1、导入回顾地球的宇宙环境T h e c o s m i c e n v i r o n m e n t o f t h e e a r t h第一章第一节宇宙中的地球 中国“风云四号”气象卫星拍摄的地球我国载人飞船工程首位航天员杨利伟在回忆从太空中俯瞰地球的感受时，这样写道:“地球真的太漂亮了，漂亮得无可比拟!大空的黑幕上，地球就像站在宇宙舞台中央那位最美的大明星，浑身散发出夺人心魄的、彩色的明亮的光芒，她披着浅蓝色的纱裙和白色的飘带，如同天上的仙女缓缓飞行THE BLUE PLANETCONTENTS01 地球在宇宙中的位置02 行星地球03 天文学常识THE BLUE PLANET地球在宇宙
2、中的位置T H E P o s i T i o N o f T H E E A r T H i N T H E U N i v E r s E“天地四方曰宇，古往今来曰宙天地四方曰宇，古往今来曰宙”天体物质形式M A T E r i A L f o r M o f c E L E s T i A L B o d y壹壹 晴朗夜空下，仰望星空，可以看到闪烁的恒星、轮廓模糊的星云，以及相对星空背景有明显位移的行星、还可以看到一闪即逝的流星体、拖着长尾的彗星 这些都是宇宙中物质存在的形式，它们连同通过天文望远镜或其他空间探测手段才能探测到的星际空间物质，统称为天体 由气体和尘埃组成的呈云雾状外表的天
3、体，主要物质是氢 图为通过天文望远镜拍摄的猎户座星云1由炽热气体组成、能自己发光的球状或类球状天体 图为太阳，它是离地球最近的恒星2 在椭圆轨道上绕恒星运行的、近似球状的天体行星的质量比恒星小，本身不发光，靠反射恒星的光而发亮 图为在外太空拍摄的环绕太阳运行的土星3 环绕行星运转的天体，卫星的大小差别很大 图为木星的卫星一木卫二，它是已发现的距离木星第二近的卫星4彗星 主要由冰物质构成，呈云雾状的独特外貌,是进入太阳系内亮度和形状会随日距变化而变化的绕日运动的天体，当彗星接近恒星时彗星在太阳辐射作用下分解成彗头和彗尾，状如扫帚。流星体 流星体是太阳系内，小至沙尘，大至巨砾，流星体是太阳系内，小
4、至沙尘，大至巨砾，成为颗粒状的碎片。流星体进入地球（或成为颗粒状的碎片。流星体进入地球（或其他行星）的大气层之后，在路径上发光其他行星）的大气层之后，在路径上发光并被看见的阶段则被称为流星。并被看见的阶段则被称为流星。黑洞是现代广义相对论中的一种天体 引力极其强大，是时空曲率大到光都无法从其事件视界逃脱的天体 图为北京时间2019年4月10日人类首张合成黑洞照片由人工研制并用运载火箭或航天飞机发射到宇宙空间的飞行体运行规律与自然天体相同或基本相同；包括宇宙飞行器和空间垃圾等人造卫星环绕行星运转的天体。天体自然天体人造天体恒星发光、发热行星不断运动流星拖着长尾彗星转瞬即逝星云轮廓模糊人造卫星、宇
5、宙飞船、发射升空的火箭、空间站 2 天体系统地月系太阳系银河系总星系宇宙中天体都在运动着，运动中的天体相互吸引、相互绕转，形成天体系统。天体系统有不同的级别；地球所处的天体系统，按从低到高的级别，依次为地月系、太阳系、银河系和可观测宇宙可观测宇宙银河系太阳系地月系其他行星系其他恒星系河外星系地 月 系E-MooN sysTEM1 地月系由地球和月球组成 地球是地月系的中心天体，月球围绕地球运动 它是地球唯一的天然卫星，月地距离约为38.4万千米月球是地球唯一的天然卫星，并且是太阳系中第五大的卫星。月球的直径是地球的四分之一，质量是地球的八十分之一，月球表面布满了由陨石撞击形成的环形山。月球现在
6、与地球的距离，大约是地球直径的30倍太 阳 系太阳系由太阳、行星及其卫星、小行星、彗星、行星际物质等构成太阳是太阳系的中心天体，质量占整个太阳系质量的99.86%以其强大的引力，约束其他天体按照-一定的轨道绕着它运转地球是距离太阳较近的一颗行星，日地距离约为1.5亿千米水星金星地球火星木星天王星土星海王星太 阳 系 八 大 行 星 体 积 位 置T H E s i z E A N d P o s i T i o N o f E i g H T P L A N E T s i N T H E s o L A r s y s T E M水星金星地球火星木星土星天王星海王星冥王星注：2006年8月2
7、4日下午，第26届国际天文联合会通过决议，由天文学家以投票正式将冥王星划为矮行星，自行星之列中除名银 河 系gALAcTic sysTEME03银河系是由太阳和众多恒星组成的庞大恒星系统在银河系中，有1 000亿颗以上的恒星；银河系的直径约10万光年太阳与银河系中心的距离约2.6万光年光年是计量天体间距离的单位。1 光年即光在一年中传播的距离，约为94605亿千米由于身在其中，我们在地球上无法看到银河系的全貌 在没有月光且未受城市灯光干扰的晴朗夜晚，常能看到银河呈一条乳白色的朦胧光带横跨天际图为夏季在金山岭长城观测到的银河可 观 测 宇 宙 目前，在银河系外，天文学家观测到 许许多多同银河系类
8、似的星系，统称它们为河外星系 银河系和现阶段所能观测到的河外星系，统称为可观测宇宙注：图示为人类可观测宇宙辐射全景开展简单的天文现象观测活动 siMPLE AsTroNoMicAL oBsErvATioN AcTiviTiEs 天文观测是天文学家重要的日常工作之一，天文爱好者也可以直接用肉眼或者用望远镜等进行月相、日食、月食、流星雨等天文现象的观测；观测前需做好准备工作，观测时注意个人安全防护 以月相观测为例；月相可用肉眼直接观测，观测前需准备指南针和观测记录表n 图：确定月亮在天空中的位置 确定月亮位置的方法 How To dETErMiNE THE PosiTioN of THE MooN
9、1.选择视野开阔的地方，用指南针确定东、南、西、北方向；选择地面标志性建筑物，作为月亮水平方位的参照2.月亮的高度角可用拳头进行估算；水平伸直一只手臂为0基准面，握拳，其上叠放另一只手的拳头，一只拳头的高度角约为10；保持手臂稳定不动，依次将下面的手抽出叠放在上面，直到视线、拳头和月亮三者重合，据此估算月亮的高度角活动观测并记录月亮的位置和形状 How To dETErMiNE THE PosiTioN of THE MooN1.傍晚日落后天空出现月牙的时候，在观测表上记下观测日期、月亮的位置和形状，并标注观测时刻(表1.1)2.接下来两周内，每天在同一时刻进行观测并记录。3.描绘观测期间同一
10、时刻月亮在天空的位置和形状变化活动表1.1 月相观测记录表 观察时刻_日期观测项目农历公历月亮水平方位月亮高度角月亮形状观测并记录月亮的位置和形状 How To dETErMiNE THE PosiTioN of THE MooN活动总结观测结果1.总结月亮位置的逐日变化2.总结月亮形状的逐日变化n 图:月相观测描绘示例(2016年)行星地球PLANET EArTH太阳系八大行星运动规律M 八颗行星都围绕太阳公转 而且公转方向具有同向性，公转轨道面具有共面性，公转轨道形状具有近圆性水 星金 星地 球火 星类地行星巨 行 星木 星土 星远日行星天王星海王星注意：存在小行星带地 球 普 通 性 与
11、 特 殊 性普通性：无论是从距日远近、自身的体积，还是从公转方式来看，地球都只是太阳系中一颗普通的行星。特殊性：然而，地球又是太阳系中一颗特殊的行星；根据人类目前所掌握的宇宙信息，地球是八颗行星中唯一存在高级智慧生命的星球地球上存在生命想一想:地球上为什么会存在生命呢？特殊的行星安全的宇宙环境地球位于太阳系，太阳系的中心天体太阳正处于壮年期，状态稳定。八颗行星都围绕太阳做周期运动，公转的方向一致，公转轨道近乎在同一个平面上。其他小行星公转方向与八颗行星也基本一致。行星及其小行星各行其道、互不干扰。地球所处的宇宙环境很安全。适宜的温度：太阳稳定，太阳处于中年期，状态稳定，地球与太阳的距离适中，公
12、转、自转周期适当，平均温度15，使地球表面适于生命过程发生和发展的温度条件。如果地球距离太阳太近，地表温度太高，由于热扰动太强，原子根本不能结合在一起，也就无法形成分子，水水星星金金星星地地球球火星火星木木星星土土星星天天王王星星海海王王星星大大致致气气温温400 左右左右平平均均15-70 20-140 左右左右-200 以下以下大气：地球具有适中的体积和质量，其引力可以使大量的气体聚集在地球的周围，形成包围地球的大气层。地球具有适中的体积和质量，其引力可以使大量的气体聚集在地球的周围，形成包围地球的大气层。原始大气成分主要是二氧化碳、一氧化碳、甲烷和氨，缺少氧气，不适合生命生原始大气成分主
13、要是二氧化碳、一氧化碳、甲烷和氨，缺少氧气，不适合生命生存的需要。经历漫长的演化过程，地球大气转化为以氮和氧为主的、适合生命呼吸的大气。地球大气高空的氧气在太阳紫外线照射下合成臭氧，形成臭氧层。臭氧层的臭氧大量吸收紫外线，可以保护地球生物不受紫外线的伤害。原来地球上没有水。由于原始地球体积收缩和内部放射性元素衰变产生热量地球内部温度逐渐升高，不断产生水汽。这些水汽通过火山活动等形式逸出地表，逐渐冷却、凝结形成降水，汇聚到表面低洼地带，形成了原始的海洋。海洋是生命的摇篮，地球上最初的单细胞生命，就出现在海洋中。外部条件l 安全的宇宙环境l 稳定的太阳光照自身条件l 适宜的温度l 适合生物的大气l
14、 存在液态水地球是目前已知唯一存在生命的行星地球宇宙环境亟待保护 地球是人类在宇宙中唯一的家园随着人类对宇宙探索的深入，航天活动日益频繁，留在太空中的垃圾越来越多；地球的宇宙环境亟待保护，这是全人类共同的责任人类对宇宙的探索 HUMAN ExPLorATioN of THE UNivErsE 自古以来人们就对天文现象十分好奇直至400多年前，人们只能通过肉眼观测宇宙，因视野范围有限，误认为地球是宇宙的中心；1543年，哥白尼通过观测和计算提出了日心说，由于缺乏更多的支持，不被广泛认可 尼古拉哥白尼 (14731543年）波兰天文学家、数学家、教会法博士、神父人类对宇宙的探索 HUMAN ExP
15、LorATioN of THE UNivErsE 1609年，伽利略制造了一架小型望远镜，其放大率只有32倍；伽利略用这架望远镜观测到了月球陨石坑、太阳黑子、木星的4颗卫星、土星光环他的结果有力地支持了哥白尼的目心说；由此，人们对宇宙的观测方式进入了望远镜时代，宇宙观也发生了改变 伽利略伽利雷（15641642年）意大利天文学家，物理学家和工程师现代物理学之父、科学方法之父、现代科学之父 人类观测宇宙的工具天文望远镜此后，天文望远镜突飞猛进地发展，人类对宇宙的认识也逐步扩展、加深赫歇耳借助天文望远镜将观测范围扩展到太阳系之外，确认了由众多恒星构成的银河系的存在自学窗 人类观测宇宙的工具天文望远
16、镜哈勃通过天文望远镜发现了仙女座星云其实是由大量恒星组成的，而且距离远远超出银河系的范围，证实了河外星系的存在图以哈勃名字命名的空间望远镜哈勃望远镜自学窗 人类观测宇宙的工具天文望远镜2016年，我国在贵州建成了目前世界最大的单口径射电望远镜，帮助人类获取更多的宇宙信息自学窗天文学常识g E N E r A L k N o w L E d g E o f A s T r o N o M y宇 宙 大 爆 炸 学 说Big BANg THEory-01-宇宙是由一个致密炽热的奇点于137亿年前一次大爆炸后膨胀形成的 在这个时期里，宇宙体系在不断地膨胀，使物质密度从密到稀地演化，宇宙大爆炸学说由比
17、利时天文宇宙学家勒梅特于1927年首次提出天文单位与光年A s T r o N o M i c A L U N i T A N d L i g H T y E A r-04-光年是长度单位，指光在宇宙真空中沿直线传播了一年时间所经过的距离 1光年为9,460,730,472,580，800米，约为9.460710km299792458 m/s地球至月球=1.3光秒地球至太阳=8光分地球至火星=12.7光分地球至半人马座阿尔法=4.4光年地球至我们银河系的边缘=52000光年太阳系八大行星概况A sUrvEy of THE EigHT PLANETs iN THE soLAr s y s T E
18、 M-05-水星 金星 地球 火星木星 土星 天王星 海王星太阳系八大行星概况A sUrvEy of THE EigHT PLANETs iN THE soLAr s y s T E M离太阳最近的行星，岩石行星，中国称之为辰星，每88个地球日绕太阳一周。由于其非常靠近太阳，表面温度427（最高）、-173（最低），且没有大气层所以光能够射向表面，这个星球几乎是不能有生命可以进化或者延续下去的水 星Mercury太阳系八大行星概况A sUrvEy of THE EigHT PLANETs iN THE soLAr s y s T E M离地球最近的行星，其亮度在夜空中仅次于月球，排第二金星是一
19、颗类地行星，因为其质量与地球类似，有时也被人们叫做地球的姐妹星，也是太阳系中唯一一颗没有磁场的行星金 星V e n u s太阳系八大行星概况A sUrvEy of THE EigHT PLANETs iN THE soLAr s y s T E M 按离太阳由近及远的次序排为第三颗，距离太阳1.5亿公里，诞生46亿年 地球在太空上看地球呈蓝色，是目前宇宙中人类已知存在生命的唯一的天体，是包括人类在内上百万种生物的家园地 球E a r t h太阳系八大行星概况A sUrvEy of THE EigHT PLANETs iN THE soLAr s y s T E M 太阳系第四颗行星，属于类地行
20、星，自转轴倾角、自转周期均与地球相近 我国古书上将火星称为“荧惑星”，表面温度白天：-5 夜晚：-87，已知类地行星中密度最小的行星，2015年9月28日，NASA宣布火星存在流动水火 星Mars太阳系八大行星概况A sUrvEy of THE EigHT PLANETs iN THE soLAr s y s T E M 八大行星中体积最大、自转最快的行星，距离太阳第五远的行星 为气态巨行星，占所有太阳系行星质量的70%，主要由氢、氦组成，出现乱流和风暴，最显著是大红斑，磁场十分强大，目前发现了79颗卫星木 星J u p i t e r太阳系八大行星概况A sUrvEy of THE EigH
21、T PLANETs iN THE soLAr s y s T E M 太阳系第六位，气态巨行星，中国古代人们把土星称为瑞星 由氢组成，内部的核心包括岩石和冰，最外层的大气层在外观上可以看出发亮的磁性光环，表面温度-191.15-130.15土 星S a t u r n太阳系八大行星概况A sUrvEy of THE EigHT PLANETs iN THE soLAr s y s T E M太阳系第七颗，几乎横躺着围绕太阳公转，大气主要成分是氢、氦和甲烷。天王星是太阳系内大气层最冷行星，最低温度为49K（-224），英国天文学家威廉赫歇耳爵士1781年3月13日使用望远镜发现发现了天王星天王星U r a n u s太阳系八大行星概况A sUrvEy of THE EigHT PLANETs iN THE soLAr s y s T E M 太阳系第八颗行星，直径第四，质量第三，海王星在质量上大约是地球的17倍 大气层以氢和氦为主，大气层中的甲烷，是使行星呈现蓝色的原因之一，有着太阳系最强烈的风暴，因为距离太阳最远，是太阳系最冷的地区之一海王星
