《地球科学》PPT课件.ppt

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1、第一章 地球的宇宙环境第一节第一节 人类认识的宇宙人类认识的宇宙第二节第二节 太阳和太阳系太阳和太阳系第三节第三节 恒星和四季星空恒星和四季星空第一节 人类认识的宇宙一、人类对宇宙的认识过程古代：古代：“盖天说盖天说”天圆如张盖，地方如棋盘天圆如张盖，地方如棋盘 “浑天说浑天说”天如鸡蛋，地似蛋中黄天如鸡蛋，地似蛋中黄初级阶段：初级阶段：托勒密托勒密“地心体系地心体系”（多克斯、亚里士多德）（多克斯、亚里士多德）近代：近代：哥白尼哥白尼“日心体系日心体系”（布鲁诺、伽利略等）；（布鲁诺、伽利略等）；开普勒运动三定律开普勒运动三定律轨道、面积速度和轨道、面积速度和 周期定律周期定律；牛顿发现万有

2、引力定律，对开普勒三定律作修正牛顿发现万有引力定律，对开普勒三定律作修正现代：宇宙大爆炸现代：宇宙大爆炸认为宇宙是从密到稀，从热到冷认为宇宙是从密到稀，从热到冷不断膨胀的一种宇宙学说。不断膨胀的一种宇宙学说。哥白尼的哥白尼的“日心说日心说”示意图示意图天体：宇宙间所有物质的总称天体：宇宙间所有物质的总称恒星恒星由炽热气体组成能自行发光的球状天体。由炽热气体组成能自行发光的球状天体。行星行星绕恒星运行不发可见光的天体。绕恒星运行不发可见光的天体。卫星卫星绕行星运行质量较小的天体。绕行星运行质量较小的天体。彗星彗星由冰物质组成绕恒星运行拖着尾巴的天体。由冰物质组成绕恒星运行拖着尾巴的天体。流星体流

3、星体质量小绕恒星运行轨道多样，当进入地球质量小绕恒星运行轨道多样，当进入地球 大气因摩擦生热燃烧发光，为流星现象。大流星大气因摩擦生热燃烧发光，为流星现象。大流星 体未燃尽降落到地面为陨星。体未燃尽降落到地面为陨星。星云星云空间气体和微粒组成的星际云，体积、质量空间气体和微粒组成的星际云，体积、质量 大，密度小，形状不一亮度不等。大，密度小，形状不一亮度不等。星际物质星际物质恒星之间的物质，包括星际气体、尘埃恒星之间的物质，包括星际气体、尘埃 磁场、宇宙线等。磁场、宇宙线等。人造天体人造天体如人造卫星、宇航器（宇宙飞船）、空如人造卫星、宇航器（宇宙飞船）、空 间站等。间站等。二、天体二、天体天

4、体系统天体系统 由互有引力联系的若干天体组成的集合体。由互有引力联系的若干天体组成的集合体。总星系总星系（目前观测的（目前观测的宇宙部分）宇宙部分）银河系银河系河外星系河外星系太阳系太阳系恒星系统恒星系统地月系地月系行星行星-卫星系统卫星系统星系群星系群星系团星系团超星系团等超星系团等时间尺度：时间尺度：100-150亿年亿年空间尺度：空间尺度：130-150亿光年亿光年宇宙中长度单位：一个天文单位、宇宙中长度单位：一个天文单位、光年、光年、1秒（百秒、千秒）差距等秒（百秒、千秒）差距等河外星系旋涡星系仙女座大星云 地球地球是宇宙中的一个地方，但决不是是宇宙中的一个地方，但决不是唯一的地方，也

5、不是一个典型的地方。任唯一的地方，也不是一个典型的地方。任何行星、恒星或星系都不可能是典型的，何行星、恒星或星系都不可能是典型的，因为宇宙中的大部分是空的。唯一典型的因为宇宙中的大部分是空的。唯一典型的地方在广袤、寒冷的宇宙真空之中，在星地方在广袤、寒冷的宇宙真空之中，在星际空间永恒的黑夜里。相比之下，行星、际空间永恒的黑夜里。相比之下，行星、恒星和星系就显得特别稀罕而珍贵。恒星和星系就显得特别稀罕而珍贵。选自宇宙选自宇宙三、天球三、天球1、天球概念、天球概念 以观测者为中心，以任意长为半径的假想的球。以观测者为中心，以任意长为半径的假想的球。任何天体，不论多遥远，在天球上总有它的投影。任何天

6、体，不论多遥远，在天球上总有它的投影。2、天球上的基本圈、点和坐标、天球上的基本圈、点和坐标地平圈天顶子午圈子午圈子午圈天顶天顶北天极地平坐标系：地平坐标系：（高度、方位）（高度、方位）赤道坐标系：赤道坐标系：（赤纬、赤经）（赤纬、赤经）24时时黄道坐标系：黄道坐标系：（黄纬、黄经）（黄纬、黄经）3、天球坐标、天球坐标太阳系太阳系 是太阳、行星及卫星、小行星、彗星、流星体和行是太阳、行星及卫星、小行星、彗星、流星体和行 星际物星际物 质构成的天体系统。质构成的天体系统。行星小行星小行星第二节 太阳和太阳系 太阳太阳 是太阳系的中心天体。是太阳系的中心天体。卫星卫星彗星彗星 流星流星 陨星陨星

7、行星际物质行星际物质巨行星巨行星 木星和土星木星和土星类地行星类地行星 水星、金星、地球、火星水星、金星、地球、火星远日行星远日行星 天王星、海王星天王星、海王星 (冥王星冥王星)同向性同向性 共面性共面性 近圆性近圆性太阳的能量 太阳太阳的热核反应的热核反应 4H He 太阳辐射和质量损耗太阳辐射和质量损耗 以电磁波的形式向四周以电磁波的形式向四周放射能量。放射能量。太阳常数太阳常数2.min太阳活动与黑子周期太阳活动与黑子周期 太阳大气可分：太阳大气可分：光球光球黑子黑子色球色球耀斑、日珥耀斑、日珥日冕日冕太阳风太阳风对地球的影响对地球的影响电离层的扰动电离层的扰动地球磁场的影响地球磁场的

8、影响(磁暴磁暴)地球气候的影响等地球气候的影响等核心核心太阳太阳黑子黑子群群光球层光球层色球层色球层日珥日珥辐射区辐射区对流区对流区寿命100亿年太阳的基本参数半径：半径：69.599万万 km质量：约质量：约 1.989 1030千克千克表面温度约为表面温度约为 6000 k 中心温度中心温度 约约 1.5 107 k中心密度：约中心密度：约160克克/厘米厘米3中心压力：约中心压力：约2.5 108帕帕年龄：年龄：5 亿亿 年年（见）（见）太阳太阳常数太阳常数大气圈大气圈大气上界大气上界2.min太阳辐射与太阳常数一年中太阳给地球的热量累计相当于一年中太阳给地球的热量累计相当于100101

9、6 KW.h电，是目电，是目前全世界总发电量的几十万倍。前全世界总发电量的几十万倍。1874 1880 1890 1900 1910年太阳赤道太阳赤道北纬北纬南纬南纬黑子群在日面上的分布图4030201010203040耀斑爆发，可以在一二十分钟耀斑爆发，可以在一二十分钟内释放出相当于内释放出相当于100亿颗氢弹爆亿颗氢弹爆炸的能量。炸的能量。耀斑和日饵日冕水星金星地球火星类地行星木星巨行星土星天王星海王星远日行星1930年美国天文学家汤博发现的冥王星年美国天文学家汤博发现的冥王星06年年8月月24日国际天文学联合会大会在捷克首都布拉格投票表决，日国际天文学联合会大会在捷克首都布拉格投票表决，

10、通过了新的行星定义，冥王星被排除在行星行列之外，而将其列通过了新的行星定义，冥王星被排除在行星行列之外，而将其列入入“矮行星矮行星”。根据国际天文学联合会大会通过的新定义根据国际天文学联合会大会通过的新定义 行星行星指的是围绕太阳运转、自身引力足以克服其刚体指的是围绕太阳运转、自身引力足以克服其刚体力而使天体呈圆球状、并且能够清除其轨道附近其他力而使天体呈圆球状、并且能够清除其轨道附近其他物体。物体。矮行星与之比较，所在轨道范围的邻里关系不清楚。矮行星与之比较，所在轨道范围的邻里关系不清楚。根据行星最新定义，在太阳系传统的九大行星中，只有根据行星最新定义，在太阳系传统的九大行星中，只有水星、金

11、星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星星符合这些要求。冥王星由于其轨道与海王星的轨道相符合这些要求。冥王星由于其轨道与海王星的轨道相交，不符合新的行星定义，因此被自动降级为交，不符合新的行星定义，因此被自动降级为“矮行星矮行星”。新定义意在弥合传统的行星概念与新发现的差距。新定义意在弥合传统的行星概念与新发现的差距。谷神星谷神星 卡戎星卡戎星 2003UB313齐娜齐娜 n)n n小行星分布在火星和木星之间绕太阳公小行星分布在火星和木星之间绕太阳公小行星分布在火星和木星之间绕太阳公小行星分布在火星和木星之间绕太阳公转。直径大多小于转。直径大多

12、小于转。直径大多小于转。直径大多小于60-70km60-70km，共有几十万，共有几十万，共有几十万，共有几十万颗，有颗，有颗，有颗，有76257625颗已正式编号（截止颗已正式编号（截止颗已正式编号（截止颗已正式编号（截止19971997年年年年4 4月月月月2222日）。最大的一颗称为谷神星，直日）。最大的一颗称为谷神星，直日）。最大的一颗称为谷神星，直日）。最大的一颗称为谷神星，直径约为径约为径约为径约为760km760km。n n卫星是围绕行星运行的天卫星是围绕行星运行的天卫星是围绕行星运行的天卫星是围绕行星运行的天体。体。体。体。n n行星中卫星的分布如下：行星中卫星的分布如下：行星

13、中卫星的分布如下：行星中卫星的分布如下：木星有木星有木星有木星有6 6 6 6颗，颗，颗，颗，土星有土星有土星有土星有颗，颗，颗，颗，天王星有天王星有天王星有天王星有7 7 7 7个，个，个，个，海王星有个，海王星有个，海王星有个，海王星有个，火星有火星有火星有火星有2 2个，个，个，个，地球地球地球地球1 1个，个，个，个，水星和金星没有。水星和金星没有。水星和金星没有。水星和金星没有。月球彗星彗星n n彗星是质量、密度彗星是质量、密度彗星是质量、密度彗星是质量、密度小的小的小的小的“脏雪球脏雪球脏雪球脏雪球”，迄今，迄今，迄今，迄今为止已知的有为止已知的有为止已知的有为止已知的有16001

14、600多多多多颗，每年能观测到约颗，每年能观测到约颗，每年能观测到约颗，每年能观测到约1010颗，新发现的占颗，新发现的占颗，新发现的占颗，新发现的占50%50%。其运行轨道有抛物线、其运行轨道有抛物线、其运行轨道有抛物线、其运行轨道有抛物线、双曲线和椭圆三种类型。双曲线和椭圆三种类型。双曲线和椭圆三种类型。双曲线和椭圆三种类型。著名的哈雷彗星就属椭圆著名的哈雷彗星就属椭圆著名的哈雷彗星就属椭圆著名的哈雷彗星就属椭圆轨道，其运行周期为轨道，其运行周期为轨道，其运行周期为轨道，其运行周期为7676年。年。年。年。当接近太阳时，在太阳辐射当接近太阳时，在太阳辐射当接近太阳时，在太阳辐射当接近太阳时

15、，在太阳辐射作用下，分解成彗头和彗尾，作用下，分解成彗头和彗尾，作用下，分解成彗头和彗尾，作用下，分解成彗头和彗尾，状如扫帚，周期性地出现。状如扫帚，周期性地出现。状如扫帚，周期性地出现。状如扫帚，周期性地出现。彗头彗头彗尾彗尾流星n n行星际空间中的尘粒和固体行星际空间中的尘粒和固体块以很高的速度（块以很高的速度（72-11km/s)闯入地球大气圈同闯入地球大气圈同大气摩擦燃烧而产生的光迹，大气摩擦燃烧而产生的光迹，称为流星。未燃尽的流星体坠称为流星。未燃尽的流星体坠落到地面，就是陨石。陨石有落到地面，就是陨石。陨石有石陨石与铁陨石之分。石陨石与铁陨石之分。n n行星际物质：极其稀薄。太阳系

16、内密度分行星际物质：极其稀薄。太阳系内密度分布不均，在地球轨道附近的平均密度为布不均，在地球轨道附近的平均密度为5个个正离子加正离子加5个电子每立方厘米。个电子每立方厘米。当地时间2013年2月15日12时30分(莫斯科时间15日早晨9时20分许)，一块陨石坠落在位于乌拉尔山脉东麓的车里雅宾斯克州萨特卡市附近。许多行车记录仪和监控摄像头记录下了当时的景象，陨石滑行速度非常快，伴随一道白光闪过天际，坠落时发出数声巨响。它在穿越大气层时摩擦燃烧，发生爆炸，产生大量碎片，形成了“陨石雨”。在坠落区域，导致超过297栋住宅楼、12所中小学校以及一些企业和设施受损。除此之外，还造成1200余人受伤，伤者

17、大多被陨石坠落时震损的玻璃划伤。九大行星有关参数 表表1-11-1行星的基本参数行星的基本参数逃逸速度逃逸速度 水星为水星为4.3 km/s 金星为金星为10.3 km/s 地球为地球为11.2 km/s 火星为火星为5.1 km/s 类木行星类木行星 逃逸速度高出逃逸速度高出地球的地球的2-5倍。倍。大行星的大气圈成分中，惟独地球大气中大行星的大气圈成分中，惟独地球大气中氧含量高达氧含量高达21%，且在一定高度形成臭氧层，且在一定高度形成臭氧层，为高级动、植物生存、发展提供良好基础。为高级动、植物生存、发展提供良好基础。3 3地球内部存有核、幔、壳不同圈层分异，地球内部存有核、幔、壳不同圈层

18、分异，且之间进行物质且之间进行物质-能量交换。能量交换。是一颗适于生物生存和繁衍的行星是一颗适于生物生存和繁衍的行星地球的宇宙环境地球的宇宙环境 地球自身条件地球自身条件与与太太阳阳距距离离适适中中体体积积和和质质量量适适中中自自转转公公转转周周期期适适中中地地内内圈圈层层分分异异地球地球太太阳阳系系较较稳稳定定太太阳阳自自身身的的稳稳定定行行星星各各行行其其道道行行星星际际空空间间稳稳定定第三节第三节 恒星和四季星空恒星和四季星空 在晴朗的夜晚，仰首观看满天闪烁的繁星，在晴朗的夜晚，仰首观看满天闪烁的繁星，“牛牛郎织女郎织女”、“七仙女下凡七仙女下凡”等故事，是中国民间流传很等故事，是中国民

19、间流传很广、很感人的关于星星的神话；而广、很感人的关于星星的神话；而“王族星座王族星座”、“宝宝瓶与南鱼瓶与南鱼”和和“室女室女”等，则是古希腊著名的星座神话等，则是古希腊著名的星座神话故事故事.由于恒星的相互位置看起来是不变的，但随着地由于恒星的相互位置看起来是不变的，但随着地球的自转与公转，它们在不同的时候出现在天空的方球的自转与公转，它们在不同的时候出现在天空的方位是不同的。位是不同的。一、恒星概述一、恒星概述 由于恒星离我们都相当遥远，所以对恒星的观由于恒星离我们都相当遥远，所以对恒星的观测和研究比对太阳系内的天体研究要困难得多。但测和研究比对太阳系内的天体研究要困难得多。但是，天文学

20、家们经过一代一代人前仆后继的努力还是，天文学家们经过一代一代人前仆后继的努力还是对恒星的结构、物理特性、化学成分、演化过程、是对恒星的结构、物理特性、化学成分、演化过程、运动规律和空间分布等，有了较为完整的认识。运动规律和空间分布等，有了较为完整的认识。在众多的恒星大家族中分别表现出在众多的恒星大家族中分别表现出高温、高压、高温、高压、超密态、强磁场和强辐射超密态、强磁场和强辐射等许多极端的物理特性，等许多极端的物理特性，在地球上都是不可想象的。在地球上都是不可想象的。特点特点 远、动远、动；如比邻星如比邻星人马座人马座a星（星（4.2光年）光年）十万年前大熊星座（北斗七星）现在十万年后恒星并

21、不恒恒星并不恒 二、二、恒星的恒星的演化演化 分子分子云云 2000 2000K K 原原恒恒星星（小（小质质量）量）棕矮星棕矮星 X X （大大质质量）量）主序星主序星 红红巨星巨星（大（大质质量）量）超新星超新星爆发爆发（大（大质质量）量）黑洞黑洞 （小小质质量）量）（中中质质量）量）中子星中子星 （大（大质质量）量）白矮星白矮星 红红矮星矮星 黑矮星黑矮星星际云温度上升放出辐射放出放出辐射辐射再压缩压力下降原恒星原恒星星际云收缩为原恒星的示意图主序星阶段（太阳在此阶段可维持主序星阶段（太阳在此阶段可维持100亿年）亿年）太阳红超巨星轨道火星轨道地球轨道金星轨道水星轨道超巨星与类地行星轨道

22、的相对大小恒星演化的四个阶段恒星演化的四个阶段1、幼年期、幼年期氢气云氢气云-原恒星原恒星2、青壮年期、青壮年期热核反应热核反应-主序星主序星3、晚年期、晚年期内部内部氢燃烧消耗氢燃烧消耗-收缩收缩 -升温升温（氦燃烧、碳核、氧核、硅核）（氦燃烧、碳核、氧核、硅核）-膨胀膨胀 红巨星红巨星/超巨星超巨星4、衰亡期、衰亡期铁元素出现铁元素出现-超新星爆发超新星爆发 （白矮星、中子星、黑洞）（白矮星、中子星、黑洞）紅巨星白矮星白矮星赫罗图三三、星座、星座人们用想象的线条将人们用想象的线条将星星连接起来，构成星星连接起来，构成各种图案，连同它们各种图案，连同它们所在的天空区域，叫所在的天空区域，叫做

23、星座。做星座。（1922年国际天文学年国际天文学会，规定全天有会，规定全天有88个个星座）星座）中国古代三垣中国古代三垣（紫薇垣、太薇垣和天市垣）（紫薇垣、太薇垣和天市垣）二十八宿二十八宿（东方东方苍龙苍龙-青、北方玄武青、北方玄武-黑、西方白虎黑、西方白虎-白、南方朱雀白、南方朱雀-红）红）星图星图黄道十二黄道十二星座星座轩辕十四轩辕十四心宿二心宿二*南鱼座南鱼座-北落师门北落师门毕宿五毕宿五星体星体 目视星等目视星等 绝对星等绝对星等月球月球 -13 -13 不适用不适用（满月）（满月）金星金星 -4.6 -4.6 不适用不适用（最亮时）（最亮时）（全天最亮恒星）（全天最亮恒星）四四、星等

24、、星等光度光度绝对星等绝对星等亮度亮度视星等视星等五五、观察工具、观察工具活动星图天球仪注意：注意：使用星图时，使用星图时，我们须要把星图高我们须要把星图高举，仰望。你可有举，仰望。你可有留意，星图上的东留意，星图上的东西方向和普通地图西方向和普通地图相反相反。六、六、四季星空四季星空星空的变化星空的变化日变化日变化不同时间，星座不同（自转）不同时间，星座不同（自转）年变化年变化四季星空不同（公转）四季星空不同（公转）春春季季星星空空（4 4月月中中旬旬晚晚9 9时时）春季：参横斗转参横斗转狮子怒吼狮子怒吼银河回家银河回家双角东守双角东守夏夏季季星星空空（7月月中中旬旬晚晚9 9时时）夏季：夏

25、季：星斗满天星斗满天银河纵贯银河纵贯天蝎南卧天蝎南卧两斗想遥两斗想遥秋秋季季星星空空（10月月中中旬旬晚晚9 9时时）秋季：秋季：星座搭接星座搭接飞马腾空飞马腾空王族耀眼王族耀眼仙马四角仙马四角冬冬季季星星空空（1月月中中旬旬晚晚9 9时时）冬季：冬季：热闹多姿热闹多姿猎户威武猎户威武手牵两犬手牵两犬棒打金牛棒打金牛实验一：天球仪的使用实验一：天球仪的使用（P60P60）实验目的：实验目的：1.熟悉天球仪的构造（熟悉天球仪的构造（P18），了解天球的各种坐标），了解天球的各种坐标和天体的相对位置；和天体的相对位置；2.用天球仪模拟天体的周日、周年视运动用天球仪模拟天体的周日、周年视运动（P42

26、)，感，感受四季星空（受四季星空（P46）的变化。）的变化。实验二人一组，实验二人一组，对天球仪进行对天球仪进行纬度、方位、时间纬度、方位、时间调调整后就可操作了。整后就可操作了。写出实验报告。要求写明实验名称、实验目的、写出实验报告。要求写明实验名称、实验目的、仪器或工具、实验步骤和过程、实验体会和感受等，仪器或工具、实验步骤和过程、实验体会和感受等，并二人签名。并二人签名。(在晴朗的夜晚，观察当地当时的星空态势。在晴朗的夜晚，观察当地当时的星空态势。)星云说星云说“合二为一合二为一”-弥漫物质凝聚弥漫物质凝聚超密说超密说“一分为二一分为二”-超密物质爆发超密物质爆发*星系的演化星系的演化如

27、：银河系可能是在如：银河系可能是在100多亿年前，有一个很大的星多亿年前，有一个很大的星系际云，在自引力作用下收缩，在收缩中分成几个系际云，在自引力作用下收缩，在收缩中分成几个云，其中一个大云形成银河系，二个小云分别形成云，其中一个大云形成银河系，二个小云分别形成大、小麦哲伦星云。大、小麦哲伦星云。3、太阳系形成假说太阳系形成假说灾变说、俘获说、共同形成说、新星云说灾变说、俘获说、共同形成说、新星云说4、21世纪近地宇宙开发世纪近地宇宙开发空间资源、太阳能资源、矿产资源等空间资源、太阳能资源、矿产资源等保护宇宙环境保护宇宙环境*大爆炸学说与宇宙起源问题大爆炸学说与宇宙起源问题1、谱线红移与可见宇宙、谱线红移与可见宇宙 哈勃定律哈勃定律2、大爆炸学说、大爆炸学说 1秒钟秒钟-分水岭分水岭认为宇宙是从密到稀，从热到冷不断膨胀的一种宇认为宇宙是从密到稀，从热到冷不断膨胀的一种宇宙学说。宙学说。哈勃定律哈勃定律