自然地理学第二章行星地球第一节地球的宇宙环境.ppt

自然地理学第二章 行星地球,第一节 地球的宇宙环境一、从地球看宇宙,基本概念：1、地球是一颗普通的行星。2、宇宙间物质存在的形式是多种多样的，有的聚集在一起形成凝聚态，如日月星辰；有的在广阔的星际空间形成弥漫态，称为星际物质。3、天体宇宙中各种星体和星际物质的总称。肉眼可见的天体有恒星、星云、行星、卫星、慧星、流星等。4、天体由近至远的顺序：恒星银河系总星系无限的宇宙。,(一)恒 星1、定义 恒星是由炽热气体（等离子体）构成的，能自行发光发热的球状或类球状天体。恒星的成分，氢约占70，氦约占28，其余为碳、氮、氧、铁等元素。2、恒星的距离通常用来测量天体距离的单位有：光年光在真空中一年时间所走过的距离称为1光年。1光年=94605108（亿）Km=3108m/s（光速）365天/年24小时/天60分/小时60秒/分。(2)秒差距恒星周年视差为l时的恒星距离叫做1秒差距。当星日连线和星地连线的最大张角为1时，该星日距离长度定义为1秒差距。（3）天文单位1天文单位即日地平均距离，约14960万km。1光年9.46051012km=63240天文单位 1秒差距3.26光年206265天文单位,什么是等离子体？,00C,1000C,100000C,定义：即电离了的“气体”，它呈现出高度激发的不稳定态，其中包括离子(具有不同符号和电荷)、电子、原子和分子。,地球,太阳,恒星,恒星周年视差与秒视差图示,3恒星的亮度亮度在地球上，肉眼所见恒星的明暗程度称为视亮度，简称亮度。亮度的等级用视星等(m)来表示。古代，人们将肉眼看到的最明亮的星叫一等星，勉强可见的暗星叫六等星，它们之间亮度相差100倍。,黑洞巨大质量高度集中在很小的体积内，密度极大，引力大到任何物质无法逃脱，辐射也被禁锢出不来的天体。黑洞不发光，但可根据其强大的引力场，推测它的存在。目前认为可能是黑洞的天体是天鹅座X-1。,（二）银 河 系,1，银河和银河系“银河”在夏秋晴朗无月的夜晚，仰望星空，从东北方向越过头顶再朝西南方向延伸，一条乳白色横跨天空的光带。英文名称为Milky way。银河与银河系有什么区别？“银河”是指我们在地球上看到的一条光带，是银河系在天空上的投影，是肉眼所见到的部分银河系。“银河系”是指太阳所在的整个星系，是比太阳系更高层次的庞大天体系统，是由构成银河系的气体、尘埃、恒星、星团以及星云所组成的密集区。,2银河系的结构、大小和形状（1）银河系是一个包括约1500亿颗恒星和大量星际物质组成的庞大星系级的天体系统。（2）直径约10万光年，其恒星的分布是不均匀的。中心区域恒星较密集，距中心愈远，恒星愈稀疏。,银河系的结构（俯视）,3银河系的运动银河系的自转整个银河系绕中心轴线不停地旋转，称为银河系的自转。银河系的自转运动银河系所有的恒星除各自运动外，都有围绕着银河系中心的旋转运动，这种运动被称为银河系的自转运动。整个银河系在宇宙空间的运动，好像一个车轮子，自身不断旋转的同时又不停地向前进。,(三)宇宙的起源大爆炸宇宙学简介,关于宇宙的起源有许多假说，其中最有影响的是1948年由美国天体物理学家伽莫夫提出的大爆炸宇宙学。大爆炸宇宙学的基本观点大爆炸宇宙学认为，宇宙早期是一个超高密、超高温的“宇宙蛋”。宇宙蛋在某种物理条件下，发生迅猛的大爆炸，于是便开始不断膨胀起来，结果物质也随着时空膨胀而从密到稀、从热到冷地演化着，在演化过程中逐渐形成各种恒星体系。,二、地球所属的太阳系1、太阳系由中心天体太阳及其巨大引力作用下，环绕太阳运行的行星、卫星、小行星、慧星、流星体和行星际物质所组成的天体系统。,2、行星在椭圆轨道上绕太阳运行的、近似球状的天体。在太阳周围分布着八大行星，它们距太阳由近及远的顺序：水星金星地球火星木星土星天王星海王星。,水星（Mercury)水星是距太阳最近的行星，在太阳系中为第八大行星。直径：4,880 km质量：3.301023 kg 至今未发现水星有卫星。,金星（Venus）和金星上的火山离太阳第二远的行星，它的平均半径为6,052公里，质量是地球质量的0.815倍，公转周期为224.7天。金星没有卫星。,地球（Earth）,火星（Mars）,火星为距太阳第四远，也是太阳系中第七大行星。火星有两个小型的近地面卫星。,火星风暴,2000年8月，美国的火星探测器观测到了火星上的大风暴，风暴始于15日，26日加剧并急速扩展，已覆盖了超过半个火星表面。预计它还会继续扩展，直到造成一次全球性风暴。图为该风暴在火星上的位置。,火星古洪水,勇气号彩照（2004）,2004年1月23日“火星快车”探测器发现火星南极存在冰冻水 2004年1月14日“勇气”号传回照片：奇特的火星地貌让科学家大吃一惊 2004年1月24日“机遇”又发回火星照片显示火星土壤含赤铁矿,木星（Jupiter）木星是太阳系中最大的行星。中国古代把它叫做“岁星”，用它来纪年，因为已经知道它的公转周期近于12年。西方则称木星为“朱庇特(Jupiter)”，即罗马神话中的主神。相当于希腊神话中的王者-天神宙斯。木星直径约为14.3万千米，是地球直径的11.25倍，体积为地球的1316倍，而质量为 所有其他行星的2.5倍。木星的平均密度相当低，仅1.33克/立方厘米。其绕太阳公转一周约12年，而自转一周仅要近10小时。木星没有固体外壳，它是一颗由液态氢组成的液态星球。,土星（Saturn）土星直径119300公里，是太阳系第二大行星。它与木星十分相像，表面也是液态氢和氦的海洋，上方同样覆盖着厚厚的云层。土星有18颗经正式确认和命名的卫星，此外有12颗卫星未经最终确认。,天王星（Uranus）天王星是太阳系中离太阳第七远行星，从直径来看，是太阳系中第三大行星。直径:51,118 千米（赤道）质量:8.6831025 千克 天王星有15颗已命名的卫星，以及2颗已发现但暂未命名的卫星。,海王星（Neptune）,海王星是人们计算出来的行星。天王星发现后，人们发现它的预报位置和实际总不相符，1845年亚当斯和勒威耶分别计算除了天王星外还有一颗行星，并计算出了轨道和质量。1846年9月，终于在预报位置“捉住”了它。海王星赤道半径为24750千米，是地球赤道半径的3.9倍。海王星质量为地球质量的17.22倍。海王星绕太阳公转一周需要164.8年。海王星有8颗卫星。,八大行星绕轴自转的同时，在各自轨道上绕日公转。3、卫星围绕行星运动的天体。（1）八大行星除水星和金星外，都带有卫星。（2）行星和卫星都不发可见光。（3）一般质量大的行星比质量小的行星拥有较多的卫星。（4）大的卫星近球形，小的卫星呈现不规则状。（5）除天然卫星外，地球周围还绕转着许多人造卫星。（6）另外，还有不少空间探测器和宇宙飞船在太阳系中遂游着。人造天体当今天空中运行的人造卫星、宇宙火箭、行星际飞船和空间实验室等，统称人造天体。,4、小行星沿椭圆轨道绕太阳运行的小天体。数以万计的小行星分布在火星和木星轨道之间，构成小行星带。在地球周围空间也 有极少量的小行星在运行着。5、慧星呈现云雾状的独特外貌、以扁长椭圆轨道绕太阳运行的质量较小的天体。目前观测到的慧星已超过了1000多颗。6、行星际空间并非真空，极稀薄的行星际物质是由气体微粒和固体尘埃所组成。太阳系是人类目前唯一直接或间接观测到的行星系统，地球是太阳系家族的成员。我们对太阳系的探究，具有重大而深远的意义。,1、太阳的距离(1)日地距离。日地平均距离约14960万km，称为一个“天文单位”，可用“a”表示。1976年，国际天文学会通过，自1984年起，“a”值统一使用1.49597870亿km（约1.5亿km）。用a这把量天尺来度量十分方便。如日地平均距离为1a,太阳到冥王星的平均距离约40a。根据理论计算,太阳系的引力范围可达15万a。,（一）太阳,2太阳的能源(1)太阳热能。A、太阳是太阳系光热的主要源泉，是地球能量的主要供给者。B、太阳辐射太阳以电磁波形式不断地向外辐射能量，称为太阳辐射。(2)太阳能源A、太阳不断地释放出巨大的能量。巨大能量来源于太阳内部的热核聚变。,(二)太阳系的小天体,1、小行星(1)小行星带主要分布在火星和木星轨道之间，绝大多数小行星距太阳处。(2)小行星质量总和约为地球质量的万分之四，且质量愈小的数量愈多。发现小行星是非常费神的事，照相巡天观测发现大于照相星等21.2等的小行星达50万颗。目前编号的有近5000颗。,“陈省身星”2004年11月2日，一颗小行星当日正式被命名为“陈省身星”。这颗小行星由中国科学院国家天文台施密特小行星项目组于年月日在河北兴隆发现并拥有命名权。陈省身开创并领导着整体微分几何、纤维丛微分几何、“陈省身示性类”等领域的研究，他是有史以来惟一获得世界数学界最高荣誉“沃尔夫奖”的华人，被称为“当今最伟大的数学家”，被国际数学界尊为“微分几何之父”。年，陈省身定居南开大学，现为南开大学教授、中科院外籍院士、美国科学院院士、英国皇家学会名誉会员、美国国家数学研究所和南开数学研究所名誉所长、天津科技馆名誉馆长。“彭桓武星”2006年9月25日，中国科学院国家天文台台长艾国祥宣读了国际天文学联合会小天体命名委员会关于1997年10月6日由我国国家天文台发现的国际编号为48798号的小行星命名为“彭桓武星”的决定。彭桓武院士是我国核物理理论、中子物理理论以及核爆炸理论等理论的奠基人和主要领导者之一，推动和发展了我国凝聚态物理理论、固体和统计物理、原子和分子物理、加速器等原理。,2彗星俗称“扫帚星”。中国古代“彗”字，即扫帚之意；西方原于希腊文，即“尾巴”或“毛发”之意。(1)己发现的彗星有1600多颗，但计算出轨道的只有600多颗。(2)彗星是在扁长轨道上绕太阳运行的一种体积庞大、质量较小、呈云雾状（或带彗尾）的天体。,池谷一关彗星,威斯特彗星,彗星的结构,长约500万km的彗尾,(3)哈雷慧星 A、我国是世界上最早记录慧星的国家。春秋记载鲁文公十四年（公元前613年）秋七月，有星孛入于“北斗”。这是世界上第一次关于哈雷慧星的确切记载。B、著名的哈雷慧星平均回归周期为76年。1682年，当这颗慧星出现时，英国天文学家哈雷，注意到它的轨道与l607年和1531年出现的慧星轨道相似，他认定这是同一颗慧星的三次出现，并预言1758年底或1759年初将再次出现。虽然哈雷于1742年去世，但是他预言的慧星果然于1759年初再次出现了！最近一次是1986年的哈雷慧星回归，已获丰硕的观测成果。哈雷慧星下次回归时间约在2061年。,3流星和陨石(1)流星。在行星际空间，游荡着无数的尘粒和固体块，称为流星体。A、流星体来源于原始星云的残存颗粒、小行星互相撞碰产物、彗星瓦解碎片、行星和大卫星的喷发物等。B、当流星体穿过地球大气时，具有很高的速度，因摩擦而发热发光，人们可看到一条亮光划破夜空，这就是流星现象。流星一般在离地面80-120km高空才开始发光。C、特别明亮并伴随闷雷般响声的流星，又称“火流星”。D、通常所见的流星体是单个的，叫“偶发流星”，它们是单个天体碎片，像行星一样绕日运行，在接近地球时被吸引落进大气层而形成。,2001年狮子座流星雨,流星,2003年8月12日凌晨在约旦首都安曼拍摄的照片显示了英仙座流星雨划破夜空的壮美景象。,(2)陨石。大块流星体穿过地球大气层后尚未燃尽，其剩余部分落到地面上成为陨石。通常陨石以降落处的地名命名。,“吉林一号”石陨石,球粒陨石,新疆大陨铁,4、研究小天体的重要性(1)小行星、慧星、陨石等小天体，被认为是太阳系的“考古”标本。(2)这些地球的天外来客，保存了太阳系天体物质的最原始、最直接和最丰富的信息，这为研究太阳系的起源和演化、生命早期的化学演变过程及促进空间技术的发展，均具有重大的科学价值。(3)尤其值得一提的是，陨石物质对自然地理环境有重大影响。据资料分析，发现陨石撞击地球有10个相对集中的时期，这些时期与地球造陆运动、造山运动相吻合，每个集中撞击时期延续几百万年。例如，距今7000万年前，相当于白垩纪末的燕山运动时期和距今200-300万年，相当于第三纪末的喜马拉雅运动时期，都是陨石集中撞击地球的时期等。由此可见，大规模的陨石袭击是自然地理环境沧桑巨变的外因之一。,三、地球的天然卫星,月球是地球的惟一天然卫星。地球和月球相互吸引和共同绕转，构成了地月系。由于月球绕地球、地球绕太阳的运动，产生了有目共睹的月相变化和日食、月食等天文现象。,(一)月球概况,月球研究简史：从“媳娥奔月”的神话传说到“阿波罗登月”，人类对月球的研究已有几千年的历史了。1959年10月原苏联“登月3号”探测器首先实现了环绕月球的运行，拍下了月球背面的照 片。1969年7月美国“阿波罗”11号飞船登月成功，三名宇航员踏上了月球大地。宇航员阿姆斯特朗说；“对个人来说，这是一小步，但对人类来说，这是跨了一大步！”自此揭开了人类步入宇宙的新纪元。直至1972年，“阿波罗”飞船先后6次降落月面，进行了大量的科学考察，建立了科学观测站。1999年8月1日，美国成功地将探测器“月球勘探者”号以6100km/h的高速撞向月球南极的一个火山口内，但撞击后未探测到任何水蒸气或其他显示有水的迹象。相信不久的将来，月球将会成为人类开发宇宙的重要基地。,1969年7月20日，美国宇航员尼尔阿姆斯特朗和巴兹奥尔德林乘“阿波罗”11号飞船首次登月。,嫦娥计划,嫦娥工程将分为环绕、落月、返回三个步骤。,1、月球的距离月球是距离地球最近的天体。月地测得的距离约384400Km，误差达3.2km以上。2、月球的自然状况（1）月球几乎没有大气，其主要成分是氦和氩，密度很小。月球即使曾经有过大气，但它微弱的重力，不能保住大气。人们在望远镜中可以看到清晰的月面，以及飞船登月实地考察，都证明月球几乎没有大气，只有极微量的气体，其主要成分是氦和氩，密度仅为地球大气密度的1/110000。（2）声音得不到传播，白天天空也是一片漆黑，星星、太阳、地球同时出现在天空。没有大气，声音得不到传播，登月飞行的宇航员形容月球“有一种自成一格的荒凉之美”。没有大气对光的散射作用，月球上见不到“蔚蓝色”的天空，也没有迷人的晨昏朦影，即使在白天，天空也是一片漆黑。白昼和黑夜都是突然来临，星星、太阳、地球同时出现在天空。,月球上看地球,（3）无法保持水分，没有风云变幻。没有大气也就无法保持水分，故月球上没有风云变幻，不见雨露霜雪，也不会出现雷电和彩虹，不用做天气预报。（4）由于月球没有大气干扰，清晰度极佳，是天文观测的好基地。（5）月面上温度变化十分剧烈。因得不到大气和水分的调节，加上月球上的昼夜漫长，况且月壤的热容量和导热率都很小，因此，月面上温度变化十分剧烈。白天，在太阳直射下，温度可高达+127，黎明前可下降到-173。登月考察证明，月球表面被一层平均约10cm厚的细沙粒层所覆盖。（6）月球上难以存在生命。没有大气、没有水分、温度变化剧烈，因此，月球上难以存在生命。虽然在月球物质中已发现各种有机化合物，但目前在月面上没有任何证据表明存在有生命能力的有机体。,月球正面,月球背面,月球背面环行山,