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1、电子课文第一章 地球在宇宙中第一节 天体和天体系统 天体 在地球上，我们仰望苍穹，可以看到太阳、月球以及各式各样的星星，包括闪烁的恒星、明亮的行星和轮廓模糊的星云。有时候，我们还可以看到划破夜空的流星和拖着长尾的彗星。通过天文望远镜和其他空间探测手段，还可以观测到更多的恒星和星云，环绕行星公转的卫星，以及存在于星际空间的气体和尘埃星际物质。所有这些，通称天体。它们都是宇宙间物质的存在形式。地球也是一个天体。在太空中运行的人造卫星、宇宙飞船、航天飞机、天空实验室等属于人造天体。天球 地球以外的天体，距离我们的远近，极其悬殊。但是，人们都有这样的直觉印象：日月星辰看上去似乎是一样遥远的。这就是说，
2、一切天体似乎都位于一个以观测者为球心的球面上。根据这样的印象，人们为了研究天体在天空中的位置和运动，引进了一个假想的圆球：它的球心就是观测者；它的半径是无穷大。这个圆球，叫做天球。地球以外的天体在天球上都有各自的投影。人们在说明天体位置和运动的时候，可以把天体的投影看成是它们本身。地球的自转轴无限延长，同天球球面相交于两点，这叫做天极，即南天极和北天极。地球赤道平面无限扩大，同天球相交的大圆，叫做天赤道。有了天极和天赤道，天球就可以有它自己的经线和纬线。人们说明天体在天球上投影的位置就方便了。恒星和星云 在各种天体之中，最根本的是恒星和星云。恒星是由炽热气体组成的，能自己发光的球状天体。它有很
3、大的质量。夜空里的点点繁星，差不多都是恒星。人们用肉眼可以看到的恒星，全天就有六千多颗。借助于天文望远镜，可看到几十万乃至几百万颗以上的恒星。太阳是距离我们地球最近的恒星，太阳光到达地球需要的时间为8分多钟。距离太阳最近的恒星，它的光到达地球约需年的时间。这就是说，它同地球的距离约为4.2光年。光年是计量天体距离的一种单位。光的速度为每秒钟30万千米，光在一年中所走过的距离，约等于94 605亿千米，这叫做一光年。有些恒星远达几百、几千光年，现在能够探测到的最远天体，距离地球约为200亿光年。由于恒星距离我们十分遥远，在地球上看来，恒星之间的相对位置似乎是固定不变的，因此古代人把它们叫做恒星。
4、实际上，所有恒星都在不停地运动和变化中。例如，我们所熟悉的北斗七星，现在看起来排列得像勺子的形状。但是，在十万年以前和十万年以后，形状却跟现在不一样。这是因为北斗七星各成员运动的方向、速度不同所造成的。星云是由气体和尘埃物质组成的，呈云雾状外表的天体。同恒星相比，星云具有质量大、体积大、密度小的特点。一个普通星云的质量至少相当于上千个太阳，半径大约为10光年。星云的物质密度十分稀薄，主要成分是氢。星座 人们为了便于认识恒星，把天球分成假设干区域，这些区域称为星座。每个星座中的恒星，人们曾把它们联成各种不同的图形。我们根据这些图形，就能识别不同的星座以及星座中的恒星。按照国际上的规定，全天分成8
5、8个星座。上述北斗七星就是大熊星座的主要局部。在星空中，人们可以看到，在北天极的周围，有大熊、小熊和仙后三个星座。大熊星座和小熊星座的主要恒星都是七颗，排列成勺子的形状。仙后星座有五颗亮星，它们排列成W的形状。在北半球的中高纬度，这三个星座都是终年可见的。在北半球的中纬度，九月初的21时左右，天顶附近有天琴座其中有织女星、天鹅座和天鹰座其中有牛郎星。天体系统 宇宙间的天体都在运动着。运动着的天体因互相吸引和互相绕转，而形成天体系统。天体系统有不同的级别。月亮和地球构成地月系。地月系的中心天体是地球，月球围绕地球公转。地球和其他行星都围绕太阳公转，它们和太阳构成高一级的天体系统。这个以太阳为中心
6、的天体系统，称为太阳系。太阳系又是更高一级天体系统银河系的极微小局部。银河系中像太阳这样的恒星就有2 000多亿颗。银河系主体局部的直径达7万光年。在银河系以外，人们又观测到大约10亿个同银河系类似的天体系统，我们把它们叫做河外星系，简称星系。目前，天文学上把银河系和现在所能观测到的河外星系，合起来叫做总星系。它是现在所知道的最高一级天体系统，也是目前人们所能观测到的宇宙局部。至于总星系以外是什么样子，随着科学技术的开展，空间探测手段的进步，人们对宇宙的认识将会不断扩大和深入。 问题和练习 1宇宙中有哪些不同的天体？我们平时用肉眼曾看到过哪些不同的天体？2把天体系统的层次，用简表形式表示出来。
7、3晴天的夜晚，在天空中找出大熊星座、仙后星座、北极星、牛郎星和织女星参看北半球中纬度九月星空图。第二节 太阳和太阳系 一 太阳 太阳概况 在宇宙中，太阳只是一颗普通的恒星。但是，对地球来说，这颗恒星太重要了。没有它，地球上的生命就不会存在。太阳的光和热是人类赖以生存和活动的源泉。地球上的许多自然现象，都同太阳息息相关。太阳与地球之间的平均距离约为1.5亿千米。太阳的半径约为700 000千米，是地球半径的109倍多。太阳的体积约为地球体积的130万倍。太阳同所有的恒星一样，是由炽热的气体构成的，主要成分为氢和氦。它的平均密度比地球小得多，是地球平均密度的14。这些炽热的气体，为什么不会向四面八
8、方飞散逃逸呢？那是因为太阳的质量太大，用它本身强大的引力，把气体给吸引住了。太阳的质量相当于地球质量的33万多倍。太阳外表的重力加速度为地球外表重力加速度的28倍。太阳外部结构 我们能直接观测到的太阳，是太阳的大气层。它从里到外分为光球、色球和日冕三层：一光球 我们看到的像圆盘一样、明亮发光的太阳外表，叫做“光球。它是太阳外部很薄的一层，厚度大约只有500千米，外表温度约为6 000K。太阳光根本上都从这一层发出。光球外表有一些黑斑点，叫做太阳“黑子。黑子实际上并不黑，只是因为它的温度比光球的外表温度大约低1500度左右，在明亮光球的衬托下，它才显得阴暗一些。根据长期观察和纪录，发现太阳黑子有
9、的年份多，有的年份少。我们把黑子最多的年份，叫做太阳活动极大年，最少的年份叫做太阳活动极小年。前一次活动极大年到再次出现活动极大年的平均周期约为11年。二色球 在光球的外面，有一层呈玫瑰色的太阳大气。这一层叫做色球层。它的厚度约几千千米，气体稀薄，所发出的可见光，不及光球的千分之一。因此，只有在日全食时或用特殊望远镜才被人们看到。色球的温度自里向外由四、五千度升高到几万度。色球层当中，有时会向外猛烈地喷出高达几万千米至几十万千米的红色火焰，这叫日珥。色球层的某些区域，在短时间内有突然增亮的现象。这种现象，叫做耀斑，又叫太阳色球爆发。耀斑的周期也是11年，常随黑子群的增多而增多。耀斑和黑子都是太
10、阳活动的主要标志。耀斑所发出的能量极大，在几分钟的短暂时间内，它能发出相当于100亿颗百万吨级氢弹的能量，把很强的无线电波，大量的紫外线、X射线、射线射出，把氢原子分解为高能带电粒子抛出，使它们能逃离太阳外表，并能到达地球。三日冕 在色球层的外面还包围着一层很稀薄的、完全电离的气体层。这一层叫做日冕。它从色球层边缘向外延伸到几个太阳半径处，甚至更远。它的亮度仅为光球的百万分之一，也只有在日全食时或用特制的日冕仪才能看到。日冕内部的温度高达100万度，日冕离太阳外表较远，受到的引力较小，它的高温使高能带电粒子向外运动。这种粒子流运动的速度很高，每秒达350千米以上，不断地飞逸到行星际空间，好似是
11、从太阳吹出来的一股“风，所以叫做“太阳风。太阳活动频繁时，太阳风的强度和速度都变大。太阳活动对地球的影响 当太阳上黑子和耀斑增多时，发出的强烈射电会扰乱地球上空的电离层，使地面的无线电短波通讯受到影响，甚至会出现短暂的中断。太阳大气抛出的带电粒子流，能使地球磁场受到扰动，产生“磁暴现象，使磁针剧烈颤抖，不能正确指示方向。地球两极地区的夜空，常会看到淡绿色、红色、粉红色的光带或光弧，这叫做极光。极光是带电粒子流高速冲进那里的高空大气层，被地球磁场捕获，同稀薄大气相碰撞而产生的。太阳能量的来源 炽热的太阳，它中心的温度高达1500万度，压力极大，有1016帕。在这样高温、高压条件下，产生核聚变反响
12、，即四个氢原子核聚变为一个氦原子核。在这个核聚变过程中，太阳要损耗一些质量而释放出大量的能。使太阳发光的就是这种能量。太阳每秒钟由于核聚变而损耗的质量，大约为400万吨。按照这样的消耗速度，太阳在50亿年的漫长时间中，只消耗了的质量。据估计，太阳的寿命即稳定时期可达100亿年，目前它正处于稳定而旺盛的中年时期。 二 太阳系及其成员 太阳系 太阳系是由太阳、行星及其卫星、小行星、彗星、流星体和行星际物质构成的天体系统，太阳是太阳系的中心天体，它的质量占太阳系总质量的。太阳系中，其他的天体都在太阳的引力作用下，绕太阳公转。太阳系的成员 太阳系的成员除了太阳以外，还有以下几类成员：一行星和小行星 行
13、星是在椭圆轨道上环绕太阳运行的、近似球形的天体，并且质量比太阳小得多，本身不发射可见光，它以外表反射太阳光而发亮。目前太阳系有九大行星。按照它们同太阳的距离，由近及远，依次为水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星和冥王星。在以恒星组成的各个星座的天空背景上，行星有明显的相对移动。我们用肉眼可以看到的行星是：水星、金星、火星、木星和土星。另外的三颗行星：天王星、海王星和冥王星，要用较大的望远镜才能看到。在火星轨道和木星轨道之间，太阳系还有一个小行星带。这一带有成千上万颗小行星，像九大行星一样绕太阳公转。不过，它们的质量都很小。最大的直径只有1000千米；小的直径还不到1千米。二卫星
14、卫星是围绕行星运行的天体，质量都不大。月球是地球的卫星。太阳系的九大行星，除了水星和金星以外，都有卫星绕转。根据现在探测所知，九大行星有60多颗卫星。土星的卫星最多，有20多颗。三彗星 彗星是在扁长轨道上绕太阳运行的一种质量很小的天体，呈云雾状的独特外貌。彗星的主要局部是彗核，一般认为它是由冰物质组成的。当彗星接近太阳的时候，彗核中的冰物质升华而成气体，因而在它的周围形成云雾状的彗发。彗发中的气体和微尘，被太阳风推斥，在背向太阳的一面形成一条很长的彗尾。彗尾一般长几千万千米，最长可达几亿千米。彗星远离太阳时，彗尾就逐渐缩短，直至消失。彗尾形状像扫帚，所以彗星俗称扫帚星。人们已发现绕太阳运行的彗
15、星有1600多颗。著名的哈雷彗星，绕太阳运行一周的时间为76年。1985年1986年，在地球上人们曾观察到哈雷彗星的回归。四流星体 流星体是行星际空间的尘粒和固体小块，数量众多。沿同一轨道绕太阳运行的大群流星体，称为流星群。闯入地球大气圈的流星体，因同大气摩擦燃烧而产生的光迹，划过长空，叫做流星现象。未烧尽的流星体降落到地面，叫做陨星。其中石质陨星叫做陨石；铁质陨星叫做陨铁。五行星际物质 太阳系除了上述的天体以外，广阔的行星际空间虽然空空荡荡，但是并非真空，其中分布着极其稀薄的气体和极少量的尘埃。这些叫做行星际物质。九大行星的运动特征和结构特征 九大行星绕日公转有共面性、同向性和近圆性的特征。
16、共面性是指九大行星绕日公转的轨道面，几乎在同一平面上。我们把地球公转轨道在天球上的投影，叫做黄道。它的轨道面叫做黄道面。各大行星的轨道面与黄道面之间的夹角叫轨道倾角都很小，只有水星和冥王星的稍大一些，最大也不过17。同向性 是指它们公转的方向都与地球的公转方向相同。近圆性 是指它们的公转轨道同圆相当接近。大多数行星公转轨道椭圆的偏心率不超过，只有水星和冥王星较大，分别为和。九大行星按其质量、大小、化学组成等结构特征，可以分为三类：第一类是类地行星，即与地球相类似的行星，包括水星、金星、地球和火星。它们距离太阳近，体积和质量都小，平均密度大，外表温度较高，中心有铁核，金属元素含量高。卫星很少，或
17、者没有。水星上没有大气，也没有水。金星、火星上的大气主要是二氧化碳。这两颗行星也没有液态水，只在大气中有极少的水汽。金星是太阳系中唯一逆向自转的大行星，因此，金星上看太阳是西升东落的。火星的沙漠局部被红色的硅酸盐赤铁矿及其他金属化合物所覆盖，所以显出明亮的橙红色。第二类是巨行星，包括木星和土星。它们离太阳比类地行星远，体积和质量都很大，平均密度小，外表温度低，主要是由氢、氦、氖等物质构成。卫星数目多，并且有光环。第三类是远日行星，包括天王星、海王星和冥王星。它们距离太阳远，外表温度最低，都在-200以下，平均密度大体上介于前两类之间，表层气体以氢和甲烷CH4为主，冥王星有无大气，还不清楚。远日
18、行星都有卫星。天王星和海王星有光环。地球上具有存在生命物质的条件 为什么九大行星中，只有地球上有生物？这与地球在太阳系中的位置，也就是地球距离太阳的远近，关系十分密切。就我们目前所知，有生命的物质一定要在像地球这样的环境中才能存在。首先，它应该具有介乎0100之间的温度，这是水能在液体状态下存在的温度范围。如果地球距离太阳太近，温度过高，那么由于热扰动太强，原子根本不能结合在一起，因而决不会形成分子，更不用说复杂的生命物质了。相反，如果地表太冷，分子将牢牢地聚集在一起，只能以固态和晶体存在，生物也无法生存。其次，这颗行星必须有适于生物呼吸的大气。如果这颗行星的体积和质量太小，引力太弱，它的各种
19、气体将会逃逸到太空，就不存在大气层了。地球具有适当的体积和质量，其引力可以把地球上各种气体吸住，形成大气层。同时，地球大气经过了漫长的演化过程，根本上形成了现代适合于生物呼吸所需的大气。有的行星表层虽有大气，但缺少生物呼吸需要的氧气。尽管在太阳系的其他行星上，至今没有找到生物，也没有发现适合生命生存的环境。但是，在太阳系所在的银河系中，据科学家推算，其中可能有的恒星拥有适合生物生存条件的行星。 问题和练习 1太阳黑子、耀斑、太阳风各出现在太阳大气的哪一层？它们对地球有什么影响？2在宇宙中，为什么太阳这颗恒星对地球特别重要？3太阳巨大的能量是怎样产生的？4根据太阳系模式图，说明九大行星绕日公转有
20、哪些特征？金星、木星、海王星各属于哪一类行星？各有什么特征？5为什么地球是太阳系中唯一有生命物质的天体？附录：第三节 月球和地月系 月球概况 同地球相比，月球小得多。月球的直径约为地球直径的14；月球的体积为地球体积的149；月球的外表面积约为地球外表面积的114，比亚洲的面积还小一点；月球的质量约等于地球质量的1/81；月球的外表重力加速度很小，只相当于地球外表重力加速度的16。所以，登上月球的宇航员，穿着沉重的宇航服，拿着探测仪器，在月面行走还是轻飘飘的。由于月球引力小，保存不住大气，声音也无法传播，所以月球上是一个寂静无声、死气沉沉的世界。月球上既然没有大气层，当然就没有水汽，没有风、云
21、、雨、雪等天气变化；昼夜温度差异很大，白天在阳光直射的地方，温度可达127，夜晚那么降到-183。月球上没有空气，没有任何形态的水，因此也就没有生命的存在。我们肉眼看到的月球正面的明亮局部，是月面上的山脉、高原。月球上最高的山峰高达9000米，比地球上的珠穆朗玛峰还高；月球上暗黑的局部，是广阔的平原和低地。过去人们误以为这些暗黑局部是海洋，把它们取名为“风暴洋、“静海，等等。实际上那里是月球早期火山爆发，喷出的大量岩浆所形成的熔岩平原。月面最显著的特征是坑穴星罗棋布，直径大于1000米的环形山也称“月坑，在月球正面就有33 000多个。这些环形山大体上都是宇宙物体冲击月面和火山活动的产物。登月
22、考察了解到月面布满着一层厚度不等的月尘和岩屑。从“阿波罗11号登月以来，先后几次采集到几百千克的各种月球岩石样品，经过分析，月岩中已发现近60种矿物，其中有6种是地球上尚未发现的。在月岩和月壤中发现有地球上的全部化学元素，并发现多种有机化合物，但没有发现存在生物物质的迹象。月球的年龄，同地球一样，也是46亿年。地月系 地球只有一个卫星，那就是月球。由于地球的质量比月球大得多，地球与月球相互吸引的结果，使得月球不停地围绕地球公转，在宇宙中形成一个很小的天体系统地月系。月球距离地球平均约为384 400千米，它是宇宙中距地球最近的一个星球，也是迄今在地球以外人类所登临的第一个星球。1969年7月，
23、美国“阿波罗11号宇宙飞船首次运送宇航员降落到月面上，从地面发射到月面登陆，只用了四天多的时间。月球绕地球公转一周的时间为日，月球自转一周的时间也是日；运转的方向，与公转相同，都是自西向东。月相 在地球上看月亮，有时全部黑暗，这叫新月朔；有时像镰刀，这叫蛾眉月；有时作半圆，这叫弦月；有时呈大半圆，这叫凸月；有时如一轮明镜，银光四射，这叫满月望。月球圆缺盈亏的各种形状，叫做月相。月球同地球一样，自己不发光，全靠反射太阳光而发亮。迎着太阳的半个球是亮的，背着太阳的半个球是暗的。由于日、地、月三者的相对位置，随着月球绕地球向东运行而变化，就形成了新月上弦月满月下弦月新月的月相周期性更迭。月相变化的周
24、期为日。月球对地球的意义 月球与地球形影相随，关系密切。月球对地球的影响，主要有以下几方面：1地球上夜晚的自然照明，主要靠月亮。2远在古代，人们就根据月相变化的周期，编订历法。我国农历月份的安排，是以月相变化周期为标准的。农历规定朔为初一，这样，望就在十五日或十六日。我国人民的传统节日，像春节、中秋节就是按农历的月日计算安排的。3由于地球外表各处所受月球和太阳引力的不同，地球上的水体产生了明显的潮汐现象。4月球是人类星际航行的第一站。月球外表有多种珍贵矿藏；重力较小；没有大气层，利用太阳能的条件较好。如何利用月球的特殊环境，开发月球的资源，以及如何利用月球作“码头，使人类更好地研究宇宙，这将是
25、月地关系的新篇章。 问题和练习 1夜晚连续观察月相的变化，记下新月、上弦月、满月、下弦月在农历的日期。2月球外表的自然条件，为什么使生物无法生存？3月球跟我们人类有些什么关系？第四节 地球的运动 宇宙中所有天体，都按一定系统，有规律地运动，运动的形式多种多样。地球除了自身内部的物质运动外，它的绕轴自转运动和绕日公转运动非常重要，与人类的关系也最为密切。 一 地球的自转 自转方向和自转周期 地球自西向东绕地轴在不停地旋转着，这是地球的自转。地球的自转轴叫地轴。地球自转的方向是自西向东。地球自转一周360，所需的时间是23时56分4秒。这叫做一个恒星日，即天空某一恒星连续两次经过上中天的时间间隔。
26、这是地球自转的真正周期。一天24小时，是太阳连续两次经过上中天的时间间隔，叫做一个太阳日。由于地球在自转的同时还在绕日公转，一个太阳日，地球要自转36059，比恒星日多出59，所以时间上比恒星日多3分56秒。当地球位于E1时，太阳S、某恒星、地心、某地点P位于同一直线。当地球位于E2时，地球已自转360，P又位于同一恒星和地心的连线上。从E1到E2为恒星日。当地球位于E3时，地球已自转36059，P又位于太阳S与地心的连线上。自E1到E3为太阳日。自转速度 地球自转的角速度大约是每小时15，每4分钟1。地球外表除南北两极点外，任何地点的自转角速度都一样。地球自转的线速度，那么因各地纬度的不同而
27、有差异。这是因为纬线圈的周长自赤道向两极逐渐减小。赤道处纬线圈最长，自转线速度最快，每小时旋转1670千米；到了南北纬60，纬线圈周长缩短，地球自转线速度约减小为赤道处的一半。到了南北极点，那么既无线速度，也无角速度。地球自转的地理意义 由于地球自转而产生的自然现象是多方面的，最显著的地理意义是：一地球自转产生了昼夜更替现象。由于地球是一个不发光、也不透明的球体，所以在同一时间里，太阳只能照亮地球外表的一半。向着太阳的半球，是白天；背着太阳的半球，是黑夜。昼半球和夜半球的分界线圈，叫做晨昏线圈。由于地球不停地自转，昼夜也就不断地交替。昼夜交替的周期不长，就是上述的太阳日。这就使得地面白昼增温不
28、至于过分炎热，黑夜冷却不至于过分寒冷，从而保证了地球上生命有机体的生存和开展。二由于地球自转，地球上不同经度的地方，有不同的地方时；经度每隔15，地方时相差一小时。三物体水平运动的方向产生偏向。地球上水平运动的物体，无论朝着哪个方向运动，都发生偏向，在北半球向右偏，在南半球向左偏。这些现象都是地球自转的结果，也是地球自转的有力证据。为什么水平运动的物体会发生偏向？因为任何物体在运动时候都有惯性，总是力图保持原来的方向和速度。如上图所示，在北半球，质点向北沿经线取A1B1方向作水平运动，经过一定时间后，经线L1转至L2的位置。沿经线方向运动的质点，由于惯性，必然保持原来的方向和速度，取A2B2的
29、方向前进。这时，在L2位置上的人看来，运动质点已经离经线方向而向右偏了。同样道理，沿纬线方向运动的质点也向右偏，图上C1D1那么取C2D2方向前进。南半球那么向左偏。只有在赤道上，水平运动没有右偏或左偏的现象，因为那里的经线是互相平行的。由于地球的自转，大气中的气流、大洋中的洋流都产生偏向。这对地表热量与水分的输送交换，对全球热量与水量的平衡，都有着巨大的影响。四对地球形状的影响。地球自转所产生的惯性离心力，使得地球由两极向赤道逐渐膨胀，成为目前略扁的旋转椭球体的形状。这个椭球体的半长轴，即地球赤道半径为6 千米；半短轴，即地球的极半径为6 千米，赤道半径比极半径约长21千米。扁率约为1/29
30、8。近年来，根据人造地球卫星观测的结果说明，赤道类似椭圆，而不是正圆，所以地球的形状，也可认为是一个“三轴椭球体。但是，这些差值同地球平均半径相比都很小，所以从太空中看，地球仍是一个圆球体。 二 地球的公转 公转的轨道和周期 地球绕太阳的运动，叫做公转。地球公转的路线叫做公转轨道。它是近似正圆的椭圆轨道。太阳位于椭圆的两焦点之一。每年1月初，地球离太阳最近，这个位置叫做近日点；7月初，地球距离太阳最远，这个位置叫做远日点。地球公转的方向与自转的方向相同，也是自西向东。地球绕日运动的轨道长度是94 000万千米，公转一周所需的时间为一年；天文上通常所说的年是365日5时48分46秒，这是一个回归
31、年。地球绕日一年转360，大致每日向东推进1。这是地球公转的平均角速度。地球公转的线速度平均每秒钟约为30千米。在近日点时公转速度较快，在远日点时较慢。黄赤交角及其影响 地球一边公转，一边自转。有公转，就有轨道平面，即黄道平面。有自转，就有赤道平面。在黄道平面同赤道平面之间有一个交角，叫做黄赤交角。目前的黄赤交角是2326。地轴同轨道平面斜交的角度为90-23266634，并且地轴在宇宙空间的方向不因季节而变化。因此，在地球绕日公转过程中，太阳有时直射在北半球，有时直射在南半球，有时直射在赤道上。太阳直射的范围最北是北纬2326，最南是南纬2326。当太阳直射在北纬2326时，是夏至日6月22
32、日前后。以后，太阳直射点南移。到了秋分月9月23日前后，太阳直射在赤道上。太阳直射在南纬2326这一天是冬至日12月22日前后。以后，太阳直射点北返，当太阳再次直射在赤道的这一天，是春分日3月21日前后。夏至日太阳又直射到北纬2326。这样，地球以一年为周期绕太阳运转，太阳直射点相应地在南北回归线间往返移动。地球公转的地理意义 由于黄赤交角的存在，地球绕日公转过程中引起正午太阳高度、昼夜长短的周年变化，从而在地球上产生了四季的更替。一正午太阳高度的变化 太阳光线对于地平面的交角即太阳在当地的仰角，叫做太阳高度角，简称太阳高度。在太阳直射点上，太阳高度是90；在晨昏线上，高度是0。太阳直射点南北
33、移动，引起正午太阳高度的变化。正午太阳高度就是一日内最大的太阳高度；它的大小随纬度不同和季节变化而有规律地变化。太阳高度就纬度分布而言，春秋二分，由赤道向南北两方降低。夏至日，由北回归线向南北两方降低；冬至日，由南回归线向南北两方降低。就季节变化而言，在北回归线以北的纬度带，每年夏至日，正午太阳高度达最大值；每年冬至日达最小值。在南回归线以南的纬度带，情况正好相反。在南北回归线之间各地，每年两次受到太阳直射。一地正午太阳高度的大小，可以用下面的公式来计算：的纬度任何一天的可以在天文年历上查到，当地夏半年取正值，冬半年取负值。以二分和二至日北京3954N为例：春、秋分日 H=90-|3954-0
34、|=506太阳直射赤道，=0夏至日 H=90-|3954-2326|=7332太阳直射北回归线，=+2326冬至日 H90-|39542326|2640太阳直射南回归线，=-2326二昼夜长短的变化 晨昏线把所经过的纬线分割成昼弧和夜弧。由于黄赤交角的存在，除了在赤道上和春秋分日外，各地的昼弧和夜弧都不等长。地球自转一周，如果所经历的昼弧长、夜弧短，那么白天长，黑夜短；反之，那么黑夜长，白昼短。北半球自春分日至秋分日，是夏半年。那时，太阳直射北半球，北半球各纬度，昼弧大于夜弧，昼长大于夜长。纬度越高，昼越长，夜越短；北极四周，太阳整日不落，叫做极昼现象。其中夏至日这一天，北半球昼最长，夜最短，
35、北极圈北纬6634以北，到处出现极昼现象。北半球自秋分日至次年春分日，是冬半年。那时，太阳直射南半球，北半球到处是昼短夜长。纬度越高，昼越短，夜越长；北极四周，有极夜现象。其中冬至日这一天，北半球昼最短，夜最长，北极圈以内，到处出现极夜现象。南半球的情况与北半球相反。在每年春分日和秋分日，太阳直射赤道，全球各地昼夜等长，各为12时。四季更替 地球上的季节变化，从天文现象来看，是昼夜长短和太阳高度的季节变化，这种变化决定于太阳直射点在纬度上的周年变化。从天文含义看四季，夏季就是一年内白昼最长、太阳最高的季节；冬季就是一年内白昼最短、太阳最低的季节；春秋二季就是冬夏两季的过渡季节。我国传统上以立春
36、2月4日或5日、立夏5月5日或6日、立秋8月7日或8日、立冬11月7日或8日为起点来划分四季。但是，各地实际气候的递变与此并不一定符合。我国大局部地方立春时，在气候上正处于隆冬；立秋时，在气候上还处于炎夏。为了使季节与气候相结合，气候统计工作一般把3、4、5三个月划为春季；6、7、8三个月划为夏季；9、10、11三个月划为秋季；12、1、2三个月划为冬季。 问题和练习 1地球自转的角速度和线速度各是怎样衡量的？地球上不同地点的角速度和线速度有什么异同？2从天文现象上，说明地球上的季节变化及其原因。3绘一幅夏至日太阳照射地球的示意图，并把这一日太阳高度的数值和昼夜长短的情况填在下表中： 4用地球仪和代表太阳的一种光源灯光或手电筒等演示地球自转和昼夜交替现象。当我国处于白昼时，美国、澳大利亚、巴西分别是白昼还是黑夜。接着再演示地球公转的方向，以及地球位于春分、夏至、秋分、冬至四点时，太阳高度和昼夜长短的情况。