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1、第一章第一章 宇宙中的地球宇宙中的地球 一一 天圆地方？天圆地方？1 天圆地方？天圆地方？天是圆的，地是方的天是圆的，地是方的 在古代，人们的视野非常微小。于是就有了下面的民歌：在古代，人们的视野非常微小。于是就有了下面的民歌：敕勒川，阴山下。敕勒川，阴山下。天似穹庐，笼盖四野。天似穹庐，笼盖四野。天苍苍，野茫茫。天苍苍，野茫茫。风吹草低见牛羊。风吹草低见牛羊。这首诗的意思是：天好像圆顶帐篷盖在地上这首诗的意思是：天好像圆顶帐篷盖在地上天圆地方天圆地方。不不仅是是中中国国人人，居居住住在在世世界界各各处的的人人们，最最初初都都有有过类似似的的错觉，因，因为他他们只能凭直只能凭直觉来来认识周周围
2、事物的。事物的。但但是是人人们也也看看到到，“天天圆地地方方”实在在难以以自自圆其其说。因因为，日日月月交交替替，东升升西西降降，变换有有序序。如如果果大大地地是是一一个个平平面面，那那日日月月星星辰辰又又落落到到何何处呢呢？板板状状的的大大地地靠靠什什么么依依托托？大大地地的的另另一一面面又又是是什什么么样子？子？2 对地球形状的探索对地球形状的探索 1519年年9月月，由由麦麦哲哲伦（FDMagalhhaes，1480？1521）率率领的的船船队，从从西西班班牙牙启启航航，到到1522年年9月月，这支支船船队在在环绕地球一周后，又回到西班牙。从而地球一周后，又回到西班牙。从而证实了大地是一
3、个了大地是一个圆球。球。3 对地球形状的测量对地球形状的测量 古古希希腊腊人人率率先先提提出出了了大大地地是是一一个个圆球球的的想想法法，并并进行行了了有有关关计算。先有算。先有毕达哥拉斯达哥拉斯，后有，后有亚里里斯多德斯多德。公元前公元前240年前后，古埃及的年前后，古埃及的埃拉托色尼埃拉托色尼注意到在夏至的注意到在夏至的中午有中午有这样的的现象：位于象：位于亚历山大南山大南边约920km处锡恩恩的的一口一口枯井枯井中，阳光可以中，阳光可以直射直射到井底；到井底；而射入而射入亚历山大城井中的阳光，山大城井中的阳光，却是却是斜射斜射进去的。去的。为什什么么会会出出现这种种现象象？埃埃拉拉托托色
4、色尼尼判判定定，这是是由由于于地地面面弯弯曲曲所所造造成成的的，而而地地面面弯弯曲曲是是由由于于地地球球是是圆球球形形。同同时，他他测得得的的数数据据，也也证实了了他他的的推推测，而而且且还求求得得了了不不够精精确确的的地地球球圆周周长度。度。在在希希腊腊语中中，planet的的原原意意是是“游游荡者者”，所所以以亚里里土土多多德德用用这个个词来来区区别它它们与与被被他他视为稳定定不不动的的地地球球。第第8层是是众众多多恒恒星星的的居居所所，称称为“恒恒星星天天层”；而而最最外外边的的这一一层是是带动所所有有星星辰辰运运动的的“原原动力力天天层”。正正是是这个个“原原动力力天天层”的的提提出出
5、，才才给上帝留了余地，后来地心上帝留了余地，后来地心说被教会信奉被教会信奉为真理真理长达十几个世达十几个世纪。400多多年年后后，希希腊腊天天文文学学家家托托勒勒密密（CPtolemy 90？168）在在全全面面继承承亚里里士士多多德德模模式式的的基基础上上，不不断断补充充和和完完善善这套套理理论，并并称称之之为亚里里士士多多德德托托勒勒密密地地球球中中心心说，这套套理理论被人被人们奉奉为真理，真理，长达十几个世达十几个世纪。2 太阳中心太阳中心说 到到哥哥白白尼尼（NCopernicus，14731543）出出生生的的年年代代，天天体体运运行行的的轨道道，已已记录到到70多多个个。而而且且，
6、按按照照托托勒勒密密的的方方法法计算算编制制的的历书，屡屡屡屡出出现差差错。但但是是，人人们不不敢敢或或没没想想到到去去怀疑疑，只是在原有的框架内修只是在原有的框架内修补漏洞，可始漏洞，可始终不能自不能自圆其其说。哥哥白白尼尼在在波波兰的的克克拉拉科科夫夫大大学学读书时，学学的的是是托托勒勒密密的的宇宇宙宙体体系系；1496年年他他到到意意大大利利继续学学习和和传授授天天文文学学，所所学学、所所讲的的仍仍是是托托勒勒密密的的宇宇宙宙体体系系；随随着着他他对这个个体体系系了了解解的的不不断断增增多多，他他对这个体系愈来愈个体系愈来愈怀疑。疑。他他从从古古希希腊腊人人阿阿里里斯斯塔塔恰恰斯斯（Ar
7、istarchus，前前312？一一前前230）的的推推测中中得得到到启启示示：不不是是太太阳阳围着着地地球球转，而而是是地地球球围着着太阳太阳转。1506年，哥白尼回到波年，哥白尼回到波兰，虽然他的然他的职位是牧位是牧师，实际上上他他毕生的精力都用于天文的生的精力都用于天文的观测与研究，最与研究，最终完成了完成了天体运行天体运行论，提出了太阳，提出了太阳中心中心说。他的。他的天体运行天体运行论5 卷卷刚出版完后，他已是躺在出版完后，他已是躺在临终前的病床上了。前的病床上了。意意大大利利的的教教士士布布鲁诺在在广广泛泛宣宣传太太阳阳中中心心说后后，被被宗宗教教势力力视为异异端端，1591年年教
8、教会会将将他他骗回回意意大大利利后后，将将他他活活活活烧死死在在罗马广广场上上，并并封封锁了了哥哥白白尼尼的的著著作作。直直到到1757年年，随随着着太太阳阳中中心心说不断被接受，教会才取消了不断被接受，教会才取消了对哥白尼的著作的禁令。哥白尼的著作的禁令。三三 认识太阳系认识太阳系 1 原始望远镜的出现原始望远镜的出现 在在哥哥白白尼尼的的时代代，人人们所所能能看看到到的的最最远的的行行星星是是土土星星。土土星星和和太太阳阳相相距距约15亿km，约为地地球球和和太太阳阳距距离离的的9.54倍倍，即即9.54天天文文单位位（A）。当当时只只知知道道很很远，不不知知道道有有多多远，因因为人人们还
9、没没有有办法法去去测量量它它们之之间的的距距离离。用用肉肉眼眼能能看看到到的的恒恒星星，最最多多 6000个个，对太太阳阳系系内内的的天天体体，只只知知道道除除太太阳阳外外，仅有有地地球球等等6个个行星，和行星，和1个个卫星月球。星月球。1609年年，伽伽利利略略将将两两块凸凸透透镜片片装装在在一一根根木木制制的的长管管两两端端，来来观测天天文文现象象，望望远镜虽然然简陋陋，但但已已能能使使观测的的清清晰晰度度10倍倍于于肉肉眼眼，他他发现原原来来银河河实际上上是是由由无无数数颗恒恒星星所所组成成的的。有有了了这望望远镜，1610年年，伽伽利利略略用用它它找找出出了了木木星星的的4颗卫星星，还
10、证明明太太阳阳上上有有黑黑子子。自自此此以以后后，新新的的发现层出出不不穷，人人类对太太阳系的了解越来越多。阳系的了解越来越多。黑子群黑子群澳大利亚Parkes64米射电望远镜三、三、认识太阳系认识太阳系 2.开普勒三定律的提出开普勒三定律的提出太太阳阳和和行行星星的的联线在在相相等等的的时间内内扫过相相等等的的面面积，换句句话说，当当行行星星离离太太阳阳较近近时，其其运运动速速度度就就加加快快，而而离离太太阳阳较远时，运运动速度就减慢。速度就减慢。行行星星轨道道平平均均半半径径的的立立方方与与公公转周周期期的的平平方方之之比比为常常数数，换句句话说，即距离太阳越，即距离太阳越远的行星，其公的
11、行星，其公转周期就越周期就越长。三三、认识太阳系、认识太阳系 3.提丢斯波德定则的提出提丢斯波德定则的提出 德德国国数数学学教教师提提丢斯斯（JDTitllS，17291769）发现，各各行行星星与与太太阳阳的的距距离离，由由内内向向外外，有有规律律地地在在增增加加，并并提提出出了了一一个个经验算算术式式。后后来来，这个个公公式式被被天天文文学学家家波波德德（JBode，17471826）加以）加以论证和改和改进，合称，合称为提提丢斯一波德定斯一波德定则 英英国国天天文文学学家家赫赫歇歇尔（WHerschel，17831822）根根据据上上述述定定则，在在土土星星外外边找找到到了了与与太太阳阳
12、相相距距约19.2个个天天文文单位位的的天天王星王星，把太阳系的直径延伸了一倍。，把太阳系的直径延伸了一倍。1846年年，盖盖勒勒发现了了海海王王星星；1930年年汤博博发现了了冥冥王王星星，但但这两两者者都都不不遵遵守守这个个定定则。冥冥王王星星距距太太阳阳很很远，而而且且体体积和和质量量都都比比其其它它大大行行星星小小了了许多多。因因此此有有人人认为还应该还有有另另外外一一颗尚尚未未被被发现的的大大行行星星。2005，麦麦克克布布朗朗等等新新发现第第10颗行行星星，距太阳距太阳约为冥王星的冥王星的3倍。倍。三三 认识太阳系认识太阳系 三、三、认识太阳系认识太阳系 4.太阳系概貌太阳系概貌
13、太阳系包括太阳系包括10大行星大行星，66颗卫星星，l 万万多多颗小行星，数以小行星，数以亿计的的彗星彗星和和流星流星。地地球球不不过是是太太阳阳系系中中的的一一颗行行星星，它它与与月月球球组成成地地月月系系，以以约30000ms 的的速速度度，围绕太太阳阳作作公公转，这个个公公转的的轨道道面面被被称称为黄道面黄道面。三三、认识太阳系、认识太阳系 4.太阳系概貌太阳系概貌 而而太太阳阳系系又又以以约 22万万ms 的的速速度度，围绕银河河系系的的质量量中中心心、沿沿银道道面面作作公公转，每每公公转一一周周约需需2.8亿年年（这个个周周期期与与多多重重大大地地质事件与此周期有关如事件与此周期有关
14、如冰川、全球构造运冰川、全球构造运动等等）。四四 天外有天天外有天 1 银河系银河系 从从侧面面看看去去，银河河系系中中心心部部分分凸凸起起如如球球，称称为银球球，直直径径约1.6万万光光年年，其其核核心心称称为银核核。银球球周周围较为明明亮亮的的部部分分，展展布布如如盘，称，称为银盘。银河河系系的的直直径径约10万万光光年年。太太阳阳系系在在银河河系系里里不不过是是微微不不足足道道的的一一员，它它位位于于银盘的的一一侧，距距银河河系系的的中中心心尚尚有有3万万光光年年之之遥遥。四四 天外有天天外有天 2 河外星系河外星系 随随着着探探测技技术和和计算算能能力力的的提提高高，人人们发现，在在银
15、河河系系之之外外，还有有数数以以百百亿计的的星星系系存存在在。天天文文学学家家把把它它们总称称为河河外外星星系系，离我离我们近的也有近的也有250光年，光年，远的超的超过100亿光年。光年。因此，因此，可以可以说我我们对河外星系的河外星系的认识只能只能说是开始，新的星系是开始，新的星系还在在不断被不断被发现，的确是，的确是天天外有天外有天。实际上上，我我们所所探探索索的的这个个宇宇宙宙在在空空间上上也也有有它它的的极极限限，在在时间上也有它的始上也有它的始终，所以不断有人去探索它的起源和年，所以不断有人去探索它的起源和年龄。五五 地球地球独一无二的人类家园独一无二的人类家园 1 只有地球具有土
16、地只有地球具有土地 土土地地是是人人类立立足足的的场所所和和衣衣食食之之源源，而而这样的的土土地地，仅仅地地球球上上才才有有。如如，木木星星的的物物质是是以以氢、氦氦为主主组成成的的，表表层是是冻结起起来来的的气气体体和和液液体体，没没有有岩岩石石，更更谈不不上上土土地地。被被称称为类木木行行星星的的土土星星、天天王王星星、海海王王星星情情况况与之相似。与之相似。被被称称为类地地行行星星的的水水星星、金金星星和和火火星星，物物质组成成和和地地球球相相似似，表表层都都是是由由岩岩石石构构成成的的，但但没没有有生生物物活活动，不不能能形形成成像像在在地地球球上上一一样的的含含有有许多多有有机机质的
17、的土土壤壤。月月球上的情况也是如此。球上的情况也是如此。五五 独一无二的人类家园独一无二的人类家园 2 只有地球具有液只有地球具有液态的水的水 水水是是生生命命活活动的的必必要要条条件件，是是地地球球生生命命的的摇篮。地地球球 23的的表表面面被被海海洋洋掩掩盖盖，在在太太空空中中表表现为一一个个蓝色色的的“水水球球”，在在太太阳系中，没有第二个阳系中，没有第二个这样的星球。的星球。五五 独一无二的人类家园独一无二的人类家园 4 只有地球具有只有地球具有以氮和氧为主的大气圈以氮和氧为主的大气圈 在在太太阳阳系系中中，只只有有地地球球的的大大气气以以氮氮和和氧氧为主主，适适合合人人类的的需需要要
18、。而而木木星星的的大大气气主主要要是是氢和和氦氦，火火星星，特特别是是金金星星大大气气中中二二氧氧化化碳碳很多，水星的大气极其稀薄。人很多，水星的大气极其稀薄。人类都无法在都无法在这些星球上生存。些星球上生存。六六 启示启示 1 地地球球上上出出现今今天天这样的的环境境，是是它它演演化化到到一一定定阶段段的的产物物，它它能能成成为人人类的的家家园园，是是宇宇宙宙中中特特定定的的时间与与特特定定的的空空间相相结合合的的结果果，实在在难得得，而而这样的的环境境过去去没没有有，将将来来也也不不可可能能永永远保保持持下下去去。所所以以，我我们应该努努力力的的是是：使使这个个良良好好的的环境境尽尽量量维
19、持得持得长久。久。六六 启示启示 2 人人们常常因因为恐恐龙的的形形象象而而想想象象它它们是是笨笨拙拙的的，但但研研究究表表明明，恐恐龙其其实很很能能适适应环境境，所所以以，它它们能能在在地地球球上上生生存存了了近近 2亿年年的的时间。如如果果不不是是外外星星体体的的撞撞击等等因因素素的的影影响响，还不不一一定定就就此此灭绝。然然而而，照照人人类现在在这样对待待地地球球的的环境境，未未必必能能比比恐恐龙生生存存得更久，因得更久，因为我我们过多地多地强调了改造，而不是适了改造，而不是适应。综上上所所述述，保保护地地球球环境境，是是人人类长期期面面临和和必必须实施施的的一一项系系统工程。工程。大陆太平洋消减、大西洋扩大太平洋消减、大西洋扩大欧亚板块欧亚板块美洲板块非洲板块澳洲-印度板块纳兹卡板块纳兹卡板块太平洋板块太平洋板块欧亚、美洲、非洲、澳大利欧亚、美洲、非洲、澳大利亚将连为一体，形成超大陆亚将连为一体，形成超大陆法拉法拉龙板龙板块块Cocas板块板块菲律菲律宾板宾板块块南极洲板块南极洲板块预测：50Ma后预测：150Ma后预测：250Ma后一个新的泛大陆形成