大学地理全稿

第一章 探索宇宙

第一节 古人的天地观 一、盖天说

第一次盖天说：“天圆如张盖，地方如棋局。”

问题：一圆一方，天地如何连接呢？ 第二次盖天说：“天象斗笠，地法覆盘。” 问题：日月星辰如何东升西落呢？ 二、浑天说

“天地之体，状如鸟卵，天包于地外，如卵之裹黄也。其形浑浑然，曰浑天也。” 问题：日月星辰附着于蛋壳上绕地运动。

东汉的张衡（78—139）做了一个“浑天仪”，在一个圆球上刻上星座，让这个球绕轴转动，演示天体的东升西落和方位。

优点：解释了日月星辰的东升西落，

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提出了大地是球形的观念。 三、宣夜说

“宣夜”的意思是宣劳午夜，说明它是根据辛勤的夜间观测而提出的。日月星辰并不固定在一个球壳之上，而是漂浮于虚空之中。宇宙是无限的并不存在一个球形的天穹。

优点：提出了宇宙无限的观点，解释了行星的顺行和逆行。

第二节 地心说与日心说 一、地心说： 托勒密（约90—168）

观点：大地是球形的，地球是宇宙的中心；太阳围绕地球旋转；行星在“本轮”上旋转，“本轮”的中心又在“均轮”上绕地球旋转；旋转的轨道都是正圆，轨道大小各不相同，运转速度也不一样；恒星仍然固定在球壳似的天穹上，恒星天球也绕地球转动。

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优点：包含了浑天说大地是球形的观念及宣夜说把行星从球形天穹上分离出来的见解。同时，运用数学建立了行星体系模型，用来解释行星运动的规律性。旋转的多层天球体系为日心说打下了基础。

错误：地球中心论 二、日心说：

哥白尼（1473—13）

观点：在13年发表的《天体运行论》哥白尼提出了日心体系。太阳是行星系统的中心，一切行星都绕太阳旋转；地球也是一个行星，地球是运动的；地球有两种运动，自转和公转。

优点：建立了正确的天体运行体系，从相对运动的角度说明了恒星天球的东升西落，正确计算出行星的位置，解释了四季的成因。

我国也有相近的观点，而且时间更早： 西汉时张衡（前206——8）“地动则见

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于天象”“地横动不止，而人不知——”

哥白尼的著作出版后被欧洲教会列为，意大利哲学家布鲁诺（18—1600）为了维护日心说被教会烧死；意大利物理学家、天文学家伽利略（15—12）为了赞成日心说受到教会的审判。

布鲁诺：1576年欧洲各国，对哥白尼日心说有了进一步的发扬，1578年出版对话集《论无限宇宙和无数世界》：宇宙是无限的，其中有无数个世界，我们的太阳并不在宇宙的中心，无限的宇宙也不存在中心。恒星离我们有远有近，它们都是一个个遥远的太阳，一个个遥远的世界。罗马宗教裁判所对他进行了长达8年的关押和审讯，想尽办法对他进行劝说、利诱和胁迫。最后，罗马宗教裁判所毫无所得，只得宣布火刑。1600年2月17日他被活活的烧死在罗马的百花广场。

日心说不仅是天文学的一个大飞跃，由

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于它对神学的否定，而深刻地影响了其它科学的发展。恩格斯在《自然辩证法》中指出：“自然科学借以宣布其便是哥白尼那本不朽著作的出版，从此自然科学便开始从神学中出来，科学的发展从此便大踏步地前进。”

三、麦哲伦环球航行

实践是检验真理的唯一标准。麦哲伦环球航行证明了大地是球形及地球的自转。

哥伦布发现新。

1519年9月在麦哲伦的带领下，二百多名探险队员分乘五只船，从西班牙出发，历尽千辛万苦，于1522年9月回到了西班牙，最后只剩下一只船和十几名船员。

第三节 人类对于宇宙的探索 一、探测工具

1、天文望远镜是现代天文学探索宇宙的主要工具

光学望远镜：1608年荷兰人发明。折射

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式、反射式、折反射式

“哥伦布发现了新，伽利略发现了新宇宙”

1609年末，伽利略首先将望远镜用于天文观测，他自制了口径4.4厘米，焦距1.2米人类第一台折射式天文望远镜。凭着这架望远镜，他发现了月亮上有环形山和“海”，木星有四颗小卫星，金星有盈亏，太阳上有黑子，并根据太阳黑子的运动测出太阳自转的周期，还看到许多肉眼看不到的恒心，并发现银河是由许多繁星组成的。

1668年牛顿制造了口径2.5厘米，镜筒长15厘米的第一架反射式望远镜，1781年英国天文学家赫歇尔兄妹用自制的口径15厘米的发射望远镜发现了天王星。1845年英国的罗斯伯爵发现了河外星系M51的旋涡结构并看清了M1星云的形状象一只螃蟹，取名“蟹状星云”。1862年美国克拉克父子利用第一架现代概念的折射天文望远镜拍到

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了天狼伴星的照片。1908年美国天文学家海尔利用第一架现代概念的大型天文反光望远镜拍到了天狼伴星的光谱，判断为一颗白矮星（体积小，不及地球，但质量巨大，同恒星相当）。1924年哈勃测定仙女座星系的距离，从而结束了170年之久的宇宙岛之争。

宇宙岛只争：18世纪中叶，瑞典的斯危登堡和英国的赖特先后提出天上所有的恒星都和银河是一家，他们共同构成一个巨大的磨盘一样的天体系统——银河系。其后不久，大哲学家康德在其名著《宇宙发展史概论》中指出，银河系不是唯一的，宇宙中还有无数个象银河系一样的天体系统，象岛屿一样散步在宇宙中。

由于材料和加工工艺的，机械和控制系统的，20世纪60年代以来，电子技术、计算机技术、航天技术突飞猛进之际，大型望远镜没有新的突破。

地面大型光学望远镜

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口径/厘米 天文台名称 所在地 1000 美国夏威夷天文台美国夏威夷莫（KeckⅠ）（1991年纳克亚山 建成） 1000 美国夏威夷天文台美国夏威夷莫（KeckⅡ）（1996年纳克亚山 建成） 600 科学院天体物俄罗斯高加索理台 508 台 446 文台 天文台 泽列尔丘克 玛山 美国史密松天美国亚里桑那州霍普金斯山 马岛 美国海尔天文美国加州帕洛420 英国格林尼治南方西班牙拉帕尔美国夏威夷莫纳克亚山：海拔4200米，死火山，位于气流平稳的太平洋上，天文学

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的奥林匹克山。只有少数的天文学家可以有机会使用。如搜索太阳系以外的行星系统，发现黑洞吞食物质的证据等。

射电望远镜:由于大气对远红外、紫外和 X射线、 射线波段天体辐射的阻挡，只有可见光及近红外、波长最长的无线电波可以被地表接收。射电望远镜通过天线及接收机接收无线电波段电磁波辐射，经过数据处理，然后进行显示。它比光学望远镜的呈象过程复杂得多。可观测150亿光年，

地面大型射电望远镜

口径/米 366 美国阿蕾西博天文台 100 德国普朗克射电德国波恩埃费尔天文台 91 斯堡 波多黎各 天文台名称 所在地 美国国家射电天美国西弗吉尼亚 - 9 -

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文台 76 英国焦德雷尔班克天文台 文台 天文台 格林班克（1988年坍塌） 英国曼彻斯特 尔士 澳大利亚国家天澳大利亚新南威45.7 加拿大阿尔冈昆加拿大安大略州 2、空间天文探测设备

天文学是一门依赖于观测的科学。从历史上看，天文观测台址的选择经历过四次变迁：市中心—近郊—远山、远海—太空。

太空，是指100—120公里高的地球稠密大气层以外的空间范围，是除陆地、海洋、大气层之外，人类活动的第四环境。太空是人造地球卫星、航天飞机、行星际飞船等人造飞行器驰骋的范围。至1996年底，世界各国发射的航天器近5000个，其中90%是人造地球卫星，中国占0.9%。

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中国宇宙探测大事记： 古代万户的故事。

1956年：把开发火箭的技术纳入国家12年科学发展远景规划

1960年：成功发射第一枚探空火箭和第一枚自制的运载火箭

1965年：制度了研究和发射人造地球卫星的空间计划

1970年：第一颗人造地球卫星“东方红1号”发射成功，成为世界上第5个有能力自制运载火箭，发射本国自制研究的人造地球卫星的国家。

1975年：第一颗返回式人造地球卫星发射成功，成为世界第三个掌握卫星返回技术的国家。

1984年：实验通讯卫星“东方红2号”发射成功，世界上第5个发射地球静止轨道卫星的国家。

1985年：长征系列运载火箭投放市场，

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先后为一些国家发烧了卫星。

1999年：神州系列。 二、中国天文探测

1、从“两弹一星”事业起步 1958年5月，苏联第一颗人造卫星上天后的第二年，同志提出：“我们也要搞人造星!”一个月后，他又强调：“搞一点原子弹、氢弹、洲际导弹，我看有十年功夫是完全可以的。”当时，新中国一穷二白，百废待兴。许多海外学子回国投身到这一事业中。

19年，一朵从西北大漠深处腾空而起的蘑菇云，同样震惊了世界：中国第一颗原子弹爆炸成功。就在原子弹爆炸成功的第三年，中国第一颗氢弹空爆实验成功。

历史的脚步终于跨进了一个神圣的日子：1970年4月24日。这一天，在西北大漠深处的酒泉卫星发射中心，中国成功地将自己的第一颗人造地球卫星送上了太空。响

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彻全球的“东方红”乐曲，宣告中国进入了航天时代制高点，增强了我国科技实力和国防实力，奠定了我国在国际舞台上的重要地位。正如同志所指出的，“如果六十年代以来，中国没有原子弹、氢弹，没有发射卫星，中国就不能叫有重要影响的大国，就没有现在这样的国际地位。这些东西反映一个民族的能力，也是一个民族、一个国家兴旺发达的标志。”“两弹一星”的成功让所有中国人为之欢欣鼓舞的时候，中国的飞天梦也正在孕育之中。

“东方红”一号成功发射至今，中国依靠自己的力量，研制并发射了15种类型、50余颗人造地球卫星，飞行成功率达90%以上，卫星返回技术达到世界先进水平。通信卫星、气象卫星、返回式遥感卫星和科学实验卫星逐步形成系列，我国空间技术开始走向产业化。

从第一枚探空火箭升空到现在，我国已

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成功研制了12种不同型号、适用于发射近地轨道、地球静止轨道和太阳同步轨道的“长征”系列运载火箭，把70多颗国内外卫星送人太空。

我国自行研制的“长征”二号F运载火箭可靠性、安全性达到世界先进水平；我国飞船研制起步晚却出手不凡——飞船“三段一舱”的设计模式占据了高起点，并可用于未来的空间站对接。

我国的航天发射场和航天测控技术正日趋现代化。酒泉、太原、西昌三大卫星发射场经过更新与改造，现代化程度越来越高。载人航天发射场、北京航天指挥控制中心，综合了世界先进科学技术。西安卫星测控中心掌握和运用了世界先进的，“中心遥控”模式。“远望”号航天测量船队，可同时在世界三大洋布阵测控。

2、神舟系列载人飞船

1999年11月20日“神舟一号”飞船发

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射升空，11月21日成功着陆。2001年1月10日“神舟二号”飞船发射升空，1月16日成功着陆。2002年3月25日“神舟三号”飞船发射升空，4月2日成功着陆。2002年12月30日“神舟四号”飞船发射升空，2003年1月5日成功着陆。2003年10月15日9时整，“神舟五号”飞船升空。“神舟”五号一飞冲天，中国首名航天员杨利伟在人们的牵挂中成功的返回了地球。杨利伟成为“中国太空第一人”。从试验飞船到无人飞船，从“模拟人”到航天员上天，国外载人飞行前多达数十次无人试验，浓缩在“神舟”的短短5次飞行中。这意味着中国已成为世界上第三个能够开展载人航天活动的国家。2005年10月12日9时整，搭乘两名航天员的中国第二艘载人飞船神舟六号，在酒泉卫星发射中心，中国载人航天发射场由神箭--长征二号F运载火箭发射升空，并于2005年10月17日4时32分安全着陆。我

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国自行研制的“神舟”六号载人飞船成功发射与顺利返回引来全世界的积极评价，世界各地广大华侨华人和港澳台同胞也为之骄傲自豪。

神州7号，实现了太空漫步。 载人航天意义重大，主要体现在以下几方面。

体现综合国力。载人航天工程从设计制造运载火箭、宇宙飞船到建立完善的发射场地和测控网络，几乎涉及到所有的国民经济部门，是一个国家工业技术力量的缩影。可以说航天工业的水平高低一定程度上标志着一个国家的现代化程度。

开拓科研领域。首先是深空探测，要想更好地进行天文学和地球物理学研究，就必须脱离大气层的局限，将观测设备安装到人造卫星和宇宙—飞船上，搬到外层空间去。其次是登陆异星，在现有条件下，登陆异星更多的还是为了了解宇宙中星球的地质构

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成与环境，并将这些情况与地球做横向对比，从而更加深入地了解我们脚下的这颗星球。再次是太空抢险，外层空间环境非常恶劣，对航天器的生存和运行构成了很大的威胁，导致卫星、空间站和探测器频频出现故障。因此载人航天的另——项重大用途就是对出现问题的航天器进行空间修理。

促进经济发展。载人航天工程可以利用外层空间的特殊环境，进行各经济性生产，直接获得收益，还可以服务于其他国民经济部门，产生间接效益。

增强军事实力。军事航天器以美俄两国发射的侦察卫星和军用通信卫星为主。据统计，美国情报部门获取的各种情报中绝大部分是由美国国防情报局的间谍卫星搜集的，而美军80%的军事通信业务由通信卫星承担，航天器已经成为美军军事网络中最重要的工具。其次，使用载人航天器可以执行侦察任务，首先有人驾驶的航天器运载能力很

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强，可以携带重型侦察设备，有人驾驶的航天器灵活性很高，可以在宇航员的操纵下随机应变，时效性远远高于侦察卫星，因此常在突发危机时用来执行紧急侦察。另外，裁人航天器还可直接作为太空战斗机或太空轰炸机等武器攻击敌人的卫星和地面目标。

3、中国探月计划

人类的航天活动大致有三个方面：应用卫星、载人航天和深空探测。前两领域我国已经取得了巨大成就，下一步进行深空探测是科学技术发展的一个必然趋势。我国酝酿探月计划已有10年之久了。1994年我国就提出了探月初步构想，此后的10年间，我们主要是在进行各方面的系统论证。

我们的科学探测主要有4个目标：第一是为月球“画像”，也就是要通过各种手段获取月球表面影像和立体图像。之前，虽然别的国家已做过类似的工作，但图像中却存在很多空白区，这次我们的目标是环月卫星

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要完全覆盖全部月球，包括从没有涉足的南北极部分区域；其次，以前美国曾经对月球上5种有用元素做过分布规律与含量的深测，这次我们希望扩大到14种元素，对月球的一些有用资源进行更为全面的前景评估；第三，就是要探测月球表层土壤厚度，这也是国际上第一次进行全月球的月壤厚度探测。第四，要研究地—月空间环境，这对于地球环境和人类社会的发展都是至关重要的。 国家航天局宣布2007年前发射第一颗环月卫星。

二、国外重要的天文探测项目有： 前苏联的载人飞行和月球探测。1957年10月4日，前苏联卫星一号人造卫星上天，开创了人类空间探测的新纪元；1961年4月12日，前苏联宇航员加加林乘东方一号卫星航行外层空间后安全返回地面，写下了人类

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进入太空的第一个记录。1959年1月至1976年8月，前苏联发射了月球探测器：月球1号—24号，对月球进行，了空间探测。他拍回了月球背面的照片，采回了月岩标本。

美国的阿波罗登月计划。1966年2月26日—1972年，美国共发射17艘阿波罗飞船，11号—17号为载人登月飞船，1969年7月21日，美国宇航员阿姆斯特朗从阿波罗11号的登月舱中走出来，在月面上迈出了人类登上月球的第一步，在荒凉的月面沙土上留下了人类第一个深深的足迹。除阿波罗13号发生故障外，其余六次共有12名宇航员探月成功，月面停留时间为300小时11分38秒，探测时间为80小时。这项登月计划共耗资400亿美元。

水手号和海盗号探测器。1962年7月—1973年11月共发射10次水手号水星、金星、火星探测器。1975年发射了海盗1号和海盗2号探测器。和水手号同时，前苏联也发射

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了火星1号—7号探测器。

先驱者和旅行者的行星探测器。1958年10月—1973年4月美国发射对木星、土星、天、海、冥行星探测器11次。1974年“旅行者”探测器携带“地球之音”唱片，有音乐、风、雷、火车及鲸鱼的叫声，60种语言的问候语。1983年6月14日先驱者10号越过海王星轨道，由于冥王星正位于海王星内侧，所以，美国宇航局把这一天定为地球人制造的飞行器首次冲出太阳系的正式日期。旅行者1号和2号是1977年9月5日和8月20日分别发射的行星际探测器。它们都已飞出了太阳系，2020年之前，仍和地球保持信号联系。

19年10月18日发射了伽利略号木星探测器。该探测器95年7月13日抵达木星附近，96年3月进入木星环绕轨道，发回了57分钟的探测信息，然后沉入木星大气深处，完成了人类直接考察木星大气层的历史

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使命。获得的有关木星大气结构、化学组成、雷电和云层等观测数据传送至本体上的数据存储器中。伽里略号探测器本体于1996年3月点燃所带发动机，进入环绕木星飞行的轨道，对木星及其卫星进行考察。1996年6月27日，探测器从木卫三上空840公里处飞过，9月6日又从255公里上空再次飞过，清楚地看到了覆盖木卫三表面的冰层和冰盖下环形山及折皱的图案。科学家们推测，在冰盖下存在厚厚的液态氧层，氧含量与地球大气中的氧含量大致相当。考察还发现比木卫三距离木星更近的木卫二表面也覆盖着冰层，但冰面上可能存在液态水和浮冰，冰盖下面则是大量的液态水，水下隐藏着海底火山，不时提供一定的热量。人们据此猜测木卫二的海洋中可能有微生物存活着。这一问题有待于今后更深入的探测才能作出回答。离木星最近的木卫一是太阳系所有行星、卫星中火山活动最活跃的天体。1997年

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3月和6月，伽里略号探测器拍到了正在喷发的火山照片，高温岩浆温度超过 1500开。伽里略号探测器还对木星本体，特别是其大红斑进行了近距离拍摄。2003年9月21日，美国 \"伽利略\"木星探测器在第34次环木星运行时，在人工控制下如期坠入木星大气层销毁，从而完结其14年的太空探索使命。这也是美国自1999年以来首次控制探测器在地球之外的行星上坠毁。大约有1000多名曾经参与过\"伽利略\"工程研制的科学家来到喷气推进实验室，一起与\"伽利略\"做最后的告别。

1997年10月15日美国发射了卡西尼号土星探测器。1996年美国新一轮为期10年火星探测计划实施。对火星大气、磁场、地貌、气候进行探测。卡西尼号探测器长7米，直径3米，地面重量6.4吨，携带27件有多种功能的探测设备，总投资34亿美元，是一项以美国航天局和欧洲空间局为主的

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国际合作项目。它的任务除对土星进行全面考察外，还重点探测神秘的土星光环和名为“泰坦”的土卫六。泰坦是太阳系中第二大卫星，直径5120公里，仅次于木卫三，有厚厚的大气层，表面物理条件类似于原始地球。天文学家希望探测到泰坦上是否有生命存在的信息。卡西尼号携带着专门探测泰坦的惠更斯着陆器，直径2.7米，地面重量350千克，2004年12月25日惠更斯脱离环土星轨道的卡西尼号飞船，只身飞往土卫六，2005年1月14日，惠更斯如期在睡梦中醒来，向地球发出无线电信号，开始向土卫六降落，惠更斯降落过程大约耗时两个半小时，探测器着陆后会继续向母船传送数据直到电池耗尽，惠更斯的使命也到此结束。

从惠更斯发回的照片可以看到河流和山谷的痕迹，惠更斯着陆处呈灰色的平坦地形，专家认为，这块平原可能由液态甲烷和碳氢化合物构成。科学家认为，土卫六是太

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阳系中唯一已知有云和稠密大气的卫星，它很象40亿年前的地球，对它的探测有助于揭开生命诞生之谜。

美国新一轮的火星探测10年计划从l996年开始执行，共分5步。每一步都由两个配套项目组成。1996年11月7日，发射“火星环球勘测者”，于1997年9月12日到达火星上空，进入环绕火星两极的轨道，距火星表面380公里，拍摄高分辨率的照片传回地球，全面勘察火星的大气、磁场、地貌等。与之配套的“火星探路者”则登临火星表面进行局部的深入勘察。1996年12月4日“火星探路者”发射升空，1997年7月4日到达火星上空。在反推器点火减速后，以每秒6.3公里速度进入火星大气层。在大气层中张开降落伞，临着陆前，保护气囊自动充气，重2千克的着陆器缓缓降落，接触火星表面后弹跳冲击约1小时，最终静止在火星表面的阿瑞斯平原上。紧接着着陆器

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缓缓张开像莲花瓣似的三片太阳能电池帆板，一辆精致的火星车“索杰娜”开到火星表面上。索杰娜身高0.3米，长0.65米，宽0.48米，地面体重10.4千克，装有6只小巧灵活的车轮。每分钟行驶1米；造价2500万美元。能够自动绕过较大的障碍物，行动自如沉稳又轻捷。它的主要使命是收集火星表面的岩石和土壤样品，当场分析它们的化学成分，然后将分析结果发回地球。“火星探路者”登临火星的全过程，索杰娜在火星上跋涉的那小巧玲珑的身影通过卫星电视适时传播到全世界每一台电视机上，令数十亿观众瞩目观看，惊叹不已。“火星探路者”成功地在火星表面勘察的壮举被评为1997年世界十大科技新闻的第一条。索杰娜分析的结果，火星岩石和地球岩石一样也是氧化硅化合物。火星表面明显地分布着大量洪水冲刷的河床痕迹，说明火星在历史上曾有过大量的氧气和液态水。而现在，河流都干涸

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了，火星表面找不到液态水；大气中也没有氧气，更没有发现任何有机物。这自然使人联想起火星的过去和地球的未来。这一对在太阳系中有许多方面都最相似的行星，在孕育生命这方面有什么共性和不同之处呢？这也是人类探测火星最关心的问题。

火星探测的第二步，于 1998年12月11日发射了于“火星气候轨道探测器”，1999年1月4日发射“火星极地着陆探测器”登临火星南极地区，携带能深入地下几米的探头进行探测，主要考察火星表面和大气中水分的含量。第三步，将于2001年3月发射“勘测者01环行器”，4月发射“勘测者01着陆器”，携带一辆比索杰娜更先进的火星车，探察着陆点周围30多公里的范围。第四步，将于2003年发射一对03环行器和03着陆器，研究和实验将采集到的火星样品带回地球的技术问题。第五步，将于2005年发射最后一对环行器和着陆器，完成将火星

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样品带回地球的任务。可惜，1999年1月发射的“火星极地着陆探测器”在1999年12月到达火星上空后，因与地面失去联系而丢失了。

2001年4月，美国发射“奥德赛”火星探测器，2002年“奥德赛”火星探测器发现火星表面和近地表层中可能有丰富的冰冻水，但一直对这一问题存在争议。2003年6月10日和2003年7月7日，“勇气”和“机遇”号火星探测器发射升空，多年来，科学家们一直想弄清楚火星上是否存在水和生命，从传回的前所未有的高清晰度照片上可以较好的解释这一问题。目前，科学家已找到了充分的证据证明曾有液态水存在，但这并不意味着火星上就曾存在过生命。

2004年1月14日，美国总统布什发表讲话，宣布美国未来航天发展计划，这个计划的中心任务是在月球建立永久性基地，作为美国探索天空的“中转站”，以此为跳板，

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把人类送上火星。这项蓝图计划估计投入将超过1万亿美元。

另外，1990年4月25日美国的哈博空间望远镜被送入太空，这是一架天文光学望远镜。还将有红外、紫外、 射线空间望远镜计划发射。2004年1月17日，美国宇航局决定停止一切维修保养哈勃太空望远镜的航天飞机任务，这将使哈勃望远镜在未来4年

内变得毫无用处。宇航局做出放弃哈勃望远镜的决定，是因为在美国总统布什提出的新的宇航计划中，航天飞机将在2010年完全退役，这也预示着哈勃望远镜的“生命”将走到尽头。

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第二章 月球和地月系

“人有悲欢离合，月有阴晴圆缺”“天若有情天亦老（李贺），月若无恨月长圆（200年后，宋朝天文学家石昱卿）”

1991年美国爱荷华州立大学数学教授亚历山大阿比恩提出：月球的引力作用使地球自转轴发生倾斜，产生了黄赤交角，造成了四季和五带。使用核弹头导弹将月亮炸成两半，或者更多的碎片，然后全部消失。“使太阳光更为平均的照到大地上，可以不再有严寒的冬天和酷热的夏天，那时大地将是四季如春，沙漠会长出茂盛的庄稼，人们在室外活动的时间会更多，身体会更健康，我们的地球将成为仙境”。

2002年5月10日，俄罗斯5位科

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学家向俄提出建议——摧毁月球。在俄罗斯“联盟”型火箭上装上6000万吨级的核弹头，然后将它射向月球。

1979年联合国大会通过《月球公约》，规定月球所有资源归全人类所有，是全人类的共同财产。 第一节 月球

一、月球的距离、大小和质量

1、距离：根据月球的地平视差计算月地距离。

天体的地平视差：地球半径对天体所张的角，叫该天体的视差。当天体位于地平时视差最大，这个最大值，称为天体的地平视差。 天体的视半径：天体的半径对地球中心所张的角度。

月球的地平视差为57′

Sin57′=R/d R=6371Km

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d=384,400Km

根据激光测量,只要向月球发一激光讯号，并测定它从月面返回的时间，便能精确的测定月地距离。误差仅为几米。

2、大小：月球的平均视半径为15′33″

R=Sin15′33″×384,400=1738Km 为地球的27.25% 太阳的平均视半径为16′00″

所以太阳、月球大小相似，有时，月球比太阳还要大。

3、质量：地月系质心分别至地球和月球质心的距离之比为二者质量的反比率，计算出月球的质量。

7.35×10的25次方克为地球的1/81.3，重力为1.62，为地球的1/6。 二、月面上的自然条件 1、地形：月球表面的高低起伏状况。

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海和月陆：月面上比较阴暗的部分，过去误认为是海洋，所以称月“海”。月面上比较明亮部分的高地，统称月陆。一般高出月“海”2—3Km。 月“海”是月面上最广泛的地形在月球的可见半球，较大的“海”有10个：位于西部的是危海、澄海、静海、丰富海和酒海；位于东部的是风暴洋、雨海、云海、湿海和汽海。最大的海是暴风洋，面积达500万平方千米，比地中海还大得多。 环行山：月面上中部低陷、周围隆起的山。

环行山数量众多，达33 000个，大小不一，最大的环行山直径达235千米，容得下一个海南岛，小的月坑直径只有几十厘米。环行山是陨星撞击的产物。月面上明显的环行山有第谷环行山、哥白尼环行山、开普勒环

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行山，都位于月面的东面。 山脉、亮线和暗线：月面上有连绵高峻的山脉，数量不多，但高度达7000—8000米，最高峰高达9000米，超过地球上的珠峰。伽利略把月球上的最显著的两条山脉命名为亚平宁山脉和阿尔卑斯山脉。月面上的亮线是辐射纹，暗线是深陷的裂缝。

2、没有空气、表层液态水、生命的星球

月球表面重力只有地球的1/6，吸引不住自由运动的气体分子，所以，月球表面没有大气没有表层的液态水，也没有云雨雪等天气现象，也没有声音的传播。1996年底，美国的一项月球考察探测到月球南极一个深达12千米的环行山底部可能存在厚约几米的冰层，并推测这是一些以冰为主要成分的彗星撞击月球后留

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下的“遗骸”，这一结果有待进一步核实，但有可能是真实的。

月球表面没有四季变化，但有强烈的昼夜反差。月面上一昼夜27天，13天半是阳光照射，又没有大气和海洋的调节，温度可达127°C，另外13天半沉寂在黑夜里，温度低至-183°C，由于没有大气的散射阳光，白天天空也是漆黑的，太阳、星星在天幕上同时发光，蔚蓝色的地球比地面上看到的地球大四倍，也有圆缺变化。由于没有大气的保护作用，不能阻挡紫外线、和射线、流星的轰击，月球是不适合生命生存的星球。阿姆斯特朗的脚印，如果没有外来因素的破坏，将永远保留在月球上。虽然如此荒凉，但月球的开发前景是较大的。迈向月球的一步，他说：“对于一个人来说，这是一小步，对于人类

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来说，这却是一大步。”

第二节、月球和地球 一、地月系

地球和月球根据地球和月球的形成历史，可以说他俩也许是一对姐妹、一对母女或一对情人。如果他俩同源于一个母体——太阳系原始星云的一部分，那么算是一对姐妹，如果月球是地球形成之后，从地球分化出的一部分质量形成的，那么就是母女关系，如果月球另有别的来源，在特定条件下被地球俘获，然后形影不离，互相绕着转，这就好比一对情人了。月球和地球质量相差不大，距离也不远，在天体力学中构成了天体系统。

1天体系统：天体由于相互吸引而不断的相互绕转，这样的天体群或天体

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集团，称为天体系统。地月系、太阳系、银河系等是不同等级的天体系统。

F=GMm/r2

2地月系:地球和它的卫星月球组成的天体系统为地月系。

地月系的质心在地球本体之内，距地球质心4700千米，地球的半径是L=6371千米，月球绕地球公转，实际上是月球和地球绕地月系的共同质心转。

2、月球的自转和公转

1）公转：轨道为一个椭圆，偏心率为0.09（地球的偏心率为0.0167）近地点的距离是363 300千米，远地点的距离是405 500千米，二者相差42 000千米，月球的视半径相应的变化于 16′46″—14′41″之间。

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2）自转：月球的自转和公转有相同的方向和周期，这样的自转叫同步自转。

第三节 月相 一、月相：月亮的圆缺变化称为月相。

由于月球不发光，太阳光把它分成昼、夜半球，由于日、月、地三者位置关系的变化，便形成月相。

二、月相的变化

“十五的月亮十六圆”：天文学的望和农历的十五并不完全一致，望可能在十五、十六或者十七。如农历乙亥年，相当于公元1995年1月31日到1996年2月18日，有十三个月，望在十四有一次，十五有三次，十六有七次，十七有两次。 三、月球的出没

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月相 距离 同太阳出月没比较 新月 0° 中月夜晚见月情出 天 落 形 正黄彻夜不见 同升同落 清晨 午 昏 满月 180° 此起彼伏 黄半清通宵可见 昏 夜 晨 上弦90° 迟生后落 正月 黄半上半夜西天 午 昏 夜 清正下半夜东天 下弦270° 早升先落 半月 夜 晨 午 从表中可见：月亮越圆，夜晚见月时间月长。满月通宵可见，弦月半夜可见，新月则不可见。

月相、时刻和方位，三者

之间有固定的联系。

“楼上黄昏欲望休，玉梯横绝月如钩”（李商隐·代赠）（农历月初） “月落乌啼霜满天，江枫渔火对愁

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眠，

姑苏城外寒山寺，夜半钟声到客船。”（张继·枫桥夜泊）

“月上柳梢头，人约黄昏后”（宋·欧阳修·生查子）（望月初升） “采莲去，月末春江曙”（唐·李康成·采莲曲）（望月西陈）

“今宵酒醒何处？杨柳岸晓风残月”（柳永·雨霖铃） 四、恒星月和朔望月 恒星月：月球在轨道上连续两次通过同一恒星所需的时间。

其长度为27.3217日，即27

日7时43分12秒。 月球自转了360°

朔望月：一个月相变化的周期。

其平均长度为29.5306日，即29日12时44分3秒。 第四节 日月食

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一、天体及影锥 1影锥：不发光的地球和月球在太阳光的照射下形成圆锥形的影子，称为影锥。 2类型： 本影：影锥的主要部分，没有太阳光。可见月球大于太阳。

伪本影：与本影同轴而反向的圆锥。可见太阳边缘光辉。可见月球小于太阳。 半影：本影和伪本影的四周。可见太阳某一侧。 3本影的长度：从射影天体的中心到本影锥尖端的长度。 影响本影长度的因素：天体的半径越大，本影越长；同太阳的距离越远，本影越长。

地球的平均本影长度1 377 000千米，约为月球本影长度的3.5倍。

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月球朔时本影长度短，望时本影长度长，朔时月本影的平均长度为374500千米，略小于月地平均距离384400千米，所以，月球的影子到达地球时，可能是本影的顶端，也可能是伪本影。

二、日食及种类

1日食：月球在绕地球公转过程中，它的影子（包括本影、伪本影和半影）有时会掠过地球的向日半球，这就是日食。

时间：某月初一的白天 日全食 2分类： 中心食

日食

日环食

偏食

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日全食：由于月球本影掠过地表，在地表一小块面积上整个太阳光都被遮掩，即为日全食。

日环食：由于月球伪本影掠过地表，这是在地表伪本影中的太阳中心被遮掩，四周依然光明如故，即为日环食。

朔时月本影的平均长度为374500千米，月地平均距离384400千米，月球本影到达地表至少要有384 400－6371≈377100㎞，它大于月球本影的平均长度，因此，日环食比日全食的几率多一些。 日偏食：月面部分被月球遮掩的现象即为日偏食。

日偏食在某一地区发生在日全食、日环食之前、之后；在日全食、日环食周围也发生日偏食；日偏食也可能单

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独发生。

行星凌日现象：行星通过太阳表面，在太阳上出现被食现象。

由于行星距离远，视半径小，遮食面积小，地表不会出现黑暗现象。 三、月食及种类 1月食：月球本影有时在地球被日方向通过地球的本影，这种现象即为月食。

发生时间：某月十五的夜晚 2分类：月全食、月偏食

月全食：整个月球位于地球本影之内，失去太阳照射而失去光明即为月全食。

月偏食：月球部分的进入地球本影，部分失去光明即为月偏食。

月全食前后都有月偏食现象，月食时整个被日半球都可见。 四、日月食的过程

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日全食和月全食都分为五个过程： 初亏：第一次外切，即将发生食损。 食既：第一次内切，全部被掩食。 食甚：两中心相距最近。食分：食

甚时，日轮或月轮被“食”的程度。以月轮或日轮的视直径为单位。偏食的食分大于0而小于1，全食的食分大于等于1。

生光：第二次内切。

复圆：第二次外切，恢复原状。 偏食的过程：初亏——食甚——复圆

五、日月食的比较

1时间、分类和发光状况 时间：日食发生于朔，月食发生于望 分类：月食没有环食 发光状况：日食时日光被遮掩，太阳仍在发光；月食时太阳一片黑暗。

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2先亏损的方位不同 日食时太阳的西缘先亏；月食时月球的东缘先亏。 3持续时间不同

月全食长于日中心时。一次月全食上小时，一般长达三个多小时，一次日中心时一般为二三四分钟，最长不超过七分半钟。 4现象不同

日食发生于白天，被食部分相当黑；月食发生于晚上，有大气折射和散射的光，月面呈暗弱红色。 5可见观测区域不同

日食尤其是日全食，只在地表一小块面积上可以看见；月食地表的夜半球都可以看见。

6月食现象对全球始全相同的，而日食却分地区类型和程度不同。 六、日月食的发生条件

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1时间：日食发生于朔，月食发生于望，但大多数朔和望都不发生日食和月食，所以这只是必要条件。

2交点：黄道：太阳在天球上运行的轨道。

白道：月球在天球上运行的轨道。

黄道和白道在天球上相交于黄白交点，两个大圆有5°9′的交角。日和月只有同时在黄白交点计附近时才能发生日月食。

本世纪2010年前我国可见日食表 日期 类中心我国主要城市型 带 的食分和食甚时间 2006、全巴西 乌鲁木齐0.773、29 食 大西（19、50）成都

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洋非0.09（19、19） 洲 拉萨0.31（19、55） 兰州0.26（19、22） 西宁0.39（19、31） 银川0.18（19、13） 2007、偏 乌鲁木齐0.723、19 食 （10、07）昆明0.36（9、42） 成都0.43（9、53） 西安0.43（10、04） 广州0.19（9、47）

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2008、全加拿8、1 食 大北冰洋俄罗斯中国 武汉0.30（10、03） 北京0.40（10、23） 南京0.25（10、10） 上海0.20（10、12） 哈尔滨0.33（10、45） 乌鲁木齐0.95（19、07）昆明0.81（19、35） 成都0.91（19、27） 西安0.99（19、20） 广州0.47（19、 - 49 -

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07） 武汉0.87（19、16） 北京0.92（19、10） 南京0.65（19、01） 上海0.40（18、48） 哈尔滨0.82（18、57） 郑州0.99（19、18） 兰州0.99（19、15） 银川0.99（19、15） 石家庄0.95（19、

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2009、环大西1、26 食 洋印（经过尼 长江流域，长达5-6分） 2009、全印度 7、22 食 中国 太平洋 13） 昆明0.19（18、04） 西安0.01（18、02） 广州0.35（18、02） 武汉0.14（17、52） 南京0.05（17、31） 上海0.02（17、23） 乌鲁木齐0.49（9、10）昆明0.88（9、08） 成都1.00（9、12） - 51 -

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西安0.90 （9、20） 广州0.77（9、23） 武汉1.03（9、26） 北京0.72（9、31） 南京0.99（9、34） 上海1.01（9、38） 哈尔滨0.52（9、47） 杭州1.02（9、36） 2010、环印度乌鲁木齐0.411、15 食 洋缅（16、27）昆明

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（4分钟） 甸 0.90（16、46） 中国 成都0.（16、48） 西安0.90（16、51） 广州0.71（16、53） 武汉0.88（16、） 北京0.82（16、52） 南京0.87（16、56） 上海0.82（16、56） 哈尔滨0.44（16、13） 郑州0.91（16、- 53 -

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53） 济南0.90（16、） 本世纪2010年以前我国可见月食表 日期 类食初亏复圆时型 分 时间 间 2006、9、偏0.19 2、05 3、37 8 食 2007、3、全1.24 5、29 9、11 4 食 2007、8、全1.48 16、50 20、23 28 食 2008、8、偏0.81 3、35 6、66 17 食 2010、1、偏0.08 2、51 3、 1 食 2010、6、偏0. 18、16 21、0

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26 食 2010、全1.26 14、32 18、01 12、21 食 在日食和月食过程中，当月轮中心与日轮或地本影截面中心最接近的瞬间，叫做食甚。食甚时，日轮或月轮的被“食”的程度叫作食分。食分的计算，以日轮或月轮的视直径为单位。0。5食分，表示日轮或月轮的视直径50%被遮蔽，偏食食分大于0，小于1，全食食分大于等于1，日食不同，月食相同。

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第五节 海洋天文潮汐 一、潮汐现象

在外力作用下，地球要发生变形，海水具有流动性，所以对外来的变形力作用特别敏感。海水的运动有三种：

洋流——水平运动 潮汐——垂直运动 波浪——水分子振动

三种海水运动是相辅相成的。 1潮汐：海水一天内有二次涨落，我国古时把发生在午前的一次海水上涨称为潮；午后的一次叫夕。

2涨潮和落潮：在潮汐现象中，海面的上升叫涨潮；海面的下降为落潮。 3高潮和低潮：涨潮转变为落潮时，水位最高称高潮；落潮转变为涨潮时，水位最低称低潮。

4潮差：高潮和低潮的水位差称潮

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差。

5大潮和小潮：潮差最大时的海面升降叫大潮；潮差最小时的海面升降叫小潮。

二、引潮力及分布 引潮力：地球所受外力天体的实际引力与平均引力的差值，导致地表的潮汐现象，称为引潮力。

引潮力=实际引力﹣平均引力 实际引力=平均引力+引潮力

外力天体的引力主要来自月球和太阳。月球的引潮力是太阳的2.18倍。 分布：在全球各地，与外力天体相对的正反垂点引潮力最大，随着离正反垂点距离的增加，引潮力逐渐变小，其方向逐渐水平直至向下。由于两端的引潮力向上（对地心引力而言），中间的引潮力向下，于是，地球由正

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球体变成了长球体。

三、海洋天文潮汐的规律性

1）以太阴日为周期的高潮和低潮 2）以朔望月为周期的大潮和小潮 四、潮汐的地理意义

潮汐与工农业生产和国防建

设有着密切的关系。我们的祖先很早就知道利用潮汐的涨落晒盐，趁涨潮的时候将海水纳入盐池，利用风吹、日晒，晒出白花花的食盐。早在春秋战国时代，海水晒盐就是一项重要的财政收入。到了两晋朝代，盐场已遍布东南沿海。我们的祖先还利用潮汐的涨落捕鱼，《青州府志》就有：“涨潮时，乘船出海置网，而待潮退，鱼皆满网”的记载。即便是到了现在，捕鱼、晒盐仍要利用潮汐涨落的规律。

古代劳动人民利用潮水上涨，

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顶托河中淡水来来灌溉庄稼，也是比较普遍的事。为了保护农田不受强潮的侵袭，人们还在海边建筑了其长度堪与万里长城媲美的宏伟的海塘（即海堤）。海上航行，更与潮汐、潮流紧密相关。许多港口大船要等高潮水深时才能进去；航船无论是在海上航行还是靠离码头，都要掌握潮流的特性。建筑海港，更要考虑潮汐潮流长期的变化规律，使它既不会被淹没淤塞，又要造价低廉。潮汐涨落对海洋航运事业至为重要。世界上许多浅水港口，诸如我国的上海，英国的伦敦和德国的汉堡等，在很大程度上都是依赖潮汐而存在的。巨型的远洋航轮，只有利用涨潮时的较高水位，才能进出海港。倘若月球一旦停止对地球的引潮作用，那么，这些海港将减低或丧失它们在海运上的地位。

军事上利用潮汐、潮流的规律，也十分广泛，舰艇的活动、登陆、布雷、发射水下武器等都必须正确掌握这些规律。l661年郑成功率舰队登陆，驱逐荷兰侵略者，就是利用大潮高潮闯过平时难于通行的水道，

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出敌不意，一举登陆成功的。我人民在沿海一些岛屿的战斗中，也是利用了有利的潮水条件进行登陆的。布放水雷，也必须考虑潮差的大小，布得太浅，低潮时水雷会露出水面，容易被对方发觉，起不到应有的作用，布得太深，则在高潮时不能被敌舰触发。同样起不到应有的作用。放置漂雷，必须正确掌握潮流的规律。第二次世界大战初期，法国曾利用英吉利海峡的潮流漂送水雷，袭击了大批在夜间航行的英国舰船。决定一个国家的领海，亦与潮汐现象有关。领海是指海岸向海洋延伸着若干距离的海水领域。海岸线因潮汐涨落而进退，因此，国际上规定，计算一个国家的领海，以大干潮时——即海水落得最低时候的海岸线为准。

开发潮汐的能量，是潮汐利用的另一个重要方面。潮汐的涨落，蕴藏着巨大的位能；潮流则蕴藏着巨大的动能，它们都能为人类做有用的功。只要月球和太阳在运转，潮汐的能量

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就永远存在，因此它是取之不尽，用之不竭的能源。我国古代劳动人民早已广泛利用潮汐的能量。他们用潮汐来推磨，用上涨的潮水把巨石搬至高处，以修建桥梁。当然，这种利用是很局限的还没有真正发挥潮汐的潜力。而现在，人们则着眼于将潮汐的能量变为电能，这就开辟了潮能利用的广阔的道路。

潮汐的涨落和潮流都可用来发电。只要在潮差足够大的海湾中河口修筑大坝，利用涨落潮的水位差就可进行发电。在流速足够大的地方安装水力转子，利用水流的动能也可进行发电。由于潮流速度不稳定，时大时小，有时甚至为零，因此利用潮流发电还存在许多问题，目前主要利用潮汐的涨落发电。当然，潮汐涨落也有周期性，不可能24小时都具有水位

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差，但这一缺陷是可以设法加以弥补的。为了24小时不间断地发电，人们又设计了一种双库单向电站。这种电站要建两个水库，一个水库在涨潮时进水，另一个水库在落潮时出水。因此，不管是涨潮还是落潮，两个水库始终保持水位差，实现全日发电的要求。现在许多国家都在竞相开发潮汐能源，许多专家预言，未来无污染的廉价能源是永恒的潮汐。

我国的潮能是十分丰富的，浙江、福建沿岸是我国潮能最大的地方，因此，我国沿海的潮汐资源主要分布在浙江、福建沿岸和长江北支，其装机容量约占全国潮能总容量的92%。这一带是建大、中型潮汐电站的好地方，而其它地方则宜建中、小型潮汐电站。我国已在山东省乳山县建造了白沙口潮汐发电站，在浙江省

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乐清湾建造了江厦潮汐发电站，运转情况都很良好。

长江北支最大潮差约6米，可开发的潮能有70多万千瓦，年发电量达22亿多度。浙江省杭州湾的最大潮差在7米以上，潮汐资源达530多万千瓦，年发电量达160多亿度，远远超过朗斯电站。兴建潮汐电站还可得到许多副产品，可以利用电站水库进行水产养殖；可以搞灌溉；可以进行围垦；还可以发展旅游事业，从而大大增加收益，降低建站成本。

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第三章 太阳和太阳系 第一节 太阳

一、太阳是一个普通而特殊的恒星

1普通性：具有恒星的共同特征，即由炽热气体组成的、能自身发光的球状天体。

太阳的中心温度1500万度，主要由氢和氦两种气体组成，其中氢占70%，氦占30%，内部进行着氢聚变成氦的热核反应，形状为球形，不断的发出光和热。 2特殊性：

 太阳是地球所绕转的恒星，在天球上没有固定的位置，不属于

任何星座。

 太阳是离地球最近的一颗恒星，距离地球1.5×108千米，即

149 600 000千米，太阳光到达地球需要8分。除太阳以外最近的恒星比邻星（南门二，半人马座）距离地球4.03×1013千米，即4.26光年；由于距离近，太阳的视半径大，其视半径为16′，在天空中非常明亮；由于距离近，太阳非常明亮，视星等－26.74；由于距离近，给予地球的热量多，是其它恒星总量的2 500万倍。 二、太阳的距离、大小和质量

1距离：149 600 000千米，即1天文单位。

距离的计算方法有两种，一种是根据地平视差，月球的距离就是这样计算的。但太阳的地平视差较小，所以不用该方法，具体方法如图：

 测出a1-a（根据地平视差 ）

 测出a1/a（根据开普勒第三定律，二行星的公转周期的平方之

比，等于它们同太阳距离的立方之比。）  解二元一次方程组，求出a

a=149 600 000Km

2大小：已知日地距离，就可以根据太阳的视半径推算出线半径（如图）。

Sin16′=R/a R=a·Sin16′

太阳半径R=700 000km是地球的109倍，太阳表面积是地球的12 000倍，太阳体积是地球的1 300 000倍。

3质量：地球绕太阳运转可以看成圆周运动，太阳同地球的引力，正好就是地球绕太阳运动所需的向心力。即

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mV2/R=GMm/R2

式中m和M分别表示地球和太阳的质量，R为日地距离，V是地球公转的速度，G是万有引力常数。

M =RV2/G

太阳质量M为1.9×1030Kg 三、太阳的热能和热源

1太阳的热能：太阳是太阳系光和热的源泉，它散发着无数的热能

太阳常数：在日地距离等于日地平均，太阳位于天顶，地球大气对于所通过的太阳光线不起任何作用的条件下，每一平方厘米的地面上每分钟得到1.97卡的太阳热能，即1.97卡/平方厘米·分，这叫做太阳常数。

已知太阳常数，可以求出太阳辐射的总能量和地球所得到的总能量。

 太阳辐射的总能量

以日地距离为半径，以太阳为中心的假象的一个球面。用球面面积乘以太阳常数，即得到太阳辐射的总能量。

 地球得到的总能量

即半个球面得到的能量，用地球半径平面乘以太阳常数，即得地球得到的总能量。 2太阳的热源

太阳的热源来自太阳中心的热核反应。

热核反应：1500万度的太阳中心，4个氢核聚变成一个氦核的反应。在反应过程中，氢发生了质量亏损，根据质能转化定律，E=mc2 E是能量，m是质量，c是光速即3×108米/秒。损失的小部分质量转化成大量的能量。目前，在太阳内部，氢占71%，氦占27%，太阳处于青壮年时期。太阳将不断的散发着无限的光和热。

四、太阳的结构

1内部结构：太阳内部是高温高压下的稠密气体由内向外可分为三个同心圈层

中心核反应区：700万度发生核反应，太阳中心为1500万度 辐射输能区：产生的能量只有辐射出去，才能平衡。

对流层：稠密气体最外层，15万公里厚，通过对流将热能输送到表面。

2外部结构（也称太阳大气）由稀薄气体组成。  光球：厚500千米，人眼所见到的太阳轮廓，即太阳的视表面，

即光球。温度：5700°K

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 色球：光球以外，有一层玫瑰色的太阳大气，平均2000千米。

温度随高度而上升，直达几万度。色球的光仅及光球的几万分之一，平时看不见，在日全食时，在色球阴暗面的周围有玫瑰色的花边，即为色球层。

 日冕：在色球层的外面，包围着一层很稀薄、完全电离的气体

层。温度可达100万度，物质完全？处于电离状态，呈高速运动。氢核速度高达220千米/秒，太阳的重力是地面的27.9倍，但仍有一部分粒子摆脱太阳重力，奔向广阔的行星际空间，这就是日冕膨胀。

 太阳风：由于日冕膨胀，行星际空间经常得到太阳喷射出的高

速离子流，叫做太阳风。

整个太阳系都在太阳风的劲吹之中。 地球磁场也受太阳风的干扰。

日冕层的光度为光球的百万分之一，日全食时呈淡黄色或灰白色，自圆面向四周伸展。

太阳大气温度变化是特殊的，从色球开始温度上升，到日冕达百万度，原因不明。

五、太阳活动：太阳大气的各种直接影响地球的变化活动称为大气活动。随着航空航天技术的发展，人们意识到，空间环境状态的变化影响、制约着这些技术的实验和实施。因而，了解和认识空间环境日益重要，而空间环境扰动的趋势源是太阳。太阳的X射线爆发会引起地球电离层突然骚扰，因而影响甚至中断短波无线电通讯，而对长波通讯也有影响，太阳大耀斑发射的强高能带电粒子流到达地球附近，会引起地空间（卫星轨道附近）的强烈扰动，威胁人造卫星、卫星上的仪器、器件以及宇航员的生命。因此，太阳活动及预报非常重要。  宁静太阳：太阳活动处于低潮时  扰动太阳：太阳活动处于高潮时

1太阳黑子：太阳光球上，经常出现一些黑色斑点，这就是太阳黑子。

黑色斑点并不是黑色，它的温度大约低于光球1500度左右，在明亮的背景下表现为黑色斑点。黑子有多有少，活动周期平均11年，是太阳活动的标志。（如图）

2光斑：光球上更加明亮的斑点。常伴随黑子出现。

3耀斑：色球上的某些区域，在短时间内有突然增量的现象。周期为11年，常伴随黑子出现。对地球影响最大（磁暴、电离层干扰、极光等）。

4日珥：从色球层喷出的红色火焰。日全食时可见。

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光球 色球 日冕 太阳大气情况表 厚度（千米） 温度（°K） 光度 太阳活动 发光颜色 500 5700 光度高 黑子、光平时可见 斑 2000 4—几万度 光球的千耀斑、日玫瑰色 分之一 珥 100万度 色球的百太阳风 淡黄色、 分之一 灰色 第二节 太阳系

一、太阳系：太阳系是由太阳、行星及卫星、小行星、彗星、流星体及行星际物质构成的天体系统。

太阳是太阳系的中心，因为：  太阳占太阳系总质量的99.9%；

 太阳系的一切成员都在环绕太阳公转；  太阳是太阳系光和热的源泉。 二、九大行星和小行星带（如图）

1九大行星（如图、见表） 数据指水星 金星 地球 火星 木星 土星 天王海王冥王标 星 星 星 平均半0.38 0.95 1.00 0.53 11.29.41 4.06 3.88 0.50径 0 （？） （地球为1） 距日平0.39 0.72 1.00 1.52 5.20 9. 19.18 30.06 39.44 均距离（天文单位） 公转周88d 225d 365d 1.8811.929.584y 165y 248y 期 y y y 自转周59d 224d23h 24h 9h 10h 10h 15h 6d9h 期 8h 56m 07m 50m 14m 49m 48m 17m 轨道交7.0 3.4 0.0 1.9 1.3 2.5 0.8 1.8 17.1

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角 偏心率0.20(c/a) 6 0.007 0.017 2 22 0.093 表面温-185 -40 度(°C) 410 500 0.050.051 5 -103 -150 -170 -170 27 40 -50 -150 0.048 0.006 0.256 -170 -150 -230 -210 卫星数 0 0 1 2 17 22 5 3 1 光环 无 无 无 无 有 有 有 ？ 无  水星：最小的行星（一说它仅大于冥王星） 离太阳最近

温差大：自转慢、离太阳近，没有大气和水的调节。 轨道是较扁的椭圆，偏心率仅小于冥王星。

 金星：最亮的行星，有厚厚的大气层，能较强烈的反射太阳光。

视星等-4.3（最亮的恒星天狼星-1.4），在早、晚出现，“东有启明、西有长庚”。

逆转，由东向西转。

 火星：各项指标与地球非常相近。

 木星：是太阳系最大的行星，体积是地球的1300多倍，质量

是其余行星之和的2.47倍。

木星表面有液态氢组成的海洋包围着，深达5万多公里，它周围大气有厚有薄，有横向条纹，大红斑是大气层的大旋涡，它也有一个光环。

 土星：较大，有美丽的三重光环。土星的密度只有水的70%，

是唯一能浮在水面上的行星。

 天王星：躺着旋转，较大，有光环。

木星、土星、天王星绕之旋转的卫星较多，构成光环；木星、土星体积大，本身能发出微弱的光，但内部没有热核反应，不属于恒星，它们与卫星构成太阳系的“小太阳系”。  海王星和冥王星：研究较少。

2九大行星的分类（见表） 行星 水星 金星 地球 火星 木星 土星 天王海王冥王星 星 星

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分类 地内行星 — 类地行星 内行星 地外行星 类木行星 外行星 巨行星 远日行星  类地行星：体积小、质量小、密度大、卫星少、表面温度高、

重物质组成（岩石物质）

 类木行星：体积大、质量大、密度小、卫星多、温度低、轻物

质组成（气物质、冰物质） 3）小行星带

在九大行星的火星与木星之间，有一个数以万计的体积和质量都很小的行星带，称小行星带。

小行星带可能是瓦解的大行星碎片。 小行星是19世纪才被天文学家发现的，1801年1月1日第一颗小行星谷神星被意大利天文学家皮亚齐发现，1868年为100颗，1879年为200颗，10年为300颗，1995年为6160颗，已经获永久编号的小行星已突破20000大关，而两年前这个数字还不到10000，而在未来的两年之内，在国际对小行星领域越来越关注天文观测技术飞速发展的情况下，可望超过40000。小行星主要位于小行星带内。曾有人开玩笑的说：“现在的天文学家，找小行星就象从锅里捞饺子，一捞一大把”

小行星是可能对地球带来灾难的，据推算1千米的小行星撞击地球的破坏力是光岛原子弹的770倍，6500万年前恐龙的灭绝，1908年俄罗斯西伯利亚地区发生的通古斯上空神秘的爆炸，美国亚利桑那州奇大无比的陨石坑似乎都表明，这种可能是存在的，并且是已经发生过的。

小行星的命名也是天文学界的热点，小行星是唯一一种可以由发现者进行命名并得到国际公认的天体。要求发现者向负责小行星命名的国际天文联合会(IAU)小天体提名委员会提交命名申请，经批准后小行星中心每月一期的“小行星通报”上正式公布，但这些命名还要等到每三年一届的IAU代表大会期间由IAU执行委员会批准后才算生效。小行星命名多样，如我国天文学家发现的“林则徐星”、“金庸星”“北师大星”等。 三、行星公转运行规律

1共面性、同向性和近圆性（如图） 共面性：轨道交角都很小

同向性：自转、公转一般自西向东（金星逆转、地球斜着身子

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旋转、天王星躺着旋转）

近圆性：偏心率都很小。海王星最接近正圆，冥王星最扁，其次是水星。

2提丢斯-波特定则

分析行星对日距离（天文单位）

0.39 0.72 1.00 1.52 5.00 9. 19.18 30.06 39.44 40个天文单位上每10个天文单位有一个行星，

前5个行星又在5天文单位内拥挤着，这种行星疏密不均的情况在小行星带和天王星没发现前就被归纳出一经验法则，即提丢斯-波特定则。

以下列数据为基础：

0 3 6 12 24 48 96 192

前三个数为等差数列，后7个数为2的等比数列，把每个数加4再除以10，得到：

0.4 0.7 1.0 1.6 2.8 5.2 10.0 19.6 水 金 地 火 木 土

人们根据此经验公式发现了小行星带和天王星，但海王星和冥王星发现后则与此定则不一致。 3开普勒三定律

 行星绕日公转都是椭圆；太阳位于椭圆的一个交点上。 椭圆的偏心率是不同的。冥王星、水星扁一些，而金星、海王星圆一些。由于太阳位于一个焦点上，所以，行星有近日点和远日点。

 同一行星的面积速度保持不变（如图）。

面积速度：行星同太阳的连线在单位时间内扫过的面积相当。由此可见，行星在近日点时运动速度快，在远日点时运动速度慢。

 任何两行星的轨道半长轴的立方比等于其公转周期的平

方比。

由此可见，离太阳越远的行星其公转周期越长（见表）。 为什么行星会围绕太阳旋转，为什么太阳、行星悬在空中而不掉下来，牛顿万有引力定律解释了该现象。 4万有引力定律

在宇宙天文学中要常常应用到万有引力定律，如地球、太阳系的起源，地球的重力加速度、潮夕、地球的形状和自转，行星、卫星、人造卫星的空间运动等。

但是，牛顿万有引力只能解释物体相互吸引并相互绕转的现象，而绕转的初速度来自那里确得不到答案，这使牛顿误入歧途，最后，他只好说这是“上帝的第一次推动”。

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四、彗星（扫帚星） 1、构成（如图）

彗核：冰冻物质组成（冰物质、岩石物质

彗头 分子、尘粒或碎块冻结而成）

彗星 彗发：云雾状包层（木星以内）

彗尾：由稀薄气体组成的长的尾巴（火星以内）。只有在接近太阳时，在热力作用下产生稀薄气体，由于太阳压力和太阳风的作用，彗尾在背日方向存在。轨道：椭圆形，偏心率较大（c/a）。

2运行规律

周期：少数是周期性的，轨道为椭圆，偏心率很大（c/a），多数是非周期性的，轨道呈抛物线状。

3哈雷慧星：英国天文学家哈雷发现的一颗彗星。哈雷是与牛顿同一时代的英国天文学家，他经过仔细观察，运用牛顿的力学理论，指出1531年、1607年两次出现的是同一卫星，他预言1758年这颗彗星将再次归来。那一年过去了，哈雷已经作古，彗星却没有再次回归，经法国天文学家的仔细计算，宣告它应于1759年4月13日过近日点，1759年3月12日，这颗拖着长尾巴的彗星果然重现天际，为了纪念哈雷，人们将这颗彗星定名为哈雷慧星。 近日距离离太阳0.59天文单位，在金星轨道以内，远日距离35.31天文单位，在海王星轨道以外（如图）。轨道半长轴17.95天文单位，偏心率0.967，公转周期76年。1910年5月经过近日点，1986年2月9日再次经过近日点，最好的观测时间是1985年11月8日。2061年将再次回归。 四、流星体

1流星体：在行星际空间环绕太阳运行的微小天体。

流星：流星体一旦闯入地球大气，就会同气体分子和原子相摩擦而燃烧并产生明亮的光，这就是流星。 比-5等星亮的星叫做火流星。

流星雨：从星空中某一辐射点向四周大量迸发出现的流星现象，称为流星雨。

狮子座流星雨是最著名的流星雨。狮子座是黄道12宫之一，其中有一颗著名的亮星轩辕十四。狮子座流星雨来源于一颗名为坦普尔-塔特尔的彗星（如图），它是1866年发现的，轨道倾角162度，周期是33.2年，每年的11月17日或18日地球离彗星轨道最近，二者轨道没有实际交点，地球通过时，同其周围的大量散落物遭遇，这些细纱和尘埃物质纷纷沿着相互平行的路线在地球大气中溅落，形成壮观的流星雨，由于投影和透视的缘故，看起来

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象是从天空某一点辐射出来的。2001年12月19日，农历初三，北京时间2点19分，将出现壮观流星雨现象。

2陨星：个别的特别巨大的流星体，在持续燃烧的过程中，穿过整个大气层，一直降落到地面，就是陨星。 分类：石陨星（陨石）：主要是硅酸盐组成。世界最大的陨石1976年降落在吉林省，重量为1770公斤。

铁陨星（陨铁）：铁镍金属。世界最大的陨铁降落在非洲的纳米比亚，重60吨。

石铁陨星：两者之间。

陨击坑：陨石撞击地面形成陨击坑。利用空间遥感技术已发现100多个大型陨击坑，最著名的是美国亚利桑那州的巴林格陨击坑，坑径约1240米，深180米，坑沿比附**地高出40米左右，估计是2万年前陨击形成的。

五、太阳系的起源——康德-拉普拉多星云说

1基本观点：在银河星云中产生太阳星云，然后太阳星云变成星云盘，最后，在星云盘中产生太阳和星星（如图）： 2过程：

 太阳星云的形成：银河弥漫星云因自引力而收缩，收缩中产生

旋涡，旋涡使星云碎裂，而成大量碎片，形成太阳系的碎片就是太阳星云。

 星云盘的形成：太阳星云在自引力作用下收缩，使本来旋转的

太阳星云旋转加快，产生更大的惯性离心力，太阳星云越来越扁，变成中间厚、四周薄又圆又扁的星云盘，

 太阳的形成：星云盘中心形成原始太阳，收缩增速，发光并产

生热核反应。

 行星的形成：星云盘收缩不是等速的，物质之间产生吸积和碰

撞形成行星。

该假说可以解释行星运行的同向性、近圆性、共面性。 第四章 银河系和河外星系 第一节 恒星

一、恒星：由炽热气体组成的、能够自身发光的球形天体。 四个特点：

 炽热：表面温度2600—40 000度向中心更高，可达700万度

或几亿度。

 气体：氢、氦及少量其它元素，内部进行着氢聚变成氦的热核

反应，这是恒星的一个特征。

 发光：在热核反应中，一克氢变成0.9931克氦，损失质量

m=0.0069克,E=mc2=(0.0069×10-3千克) ×(3×108米/秒)2 =6200

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亿焦耳（1500亿卡）

 球形：自引力作用下聚积而成。 F=G·m1m2/r2

热核反应产生斥力与自引力均衡，使恒星处于稳定状态。 二、恒星的运动

1“恒”的含义是相对位置不变。

2运动是绝对的，静止是相对的，相对位置不变是近似的、距地球较远的原因，实质上，恒星在宇宙中是运动的，而且，运动速度很高，方向不固定（如图）。

视向速度+242 开普坦星：运动最快294km/h

切向速度166，8″.8 视向速度-108 切向速度：第二 140km/h

切向速度90，10″.3 视向速度：离开为正，接近为负。 切向速度：可以看见恒星的位移。

自行：地球上见到的恒星在天球上的位移。 北斗七星的运动（如图）： 三、恒星的发光和光谱

1发光：与地球、月球、行星比较，恒星有巨大的质量，有热核反应，发光是恒星的一个特征。

 时间：是恒星不是从来就发光，也不永远发光，仅在生命史上

的某一阶段发光。

 质量：太阳的10倍>恒星的质量>太阳的10%。

2光谱：星光通过光学仪器，使不同波长、不同颜色的光波按波长顺序排列成一条光带，就是光谱。

根据光谱判断表面温度和组成：不同光谱之间的主要差别在于星光颜色，颜色实际上是恒星温度的反映。红色的星，表面温度最低，约为3 000K，黄色星约为6 000K，太阳属于这一类恒星，白色星约为10 000—20 000K，带蓝色的星温度最高，可达30 000—100 000K。温度不同，组成大同小异，大多数恒星，主要成分是氢，约占90%，其次是氦，约占10%，其它元素很少，不足1%。 四、恒星的亮度和光度

1亮度：地球上的受光强度。 光度：恒星本身的发光强度。 2表示：

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视星等：天体亮度的等级，m表示。 星等 绝对星等：天体光度的等级，M表示。

 视星等：古代划分为1——6等，1等星最亮，正常视力能辨

认的星为6等星，星等相差5等，亮度相差100倍。星等越小，亮度越大；反之亦然。设星等相差一级，亮度相差R倍，则R5=100，R =2.512，比一等星亮2.512倍的为0等，以此类推： 太阳：-26.74 月亮-12.73  天文学的距离单位

天文单位：日地平均距离149 600 000千米 应用：说明行星和太阳间距离。

光年：光在真空中一年所走的距离。

1光年=光速×年=299 792.46米/秒×31 556 926秒（365.2422日）=94602亿千米=63 240天文单位

秒差距：日地平均距离对某一恒星所张的角度为1″时，恒星与太阳的距离。

1秒差距=3.09×1013千米=3.26光年=206 265天文单位

应用：光年和秒差距主要用来说明恒星的距离。如牛郎星的距离是16光年，织女星的距离是26.3光年，牛郎与织女的距离是16光年。

 绝对星等：指恒星的秒差距为10时，即32.6光年时恒星的亮

度。同视星等不同，只与光度有关，与恒星的距离无关。 10秒差距以内的恒星并不多，多数在10秒差距以外，所以绝对星等往往高于视星等。 五、恒星的演化与分类 1演化（如表）：

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 星云收缩阶段：恒星是由星云（气体和尘埃）转化而来的，星

云在自引力作用下收缩，收缩分为两个阶段。

快速收缩阶段：由于星云密度低，自引力占绝对优势，所以收缩极快。

慢速收缩阶段：快速收缩中，位能转化成热能，温度升高，产生抵御引力的压力，随着压力的增加，收缩减慢，进入慢速收缩阶段。

 星云转化成恒星：慢速收缩阶段开始后，由于温度不断升高，

所以开始发出红色光芒，变形成了恒星，此时，吸引力仍占上风，恒星处于越来越慢的收缩，虽然已经发光，但是没有热核反应。

 主序星阶段：收缩的恒星，温度逐渐升高，当中心的温度达到

700万度时，开始出现热核反应。此时，自引力和内部压力处于平衡阶段，星体停止收缩，这是恒星最稳定、停留最长的时期。不同质量的恒星停留时间不同。太阳可在此时停留100亿年。目前，太阳是50亿岁，处于青壮年时期。

 红巨星阶段：中心温度最高，热核反应从中心开始，当中心的

氢燃尽后，只有氦，中心不在发生热核反应，中心四周的氢继续反应，中心的氦不产生能量，吸引力大于排斥力，氦核开始收缩，收缩释放的能量一部分使能量升温，一部分涌向外壳，使星体膨胀表面温度降低。此时，恒星以极快的速度，几乎是跳跃似的变成了红巨星。  白矮星和超新星爆发：

白矮星：质量小的恒星，核反应结素后，在引力作用下急剧收缩形成体积小、密度高的星体，其体积比地球、月球还小，密度是水的几万甚至亿倍。

超新星爆发：质量大的恒星，核反应一旦结素，便在引力作用下急剧塌陷，同时发出强烈的冲击波，使外层物质向宇宙空间抛射，这就是超新星爆发。

超新星爆发收缩的内部物质形成高密度的中子星和黑洞。 太阳演化阶段100亿年红巨星，10年红巨星，最后变成白矮星。

2赫罗图（如图）：

 以恒星的光度为纵坐标，以温度为横坐标，绘制的恒星位

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置图，叫赫罗图（如图）。

 主星序和主序性：由赫罗图可见，大多数（90%以上）恒星

分布在从图的左上方至右下方的一条窄带上，温度由高到低，光度由大到小，形成一个明显的序列。这条窄带叫主星序。位于主星序上的恒星叫主序性。

 红巨星：在赫罗图的右上方，温度不高，因体积大而发光

面积大，光度很大的恒星。

 超巨星：在红巨星的上方，一直延伸到图的左侧，温度大

小不一，但光度大、体积大的恒星。

 白矮星：在赫罗图的左下方，温度高，因体积小而发光面

积小，光度很小的恒星。

六、20世纪60年代天文学的四大发现

20世纪60年代随着观测能力的提高，天文学有四大著名发现，它们是：脉冲星、类星体、星际有机分子和3开微波背景辐射，其中三项获得了诺贝尔物理学奖，类星体的发现虽为获奖，但也有深远意义。

第二节 星座

一、概念：天空中的恒星构成的图形和它们所在的天空区域称为恒星。

二、星座的划分：

北天主要星座：小熊、天龙、仙王、仙后、鹿豹、大熊、猎犬、牧夫、北冕、武仙、天琴、天鹅、蝎虎、仙女、英仙、御夫、天猫、小狮、后发、巨蛇、蛇夫、盾牌、天鹰、天箭、狐狸、海豚、小马、飞马、三角等。

南天主要星座有：猎户、大犬、小犬等。 黄道星座：黄道是由12个星座组成的，太阳大约每月跑一个星座，黄道12星座又称黄道12宫，即白羊、金牛、双子、巨蟹、狮子、室女、天称、天蝎、人马、摩羯、宝瓶、双鱼等。黄道12宫地位特殊，需特别记忆。

“白羊金牛道路开，双子巨蟹跟着来， 狮子室女光灿灿，天称天蝎共徘徊， 人马摩羯弯弓射，宝瓶双鱼把头抬， 春夏秋冬分四季，十二宫里巧安排。” “双鱼白羊到金牛，双子巨蝎狮子头， 室女天称天蝎尾，人马摩羯宝瓶收。”

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北半球中纬地区可见的主要星座 （以北纬40°每月1日21时为准） 月份 主要星座 1 英仙、双子、猎户、金牛、仙女、仙王、仙后、御夫、 2 御夫、英仙、双子、小犬、大犬、猎户、金牛、仙后 3 御夫、双子、狮子、小犬、大犬、猎户、英仙、大熊 4 大熊、牧夫、狮子、小犬、双子、御夫 5 大熊、狮子、牧夫、双子、御夫、天龙、北冕 6 牧夫、大熊、北冕、武仙、狮子、天龙、天琴 7 牧夫、北冕、天龙、天琴、武仙、狮子、大熊、天蝎、仙王、天鹅 8 天龙、北冕、天琴、天鹅、天鹰、武仙、牧夫、仙王、天蝎 9 天琴、天鹅、天鹰、仙女、飞马、武仙、北冕、天龙、仙王、仙后 10 天鹅、仙女、仙王、飞马、天鹰、天琴、仙后 11 仙女、仙后、英仙、飞马、天鹅、天鹰、天琴、英仙 12 仙女、仙后、英仙、金牛、飞马、天鹅、仙王 三、主要星座和亮星

北天可见主要亮星如表：天狼星（大犬座α）、大角（牧夫座α）、

织女星（天琴座α）、五车二（御夫座α）、参宿七（猎户座β）、南河三（小犬座α）、参宿四（猎户座α）、河鼓二或牛郎星（天鹰座α）、毕宿五（金牛座α）、心宿二或大火（天蝎座α）、角宿一（室女座α）、北河三（双子座β）、北落师门（南鱼座α）、天津四（天鹅座α）、轩辕十四（狮子座α）、等。 第三节、银河与银河系

一、银河：在没有云层和月亮的夜晚，人们可以看到天空中一条银灰色的光带，就是银河。

银河总是从地平线的异端升起，经仙后、仙王、天鹅，穿过天琴、天鹰座，消失在地平线的另一端。不同季节亮度不同，“银汉横空万象秋”，夏末秋初最明显，且天鹅、天鹰及天蝎、人马段比较明亮壮观。银河的宽窄也不同，最宽达30°，最窄只4°—5°。 “不识庐山真面目，只缘身在此山中。”

银河系：聚集在银河系中的恒星所构成的天体系统。 银河：银河系在天球上的投影。 二、组成：

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银河系 恒星 ：1—2千亿颗 占银河系总质量的90%。

星际物质 ：占银河系总质量的10%。主要是星际气体（氢、氦）和星际尘埃 。

星际气体和星际尘埃组成的星云。 三、形状和结构

1银河系的侧面结构（如图）：

 核球：圆盘体的中部，长径约1—1.3万光年，厚约1万光年，

是圆盘体中恒星最密集的部分。核球的中心是银核，银核的中心是银心。

 银盘：银盘位于核球的四周，内侧较厚，约2 400— 4 800光年，外侧较薄，约800光年。

 银晕：在圆盘体外围，大体成球状，范围很大，但其物质密度

比银盘低得多。

2银河系的平面结构（如图）：

银河系是有4条悬臂的旋涡星系。银河系的多数物质分布在一个薄薄的圆盘即银盘之内，银盘直径8万光年；银河系的4条悬臂是猎户臂、人马臂、英仙臂、3kpc臂。 3、太阳在银河系中的位置

1太阳在银河系的银道面附近，距银道面20光年。 2太阳系位于猎户臂的内侧。

3太阳并不位于银河系的中心。它把银河系分成两部分，明亮的部分是银心所在的部分，在人马座方向。 4太阳距银心大约2.4光年。

5太阳在银河系中是运动的。一方面绕银心旋转，速度为250，周期为2.5亿年；另外太阳还率其家族相对于临近恒星向武仙座方向（近织女星）运动。 四、河外星系

1、宇宙岛之争：宇宙岛是德国科学家洪堡1850年提出的名词。他把康德所说的宇宙中无数个象银河系一样的天体系统，比喻为大海中的小岛，并认为一些天文学家在望远镜中朦胧可见被称为星云的云雾状天体就是宇宙岛。肉眼可见的有两个，即南天附近的大、小麦哲伦星云。1612年，在北方天空中用望远镜发现了仙女座大星云。随着发现云雾状天体的增多，究竟是不是宇宙岛的问题进行了反复争论。到20世纪40年代，德国天文学家巴德把仙女座星云的核心部分也分解为恒星，更进一步的证实它确实是和银河系一样的宇宙系统。结素了180多年的宇宙岛之争。除了

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银河系以内的星团和弥散气体之外，其余应为河外星系，仙女座大星云的称呼也该改为星系了。

2、星系的形状：星系的形状有四种（如图）。

1）旋涡星系：具有旋涡结构。中心具有球状或椭球状核球，从中心向外有两条或两条以上的由亮条或暗条组合的悬臂。

2）棒状星系：除了中心部分是棒状外，其余各方面与旋涡星系相似。

星系以上述两种为主，占77%。

3）椭圆星系：呈椭圆形或正圆形，没有旋涡结构。较密，包含一个核，至外围亮度逐渐下降。占星系的20%。

4）不规则星系：没有可辨认的核，也没有旋涡结构，形状不对称，有的好象是碎裂成几部分。占星系得3%。 3、总星系的划分（如表）

星系——星系群或星系团——超星系团——总星系

 星云：银河系中除了大量的恒星以外，还有很多尘埃和气体等

弥散物质组成的形状各异的天体，称为星云。

星云的物质密度非常稀薄，尺度很大但密度很小，外形非常美丽，有蟹状星云、玫瑰星云、礁湖星云等。

 星系：有一些看似星云的天体，实际上远在银河系之外，是与

银河系同级别的天体集团，称为星系。现代望远镜能观测到的星系有10亿以上，分布在浩瀚的宇宙中。

 本星系群：银河系诸周围，有40多个星系，如仙女座星系、

大小麦哲伦星系，组成更高一级的天体系统，即本星系群。本星系群的尺度在400万光年。

 本超星系团：由室女座星系团（距本星系群6 000万光年，拥

有2 500多个成员，尺度约1 300万光年）与其它一些星系群或星系团，包括本星系群在内，约50个成员，组成更高一级的天体系统，即本超星系团。 本超星系团的尺度约为1亿光年。

 超星系团：在本超星系团外，在可观测宇宙中（目前人类探测

宇宙深空的能力已达150亿光年）约有

3 000个以上的超星系团，如后发座超星系团（距本星系团3亿光年）

 总星系：本超星系团和超星系团组成一个更庞大的天体系统，

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即总星系

第五节宇宙与地外文明 一、 宇宙与宇宙模型 1、宇宙：“上下四方为宇，古往今来为宙”。宇宙在时间上是永恒的，在空间上是无限的。宇宙是普遍、永恒的物质世界。 2、宇宙模型：

“宇宙中最不可理解的事，是宇宙是可以理解的”。

——爱因斯坦

The most incomprehensible thing about the Universe is that it is comprehensible.

—— Aibert Einstein

1）牛顿（12—1727）静态宇宙模型：牛顿静态宇宙模型不单指牛顿本人的宇宙学论述，而是泛指在牛顿经典力学体系架构下，对宇宙整体特性形成的观念。

基本观点：宇宙时间和空间是无限的；物质大体是均匀分布在宇宙空间的。

问题：如果在一个无限的宇宙内，开始时，其中恒星的分布大体处于彼此等距状态，它们不可能永远保持着这样的态势，一点小小的扰动就会驱使这些恒星聚集成团。

2）爱因斯坦（1879—1955）有限无界宇宙模型

1915年11月爱因斯坦发表了广义相对论。广义相对论是在牛顿引力理论和狭义相对论的基础上发展起来的。它是研究时间、空间、物质和引力得了理论。

基本观点：在大尺度上，宇宙是静止的，银河系是宇宙的主宰，但在银河系外有恒星还可能有星云；宇宙是平滑的和均匀的，如果你沿着一条直线前进，则实际上将沿着一条巨大的曲线返回原

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来的出发地点，这个大半径约为一千万光年。

问题：爱因斯坦宇宙模型有一个严重的缺点，那就是它的不稳定性。这个宇宙模型是静态的，有一点扰动，它将不断的膨胀或收缩下去，因而这个宇宙是不稳定的。 3）大爆炸宇宙模型：

最早于1932年提出，后经不断完善形成的。尤其是3开宇宙背景辐射的发现，更使大爆炸（Big-bang）宇宙模型大放异彩,成为举世公认的标准宇宙模型。

基本观点：今天的宇宙是从高温、高密状态经膨胀、降温演化而来。宇宙诞生的时候，物质密度趋于无限大，能量集中为引力能，空间是极度弯曲的。随着膨胀降温，产生出各种各样的粒子，引力能逐渐转化为粒子能，直至演化为今日的宇宙。

宇宙大爆炸的六个画面 画面 时标 温度现 象 （开） 一 10-4秒 10万亿 光子、粒子一样多，宇宙温的反应处于平衡状态 二 0.01秒 1000亿 中微子和反中微子逐渐形成自由离子 三 13.82秒 30亿 质子和中子存在 四 3分46秒 9亿 氢核和氦核存在 五 70万年 3 000 除氢核和氦核外，形成其它化学元素的原子核，但不能形成稳定原子 六 150—200亿年 2.7 形成星系和恒星，出现行星和生物

二、地外文明

对科学家来说，生命是自然界中最令人惊讶的现象。

科学家们普遍认为，生命是一种物质的自然状态，不过，是一种可能性很小的状态。

——包罗·戴维斯，《上帝与新物理学》

迄今为止，宇宙中唯一已知有文明存在的星球就是地球。在地球以外的太阳系行星上，在银河系的千亿颗恒星周围，在银河系外的茫茫宇宙中人们苦苦的思索着、寻觅着，但长期以来，地外是否存在文明的问题只停留在一般猜想或哲学的推理上，直到20

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世纪60年代以后，才真正进入严肃的科学研究领域。

地外文明探索是艰巨的，如果把地球的历史比作百岁老人的话，人类形成的历史才刚刚满月，而人类的宇航史还不到半分中。现在的宇宙航行，只是在太阳系内的行星际航行如果以第三宇宙速度越出太阳系，进入恒星际空间，飞行器将处于完全失控状态，一去不复返。即使按着最佳设计的轨道进入另一个恒星的引力范围，按着人类目前所能给予的最高速度，至少也需数万年。

目前的探测，只是太阳系内的生命探测。 1、月球水冰的发现

据美国科学家探测，在月球的南、北两极，存在大量水冰与泥土混合的状况，估计含水总亮超过100亿吨，足够几十万人口使用两个世纪，据说是含水冰的彗星撞击而成。水冰的存在，不能说明月球有生命存活，但为人类登月旅行提供了更为现实的可能性。

2、对火星生命的探测

火星与地球最为相似，半径约为地球的53.2%，质量为地球的10.74%，自转周期是24.6小时，倾角2512，所以，昼夜长短和四季及气候带的分布与地球完全相同。只是公转周期较长，一年有680个昼夜。大气层比较稀薄，只是地球大气密度的1%，主要成分是二氧化碳，火星离地球稍远，所以比地球冷，两极有很厚的白色冰层。经探测，现在的火星，荒漠、干燥、寒冷、缺氧、缺水，不适宜地球生命的生存。但是否有过温暖、潮湿、孕育过生命的时代？火星上曾经有过的大洪水，如今到那里去了？地球的未来，会不会重蹈火星的覆辙？新一轮火星探测计划将进行考察。 3、对木星、土星及其卫星的考察

木星及土星的情况已基本了解，在太阳系各行星中，科学家们认为可能存在生命的是木卫二和土卫六。

根据19年加利略木星探测器考察，木卫二表面覆盖着白色的冰层，有浅浅的纵横沟壑，很象地球两极的浮冰。在冰层下面可能存在液态水。估计冰盖厚度8—16公里，液态水深80公里以上。洋底还可能有火山活动，其提供的热量也许可以使水中某些不需要阳光和空气的微生物存活。

1997年发射的卡西尼号土星探测器，2004年到达土星附近，将对太阳系第二大卫星土卫六（泰坦）进行考察。土卫六直径5120米，仅次于木卫三，质量为月球质量的1.8倍，有厚厚的大气层，表面物理条件类似于原始地球，其上面是否有生命存在，也是人们十分关注的问题。

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第二章：天球坐标系 §2-1球面坐标系 一、天球和天穹 1、天球：以地球为圆心，以无限远为半径假象的球体称为天球（如图）。

分为地心天球和日心天球。视位置、视运动。

2、天穹：人们所能直接观测到的地平之上的半个球形的天空称为天穹。

二、天球上的基本点和圈 1、天赤道、天北极和天南极 2、黄道、黄北极和黄南极 3、地平圈、天顶和天底 4、天球上的基本点（如图） 1）地平圈和天赤道的交点 东点：天体上升的方向 西点：天体下降的方向

地平圈上的另两个点，即北点和南点 北点：天北极方向上与天北极对应的点 南点：天南极方向上与天南极对应的点 2）天赤道上 东点、西点：

上点和下点：天赤道上距地平圈最远的两点。 3）黄道上

春分点：黄道对于天赤道的升交点。 秋分点：黄道对于天赤道的降交点。

夏至和冬至：黄道上距天赤道最远的两点。 春分（3、21）、秋分（9、23）、夏至（6、22）、冬至（12、22）在黄道上是固定的，它们把黄道四等分。 三、球面坐标系的基本模式（如图）

1、基圈和极点：在球面上确定的最基本的大圆为基圈；通过球心垂直于基圈与球面相交的两个点叫极点。

2、辅圈：通过基圈两极因而垂直于基圈的无数的大圆。

3、原点和始圈：在基圈上确定的一个基本点为原点；通过原点的

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半个辅圈为始圈。

4、终圈和介点：通过球面上某点的半个辅圈为终圈；终圈与基圈的交点为介点。

5、经度：球面上的某点所在的终圈面相对于始圈面的东西方向和角距离。

6：纬度：球面上的一点相对于基圈平面的南北方向和角距离。它属于线面角。

四、 球面坐标系与直角坐标系

1、两个正交的坐标轴并不是直线，而是球面上正交的大圆圈。即基圈和通过原点的辅圈。

2、两个坐标点值并不是直线距离，而是角距离。 §2-2三种常见的天球坐标系 一、地平坐标系

1、地平坐标系的圆圈系统（如图） 1） 地平圈、天顶和天底 2） 子午圈、南点和北点 3） 卯酉圈、东点和西点 2、地平坐标（如图） 1） 基圈：地平圈 2） 始圈：午圈 3） 原点：南点

4） 纬度：高度或高度角，即天体相对于地平圈的方向和角距

离。

天顶和天底分别为90°和-90°。

5） 天顶距：天体相对于天顶的方向和角距离。

6） 经度：方位和方位角，即天体所在的地平圈相对于原点的

方向和角距离。自原点向西度量，0—360°。南点、西点、北点、东点分别为0°、90°、270°、360°。 7） 地平坐标：天体的高度和方位。

天体的高度和方位是变化的，随时间变化，由于天体的东升西落；由于地点不同，所以地平圈不同。 二、第一赤道坐标系

1、第一赤道坐标系的圆圈系统（如图） 1）天赤道、时圈和赤纬圈

2）子午圈：通过上点、下点、天北极、天南极的时圈就是子午圈。也就是通过南点、北点、天顶、天底的子午圈。 3）六时圈：通过东点和西点的时圈称为六时圈。 2、天体的第一赤道坐标（如图）

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1）基圈：天赤道 2）始圈：午圈

3）终圈：天体所在的时圈。 4）原点：上点

5）纬度：赤道纬度，又称赤纬。天体相对于天赤道的南北方向和角距离。 天赤道：0 ° 天北极：90 ° 天南极：-90° 6）极距：天体相对于天北极的角距离。

7）经度：即时角，天体所在时圈相对于上点或午圈的方向和角距离。

以上点为原点在天赤道上向西度量，以天体所在的时圈为终点。0°—360°，上点、西点、下点、东点的时角分别是0°、90°、180°、270°。

由于地球自西向东旋转，24小时转360°，则1 h =15°，天球上的天体每小时向西旋转15°，所以时角每小时增加15°，天体时角每小时增加15°，所以天体时角通常采用相应的时间单位，以0—24时取代360°。

上点、西点、下点、东点分别是0 h、6 h、12 h、18 h。 8）天体的第一赤道坐标系——赤纬和时角

由于地平圈是变化的，所以南点不固定，所以上点不固定，因而时角不固定。

由于天赤道是固定的，所以赤纬是固定的。

三、第二赤道坐标系

1、第二赤道坐标系的圆圈系统 1）天赤道

2）二分圈：通过北半球春分点和秋分点的时圈。 3）二至圈：通过北半球冬至点和夏至点的时圈。 2、第二赤道坐标系

1）基圈、纬度都与第一赤道坐标系相同 2）原点：春分点 3）始圈：春分圈

4）经度：赤经，即以春分点为原点，向东度量0°~360°或0~24h，天体的赤经是固定的，而时角是变化的。 四、黄道坐标系

1、黄道坐标系的圆圈系统 1）黄道

2）二分圈：通过二分点的黄经圈。

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3）二至圈：通过二至点的黄经圈。

比较：同第二赤道坐标系二分圈不同，但二至圈是相同的，但夏至圈和冬至圈是不同的。

2、黄道坐标系 1）基圈：黄道 2）始圈：春分圈 3）原点：春分点

4）黄纬：天体相对于黄道的方向和角距离。0°~90°。

5）黄经：天体所在的黄经圈相对于春分点的方向和角距离。0°~360°。

比较：赤道坐标系和黄道坐标系

原点相同，都是春分点，都是固定的。

基圈不同，分别是天赤道和黄道，都是固定的。 所以天体在两种坐标系的值是固定的。 始圈都是春分圈，但含义不同， 经度都是自春分点向东度量，0°~360°。 第三章：地球的运动 §3-1地球的自转 一、地球自转及证明 1、地球自转的发现

1）概念：地球围绕地轴自西向东的旋转叫地球的自转。 地轴：通过地球中心的假象的轴。

方向：北极上空是逆时针方向；南极上空是顺时针方向。 2）地球自转的发现

地心说—“地动则见于天象”、“天左旋、地右旋”、“地恒动不止，而人不知，譬如人在大舟中，闭牖而坐，舟行而人不觉也。” 2、地球自转的证明——傅科摆实验

1）原理：既然地球在自转，超然于地球自转的摆动平面就会发生相地于地球经纬线的偏转。付科设计的用来证明地球自转的摆就是傅科摆。

2）傅科摆的条件：

 超然于地球自转的摆动平面

 摆动的持续时间要长，摆绳67米，摆锤27公斤。 3）傅科摆的偏转角度 偏转角度：θ=15°Sinφ 城 市 纬 度 偏 转 角 度

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哈 尔 滨 北 京 上 海 广 州 45°45′ 39°57′ 31°12′ 23°00′ 10.8° 9.6° 7° 6°

二、地球自转的规律性

1、周期：地球自转一周为一日。  恒星日：恒星（春分点）连续两次通过同一子午线的时间间隔。

23小时56分，地球自转360°00′。

 太阳日：太阳中心连续两次通过同一子午线的时间间隔。24

小时，地球自转360°59′。

 太阴日：月球中心连续两次通过同一子午线的时间间隔。24

小时50分，地球自转373°38′。 2、地球自转的速度

1）角速度：地球上某一点在单位时间转过的角度。每小时15°，每分钟15′，每秒中15″

地球上任意一点角速度是相同的，两极点为零。

2）线速度：地球上某一点单位时间通过的距离，因纬度和高度而不同。（如图）

v=2πr/T=ωr

三、地球自转的后果 1、天体的周日运动

2、自由运动物体的水平偏转 3、昼夜交替现象 §3-3地球的公转 一、地球公转及发现

1、公转：地球绕太阳的运动叫地球的公转。 2、发现：（如图）通过太阳的周年视运动发现的。 二、地球公转的规律性

1、地球公转的轨道：椭圆，太阳位于其中一个交点上，日地距离是变化的。

 近日点：一月初经过近日点。  远日点：七月处经过远日点。 2、地球的轨道面：

自转——赤道面

地球 黄赤交角 23°26′

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公转——黄道面 3、周期：

 恒星年：地球连续两次经过同一恒星方向上的时间间隔。

360°00′ 365.25日

 回归年：地球连续两次经过春分点的时间间隔。

359°59′10″ 365.2422日 4、速度

 平均角速度：360°/365.25日每日公转0.99°，即59′  平均线速度：940 000 000千米/365.25日=29.78千米/秒  速度的变化：近日点，速度最大。ω=61′10″，v=30.3km/s 远日点，速度最小。 ω=57′10″，v=29.3km/s 三、地球公转的后果 1、恒星的周年视差位移 2、太阳的周年运动 3、行星的会合运动

第四章：地球运动的地理意义 §4-1四季和五带

一、 太阳的回归运动 二、 昼夜长短 三、 太阳高度 四、 地球上的四季 五、 地球上的五带 §4-2历法和时间 第六节 历法 第七节 时间

学时分配表 章 节 序 第一章 第二章 第三章 第四章 学 时 2 14 4 4 8

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