五、恒星的多樣性單星，雙星，星團變星，新星，超新星巨星，超巨星，白矮星脈沖星，中子星光譜-光度圖通常也叫赫羅圖。它以恒星的光譜型（或溫度）為橫坐標，以它的光度（或絕對星等）為縱坐標，每顆恒星按照各自的光譜型和光度，在圖上占有一定的位置。太陽位于主星序的中部，可見它是一顆很典型的恒星。圖2-4

光譜-光度圖圖2-5

恒星大小的比較EastChinaNormalUniversity六、恒星的演化

現(xiàn)代天體物理學最大的成就之一就是基本上說明了恒星演化和元素演化兩個重要問題。發(fā)生→發(fā)展→衰亡→轉(zhuǎn)化EastChinaNormalUniversityEastChinaNormalUniversity恒星是由星云凝聚而成。彌漫星云在自引力的作用下，收縮成比較密集的氣體→引力勢能轉(zhuǎn)化為熱能，內(nèi)部溫度升高并輻射能量→向赫羅圖上某個主序位置移動。質(zhì)量愈大，收縮愈快，達到主序的位置愈高（溫度高，光度大）。EastChinaNormalUniversity恒星“移到”主序后，內(nèi)部溫度高到足以發(fā)生熱核反應的程度→熱核反應代替引力收縮成為主要能源→溫度升高，熱運動加快，恒星膨脹，排斥力足以同引力相抗衡→恒星停止收縮，長期穩(wěn)定依靠熱核反應進行輻射。一顆恒星在主序中的時間，占去其“生命”的大半輩子；且在主序上逗留的時間，取決于其質(zhì)量的大小→質(zhì)量愈大,引力愈強→它必須維持較高的溫度和較久的輻射功率以與引力收縮抗衡→它的氫燃料消耗更快，壽命更短。EastChinaNormalUniversity熱核反應是在恒星的中心區(qū)域進行的，那里的氫核燃料最先燃盡，逐漸形成一個由氦組成的核，停止釋放能量。氫燃料的逐漸枯竭，是恒星在結(jié)構(gòu)上逐漸發(fā)生變化的前奏。隨著氦核的不斷增大，其引力收縮急劇增強，并釋放大量能量。結(jié)果，恒星的核心收縮（變得愈來愈致密和熾熱），外層膨脹（溫度降低而光度增大），成為一個非常巨大的具有“熱”核的“冷”星。從而恒星離開主星序，進入紅巨星區(qū)域——生命的“晚年”。EastChinaNormalUniversity在紅巨星階段，恒星的演化速度大大加快。中心區(qū)域的溫度和密度因收縮而繼續(xù)升高，到1億攝氏度時開始進行由氦核聚為碳核的新一輪熱核反應；氦燒完后，溫度繼續(xù)因收縮而升高，原子核再聚變產(chǎn)生更重的元素→能量有限，到了“垂暮之年”，一旦核反應終止，對引力的抗衡全線崩潰→自行坍塌。EastChinaNormalUniversity紅巨星收縮時，核心部分收縮最猛烈，外部處在較弱的引力下。核心溫度因猛烈收縮而急劇上升，由此掀起的熱浪會把外層氣殼拋掉，剩下一顆致密和熾熱的白矮星→以后逐漸變冷，變成又小又暗的黑矮星→終其一生。EastChinaNormalUniversity并非所有恒星都經(jīng)歷如此“平靜”的演化道路。那些質(zhì)量和體積特別巨大的恒星，演化的最后階段會發(fā)生爆炸——超新星爆發(fā)。如留下“殘骸”的質(zhì)量足夠大（1.4~3.2倍太陽質(zhì)量），便會“一落千丈”地坍塌為中子星（于1967年發(fā)現(xiàn)，1978年發(fā)現(xiàn)了300顆以上）。超過這個限度，甚至連核力也將在引力前面低下頭來，中子也會崩塌，形成所謂黑洞。恒星在引力作用下“誕生”，也在引力作用下“死亡”。EastChinaNormalUniversity恒星在核能耗盡后，如質(zhì)量仍超過2倍的太陽質(zhì)量，則平衡態(tài)不再存在，星體將無限收縮。連核力也將在引力作用前面低下頭來，中子也會坍塌，形成所謂的“黑洞”。目前沒有密度大于1015克/厘米3的物質(zhì)的實驗數(shù)據(jù)，無法推測星體的具體結(jié)構(gòu)，但根據(jù)理論可以推斷：星體的半徑將愈來愈小，密度將愈來愈大，終于達到臨界點→引力之大足以使一切粒子、包括光子，都不能外逸，因而謂之黑洞。EastChinaNormalUniversity星系一、銀河與銀河系同一事物的兩個不同現(xiàn)象銀河系是以銀河命名的星系（形似圓盤）；銀河是銀河系主體在天球上的投影（環(huán)天光帶）。銀河系總質(zhì)量：大約是太陽質(zhì)量的1400億倍；星數(shù)：1～2千億顆。EastChinaNormalUniversity銀河系結(jié)構(gòu)銀河系主體：圓盤體（直徑約8萬光年）和銀暈；圓盤體：核球和銀盤；核球中心：銀核；銀核中心：銀心。圖2-6銀河系結(jié)構(gòu)俯視圖：圖中十字符號代表銀心；三條短黃線是太陽附近的三條旋臂圖2-7銀河系結(jié)構(gòu)側(cè)視圖圖中紅點代表太陽）EastChinaNormalUniversityEastChinaNormalUniversity二、太陽在銀河系中的位置和運動位于銀道面附近。銀河為周天的環(huán)帶。太陽在銀河系內(nèi)偏距銀盤的一側(cè)，向銀心所在方向，太陽距銀盤邊緣約6.4萬光年；向銀心相反方向，太陽距銀盤邊緣約1.6萬光年。太陽在銀河系中的的運動相對于銀心的旋轉(zhuǎn)，其速度為250km/s，繞轉(zhuǎn)周期為2.5億年；相對于鄰近恒星的運動：太陽系以20km/s的速度向武仙座方向（近織女星）前進，此方向所指的點謂之奔赴點。三、河外星系河外星系星系群星系團總星系EastChinaNormalUniversity天體系統(tǒng)層次總星系（宇宙）超星系團本超星系團星系群、星系團本星系群河外星系銀河系太陽系其它恒星系四、宇宙EastChinaNormalUniversity科學宇宙：指總星系時間上有起源、空間上有邊界；大爆炸宇宙學：在宇宙膨脹理論的基礎上發(fā)展起來。EastChinaNormalUniversity哲學宇宙宇宙無限；空間無限：無邊無際（無邊界，形狀和中心）；時間無盡：無始無終（無起源，年齡和壽命）。EastChinaNormalUniversity大爆炸宇宙學（1929年）

（Big-bangcosmology）：在宇宙膨脹理論的基礎上發(fā)展起來。主要觀點：宇宙有一段由熱到冷的演化史。在這個時期里，宇宙體系并不是靜止的。而是在不斷地膨脹，使物質(zhì)密度從密到稀地演化。這一從熱到冷，叢密到稀的過程如同一次規(guī)模巨大的爆發(fā)。EastChinaNormalUniversity大爆炸的整個過程：在宇宙的早期，溫度極高，在100億度以上。物質(zhì)密度也相當大，整個宇宙體系達到平衡。宇宙間只有中子、質(zhì)子、電子、光子和中微子等一些基本粒子形態(tài)的物質(zhì)。EastChinaNormalUniversity但因為整個體系在不斷膨脹，結(jié)果溫度在不斷下降。當溫度降到10億度左右時，中子開始失去自由存在的條件，它要么發(fā)生衰變，要么與質(zhì)子結(jié)合成重氫、氦等元素?；瘜W元素就是從這一時期開始形成的。溫度進一步下降到100萬度后，早期形成化學元素的過程結(jié)束。EastChinaNormalUniversity這時，宇宙間的主要物質(zhì)是質(zhì)子、電子、光子和一些比較輕的原子核。當溫度下降到幾千度時，輻射減退，宇宙間主要是氣態(tài)物質(zhì)，氣體逐漸凝聚成氣云，再進一步形成各種各樣的恒星體系，成為我們今天看到的宇宙。EastChinaNormalUniversity大爆炸模型能統(tǒng)一地解釋以下幾個觀測事實：大爆炸理論主張所有恒星都是在溫度下降后產(chǎn)生的，因而任何天體的年齡都應比溫度下降至今天這一段時間為短，即應小于200億年。各種天體年齡的測量證明了這一點。

注：2003年2月份，美國國家航空航天局曾向全世界公布他們有關(guān)宇宙年齡的研究成果。根據(jù)其公布的資料顯示，宇宙年齡應該為137億歲。2003年11月份，國際天體物理學研究小組宣稱，宇宙的確切年齡應該是141億歲。地球的形成大約是距今45億年。EastChinaNormalUniversity觀測到河外天體有系統(tǒng)性的譜線位移，而且紅移與距離大體呈正比。如果用多普勒效應來解釋、那么紅移就是宇宙膨脹的反映。在各種不同天體上，氦豐度相當大，而且大都是30%。用恒星核反應機制不足以說明為什么有如此多的氦。而根據(jù)大爆炸理論，早期溫度產(chǎn)生很高，產(chǎn)生氦的效率也很高，則可以說明這一事實。EastChinaNormalUniversity根據(jù)宇宙膨脹速度，以及氦豐度等，可以具體計算宇宙每一具體歷史時期的溫度。大爆炸理論的創(chuàng)始人之一的伽莫夫曾預言，今天的宇宙已經(jīng)很冷，只有絕對溫度幾度。1965年，在微波波段上，果然探測到具有熱輻射譜的微波背景輻射，溫度約3K。

上述觀測事實無論在定性上還是在定量上都同大爆炸理論的預言相符。但是，在星系的起源和各向同性分布等方面，大爆炸宇宙學還存在著一些未解決的困難問題。EastChinaNormalUniversity五、天文新發(fā)現(xiàn)

20世紀60年代天文學的“四大發(fā)現(xiàn)”：類星體、3K微波背景輻射、中子星、星際有機分子EastChinaNormalUniversity第四節(jié)太陽和太陽系太陽一、太陽的距離、大小和質(zhì)量日地平均距離：1.496×108km（即天文單位）大?。喊霃郊s700000km（為地球半徑的109倍）表面積：地球表面積的12000倍

體積：地球體積的1300000倍質(zhì)量：1.989×1030kg（約為地球質(zhì)量的33萬倍）EastChinaNormalUniversity二、太陽的熱能、溫度和熱源太陽熱能太陽常數(shù)：8.16J/(cm2·min)；平均距離，太陽直射，大氣界外；太陽輻射總量：3.826×1026J/s；地球所得：1.74×1017J/s（占22億分之一）。圖2-8推測出的太陽結(jié)構(gòu)與剖面示意圖EastChinaNormalUniversity太陽是我們惟一能觀測到表面細節(jié)的恒星。直接觀測到的是太陽的大氣層，它從里向外分為

光球→色球→日冕EastChinaNormalUniversity太陽溫度根據(jù)太陽輻射熱量推算的溫度稱有效溫度；根據(jù)太陽輻射光譜測定的溫度稱輻射溫度；太陽光球溫度：5770K

；太陽中心溫度：15000000K；色球溫度：100000K；日冕溫度：1500000K。EastChinaNormalUniversity太陽熱源產(chǎn)熱過程：熱核反應（氫核聚變?yōu)楹ず耍?；產(chǎn)熱方式：質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量；產(chǎn)能中心：在太陽核心。EastChinaNormalUniversity四、太陽活動：太陽大氣各種變化的總稱（太陽“天氣變化”）黑子：擾動太陽的明顯標志。耀斑：擾動太陽的主要標志，對地球的影響最強烈。磁暴：電離層干擾。產(chǎn)生極光。光球色球日冕厚度（km）約500約2000從色球頂部延伸至幾十（70）個太陽半徑處內(nèi)冕：色球頂部到0.3太陽半徑處外冕溫度

6800K（底部）～4500K（頂部）

4500K～12萬K(頂部)可達100萬度顏色黃色玫瑰紅白色密度(g/cm3）2×10-7～3×10-8（稀薄）10-8～10-11

約10-15，接近真空外部結(jié)構(gòu)（太陽大氣）光球色球日冕主要特征米粒組織（直徑300km到1000km之間）黑子：具有強磁場的旋渦，溫度低于光球光斑：溫度高于光球臨邊昏暗連續(xù)光譜源針狀物（很亮的氣體組成的射流，“燃燒的草原”）日珥閃光光譜（色球光譜）譜斑耀斑冕洞：日冕上的暗黑區(qū)域太陽風：從太陽射出的高能粒子流備注11年的周期日全食時觀測色球望遠鏡觀測日全食時觀測。日冕儀（人造日全食）米粒組織太陽黑子日珥太陽系

太陽系是由中心天體太陽及其巨大引力作用下，環(huán)繞太陽運行的行星、衛(wèi)星、小行星、彗星、流星體和行星際物質(zhì)所組成的天體系統(tǒng)。一、太陽系的發(fā)現(xiàn)

地心說日心說EastChinaNormalUniversity圖2-9以地球和行星共同繞太陽運動來解釋行星的視行，這是哥白尼日心說的精髓EastChinaNormalUniversity開普勒行星運動定律第一定律（軌道定律）：行星軌道都是橢圓；太陽位于橢圓的焦點之一；第二定律（面積定律）：行星向徑在軌道平面上掃過的面積與時間成正比，即面速度不變；第三定律（周期定律）：兩行星周期平方之比，等于其距離立方之比：

T12/T22=a13/a23EastChinaNormalUniversity圖2-10開普勒第二定律：面速度不變第一牛頓用萬有引力定律，修正了第三定律：

T12(M+m1)/T22(M+m2)=a13/a23 T1和T2分別表示兩行星的的公轉(zhuǎn)周期，a1和a2分別表示它們與太陽的平均距離（即各自軌道的半長軸）EastChinaNormalUniversity開普勒認為，行星單純繞太陽中心運動；牛頓認為，行星和太陽都繞它們的共同質(zhì)心；質(zhì)心的位置取決于二者的質(zhì)量比。開普勒廓清了行星軌道的幾何特征，指出了行星怎樣運動；獲得了“天空立法者”的美譽；牛頓解釋了行星運動的物理原因，回答了行星為什么這樣運動。至此太陽系理論完全確立。EastChinaNormalUniversity二、太陽系的組成八大行星水星，金星，地球，火星，土星，天王星，海王星。其他成分小行星，衛(wèi)星，彗星，流星體等。關(guān)于太陽系內(nèi)行星、矮行星、小天體的最新定義：行星：成員包括水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星。定義：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。矮行星：成員包括冥王星和谷神星等。定義：與行星同樣具有足夠的質(zhì)量，呈圓球狀，但不能清除其軌道附近其他物體的天體。太陽系小天體定義：圍繞太陽運轉(zhuǎn)但不符合行星和矮行星條件的物體。EastChinaNormalUniversity三、行星按照軌道位置劃分以地球為界分為地內(nèi)行星和地外行星；以小行星帶為界分為內(nèi)行星和外行星。按物理性質(zhì)劃分類地行星和類木行星：類地行星：水星，金星，地球，火星距太陽較近，質(zhì)量較小，平均密度高，以重物質(zhì)為主，溫度高；類木行星：木星，土星，天王星，海王星，離太陽較遠，質(zhì)量大，平均密度低，以輕物質(zhì)為主，溫度低。

八大行星的軌道EastChinaNormalUniversity圖2-11行星的軌道大小水星Mercury水星繞太陽一周只需87.969個地球日，而它自轉(zhuǎn)一圈為58.6462個地球日。它的地表溫度最高為610k，最低為零下150k。

金星Venus金星和地球在大小、質(zhì)量、密度和重量上非常相似。金星上沒有海洋，它被厚厚的主要成份為二氧化碳的大氣所包圍，一點水也沒有。它的云層是由硫酸微滴組成的。在地表，它的大氣壓相當于在地球海平面上的92倍。

由于金星厚厚的二氧化碳大氣層造成的“溫室效應”，金星地表的溫度高達482攝氏度左右。金星上的一天相當于地球上的243天，比它225天的一年還要長。金星是自東向西自轉(zhuǎn)的，這意味著在金星上，太陽是西升東落的。指“啟明星”或“長庚星”，它是目前為止天空中最亮的星?；鹦荕ars火星是太陽系中與地球最相似的一顆行星。它的體積比地球小，大氣也比地球稀薄。

火星的體積比地球小，大氣也比地球稀薄。大氣壓只有地球的千分之七。主要成份是二氧化碳，其他成份還有氮、氬、氧等。水在火星大氣中的比重只有百分之零點零三。因而火星表面異常干燥?；鹦堑钠骄鶜鉁貫榱阆挛迨鍞z氏度，而溫差較大：在夏季的晝間，氣溫最高為二十攝氏度，而在冬季，氣溫則可低達零下一百多攝氏度?；鹦巧辖?jīng)常有強風，因而常導致大范圍的塵暴。

雖然火星大氣中的水少得可憐，但科學家們發(fā)現(xiàn)，火星上的許多地區(qū)有被侵蝕的跡象，而且那縱橫交錯的河床似乎在告訴我們，火星上曾經(jīng)有過液態(tài)的水，而且水還很多，它們聚集成大大小小的湖泊，甚至海洋?？茖W家們作出的解釋是，在火星的形成初期，這個星球被厚厚的二氧化碳云層所包裹，導致了強大的"溫室效應"，受太陽輻射后，火星表面的熱量被云層阻隔，無法散發(fā)到外層空間，使得氣溫升高，使水能以液態(tài)存在。那時的火星溫暖濕潤，可能孕育過生命。在火星的兩極有大量的固態(tài)二氧化碳，科學家們猜測，在這些巨大的冰蓋下面可能存在著固態(tài)的水。木星Jupiter木星是太陽系中最大的行星。質(zhì)量是太陽系中其它行星質(zhì)量總合的兩倍多。它沒有固體外殼，它是一顆由液態(tài)氫組成的液態(tài)星球。

木星核是由鐵和硅組成的固體核，溫度高達30000℃。液態(tài)的氫分子層與液態(tài)的金屬層合稱為木星幔。外面是大氣層，厚度有1000千米，幾乎全由氫和氦構(gòu)成。最引人注目的是位于木星南熱帶內(nèi)的大紅斑，它呈蛋形，長40000千米，寬14000千米。

土星Saturn土星是太陽系中唯一密度比水小的行星。是太陽系中衛(wèi)星最多的大行星，23顆。

天王星Uranus天王星的赤道面與軌道面的傾角為97°55′以躺著的姿勢繞太陽運動。

天王星還有結(jié)構(gòu)復雜的光環(huán)，它由至少20個亮環(huán)組成，亮環(huán)之間還夾雜著很多暗環(huán)。海王星Neptune海王星是一個狂風呼嘯、亂云飛渡、富有生氣的世界。大氣中有許多湍急紊亂的氣旋在翻滾。在海王星的南半球有一個醒目的大黑斑，其形狀、相對位置和行星的大小比例竟與木星大紅斑類似。天文學家認為它也是一個大氣旋，是令人驚心動魄的風暴區(qū)。

四、矮行星dwarf

planet

定義：與行星同樣具有足夠質(zhì)量、呈圓球形，但不能清除其軌道附近其他物體、且不是一顆衛(wèi)星的天體則被稱為矮行星。谷神星Ceres

冥王星Pluto

卡戎Charon

“2003UB313”(昵稱“齊娜”)冥王星Pluto和卡戎CharonEastChinaNormalUniversity五、彗星和流星體彗星本質(zhì)上是在偏心率很大的軌道上繞日運行的冰物質(zhì)彗星的奇特外貌是它通過近日點前后的暫時現(xiàn)象哈雷彗星EastChinaNormalUniversity圖2-13哈雷彗星的軌道5,200,000,000kmEastChinaNormalUniversity圖2-14彗星的結(jié)構(gòu)短周期彗星與非周期彗星彗星的結(jié)構(gòu)慧核慧發(fā)慧尾離子慧尾塵?；畚擦?、流星和流星體流星

火流星

偶發(fā)流星

EastChinaNormalUniversity圖2-15下半夜的流星多而且明亮流星雨meteorshowerEastChinaNormalUniversity七、太陽系起源的星云假說行星軌道的共同特征：同向性，共面性，近圓性星云假說的基本論點形成太陽系的物質(zhì)基礎是彌散星云；形成太陽系的動力來源是自引力。意義：在“僵化的自然觀上打開第一個缺口”（恩格斯語）。2-16太陽系起源示意圖1太陽星云2星云變成扁球形3原始太陽和

圓環(huán)體4太陽和行星的形成5太陽系EastChinaNormalUniversity太陽通過熱核聚變，靠燃燒集中于它核心處的大量氫氣而發(fā)光，平均每秒鐘要消耗掉600萬噸氫氣。就這樣再燃燒50億年以后，太陽將耗盡它的氫氣儲備，然后核區(qū)收縮，核反應將擴展發(fā)生到外部，那時它的溫度可高達1億多度，導致氦聚變的發(fā)生。以后太陽會極度膨脹，進入所謂"紅巨星"階段，它的光亮度將增至如今的100倍，并把靠它最近的行星如水星、金星吞噬掉，地球也會被"烤焦"，生命將無法繼續(xù)生存。隨著時間的推移，太陽會越來越快地耗盡它的全部核能燃料，步入風燭殘年，隨之塌縮成一顆黯淡的白矮星。在這種白矮星上，一塊火柴盒大小的物質(zhì)就可達1噸左右。白矮星沒有核反應，它是恒星核反應結(jié)束以后留下的殘骸，依靠收縮自己的體積來繼續(xù)輻射出微弱的能量，最后，太陽將成為一個無光無熱的"褐矮星"，消逝在茫茫的宇宙深處，結(jié)束它輝煌而平凡的一生。EastChinaNormalUniversity月球據(jù)測定，月球的地平視差為57'

，它與地球半徑r和月地距離d的關(guān)系為：

csc57'=d/r

d=rcsc57'=60r即月地距離為地球半徑的60倍。第五節(jié)月球和地月系圖2-17地平視差天體位于天頂時，視差為零；天體位于地平時，視差最大，稱為天體的地平視差EastChinaNormalUniversity一、月球的距離和大小月地平均距離：384400公里半徑：1738公里，地球赤道半徑的27.25%表面積：地球表面積的7.4%體積：地球體積的2.03%質(zhì)量：7.196×1022kg，地球質(zhì)量的1/81.3平均密度：3.34g/cm3，約為地球的60.5%月面重力加速度：1.622m/s2，約為地面的1/6EastChinaNormalUniversity二、月球表面月海月陸環(huán)形山輻射紋月谷

三、月面的物理狀況月海，月陸，環(huán)形山?jīng)]有大氣，沒有水分，沒有生命地月系一、地月系的繞轉(zhuǎn)EastChinaNormalUniversity圖2-18月球和地球都繞它們的共同質(zhì)心而運動（共同質(zhì)心在地球內(nèi)部位置的變化）EastChinaNormalUniversity月球繞轉(zhuǎn)地球軌道形狀橢圓，偏心率0.0549；白道：月球軌道在天球上的投影；黃白交角：白道面相對于黃道面的交角（5o9'

）；周期：27.32日（恒星月）；速度：角速度：33'/小時，線速度1.02km/s。

EastChinaNormalUniversity幾個概念恒星月：月球在白道上連續(xù)兩次通過同一恒星（無明顯自行）所需的時間：27.3217日。從這一次新月（或滿月）到下一次新月（或滿月）所經(jīng)歷的時間：29.5306日。近點月：以月球近地點為參考點，月球的公轉(zhuǎn)周期：27.5546日。交點月：以月球升交點（或降交點）為參考點，月球的公轉(zhuǎn)周期：27.2122日。EastChinaNormalUniversity依月球公轉(zhuǎn)周期可求出月球公轉(zhuǎn)角速度：

360°÷27.3217日=13.2°/日 即為月球公轉(zhuǎn)平均角速度由于月球公轉(zhuǎn)軌道是個橢圓，所以公轉(zhuǎn)速度是不均的。近地點最快，約為15°/日；遠地點最慢，約為11°/日。月球在公轉(zhuǎn)軌道上平均每日自西向東移行了13.2°，因地球自轉(zhuǎn)所造成的月球自東向西的周日視運動，必然逐日向后推遲，地球自轉(zhuǎn)13.2°約需52分鐘，所以月球每日出沒地平的時間平均向后延遲52分鐘。這就是我們?nèi)粘Ｋ娒髟庐斂罩鹑胀七t的道理。EastChinaNormalUniversity月球繞地的角速度為13°10′/日，太陽周年運動速度為59’/日，二者相差：

13°10′/日-59′/日=12°11′/日 此即月球相對于太陽的會合速度，月球以此速度趕超太陽的周期為：

360°÷12°11′=29.53(日)EastChinaNormalUniversity圖2-19月球的同步自轉(zhuǎn)，使它始終以同一半球?qū)χ厍蛟虑蜃赞D(zhuǎn)月球自轉(zhuǎn)與其公轉(zhuǎn)同步，即方向相同，周期相等。因此稱同步自轉(zhuǎn)；大體上只看到相同的半個月面。地球EastChinaNormalUniversity二、月相和朔望月月相變化的因素：太陽照射方向；地球觀測方向方向相反，新月；方向相同，滿月；方向垂直，上下。EastChinaNormalUniversity圖2-20

月相的變化（一）上半月由虧轉(zhuǎn)盈，凸面向西，下半月由盈轉(zhuǎn)虧，凸面向東（外圈表示地球上所見的月相）太陽光線上圖：舊歷上半月傍晚所見的月亮；EastChinaNormalUniversity圖2-20

月相的變化（二）下圖：舊歷下半月清晨所見的月亮

月相變化周期：29.5306日（朔望月）月相、方位和時刻月相

距角

與太陽出沒比較

月出

中天

月落

見月時間

新月0o

同升同落

清晨正午黃昏徹夜無月滿月180o此起彼落黃昏半夜清晨通宵見月上弦月90o遲升后落正午黃昏半夜上半夜西天下弦月270o早升先落半夜清晨正午下半夜東天月亮愈圓見月時間越長；月牙愈窄，見月時間愈短。滿月通宵可見，弦月半夜可見，新月則不見。第六章地球的結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)

地球的形狀和大小地球是一個球體地球是一個扁球體地球是一個不規(guī)則的扁球體地球的結(jié)構(gòu)地球的圈層結(jié)構(gòu)地球的表面結(jié)構(gòu)地球內(nèi)部的物理性質(zhì)地球的磁性地球的質(zhì)量和密度地球的重力和壓力地球內(nèi)部的溫度和熱源第十三節(jié)地球的形狀和大小

地球的形狀指理論上的表面形狀（全球靜止海面或大地水準面）證據(jù)地球大小的測定地球引力與地球形狀一、地球是一個球體二、地球是一個扁球體鐘擺在赤道附近變慢，重力變小地球自轉(zhuǎn)與地球形狀直接造成地球扁球體的是自轉(zhuǎn)的慣性離心力它的水平分量指向赤道；垂直分量在很小程度抵消一部分重力地理緯度和地心緯度地理緯度是地面法線同赤道面的交角強調(diào)弧的度數(shù)地心緯度是地球半徑同赤道面的交角強調(diào)弧所張的球心角地理緯度>地心緯度因經(jīng)線曲率自赤道向兩極遞減南北緯45度，二種緯度的差值最大（1132）因南北緯45度的經(jīng)線曲率是平均值，是兩種緯度間差值持續(xù)增加的終點和持續(xù)減小的起點三、地球是一個不規(guī)則的扁球體參考扁球體十分迫近大地水準面形狀的扁球體；以大地水準面對于參考扁球體的偏離大小來表示前者形狀。關(guān)于“梨形地球”似梨：第十四節(jié)地球的結(jié)構(gòu)

一、地球的圈層結(jié)構(gòu)地球的外部結(jié)構(gòu)巖石圈、水圈、大氣圈、生物圈地震波與地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)體波：縱波（P波）、橫波（S波）面波地球的內(nèi)部結(jié)構(gòu)四個圈層地殼————莫霍洛維奇界面（莫霍面），地面以下20—30km，P波、S波波速急劇上升地?！诺潜そ缑?，2900km，P波速度急劇下降，S波停滯不前外核————利曼界面，5100km，P波又急劇加速，S波重新出現(xiàn)內(nèi)核各圈層物質(zhì)組成二、地球的表面結(jié)構(gòu)地球表面的海陸分布水半球與陸半球陸地大陸：七大洲島嶼：大陸島、火山島、珊瑚島大陸輪廓特征北寬南窄，呈倒三角形較大的島嶼群大多位于大陸東岸大陸東岸有系列島弧分布大洋兩岸輪廓相似，一個大陸的凸出部分正好是另一個大陸的凹進部分大陸的東西邊緣多隆起的高山，中部有低陷的平原大陸漂移學說、板塊碰撞學說

世界地圖

東非大裂谷海洋海：地中海、內(nèi)海和邊緣海洋：太平洋、大西洋、印度洋、北冰洋大洋海底地形特征在大洋邊緣，有一個坡度和深度都不大的海陸間的過渡地帶—大陸架。在大陸向深海的一方，有一個深度不大而坡度特大的地帶—大陸坡。大陸架和大陸坡之外是海盆，是海洋的主體部分。海盆里有海嶺、海溝和洋中脊。第十五節(jié)地球內(nèi)部的物理性質(zhì)一、地球的磁性地磁和地磁要素磁極、磁軸、磁赤道地球磁場是弱磁場地磁要素：磁傾角與磁偏角地磁要素的分布偶極磁場與非偶極磁場磁極、地磁極、地理極和磁赤道、地磁赤道、地理赤道的區(qū)別無偏線地磁異常地磁要素的變化地磁要素的長期變化地磁要素的短期變化平靜變化干擾變化：如磁暴地球磁層和輻射帶地球磁場的成因居里點二、地球的質(zhì)量和密度地球的質(zhì)量和平均密度地球內(nèi)部的密度圈層上限深度（km)上限密度（g/cm）下限深度（km）下限密度（g/cm）地殼0152.83地核153.3128785.62外核28789.89516112.70內(nèi)核516112.70637113.00EastChinaNormalUniversityEastChinaNormalUniversity三、地球的重力和壓力地面重力及其緯度分布地面重力因緯度而不同，其原因是由于地面上的引力和自轉(zhuǎn)的慣性離心力，都因緯度而不同。地面上的引力兩極最大、赤道最小。地球內(nèi)部的重力地面以上，重力因高度而不同地面以下，重力因深度而不同EastChinaNormalUniversity地球內(nèi)部的壓力從地面到地心，地球內(nèi)部的壓力一直隨深度的增加而增加。壓力增加的速度因深度而不同同一深度壓力的大小相同。地球表面存在海洋和陸地的差異EastChinaNormalUniversity四、地球內(nèi)部的溫度和熱源地球內(nèi)部的溫度地溫梯度：地內(nèi)溫度隨深度而增加的速度地內(nèi)溫度隨深度增加而升高，地心是全球最高溫度所在；溫度隨深度升高的速度，卻隨深度的增加而降低。EastChinaNormalUniversity地球內(nèi)部的熱源和溫度的演變地面熱能來源：太陽+地球內(nèi)部地球內(nèi)部熱源地內(nèi)物質(zhì)因受到壓縮增溫而放出熱量；內(nèi)物質(zhì)分異成地殼、地幔和地核過程中，重物質(zhì)下沉輕物質(zhì)上升，因降低重力位能而產(chǎn)生大量熱能；而地球自轉(zhuǎn)速度減慢過程中所消耗的動能一部分轉(zhuǎn)化為熱能。第三章地球的運動地球的自轉(zhuǎn)地球自轉(zhuǎn)及其證明：傅科擺實驗地球自轉(zhuǎn)的規(guī)律性：極移、進動，地球自轉(zhuǎn)的周期、速度，真太陽日與平太陽日地球自轉(zhuǎn)的后果：天體的周日運動，水平運動的偏轉(zhuǎn)地球的公轉(zhuǎn)地球公轉(zhuǎn)及其證明：恒星周年視差、光行差、多普勒效應地球公轉(zhuǎn)的規(guī)律性：公轉(zhuǎn)軌道、周期、速度地球公轉(zhuǎn)的后果：恒星周年視差，太陽周年運動，行星同太陽的會合運動，月球同太陽的會合運動

第六節(jié)地球的自轉(zhuǎn)

地球自轉(zhuǎn)及證明一、傅科擺實驗北半球為順時針偏轉(zhuǎn)，證明了地球自轉(zhuǎn)的為逆時針（向東）方向；偏轉(zhuǎn)速度為sinφ·15°/h，在兩極，傅科擺偏轉(zhuǎn)速度最大，等于地球自轉(zhuǎn)的角速度；（30°N，θ=7.5°/h）證明了地球自轉(zhuǎn)的周期傅科擺的特點是繩長、錘重，使擺動能持續(xù)較長時間，并在沙盤上留下擺動的軌跡。圖3-1傅科擺示意圖

該傅科擺是一個鍍金球體,球內(nèi)裝有一些銅,球體由一根不銹鋼絲從75英尺高的天花板上懸吊下來。萬向接頭使它可以自由地朝任何方向擺動。傅科擺下方的電磁鐵抵銷了空氣摩擦力,使擺可以持續(xù)地均勻擺動。由于地球的自轉(zhuǎn),擺在一天中擺動的方向似乎會變化。這個球體需要36小時45分鐘才能完成一個周期。圖3-2聯(lián)合國總部的傅科擺二、落體偏東：高空下落的物體，由于原來的自轉(zhuǎn)線速度大于地面，因而有趨前（即偏東）的現(xiàn)象。（在很深的礦井中做實驗）三、水平運動的偏轉(zhuǎn)：北半球向右，南半球向左四、天體的周日視運動：自東向西圖3-3落體偏東

由地面上A點自由下落的物體，在地球不自轉(zhuǎn)時，應落到a點；在地球自轉(zhuǎn)時，由于A點的初速度大于a點的初速度，物體落到地面時，a點轉(zhuǎn)到a’點，A點下落的物體的落點超前于a’，到達a”點，a”在a’的東邊，即“落體偏東”。地極：地球瞬時自轉(zhuǎn)軸與地球表面的交點。

CIO（國際習用原點）：統(tǒng)一的地極坐標原點極移（polarmotion）定義：地球瞬時自轉(zhuǎn)軸在地球本體內(nèi)的運動。（或南北兩極在地面上的移動）原理：地球內(nèi)部物質(zhì)不均勻性，不規(guī)則橢球體造成。

地球自轉(zhuǎn)的規(guī)律性一、地軸和極移極移特征：南北兩極在地面上的移動，極移范圍不超過±0.″4，15米極移周期：包括14個月的周期，1年為周期的受迫擺動（主要成分）結(jié)果：各地經(jīng)緯度變化，不造成天北極在天球上的變化。

極移是地極的移動，不涉及天極在天球上位置的變化；進動造成天極的移動，不涉及地極在地面上的位置的變化圖3-4極移與進動的比較二、地軸進動（歲差：Precession）定義：在外力作用下，地軸繞黃軸的緩慢的周期性的圓錐形運動，引起了春分點位置沿黃道的西退和天北極位置在星空中的變遷。（或地軸繞黃軸的圓錐形運動）地軸的一種圓錐運動圓錐軸垂直于軌道平面，指向黃極；圓錐半徑23

（黃赤交角）；方向向西（與地球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)方向相反）；速度每年50

（主要為日月歲差，還有行星歲差）

；周期25800年。圖3-5左：陀螺的進動（向東）右：地球的進動（向西）地軸進動的原因地球形狀；黃赤交角；地球自轉(zhuǎn)。圖3-6力矩M1>M2，合力矩使地軸趨近黃軸地軸進動的表現(xiàn)天極周期性運動；北極星變遷；赤道面（和天赤道）的系統(tǒng)的變化；二分點沿黃道西移（交點退行）；圖3-7北極星的變遷使回歸年小于恒星年（我國古稱“歲差”）太陽巡天一周，有別于季節(jié)上的一周歲，差值為20

；春分點西移：赤道坐標系中：恒星赤經(jīng)和赤緯都緩慢而持續(xù)變化；黃道坐標系中：春分點沿黃道西移，恒星黃經(jīng)持續(xù)變化，黃緯不變。

三、地球自轉(zhuǎn)的周期恒星日：同一恒星連續(xù)兩次在同地中天的時間，地球自轉(zhuǎn)的真正周期（有細微差別），23小時56分恒星日是同恒星時（春分點的時角）相聯(lián)系的；天文學以春分點定義恒星日；太陽日：太陽連續(xù)兩次在同地中天時間

24小時00分太陰日：月球連續(xù)兩次在同地中天時間

24小時50分太陽日和太陰日不同，二者具有不同的速度圖3-8太陽日與恒星日四、地球自轉(zhuǎn)的速度角速度：除極地為0外，全球相等。線速度：隨緯度增大而減小，隨高度增大而增大。地球自轉(zhuǎn)速度的變化：長期變慢季節(jié)變化不規(guī)則變化圖3-9地球自轉(zhuǎn)速度演示角速度：15

/h線速度：V0＝2

R/T=465m/sV

V0

cos

V0為赤道上的線速度V

為緯度

上的線速度

T/s為地球自轉(zhuǎn)周期

R/m為赤道半徑

地球自轉(zhuǎn)的后果一、不同天體的周日運動恒星周日運動的路線（周日圈），即各自所在的赤緯圈，都以南北天極為不動的中心天和地的關(guān)系，猶如球面和球心的關(guān)系，周日運動的方向應同地球自轉(zhuǎn)方向相反恒星周日運動的周期和速度，如實反映了地球自轉(zhuǎn)的周期和它的角速度二、不同緯度的周日運動恒顯星、恒顯區(qū)和恒顯圈恒顯星：在北半球看來，天北極周圍恒星永不落地平，這部分周日圈全部位于地平以上的恒星；恒隱星：天南極周圍恒星永不升起南方地平，這部分周日圈全部位于地平以下的恒星；出沒星：介于上述兩部分星區(qū)之間的恒星，有東升西落，這部分周日圈與地平圈相交的恒星；圖3-10不同緯度的天球周日運動

（左）：在北極，只有恒顯星和恒隱星，而無出沒星；周日圈平行于地平圈。（中）：在赤道，只有出沒星，而無恒顯星和恒隱星；周日圈垂直于地平圈。（右）：在北半球某緯度，南北天極周圍有恒顯星和恒隱星，天赤道南北是出沒星。北天恒星在地平以上的時間較長，南天恒星反之。周日圈傾斜與地平圈，傾角為當?shù)赜嗑暎?0-

）。恒顯星區(qū)：恒顯星在天球上的赤緯范圍；恒顯圈：恒顯星區(qū)的界線，即在北點與地平圈相切的赤緯圈。緯度越高，恒顯（隱）星區(qū)愈大，出沒星區(qū)愈?。褐苋杖εc地平的交角愈??；緯度越低，恒顯（隱）區(qū)愈小，出沒區(qū)愈大：周日圈與地平的交角愈大。恒顯（隱）圈的仰（俯）極距=

出沒星區(qū)寬度=2(90

－

周日圈與地平交角=90

三、水平運動偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)方向：北半球偏右，南半球偏左科里奧利力（地轉(zhuǎn)偏向力）

F

V

m·sin

科里奧利力只改變運動方向，不改變速率影響地球大氣環(huán)流，對形成行星風帶、天氣系統(tǒng)和洋流有重要作用

第七節(jié)地球的公轉(zhuǎn)

地球公轉(zhuǎn)及其證明一、恒星周年視差恒星年視差地球軌道位置對恒星視位置的影響；當日地連線垂直星地連線時，視差位移達最大值（每年二次），為該恒星年視差大小。圖3-11（上）恒星年視差當?shù)厍蜍壍腊霃酱怪庇谛堑剡B線時，同一恒星的視差位移達極大，被稱為該恒星的年視差。圖3-12（下）恒星年視差恒星愈遠，其年視差愈小（比鄰星年視差為0.76

）；恒星年視差的角秒值，與恒星距離的秒差距互為倒數(shù)：

D

恒星愈遠，其年視差愈小。若年視差以角秒為單位，距離以秒差距為單位，則二者互為倒數(shù)。圖3-13恒星年視差與恒星距離

橢圓的偏心率因黃緯而不同：在黃極是正圓，在黃道是一直線，其余都是橢圓。不論偏心率大小如何，圓的半徑，橢圓的半長軸和直線的一半，都是恒星年視差。圖3-14恒星年視差橢圓恒星愈遠，其年視差愈?。ū揉徯悄暌暡顬?.76

）；恒星年視差的角秒值，與恒星距離的秒差距互為倒數(shù)：

D二、光行差光行差是由于地球軌道速度對于光速的影響，使星光視方向與真方向之間存在著一定的偏離，這就是恒星的光行差位移。地球向某一恒星接近，在相互關(guān)系上，也可以看作該恒星向地球接近。在地球上的觀測者看來，來自恒星的光線，既以每秒300000千米的速率投向地球，同時，又以每秒30千米的速率作平行于軌道面的運動。這樣，地球上所看到的星光的視方向，實際上是這兩種運動的合成方向，因而不同于星光的真方向。

V

雨中奔跑的行人，跑得愈快，雨傘愈應向前方傾斜。與此類似的，地球的軌道速度：

=30km/s星光光速：

V=300000km/s則：

tan

=30/300000=0.0001

=20.47

這個角度為光行差常數(shù)。圖3-15光行差與雨行差示意圖圖3-16光行差由于地球軌道速度對于光速的影響，使星光視方向與真方向之間存在著一定的偏離，這就是恒星的光行差位移。圖3-17光行差橢圓

地球公轉(zhuǎn)以一年為周期，恒星視位置繞轉(zhuǎn)其真位置也以一年為周期，恒星視位置的繞轉(zhuǎn)路線，被叫做光行差軌道，其形狀則因恒星的黃緯而不同。在南北黃極，光行差軌道是半徑為20"的橢圓（與地球軌道形狀相同）。在黃道上，變成長度為20"

2的一段直線。在其他黃緯，光行差軌道都是半長軸為20的橢圓：愈近黃極，橢圓扁率愈?。挥S道，橢圓扁率愈大。年視差和光行差比較黃緯愈高，年視差橢圓的偏心率愈??；恒星年視差沿軌道半徑方向偏離其平均位置；恒星光行差則沿軌道切線方向偏離其真位置。三、多普勒效應地球軌道速度對星光頻率的影響。圖3-18年視差（左）和光行差（右）的比較恒星年視差位置的偏離方向，二者有90

之差。圖3-19地球與地球共轉(zhuǎn)軌道面的交角6634′地球公轉(zhuǎn)的規(guī)律性一、地球軌道軌道形狀：橢圓軌道半長軸（a）：149600000km；天文單位軌道半短軸（b）：149580000km；半焦距（c）：2500000km；周長（l）：940000000km；偏心率（e=c/a

）：0.016；扁率（f=(a-b)/c

）：

7000。⒊相關(guān)概念偏心率（c/a），扁率（f=(a-b)/c）,天文單位（軌道半長軸），中距點（地球軌道短軸的兩端，地球4月初和10月初過中距點），近日點與遠日點（分別位于長軸的兩端，地球1月初歸近日點，7月初過遠日點）太陽在軌道中的位置：兩焦點之一近日點（地球一月初經(jīng)過）：147100000km；遠日點（地球七月初經(jīng)過）：152100000km。中距點（地球軌道短軸的兩端，地球4月初和10月初過中距點）圖3-20地球的近日點和遠日點圖3-21地球的軌道面二、黃赤交角三、地球公轉(zhuǎn)的周期

參考點周期名稱地球公轉(zhuǎn)角度周期長度（日）恒星恒星年360°365.2564春分點回歸年359°59′9″.74365.2422近日點近點年360°0′11″365.2596黃白交點交點年（食年）341°.6346.6200

恒星年，地球公轉(zhuǎn)真正周期；回歸年，季節(jié)變化周期；近點年和交點年均與日月食發(fā)生有關(guān)。參考點自東向西移動，對應周期縮短，如回歸年、食年；參考點自西向東移動，對應周期加長，如近點年。圖3-22四種年的比較四、地球公轉(zhuǎn)速度角速度：平均每日59

（因距離而變化）線速度：平均每秒30km（因距離而變化）面速度：不變（開普勒第二定律）一、恒星周年視差二、太陽周年運動二十四氣

我國古代把黃道按黃經(jīng)等分為24個弧段。從太陽黃經(jīng)270°冬至起，每段跨黃經(jīng)15°。太陽在黃道上視行通過這二十四等分點的日期時刻，結(jié)合地面上的物候氣候的特征給以專名，形成二十四節(jié)氣。在二十四節(jié)氣中，逢單數(shù)的叫節(jié)氣，逢雙數(shù)的叫中氣。

黃道十二宮西方的天文學家把黃道按黃經(jīng)等分成12個弧段，叫做黃道十二宮，每宮跨黃經(jīng)30°。名稱來源于它們幾千年前所在的星座。

二分點、二至點地球公轉(zhuǎn)后果二十四氣表

節(jié)氣太陽黃經(jīng)太陽赤緯陽歷日期間隔日數(shù)中氣太陽黃經(jīng)太陽赤緯陽歷日期間隔日數(shù)立春315°-16°20′2.4（5）14.83雨水330°-11°32′2.19（18）14.93驚蟄345°-5°57′3.6（5）15.04春分0°0°3.21（20）15.17清明15°5°57′4.5（4）15.30谷雨30°11°32′4.20（21）15.43立夏45°16°20′5.5（6）15.54小滿60°20°16′5.21（22）15.64芒種75°22°44′6.6（5）15.70夏至90°23°26′6.21（22）15.73小暑105°22°44′7.7（8）15.71大署120°20°16′7.23（22）15.68立秋135°16°20′8.8（7）15.61處暑150°11°32′8.23（24）15.51白露165°5°57′9.8（7）15.38秋分180°0°9.23（24）15.25寒露195°-5°57′10.8（9）15.12霜降210°-11°32′10.23（24）15.00立冬225°-16°20′11.7（8）14.89小雪240°-20°16′11.22（23）14.80大雪255°-22°44′12.7（8）14.75冬至270°-23°26′12.22（21）14.72小寒285°-22°44′1.6（5）14.72大寒300°-20°16′1.21（20）14.76二十四氣表

（續(xù)）

圖3-25一年的不同時間在地球上能看到的星座圖3-26黃道十二宮與星座間的關(guān)系三、行星同太陽的會合運動行星同太陽的會合運動：太陽和行星都在天球上沿黃道帶（黃道南北8°的球帶）運動，由于它們的周期和角速度各不相同，因而彼此間存在著相對運動。這種相對運動，叫做行星同太陽的會合運動（又叫行星的動態(tài))行星與太陽的會合運動實質(zhì)是行星同地球的會合運動會合周期：設E、P分別表示地球和行星的周期，S為會合周期。便有：

360

S

=360+

3- 360

S

=

3-

代入(1)，消去

，整理后，得：

1/S=1/P-1/E

同理，地外行星則有：

1/S=1/E-1/P周期相差愈大，會合周期愈短；反之，則愈長。圖3-27會合速度角速度是周期的倒數(shù)。行星與地球的會合速度（1/S），就是二者的角速度（1/P和1/E）之差。左圖：地內(nèi)行星右圖：地外行星行星同太陽相對位置的變化地內(nèi)行星：上合—東大距—下合—西大距—上合行星與太陽的距角（或黃經(jīng)差）在0°～大距之間變化金星的位相地外行星：合—西方照—沖—東方照—上合行星與太陽的距角（或黃經(jīng)差）在0°～360°之間變化

圖3-28行星的會合運動(假定地球不動)左圖：地內(nèi)行星右圖：地外行星圖3-29行星的會合運動（地球和行星同時運動）左圖：地內(nèi)行星右圖：地外行星行星相對于恒星的視運動順行：行星相對于恒星向東運動。逆行：行星相對于恒星向西運動。地內(nèi)行星在下合前后逆行；地外行星在沖日前后逆行。留：順行與逆行的轉(zhuǎn)折處，留時，行星的視位置保持不動。行星的順行、逆行是周期性的，其周期等同于上述的會合周期。圖3-40行星的逆行左圖：地內(nèi)行星；右圖：地外行星

圖3-41地內(nèi)行星留的解釋地內(nèi)行星在東大距以后和西大距以前，地外行星在西方照以后和東方照以前，都要通過留。行星的逆行圖3-42火星相對于恒星的視運動在一個會合周期里，行星的動態(tài)地內(nèi)行星：上合—東大距—留—下合—留—西大距—上合順行段|逆行段|順行段|||不可見

昏

見

不可見

晨

見

不可見地外行星：

合—西方照—留—沖—留—東方照—合順行段|逆行段|順行段

|||不合后,沖日,沖后,不可日出前與太陽日沒前可見升起,此起升起,見以后彼落,并逐日逐日整夜提早提早可見四、月球同太陽的會合運動類似于地外行星同月相變化相聯(lián)系朔望（合和沖）上下弦（東西方照）始終向東沒有逆行會合周期（朔望月）：1/S=1/M-1/E

圖3-43恒星月與朔望月的比較第四章地球運動的地理意義四季和五帶太陽回歸運動晝夜長短及其變化規(guī)律太陽高度及其變化規(guī)律四季和五帶歷法陰歷陽歷陰陽歷時間時間的本質(zhì)和含義時間的計量原理時間服務第八節(jié)四季和五帶太陽回歸運動一、太陽回歸運動和太陽赤緯的周年變化

EastChinaNormal

University形成四季和五帶的根本原因是黃赤交角由于黃赤交角，使太陽周年運動表現(xiàn)為對于天赤道的回歸運動回歸線：太陽回歸運動的南北界線回歸年：太陽回歸運動的周期晨昏線（圈）：分緯線（圈）為晝弧和夜弧二部分，晝弧和夜弧的弧長，決定該地晝長和夜長：每15o折合1小時EastChinaNormal

University太陽回歸運動定量地表現(xiàn)為太陽赤緯的變化。任何時候，太陽赤緯總是等于太陽直射點緯度）二十四節(jié)氣按太陽黃經(jīng)劃分，其更重要的區(qū)別在于太陽赤緯的不同太陽赤緯決定：晝夜長短和正午太陽高度EastChinaNormal

University二、太陽回歸運動與地球公轉(zhuǎn)根據(jù)太陽黃經(jīng)求知所對應的太陽赤緯： sin

=0.4sin

太陽回歸運動的根本原因，是地球公轉(zhuǎn)的南北分量EastChinaNormal

University晝夜長短一、晝夜長短概說晨昏線：晝夜兩半球之間的分界線。各地晝夜長短，因晨昏圈隨太陽直射點的移動而發(fā)生變化EastChinaNormal

University圖4-1春秋二分：太陽直射赤道，晨昏線等分所有緯線，全球晝夜平分圖4-2北至日：太陽直射北回歸線，北半球各地晝最長，夜最短；北極圈內(nèi)為極晝。南半球則相反EastChinaNormal

University圖4-3南至日：太陽直射南回歸線，南北半球的晝夜長短與北至日相反EastChinaNormal

University半晝弧公式地平圈分太陽周日圈（赤緯圈）為晝弧和夜弧兩部分

cost=-tan

tan

（式中的

和

皆以北半球為正，南半球為負）此公式表明，決定晝夜長短有兩個因素：當?shù)氐乩砭暥?/p>

和當時的太陽赤緯

（即太陽直射點緯度）。前者是空間因素，即地理因素；后者是時間因素，即季節(jié)因素EastChinaNormal

University簡言之：晝夜長短因緯度而不同，因季節(jié)而變化晝夜等長條件：t=90°,cost=0,

若：

在赤道上終年晝夜等長。

在春秋二分時，全球晝夜等長回歸線：太陽回歸運動的南北界線晝長夜短條件：

，

同號（太陽直射半球）晝短夜長條件：

，

異號（非太陽直射半球）EastChinaNormal

University極晝(極夜)條件：

=

,(

=-(

))二、晝夜長短的緯度分布全球分極晝，晝長夜短，晝短夜長，極夜四個地帶（兩分除外）

為正值，全球晝長向北遞增；

為負值，向南遞增

的絕對值愈大，極晝（夜）地帶愈大EastChinaNormal

University三、晝夜長短的季節(jié)變化二分時，全球晝夜平分，均為12小時二至時，晝夜長短極端各地全年平均晝長相等，皆為12小時四、晝夜長短的其他因素太陽視半徑大氣折光作用眼高差EastChinaNormal

University圖4-4極晝（夜）區(qū)的季節(jié)變化

此圖表示南北兩半球極晝（夜）區(qū)的季節(jié)性擴大和縮小。圖中每個圓面分上下兩半，分別表示北極和南極地區(qū)。三個同心圓分別表示66

34

，69

44

和78

28

的三條緯線。EastChinaNormal

University五、晨昏蒙影按晨光始和昏影終的太陽“低度”標準分三級民用：6

航海：12

天文：18

緯度愈高，持續(xù)時間愈長高緯度（高于48.5

）夏至日，昏影未終，晨光已始，叫“白夜”EastChinaNormal

University太陽高度一、太陽高度概說任意時刻太陽高度（h）包含三個因素：太陽赤緯

（周年變化因素）當?shù)鼐暥?/p>

（分布因素）當?shù)靥枙r角t（周日變化因素）由余弦公式可得：sinh=sin

sin

+cos

cos

costEastChinaNormal

University正午太陽高度（H）正午太陽時刻，t=0,cost=1,消去周日變化因素，公式便簡化為：

sinH=sin

sin

+cos

cos

按復合角公式有：

cos(

－

)＝cos

cos

+sin

sin

于是便有：

sinH=cos(

－

)=sin[90

－(

－

)]

H＝90

－

＋

（式中

以夏半年為正，冬半年為負）EastChinaNormal

University正午太陽高度因緯度而不同，因季節(jié)而變化；式中的(90

－

)可看作上點高度。注意北半球H以南點為起點（南半球反之）；當

=

時，H=90

，只有南北回歸線之間，才可能達到90

的太陽高度；南北回歸線之間（不包括南北回歸線），當

>

時，H>90

；極圈內(nèi)冬半年，若

>90

－

，H<0

。EastChinaNormal

University夜半太陽“低度”

H

=-(90

－

)+

=

+

－90

式中的-(90

－

)為下點的低度白夜的緯度界限

-18

＝

＋23.5

－90

＝48.5

EastChinaNormal

University二、正午太陽高度的緯度分布

H=(90+

)－

(90+

)為赤道上不同季節(jié)的正午太陽高度，其他各地隨緯度遞減，

是對(90+

)的緯度訂正。三、正午太陽高度的季節(jié)變化

H=(90

－

)+

(90

－

)為二分時的正午太陽高度，即全年的平均值；

是對(90

－

)的季節(jié)訂正。各自半球的夏半年取正值，冬半年為負值。EastChinaNormal

University0°23°26′N23°26′S66°34′N66°34′S90°′N90°′S正午太陽高度的分布規(guī)律夏至日

二分日

冬至日EastChinaNormal

University四、地球上的四季四季的性質(zhì)半球性現(xiàn)象：晝夜長短和正午太陽高度角是半球性的，季節(jié)變化的主要因素；全球性現(xiàn)象：日地距離的變化（影響很?。?；首先是天文現(xiàn)象，然后是氣候現(xiàn)象。EastChinaNormal

University圖4-5季節(jié)的天文因素：晝夜長短和正午太陽高度的變化EastChinaNormal

University太陽直射點的移動和四季的遞變太陽直射點在南北半球的移動：兩半球冬夏半年相互替代；太陽直射點向北或向南移動，兩半球的晝夜長短和正午太陽高度角變化相互倒轉(zhuǎn)；太陽直射點向赤道移動，晝夜長短和的正午太陽高度角趨向齊平，極晝和極夜地區(qū)縮??；太陽直射點向回歸線移動，則反之。EastChinaNormal

University天文學上四季的劃分我國強調(diào)天文特征，以四立（立春、立夏、立秋、立冬）為四季的起止，以二分二至為四仲；西方側(cè)重氣候季節(jié)，以二分二至作為四季的起點。要使四季