天体与地球前言.ppt

1,天 体 与 地 球,0706422114,地球科学学院 张梅生 zhangms ,2,一、课程的内容、性质及意义 1.课程内容 2.课程性质 3.学习意义 二、人类认识宇宙、天体的历史,前 言,3,一、课程的内容、性质及意义 1.课程内容 宇宙天体科学:第一章 宇宙 第二章 星系与银河系 第三章 恒星 第四章 太阳系 地球科学:第五章 地球 第六章 地球的演化历史 系统介绍当代天文科学、宇宙科学、地球科学的基本知识和最新成就。,4,2.课程性质 普通高校公共基础课程 3学习意义（1）全面了解客观物质世界的起源和演化历史;（2）深刻认识人类社会存在的地球背景、宇宙背景;（3）树立科学的宇宙观、世界观、地球观。,5,科学 辞海：关于自然、社会和思维的知识体系。是实践经验的结晶。每一门科学通常都只是研究客观世界发展过程的某一个阶段或者某一种运动形式。科学的任务是揭示事物发展的客观规律，探求客观真理，作为人们改造世界的指南。新华字典：反映自然、社会、思维的客观规律的分科的知识体系。迷信 辞海：指相信星占、卜筮、风水、命相和鬼神等；也指盲目地信仰和崇拜。新华字典：盲目地信仰和崇拜。特指信仰神仙鬼怪等。,6,2005年中国十大科技进展1.神舟六号载人航天飞行圆满成功。2.青藏铁路全线铺通。3.我国首款64位高性能通用CPU芯片问世。4.中国科考队首次登上南极冰盖最高点（4093米）。5.全球记载种类最多的126卷册中国植物志出版。6.我国科学家成功实现首次单分子自旋态控制。7.我国测定珠穆朗玛峰新“身高”8844.43米。8.中国大陆科学钻探深入地下5158米。9.能在血管中通行“纳米药物分子运输车”研制成功。10.最高分辨率“中国数字人男1号”诞生。,7,神舟六号载人航天飞行圆满成功,8,神舟六号载人航天飞行圆满成功,9,神舟五号,神舟六号,两者的大小、重量、设备等基本不变；采用“长征2号F”运载火箭作为动力载体,神州6号和神州5号的对比,10,采集陨石5282块拥有近万块,登上南极最高点Dome A海拔4093m,第22次和第23次南极科学考察,首次绘制格罗夫山地质图,11,各国南极考察路线,格罗夫山,12,中国大陆科学深钻构造位置,中国大陆科学钻探深入地下5158米,13,国际科学深钻项目,14,大陆科学深钻与大洋科学钻探,15,我国测定珠穆朗玛峰高度8844.43米,16,2005年世界十大科技进展1.“惠更斯”号探测器成功登陆土卫六。2.“深度撞击”计划获得成功。3.美国研究人员发明取代晶体管的新元件（交换点阵 式插锁），为建造纳米元件计算机提供关键元件。4.天文学家首次拍到太阳系外行星照片。5.科学家公布人类基因组“差异图”。6.澳大利亚科学家成功将光束“冻住”1秒钟。意味着可 能制造光计算机或量子计算机存储设备。7.美国研究人员开发出高效率燃料电池。8.法国瑞士科学家制造出超大容量纳米级信息存储材料。9.美国科学家制造出“夸克胶子等离子体”。10.法国科学家首次找到控制单分子行动的方法。,17,卡西尼号正在释放 惠更斯着陆器,历时七载,卡西尼号造访土星,18,“卡西尼号”飞越土星,19,惠更斯着陆器在土卫六上降落,20,“深度撞击”计划获得成功,21,2005年7月6日,”深度撞击”探测器在1.3亿公里外撞击”坦普尔1号彗星”,22,寻找太阳系 外的行星,23,寻找太阳系外的行星,24,25,原始汤-在高温高压下物质破裂成夸克-胶子等离子体子。物理学家们认为宇宙大爆炸之初物质就处于这种状态。,夸克胶子,26,耗资7亿美元，飞行48亿公里，2015年抵达冥王星,2006年1月19日,新地平线号发射升空,27,新地平线号的使命,28,第十大行星?,29,第十大行星-海王外天体,30,31,2005年10月26日发射的俄罗斯“金星快车号”,32,火星探索方兴未艾,33,勇气号降落火星,34,猎兔犬号,35,火星上的赤铁矿“蓝浆果”和层状沉积岩层,36,火星上的冰川冲刷地貌,37,EAST（实验型先进全超导托卡马克),2006年2月14日，我国EAST组装完毕,38,EAST（实验型先进全超导托卡马克),2006年4月,我国EAST调试完毕,将于6月运行,39,2006年2月14日，我国EAST（Experimental Advanced Superconducting Tokamak实验型先进全超导托卡马克)在中科院等离子体物理研究所的合肥科学岛组装完毕。EAST是具有超大电流、超强磁场、超高温、超低温的高度复杂装置，堆芯温度上亿，线圈温度-269。国际专家普遍认为，EAST将可能成为世界上第一个可实现稳态运行、具有全超导磁体和主动冷却第一壁结构的托卡马克。将为“国际热核聚变实验堆”(ITER)的建设提供直接经验和基础。EAST的基础是1995年建成的超导托卡马克HT-7，2003年3月31日，HT-7实验获得超过1分钟等离子体放电，是继法国之后第二个能产生分钟量级放电的托卡马克。ITER即国际热核聚变实验堆计划，2013年建成一个实验堆；2025年建成一座原型聚变堆；2040年建成一座示范聚变堆。,40,托卡马克(tokamak)磁线圈圆环室,41,热核聚变实验基本原理 在聚变反应堆内,一个氘原子核(重氢核)与一个氚原子核(超重氢核)相互碰撞聚合,产生一个氦4原子核,一个中子和17.6兆电子伏特的能量.,42,欧洲联合环(JET)热核聚变实验装置的内部,43,国际热核聚变实验反应堆(ITER),44,刘东生院士,王永志院士,45,二、人类认识宇宙、天体的历史（一）古代天文学（3 Ma 公元5世纪）1古埃及 据天狼星偕日升预报尼罗河水的泛滥周期,创立太阳历法（公元前27世纪）2中国的月球历法（公元前22世纪）3英国索尔兹伯里 斯通罕克天文巨石阵（公元前20世纪）,46,47,英国索尔兹伯里 斯通罕克天文巨石阵Stonehenge,48,49,古代黄道十二星座,50,玛雅天文台,51,4古希腊毕达哥拉斯提出地球“球形”（公元前6世纪）5古亚历山大学派埃拉托色尼斯测量 地球的周长（公元前2世纪）6地心体系的建立 古亚历山大 托勒密地心说（公元2世纪）中国 盖天说（西周-7世纪）、浑天说（东汉张衡浑天仪）,52,埃拉托色尼斯测量地球周界的方法在夏至日当太阳经过塞恩城(s)的天顶直射井底的时候,太阳在亚力山大城(A)中天.这时它的天顶距(Z)等于这两个城市的纬度之差,与这角度差相当的线距离是AS,因此我们可以求得地球的周界之长.,53,托勒密的地心系,54,55,（二）经典天文学（16世纪-18世纪）1经典天文学诞生阶段（16世纪-17世纪）日心体系的建立 哥白尼 1543 天体运行论-行星天文学创始人 布鲁诺 1584 论无限宇宙和世界 开普勒 根据第谷的科学观测,提出行星运 动三定律:1609 新天文学 轨道定律、面积定律 1619 宇宙和谐论 周期、距离定律 公转周期2=轨道长轴半径3,56,哥白尼的日心系,57,早期天文望远观测 伽里略 1610 发现伽里略卫星 发现太阳黑子 第谷 1576-1596 编制大星表 惠更斯 1656 发现土卫六、土星光环 卡西尼 1671-1674 发现土星三颗大卫星 1675 发现土星环缝-卡西尼环缝 万有引力发现 牛顿 1687 自然哲学的数学原理 万有引力定律 牛顿运动三定律-天体力学奠基人 光的分解-天体物理学技术之一,58,的汶岛天文台,59,2.经典天文学兴起阶段(17世纪末-19世纪中）-方位天文学、天体力学 哈雷慧星的观测 哈雷 1705 彗星天文学概述 应用万有引力定律预测哈雷彗回归 恒星自行现象的发现 哈雷 1718 月球运行的长期加速 哈雷 地球测量 1791年法国宪政会议决定：以地球子午线的一象限的一千万分之一的弧长为长度地位，叫1个米突（metre）太阳的测量 哈雷1761年测量太阳视差,60,哈雷慧星的轨道,61,62,行星运动测量 拉格朗日 1788 分析力学提出木星、土星运动的周期性摄动 康德-拉普拉斯星云说 康德 1755自然通史和天体论 拉普拉斯 1796宇宙体系论、1799-1825 天体力学 波德律 波德 1772 发现行星轨道距太阳距离:0.4+0.32n(天文单位),63,波德律,64,行星的发现 威廉.赫歇尔 1781 发现天王星(波德律19）皮亚齐 1801、奥尔贝斯 1802 发现小行星带（波德律2.8）-谷神星、智神星、婚神星、灶神星 亚当斯 1844、勒威耶 1845 发现海王星-“笔尖下发现的行星”水星近日点轨道摄动的发现 勒威耶 1859 提出“火神星”,65,四颗最大的小行星,66,（二）近代天文学（18世纪末-19世纪）1近代天文学诞生阶段（18世纪末-19世纪中）.恒星系的研究 先驱者（18世纪前）英 赖特、德 康德、法 朗白尔 提出：恒星可能组成一个有限范围的伟大体系。,67,威廉.赫歇尔-近代恒星天文学创始人 a.发现太阳的自行-打破太阳静止的假说 b.发现在相对轨道上运动的双星(物理双星）1784年发表284对双星表，证明开普勒定律和牛顿定律在地球以外的恒星系一样有效-“万有引力”c提出银河系为“扁平状星系”d提出星云具有内部结构,68,赫歇尔家族,69,70,约翰.赫歇尔 一生中探测2300个星区，数了7万颗星 a.双星轨道运动的观测证实，发现了3347对双星 b1833年发表星云、星团表（含2306个）c大、小麦哲伦星云观测（大麦云数出919个天体；小麦云数出244个天体），指出：“这些星云可以看作是南半球特有 的一种星系”,71,德 贝塞尔 a测定恒星视差 1838 测定天鹅座61号星视差0”.31;1840 再次测定为 0”.35 b.1844 发现天狼星波浪运动和伴星预测-不可见天文学 罗斯爵士（威廉.帕尔森）1854年发现“旋涡状星云”,72,天狼星波浪运动和伴星,73,.太阳系研究 月球和行星的观测 发现的小行星数目增多 彗星与流星的观测 发现英仙座流星雨 太阳的观测 发现太阳黑子活动周期（11年）,74,75,2近代天文学兴起阶段（19世纪后半叶）-天体物理学的诞生 天体物理学三大技术 a分光学 德 夫琅和费-天文分光学创始人 1871 用A、B、C、D表示太阳光谱的主要谱线-“夫琅和费谱线”b光度学 c照相术 1839年应用于天文学,76,太阳的研究 1859年 德 克希霍夫根据太阳光谱研究，提出分光学基本定律(克希霍夫定律):（1）每一个化学元素有一种特殊的谱线;（2）每一种元素可以吸收它所能够发射的光线，这就是谱线的反变或自蚀。发现：炽热固体或液体（后来发现还有高压气体）发连续光谱；气体发不连续的明线光谱。宣布：太阳光谱含Na、Fe、Ca、Ni 等元素（现已发现67种），-证明化学元素在天体上存在！,77,78,月球和行星研究 1890年 美 霍尔顿根据照片绘制月面详图 1879年 意 斯基帕雷利发现火星表面的网状结构（运河？）1879年 发现木星表面的大红斑 恒星的研究 1863年意 塞西、1864年美 哈根斯开始测量恒星光谱 1884年美 皮克林编制哈佛光度表，包括4260颗恒星星等,79,月球的表面,80,火星表面的网状结构,81,82,（三）现代天文学（20世纪以来）1.现代天文学发展阶段(20世纪上、中叶）-天体物理学的兴起 现代天文学两大理论基础 广义相对论 1916 爱因斯坦 量子力学 1920th 普朗克、狄拉克、海森堡、薛定谔等-是20世纪自然科学基础研究 最重大的三大成就,83,84,85,太阳研究 发现黑子磁场、色球耀斑、热核聚变原理 行星天体力学研究水星近日点轨道进动的解释-广义相对论的理论验证 恒星研究 a.20th 初提出恒星哈佛光谱分类（B、A、F、G、K、M）b20th 初发明赫罗图 c1912年 勒维特发现造父变星的周光关系,86,87,银河系、河外星系研究 a.1920 沙普利-柯蒂斯辩论 主题:宇宙的尺度 沙普利-银河系宇宙30万光年 柯蒂斯-河外星系（仙女座大星云）b.河外天文学的开创 1923 哈勃 用 2.5m反射望远镜 拍摄仙女座大星云-恒星组成-旋涡星系 发现：宇宙膨胀-哈勃定律 c.宇宙大爆炸学说的提出 1948年 伽莫夫,88,宇宙大厨,89,2当代天文学（20世纪下叶-现代）-空间天文学 全电磁波段研究:传统可见光天文学 射电天文学 r射线天文学 X射线天文学-X射线卫星 紫外天文学 红外天文学-红外卫星,90,电磁波全波段：波长10-12-108cm r射线：10-1 cm,91,可见光窗口,射电窗口,92,全波段电磁波观测天文学,93,阿雷西沃射电望远镜,94,阿雷西沃信息,95,射电天文学 60年代四大发现 宇宙微波背景辐射 类星体 脉冲星 星际（有机）分子 1990年 哈勃太空望远镜(HST）升空 基本粒子物理学研究证实宇宙大爆炸揭示宇宙创生和物质起源的奥秘！21世纪太阳系天体观测,96,宇宙微波背景辐射的发现者 威尔逊和彭齐亚斯,97,98,99,霍金,100,哈勃太空望远镜,101,国际空间站,102,“乘员探索飞行器”为”国际空间站”提供运输服务,103,104,105,宇宙漂流瓶,106,康德：“世界上有两件东西能够深深地震撼人们的心灵，一件是人们心中崇高的道德准则，另一件是头顶上的星空。”,