人类对宇宙和地球认识及发展

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1、绪言绪言绪言绪言地球与空间地球与空间11.04.2022地球与空间2 地球与空间科学地球与空间科学是教育部师范司制定的高等是教育部师范司制定的高等师范院校小学教育专业（本科）培养计划中的一门师范院校小学教育专业（本科）培养计划中的一门60学时课程的名称，教育部没有对此给出相应的课程标学时课程的名称，教育部没有对此给出相应的课程标准，高等教育出版社也没有关于这门课程涵盖范围的准，高等教育出版社也没有关于这门课程涵盖范围的指导性意见，而指导性意见，而“地球与空间科学地球与空间科学”又是一个特别大又是一个特别大的题目。的题目。 “地球科学地球科学”现在已包含大气、地质、地理、水现在已包含大气、地质、

2、地理、水科学和地球物理、地球化学等一级学科。科学和地球物理、地球化学等一级学科。“空间空间”（space）的含义也很广，包括宇宙空间、地球表层）的含义也很广，包括宇宙空间、地球表层空间、小型空间和微观空间等。空间、小型空间和微观空间等。课程简介课程简介11.04.2022地球与空间3第一章第一章人类对宇宙和地球认识及发展人类对宇宙和地球认识及发展第一节第一节 直观天象及其观测直观天象及其观测第二节第二节 探索宇宙探索宇宙第三节第三节 地球认识的深化地球认识的深化11.04.2022地球与空间4一、人眼中的宇宙一、人眼中的宇宙二、天体在天球上的位置和运动二、天体在天球上的位置和运动三、三、“天球

3、仪天球仪”四、星空季节变化及其成因四、星空季节变化及其成因五、星空观测五、星空观测第一节第一节 直观天象及其观测直观天象及其观测11.04.2022地球与空间5一、人眼中的宇宙一、人眼中的宇宙中国古人眼中的宇宙中国古人眼中的宇宙（天圆地方）（天圆地方）古人云：天圆如张盖，地阔如棋盘。古人云：天圆如张盖，地阔如棋盘。地是一块平板，天是一个盖子。地是一块平板，天是一个盖子。西方：上帝创造了世界西方：上帝创造了世界从地心说到日心说从地心说到日心说地球甚至太阳在宇宙中都十分渺小。地球甚至太阳在宇宙中都十分渺小。人们对客观世界的认识在发展。人们对客观世界的认识在发展。11.04.2022地球与空间6l1

4、.地平l地球上过观测者并与铅垂线垂直的平面。11.04.2022地球与空间7l2.天球l在晴朗的夜晚，仰望天空，眼前像有一个半球形的夜幕天穹，上面点缀着无数闪烁改变的明星，感觉自己仿佛是处在这个天穹的中心，这就是人们对“天球”的印象，天文学家为了研究天体的位置和天体的运动引入了“天球“的概念。l天球是一个假想的球，它是以观测者（或地心、日心）为中心，以无穷远为半径的球，所有天体都投影在这个球面上。11.04.2022地球与空间811.04.2022地球与空间911.04.2022地球与空间1011.04.2022地球与空间1111.04.2022地球与空间1211.04.2022地球与空间13

5、天天球球的的透透视视11.04.2022地球与空间14天球的特性天球的特性天球的特性天球的特性: :具有正球体的一切几何性质。具有正球体的一切几何性质。具有正球体的一切几何性质。具有正球体的一切几何性质。 一切天体都可以投影在天球上一切天体都可以投影在天球上一切天体都可以投影在天球上一切天体都可以投影在天球上, , 天体之间的距离用角度表示。天体之间的距离用角度表示。天体之间的距离用角度表示。天体之间的距离用角度表示。球心可以根据讨论需要任意选定。球心可以根据讨论需要任意选定。球心可以根据讨论需要任意选定。球心可以根据讨论需要任意选定。 （日心天球、地心天球、地面天球）（日心天球、地心天球、地

6、面天球）（日心天球、地心天球、地面天球）（日心天球、地心天球、地面天球） 同向平行射线交于天球上的一点。同向平行射线交于天球上的一点。同向平行射线交于天球上的一点。同向平行射线交于天球上的一点。 地心天球和地面天球天球每日自东向西视运动一周。地心天球和地面天球天球每日自东向西视运动一周。地心天球和地面天球天球每日自东向西视运动一周。地心天球和地面天球天球每日自东向西视运动一周。 天球天球天球天球 11.04.2022地球与空间15同向平行射线交于天球上的一点：平行线永远不相交或在无穷同向平行射线交于天球上的一点：平行线永远不相交或在无穷同向平行射线交于天球上的一点：平行线永远不相交或在无穷同向

7、平行射线交于天球上的一点：平行线永远不相交或在无穷远处相交事实上是一回事，因为天球上的点都是无穷远的。形远处相交事实上是一回事，因为天球上的点都是无穷远的。形远处相交事实上是一回事，因为天球上的点都是无穷远的。形远处相交事实上是一回事，因为天球上的点都是无穷远的。形象的比喻：远处的铁道看起来是两条线联结为一个点。象的比喻：远处的铁道看起来是两条线联结为一个点。象的比喻：远处的铁道看起来是两条线联结为一个点。象的比喻：远处的铁道看起来是两条线联结为一个点。11.04.2022地球与空间16l3.天球上的天体l天体是指宇宙空间的物质的存在形式。天体的集聚，从而形成了各种天文状态的研究对象。l如在太

8、阳系中的太阳、行星、卫星、小行星、彗星、流星、行星际物质，银河系中的恒星、星团、星云、星际物质，以及河外星系、星系团、超星系团、星系际物质等。通过射电探测手段和空间探测手段所发现的红外源、紫外源 、射电源、X射线源和射线源，也都是天体。l人类发射进太空的人造卫星、宇宙飞船、空间实验室、各种探测器则被称为人造天体。11.04.2022地球与空间17l主要天体：主要天体：l恒星恒星l行星行星l卫星卫星l彗星彗星l流星体流星体l星云和星系（深空天体）星云和星系（深空天体）l星际物质星际物质l人造天体人造天体l暗物质暗物质 恒星并非不动；恒星并非不动；由炽热的气体组成的仅是由炽热的气体组成的仅是恒星的

9、大气，恒星内部不一恒星的大气，恒星内部不一定都有气体组成；定都有气体组成； 自身发光只是恒星演化史自身发光只是恒星演化史上某一阶段的现象上某一阶段的现象 指天空上除太阳系天体指天空上除太阳系天体（如行星、彗星或小行星）（如行星、彗星或小行星）或恒星天体之外，用肉眼或恒星天体之外，用肉眼难以见到，但用探测器可难以见到，但用探测器可获悉的弱暗星系等天体获悉的弱暗星系等天体（如（如M31等）等）11.04.2022地球与空间18天体的颜色不尽相同。天体的亮度与视星等亮度是地球上的受光强度，通常用视星等表示。星等值越大亮度越 小，星等值越小亮度越大。星等是天文学上对星星明暗程度的一种表示方法，记为 m

10、。通俗的说法是星星的等级。 11.04.2022地球与空间19l人们根据恒星的亮暗程度，把恒星划分了不同的等级，这个等级就叫做视星等。星等数越小，说明星越亮，星等数每相差 1，星的亮度大约相差 2.512 倍。1 等星的亮度恰好是 6 等星的 100 倍。l例如，太阳是 26.7 等，满月的亮度是 12.6 等，金星最亮时可达 4.4 等。太阳是-26.74等。11.04.2022地球与空间20星的等级越低，星数就越多。星的等级越低，星数就越多。人们把肉眼能够看到的星分为六等。人们把肉眼能够看到的星分为六等。一等星大约有21颗，二等星大约有60颗，三等星大约有180颗，四等星大约有500颗，五

11、等星大约有1500颗，六等星大约有4500颗。星等每星等每降低一降低一等，星等，星数约增数约增加加3倍。倍。11.04.2022地球与空间21l我们把肉眼能够看到的最暗的星设定是 6 等星（6m 星）。天空中亮度在 6 等以上（即星等数小于 6）也就是可以看到的星有 6000 多颗。当然，同一时刻我们只能看到半个天球上的星星，即 3000 多颗。而当今世界上最大的天文望远镜能看到暗至 24m 的天体，而哈勃望远镜能拍摄得到的最暗星等达 30m。11.04.2022地球与空间22l恒星的真正亮度还可用光度表示。光度就是恒星每秒钟辐射的总能量。 l恒星的光度与绝对星等之间存在着密切的关系。绝对星等

12、相差 1 等，光度相差 2.512 倍。例如绝对星等 1 等星的光度是绝对星等 2 等星的光度的 2.512 倍，是绝对星等 6 等星的 100 倍。这和星等与视亮度之间的关系是类似的。l恒星之间的光度差别非常大。以太阳为标准来比较，织女星的绝对星等是 0.5 等，它的光度是太阳的 50 倍。超巨星“天津四”的绝对星等大约是7.2 等，其光度比太阳强五万多倍。还有一颗在星空中极不起眼的天蝎座“尾宿三” ，视星等只有 4.7 等，但它的绝对星等是 10.2 等，它的光度几乎是太阳光度的 150180 万倍。光度超过太阳的 100 万倍的恒星比比皆是 11.04.2022地球与空间23l4.天体在

13、天球上的运动11.04.2022地球与空间24二、天体在天球上的位置和运动二、天体在天球上的位置和运动1 1、恒星间相对位置、恒星间相对位置 “恒定恒定”2 2、周日视运动、周日视运动地球自转的反映地球自转的反映3 3、周年视运动、周年视运动地球公转的结果地球公转的结果11.04.2022地球与空间251、恒星间相对位置、恒星间相对位置 “恒定恒定”星空形象的稳定性星空形象的稳定性恒星间相对位置恒星间相对位置“恒定恒定”11.04.2022地球与空间26星座的划分星座的划分为了认星方便，人们用假想的线条将亮为了认星方便，人们用假想的线条将亮星连接起来，构成各种各样的图形，或星连接起来，构成各种

14、各样的图形，或人为地把星空分成若干区域，这些图形人为地把星空分成若干区域，这些图形连同它们所在的天空区域，中国称之星连同它们所在的天空区域，中国称之星官，西方叫做星座。官，西方叫做星座。11.04.2022地球与空间27中国古代把可见天空分为中国古代把可见天空分为 三垣四象二十八宿三垣四象二十八宿三垣：三垣：北天极及附近的三个较大天区北天极及附近的三个较大天区 紫微垣紫微垣（中垣）天北极周围天区（中垣）天北极周围天区 太微垣太微垣（上垣）包括紫微垣与二十八宿之间（上垣）包括紫微垣与二十八宿之间 的狮子座、后发座、室女座、猎犬座等的狮子座、后发座、室女座、猎犬座等天区。天区。 天市垣天市垣（下垣

15、）包括蛇夫座、巨蛇座、（下垣）包括蛇夫座、巨蛇座、 天鹰座、武仙座、北冕座等天区。天鹰座、武仙座、北冕座等天区。11.04.2022地球与空间28二十八宿：二十八宿： 黄道附近的二十八个区域黄道附近的二十八个区域四象四象：将二十八宿分成四组，每组七宿，：将二十八宿分成四组，每组七宿， 分别与四个地平方位、四种颜色相匹配。分别与四个地平方位、四种颜色相匹配。东方苍龙东方苍龙，青色青色：角、亢、氐、房、心、尾、箕；：角、亢、氐、房、心、尾、箕；北方玄武北方玄武，黑色黑色：斗、牛、女、虚、危、室、壁；：斗、牛、女、虚、危、室、壁；西方白虎，西方白虎，白色：奎、娄、胃、昴、毕、觜、参；白色：奎、娄、胃

16、、昴、毕、觜、参；南方朱雀南方朱雀， 红色红色：井、鬼、柳、星、张、翼、轸；：井、鬼、柳、星、张、翼、轸； 二十八宿的范围有大有小，最大的为井宿，赤经跨度约二十八宿的范围有大有小，最大的为井宿，赤经跨度约为为330，而最小的觜宿和鬼宿，仅有，而最小的觜宿和鬼宿，仅有20 30 。11.04.2022地球与空间29国际通行的星空区划国际通行的星空区划 88 88个星座个星座88个星座的确定：个星座的确定： 19281928年，国际天文联合会正式公布了年，国际天文联合会正式公布了8888个个星座，并规定以星座，并规定以18751875年的春分点和赤道为基准年的春分点和赤道为基准的赤经线和赤纬线作为划分星座范围的界限。的赤经线和赤纬线作为划分星座范围的界限。（其中北天（其中北天2929个，黄道个，黄道1212个，南天个，南天4747个。）个。） 星座大小相差悬殊，所含星数也各不相同，星座大小相差悬殊，所含星数也各不相同，同一星座的星无任何物理联系同一星座的星无任何物理联系。11.04.2022地球与空间30汉语名汉语名 面积面积亮于亮于6 6等的星等的星数数 汉语名汉语名 面积面积亮于亮于6