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1、其次章其次章 地球的宇宙环境地球的宇宙环境 第一节第一节 恒星和星系恒星和星系 其次节太阳和太阳系其次节太阳和太阳系 第三节月球和地月系第三节月球和地月系 其次节太阳和太阳系其次节太阳和太阳系太阳太阳太阳系太阳系二二、太太阳阳系系太阳系是由太阳、八大行星及其卫星、矮行星、太阳系小天体及行星际物质组成的天体系统。太阳系的发现太阳系的组成太阳系的结构和运动太阳系的起源太阳系的发觉太阳系的发觉n n古代人对宇宙的相识托勒密的地心体系日心地动说的确立网站链接洪恩在线天文学家 :/hongen /art/twdg/index8.htm古代人对宇宙的相识古代人对宇宙的相识n n从直观上：地心说的萌芽地静天
2、动，地居中心地动天静从运动的相对性上：地动说萌芽坐地观天地心说的代表地心说的代表天如鸡子，地如中黄。张衡：浑天说地居中心，其他天体绕地球运转。亚里士多德：地球中心说从盖天说到浑天说从盖天说到浑天说春秋时期 盖天说天在上地在下东汉时期 浑天说天如鸡子地如中黄地动说的代表地动说的代表n n赫拉克里的斯阿里斯塔克尚书 纬 考灵曜“与其设想整个天穹在环绕大地旋转，倒不如设想大地在围着自己的轴线旋转。”依据粗略的测量，得出“日比地大”的结论，从而断定地球绕太阳运动。地体虽静，而终日旋转，如人坐舟中，舟自行动，而人不自知。托托勒勒密密的的地地心心体体系系公元二世纪，希腊天文学家托勒密，创立了完整的宇宙体系
3、托氏地心体系。托氏地心体系要点从亚里士多德到托勒密亚里士多德：地球中心说阿波隆尼：本轮均轮模型地球中心说图示行星亮度的变更行星的逆行行星的逆行逆 行西东本轮均轮模型本轮均 轮西东托氏地心体系要点托氏地心体系要点地球静止在宇宙中心宇宙有九重天原动天推动各层天自东向西作周日运动，同时各行星在自己的本轮上作匀速转动除恒星天外，其余七重天又都有各自的与周日运动方向相反的运动月 水 金日 火 木 土 恒 原动天对地心体系的评价对地心体系的评价对地心体系的评价n n标记着人类相识宇宙的一个阶段符合直觉印象，比较好的说明白行星的运动，是系统的总结前人对宇宙的相识后形成的一个完整的宇宙体系。后为欧洲中世纪教会
4、所利用教会宣扬，上帝创建了日月星辰和人，并把人放在地球上，使地球居于宇宙的中心，其他的日月星辰均是为了地球而存在的。科学只是教会恭顺的婢女，它不能超越宗教信仰所规定的界线，因而根本不是科学。恩格斯反杜林论上帝创建世界时假如向我征求看法的话，天上的秩序可能支配得更好一些。哥白尼（1473-1543）波兰天文学家。通过近40年的观测和探讨，在1543年出版巨著天体运行论，彻底推翻了托勒密的地心体系，提出了新的宇宙体系日心体系。日心地动说的确立日心地动说的确立n n哥白尼日心体系的要点太阳是宇宙的中心地球只是一颗行星，同其他行星一起绕太阳公转日月星辰的东升西落是地球自转的反映月球是地球的卫星，每月绕
5、地球一周，同时跟随地球绕日公转日心学说的发展布鲁诺伽利略开普勒牛顿月 水 金日火木 土 恒 原动天地心体系图示：水 金火 木土 恒星天日心体系图示：布鲁诺（1548-16001548-1600）意大利哲学家意大利哲学家意大利哲学家意大利哲学家宇宙是无限的。在太阳系之外有着数不尽的世界，我们所看到的世界只是无限宇宙中特殊渺小的一部分。太阳不是宇宙的中心，无限的宇宙根本没有中心。论无限宇宙及世界（1584年）伽利略(15641642)(15641642)意大利天文学家。是用望远镜视察天体并取得大量成果的第一人，被誉为“天空中的哥伦布”。月亮并不象亚里士多德所说的那样完备无缺；木星有四颗卫星，它们绕
6、木星而不是绕地球转动；银河是由大量恒星构成的。星界的报告（1610年）开普勒（1571-16301571-1630）德国天文学家。在丹麦皇家天文学家第谷大量观测资料的基础上，开普勒总结出行星运动的三大定律，为人们描绘出行星运动的轨道，被誉为“天空立法者”。行星划出一个以太阳为焦点的椭圆；由太阳到行星的矢径在相等的时间内划出相等的面积；行星公转周期的平方与它同太阳距离的立方成正比。哥白尼天文学概论（1618年）牛顿（1642-17271642-1727）英国科学家。独创了微积分；发觉了万有引力定律；系统总结了物体运动三大定律；独创了反射式望远镜。假如我比别人看得远些，那是因为我站在巨人们的肩上。
7、利用万有引力定律，英国的亚当斯和法国的勒维耶计算出当时上不为人们所知的海王星轨道，被称作“笔尖上的发觉”。哥白尼的太阳系学说有三百年之久，始终是一种假说，这个假说尽管有99%、99.9%、99.99%的牢靠性，但终归是一种假说。而当勒维耶从这个太阳系学说所供应的数据，不仅推算出还存在一个尚未知道的行星，而且还推算出这个行星在太空中的位置的时候，当后来伽烈的确发觉这个行星的时候，哥白尼的学说就被证明白。恩格斯第谷的宇宙体系第谷的宇宙体系（1546-1601）木星及其卫星木星及木卫一木卫一经过木星上空木卫一（左）和木卫二（右）海盗1号拍摄的伽利略卫星太阳系的组成太阳系的组成太阳八大行星及其卫星矮行
8、星 小天体 行星际物质网站链接行星定义行星定义及其他行星定义及其他行星围绕太阳运转、自身引力足以克服其刚体力而使天体呈圆球状、并且能清除其轨道旁边其他物体的天体。矮行星与行星同样具有足够质量，呈圆球状，但不能清除其轨道旁边其他物体的天体。小天体围绕太阳运转但不符合上述条件的天体。包括小行星、彗星、流星体等八大行星及其八大行星及其分类分类水星金星地球火星木星土星海王星天王星水星水星（Mercury）离太阳最近质量和体积较小与太阳角距离不超过280 没有卫星 与日距离与日距离公转周期公转周期自转周期自转周期0.4AU0.4AU8888日日5959日日赤道与轨道夹角赤道与轨道夹角半径半径质量质量28
9、280 0 1/31/3地球地球6%6%地球地球水星日出水星日出在水星上视察到的太阳的视半径会超过地球上的两倍 水星与地球的比较水星与地球的比较由于质量较小，水星大气特殊淡薄，表面温度变更特殊猛烈，白天可高达4200C以上，夜晚则下降为-1700C以下。水水星星与与太太阳阳的的角角距距离离示示意意图图1973年，美国放射了水手10号宇宙飞船，对水星进行近距探测，发回大量有关信息，让我们清晰的看到水星的地表形态。水星地表水星地表南极附近直径约100km的陨石坑金星（金星（Venus）浓密的大气逆向自转没有卫星与日距离与日距离公转周期公转周期自转周期自转周期0.7AU0.7AU225225日日24
10、3243日日赤道与轨道夹角赤道与轨道夹角半径半径质量质量1771770 0 95%95%地球地球80%80%地球地球金金星星与与地地球球的的比比较较金星的质量、大小与地球特殊相像，所以被称为地球的“姊妹星”。基于这些，人们曾经想象金星的环境或许和地球相像，但事实上金星与地球差异很大。被浓密云层遮掩的金星被浓密云层遮掩的金星金星深厚的CO2大气造成猛烈的温室效应，其表面温度高达4500C。火星（火星（Mars）寒冷干燥火星探测火星的卫星与日距离与日距离公转周期公转周期自转周期自转周期1.5AU1.5AU1.881.88年年2424时时3737分分赤道与轨道夹角赤道与轨道夹角半径半径质量质量242
11、40 0 地球地球10%10%地球地球火火星星与与地地球球的的比比较较尽管火星的体积、质量都比地球小，大气层比地球淡薄，但却有着和地球相像的昼夜长短和季节变更。是太阳系中与地球最相像的一颗行星。荒芜的火星地表荒芜的火星地表火星探测火星探测最早的火星空间探测器是美国水手4号飞船，1965年飞临火星，首次发觉火星表面的环形山。最早登陆火星的是美国海盗号飞船探测器，1976年着陆火星表面，测绘了详尽的火星表面图。n n2004年美国放射的志气号和机遇号探测器，在火星表面找到了曾经存在过水的证据。火星上的火星上的“蓝莓果蓝莓果”美国宇航局的科学家通过机遇号发回的信息认为这些镶嵌在火星岩层上的小石球其主
12、要成分是赤铁矿，而赤铁矿主要是在有水的环境下形成的。火卫一、二火卫一、二木星（木星（Jupiter）液态星球色调分明的条纹昏暗的木星环木星的卫星与日距离与日距离公转周期公转周期自转周期自转周期5.2AU5.2AU11.911.9年年9 9时时5050分分赤道与轨道夹角赤道与轨道夹角半径半径质量质量3 30 0 1111地球地球318318地球地球木星上色调分明的条纹木星上色调分明的条纹大红斑木星结构木星结构由氢和氦组成的 1000多千米厚的大气层 由氢组成的液态氢的海洋 由铁和硅组成的固体核 大红斑大红斑旅行者2号1979年拍摄的大红斑大红斑是木星大气中一团激烈旋转的上升气流，已经持续了几百年
13、 木木星星光光环环1979年旅行者号拍摄木星及其伽利略卫星木星及其伽利略卫星木星目前已知有58个卫星。按发觉的先后次序编号 木卫一四是4颗最大也是最亮的卫星，由伽利略用望远镜首先发觉 土星土星(Saturn)与日距离与日距离公转周期公转周期自转周期自转周期10AU10AU29.529.5年年1010时时1414分分赤道与轨道夹角赤道与轨道夹角半径半径质量质量26260 0 1010地球地球9595地球地球美丽的光环密度最小众多的卫星土星的光环土星的光环土星的卫星土星的卫星已知有33颗卫星。其中土卫六最大，半径超过了水星。土卫六和土卫二是太阳系中拥有浓密大气的卫星。土星探测土星探测土星探测 由N
14、ASA和ESA联合放射的“卡西尼-惠更斯”号探测器2004.7进入土星轨道。天王星（天王星（Uranus）躺着自转昏暗的环众多的卫星与日距离与日距离公转周期公转周期自转周期自转周期20AU20AU8484年年242433时时赤道与轨道夹角赤道与轨道夹角半径半径质量质量98980 0 4 4地球地球1515地球地球天王星光环天王星光环“旅行者”拍到的天王星环1977年在天王星掩食恒星的观测中首先发觉。1986年，“旅行者2号”飞掠天王星时，又发觉了天王星其他的环。1997年，哈勃望远镜更清晰的拍摄了天王星的环。天天王王星星光光环环与与卫卫星星哈勃望远镜拍摄的照片中更清晰的显示了天王星的环，并且还
15、拍摄到天王星四周的8颗卫星。天王星的卫星天王星的卫星目前已证明白天王星有20颗卫星。海王星（海王星（Neptune）与日距离与日距离公转周期公转周期自转周期自转周期30AU30AU165165年年242444时时赤道与轨道夹角赤道与轨道夹角半径半径质量质量29290 0 4 4地球地球1717地球地球暗淡的环活跃的大气层8颗卫星活跃的大气层活跃的大气层海王星上的白云大黑斑哈勃中的海王星1994.10.101994.10.181994.11.11暗淡的海王星环暗淡的海王星环海王星的卫星海王星的卫星海卫一泰坦海卫一地平线上的海王星冥王星（冥王星（Pluto）与日距离与日距离公转周期公转周期自转周期
16、自转周期40AU40AU248248年年6 6日日赤道与轨道夹角赤道与轨道夹角半径半径质量质量60600 0 1/51/5地球地球0.24%0.24%地地球球偏心率很大的公转轨道只有一颗卫星卡戎画家笔下的冥王星画家笔下的冥王星画家笔下的冥王星地貌，左面小圆点是太阳，天上是冥卫卡戎1500km1200km海王星与冥王星轨道示意图海王星与冥王星轨道示意图八大行星的分类八大行星的分类水 金 地 火 木 土 天 海 按地球轨道的位置_地内行星_ 地外行星水 金 地 火 木 土 天 海 按小行星 带的位置_(带)内行星水 金 地 火 木 土 天 海 按物理性质类地行星和类木行星巨行星(带)外行星_ 远日
17、行星卫星数目表面温度光环密度体积质量行星类木行星类地行星水金地火水金地火水金地火水金地火木土天海木土天海木土天海木土天海较较小小小小较较大大大大较较小小小小较较大大大大较较高高高高较较低低低低无无无无有有有有较较高高高高较较低低低低少少少少多多多多少少少少较低较低较低较低无无无无较低较低较低较低较小较小较小较小较小较小较小较小冥王星冥王星类地行星和类木行星类地行星和类木行星矮行星矮行星PlutoCeres2003UB313Eris冥王星冥王星人们搜寻冥王星的最初人们搜寻冥王星的最初目标，是为了说明天王目标，是为了说明天王星轨道的异动。由于海星轨道的异动。由于海王星只能部分说明天王王星只能部分说
18、明天王星实际轨道与预料轨道星实际轨道与预料轨道的差异，的差异，19世纪末的天世纪末的天文学家揣测，在海王星文学家揣测，在海王星的轨道范围之外，还应的轨道范围之外，还应当有一个未知天体，它当有一个未知天体，它的引力干扰着天王星的的引力干扰着天王星的运动。运动。冥王星及其卫星卡戎冥王星及其卫星卡戎1930年，美国天文学家汤博发觉了这颗远离太阳的未知天体，被命名为Pluto冥王星。备受质疑的备受质疑的“大行星大行星”与其他与其他8 8颗行星相颗行星相比，冥王星显得过比，冥王星显得过于特殊。它特殊小，于特殊。它特殊小，比很多其他行星的比很多其他行星的卫星还小，比如月卫星还小，比如月球。球。别别出出心心
19、裁裁的的公公转转轨轨道道其他行星的轨道平面都与地球轨道平面基本其他行星的轨道平面都与地球轨道平面基本一样，冥王星的轨道平面却与其呈很大夹角一样，冥王星的轨道平面却与其呈很大夹角（1717）。）。其他行星的轨道几乎是完备的圆形，而冥王其他行星的轨道几乎是完备的圆形，而冥王星的轨道是一个有很大偏心率的椭圆形星的轨道是一个有很大偏心率的椭圆形 对太阳系边缘的新相识对太阳系边缘的新相识柯伊伯带的发觉意味着，柯伊伯带的发觉意味着，在海王星轨道之外、离太在海王星轨道之外、离太阳约阳约50个天文单位的区域，个天文单位的区域，并不是由冥王星占统治地并不是由冥王星占统治地位的空旷地带，而有很多位的空旷地带，而有
20、很多“居民居民”。近几年来人们不断发觉更近几年来人们不断发觉更大的柯伊伯带天体，其中大的柯伊伯带天体，其中2003UB313甚至比冥王星甚至比冥王星还要大。还要大。冥王星失去行星地位冥王星失去行星地位2006.8.24，国际天文学联合会第26届大会投票确定，将冥王星列入“矮行星”。小天体小天体 小行星 彗星 流星体小行星小行星 小行星是指那些围绕太阳运转但体积太小而不能称之为行星的天体。最大的小行星直径不过1000千米，而小的则只有几百米。岩石物质组成 形态不规则体积小特点火星和木星轨道之间分布小行星带分布示意图小行星带分布示意图小行星照片小行星照片小行星小行星Ida及其卫星及其卫星探测器拍摄
21、到的小行星图像探测器拍摄到的小行星图像彗星彗星 彗星在天空中不常见，因其外貌独特，在西方称之为发星，中国称之为扫帚星。物质组成：运动轨道：独特结构：由掺杂着尘埃的冰冻物质组成偏心率很大的椭圆轨道彗核 彗发 彗尾哈雷（16561742），英国天文学家，格林尼治天文台其次任台长。1676年建立了南半球第一个天文台，测编了包括341颗南天恒星的星表。1705年出版彗星天文论说一书，预言了将于1758年回来的彗星同1456、1531、1607、1682年出现的是同一颗彗星。当这颗彗星于1758年重新出现时，哈雷已经长眠于地下16年了。为纪念他，人们把这颗彗星命名为哈雷彗星。海尔波普彗星1997年3月2
22、7日摄于意大利彗彗星星的的轨轨道道 由于彗星轨道的偏心率很大，轨道特殊扁长，所以彗星的绕转周期很长。周期小于200年的即为短周期彗星。著名的哈雷彗星周期为76年，最近一次回来是1986年。彗核3A.U彗发2A.U彗尾彗彗星星的的结结构构流星体流星体 流星体实质上也是环绕太阳运转的小型天体，其体积特殊小。流星体闯入地球大气层，在80110千米高空与大气摩擦燃烧而发出强光，便称为流星。假如流星体在大气层中没有完全燃烧而坠落到地表，便是陨星。陨石：主要由硅酸盐组成。占陨星的92.8%。陨铁：主要由铁、镍金属组成。占陨星的5.7%。石铁陨星：介于二者之间。流星体 流星 陨星陨星的分类流星雨吉林一号陨石
23、吉林一号陨石1976年3月8日着陆于吉林市郊。重达1770千克，是目前已知的最重的陨石，图中标尺为30厘米。陨陨星星 显微镜下火星陨石的不寻常的管状结构，被认为是火星上曾经存在生命的证据。南极发觉的陨石，其结构与科学家估计的火星岩石特殊相像。有人认为它来自火星。形成于180万年前。南极发觉的陨铁，含有大量的铁和镍。可能是一颗已毁灭的小行星内核的一部分。历史上的流星雨历史上的流星雨 我国有着世界上最丰富和最系统的天象纪录。对狮子座流星雨的爆发就记载有7次之多。其中一次发生在400多年前。“明嘉靖十二年（1533年）十月初八夜，万星纵横流飞，俄陨如雨，至天曙方止。”1833年11月12日夜，美国东
24、部波士顿地区的居民被一种从未见过的天象惊住了（如上图），他们看到天空中的流星如雪片似的飘舞，成千上万颗的流星从狮子座那里射向四面八方，持续六、七个小时，总数多达20余万颗。海尔高校的教授奥姆斯特德当时写道：数不清的流星射向四面八方，几乎没有空隙，流星犹如雪花，纷纷飘落，每一朵雪花就是一颗亮晶晶的流星。其次天黄昏，有一些新颖的目击者还跑出门去等待夜幕的驾临，他们真担忧天上的星星是不是都掉光了。流星雨形成示意图流星雨形成示意图太太阳阳系系的的结结构构和和运运动动行星运动遵循开普勒三定律行星公转的共面性、近圆性、同向性行星的分布里密外疏开普勒定律开普勒定律第确定律：行星绕日公转轨道是椭圆，太阳位于椭
25、圆的一个焦点上。其次定律：行星向径（行星与太阳的连线）在相等的时间内扫过相同的面积。即行星公转的面积速度保持不变。第三定律：任何两行星绕日公转周期的平方之比等于它们到太阳距离的立方之比。轨道定律面积定律周期定律轨道定律轨道定律远日点近日点cab椭圆的偏心率ec/a行星公转轨道的偏心率均很小，说明行星公转轨道接近于圆形。行行星星公公转转的的轨轨道道参参数数与日距离与日距离e e值值轨道倾角轨道倾角水星水星0.4AU0.4AU0.2060.2067.07.00 0 金星金星0.70.70.0070.0073.43.40 0地球地球1 10.0170.0170 00 0火星火星1.51.50.093
26、0.0931.91.90 0木星木星5.25.20.0480.0481.31.30 0土星土星9.69.60.0550.0552.52.50 0天王星天王星19.319.30.0510.0510.80.80 0海王星海王星30.130.10.0060.0061.81.80 0b/a=0.98面积定律面积定律行星的轨道速度（角速度、线速度）随与日距离而变：近日点旁边，公转较快，远日点旁边，公转较慢。因轨道偏心率很小，故速度变更程度不大。周期定律周期定律 若：、分别代表地球的周期和距离，则：=1年，=1天文单位，那么对于任一行星来说：行星公转特点行星公转特点共面性近圆性同向性行星公转平面大体位于同
27、一平面上，都接近于黄道平面。行星绕日公转的轨道近于圆形。行星绕日公转的方向相同，均自西向东。多数小行星和卫星也具有以上特点。大多数行星的自转也是自西向东的。太阳也是自西向东自转的。行星的分布里密外疏行星的分布里密外疏40AU30201051.5天海土木火0.4水0.7金1地1.5火提丢斯波得定则 0.4+0.32n 1776年定则发表1781年赫歇尔发觉天王星1801年皮亚齐发觉谷神星63太阳系的起源太阳系的起源n n关于起源的假说现代星云说星云说灾变说俘获说太阳星云的形成星云盘的形成原始太阳和圆环体的形成太阳和行星的形成太阳系形成星星云云说说形成太阳系的物质基础是充溢星云 形成太阳系的动力是
28、星云的自引力 德国哲学家康德1755年提出 法国天文学家拉普拉斯1796年提出 灾变说灾变说太阳形成后，约距今20亿年前，一个较大的恒星走近太阳，其引力从太阳上拉出一部分物质，这些物质在绕转太阳的过程中，渐渐凝成行星。太阳其他恒星俘获说俘获说星云物质约六、七十亿年前，太阳将某星云中的一部分吸引到自己四周而形成太阳系。太阳星云的形成太阳星云的形成太阳系是由同一星云太阳星云演化而来的。太阳星云是银河星云在收缩过程中碎裂而形成的大量碎块中的一块。星星云云盘盘的的形形成成太阳星云在自引力作用下不断收缩，旋转速度加快，受惯性离心力作用，星云越来越扁，形成星云盘。原原始始太太阳阳和和圆圆环环体体形形成成随收缩的进行，旋转速度加快，惯性离心力也随之增大，当离心力足以同自引力抗衡时，星云盘不再收缩，原地停留形成几个同心圆环。星云盘中心进一步收缩增温，形成原始太阳。太太阳阳及及行行星星形形成成原始太阳持续收缩增温，起先核反应，成为一颗恒星。圆环体物质通过碰撞吸积，渐渐形成各行星。太太阳阳系系形形成成受太阳风影响，离日较近的部分，较轻的元素被驱除到较远的位置上，因此类地行星质量小而密度大。距日较远的类木行星质量大而密度小。行星四周的残余物质在较小的范围内重演行星的形成过程，产生卫星。