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1、第一章第一章 宇宙中的地球宇宙中的地球空间探测技术空间探测技术 地球的全貌地球的全貌（一个以蓝色为主的、色彩丰富的星球）（一个以蓝色为主的、色彩丰富的星球）天道圜，地道方，圣王法之，所以立上下。公元前公元前3 3世纪世纪 吕氏春秋吕氏春秋日月交替，东升西降，变换有序。日月交替，东升西降，变换有序。如果大地是一个平面，那日月星辰又落到何处呢？如果大地是一个平面，那日月星辰又落到何处呢？板状的大地靠什么依托？大地的另一面又是什么样子板状的大地靠什么依托？大地的另一面又是什么样子？古希腊人运用逻辑思维方法，率先提出大地是一个圆球的想法。毕达哥拉斯(Pythagoras，前571前497)，亚里士多德
2、(Aristotle，前384 前322)把地球摆在他设想的宇宙体系中心。埃拉托色尼(Eratosthenes，前276?前196)，在亚历山大及其南边约920km锡恩的观察，计算出地球的周长为25000英里（4万千米。张衡(78 139年)观测中发现月蚀的阴影边缘总是弧形的，推测大地是圆的。第一节第一节 宇宇 宙宙 宇宙(universe)“宇”是空间的概念，是无边无际的；“宙”是时间的概念，是无始无终的。宇宙是无限的空间和无限的时间的统一。（1 1）宇宙物质的存在形式）宇宙物质的存在形式 电磁波电磁波 星际物质星际物质 积聚实体：星云、行星、恒星积聚实体：星云、行星、恒星（2 2）天体：通
3、常将包括星际物质和）天体：通常将包括星际物质和 各种积聚态实体在内的所有宇各种积聚态实体在内的所有宇 宙星体称天体。宙星体称天体。（3 3）人造天体：）人造天体：在恒星与恒星之间存在着极其广大在恒星与恒星之间存在着极其广大的空间，称为的空间，称为星际空间。星际空间。弥漫于星弥漫于星际空间的极其稀薄的物质称为星际际空间的极其稀薄的物质称为星际物质。物质。主要的星际物质有两类主要的星际物质有两类-星际气体星际气体和星际尘埃。和星际尘埃。二、天体系统和星系二、天体系统和星系 宇宙中的物质是运动的。宇宙中的物质是运动的。运动的主要方式是天体按照一定运动的主要方式是天体按照一定的系统和规律相互吸引和相互
4、绕的系统和规律相互吸引和相互绕转，形成不同层次的转，形成不同层次的天体系统。天体系统。银河系银河系太阳系太阳系地月系地月系 三、宇宙的形成演化BIG BANGBIG BANG大爆炸大爆炸（比利时 ,1894-1966 ，19271927）ll宇宙的全部物质，当初都集中在一个宇宙的全部物质，当初都集中在一个“原原始原子始原子”(或称宇宙蛋或称宇宙蛋)里，异常紧密里，异常紧密,高温高温.ll发生大爆炸，发生大爆炸，“原始原子原始原子”迅速膨胀，逐迅速膨胀，逐渐扩展成为我们现在的宇宙渐扩展成为我们现在的宇宙20世纪初，天文学家斯里弗尔（V.M.Slipher,1875-1969)在观测银河系外的仙女
5、座大星云时，取在观测银河系外的仙女座大星云时，取得得1515个星系的光谱资料，经过研究，发个星系的光谱资料，经过研究，发现其中现其中1313个正在以每秒几百公里的高速个正在以每秒几百公里的高速退行，即离开我们愈来愈远。退行，即离开我们愈来愈远。(红红红红 移移移移 现现现现 象象象象)1929年，哈勃(E.P.Hubble,1889-1953)根据观测到的河外星系正在退行的资料，提根据观测到的河外星系正在退行的资料，提出：一个星系退行的速度和它与我们出：一个星系退行的速度和它与我们(地球地球)的距离成正比，即离得愈远退行愈快。这的距离成正比，即离得愈远退行愈快。这个发现说明，我们周围的星系正在
6、四散离个发现说明，我们周围的星系正在四散离开，也可以说我们已知的宇宙正在膨胀。开，也可以说我们已知的宇宙正在膨胀。爱因斯坦(Albert Einstien,1879-1955)1916年提出广义相对论ll演演绎绎出宇宙在膨出宇宙在膨胀胀的理的理论论。ll哈勃的哈勃的发现发现被被认为认为是是对这对这些理些理论论的的验证验证。ll以后天文以后天文观测继续观测继续有新的有新的发现发现，证证明宇宙明宇宙在膨在膨胀胀。曾。曾测测到有的河外星系之到有的河外星系之间间，正以，正以每小每小时时250250万万KmKm的速度在拉开距离。的速度在拉开距离。怎样证明发生过这样的大爆炸ll爆爆炸炸形形成成的的宇宇宙宙
7、一一直直在在降降温温，恒恒星星是是在在降降到到4000040000K K以下时才开始形成以下时才开始形成ll现现在在测测得得最最老老星星系系的的年年龄龄都都只只有有100100多多亿亿年年，符合这个理论的推断。符合这个理论的推断。ll盖盖莫莫夫夫(G.GamowG.Gamow，1904-1968)1904-1968)预预言言：在在大大爆爆炸炸的的特特殊殊宇宇宙宙背背景景下下产产生生出出来来的的微微波波辐辐射射，至至今今还还存存在在于于宇宇宙宙空空间间中中，其其温温度度应应已已降降低低到只有绝对温度几度。到只有绝对温度几度。彭兹亚斯彭兹亚斯(A.A.Penzias,1933-)A.A.Penzi
8、as,1933-)威尔逊威尔逊(R.W.Wilson,1936-)R.W.Wilson,1936-)l19641964年，威尔逊山上一台高灵敏度的射电年，威尔逊山上一台高灵敏度的射电天文望远镜，在各个方向都测得一种天文望远镜，在各个方向都测得一种33K K的微波背景辐射。大爆炸理论得到了有力的微波背景辐射。大爆炸理论得到了有力的支持。的支持。l为此得到了为此得到了19781978年的诺贝尔物理学奖年的诺贝尔物理学奖第二节第二节 银河系与太阳系银河系与太阳系一、银河系二、太阳系一、银一、银 河河 系系ll一个中心凸出并成一个中心凸出并成旋涡状的圆饼旋涡状的圆饼ll银球，直径约银球，直径约1.63
9、1.63万光年，其核心称为银核，恒万光年，其核心称为银核，恒星密集星密集ll银盘，银球周围较为明亮的部分，展布如盘，表银盘，银球周围较为明亮的部分，展布如盘，表现为若干旋臂。银盘直径近现为若干旋臂。银盘直径近1010万光年，厚约万光年，厚约1 1万万光年光年ll太阳系位于银盘的一侧，距银河系的中心尚有太阳系位于银盘的一侧，距银河系的中心尚有2.7 2.7 0.330.33万光年之遥。万光年之遥。银河系银河系的所有天体大体顺着的所有天体大体顺着银道面银道面绕核心作绕核心作飞快的旋转运动飞快的旋转运动(自转自转)。银河系银河系自转不同于固体转动，银盘内从中心自转不同于固体转动，银盘内从中心到边缘的
10、不同地方自转的角速度不同。到边缘的不同地方自转的角速度不同。太阳附近银河系自转角速度为太阳附近银河系自转角速度为0.00530.0053a a，线速度为线速度为250250km/skm/s。太阳公转一周的时间约为太阳公转一周的时间约为2.2.6565亿亿a a。太阳一方面大体沿银道面作公转，同时还进太阳一方面大体沿银道面作公转，同时还进行着往返于银道面两侧的波状位移行着往返于银道面两侧的波状位移(0.33(0.33亿亿a)a)。二太阳系二太阳系l8 8个大行星个大行星l6666颗卫星颗卫星l1 1万多颗小行星万多颗小行星l数以亿计的彗星和流星数以亿计的彗星和流星l以及弥漫在看起来一无所有的空间
11、以及弥漫在看起来一无所有的空间中的中的星际物质星际物质。l在太阳系内，由于接受的太阳辐射在太阳系内，由于接受的太阳辐射多，温度高，轻的气体被辐射到远多，温度高，轻的气体被辐射到远处，散失到太阳系的外部处，散失到太阳系的外部 远处构成类木行星远处构成类木行星l近太阳的地区（水星、金星、地球近太阳的地区（水星、金星、地球和火星），以尘埃中的固体物质为和火星），以尘埃中的固体物质为主，化学组成和原来的星云有显著主，化学组成和原来的星云有显著的不同（铁、硅、镁、氧为主）的不同（铁、硅、镁、氧为主）近处构成类地行星近处构成类地行星开普勒（开普勒（Johannes Kepler，15711630）行星运动
12、的三条定律：行星运动的三条定律：行星都是沿行星都是沿“椭圆形椭圆形”轨道围绕太阳旋转的轨道围绕太阳旋转的行星轨道都位于同一个好像圆盘的行星轨道都位于同一个好像圆盘的“平面平面”（黄道面）上，太阳和行星的联线在相等的时（黄道面）上，太阳和行星的联线在相等的时间内扫过相等的面积间内扫过相等的面积行星轨道平均半径行星轨道平均半径（以地球与太阳的距离（以地球与太阳的距离为1 1）的三次方与公转周期（以地球年为单位）的三次方与公转周期（以地球年为单位）的平方相等的平方相等开普勒（开普勒（Johannes Kepler，15711630）行星运动的三条定律：行星运动的三条定律：行星都是沿行星都是沿“椭圆形
13、椭圆形”轨道围绕太阳旋转的轨道围绕太阳旋转的行星轨道都位于同一个好像圆盘的行星轨道都位于同一个好像圆盘的“平面平面”（黄道面）上，太阳和行星的联线在相等的时（黄道面）上，太阳和行星的联线在相等的时间内扫过相等的面积间内扫过相等的面积行星轨道平均半径行星轨道平均半径（以地球与太阳的距离（以地球与太阳的距离为1 1）的三次方与公转周期（以地球年为单位）的三次方与公转周期（以地球年为单位）的平方相等的平方相等太阳系行星公转周期轨道半长径公转周期(日)平均轨道速度(公里/秒)天文单位百万公里水星0.38757.987.7047.89金星0.723108.2224.7035.03地球1.000149.6
14、365.2629.79火星1.524227.9686.9824.13木星5.203778.34332.7113.06土星9.5391427.010759.59.64天王星19.2672882.3306856.81海王星30.2404523.9601905.43哈雷慧星（1986）（2061）25万年前，重约7万吨的陨石，以每小时约6.9万千米的速度撞入地球，在美国亚利那州的沙漠上留一个丑陋疤痕巴林杰陨石坑。陨石本身在这个过程中粉碎了是陨石坑宽1264米，深174米，是世界上最大的撞击陨石坑。撞入地面。其爆炸的能量可能是毁掉日本广岛市的原了弹的40倍。第三节第三节 地月系地月系一地月系一地月系
15、地球和月球在引力作用下组成一地球和月球在引力作用下组成一 个双天体系统个双天体系统地月系地月系。月球绕地球旋转月球绕地球旋转（公转）（公转）月球月球直径约为地球的直径约为地球的1/41/4，质量约为，质量约为地球的地球的1/811/81。月球绕地球旋转月球绕地球旋转（公转）（白道面），（公转）（白道面），其旋转的角速度为其旋转的角速度为33/33/h h,线速度约线速度约1 1 km/skm/s，旋转一周的时间为旋转一周的时间为27.32 27.32 d d。月球也有自转，月球也有自转，其自转周期等于绕其自转周期等于绕地球公转的周期，因而月球总是以同地球公转的周期，因而月球总是以同一面朝向地球
16、。一面朝向地球。发生日食的条件：日月相合于黄白交线发生日食的条件：日月相合于黄白交线发生月食的条件：日月相冲于黄白交线发生月食的条件：日月相冲于黄白交线2001年年6月月21日非洲日全食日非洲日全食 二、地月系的运动l到太阳的平均距离约为到太阳的平均距离约为1.496101.496108 8km(km(1 1个天文个天文单位单位)。l地球绕太阳公转的角速度平均为地球绕太阳公转的角速度平均为59085908d,d,线速度约为线速度约为30 30 km/s,km/s,公转一周时间平均约为公转一周时间平均约为 365.256 365.256 d d。地球绕自己的极轴自转的角速度地球绕自己的极轴自转的
17、角速度约为约为 15/15/h h（或或1515minmin、1515s s），），赤赤道处的线速度为道处的线速度为465465m ms s，自转一周的时间为自转一周的时间为2323小时小时5656分分4 4秒。秒。地球的自转速度在减慢现今：一天23h56min4s一年365.256d4亿年前：一天21.5h,一年405d2亿年前：一天23h，一年385d每一百年减慢0.002s地球公转轨道偏心率周期：10万年黄赤交角的变化周期：4.1万年第四节第四节 地球的形态地球的形态 一、地球的形状与大小 二、地球的表面形态一、地球的形状与大小 地球形状是指大地水准面所圈闭地球形状是指大地水准面所圈闭
18、的形状。的形状。大地水准面大地水准面：是指由平均海平面：是指由平均海平面所构成并延伸通过陆地的封闭曲面。所构成并延伸通过陆地的封闭曲面。地球的整体形状十分接近一个扁率非地球的整体形状十分接近一个扁率非常小的旋转椭球体（即扁球体）。常小的旋转椭球体（即扁球体）。赤道半径赤道半径 6378.37 6378.37 kmkm两极半径两极半径 6356.752 6356.752 kmkm平均半径平均半径 6371.012 6371.012 kmkm扁率扁率 1/298.257 1/298.257赤道周长赤道周长 40075.7 40075.7 kmkm子午线周长子午线周长 40008.08 40008.
19、08 kmkm表面积表面积 5.10110 5.101108 8 kmkm2 2体积体积 1083210 10832108 8 kmkm3 3数字地球二、地球的表面形态地球表面分为陆地和海洋两大部分。地球表面分为陆地和海洋两大部分。陆地面积占陆地面积占29.229.2；海洋面积占海洋面积占70.870.8。65以上的陆地集中在北半球，并多在北端与其它大陆相连。大洋间相互沟通。地表的最高点珠穆朗玛峰，海拔8844.43 m；最低点位于太平洋西侧的马里亚纳海沟，在海面以下11034m；地表最大垂直起伏约20km。陆地的平均高度为875m，海洋的平均深度为3729m。8844m地表有二级面积较大、起
20、伏较小的台阶：（1）海洋的大洋盆地（深40005000 m），占地球总面积的22.6；（2）大陆上低于1000m的平原、丘陵和低山，占地球总面积的20.8。8844m（一）、（一）、陆地地形特征地地形特征 陆地地形特征按照高程和起陆地地形特征按照高程和起伏可分为伏可分为:山地、丘陵山地、丘陵(500m500m)、平原、平原(200m200m)、高原、高原(500m500m)和盆地和盆地等类型。等类型。(二)、海底地形特征海洋环境：滨海、浅海、半深海和深海。洋底地形：大陆架、大陆坡、大陆基、深海盆地、洋脊、海沟。海沟：深度比相邻海底深海沟：深度比相邻海底深2000米以上，两岸较陡米以上，两岸较陡
21、 的狭长深海洼地的狭长深海洼地大陆边缘l大陆与深海洋盆的过渡地带l大西洋型：大陆架、大陆坡、大陆基l太平洋型：大陆架、大陆坡、海沟太平洋型太平洋型大陆边缘大陆边缘大西洋型大西洋型大陆边缘大陆边缘洋(中)脊面积：占海洋面积的32.7。长：其南端相连，连绵64000km。宽：20004000km。高：其顶到洋底约20003000m，距海面20003000m。结构：其轴部发育深达2000多米的中央裂谷。中央裂谷是地幔物质大量涌出的地方。大大西西洋洋洋洋中中脊脊大型海底地形单元及其面积比率大型海底地形单元及其面积比率主要内容l宇宙的物质组成l开普勒三定律l黄道面、白道面、黄赤交角l地球的主要地貌单元l海底地貌单元、l大陆边缘、大洋中脊、海沟