地球與宇宙(一)

天文學(xué)基礎(chǔ)

主講：張宏波教授單位:城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院電話：1308684964986168156郵箱：zhanghongbo-cc@163.comQQ:905945616科學(xué)教育專業(yè)必修課程

杭州凱普企業(yè)管理咨詢有限公司W(wǎng)WW.KP本科內(nèi)容第一章探索宇宙第五章地球的運動第二章地月系第六章地球運動的地理意義第三章太陽系第四章銀河系和河外星系

宇宙地球杭州凱普企業(yè)管理咨詢有限公司W(wǎng)WW.KP

第一節(jié)古人的天地觀

一、蓋天說

第一次蓋天說：“天圓如張蓋，地方如棋局。”問題：一圓一方，天地如何連接呢？第二次蓋天說：“天象斗笠，地法覆盤?！眴栴}：日月星辰如何東升西落呢？

第一章探索宇宙

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二、渾天說

“天地之體，狀如鳥卵，天包于地外，如卵之裹黃也。其形渾渾然，曰渾天也?！眴栴}：日月星辰附著于蛋殼上繞地運動。東漢的張衡（78—139）做了一個“渾天儀”，在一個圓球上刻上星座，讓這個球繞軸轉(zhuǎn)動，演示天體的東升西落和方位。優(yōu)點：解釋了日月星辰的東升西落，提出了大地是球形的觀念。

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張衡：我國東漢時期偉大的天文學(xué)家、數(shù)學(xué)家、發(fā)明家、地理學(xué)家、制圖學(xué)家、文學(xué)家、學(xué)者。由于他的貢獻(xiàn)突出，聯(lián)合國天文組織曾將太陽系中的1802號小行星命名為“張衡星”。張衡是東漢中期渾天說的代表人物之一；他指出月球本身并不發(fā)光，月光其實是日光的反射；他還正確地解釋了月食的成因，并且認(rèn)識到宇宙的無限性和行星運動的快慢與距離地球遠(yuǎn)近的關(guān)系。杭州凱普企業(yè)管理咨詢有限公司W(wǎng)WW.KP三、宣夜說

“宣夜”的意思是宣勞午夜，說明它是根據(jù)辛勤的夜間觀測而提出的。日月星辰并不固定在一個球殼之上，而是漂浮于虛空之中。宇宙是無限的并不存在一個球形的天穹。優(yōu)點：提出了宇宙無限的觀點，解釋了行星的順行和逆行。

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第二節(jié)地心說與日心說一、地心說：托勒密（約90—168）觀點：大地是球形的，地球是宇宙的中心；太陽圍繞地球旋轉(zhuǎn)；行星在“本輪”上旋轉(zhuǎn)，“本輪”的中心又在“均輪”上繞地球旋轉(zhuǎn)；旋轉(zhuǎn)的軌道都是正圓，軌道大小各不相同，運轉(zhuǎn)速度也不一樣；恒星仍然固定在球殼似的天穹上，恒星天球也繞地球轉(zhuǎn)動。

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優(yōu)點：包含了渾天說大地是球形的觀念及宣夜說把行星從球形天穹上分離出來的見解。同時，運用數(shù)學(xué)建立了行星體系模型，用來解釋行星運動的規(guī)律性。旋轉(zhuǎn)的多層天球體系為日心說打下了基礎(chǔ)。錯誤：地球中心論二、日心說：哥白尼（1473—1543)杭州凱普企業(yè)管理咨詢有限公司W(wǎng)WW.KP觀點：在1543年發(fā)表的《天體運行論》哥白尼提出了日心體系。太陽是行星系統(tǒng)的中心，一切行星都繞太陽旋轉(zhuǎn)；地球也是一個行星，地球是運動的；地球有兩種運動，自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)。優(yōu)點：建立了正確的天體運行體系，從相對運動的角度說明了恒星天球的東升西落，正確計算出行星的位置，解釋了四季的成因。缺點：

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我國也有相近的觀點，而且時間更早：西漢時張衡“地動則見于天象”“地橫動不止，而人不知——”哥白尼的著作出版后被歐洲教會列為禁書，意大利哲學(xué)家布魯諾（1548—1600）為了維護日心說被教會燒死；意大利物理學(xué)家、天文學(xué)家伽利略（1564—1642）為了贊成日心說受到教會的審判。杭州凱普企業(yè)管理咨詢有限公司W(wǎng)WW.KP

布魯諾：1576年流亡歐洲各國，對哥白尼日心說有了進(jìn)一步的發(fā)揚，1578年出版對話集《論無限宇宙和無數(shù)世界》：宇宙是無限的，其中有無數(shù)個世界，我們的太陽并不在宇宙的中心，無限的宇宙也不存在中心。恒星離我們有遠(yuǎn)有近，它們都是一個個遙遠(yuǎn)的太陽，一個個遙遠(yuǎn)的世界。羅馬宗教裁判所對他進(jìn)行了長達(dá)8年的關(guān)押和審訊，想盡辦法對他進(jìn)行勸說、利誘和脅迫。最后，羅馬宗教裁判所毫無所得，只得宣布火刑。1600年2月17日他被活活的燒死在羅馬的百花廣場。杭州凱普企業(yè)管理咨詢有限公司W(wǎng)WW.KP日心說不僅是天文學(xué)的一個大飛躍，由于它對神學(xué)的否定，而深刻地影響了其它科學(xué)的發(fā)展。恩格斯在《自然辯證法》中指出：“自然科學(xué)借以宣布其獨立便是哥白尼那本不朽著作的出版，從此自然科學(xué)便開始從神學(xué)中解放出來，科學(xué)的發(fā)展從此便大踏步地前進(jìn)?！焙贾輨P普企業(yè)管理咨詢有限公司W(wǎng)WW.KP

三、麥哲倫環(huán)球航行

哥倫布發(fā)現(xiàn)新大陸。

1519年9月在麥哲倫的帶領(lǐng)下，二百多名探險隊員分乘五只船，從西班牙出發(fā)，歷盡千辛萬苦，于1522年9月回到了西班牙，最后只剩下一只船和十幾名船員。杭州凱普企業(yè)管理咨詢有限公司W(wǎng)WW.KP

第三節(jié)人類對于宇宙的探索一、探測工具1、天文望遠(yuǎn)鏡是現(xiàn)代天文學(xué)探索宇宙的主要工具光學(xué)望遠(yuǎn)鏡：1608年荷蘭人發(fā)明。折射式、反射式、折反射式“哥倫布發(fā)現(xiàn)了新大陸，伽利略發(fā)現(xiàn)了新宇宙”1609年末，伽利略首先將望遠(yuǎn)鏡用于天文觀測，他自制了口徑4.4厘米，焦距1.2米人類第一臺折射式天文望遠(yuǎn)鏡。憑著這架望遠(yuǎn)鏡，他發(fā)現(xiàn)了月亮上有環(huán)形山和“?！?，木星有四顆小衛(wèi)星，金星有盈虧，太陽上有黑子，并根據(jù)太陽黑子的運動測出太陽自轉(zhuǎn)的周期，還看到許多肉眼看不到的恒心，并發(fā)現(xiàn)銀河是由許多繁星組成的。杭州凱普企業(yè)管理咨詢有限公司W(wǎng)WW.KP1668年牛頓制造了口徑2.5厘米，鏡筒長15厘米的第一架反射式望遠(yuǎn)鏡，1781年英國天文學(xué)家赫歇爾兄妹用自制的口徑15厘米的發(fā)射望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了天王星。1845年英國的羅斯伯爵發(fā)現(xiàn)了河外星系M51的旋渦結(jié)構(gòu)并看清了M1星云的形狀象一只螃蟹，取名“蟹狀星云”。1862年美國克拉克父子利用第一架現(xiàn)代概念的折射天文望遠(yuǎn)鏡拍到了天狼伴星的照片。1908年美國天文學(xué)家海爾利用第一架現(xiàn)代概念的大型天文反光望遠(yuǎn)鏡拍到了天狼伴星的光譜，判斷為一顆白矮星（體積小，不及地球，但質(zhì)量巨大，同恒星相當(dāng)）。1924年哈勃測定仙女座星系的距離，從而結(jié)束了170年之久的宇宙島之爭。杭州凱普企業(yè)管理咨詢有限公司W(wǎng)WW.KP赫歇爾家族赫歇爾家族是天文學(xué)史上重要的家族，最著名的有威廉·赫歇爾（1738—1822），和他的妹妹卡羅琳·赫歇爾（1750—1848）、他的兒子約翰·赫歇爾（1792—1871），他們都為天文學(xué)作出重要的貢獻(xiàn)，尤其杰出的是威廉·赫歇爾。

1781年英國天文學(xué)家赫歇爾兄妹用自制的口徑15厘米的發(fā)射望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了天王星，轟動一時。后又發(fā)現(xiàn)了天王星和土星各自的兩顆衛(wèi)星。進(jìn)行了銀河系結(jié)構(gòu)的研究，用統(tǒng)計法首次確認(rèn)了銀河系為扁平狀圓盤的假說。杭州凱普企業(yè)管理咨詢有限公司W(wǎng)WW.KP

海爾（1868-1938）美國天文學(xué)家。

1908年美國天文學(xué)家海爾利用第一架現(xiàn)代概念的大型天文反光望遠(yuǎn)鏡拍到了天狼伴星的光譜，判斷為一顆白矮星（體積小，不及地球，但質(zhì)量巨大，同恒星相當(dāng)）。海爾通過太陽色球?qū)拥娜震D照片，發(fā)現(xiàn)了太陽耀斑的存在；他還發(fā)現(xiàn)了太陽黑子中強磁場的存在，這是對地球外磁場的最早發(fā)現(xiàn)。哈勃（1889～1953）美國天文學(xué)家。

是研究現(xiàn)代宇宙理論最著名的人物之一，是河外天文學(xué)的奠基人。杭州凱普企業(yè)管理咨詢有限公司W(wǎng)WW.KP

宇宙島之爭：18世紀(jì)中葉，瑞典的斯危登堡和英國的賴特先后提出天上所有的恒星都和銀河是一家，他們共同構(gòu)成一個巨大的磨盤一樣的天體系統(tǒng)——銀河系。其后不久，大哲學(xué)家康德在其名著《宇宙發(fā)展史概論》中指出，銀河系不是唯一的，宇宙中還有無數(shù)個象銀河系一樣的天體系統(tǒng)，象島嶼一樣散步在宇宙中。

由于材料和加工工藝的限制，機械和控制系統(tǒng)的限制，20世紀(jì)60年代以來，電子技術(shù)、計算機技術(shù)、航天技術(shù)突飛猛進(jìn)之際，大型望遠(yuǎn)鏡沒有新的突破。杭州凱普企業(yè)管理咨詢有限公司W(wǎng)WW.KP

地面大型光學(xué)望遠(yuǎn)鏡口徑/厘米天文臺名稱所在地1000美國夏威夷天文臺（KeckⅠ）（1991年建成）美國夏威夷莫納克亞山1000美國夏威夷天文臺（KeckⅡ）（1996年建成）美國夏威夷莫納克亞山600俄國科學(xué)院天體物理臺俄羅斯高加索澤列爾丘克508美國海爾天文臺美國加州帕洛瑪山446美國史密松天文臺美國亞里桑那州霍普金斯山420英國格林尼治南方天文臺西班牙拉帕爾馬島杭州凱普企業(yè)管理咨詢有限公司W(wǎng)WW.KP射電望遠(yuǎn)鏡:由于大氣對遠(yuǎn)紅外、紫外和X射線、V射線波段天體輻射的阻擋，只有可見光及近紅外、波長最長的無線電波可以被地表接收。射電望遠(yuǎn)鏡通過天線及接收機接收無線電波段電磁波輻射，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，然后進(jìn)行顯示。它比光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的成像過程復(fù)雜得多?？捎^測150億光年。杭州凱普企業(yè)管理咨詢有限公司W(wǎng)WW.KP

地面大型射電望遠(yuǎn)鏡

口徑/米天文臺名稱所在地366美國阿蕾西博天文臺波多黎各100德國普朗克射電天文臺德國波恩埃費爾斯堡91美國國家射電天文臺美國西弗吉尼亞格林班克（1988年坍塌）76英國焦德雷爾班克天文臺英國曼徹斯特64澳大利亞國家天文臺澳大利亞新南威爾士45.7加拿大阿爾岡昆天文臺加拿大安大略州杭州凱普企業(yè)管理咨詢有限公司W(wǎng)WW.KP2、空間天文探測設(shè)備天文學(xué)是一門依賴于觀測的科學(xué)。從歷史上看，天文觀測臺址的選擇經(jīng)歷過四次變遷：市中心—近郊—遠(yuǎn)山、遠(yuǎn)?！?。太空，是指100—120公里高的地球稠密大氣層以外的空間范圍，是除陸地、海洋、大氣層之外，人類活動的第四環(huán)境。太空是人造地球衛(wèi)星、航天飛機、行星際飛船等人造飛行器馳騁的范圍。至1996年底，世界各國發(fā)射的航天器近5000個，其中90%是人造地球衛(wèi)星，中國占0.9%。杭州凱普企業(yè)管理咨詢有限公司W(wǎng)WW.KP

中國宇宙探測大事記古代萬戶的故事。1956年：把開發(fā)火箭的技術(shù)納入國家12年科學(xué)發(fā)展遠(yuǎn)景規(guī)劃1960年：成功發(fā)射第一枚探空火箭和第一枚自制的運載火箭1965年：制度了研究和發(fā)射人造地球衛(wèi)星的空間計劃1970年：第一顆人造地球衛(wèi)星“東方紅1號”發(fā)射成功，成為世界上第5個有能力自制運載火箭，發(fā)射本國自制研究的人造地球衛(wèi)星的國家。1975年：第一顆返回式人造地球衛(wèi)星發(fā)射成功，成為世界第三個掌握衛(wèi)星返回技術(shù)的國家。1984年：實驗通訊衛(wèi)星“東方紅2號”發(fā)射成功，世界上第5個發(fā)射地球靜止軌道衛(wèi)星的國家。1985年：長征系列運載火箭投放市場，先后為一些國家發(fā)燒了衛(wèi)星。1999年：神州系列。杭州凱普企業(yè)管理咨詢有限公司W(wǎng)WW.KP

二、中國天文探測

1、從“兩彈一星”事業(yè)起步1958年5月，蘇聯(lián)第一顆人造衛(wèi)星上天后的第二年，毛澤東同志提出：“我們也要搞人造星!”一個月后，他又強調(diào)：“搞一點原子彈、氫彈、洲際導(dǎo)彈，我看有十年功夫是完全可以的?！碑?dāng)時，新中國一窮二白，百廢待興。許多海外學(xué)子回國投身到這一事業(yè)中。

1964年，一朵從西北大漠深處騰空而起的蘑菇云，同樣震驚了世界：中國第一顆原子彈爆炸成功。就在原子彈爆炸成功的第三年，中國第一顆氫彈空爆實驗成功。杭州凱普企業(yè)管理咨詢有限公司W(wǎng)WW.KP歷史的腳步終于跨進(jìn)了一個神圣的日子：1970年4月24日。這一天，在西北大漠深處的酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心，中國成功地將自己的第一顆人造地球衛(wèi)星送上了太空。響徹全球的“東方紅”樂曲，宣告中國進(jìn)入了航天時代制高點，增強了我國科技實力和國防實力，奠定了我國在國際舞臺上的重要地位。正如鄧小平同志所指出的，“如果六十年代以來，中國沒有原子彈、氫彈，沒有發(fā)射衛(wèi)星，中國就不能叫有重要影響的大國，就沒有現(xiàn)在這樣的國際地位。這些東西反映一個民族的能力，也是一個民族、一個國家興旺發(fā)達(dá)的標(biāo)志?！薄皟蓮椧恍恰钡某晒ψ屗兄袊藶橹畾g欣鼓舞的時候，中國的飛天夢也正在孕育之中。杭州凱普企業(yè)管理咨詢有限公司W(wǎng)WW.KP

“東方紅”一號成功發(fā)射至今，中國依靠自己的力量，研制并發(fā)射了15種類型、50余顆人造地球衛(wèi)星，飛行成功率達(dá)90%以上，衛(wèi)星返回技術(shù)達(dá)到世界先進(jìn)水平。通信衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星、返回式遙感衛(wèi)星和科學(xué)實驗衛(wèi)星逐步形成系列，我國空間技術(shù)開始走向產(chǎn)業(yè)化。杭州凱普企業(yè)管理咨詢有限公司W(wǎng)WW.KP

我國的航天發(fā)射場和航天測控技術(shù)正日趨現(xiàn)代化。酒泉、太原、西昌三大衛(wèi)星發(fā)射場經(jīng)過更新與改造，現(xiàn)代化程度越來越高。載人航天發(fā)射場、北京航天指揮控制中心，綜合了世界先進(jìn)科學(xué)技術(shù)。西安衛(wèi)星測控中心掌握和運用了世界先進(jìn)的，“中心遙控”模式?！斑h(yuǎn)望”號航天測量船隊，可同時在世界三大洋布陣測控。杭州凱普企業(yè)管理咨詢有限公司W(wǎng)WW.KP

“東方紅”一號成功發(fā)射至今，中國依靠自己的力量，研制并發(fā)射了15種類型、50余顆人造地球衛(wèi)星，飛行成功率達(dá)90%以上，衛(wèi)星返回技術(shù)達(dá)到世界先進(jìn)水平。通信衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星、返回式遙感衛(wèi)星和科學(xué)實驗衛(wèi)星逐步形成系列，我國空間技術(shù)開始走向產(chǎn)業(yè)化。從第一枚探空火箭升空到現(xiàn)在，我國已成功研制了12種不同型號、適用于發(fā)射近地軌道、地球靜止軌道和太陽同步軌道的“長征”系列運載火箭，把70多顆國內(nèi)外衛(wèi)星送人太空。我國自行研制的“長征”二號F運載火箭可靠性、安全性達(dá)到世界先進(jìn)水平；我國飛船研制起步晚卻出手不凡——飛船“三段一艙”的設(shè)計模式占據(jù)了高起點，并可用于未來的空間站對接。杭州凱普企業(yè)管理咨詢有限公司W(wǎng)WW.KP

2、神舟系列載人飛船

1999年11月20日“神舟一號”飛船發(fā)射升空，11月21日成功著陸。2001年1月10日“神舟二號”飛船發(fā)射升空，1月16日成功著陸。2002年3月25日“神舟三號”飛船發(fā)射升空，4月2日成功著陸。2002年12月30日“神舟四號”飛船發(fā)射升空，2003年1月5日成功著陸。2003年10月15日9時整，“神舟五號”飛船升空?！吧裰邸蔽逄栆伙w沖天，中國首名航天員楊利偉在人們的牽掛中成功的返回了地球。楊利偉成為“中國太空第一人”。從試驗飛船到無人飛船，從“模擬人”到航天員上天，國外載人飛行前多達(dá)數(shù)十次無人試驗，濃縮在“神舟”的短短5次飛行中。這意味著中國已成為世界上第三個能夠獨立開展載人航天活動的國家。2005年10月12日9時整，搭乘兩名航天員的中國第二艘載人飛船神舟六號，在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心，中國載人航天發(fā)射場由神箭--長征二號F運載火箭發(fā)射升空，并于2005年10月17日4時32分安全著陸。神州7號，實現(xiàn)了太空漫步。杭州凱普企業(yè)管理咨詢有限公司W(wǎng)WW.KP

2、神舟系列載人飛船

2011年9月29日，中國天宮一號飛行器順利發(fā)射，11月1日，神舟八號飛船成功發(fā)射。11月3日和11月14日天宮一號飛行器與神舟八號飛船成功進(jìn)行兩次交會對接。11月17日，神舟八號飛船返回艙安全著陸。今后天宮一號還會與神舟九號、十號完成交會對接。

天宮一號與神舟八號的首次交會對接任務(wù)的成功，意味著繼美、俄之后，中國成為第三個獨立掌握交會對接技術(shù)的國家，這為中國今后更大規(guī)模的空間探索、建造中國載人空間站奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。杭州凱普企業(yè)管理咨詢有限公司W(wǎng)WW.KP

2、神舟系列載人飛船

神舟九號飛船是中國航天計劃中的一艘載人宇宙飛船，是神舟號系列飛船之一。天宮與神九載人交會對接是中國航天史上掀開極具突破性的一章。中國計劃2020年中國將建成自己的太空家園，中國空間站屆時將成為世界唯一的空間站。2012年6月16日18時37分，神舟九號飛船在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空。2012年6月18日約11時左右轉(zhuǎn)入自主控制飛行，它搭載三名宇航員，其中有一名是女宇航員劉洋。與天宮一號實施自動交會對接，這將是中國實施的首次載人空間交會對接。、建造中國載人空間站奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。神六宇航員太空漫步杭州凱普企業(yè)管理咨詢有限公司W(wǎng)WW.KP

3、中國探月計劃

人類的航天活動大致有三個方面：應(yīng)用衛(wèi)星、載人航天和深空探測。前兩領(lǐng)域我國已經(jīng)取得了巨大成就，下一步進(jìn)行深空探測是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的一個必然趨勢。我國醞釀探月計劃已有10年之久了。1994年我國就提出了探月初步構(gòu)想，此后的10年間，我們主要是在進(jìn)行各方面的系統(tǒng)論證。我們的科學(xué)探測主要有4個目標(biāo)：第一是為月球“畫像”，也就是要通過各種手段獲取月球表面影像和立體圖像。之前，雖然別的國家已做過類似的工作，但圖像中卻存在很多空白區(qū)，這次我們的目標(biāo)是環(huán)月衛(wèi)星要完全覆蓋全部月球，包括從沒有涉足的南北極部分區(qū)域；其次，以前美國曾經(jīng)對月球上5種有用元素做過分布規(guī)律與含量的深測，這次我們希望擴大到14種元素，對月球的一些有用資源進(jìn)行更為全面的前景評估；第三，就是要探測月球表層土壤厚度，這也是國際上第一次進(jìn)行全月球的月壤厚度探測。第四，要研究地—月空間環(huán)境，這對于地球環(huán)境和人類社會的發(fā)展都是至關(guān)重要的。國家航天局宣布2007年前發(fā)射第一顆環(huán)月衛(wèi)星。

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嫦娥撞月

“嫦娥一號”于2007年10月24日成功發(fā)射。2009年3月1日16時13分，“嫦娥一號”衛(wèi)星在控制下成功撞擊月球。經(jīng)最后確認(rèn)，嫦娥一號衛(wèi)星對月球的撞擊點位于南緯1.50度，東經(jīng)52.36度。在撞擊過程中，嫦娥一號衛(wèi)星攜帶的CCD相機傳回實時圖像，圖像清晰。中國探月一期工程宣布完美落幕。我國探月工程二期確定將實現(xiàn)軟著陸，技術(shù)跨度大，為在撞月過程控制和軌道測定方面積累經(jīng)驗，減少后續(xù)工程風(fēng)險，決定在嫦娥一號衛(wèi)星壽命末期，控制衛(wèi)星撞月。目前二期工程各項工作已全面展開，著陸器和巡視器技術(shù)是工程中的重要關(guān)鍵技術(shù)。從發(fā)射升空開始，嫦娥一號衛(wèi)星累計飛行494天，其中環(huán)月482天，期間經(jīng)歷三次月食，5次正＼側(cè)飛姿態(tài)轉(zhuǎn)換，共傳回1.37TB的有效科學(xué)探測數(shù)據(jù)，獲取了全月球影像圖、月表部分化學(xué)元素分布、月表土壤厚度等一系列科學(xué)研究成果，圓滿實現(xiàn)工程目標(biāo)和科學(xué)目標(biāo)，為我國月球探測后續(xù)工程和深空探測奠定了堅實的基礎(chǔ)。第一步是對月球進(jìn)行環(huán)繞遙感探測；第二步是實現(xiàn)軟著陸探測器落在月球表面上，并實地考察月球；第三步，探測器不但要降落在月球表面，而且要從月球采集樣品送回地球供人們研究。這三個步驟被人們形象地稱為“繞”、“落”、“回”三部曲。杭州凱普企業(yè)管理咨詢有限公司W(wǎng)WW.KP

嫦娥二號衛(wèi)星是由嫦娥一號的備份星改造而成，實施嫦娥二號飛行試驗任務(wù)的目的在于試驗驗證嫦娥三號任務(wù)的部分關(guān)鍵技術(shù)，為嫦娥三號/四號探測器實現(xiàn)月面軟著陸積累經(jīng)驗，深化月球科學(xué)探測。與嫦娥一號任務(wù)相比，嫦娥二號技術(shù)更新、難度更大、系統(tǒng)更復(fù)雜，將實現(xiàn)六個方面的技術(shù)創(chuàng)新與突破。嫦娥三號衛(wèi)星簡稱嫦娥三號，是嫦娥繞月探月工程計劃中嫦娥系列的第三顆人造繞月探月衛(wèi)星。嫦娥三號任務(wù)是探月工程二期的關(guān)鍵任務(wù)，將突破月球軟著陸、月面巡視勘察、月面生存、深空測控通信與遙操作、運載火箭直接進(jìn)入地月轉(zhuǎn)移軌道等關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)中國首次對地外天體的直接探測?！版隙鹑枴弊畲蟮奶攸c是攜帶有一部“中華牌”月球車，實現(xiàn)月球表面探測。2013年左右發(fā)射.杭州凱普企業(yè)管理咨詢有限公司W(wǎng)WW.KP

軟著陸是踏上另一個星球進(jìn)行實地科學(xué)探測的第一步，是所有探測活動中最為重要的環(huán)節(jié)。目前，軟著陸方式分為降落傘式，緩沖氣墊式和火箭反推式三類。在月球表面降落從某種程度上說比在火星降落要難得多。

降落傘在火星上可以用，在我們地球上可以用，由于月球上沒有大氣，是真空狀態(tài)，所以降落傘是不能用的，氣墊也沒辦法，它外面是真空，氣墊它會極度地膨脹得很快，唯一的一個選擇就是整個的降落過程完全用著陸器底下的發(fā)動機往反方向在底下往上推，減少著陸器的下降速度。

而這種軟著陸方式對于發(fā)動機控制技術(shù)，月球著陸器的姿態(tài)控制技術(shù)都提出了很高的要求。歐陽自遠(yuǎn)透露，嫦娥三號在月表著陸主要分為探測器接近月面、軟著陸發(fā)動機點火、著陸撞擊直至穩(wěn)定三個階段。杭州凱普企業(yè)管理咨詢有限公司W(wǎng)WW.KP

二、國外重要的天文探測項目

（一）前蘇聯(lián)的載人飛行和月球探測1957年10月4日，前蘇聯(lián)衛(wèi)星一號人造衛(wèi)星上天，開創(chuàng)了人類空間探測的新紀(jì)元；1961年4月12日，前蘇聯(lián)宇航員加加林乘東方一號衛(wèi)星航行外層空間后安全返回地面，寫下了人類進(jìn)入太空的第一個記錄。1959年1月至1976年8月，前蘇聯(lián)發(fā)射了月球探測器：月球1號—24號，對月球進(jìn)行，了空間探測。他拍回了月球背面的照片，采回了月巖標(biāo)本。

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（二）美國的阿波羅登月計劃

1966年2月26日—1972年，美國共發(fā)射17艘阿波羅飛船，11號—17號為載人登月飛船，1969年7月21日，美國宇航員阿姆斯特朗從阿波羅11號的登月艙中走出來，在月面上邁出了人類登上月球的第一步，在荒涼的月面沙土上留下了人類第一個深深的足跡。除阿波羅13號發(fā)生故障外，其余六次共有12名宇航員探月成功，月面停留時間為300小時11分38秒，探測時間為80小時。這項登月計劃共耗資400億美元。杭州凱普企業(yè)管理咨詢有限公司W(wǎng)WW.KP

（三）水手號和海盜號探測器

1962年7月—1973年11月共發(fā)射10次水手號水星、金星、火星探測器。1975年發(fā)射了海盜1號和海盜2號探測器。和水手號同時，前蘇聯(lián)也發(fā)射了火星1號—7號探測器。杭州凱普企業(yè)管理咨詢有限公司W(wǎng)WW.KP

（四）先驅(qū)者和旅行者的行星探測器

1958年10月—1973年4月美國發(fā)射對木星、土星、天、海、冥行星探測器11次。1974年“旅行者”探測器攜帶“地球之音”唱片，有音樂、風(fēng)、雷、火車及鯨魚的叫聲，60種語言的問候語。1983年6月14日先驅(qū)者10號越過海王星軌道，由于冥王星正位于海王星內(nèi)側(cè)，所以，美國宇航局把這一天定為地球人制造的飛行器首次沖出太陽系的正式日期。旅行者1號和2號是1977年9月5日和8月20日分別發(fā)射的行星際探測器。它們都已飛出了太陽系，2020年之前，仍和地球保持信號聯(lián)系。杭州凱普企業(yè)管理咨詢有限公司W(wǎng)WW.KP（五）伽利略號木星探測器

1989年10月18日發(fā)射了伽利略號木星探測器。該探測器95年7月13日抵達(dá)木星附近，96年3月進(jìn)入木星環(huán)繞軌道，發(fā)回了57分鐘的探測信息，然后沉入木星大氣深處，完成了人類直接考察木星大氣層的歷史使命。獲得的有關(guān)木星大氣結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成、雷電和云層等觀測數(shù)據(jù)傳送至本體上的數(shù)據(jù)存儲器中。伽里略號探測器本體于1996年3月點燃所帶發(fā)動機，進(jìn)入環(huán)繞木星飛行的軌道，對木星及其衛(wèi)星進(jìn)行考察。1996年6月27日，探測器從木衛(wèi)三上空840公里處飛過，9月6日又從255公里上空再次飛過，清楚地看到了覆蓋木衛(wèi)三表面的冰層和冰蓋下環(huán)形山及折皺的圖案?？茖W(xué)家們推測，在冰蓋下存在厚厚的液態(tài)氧層，氧含量與地球大氣中的氧含量大致相當(dāng)?？疾爝€發(fā)現(xiàn)比木衛(wèi)三距離木星更近的木衛(wèi)二表面也覆蓋著冰層，但冰面上可能存在液態(tài)水和浮冰，冰蓋下面則是大量的液態(tài)水，水下隱藏著海底火山，不時提供一定的熱量。人們據(jù)此猜測木衛(wèi)二的海洋中可能有微生物存活著。這一問題有待于今后更深入的探測才能作出回答。離木星最近的木衛(wèi)一是太陽系所有行星、衛(wèi)星中火山活動最活躍的天體。1997年3月和6月，伽里略號探測器拍到了正在噴發(fā)的火山照片，高溫巖漿溫度超過1500開。杭州凱普企業(yè)管理咨詢有限公司W(wǎng)WW.KP

伽里略號探測器還對木星本體，特別是其大紅斑進(jìn)行了近距離拍攝。2003年9月21日，美國"伽利略"木星探測器在第34次環(huán)木星運行時，在人工控制下如期墜入木星大氣層銷毀，從而完結(jié)其14年的太空探索使命。這也是美國自1999年以來首次控制探測器在地球之外的行星上墜毀。有大約有1000多名曾經(jīng)參與過"伽利略"工程研制的科學(xué)家來到噴氣推進(jìn)實驗室，一起與"伽利略"做最后的告別。

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（六）卡西尼號土星探測器

1996年美國新一輪為期10年火星探測計劃實施。對火星大氣、磁場、地貌、氣候進(jìn)行探測?？ㄎ髂崽柼綔y器長7米，直徑3米，地面重量6.4噸，攜帶27件有多種功能的探測設(shè)備，總投資34億美元，是一項以美國航天局和歐洲空間局為主的國際合作項目。它的任務(wù)除對土星進(jìn)行全面考察外，還重點探測神秘的土星光環(huán)和名為“泰坦”的土衛(wèi)六。

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泰坦是太陽系中第二大衛(wèi)星，直徑5120公里，僅次于木衛(wèi)三，有厚厚的大氣層，表面物理條件類似于原始地球。天文學(xué)家希望探測到泰坦上是否有生命存在的信息?？ㄎ髂崽枖y帶著專門探測泰坦的惠更斯著陸器，直徑2.7米，地面重量350千克，2004年12月25日惠更斯脫離環(huán)土星軌道的卡西尼號飛船，只身飛往土衛(wèi)六，2005年1月14日，惠更斯如期在睡夢中醒來，向地球發(fā)出無線電信號，開始向土衛(wèi)六降落，惠更斯降落過程大約耗時兩個半小時，探測器著陸后會繼續(xù)向母船傳送數(shù)據(jù)直到電池耗盡，惠更斯的使命也到此結(jié)束。從惠更斯發(fā)回的照片可以看到河流和山谷的痕跡，惠更斯著陸處呈灰色的平坦地形，專家認(rèn)為，這塊平原可能由液態(tài)甲烷和碳?xì)浠衔飿?gòu)成?？茖W(xué)家認(rèn)為，土衛(wèi)六是太陽系中唯一已知有云和稠密大氣的衛(wèi)星，它很象40億年前的地球，對它的探測有助于揭開生命誕生之謎。

杭州凱普企業(yè)管理咨詢有限公司W(wǎng)WW.KP（七）美國新一輪的火星探測

1996年11月7日，發(fā)射“火星環(huán)球勘測者”，于1997年9月12日到達(dá)火星上空，進(jìn)入環(huán)繞火星兩極的軌道，距火星表面380公里，拍攝高分辨率的照片傳回地球，全面勘察火星的大氣、磁場、地貌等。與之配套的“火星探路者”則登臨火星表面進(jìn)行局部的深入勘察。1996年12月4日“火星探路者”發(fā)射升空，1997年7月4日到達(dá)火星上空。在反推器點火減速后，以每秒6.3公里速度進(jìn)入火星大氣層。在大氣層中張開降落傘，臨著陸前，保護氣囊自動充氣，重264千克的著陸器緩緩降落，接觸火星表面后彈跳沖擊約1小時，最終靜止在火星表面的阿瑞斯平原上。緊接著著陸器緩緩張開像蓮花瓣似的三片太陽能電池帆板，一輛精致的火星車“索杰娜”開到火星表面上。索杰娜身高0.3米，長0.65米，寬0.48米，地面體重10.4千克，裝有6只小巧靈活的車輪。每分鐘行駛1米；造價2500萬美元。能夠自動繞過較大的障礙物，行動自如沉穩(wěn)又輕捷。它的主要使命是收集火星表面的巖石和土壤樣品，當(dāng)場分析它們的化學(xué)成分，然后將分析結(jié)果發(fā)回地球?！盎鹦翘铰氛摺钡桥R火星的全過程，索杰娜在火星上跋涉的那小巧玲瓏的身影通過衛(wèi)星電視適時傳播到全世界每一臺電視機上，令數(shù)十億觀眾矚目觀看，驚嘆不已?！盎鹦翘铰氛摺背晒Φ卦诨鹦潜砻婵辈斓膲雅e被評為1997年世界十大科技新聞的第一條。

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火星探測的第二步，于1998年12月11日發(fā)射了于“火星氣候軌道探測器”，1999年1月4日發(fā)射“火星極地著陸探測器”登臨火星南極地區(qū)，攜帶能深入地下幾米的探頭進(jìn)行探測，主要考察火星表面和大氣中水分的含量。第三步，將于2001年3月發(fā)射“勘測者01環(huán)行器”，4月發(fā)射“勘測者01著陸器”，攜帶一輛比索杰娜更先進(jìn)的火星車，探察著陸點周圍30多公里的范圍。第四步，將于2003年發(fā)射一對03環(huán)行器和03著陸器，研究和實驗將采集到的火星樣品帶回地球的技術(shù)問題。第五步，將于2005年發(fā)射最后一對環(huán)行器和著陸器，完成將火星樣品帶回地球的任務(wù)?？上?，1999年1月發(fā)射的“火星極地著陸探測器”在1999年12月到達(dá)火星上空后，因與地面失去聯(lián)系而丟失了。杭州凱普企業(yè)管理咨詢有限公司W(wǎng)WW.KP

2001年4月，美國發(fā)射“奧德賽”火星探測器，2002年“奧德賽”火星探測器發(fā)現(xiàn)火星表面和近地表層中可能有豐富的冰凍水，但一直對這一問題存在爭議。2003年6月10日和2003年7月7日，“勇氣”和“機遇”號火星探測器發(fā)射升空，多年來，科學(xué)家們一直想弄清楚火星上是否存在水和生命，從傳回的前所未有的高清晰度照片上可以較好的解釋這一問題。目前，科學(xué)家已找到了充分的證據(jù)證明曾有液態(tài)水存在，但這并不意味著火星上就曾存在過生命。杭州凱普企業(yè)管理咨詢有限公司W(wǎng)WW.KP

2004年1月14日，美國總統(tǒng)布什發(fā)表講話，宣布美國未來航天發(fā)展計劃，這個計劃的中心任務(wù)是在月球建立永久性基地，作為美國探索天空的“中轉(zhuǎn)站”，以此為跳板，把人類送上火星。這項藍(lán)圖計劃估計投入將超過1萬億美元。杭州凱普企業(yè)管理咨詢有限公司W(wǎng)WW.KP

（八）美國的哈博空間望遠(yuǎn)鏡

1990年4月25日美國的哈博空間望遠(yuǎn)鏡被送入太空，這是一架天文光學(xué)望遠(yuǎn)鏡。還將有紅外、紫外、射線空間望遠(yuǎn)鏡計劃發(fā)射。2004年1月17日，美國宇航局決定停止一切維修保養(yǎng)哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的航天飛機任務(wù)，這將使哈勃望遠(yuǎn)鏡在未來4年內(nèi)變得毫無用處。宇航局做出放棄哈勃望遠(yuǎn)鏡的決定，是因為在美國總統(tǒng)布什提出的新的宇航計劃中，航天飛機將在2010年完全退役，這也預(yù)示著哈勃望遠(yuǎn)鏡的“生命”將走到盡頭。

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第二章月球和地月系第一節(jié)月球一、月球的距離、大小和質(zhì)量1、距離：根據(jù)月球的地平視差計算月地距離。天體的地平視差：地球半徑對天體所張的角，叫該天體的視差。當(dāng)天體位于地平時視差最大，這個最大值，稱為天體的地平視差。天體的視半徑：天體的半徑對地球中心所張的角度。月球的地平視差為57′Sin57′=R/dR=6371Kmd=384,400Km根據(jù)激光測量,只要向月球發(fā)一激光訊號，并測定它從月面返回的時間，便能精確的測定月地距離。誤差僅為幾米。杭州凱普企業(yè)管理咨詢有限公司W(wǎng)WW.KP

2、大?。涸虑虻钠骄暟霃綖?5′33″R=Sin15′33″×384,400=1738Km為地球的27.25%太陽的平均視半徑為16′00″所以太陽、月球大小相似，有時，月球比太陽還要大。杭州凱普企業(yè)管理咨詢有限公司W(wǎng)WW.KP

3、質(zhì)量：地月系質(zhì)心分別至地球和月球質(zhì)心的距離之比為二者質(zhì)量的反比率，計算出月球的質(zhì)量。7.35×1025次方克為地球的1/81.3，重力為1.62，為地球的1/6。杭州凱普企業(yè)管理咨詢有限公司W(wǎng)WW.KP二、月面上的自然條件

1、地形：月球表面的高低起伏狀況。海和月陸：月面上比較陰暗的部分，過去誤認(rèn)為是海洋，所以稱月“?！?。月面上比較明亮部分的高地，統(tǒng)稱月陸。一般高出月“?！?—3Km。月“?！笔窃旅嫔献顝V泛的地形在月球的可見半球，較大的“?！庇?0個：位于西部的是危海、澄海、靜海、豐富海和酒海；位于東部的是風(fēng)暴洋、雨海、云海、濕海和汽海。最大的海是暴風(fēng)洋，面積達(dá)500萬平方千米，比地中海還大得多。杭州凱普企業(yè)管理咨詢有限公司W(wǎng)WW.KP

環(huán)行山：月面上中部低陷、周圍隆起的山。環(huán)行山數(shù)量眾多，達(dá)33000個，大小不一，最大的環(huán)行山直徑達(dá)235千米，容得下一個海南島，小的月坑直徑只有幾十厘米。環(huán)行山是隕星撞擊的產(chǎn)物。月面上明顯的環(huán)行山有第谷環(huán)行山、哥白尼環(huán)行山、開普勒環(huán)行山，都位于月面的東面。山脈、亮線和暗線：月面上有連綿高峻的山脈，數(shù)量不多，但高度達(dá)7000—8000米，最高峰高達(dá)9000米，超過地球上的珠峰。伽利略把月球上的最顯著的兩條山脈命名為亞平寧山脈和阿爾卑斯山脈。月面上的亮線是輻射紋，暗線是深陷的裂縫。杭州凱普企業(yè)管理咨詢有限公司W(wǎng)WW.KP杭州凱普企業(yè)管理咨詢有限公司W(wǎng)WW.KP

2、沒有空氣、表層液態(tài)水、生命的星球

月球表面沒有大氣沒有表層的液態(tài)水，也沒有云雨雪等天氣現(xiàn)象，也沒有聲音的傳播。月球表面沒有四季變化，但有強烈的晝夜反差。

杭州凱普企業(yè)管理咨詢有限公司W(wǎng)WW.KP第二節(jié)、月球和地球一、地月系1、天體系統(tǒng)：天體由于相互吸引而不斷的相互繞轉(zhuǎn)，這樣的天體群或天體集團，稱為天體系統(tǒng)。地月系、太陽系、銀河系等是不同等級的天體系統(tǒng)。F=GMm/r2杭州凱普企業(yè)管理咨詢有限公司W(wǎng)WW.KP

2、地月系:地球和它的衛(wèi)星月球組成的天體系統(tǒng)為地月系。地月系的質(zhì)心在地球本體之內(nèi)，距地球質(zhì)心4700千米，地球的半徑是L=6371千米，月球繞地球公轉(zhuǎn)，實際上是月球和地球繞地月系的共同質(zhì)心轉(zhuǎn)。3、月球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)

公轉(zhuǎn)：軌道為一個橢圓，偏心率為0.0549（地球的偏心率為0.0167）近地點的距離是363300千米，遠(yuǎn)地點的距離是405500千米，二者相差42000千米，月球的視半徑相應(yīng)的變化于16′46″—14′41″之間。自轉(zhuǎn)：月球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)有相同的方向和周期，這樣的自轉(zhuǎn)叫同步自轉(zhuǎn)。

杭州凱普企業(yè)管理咨詢有限公司W(wǎng)WW.KP第三節(jié)月相一、月相：月亮的圓缺變化稱為月相。二、月球的出沒月相距離同太陽出沒比較月出中天月落夜晚見月情形新月0°同升同落清晨正午黃昏徹夜不見滿月180°此起彼伏黃昏半夜清晨通宵可見上弦月90°遲生后落正午黃昏半夜上半夜西天下弦月270°早升先落半夜清晨正午下半夜東天杭州凱普企業(yè)管理咨詢有限公司W(wǎng)WW.KP

“樓上黃昏欲望休，玉梯橫絕月如鉤”（李商隱·代贈）（？）“月落烏啼霜滿天，江楓漁火對愁眠，姑蘇城外寒山寺，夜半鐘聲到客船?！保◤埨^·楓橋夜泊）（？）“月上柳梢頭，人約黃昏后”（宋·歐陽修·生查子）（？）“采蓮去，月末春江曙”（唐·李康成·采蓮曲）（？）“今宵酒醒何處？楊柳岸曉風(fēng)殘月”（柳永·雨霖鈴）（？）杭州凱普企業(yè)管理咨詢有限公司W(wǎng)WW.KP四、恒星月和朔望月恒星月：月球在軌道上連續(xù)兩次通過同一恒星所需的時間。其長度為27.3217日，即27日7時43分12秒。月球自轉(zhuǎn)了360°朔望月：一個月相變化的周期。其平均長度為29.5306日，即29日12時44分3秒。杭州凱普企業(yè)管理咨詢有限公司W(wǎng)WW.KP

第四節(jié)日月食

一、天體及影錐1影錐：不發(fā)光的地球和月球在太陽光的照射下形成圓錐形的影子，稱為影錐。2類型：本影：影錐的主要部分，沒有太陽光?？梢娫虑虼笥谔?。偽本影：與本影同軸而反向的圓錐?？梢娞栠吘壒廨x?？梢娫虑蛐∮谔?。半影：本影和偽本影的四周?？梢娞柲骋粋?cè)。3本影的長度：從射影天體的中心到本影錐尖端的長度。杭州凱普企業(yè)管理咨詢有限公司W(wǎng)WW.KP二、日食及種類1、日食：月球在繞地球公轉(zhuǎn)過程中，它的影子（包括本影、偽本影和半影）有時會掠過地球的向日半球，這就是日食。時間：某月初一的白天日全食2、分類：中心食日食日環(huán)食偏食杭州凱普企業(yè)管理咨詢有限公司W(wǎng)WW.KP

日全食：由于月球本影掠過地表，在地表一小塊面積上整個太陽光都被遮掩，即為日全食。日環(huán)食：由于月球偽本影掠過地表，這是在地表偽本影中的太陽中心被遮掩，四周依然光明如故，即為日環(huán)食。

日偏食：月面部分被月球遮掩的現(xiàn)象即為日偏食。2007年7月22日日全食杭州凱普企業(yè)管理咨詢有限公司W(wǎng)WW.KP

三、月食及種類1、月食：月球本影有時在地球被日方向通過地球的本影，這種現(xiàn)象即為月食。發(fā)生時間：某月十五的夜晚2、分類：月全食、月偏食月全食：整個月球位于地球本影之內(nèi)，失去太陽照射而失去光明即為月全食。月偏食：月球部分的進(jìn)入地球本影，部分失去光明即為月偏食。

杭州凱普企業(yè)管理咨詢有限公司W(wǎng)WW.KP四、日月食的過程日全食和月全食都分為五個過程：初虧：第一次外切，即將發(fā)生食損。食既：第一次內(nèi)切，全部被掩食。食甚：兩中心相距最近。食分：食甚時，日輪或月輪被“食”的程度。以月輪或日輪的視直徑為單位。偏食的食分大于0而小于1，全食的食分大于等于1。生光：第二次內(nèi)切。復(fù)圓：第二次外切，恢復(fù)原狀。偏食的過程：初虧——食甚——復(fù)圓杭州凱普企業(yè)管理咨詢有限公司W(wǎng)WW.KP五、日月食的比較1、時間、分類和發(fā)光狀況時間：日食發(fā)生于朔，月食發(fā)生于望分類：月食沒有環(huán)食發(fā)光狀況：日食時日光被遮掩，太陽仍在發(fā)光；月食時太陽一片黑暗。2、先虧損的方位不同日食時太陽的西緣先虧；月食時月球的東緣先虧。3、持續(xù)時間不同月全食長于日中心時。一次月全食上小時，一般長達(dá)三個多小時，一次日中心時一般為二三四分鐘，最長不超過七分半鐘。4、現(xiàn)象不同日食發(fā)生于白天，被食部分相當(dāng)黑；月食發(fā)生于晚上，有大氣折射和散射的光，月面呈暗弱紅色。5、可見觀測區(qū)域不同日食尤其是日全食，只在地表一小塊面積上可以看見；月食地表的夜半球都可以看見。6、月食現(xiàn)象對全球始全相同的，而日食卻分地區(qū)類型和程度不同。杭州凱普企業(yè)管理咨詢有限公司W(wǎng)WW.KP六、日月食的發(fā)生條件1、時間：日食發(fā)生于朔，月食發(fā)生于望，但大多數(shù)朔和望都不發(fā)生日食和月食，所以這只是必要條件。2、交點：黃道：太陽在天球上運行的軌道。白道：月球在天球上運行的軌道。黃道和白道在天球上相交于黃白交點，兩個大圓有5°9′的交角。日和月只有同時在黃白交點計附近時才能發(fā)生日月食。杭州凱普企業(yè)管理咨詢有限公司W(wǎng)WW.KP

七、2009-2020年可見日食和月食日期類型/中心帶我國主要城市食分和食甚時間2009.7.22全食/印度、中國、太平洋烏魯木齊0.49（9.10）昆明0.88（9.08）成都1.00（9.12）西安0.90(9.20)廣州0.77(9.23)武漢1.03(9.26)北京0.72(9.31)南京0.99(9.34)上海1.01(9.38)哈爾濱0.52(9.47)杭州1.02(9.36)2010.1.15環(huán)食/印度洋、緬甸、中國烏魯木齊0.41（16.27）昆明0.90（16.46）成都0.89（16.48）西安0.87(16.51)廣州0.71(16.53)武漢0.88(16.54)北京0.82(16.521)南京0.87(16.56)上海0.82(16.56)哈爾濱0.44(16.13)鄭州0.91(16.53)