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1、电子课文第一章 地球在宇宙中第一节 天体和天体系统天体 在地球上，我们仰望苍穹，可以看到太阳、月球以及各式各样的星星，包括闪烁的恒星、明亮的行星和轮廓模糊的星云。有时候，我们还可以看到划破夜空的流星和拖着长尾的彗星。通过天文望远镜和其他空间探测手段，还可以观测到更多的恒星和星云，环绕行星公转的卫星，以及存在于星际空间的气体和尘埃星际物质。所有这些，通称天体。它们都是宇宙间物质的存在形式。地球也是一个天体。在太空中运行的人造卫星、宇宙飞船、航天飞机、天空实验室等属于人造天体。天球 地球以外的天体，距离我们的远近，极其悬殊。但是，人们都有这样的直觉印象：日月星辰看上去似乎是一样遥远的。这就是说，一
2、切天体似乎都位于一个以观测者为球心的球面上。根据这样的印象，人们为了研究天体在天空中的位置和运动，引进了一个假想的圆球：它的球心就是观测者；它的半径是无穷大。这个圆球，叫做天球。地球以外的天体在天球上都有各自的投影。人们在说明天体位置和运动的时候，可以把天体的投影看成是它们本身。地球的自转轴无限延长，同天球球面相交于两点，这叫做天极，即南天极和北天极。地球赤道平面无限扩大，同天球相交的大圆，叫做天赤道。有了天极和天赤道，天球就可以有它自己的经线和纬线。人们说明天体在天球上投影的位置就方便了。恒星和星云 在各种天体之中，最基本的是恒星和星云。恒星是由炽热气体组成的，能自己发光的球状天体。它有很大
3、的质量。夜空里的点点繁星，差不多都是恒星。人们用肉眼可以看到的恒星，全天就有六千多颗。借助于天文望远镜，可看到几十万乃至几百万颗以上的恒星。太阳是距离我们地球最近的恒星，太阳光到达地球需要的时间为8分多钟。距离太阳最近的恒星，它的光到达地球约需4.2年的时间。这就是说，它同地球的距离约为4.2光年。光年是计量天体距离的一种单位。光的速度为每秒钟30万千米，光在一年中所走过的距离，约等于94 605亿千米，这叫做一光年。有些恒星远达几百、几千光年，现在能够探测到的最远天体，距离地球约为200亿光年。由于恒星距离我们十分遥远，在地球上看来，恒星之间的相对位置似乎是固定不变的，因此古代人把它们叫做恒
4、星。实际上，所有恒星都在不停地运动和变化中。例如，我们所熟悉的北斗七星，现在看起来排列得像勺子的形状。但是，在十万年以前和十万年以后，形状却跟现在不一样。这是因为北斗七星各成员运动的方向、速度不同所造成的。星云是由气体和尘埃物质组成的，呈云雾状外表的天体。同恒星相比，星云具有质量大、体积大、密度小的特点。一个普通星云的质量至少相当于上千个太阳，半径大约为10光年。星云的物质密度十分稀薄，主要成分是氢。星座 人们为了便于认识恒星，把天球分成若干区域，这些区域称为星座。每个星座中的恒星，人们曾把它们联成各种不同的图形。我们根据这些图形，就能辨认不同的星座以及星座中的恒星。按照国际上的规定，全天分成
5、88个星座。上述北斗七星就是大熊星座的主要部分。在星空中，人们可以看到，在北天极的周围，有大熊、小熊和仙后三个星座。大熊星座和小熊星座的主要恒星都是七颗，排列成勺子的形状。仙后星座有五颗亮星，它们排列成W的形状。在北半球的中高纬度，这三个星座都是终年可见的。在北半球的中纬度，九月初的21时左右，天顶附近有天琴座（其中有织女星）、天鹅座和天鹰座（其中有牛郎星）。天体系统 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，而形成天体系统。天体系统有不同的级别。月亮和地球构成地月系。地月系的中心天体是地球，月球围绕地球公转。地球和其他行星都围绕太阳公转，它们和太阳构成高一级的天体系统。这个以
6、太阳为中心的天体系统，称为太阳系。太阳系又是更高一级天体系统银河系的极微小部分。银河系中像太阳这样的恒星就有2 000多亿颗。银河系主体部分的直径达7万光年。在银河系以外，人们又观测到大约10亿个同银河系类似的天体系统，我们把它们叫做河外星系，简称星系。目前，天文学上把银河系和现在所能观测到的河外星系，合起来叫做总星系。它是现在所知道的最高一级天体系统，也是目前人们所能观测到的宇宙部分。至于总星系以外是什么样子，随着科学技术的发展，空间探测手段的进步，人们对宇宙的认识将会不断扩大和深入。 问题和练习 1宇宙中有哪些不同的天体？我们平时用肉眼曾看到过哪些不同的天体？2把天体系统的层次，用简表形式
7、表示出来。3晴天的夜晚，在天空中找出大熊星座、仙后星座、北极星、牛郎星和织女星（参看北半球中纬度九月星空图）。第二节 太阳和太阳系 一 太阳 太阳概况 在宇宙中，太阳只是一颗普通的恒星。但是，对地球来说，这颗恒星太重要了。没有它，地球上的生命就不会存在。太阳的光和热是人类赖以生存和活动的源泉。地球上的许多自然现象，都同太阳息息相关。太阳与地球之间的平均距离约为1.5亿千米。太阳的半径约为700 000千米，是地球半径的109倍多。太阳的体积约为地球体积的130万倍。太阳同所有的恒星一样，是由炽热的气体构成的，主要成分为氢和氦。它的平均密度比地球小得多，是地球平均密度的14。这些炽热的气体，为什
8、么不会向四面八方飞散逃逸呢？那是因为太阳的质量太大，用它本身强大的引力，把气体给吸引住了。太阳的质量相当于地球质量的33万多倍。太阳表面的重力加速度为地球表面重力加速度的28倍。太阳外部结构 我们能直接观测到的太阳，是太阳的大气层。它从里到外分为光球、色球和日冕三层：（一）光球 我们看到的像圆盘一样、明亮发光的太阳表面，叫做“光球”。它是太阳外部很薄的一层，厚度大约只有500千米，表面温度约为6 000K。太阳光基本上都从这一层发出。光球表面有一些黑斑点，叫做太阳“黑子”。黑子实际上并不黑，只是因为它的温度比光球的表面温度大约低1500度左右，在明亮光球的衬托下，它才显得阴暗一些。根据长期观察
9、和纪录，发现太阳黑子有的年份多，有的年份少。我们把黑子最多的年份，叫做太阳活动极大年，最少的年份叫做太阳活动极小年。前一次活动极大年到再次出现活动极大年的平均周期约为11年。（二）色球 在光球的外面，有一层呈玫瑰色的太阳大气。这一层叫做色球层。它的厚度约几千千米，气体稀薄，所发出的可见光，不及光球的千分之一。因此，只有在日全食时（或用特殊望远镜）才被人们看到。色球的温度自里向外由四、五千度升高到几万度。色球层当中，有时会向外猛烈地喷出高达几万千米至几十万千米的红色火焰，这叫日珥。色球层的某些区域，在短时间内有突然增亮的现象。这种现象，叫做耀斑，又叫太阳色球爆发。耀斑的周期也是11年，常随黑子群
10、的增多而增多。耀斑和黑子都是太阳活动的主要标志。耀斑所发出的能量极大，在几分钟的短暂时间内，它能发出相当于100亿颗百万吨级氢弹的能量，把很强的无线电波，大量的紫外线、X射线、射线射出，把氢原子分解为高能带电粒子抛出，使它们能逃离太阳表面，并能到达地球。（三）日冕 在色球层的外面还包围着一层很稀薄的、完全电离的气体层。这一层叫做日冕。它从色球层边缘向外延伸到几个太阳半径处，甚至更远。它的亮度仅为光球的百万分之一，也只有在日全食时或用特制的日冕仪才能看到。日冕内部的温度高达100万度，日冕离太阳表面较远，受到的引力较小，它的高温使高能带电粒子向外运动。这种粒子流运动的速度很高，每秒达350千米以
11、上，不断地飞逸到行星际空间，好像是从太阳吹出来的一股“风”，所以叫做“太阳风”。太阳活动频繁时，太阳风的强度和速度都变大。太阳活动对地球的影响 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那里的高空大气层，被地球磁场捕获，同稀薄大气相碰撞而产生的。太阳能量的来源 炽热的太阳，它中心的温度高达1500万度，压力极大，有2.510
12、16帕。在这样高温、高压条件下，产生核聚变反应，即四个氢原子核聚变为一个氦原子核。在这个核聚变过程中，太阳要损耗一些质量而释放出大量的能。使太阳发光的就是这种能量。太阳每秒钟由于核聚变而损耗的质量，大约为400万吨。按照这样的消耗速度，太阳在50亿年的漫长时间中，只消耗了0.03的质量。据估计，太阳的寿命（即稳定时期）可达100亿年，目前它正处于稳定而旺盛的中年时期。 二 太阳系及其成员 太阳系 太阳系是由太阳、行星及其卫星、小行星、彗星、流星体和行星际物质构成的天体系统，太阳是太阳系的中心天体，它的质量占太阳系总质量的99.86。太阳系中，其他的天体都在太阳的引力作用下，绕太阳公转。太阳系的
13、成员 太阳系的成员除了太阳以外，还有以下几类成员：（一）行星和小行星 行星是在椭圆轨道上环绕太阳运行的、近似球形的天体，并且质量比太阳小得多，本身不发射可见光，它以表面反射太阳光而发亮。目前已知太阳系有九大行星。按照它们同太阳的距离，由近及远，依次为水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星和冥王星。在以恒星组成的各个星座的天空背景上，行星有明显的相对移动。我们用肉眼可以看到的行星是：水星、金星、火星、木星和土星。另外的三颗行星：天王星、海王星和冥王星，要用较大的望远镜才能看到。在火星轨道和木星轨道之间，太阳系还有一个小行星带。这一带有成千上万颗小行星，像九大行星一样绕太阳公转。不过，
14、它们的质量都很小。最大的直径只有1000千米；小的直径还不到1千米。（二）卫星 卫星是围绕行星运行的天体，质量都不大。月球是地球的卫星。太阳系的九大行星，除了水星和金星以外，都有卫星绕转。根据现在探测所知，九大行星有60多颗卫星。土星的卫星最多，有20多颗。（三）彗星 彗星是在扁长轨道上绕太阳运行的一种质量很小的天体，呈云雾状的独特外貌。彗星的主要部分是彗核，一般认为它是由冰物质组成的。当彗星接近太阳的时候，彗核中的冰物质升华而成气体，因而在它的周围形成云雾状的彗发。彗发中的气体和微尘，被太阳风推斥，在背向太阳的一面形成一条很长的彗尾。彗尾一般长几千万千米，最长可达几亿千米。彗星远离太阳时，彗
15、尾就逐渐缩短，直至消失。彗尾形状像扫帚，所以彗星俗称扫帚星。人们已发现绕太阳运行的彗星有1600多颗。著名的哈雷彗星，绕太阳运行一周的时间为76年。1985年1986年，在地球上人们曾观察到哈雷彗星的回归。（四）流星体 流星体是行星际空间的尘粒和固体小块，数量众多。沿同一轨道绕太阳运行的大群流星体，称为流星群。闯入地球大气圈的流星体，因同大气摩擦燃烧而产生的光迹，划过长空，叫做流星现象。未烧尽的流星体降落到地面，叫做陨星。其中石质陨星叫做陨石；铁质陨星叫做陨铁。（五）行星际物质 太阳系除了上述的天体以外，广大的行星际空间虽然空空荡荡，但是并非真空，其中分布着极其稀薄的气体和极少量的尘埃。这些叫
16、做行星际物质。九大行星的运动特征和结构特征 九大行星绕日公转有共面性、同向性和近圆性的特征。共面性是指九大行星绕日公转的轨道面，几乎在同一平面上。我们把地球公转轨道在天球上的投影，叫做黄道。它的轨道面叫做黄道面。各大行星的轨道面与黄道面之间的夹角（叫轨道倾角）都很小，只有水星和冥王星的稍大一些，最大也不过17。同向性 是指它们公转的方向都与地球的公转方向相同。近圆性 是指它们的公转轨道同圆相当接近。大多数行星公转轨道椭圆的偏心率不超过0.1，只有水星和冥王星较大，分别为0.21和0.25。九大行星按其质量、大小、化学组成等结构特征，可以分为三类：第一类是类地行星，即与地球相类似的行星，包括水星、金星、地球和火星。它们
