地球概論第二章

地球概論第二章第一頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期日圖2-1恒星的空間速度及其兩個(gè)分量：視向速度和切向速度（自行）。第三節(jié)恒星和星系恒星一、恒星及其自行定義恒星空間速度的兩個(gè)分量：視向速度和切向速度第二頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期日恒星自行 恒星的自行速度，一般都小于每年0.1″，迄今只發(fā)現(xiàn)有400余顆恒星的自行超過每年1″。圖2-2北斗七星的自行及形狀變化第三頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期日二、恒星的發(fā)光和光譜恒星的發(fā)光恒星演化史上某個(gè)階段的現(xiàn)象；要有巨大的質(zhì)量。恒星的光譜恒星的光譜反映恒星溫度的高低；光譜中的吸收線和發(fā)射線反映恒星化學(xué)組成(化學(xué)組成大同小異,主要成分是氫)。第四頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期日三、多普勒效應(yīng)四、恒星亮度和光度恒星的亮度：恒星的明暗程度星等：視星等m和絕對星等M視星等是亮度等級(jí)；絕對星等是光度等級(jí)；星等越小，亮度越大。第五頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期日連續(xù)幾個(gè)星等的亮度成幾何級(jí)數(shù)若相鄰兩星等的亮度比率(級(jí)數(shù)的公比)為R，則

R5=1005lgR=2 lgR=0.4R=2.512星等相差1等,恒星的亮度相差2.512倍；星等以等差級(jí)數(shù)增大，亮度以等比級(jí)數(shù)遞減；太陽的亮度是一等星亮度的(2.512)27.74=1300億倍。第六頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期日假設(shè)有兩個(gè)恒星,其亮度為E和E0，星等為m和m0。則：

E/E0=2.512m-m0

（2-1） 兩邊取對數(shù),且有l(wèi)g2.512=0.4，得： lgE0-lgE=0.4(m-m0

)

m-m0=2.5(lgE0-lgE)（2-2） 如果取零等星(m0=0)的亮度E0=1，則

m=-2.5lgE（2-3）普森公式，根據(jù)恒星的亮度E推算星等m。第七頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期日圖2-3光源的視亮度與其距離的平方成反比，距離增加1倍，亮度便減為1/4第八頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期日天文學(xué)的距離單位天文單位，光年，秒差距；為了比較不同恒星的光度，必須移到同一距離上，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)距離為10秒差距，合32.6光年；1秒差距＝206265天文單位；太陽是恒星世界的普通一員。第九頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期日標(biāo)準(zhǔn)距離10秒差距下的恒星亮度稱絕對亮度，其星等稱絕對星等：光源的視亮度與其距離平方成反比；實(shí)際距離d、視星等m，10秒差距時(shí)的亮度Em和絕對星等M。第十頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期日設(shè)EM表示絕對亮度，Em表示視亮度，由公式(2-1)得：

EM/Em=2.512(m-M)恒星亮度與距離平方成反比，如以秒差距為單位，則：

EM/Em=

d2/102

d2/102=2.512(m-M)

第十一頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期日兩邊取對數(shù)，且有l(wèi)g2.512=0.4，則： 2lgd-2=0.4(m-M

)

m-M

=5lgd-5

M=m+5-5lgd（2-4）只要測定恒星的絕對星等，便可求知該星的距離。第十二頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期日五、恒星的多樣性單星，雙星，星團(tuán)變星，新星，超新星巨星，超巨星，白矮星脈沖星，中子星第十三頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期日光譜-光度圖通常也叫赫羅圖。它以恒星的光譜型（或溫度）為橫坐標(biāo)，以它的光度（或絕對星等）為縱坐標(biāo)，每顆恒星按照各自的光譜型和光度，在圖上占有一定的位置。太陽位于主星序的中部，可見它是一顆很典型的恒星。圖2-4光譜-光度圖第十四頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期日圖2-5恒星大小的比較第十五頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期日六、恒星的演化

現(xiàn)代天體物理學(xué)最大的成就之一就是基本上說明了恒星演化和元素演化兩個(gè)重要問題。發(fā)生→發(fā)展→衰亡→轉(zhuǎn)化第十六頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期日恒星是由星云凝聚而成。彌漫星云在自引力的作用下，收縮成比較密集的氣體→引力勢能轉(zhuǎn)化為熱能，內(nèi)部溫度升高并輻射能量→向赫羅圖上某個(gè)主序位置移動(dòng)。質(zhì)量愈大，收縮愈快，達(dá)到主序的位置愈高（溫度高，光度大）。第十七頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期日恒星“移到”主序后，內(nèi)部溫度高到足以發(fā)生熱核反應(yīng)的程度→熱核反應(yīng)代替引力收縮成為主要能源→溫度升高，熱運(yùn)動(dòng)加快，恒星膨脹，排斥力足以同引力相抗衡→恒星停止收縮，長期穩(wěn)定依靠熱核反應(yīng)進(jìn)行輻射。一顆恒星在主序中的時(shí)間，占去其“生命”的大半輩子；且在主序上逗留的時(shí)間，取決于其質(zhì)量的大小→質(zhì)量愈大,引力愈強(qiáng)→它必須維持較高的溫度和較久的輻射功率以與引力收縮抗衡→它的氫燃料消耗更快，壽命更短。第十八頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期日熱核反應(yīng)是在恒星的中心區(qū)域進(jìn)行的，那里的氫核燃料最先燃盡，逐漸形成一個(gè)由氦組成的核，停止釋放能量。氫燃料的逐漸枯竭，是恒星在結(jié)構(gòu)上逐漸發(fā)生變化的前奏。隨著氦核的不斷增大，其引力收縮急劇增強(qiáng)，并釋放大量能量。結(jié)果，恒星的核心收縮（變得愈來愈致密和熾熱），外層膨脹（溫度降低而光度增大），成為一個(gè)非常巨大的具有“熱”核的“冷”星。從而恒星離開主星序，進(jìn)入紅巨星區(qū)域——生命的“晚年”。第十九頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期日在紅巨星階段，恒星的演化速度大大加快。中心區(qū)域的溫度和密度因收縮而繼續(xù)升高，到1億攝氏度時(shí)開始進(jìn)行由氦核聚為碳核的新一輪熱核反應(yīng)；氦燒完后，溫度繼續(xù)因收縮而升高，原子核再聚變產(chǎn)生更重的元素→能量有限，到了“垂暮之年”，一旦核反應(yīng)終止，對引力的抗衡全線崩潰→自行坍塌。第二十頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期日紅巨星收縮時(shí)，核心部分收縮最猛烈，外部處在較弱的引力下。核心溫度因猛烈收縮而急劇上升，由此掀起的熱浪會(huì)把外層氣殼拋掉，剩下一顆致密和熾熱的白矮星→以后逐漸變冷，變成又小又暗的黑矮星→終其一生。第二十一頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期日并非所有恒星都經(jīng)歷如此“平靜”的演化道路。那些質(zhì)量和體積特別巨大的恒星，演化的最后階段會(huì)發(fā)生爆炸——超新星爆發(fā)。如留下“殘骸”的質(zhì)量足夠大（1.4~3.2倍太陽質(zhì)量），便會(huì)“一落千丈”地坍塌為中子星（于1967年發(fā)現(xiàn)，1978年發(fā)現(xiàn)了300顆以上）。第二十二頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期日恒星在核能耗盡后，如質(zhì)量仍超過2倍的太陽質(zhì)量，則平衡態(tài)不再存在，星體將無限收縮。連核力也將在引力作用前面低下頭來，中子也會(huì)坍塌，形成所謂的“黑洞”。目前沒有密度大于1015克/厘米3的物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，無法推測星體的具體結(jié)構(gòu)，但根據(jù)理論可以推斷：星體的半徑將愈來愈小，密度將愈來愈大，終于達(dá)到臨界點(diǎn)→引力之大足以使一切粒子、包括光子，都不能外逸，因而謂之黑洞。第二十三頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期日星系一、銀河與銀河系同一事物的兩個(gè)不同現(xiàn)象銀河系是以銀河命名的星系（形似圓盤）；銀河是銀河系主體在天球上的投影（環(huán)天光帶）。銀河系總質(zhì)量：大約是太陽質(zhì)量的1400億倍；星數(shù)：1～2千億顆。第二十四頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期日銀河系結(jié)構(gòu)銀河系主體：圓盤體（直徑約8萬光年）和銀暈；圓盤體：核球和銀盤；核球中心：銀核；銀核中心：銀心。第二十五頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期日圖2-6銀河系結(jié)構(gòu)俯視圖：圖中十字符號(hào)代表銀心；三條短黃線是太陽附近的三條旋臂圖2-7銀河系結(jié)構(gòu)側(cè)視圖圖中紅點(diǎn)代表太陽）第二十六頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期日二、太陽在銀河系中的位置和運(yùn)動(dòng)位于銀道面附近。銀河為周天的環(huán)帶。太陽在銀河系內(nèi)偏距銀盤的一側(cè)，向銀心所在方向，太陽距銀盤邊緣約6.4萬光年；向銀心相反方向，太陽距銀盤邊緣約1.6萬光年。太陽在銀河系中的的運(yùn)動(dòng)相對于銀心的旋轉(zhuǎn)，其速度為250km/s，繞轉(zhuǎn)周期為2.5億年；相對于鄰近恒星的運(yùn)動(dòng)：太陽系以20km/s的速度向武仙座方向（近織女星）前進(jìn)，此方向所指的點(diǎn)謂之奔赴點(diǎn)。第二十七頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期日三、河外星系河外星系星系群星系團(tuán)總星系第二十八頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期日四、宇宙哲學(xué)宇宙宇宙無限；空間無限：無邊無際（無邊界，形狀和中心）；時(shí)間無盡：無始無終（無起源，年齡和壽命）。第二十九頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期日科學(xué)宇宙：指總星系時(shí)間上有起源、空間上有邊界；大爆炸宇宙學(xué)：在宇宙膨脹理論的基礎(chǔ)上發(fā)展起來。第三十頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期日大爆炸宇宙學(xué)（1929年）

（Big-bangcosmology）：在宇宙膨脹理論的基礎(chǔ)上發(fā)展起來。主要觀點(diǎn)：宇宙有一段由熱到冷的演化史。在這個(gè)時(shí)期里，宇宙體系并不是靜止的。而是在不斷地膨脹，使物質(zhì)密度從密到稀地演化。，這一從熱到冷，叢密到稀的過程如同一次規(guī)模巨大的爆發(fā)。第三十一頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期日大爆炸的整個(gè)過程：在宇宙的早期，溫度極高，在100億度以上。物質(zhì)密度也相當(dāng)大，整個(gè)宇宙體系達(dá)到平衡。宇宙間只有中子、質(zhì)子、電子、光子和中微子等一些基本粒子形態(tài)的物質(zhì)。第三十二頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期日但因?yàn)檎麄€(gè)體系在不斷膨脹，結(jié)果溫度在不斷下降。當(dāng)溫度降到10億度左右時(shí)，中子開始失去自由存在的條件，它要么發(fā)生衰變，要么與質(zhì)子結(jié)合成重氫、氦等元素?；瘜W(xué)元素就是從這一時(shí)期開始形成的。溫度進(jìn)一步下降到100萬度后，早期形成化學(xué)元素的過程結(jié)束。第三十三頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期日這時(shí)，宇宙間的主要物質(zhì)是質(zhì)子、電子、光子和一些比較輕的原子核。當(dāng)溫度下降到幾千度時(shí)，輻射減退，宇宙間主要是氣態(tài)物質(zhì)，氣體逐漸凝聚成氣云，再進(jìn)一步形成各種各樣的恒星體系，成為我們今天看到的宇宙。第三十四頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期日大爆炸模型能統(tǒng)一地解釋以下幾個(gè)觀測事實(shí)：大爆炸理論主張所有恒星都是在溫度下降后產(chǎn)生的，因而任何天體的年齡都應(yīng)比溫度下降至今天這一段時(shí)間為短，即應(yīng)小于200億年。各種天體年齡的測量證明了這一點(diǎn)。第三十五頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期日觀測到河外天體有系統(tǒng)性的譜線位移，而且紅移與距離大體呈正比。如果用多普勒效應(yīng)來解釋、那么紅移就是宇宙膨脹的反映。在各種不同天體上，氦豐度相當(dāng)大，而且大都是30%。用恒星核反應(yīng)機(jī)制不足以說明為什么有如此多的氦。而根據(jù)大爆炸理論，早期溫度產(chǎn)生很高，產(chǎn)生氦的效率也很高，則可以說明這一事實(shí)。第三十六頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期日根據(jù)宇宙膨脹速度，以及氦豐度等，可以具體計(jì)算宇宙每一具體歷史時(shí)期的溫度。大爆炸理論的創(chuàng)始人之一的伽莫夫曾預(yù)言，今天的宇宙已經(jīng)很冷，只有絕對溫度幾度。1965年，在微波波段上，果然探測到具有熱輻射譜的微波背景輻射，溫度約3K。第三十七頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期日

上述觀測事實(shí)無論在定性上還是在定量上都同大爆炸理論的預(yù)言相符。但是，在星系的起源和各向同性分布等方面，大爆炸宇宙學(xué)還存在著一些未解決的困難問題。五、天文新發(fā)現(xiàn)第三十八頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期日第四節(jié)太陽和太陽系第三十九頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期日太陽一、太陽的距離、大小和質(zhì)量日地平均距離：1.496×108km（即天文單位）大小：半徑約700000km（為地球半徑的109倍）表面積：地球表面積的12000倍

體積：地球體積的1300000倍質(zhì)量：1.989×1030kg（約為地球質(zhì)量的33萬倍）第四十頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期日二、太陽的熱能、溫度和熱源太陽熱能太陽常數(shù)：8.16J/(cm2·min)；平均距離，太陽直射，大氣界外；太陽輻射總量：3.826×1026J/s；地球所得：1.74×1017J/s（占22億分之一）。第四十一頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期日圖2-8推測出的太陽結(jié)構(gòu)與剖面示意圖太陽是我們惟一能觀測到表面細(xì)節(jié)的恒星。直接觀測到的是太陽的大氣層，它從里向外分為

光球→色球→日冕第四十二頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期日太陽溫度根據(jù)太陽輻射熱量推算的溫度稱有效溫度；根據(jù)太陽輻射光譜測定的溫度稱輻射溫度；太陽光球溫度：5770K；太陽中心溫度：15000000K；色球溫度：100000K；日冕溫度：1500000K。第四十三頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期日太陽熱源產(chǎn)熱過程：熱核反應(yīng)（氫核聚變?yōu)楹ず耍?；產(chǎn)熱方式：質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量；產(chǎn)能中心：在太陽核心。第四十四頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期日四、太陽活動(dòng)：太陽大氣各種變化的總稱（太陽“天氣變化”）黑子：擾動(dòng)太陽的明顯標(biāo)志。耀斑：擾動(dòng)太陽的主要標(biāo)志，對地球的影響最強(qiáng)烈。磁暴：電離層干擾。產(chǎn)生極光。第四十五頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期日太陽系一、太陽系的發(fā)現(xiàn)

地心說日心說圖2-9以地球和行星共同繞太陽運(yùn)動(dòng)來解釋行星的視行，這是哥白尼日心說的精髓第四十六頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期日開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律第一定律（軌道定律）：行星軌道都是橢圓；太陽位于橢圓的焦點(diǎn)之一；第二定律（面積定律）：行星向徑在軌道平面上掃過的面積與時(shí)間成正比，即面速度不變；第三定律（周期定律）：兩行星周期平方之比，等于其距離立方之比：

T12/T22=a13/a23第四十七頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期日圖2-10開普勒第二定律：面速度不變第一牛頓用萬有引力定律，修正了第三定律：

T12(M+m1)/T22(M+m2)=a13/a23 T1和T2分別表示兩行星的的公轉(zhuǎn)周期，a1和a2分別表示它們與太陽的平均距離（即各自軌道的半長軸）第四十八頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期日開普勒認(rèn)為，行星單純繞太陽中心運(yùn)動(dòng)；牛頓認(rèn)為，行星和太陽都繞它們的共同質(zhì)心；質(zhì)心的位置取決于二者的質(zhì)量比。開普勒廓清了行星軌道的幾何特征，指出了行星怎樣運(yùn)動(dòng)；獲得了“天空立法者”的美譽(yù)；牛頓解釋了行星運(yùn)動(dòng)的物理原因，回答了行星為什么這樣運(yùn)動(dòng)。至此太陽系理論完全確立。第四十九頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期日二、太陽系的組成九大行星水星，金星，地球，火星，土星，天王星，海王星，冥王星。其他成分小行星，衛(wèi)星，彗星，流星體等。第五十頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期日三、行星按照軌道位置劃分以地球?yàn)榻绶譃榈貎?nèi)行星和地外行星；以小行星帶為界分為內(nèi)行星和外行星。按物理性質(zhì)劃分類地行星和類木行星：類地行星：水星，金星，地球，火星距太陽較近，質(zhì)量較小，平均密度高，以重物質(zhì)為主，溫度高；類木行星：木星，土星，天王星，海王星，離太陽較遠(yuǎn)，質(zhì)量大，平均密度低，以輕物質(zhì)為主，溫度低。第五十一頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期日九大行星的軌道圖2-11行星的軌道大小第五十二頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期日行星的大小對比圖2-12行星的大小對比第五十三頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期日四、彗星和流星體彗星本質(zhì)上是在偏心率很大的軌道上繞日運(yùn)行的冰物質(zhì)彗星的奇特外貌是它通過近日點(diǎn)前后的暫時(shí)現(xiàn)象哈雷彗星第五十四頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期日圖2-13哈雷彗星的軌道5,200,000,000km第五十五頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期日圖2-14彗星的結(jié)構(gòu)短周期彗星與非周期彗星彗星的結(jié)構(gòu)慧核慧發(fā)慧尾離子慧尾塵粒慧尾第五十六頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期日五、流星和流星體流星

火流星

偶發(fā)流星

圖2-15下半夜的流星多而且明亮第五十七頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期日六、太陽系起源的星云假說行星軌道的共同特征：同向性，共面性，近圓性星云假說的基本論點(diǎn)形成太陽系的物質(zhì)基礎(chǔ)是彌散星云；形成太陽系的動(dòng)力來源是自引力。意義：在“僵化的自然觀上打開第一個(gè)缺口”（恩格斯語）。第五十八頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期日2-16太陽系起源示意圖1太陽星云2星云變成扁球形3原始太陽和

圓環(huán)體4太陽和行星的形成5太陽系第五十九頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期日月球據(jù)測定，月球的地平視差為57'，它與地球半徑r和月地距離d的關(guān)系為： csc57'=d/r

d=rcsc57'=60r即月地距離為地球半徑的60倍。第五節(jié)月球和地月系圖2-17地平視差天體位于天頂時(shí)，視差為零；天體位于地平時(shí)，視差最大，稱為天體的地平視差第六十頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期日一、月球的距離和大小月地平均距離：384400公里半徑：1738公里，地球赤道半徑的27.25%表面積：地球表面積的7.4%體積：地球體積的2.03%質(zhì)量：7.196×1022kg，地球質(zhì)量的1/81.3平均密度：3.34g/cm3，約為地球的60.5%月面重力加速度：1.622m/s2，約為地面的1/6第六十一頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期日二、月球表面月海月陸環(huán)形山輻射紋月谷

三、月面的物理狀況月海，月陸，環(huán)形山?jīng)]有大氣，沒有水分，沒有生命第六十二頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期日地月系一、地月系的繞轉(zhuǎn)圖2-18月球和地球都繞它們的共同質(zhì)心而運(yùn)動(dòng)（共同質(zhì)心在地球內(nèi)部位置的變化）第六十三頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期日月球繞轉(zhuǎn)地球軌道形狀橢圓，偏心率0.0549；白道：月球軌道在天球上的投影；黃白交角：白道面相對于黃道面的交角（5o9'）；周期：27.32日（恒星月）；速度：角速度：33'/小時(shí)，線速度1.02km/s。

第六十四頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期日幾個(gè)概念恒星月：月球在白道上連續(xù)兩次通過同一恒星（無明顯自行）所需的時(shí)間：27.3217日。從這一次新月（或滿月）到下一次新月（或滿月）所經(jīng)歷的時(shí)間：29.5306日。近點(diǎn)月：以月球近地點(diǎn)為參考點(diǎn)，月球的公轉(zhuǎn)周期：27.5546日。交點(diǎn)月：以月球升交點(diǎn)（或降交點(diǎn)）為參考點(diǎn)，月球的公轉(zhuǎn)周期：27.2122日。第六十五頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期日依月球公轉(zhuǎn)周期可求出月球公轉(zhuǎn)角速度： 360°÷27.3217日=13.2°/日 即為月球公轉(zhuǎn)平均角速度由于月球公轉(zhuǎn)軌道是個(gè)橢圓，所以公轉(zhuǎn)速度是不均的。近地點(diǎn)最快，約為1