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1、第一章 宇宙中的地球宇宙和天体 宇宙是时间和空间的统一体，是运动、发 展和变化着的物质世界 天体就是宇宙中物质的存在形式。如星云 、恒星、行星、卫星、彗星、流星体、星际 物质等 恒星和星云是最基本的天体第一节星 云行星木星是太阳系中最大的行星，它是在地球上能看到的除金星以外最亮 的星。 卫星-月球流星雨哈雷彗星Interstellar Matter（ISM）星 际 物 质宇宙中最基本的天体是恒星和星云星云由气体和尘埃物 质组成，质量很大， 呈云雾状恒星是由炽热的气体 组成、质量庞大、能 自行发光的天体。、以上这些物质通称天体。 天体是宇宙间物质的存在形式。宇宙是物质世界天体是宇宙物质的存在方式
2、各种天体 都由基本粒子构成，基本 粒子构成元素宇宙是不断运动的天体相互吸引和相互绕转形 成天体系统一、宇宙和天体宇宙间的天体都在运动着。运动着的天体因互相吸引和互相绕转，而形成许多大小不同的天体系统。按大小规模和包含的关系分成不同的级别和层次 。（小的、简单的天体系统组成大的、复杂的天体系统）：银河系太阳系地月系总星系（可见宇宙）河外星系其它恒星 系统其它行 星系统天体系统的层次（ 由高到低）地月系地球同它的天然卫星月球所构成的天体系统； 地球是它的中心天体。地球质量同月球质量的相差悬殊（成81.1:1）银银 河河 系系河河 外外 星星 系系河外星系河外星系银河以外的星系。银河以外的星系。由大
3、量恒星组成，但因距离遥远，在外表上都表现为模由大量恒星组成，但因距离遥远，在外表上都表现为模 糊的光点，因而旧称糊的光点，因而旧称“ “河外星云河外星云” ”。 目前观测到的河外星系约目前观测到的河外星系约1010亿个。亿个。按外形可分为：旋涡星系、椭圆星系、不规则星系。按外形可分为：旋涡星系、椭圆星系、不规则星系。人类对宇宙认识的发展公元公元2 2世纪，古希腊天文学家世纪，古希腊天文学家托勒密托勒密提出提出“ “地心说地心说” ”； 16世纪哥白尼哥白尼的“日心说”认为太阳时宇宙的中心 ，宇宙就是太阳系19世纪发现了河外星系，银河系只是宇宙中的渺小 一员 20世纪以来，空间探测技术发展，认识
4、到宇宙年龄 大约150亿年，半径150亿光年总星系天体图二、宇宙形成假说 恒稳态理论稳定的宇宙一直创造物质，物质量不断增 加导致宇宙扩展。 大爆炸理论（Big Bang ）150亿年前宇宙从炽热稠 密的物质与能量中“大爆炸”中形成的。 宇宙大爆炸理论是俄裔美国科学家伽莫夫在年提出来 的。该理论认为，宇宙开始是个高温致密的火球，它不断地向 各个方向迅速膨胀。当温度和密度降低到一定程度，宇宙发生 剧烈的核聚变反应，形成原子核原子分子。随着温度和密 度的降低，由物质小微粒聚集成大团的物质 ，最后逐渐形成今 天宇宙中的星系、恒星和行星等各种天体。宇宙大爆炸理论假 说 为了解决一定的科学问题，人们根据已
5、知的科学 事实和科学原理，对所研究的问题及其相关的现象 作出一种猜测性的陈述或假定性的说明。 科学假说是人们运用科学思维，根据已知的事实 材料，对未知的事物及其规律所作的推断和假定， 是一种带有推测性和假定性的理论形态，是没有经 过实践充分证实的理论。 太阳和太阳系一、太阳第二节二、太阳系三、太阳的起源地球位于太阳系，而太阳是太阳系的中心天体。太阳是离地球最近的一颗恒星。太阳向地球提供巨大能量（光、热）。地球上的许多自然现象都与太阳密切相关。 （大气运动、海水大规模运动、万物生长）地位特殊作用巨大太 阳一、太阳 （一）太阳概况 太阳的半径、体积、质量、温度、光度等物理参数 。是普通的恒星 物质
6、组成：氢78.4；氦19.8，其次是碳、 氮 、氧和金属太阳是一个炽热的气体火球。是巨大能量库。仅 1/20亿辐射能维持地球的生命太阳离地球平均距离为1.5亿千米（一个天文单位） 。太阳光到达地球约需8分钟。 预计太阳寿命100亿年（二）太阳的大气结构内部稠密气体从中心向外依次分为三个同心圈层：核反应区：太阳中心，不断进行核聚变反应（氢质子合成 氦核），是太阳的能量源地辐射区：能量以辐射形式通过本区向外输送对流区：由辐射区来的能量使该区温度极高，稠密气体呈 升降起伏的对流状态外部稀疏气体从内到外依次为三个同心圈层：光球、色球和日冕。光球：包围对流区的很薄的发光层。表面沸腾起伏，气流下 沉处形成
7、漩涡，温度下降，光辉变弱，称为太阳黑子；气流上 升，温度升高。亮度增大的地方称为光斑和米粒组织色球：处于光球外部，色度很低，日全食时才能见到。耀斑 是色球爆发的突出现象，表现为极明亮的斑点；随着耀斑的出 现，色球有时喷出巨大的火舌（日饵）日冕：太阳大气的最外层。亮度更低，密度极小。高度电离 状态的各种粒子顺着磁力线高速吹向行星际空间（太阳风）。太阳磁场开放区域， 对地球磁场影响很大太阳黑子和光斑太阳黑子图片太阳耀斑1973年美国天空实验室拍摄的太阳照片，照片中有 一个难得一见的巨大日饵（三）太阳活动及其对地球环境的影响太阳活动指太阳大气的运动和变化。有时很剧烈（扰动太阳）；有时 平静（宁静太阳
8、）。通常太阳活动指扰动太阳的活动。主要标志是黑子 和耀斑 当太阳上黑子和耀斑增多时，发出的强烈射电会扰乱地球上空的电离 层，使地面的无线电短波通讯受到影响，甚至会出现短暂的中断。 太阳大气抛出的带电粒子流，能使地球磁场受到扰动，产生“磁暴”现 象，使磁针剧烈颤动，不能正确指示方向。地球两极地区的夜空，常会看到淡绿色、红色、粉红色的光带或光弧 ，这叫做极光。极光是带电粒子流高速冲进极区的高空大气层，被地球 磁场捕获，同稀薄大气相碰撞而产生的。太阳活动影响地球上气候变化、地面降水量的变化，地球高层大气的 变化也与太阳活动相关。地震、水文、气象等多方面的研究都说明了太 阳活动对地球的影响。 例太阳活
9、 动类动类 型概念 意义义周 期对对地球影响黑子光球层层上出 现现的暗黑斑 点 太阳活动动 强弱的标标 志 11 年1引起电电离层扰层扰 动动 2产产生磁暴现现象 3产产生极光现现象 4影响大气状况 不同纬纬度降水量 耀斑色球层层上突 然增大增亮的 斑块块 太阳活动动 最激烈的 显显示 顺序：水金地火木土天海冥二、太阳系（一）太阳系成员1、九大行星水星 金星 地球 火星 木星 土星 天王星 海王星 冥王星 类地行星：水星 、金星 、 地球（1） 、火星 （2）水星无大气层、金星有浓厚大气层、火星大气稀薄 类目行星：木星（16）、 土星 （23）、天王星 （5）、海王星（2）都有较多卫星，表面都
10、有十分稀薄的H2、He大气冥王星：温度低，无热力作用和风化作用，形成后未发生变化太阳系图太阳系图太阳系新貌A B C DA B C DE FE FH I JH I J地月系地月系 伽利略探测器1992年再次 飞掠地球前往木星进行探测 的途中，在距地球620万公 里时将镜头调转拍摄的地球 与月球的合影。（一）太阳系成员2、小行星：主要分布于火星和木星轨道间， 成为小行 星带。3000多颗3、彗星：多数彗星饶日运行轨道为闭合椭 圆形。哈雷 慧星饶日公转周期为76年。4、流星体：星际空间（特别是地球轨道附近）饶日公 转的小天体。小行星或彗星碎裂物运行到地球附近受地球引力作用闯 入大气层成为流星。多数
11、燃烧成灰，少数残体落到地面成为 陨石。陨石是了解太阳系状态的重要线索。流星与流星雨彗星宇 宙 中 的 地 球行星质量 体积密度 公转周期 自转周期 水星0.05 0.05 65.46 87.9d58.6d金星0.82 0.85 65.26 224.7d243d地球1.00 1.00 05.52 1a23:56火星0.11 0.15 03.96 1.9a24:37木星317. 941316. 0001.33 11.8a9:50土星95.1 8745. 0000.70 29.5a10:14天王星14.6 65.2 01.24 84.0a约16h海王星17.2 57.1 01.66 164.8a约1
12、8h冥王星0.00 240.00 91.50 247.9a6d9h（二）太阳系主要特征和运动规律 基本特征：1、物质组成具有一致性。太阳系中未发现 地球尚未发现的物质。类地行星、小行星、彗星以铁、氧 、硅、 镁等重物质为主；类木行星以氢、氦等轻物 质为主 2、星体结构都具有圈层结构，一般都具有核 幔壳外层大气，密度逐渐变小，而且 都呈扁球形（二）太阳系主要特征和运动规律 行星运行的三个基本经验规律：1、各行星围绕太阳在一椭圆形轨道上运行，太阳位于椭圆的一个焦点2、面积定律行星的向径在相等的时间内扫过相同的面积3、谐和定律对所有行星而言，行星距太阳平均距离的立方与行星公转 周期平方之比为一常数
13、多数行星自转方向与公转方向一致（天王星、金星为顺时针）各行星与太阳的平均距离遵循提丢斯波德定则rn0.40.3*2n-2水星金星地球火星木星土星天王星海王星轨轨道 倾倾角73.4 0 1.9 1.3 2.5 0.8 1.8 偏心 率0.2060.0070.0170.0930.0480.0550.0510.006太阳系行星轨道倾角与偏心率偏心率：焦点到椭圆中心的距离与椭圆半长轴之比冥王星轨道倾角17.1 行星运行特征共面性大多数行星公转轨道几乎在一个平 面上（水星、冥王星例外）同向性所有行星公转方向与太阳绕自转轴 旋转方向相同，为逆时针方向近圆性行星饶日公转轨道形状近似圆形冥王星不是第九大行星
14、根据国际天文学联合会2006年8月24日通过的决 议，被称为行星（planet）的天体要符合三个主要 条件。 1.该天体须位于围绕太阳的轨道之上 2.该天体须有足够大的质量来克服固体应力以达到 流体静力平衡的形状（近于球形） 3.该天体须已经清空了其轨道附近的区域 而冥王星则不符合上述第三条行星标准。降为矮行 星或二级行星 （三）太阳系的起源演化论（一元论）：康德拉普拉斯星云假 说为代表，认为太阳与行星伴生，形成于同 一“星云” 灾变论（二元论）：张伯伦和莫尔顿的“星子” 假说及金斯的“潮汐”假说，认为行星形成于太 阳之后，是另一颗恒星卷入产生灾变的结果（三）、太阳系的起源 原始星云的初期温度
15、很低，受临近超新星爆发产 生的冲击波影响，引起收缩和涡动，随之旋转加快 ，逐渐变扁，形成一个很扁的星云盘；其中心收缩 ，温度升高，中心变得非常致密和高温，形成了太 阳。星云盘中的颗粒互相碰撞结合成较大颗粒后， 在太阳的引力作用下向星云盘的赤道沉降，在星云 盘内形成薄薄的尘埃层，以后又逐渐形成大的团块 星子。星子在绕日公转中相互碰撞，一些被碰 碎，一些结合成更大的块。大星子吸引周围的颗粒 ，迅速成长为行星胎，然后进一步吸积小星子及残 余物质而演化为行星。 行 星 成 长 行星在成长的过程中由于不断地与众多的星子碰 撞，而使它们的轨道接近圆形，而且有共同的公转 方向，且几乎都在一个轨道面上。 由于
16、太阳的温度很高，靠近太阳的行星上的气体 大多挥发掉了，只留下凝聚成固体物质的类地行星 。 类木行星离太阳远些，温度较低，其上仍保留着 原始星云的成分，木星和土星就是如此。遥远的天 王星、海王星和冥王星，太阳对它们的引力很弱， 上面的气体逃逸速度小，氢、氦没有全逃逸掉。 原始地壳、大气和水为生命出现提供了先决条件 早期大气圈中含有CH4、NH3、H2 等强还原物质，随着 大气降水在地表聚集，形成“原始汤”。这些碳氧化合物在“原 始汤中”发生反应，使碳原子链日益增长，分子逐渐复杂，形 成蛋白质等大分子，进一步形成“复合团聚体”，再通过“时间 组织化”（进化）过程产生细胞，生命就出现了。由无机物转化到有机物组成的原始生命，再由原始生命 发展成细胞是一个复杂的物理化学和生物化学作用过程
