自然地理学-第二章宇宙中的地球

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1、授课教师：XXX自然地理学20082009学年第一学期公共选修课外星人可能利用恒星构建“宇宙互联网”2008-09-10 07:43:38 新华网 据国外媒体报道，美国科学家日前称，具有高等智慧的地外 文明可能会通过向其它恒星发射信号来彼此建立联系，这非常类 似于人类目前使用的互联网。但不同的是，外星人建立的是一个 更为先进的宇宙互联网。 v 美国夏威夷大学的科学家约翰-勒恩德和他的同事正在致力于 对外星信号的研究，他们重点研究的是那些具有多变发光规律的 一种恒星（造父变星）。之所以选择这种恒星作为研究对象，主 要是因为它们的亮度之强足以保证人类在6000万光年的距离外仍 然能够看到它们。勒恩

2、德介绍，“如果真的存在外星信号，我们则 可以利用已有的恒星数据来分析它。” v 研究人员解释说，通过一束能量撞击此类恒星，可以引起其 内核升温并膨胀，从而导致其发生震动。那样可以缩短变星的光 亮周期。这和利用电流有规律地刺激人体心脏促进心跳是同样道 理。正常的周期和缩短后的周期可以分别用二进制编码“0”和“1”代 替。这样，信息就可以在银河系的网络之中或是在这些造父变星 之间来回传输。外星人可能利用恒星构建“宇宙互联网”v 据科学家们分析和计算，以一个星系平均有300亿颗恒星作基数， 像太阳这样具有行星系统的恒星约占25%，即有75亿颗星。如果这些恒 星拥有的行星只有1.7%才有可能发展成某些

3、“生物圈”，那么银河系内就 可能有13亿颗与地球类似的行星。再考虑到生命进化、文明进化中的其 他因素，估计银河系中也应有3.25万个与地球生命形态相当的星球。 1995年以来，已陆续找到太阳系以外的行星，并发现40种以上的星际分 子，其中有不少可成为生命的素材。因此许多科学家认为，宇宙深处有 人类的“知音”，地外存在“生命交响乐”。但外星人究竟藏身何处？他们的 生命形态是什么样子的？所有这些问题，都吸引着人们不断地利用航天 科技成果去寻觅地外智慧生物和地外文明的踪迹。 v 自上个世纪50年代起，许多国家就开始利用监听从地球以外传来的 无线电波的方法，去寻觅“外星人”的蛛丝马迹。1960年美国制

4、订了一个“ 奥兹玛”计划，即利用射电天文台监测宇宙中两个星座的无线电波，但未 获得任何结果。1985年开始实施“米塔”计划，用840个无线电频道对宇 宙天体进行扫描，其规模相当于1分钟完成100万个“奥兹玛”计划。1992 年美国又实施寻找外层空间智慧生物的“凤凰”计划，利用当时最大的天 文望远镜和射电望远镜搜索宇宙中各类天体传来的不同波长的无线电信 号。此外，美国在1974年11月还从天文台向宇宙中外星人发了一份用二 进制数码编制的电报，传达了地球人类的信息，但至今仍无任何音讯。第二章 宇宙中的地球第一节、宇宙 第二节、地球形状及其认识过程 第三节、从地球中心说到太阳中心说 第四节、认识太阳

5、系 第五节、天外有天 第六节、独一无二的人类家园第一 节 宇 宙 v（一）宇宙中的天体和物质v 宇宙(universe)是天地万物，是物质世界。“宇”是 空间的概念，是无边无际的；“宙”是时间的概念， 是无始无终的。v 宇宙是无限的空间和无限的时间的统一。v 在宇宙空间弥漫着形形色色的物质，如恒星、行 星、气体、尘埃、电磁波等，它们都在不停地运动 、变化着。v 当代最大的光学望远镜已可观测到150亿l.y.(光年 )的遥远目标（1 l.y.9.461012 km），这就是现今 人类所能观测到的宇宙部分。 第一 节 宇 宙 v（一）宇宙中的天体和物质v 恒星是宇宙中最重要的天体。恒星是由炽热气体

6、组成的、能够自身发 光的球形或类似球形的天体。构成恒星的气体主要是氢，其次是氦，其 它元素很少。太阳就是一颗既典型又很普通的恒星。v 拥有巨大的质量是恒星能发光的基本原因。v 由于质量大，内部受到高温高压的作用，导致进行由氢聚变为氦的热 核反应，释放出巨大的能量，以维持发光。恒星的温度愈高，向外辐射 能量的电磁波波长愈短，因而颜色发蓝；相反，颜色发红。v恒星的质量相差不大，多在0.1-10倍太阳质量之间；v 恒星的体积却相差非常悬殊，大的恒星直径为太阳的2000倍左右，小 的恒星直径小于1000 km， v比月球还小；因此，恒星的平均密度相差也很悬殊。v 在地球上用肉眼观察到的恒星的明亮程度被

7、称为亮度。古代人们将恒 星的亮度分为6个等级，称为视星等。其中把15个最亮的恒星称一等星 ，而把正常视力所能辨认的最暗的星称六等星。v 视星等和亮度的数量关系：即一等星比六等星亮100倍，视星等每差 一等，亮度就差2.512倍。恒星的亮度受恒星到地球距离远近不同的影响 ，因而并不完全代表恒星本身的真正发光能力。恒星本身的发光能力被 称为光度，光度的等级则称为绝对星等。第一 节 宇 宙 v（一）宇宙中的天体和物质v 在恒星与恒星之间存在着极其广大的空间，称为星际空间。弥漫于星际 空间的极其稀薄的物质称为星际物质。主要的星际物质有两类，即星际气 体和星际尘埃。v 星际气体包括气态的原子、分子、电子

8、和离子，其中以氢为最多，氦次 之，其它元素都很少。v 星际尘埃就是微小的固态质点，它们分散在星际气体之中，它们的主要 成分是水、氨和甲烷的冰状物以及二氧化硅、硅酸铁、三氧化二铁等矿物 。v 星际物质是很稀薄的，一般不过每立方厘米0.1个质点。v 在一些星际空间区域，其密度可以超过每立方厘米10个甚至1 000个,这 些区域称为星际云。v 同星际云相比较，星云是星际物质的更加庞大和更加密集的形式。麒麟座玫瑰星云 （约50万岁的“婴儿”恒星） 天琴座环状星云第一 节 宇 宙 v（一）宇宙中的天体和物质 v 宇宙中的物质是运动的，运动的主要方式是天体按照一 定的系统和规律相互吸引和相互绕转，形成不同

9、层次的天体 系统。如月球和地球构成地月系;地球和其他行星围绕太阳公 转，它们和太阳构成高一级的天体系统，即太阳系;太阳系又 是更高一级天体系统银河系极微小的一部分，银河系中 像太阳这样的恒星就有1000-2000多亿颗。v 银河系以外，还有许许多多同银河系规模相当的庞大的 天体系统，称为河外星系(简称星系)。在人类现今所能观测 到的宇宙范围内，大约存在着10亿个以上的这样的星系。 v 通常，把我们现在观测所及的宇宙部分称为总星系，它 是现在所知的最高一级天体系统。 第二节 地球形状及其认识过程 空间探测技术 地球的全貌（一个以蓝色为主的、 色彩丰富的星球） 从月球上遥望地球天圆地方？敕勒川，阴

10、山下。 天似穹庐，笼盖四野。 天苍苍，野茫茫。 风吹草低见牛羊。v 世界各地人们最初都有类似的错觉公元前3世纪吕不韦主持编成的吕氏春秋解 释天圆地方日月交替，东升西降，变换有序。v 如果大地是一个平面，那日月星辰又落到何 处呢？板状的大地靠什么依托？大地的另一面又是 什么样子？天圆地方？善于运用逻辑方法思维的古希腊人，率 先提出了大地是一个圆球的想法。先有毕达哥拉斯(前571前497)， 后来 亚里士多德(前384 前322) 更把地球摆在 他设想的宇宙体系中心张衡(78 139年)观测中发现月蚀的阴影 边缘总是弧形的，证明大地是圆的。天圆地方？亚里士多德宇宙体系：恒星天体组成的宇宙是 有限的

11、，宇宙的中心是不动的地球。天穹有很多天 球层，以月球所在的天层为分界，向上是天界，天 球层上附着行星，随天层而旋转。天界是高贵的、 不灭的。上层天球对下层天球发生影响，星星的光 和热由天层间摩擦而产生。月下界由火、气、水、 土四元素组成，并由于热、冷、干、湿四性的作用 而形成各种物体。大地是生物的母体，大地也有生 成与变化，湿地与干地、海洋与大陆，都有周期性 交替变化，这种变化是通过围绕地球的三个带（火 带、气带、水带）的循环运动而实现。1519年9月 麦哲伦（1480 ? 1521）环球航行1687年7月，牛顿(1642 1727)的传世名著 自然哲学的数学原理地球转动产生惯性离心力 人类经

12、过漫长的探索终于证实大地是一个球体。第三节 从地球中心说到太阳中心说亚里士多德的地球中心说太阳、月球、水星、金星、火星、木星、土星分别在七个天层里围绕 地球转动,其外为恒星天层；最外边的原动力天层。希腊天文学家托勒密（Claudius Ptolemy, 90？168） 补充了行星在被称为均轮轨道上围绕地球转动时，同时也在自己的 、被称本轮的较小的圆形轨道上转动等内容。 亚里士多德 - 托勒密的地球中心说，被人们奉为真理，长达十几个 世纪。在一般人的感觉中，太阳真是好像在围着地球转。哥白尼（Nicholas Copernicus,14731543） 天体运行的轨道，已记录到70多个（行星游荡者）

13、。 按照托勒密的方法计算编制的历书，屡屡出现差错。 随着他对这个体系了解的增多，他对这个体系愈来愈怀疑。 不是太阳围着地球转，而是地球围着太阳转。第三节 从地球中心说到太阳中心说v哥白尼天体运行论中宣布：太阳在万物的中心统驭着v布鲁诺 1584年他又提出宇宙无限的观念，太阳中心说显示出的思想解放 意义愈来愈明显，以致成为异端1591年布鲁诺被骗回意大利，9年后，1600年2月17日，在罗马的 闹市繁花广场上，他被绑在火刑柱上活活烧死。 未来的世纪会了解我，知道我的价值1889年，还是在繁花广场，竖起布鲁诺的铜像v伽利略 关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话付印前已通过审查，但出版后所产生的轰动

14、效应，使它随即成为禁书伽利略也在1633年2月被软禁，经过刑讯逼供，他被迫表示 “ 相信并 将始终相信教会所承认的和教导的东西都是正确的”被判决在3年内每星期背诵7篇规定的忏悔诗。四年后伽利略双目完全 失明，九年后，与世长辞。 太 水 金 地 火 小 木 土 天 海 冥阳 星 星 球 星 行 星 星 王 王 王星 星 星 星v 带第四节 认识太阳系 第四节 认识太阳系 v 牛 顿 在前人成果的基础上，总结出万有引力定 律 将力学推广应用到天体上 使哥白尼的太阳中心说在理论上得到了圆 满的解释v太 阳 系 8个大行星 66颗卫星 1万多颗小行星 数以亿计的彗星和流星 以及弥漫在看起来一无所有的空

15、间中的星际物质。v太 阳 距地球约149,597,870公里天文单位 直径为1，392，000公里 体积是地球的130万倍 平均密度是水的1.41倍 表面温度为6000K（5726摄氏度） 中心部分温度1500万度 v地球太阳 地球不过是太阳系中的一颗行星 它与月球组成地月系 每秒约3万米的速度 围绕太阳作公转（周期一年） 沿一条弯弯曲曲的、近似椭圆形的蛇行轨 道前进 v地 球 地球（earth）是太阳系自中心向外的第三颗行星 。地球绕太阳公转的角速度平均为5908d,线速 度约为30km/s,公转一周时间平均约为 365.256 d。 地球绕自己的极轴自转的角速度约为 15/h（或15 min、15s），赤道处的线速度为465ms， 自转一周的时间为23h56min4s。 v 地球参数 极半经为