第2讲-行星及地月系2015.ppt

1、地球科学概论（1414讲）第 2 2 讲行星及地行星及地月月系系申文斌，徐新禹，霍学深，金涛勇申文斌，徐新禹，霍学深，金涛勇20152015年年3 3月月2 2-9-9日日内容提要l 太阳系的行星太阳系的行星l 地球在太阳系中的运动地球在太阳系中的运动l 地月系地月系l 地球的潮汐运动和自转速度减慢地球的潮汐运动和自转速度减慢2太阳系的行星l 太阳系组成太阳系组成p 恒星：太阳l 行星：行星：水星（水星（Mercury），金星），金星(Venus)，地球（，地球（Earth），火星），火星(Mars)；木星(Jupiter)，土星(Saturn)，天王星(Uranus,1781)，海王星(Ne

2、ptune,1846)，冥王星(Pluto,1930)，阋(xi4)神星（Eris，2003）p 类地行星：体积小、质量小、密度大p 类木行星：体积大，质量大，密度小p 巨行星、远日行星（类地行星，一种分法）3太阳系的行星l 太阳系组成太阳系组成p 小行星：火星和木星之间（直径 60-70km）p 卫星：围绕行星运行的天体（60+1个）p 彗星、流星、陨石以及星际物质p 矮行星4l 太阳系行星的大小比较太阳系行星的大小比较5太阳系的行星6太阳系的行星7太阳系的行星l 8 8大行星的相关参数大行星的相关参数8太阳系的行星行星行星与太阳距与太阳距离离(AU)公转周期公转周期(恒星年恒星年)自转周期

3、自转周期(恒星日恒星日)质质 量量地球地球1体体 积积地球地球1密密 度度g/cm3赤道面与轨赤道面与轨道面夹角道面夹角水星0.3888 d58.6d0.060.0565.40.01金星0.72225 d243d0.820.8565.2177.36177.36地球地球1.00365.25d23h56m1.001.005.523.45火星1.521.88 y24h37m0.110.153.925.19木星5.2011.86y9h50m31813161.33.13土星9.5729.5 y10h14m947450.726.73天王178119.2884 y16h48m1565.21.397.7797

4、.77海王184630.13164.8y16h06m1757.11.728.32冥王193039.5248.8 y6.39d0.0026（直径2274)1.1122.53太阳系的行星l 水星水星 p 1974年“水手”10号飞近和飞远水星时拍摄的照片p 无卫星、气体9太阳系的行星l 金星金星p 一九七四年“水手”10号拍摄的金星，其表面厚厚的云层清晰可见p 无卫星，有二氧化碳10金星上的峡谷太阳系的行星l 地球地球p 月球上看地球，月球轮廓/地球轮廓：0.27p 1个卫星11太阳系的行星l 火星火星p “哈勃”天文望远镜中的火星p 2个卫星，有二氧化碳12火卫二 (Deimos)火卫一 (Ph

5、obos)太阳系的行星l 火星火星p 行进中的火星探测器“索杰纳”13太阳系的行星l 火星火星p 纵横交错的河网14太阳系的行星l 火星火星p 火星大气CO2p 不足地球1/10015太阳系的行星l 木星木星p 一九九一年“哈勃”望远镜拍摄的木星，清晰地显示了在木星大气层中云的结构p 16个卫星, 有氢、氦气体层16太阳系的行星l 木星木星p 木星(左)和它的卫星们，图中木星的大红斑清晰可见17太阳系的行星l 木星木星p 万古奇观：长达十六万千米的彗星列车撞击木星18苏梅克列维9号彗星绕木星运动示意图太阳系的行星l 木星木星p 万古奇观：长达十六万千米的彗星列车撞击木星19苏梅克列维9号彗星的

6、碎片太阳系的行星l 木星木星p 万古奇观：长达十六万千米的彗星列车撞击木星20太阳系的行星l 土星土星p “旅行者”拍摄的土星及土星环p 18个卫星；有氢、氦气体层21太阳系的行星l 土星土星p “旅行者”从背后拍摄的土星p 18个卫星22太阳系的行星l 土星土星p 艳丽多彩、结构复杂的土星环23太阳系的行星l 天王星天王星 【17811781】p “哈勃”望远镜拍到的天王星与它的环和两个卫星p 27颗卫星；氢、氦层24太阳系的行星l 天王星天王星p “旅行者”拍到的天王星环25太阳系的行星l 海王星海王星 【18461846，牛顿理论预测，牛顿理论预测】p 海王星及其卫星p 14颗卫星；氢、

7、氦层26l 太阳系中除了太阳、八大行星、几十颗卫星外，太阳系中除了太阳、八大行星、几十颗卫星外，还有成千上万的小行星和彗星。这些小行星集中在还有成千上万的小行星和彗星。这些小行星集中在火星与木星轨道之间，形成一条小行星带，估计数火星与木星轨道之间，形成一条小行星带，估计数量超过量超过5050万颗。万颗。27太阳系的行星小行星爱神小行星爱达l 陨石可能是小行星、行星、大的卫星或彗星分裂陨石可能是小行星、行星、大的卫星或彗星分裂后产生的碎块，它携带来这些天体的原始信息后产生的碎块，它携带来这些天体的原始信息28太阳系的行星吉林陨石重1770千克，是至今世界上最大的石陨石美国亚利桑那州巴林杰陨石坑l

8、 陨石可能是小行星、行星、大的卫星或彗星分裂陨石可能是小行星、行星、大的卫星或彗星分裂后产生的碎块，它携带来这些天体的原始信息后产生的碎块，它携带来这些天体的原始信息29太阳系的行星辽宁：陨石撞击坑 太阳系的行星l 行星距离规律之一行星距离规律之一p Titius-Bode 法则 (由里向外：行星轨道半径规律)：30太阳系的行星l 行星距离规律之二行星距离规律之二p Ter Haar-Cameron (1963) 法则 (由里向外：行星轨道半径规律)：31练习题：试确定常系数 R_0 和 m 太阳系的行星l 行星运行规律行星运行规律p 开普勒三大定律p 牛顿万有引力定律+牛顿第二定律思考及练习

9、：试根据长期天文观测总结归纳出开普勒三大定律32地球在太阳系中的运动l 地球的自转地球的自转p 你如何知道地球在自转呢？【第4讲】l 地球的公转地球的公转p 证据一：恒星周年视差33地球在太阳系中的运动l 地球的公转地球的公转p 证据一：恒星周年视差34地球在太阳系中的运动l 地球的公转地球的公转p 第二证据：光行差p 光行差现象是由于地球的公转和光从恒星到达地球需要一定的时间造成的天体的真实方向和观察方向之差称光行差。p 光行差可以由速度叠加的原理解释。 在沿EE方向运动的观察者看来， 天体S好像位于S的方向。p 第三证据（？）：多普勒效应35地球在太阳系中的运动l 地球的公转地球的公转36

10、根据日出日落时间确定你所在的纬度 【练习题】地月系l 1 1 双星系统？双星系统？【月球是卫星吗月球是卫星吗】p 在太阳系所有卫星和本行星大小对比关系上，月球是最大的一个（绝对大小排名第六），因此，有时可把地球和月球看成是两相伴随的双行星系统l 2 2 月球是如何形成的？月球是如何形成的？【不同的观点不同的观点】p 分裂说p 俘获说p 同源说p 碰撞说37地月系l 月球月球38月球的环形山月亮的南极地区地月系l 月球基本参数月球基本参数p 月地平均距离=3844011km (约为地球半径的60倍，日地距离的1/389)p 月球大小：半径=1738km3/11 地球半径p 质量=7.351025

11、g1/81.3 地球质量p 月球平均密度=3.34g/cm3 (地球平均密度=5.5 g/cm3 )p 月球表面平均密度3.0g/cm3p 表面平均重力=162.3伽1/6 地球表面平均重力p 月球逃逸速度2.36km/s1/5 地球逃逸速度39地月系l 月球的环境月球的环境p 无大气圈，无水圈，无磁层包围，太阳系中大小不等固体岩块、尘埃及各种高能粒子流、宇宙线，均可直接轰击月面，月面布满各种陨击坑。月球既无生命存在，是一无声的万籁俱寂的世界。p 为何月球外部几乎没有磁场？【思考题】p 地貌：月球的地形可分为平原、高地和山脉。在月球上，平原约占月球的55，大部分面向地球，适于建造居住设施。40

12、地月系l 月球的环境月球的环境p 地层：月球的地层由表层、月壳、月幔、月核组成。表层覆盖着厚度达几米到几十米的细沙。如果想铲除表层，挖掘作业相当困难。p 地质：岩石部分大多数为玄武岩、橄榄石、玻辉岩、斜长石及钛铁矿等，其强度和地球上的同类岩石相同。p 月震：月震比地震较弱且次数较小。p 重力：月球上的重力加速度是地球上的16，构筑物的自重或活荷载因而也为16。41地月系l 月球的环境月球的环境p 真空：月球上没有空气，处于超真空状态，需要在住室外加压后才适于人类居住。p 温度：白昼14天，黑夜也是14天，因为没有空气，昼夜温差非常大(190137)，但距地表1m以下的温度(30)很稳定。p 放

13、射线：月球上的宇宙线、太阳风等放射线很多，为了防御辐射，必须将构筑物盖上2m厚的土。p 陨石：月球上没有空气，大小各异的陨石没有燃尽就会落下来，其坠落速度为2040m/s。42地月系l 月球的旋转月球的旋转43地月系l 月球的旋转月球的旋转44地月系l 月球的旋转公转月球的旋转公转p 公转周期：恒星月=27d7h43m11.4sp 朔望月：连续两次新月（朔）或满月（望）所经历时间29d12h44m3sp 近地点速度=15o o /dp 远地点速度=11o o /dp 平均速度=13.2o o /dp 线速度=3672km/h=1.02km/s45地月系l 月球的旋转自转月球的旋转自转p 月球的

14、自转周期与公转周期相等，都是一个恒星月，方向也相同，即反时针方向旋转。是一种同步自转。46思考：为何具有同步自转？地月系l 月球的旋转自转月球的旋转自转p 月相变化47地月系l 月球的旋转自转月球的旋转自转p 月相变化（图有问题？）48地月系l 月球的旋转自转月球的旋转自转p 月相变化【思考】你如何根据月相判断农历日期？地球的潮汐运动l 潮汐现象：潮汐现象：p 东汉学者王充曾指出：“涛之起也，随月盛衰”唐代学者余道安在其所著海潮图序中写道：“潮之涨退，海非增减。盖月之所临，则水从往之此竭彼盈，往来不绝，皆系于月，不系于日”。p 潮汐现象是日、月（主要是月球）对地球表面不同部位引力之差异产生，由

15、于月球（地球）的公转和地球的自转，使潮汐成为一种周期现象。p 周期：什么时候出现高潮、低潮？【思考】50地球的潮汐运动l 潮汐现象潮汐现象51地球的潮汐运动l 引潮力和天文潮汐（平衡潮）：引潮力和天文潮汐（平衡潮）：p 地心所受月球（太阳）引力，其大小可代表全球所受引力的平均值，方向指向月心（日心），此力与地球表面各处存在差值，此引力差值使地球发生潮汐变形，称为引潮力。52地球的潮汐运动l 潮汐摩擦潮汐摩擦 【康德康德】：p 潮汐摩擦潮汐摩擦：潮汐作用导致地球形变，在地月连线方向伸长；由于地球自转快于月球公转，产生月球对地球的反力矩，也即“摩擦”作用p 地球自转速率减慢地球自转速率减慢：由于潮

16、汐摩擦作用对地球施加了反力矩，对地球自西向东自转起了减速刹车作用53总结l 思考思考p 行星绕日运行线速度与距太阳距离有何特点？卫星绕行星呢？p 潮汐是如何产生的，其周期和大小与什么有关？p 太阳总是正东升起、正西落下吗？p “坐地日行八万里”说明了地球的自转运动，地球上每一处都是这样吗？p 为什么我们观察月亮时，除满月和新月，其他月相缺口部分都是圆弧形的?p 如何根据月相判定阴历日期？p 你在某地实施野外生活1年，手上没有任何工具，但你可以自己制造你想要的辅助设施，你如何确定你所在的位置和阴阳月、阴阳日、时间（准确到15分钟）？p 定量估算由潮汐摩擦导致的地球自转减速*【挑战性研究课题】54总结本讲：讲授了太阳系行星规律及特征，地球公转，地月系统，月相，潮本讲：讲授了太阳系行星规律及特征，地球公转，地月系统，月相，潮汐等。汐等。l重点重点p 太阳系8大行星的基本特点 【掌握行星参数表】p 地球公转基本规律p 地月系统基本特征p 月球公转和自转p 根据日相和月相判定你所在地和阴阳历日期p 潮汐、潮汐摩擦作用的机理及基本特征地球与我们的关系密切，我们需要了解地球细节。首先，地球是如何演化的？下一讲内容：第3讲 地球的演化55联系方式：联系方式：谢 谢再见