地球概论-第4节-太阳和太阳系

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1、第二章,地球的宇宙环境,第4节 太阳和太阳系,QQ17819679,203 太 阳,太阳自转情况：红色表示转速快，蓝色表示转速慢。,太阳的结构,203-1 太阳的距离、大小和质量 1、日地平均距离：1.496 108km （1.496亿km） （即1天文单位）(地平视差) 2、大小：半径约70万km（为地球半径的109倍） 3、表面积：地球表面积的1万2千倍 4、体积：地球体积的130万倍 5、质量：1.9891030kg（约为地球质量的33万倍）,203 太 阳,地球与太阳的平均距离，常被用作太阳系范围内计量单位，叫做天文单位。天文学上通过对某个小行星距离的测定，来推算太阳的距离。,图2-1

2、0 测定日地距离的第一步： 通过小行星距离的测定，得,a1a,按照开普勒第三定律，二行星公转周期的平方之比，等于它们同太阳距离的立方之比。设地球和小行星的公转周期分别为T和T1，那么便有,若得出两个未知量（a1和a）的差值和比值，如,a1a=m,a1/a=n,那么，这两个未知量可以求得。,推测出的太阳 结构与剖面示意图,太阳是我们惟一能观测到表面细节的恒星。直接观测到的是太阳的大气层，它从里向外分为 光球色球日冕,203-2 太阳的热能、温度和热源 1、太阳热能 太阳常数：8.16J/(cm2min)；（平方厘米分钟） 平均距离，太阳直射，大气界外； 太阳辐射总量：3.826 1026J/s；

3、（S：小时） 地球所得：1.74 1017J/s（占22亿分之一）。,太阳温度 根据太阳辐射热量推算的温度称有效温度； 根据太阳辐射光谱测定的温度称辐射温度； 太阳光球温度：5 770K ； 太阳中心温度：1500万K； 色球温度：10万K； 日冕温度：150万K。,太阳热源 产热过程：热核反应（氢核聚变为氦核）； 产热方式：质量转化为能量； 产能中心：在太阳核心。,(1) 光球 A、怎样解释“临边昏暗”现象？ a、光球平均温度5770K，向内部或外部的温度梯度变化很大。由于温度分布显著的不均衡，故我们观测到的太阳表面各部分亮度是不均匀的。日面中心区最亮，愈靠边缘愈暗，这叫“临边昏暗”现象。

4、b、这是因为我们看到光球中央部分大气是较厚的大气层，且光球下面大气温度高，而边缘部分大气是较薄的大气层，且光球表层大气温度低，所以显得光球中心部分较边缘部分要明亮些。,203-3 太阳的大气,B、光斑的光谱表明，它的离子谱线比光球为强，而中性原子谱线比光球为弱，所以光斑的温度比光球高。但光斑与光球的总辐射强度比值随离日心的距离而变动，在靠近日面边缘看到的是光斑的上层，其平均温度比周围高100度左右，亮度大10左右。光斑的磁场主要是纵向的，强度达数百高斯。,C、米粒的亮度随高度而变化，各个米粒的亮度也不相同。 常常可以看见一种寿命约为 10分钟的特别亮的爆发米粒， 以1.5-2.0km/s的速度

5、膨胀成环状，然后破裂。,四、 太阳活动：太阳大气各种变化的总称（太阳“天气变化”） 黑子：扰动太阳的明显标志。 耀斑：扰动太阳的主要标志，对地球的影响最强烈。 磁暴：电离层干扰。产生极光。,太阳活动是指发生在太阳大气层局部区域的、在有限时间间隔内的各种物理过程的总称。主要表现为太阳黑子、光斑、谱斑、耀斑、日珥和太阳射电等变化现象。其中，太阳黑子是太阳活动的明显标志，耀斑是太阳活动最急剧猛烈的形式。 太阳活动强弱变化平均约11年的周期。自1749年后第一个太阳黑子低值年（1755年）规定为太阳活动的第一个周期，2000年是太阳活动峰值年的第23个周期。凡是峰值年前后，黑子、耀斑等现象异常活跃，是

6、研究太阳的大好时机。,203-4 太阳活动对地球的影响,太阳以电磁波和高能粒子流的形式，向外放射着巨大的能量和物质。太阳的能量流和物质流对地球发生着深刻的影响，它对自然地理环境的形成、发展及演化具有决定性的作用。 (1)太阳风与地球磁层。地球周围存在一个偶极磁场，当太阳风等离子体吹向地球时，使地球磁场被太阳风包围，形成地球磁层。,一方面（好的方面），由于地球磁层的存在，使得太阳风高能带电粒子不能到达地面，从而保护了地球表面有机体的生存和发展； 另一方面（坏的方面），总有一部分高能带电粒子闯入磁层内，被磁层禁锢在地球高层。通过空间探测器，1958年美国范艾伦发现了包围地球的强辐射带，称为“范艾伦

7、辐射带”。这个强辐射带分内、外两层，像套在地球赤道周围的两个轮胎环子，它对人类冲出地球的宇宙活动，会造成严重辐射的危害，要注意采取预防措施。,(2)对地球电离层的影响。距地面约80-150km的大气层，在太阳紫外线、x射线、粒子辐射的作用下发生电离，称为电离层。 A、较高的电离E层和Fl层，因太阳短波辐射强烈，电离程度高，自由电子密度大，主要反射短波电波；,空间波,地表波,送信点,受信点,（反射波）,D层,E层,F1,层,F2,层,(2)对地球电离层的影响。 B、电离D层，由于太阳短波辐射较弱，电离程度差，自由电子密度小，只能反射长波。 C、当太阳活动增强时，会激发电离层大气分子进一步电离，造

8、成离子浓度增高和吸收电波增强。尤其是太阳耀斑爆发后，会引起地球向阳半球面短波信号衰减或中断。短波无线电信号的中断，一般是几秒钟至几分钟，特别情况下长达半小时至1小时以上。,(3)对地磁的影响。 A、太阳活动引起地球磁场的不规则变化，叫做“磁扰”。十分强烈的磁扰现象称为“磁暴”。 a、地球上发生磁暴时，磁针失灵，不能正确指示方向，从而影响野外工作，尤其是磁力探矿。 b、同时，对军事战斗，以及飞机和船舶的定向、定位也都带来影响。 B、另外，在地球高纬度地区，经常出现一种变幻莫测、美丽壮观的极光现象，这也是太阳活动引起的。它主要发生在100200km的高空，有的高达l000km。,极光形成的理论：

9、a、最早认为是太阳活动发出的高能带电粒子在到达地球附近时，受地球磁场的作用，迫使其沿磁力线方向运动到地球磁极的上空，它们与地球大气中的分子、原子碰撞而发光。 b、现代研究认为：极光是围绕地球的两半球的一种大规模放电过程和表现形式。这种放电过程，是通过太阳风与地球磁层的相互作用来实现的。通过实验，证明极光在南、北极地区同纬度、同时间会一起出现与消失。 (4)太阳活动与其他方面的关系。太阳辐射是地球气候形成的重要因素。由于太阳活动引起太阳辐射的改变，必然导致气候相应的变化。,举例： a、有人研究树木年轮的生长状况，是受当时的气温、降水的影响，它既记录着气候历史的变化，又反映了太阳活动的情况，与太阳

10、活动11年周期相符。 b、根据我国2000多年太阳黑子的记录，黑子的11年、22年或更长周期，与我国历史上大范围旱、涝灾害有很好的对应关系。 c、此外，现代构造运动的重要标志之一：地震活动同太阳活动亦有密切关系。,P43,日心体系取代地心行星体系的一个突破口，是行星的视动。,204 太 阳 系 P43 204-1 太阳系的发现,图2-14 1977年12月4日-1978年3月3日， 火星在巨蟹座逆行,托勒密的假设不正确。,特勒密的地心说,图 2-16以地球和行星共同绕太阳运动来解释行星的视行，这是哥白尼日心说的精髓,P43,哥白尼的日心说,开普勒行星运动定律 第一定律（轨道定律）：行星轨道都是

11、椭圆；太阳位于椭圆的焦点之一； 第二定律（面积定律）：行星向径在轨道平面上扫过的面积与时间成正比，即面速度不变 ；,图 2-17 开普勒第二定律：面速度不变,开普勒行星运动定律 第三定律（周期定律）：两行星周期平方之比，等于其距离立方之比： T12/T22=a13/a23,T以恒星年为单位，a以天文单位为单位，T2=a3,行星与太阳的距离：,第一牛顿用万有引力定律，修正了第三定律： T12(M+m1)/ T22(M+m2)= a13/a23,T1和T2分别表示两行星的的公转周期， a1和a2分别表示它们与太阳的平均距离（即各自轨道的半长轴）;（M和m分别表示太阳和行星的质量。）,开普勒认为，行

12、星单纯绕太阳中心运动； 牛顿认为，行星和太阳都绕它们的共同质心；质心的位置取决于二者的质量比。 开普勒廓清了行星轨道的几何特征，指出了行星怎样运动；获得了“天空立法者”的美誉； 牛顿解释了行星运动的物理原因，回答了行星为什么这样运动。至此太阳系理论完全确立。,204-2 太阳系的组成 P46 1、八大行星： 水星，金星，地球，火星，土星，天王星，海王星 2、其他成分 小行星，卫星，彗星，流星体等。,204-3 行星 P47 A、遵循提丢斯-波得定则 行星分布规律 1、按照轨道位置划分 以地球为界分为地内行星和地外行星； 以小行星带为界分为内行星和外行星。 2、按物理性质划分 类地行星和类木行星

13、： 类地行星：水星，金星，地球，火星距太阳较近，质量较小，平均密度高，以重物质为主，温度高； 类木行星：木星，土星，天王星，海王星，离太阳较远，质量大，平均密度低，以轻物质为主，温度低。,B、八大行星的分布内密外稀，是构成太阳系的骨干天体。 C、从表2.3可知，n值在6以前，计算值与实测值符合较好。 定则发表时，小行星、天王星、海王星和冥王星都还没有被人们发现。1781年发现了天王星，它到太阳的距离正好同定则的计算相符，于是促使人们在2.8天文单位距离处发现了众多的小行星。 D、后来发现的海王星和冥王星，它们到太阳距离的实测值却与计算值相差甚远。这表明该定则并不是行星到太阳距离所遵循的必然规律

14、。 E、该定则对记忆行星到太阳的距离，确实是一个简便的方法。 F、有趣的是，提丢斯波得定则不仅反映了行星绕日轨道距离的数值，而且基本符合巨行星的规则卫星（指具有近圆性、共面性和同向性的卫星）轨道距离的数值。,九大行星的轨道,图 2-18 行星的轨道大小,太 阳 系 行 星 表,偏心率 偏心率用来描述轨道的形状，用焦点间距离除以半长轴的长度可以算出偏心率。偏心率一般用e表示。e=c/a 中文名 偏心率 外文名 Eccentricity 又 称 离心率 当e=0时 圆 当01时 双曲线,仔细观察上图，你发现了什么问题？,行星的大小对比,图 2-19 行星的大小对比,带内行星,类地行星,水 星,金

15、星,地 球,火 星,地内行星,(小 行 星),木 星,土 星,天 王 星,海 王 星,带外行星,类木行星,巨行星,远日行星,地 外 行 星,(三) 太阳系的小天体,1、小行星 (1) 小行星带主要分布在火星和木星轨道之间，绝大多数小行星距太阳2.23.6a处。 (2) 小行星质量总和约为地球质量的万分之四，且质量愈小的数量愈多。 发现小行星是非常费神的事，照相巡天观测发现大于照相星等21.2等的小行星达50万颗。目前编号的有近5000颗。其中约30颗直径大于200km，最大的4颗为谷神星（直径770Km）、智神星、灶神星和婚神星。1801年元旦元夜，意大利天文学家皮亚齐发现了第一颗小行星，被命

16、名为谷神星。现有42颗正式命名的中国小行星，最初的5颗是以我国古代科学家命名的，它们是1802号张衡、1888号祖冲之、1972号一行、2012号郭守敬、2027号沈括；以后30多颗是以人名和地名来命名的，如2045号北京、2077号江苏（钟山一号）、2078号南京（钟山二号）、2051号张（张钰哲）等。,204-4 彗星 彗星本质上是在偏心率很大的轨道上绕日运行的冰物质 彗星的奇特外貌是它通过近日点前后的暂时现象 哈雷彗星,图2-20 哈雷彗星的轨道,1910年4月20日，距离地球只有2500万千米,哈雷彗星近日点为88,000,000km,图2-21 彗尾总是背向太阳,(7) 哈雷彗星 A、我国是世界上最早记录慧星的国家。春秋记载鲁文公十四年（公元前613年）秋七月，有星孛入于“北斗”。这是世界上第一次关于哈雷彗星的确切记载。 B、著名的哈雷彗星平均回归周期为76年。 1682年，当这颗彗星出现时，英国天文学家哈雷，注意到它的轨道与l607年和1531年出现的彗星轨道相似，他认定这是同一颗彗星的三次