第二章地球的宇宙环境恒星和星系

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1、第二章 地球的宇宙环境恒星和星系恒星星系太阳和太阳系太阳太阳系月球和地月系月球地月系EastChinaNormalUniversity第三节 恒星和星系q天文学的研究对象：天文学的研究对象是天体。它研究天体的位置和运动、研究它们的化学组成、物理状态和过程，研究它们的结构和演化规律，研究如何利用关于天体的知识造福人类。四方上下曰宇，往古来今曰宙。（战国尸子） 空间 时间天文学概说q学科体系v按研究方法分天体测量学：研究和测定各类天体的位置和运动，建立天球参考系等。天体力学：研究天体的空间运动规律。天体物理学：研究天体的引力场、磁场、辐射等现象和规律。v按观测手段分光学天文学 射电天文学红外天文学

2、 空间天文学q作用v为人类提供准确的时间，为测绘、航空、航海服务；v天体力学知识提供了人造卫星轨道计算方法，促进航天技术的发展；v天体物理学研究并预报太阳活动的变化规律，对人类有重大意义；v在探索宇宙奥秘，发现自然规律等基本理论研究方面也占有重要地位。EastChinaNormalUniversity图2-1 恒星的空间速度及其两个分量：视向速度和切向速度（自行）。恒星一、 恒星及其自行q定义：由炽热气体组成的、能够自身发光的球形或类似球形的天体。q恒星空间速度的两个分量：视向速度和切向速度q恒星自行恒星的自行速度，一般都小于每年0.1，迄今只发现有400余颗恒星的自行超过每年1。图2-2 北

3、斗七星的自行及形状变化EastChinaNormalUniversity二、恒星的亮度与光度q恒星的发光v恒星演化史上某个阶段的现象；v要有巨大的质量。v发光强度、体积、距离v表示单位：星等（星等越小，亮度越大）v亮度视星等mv光度绝对星等Mq恒星的亮度和视星等v亮度：是指地球上的受光强度或恒星的明暗程度。v星等：星等相差1等，亮度相差2.512倍。R5=100，5lgR=2, lgR=0.4, R=2.512星等有零和负值，数字越小，亮度越大。星等以等差级数增大，亮度以等比级数递减。例：太阳的亮度-26.74等，是一等星亮度的(2.512)27.74=1300亿倍。EastChinaNorm

4、alUniversityv假设有两个恒星,其亮度为E和E0，星等为m和m0。则：E/E0=2.512m0-m（2-1）两边取对数,且有lg2.512=0.4，得：lgE0-lgE=0.4(m-m0)m-m0=2.5(lgE0-lgE)（2-2）如果取零等星(m0=0)的亮度E0=1，则m=-2.5lgE（2-3）v普森公式，根据恒星的亮度E推算星等m。图2-3 光源的视亮度与其距离的平方成反比，距离增加1倍，亮度便减为1/4EastChinaNormalUniversityv亮度与距离的平方反比律EastChinaNormalUniversityq光度和绝对星等v标准距离10秒差距下的恒星亮度

5、称绝对亮度，其星等称绝对星等。v视星等、绝对星等和天体距离的关系设EM表示绝对亮度，Em表示视亮度，由公式(2-1)得： EM/Em=2.512(m-M)恒星亮度与距离平方成反比，如以秒差距为单位，则：EM/Em=d2/102d2/102=2.512(m-M)EastChinaNormalUniversity两边取对数，且有lg2.512=0.4，则：2lgd-2=0.4(m-M)m-M=5lgd-5M=m+5-5lgd（2-4）只要测定恒星的绝对星等，便可求知该星的距离。EastChinaNormalUniversityEastChinaNormalUniversity三、恒星的发光和光谱q

6、恒星的发光v恒星演化史上某个阶段的现象；v要有巨大的质量。q恒星的光谱v恒星的光谱反映恒星温度的高低；v光谱中的吸收线和发射线反映恒星化学组成(化学组成大同小异,主要成分是氢)。v恒星光谱型 按温度递减的顺序分为七类恒星的周年视差：恒星的周年视差：当日地连线（即地球轨道半径）同星地连线相垂直时（这种情况每年有二次），同一恒星的视差位移达到极大值。这个极大值被称为该恒星的周年视差，或简称年视差。四、恒星的距离恒星视差q视差测距原理q恒星视差q恒星的距离： q秒差距v秒差距：1时的距离v若以秒差距为长度单位，则恒星的周年视差与距离成反比；恒星年视差的角秒值，与恒星距离的秒差距互为倒数：D。q天文学

7、常用的距离单位 天文单位，光年，秒差距v1天文单位=1.496108公里v1光年9.461012公里63240天文单位v1秒差距=206265天文单位=3.26光年EastChinaNormalUniversity五、 恒星的多样性q单星，双星，星团q变星，新星，超新星q巨星，超巨星，白矮星q脉冲星，中子星光谱-光度图通常也叫赫罗图。它以恒星的光谱型（或温度）为横坐标，以它的光度（或绝对星等）为纵坐标，每颗恒星按照各自的光谱型和光度，在图上占有一定的位置。太阳位于主星序的中部，可见它是一颗很典型的恒星。图2-4 光谱-光度图图2-5 恒星大小的比较EastChinaNormalUniversi

8、ty六、 恒星的演化 现代天体物理学最大的成就之一就是基本上说明了恒星演化和元素演化两个重要问题。发生发生 发展发展 衰亡衰亡 转化转化EastChinaNormalUniversityEastChinaNormalUniversityq恒星是由星云凝聚而成。弥漫星云在自引力的作用下，收缩成比较密集的气体引力势能转化为热能，内部温度升高并辐射能量向赫罗图上某个主序位置移动。质量愈大，收缩愈快，达到主序的位置愈高（温度高，光度大）。EastChinaNormalUniversityq恒星“移到”主序后，内部温度高到足以发生热核反应的程度热核反应代替引力收缩成为主要能源温度升高，热运动加快，恒星膨

9、胀，排斥力足以同引力相抗衡恒星停止收缩，长期稳定依靠热核反应进行辐射。q一颗恒星在主序中的时间，占去其“生命” 的大半辈子；且在主序上逗留的时间，取决于其质量的大小质量愈大,引力愈强它必须维持较高的温度和较久的辐射功率以与引力收缩抗衡它的氢燃料消耗更快，寿命更短。EastChinaNormalUniversityq热核反应是在恒星的中心区域进行的，那里的氢核燃料最先燃尽，逐渐形成一个由氦组成的核，停止释放能量。氢燃料的逐渐枯竭，是恒星在结构上逐渐发生变化的前奏。q随着氦核的不断增大，其引力收缩急剧增强，并释放大量能量。结果，恒星的核心收缩（变得愈来愈致密和炽热），外层膨胀（温度降低而光度增大）

10、，成为一个非常巨大的具有“热”核的“冷”星。从而恒星离开主星序，进入红巨星区域生命的“晚年”。EastChinaNormalUniversityq在红巨星阶段，恒星的演化速度大大加快。中心区域的温度和密度因收缩而继续升高，到1亿摄氏度时开始进行由氦核聚为碳核的新一轮热核反应；氦烧完后，温度继续因收缩而升高，原子核再聚变产生更重的元素能量有限，到了“垂暮之年”，一旦核反应终止，对引力的抗衡全线崩溃自行坍塌。EastChinaNormalUniversityq红巨星收缩时，核心部分收缩最猛烈，外部处在较弱的引力下。核心温度因猛烈收缩而急剧上升，由此掀起的热浪会把外层气壳抛掉，剩下一颗致密和炽热的白

11、矮星以后逐渐变冷，变成又小又暗的黑矮星终其一生。EastChinaNormalUniversityq并非所有恒星都经历如此“平静”的演化道路。q那些质量和体积特别巨大的恒星，演化的最后阶段会发生爆炸超新星爆发。如留下“残骸”的质量足够大（1.43.2倍太阳质量），便会“一落千丈”地坍塌为中子星（于1967年发现，1978年发现了300颗以上）。超过这个限度，甚至连核力也将在引力前面低下头来，中子也会崩塌，形成所谓黑洞。q恒星在引力作用下“诞生”，也在引力作用下“死亡”。EastChinaNormalUniversityq恒星在核能耗尽后，如质量仍超过2倍的太阳质量，则平衡态不再存在，星体将无限

12、收缩。连核力也将在引力作用前面低下头来，中子也会坍塌，形成所谓的“黑洞”。q目前没有密度大于1015克/厘米3的物质的实验数据，无法推测星体的具体结构，但根据理论可以推断：星体的半径将愈来愈小，密度将愈来愈大，终于达到临界点引力之大足以使一切粒子、包括光子，都不能外逸，因而谓之黑洞。EastChinaNormalUniversity星系一、银河与银河系q同一事物的两个不同现象v银河系是以银河命名的星系（形似圆盘）；v银河是银河系主体在天球上的投影（环天光带）。q银河系总质量：大约是太阳质量的1400亿倍；v星数：12千亿颗。EastChinaNormalUniversityq银河系结构v银河系

13、主体：圆盘体（直径约8万光年）和银晕；v圆盘体：核球和银盘；v核球中心：银核；v银核中心：银心。图2-6银河系结构俯视图：图中十字符号代表银心；三条短黄线是太阳附近的三条旋臂图2-7银河系结构侧视图图中红点代表太阳）EastChinaNormalUniversityEastChinaNormalUniversity二、太阳在银河系中的位置和运动q位于银道面附近。银河为周天的环带。太阳在银河系内偏距银盘的一侧，向银心所在方向，太阳距银盘边缘约6.4万光年；向银心相反方向，太阳距银盘边缘约1.6万光年。太阳在银河系中的的运动v相对于银心的旋转，其速度为250km/s，绕转周期为2.5亿年；v相对于

14、邻近恒星的运动：太阳系以20km/s的速度向武仙座方向（近织女星）前进，此方向所指的点谓之奔赴点。三、 河外星系q 河外星系q 星系群q 星系团q 总星系EastChinaNormalUniversityq天体系统层次天体系统层次总星系（宇宙）超星系团本超星系团星系群、星系团本星系群河外星系银河系太阳系其它恒星系四、宇宙四、宇宙EastChinaNormalUniversityq科学宇宙：指总星系v时间上有起源、空间上有边界；v大爆炸宇宙学：在宇宙膨胀理论的基础上发展起来。EastChinaNormalUniversityq哲学宇宙v宇宙无限；v空间无限：无边无际（无边界，形状和中心）；v时间

15、无尽：无始无终（无起源，年龄和寿命）。EastChinaNormalUniversityq大爆炸宇宙学（1929年）（Big-bangcosmology）：在宇宙膨胀理论的基础上发展起来。v主要观点：宇宙有一段由热到冷的演化史。在这个时期里，宇宙体系并不是静止的。而是在不断地膨胀，使物质密度从密到稀地演化。这一从热到冷，丛密到稀的过程如同一次规模巨大的爆发。EastChinaNormalUniversityv大爆炸的整个过程：在宇宙的早期，温度极高，在100亿度以上。物质密度也相当大，整个宇宙体系达到平衡。宇宙间只有中子、质子、电子、光子和中微子等一些基本粒子形态的物质。EastChinaNo

16、rmalUniversity但因为整个体系在不断膨胀，结果温度在不断下降。当温度降到10亿度左右时，中子开始失去自由存在的条件，它要么发生衰变，要么与质子结合成重氢、氦等元素。化学元素就是从这一时期开始形成的。温度进一步下降到100万度后，早期形成化学元素的过程结束。EastChinaNormalUniversity这时，宇宙间的主要物质是质子、电子、光子和一些比较轻的原子核。当温度下降到几千度时，辐射减退，宇宙间主要是气态物质，气体逐渐凝聚成气云，再进一步形成各种各样的恒星体系，成为我们今天看到的宇宙。EastChinaNormalUniversityv大爆炸模型能统一地解释以下几个观测事实

17、：大爆炸理论主张所有恒星都是在温度下降后产生的，因而任何天体的年龄都应比温度下降至今天这一段时间为短，即应小于200亿年。各种天体年龄的测量证明了这一点。 注：2003年2月份，美国国家航空航天局曾向全世界公布他们有关宇宙年龄的研究成果。根据其公布的资料显示，宇宙年龄应该为137亿岁。2003年11月份，国际天体物理学研究小组宣称，宇宙的确切年龄应该是141亿岁。地球的形成大约是距今45亿年。 EastChinaNormalUniversity观测到河外天体有系统性的谱线位移，而且红移与距离大体呈正比。如果用多普勒效应来解释、那么红移就是宇宙膨胀的反映。在各种不同天体上，氦丰度相当大，而且大都

18、是30%。用恒星核反应机制不足以说明为什么有如此多的氦。而根据大爆炸理论，早期温度产生很高，产生氦的效率也很高，则可以说明这一事实。EastChinaNormalUniversity根据宇宙膨胀速度，以及氦丰度等，可以具体计算宇宙每一具体历史时期的温度。大爆炸理论的创始人之一的伽莫夫曾预言，今天的宇宙已经很冷，只有绝对温度几度。1965年，在微波波段上，果然探测到具有热辐射谱的微波背景辐射，温度约3K。 上述观测事实无论在定性上还是在定量上都同大爆炸理论的预言相符。但是，在星系的起源和各向同性分布等方面，大爆炸宇宙学还存在着一些未解决的困难问题。EastChinaNormalUniversit

19、y五、 天文新发现 20世纪60年代天文学的“四大发现”： 类星体、3K微波背景辐射、中子星、星际有机分子EastChinaNormalUniversity第四节太阳和太阳系太阳一、太阳的距离、大小和质量q日地平均距离：1.496108km（即天文单位）q大小：半径约700000km（为地球半径的109倍）q表面积：地球表面积的12000倍q体积：地球体积的1300000倍q质量：1.9891030kg（约为地球质量的33万倍）EastChinaNormalUniversity二、 太阳的热能、温度和热源q太阳热能v太阳常数：8.16J/(cm2min)；v平均距离，太阳直射，大气界外；v太阳

20、辐射总量：3.8261026J/s；v地球所得：1.741017J/s（占22亿分之一）。图2-8推测出的太阳结构与剖面示意图EastChinaNormalUniversityq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EastChinaNormalUniversityq太阳温度v根据太阳辐射热量推算的温度称有效温度；v根据太阳辐射光谱测定的温度称辐射温度；v太阳光球温度：5770K；v太阳中心温度：15000000K；v色球温度：100000K；v日冕温度：1500000K。EastChinaNormalUniversityq太阳热源v产热

21、过程：热核反应（氢核聚变为氦核）；v产热方式：质量转化为能量；v产能中心：在太阳核心。EastChinaNormalUniversity四、太阳活动：太阳大气各种变化的总称（太阳“天气变化”）q黑子：扰动太阳的明显标志。q耀斑：扰动太阳的主要标志，对地球的影响最强烈。q磁暴：电离层干扰。产生极光。光球光球 色球色球 日冕日冕 厚度厚度（kmkm） 约约500500约约20002000从色球顶部延伸至几十从色球顶部延伸至几十（7070）个太阳半径处）个太阳半径处内冕：色球顶部到内冕：色球顶部到0.30.3太阳太阳半径处半径处外冕外冕 温温 度度 6800K6800K（底部）（底部）4500K45

22、00K（顶部）（顶部） 4500K4500K1212万万K(K(顶顶部部) )可达可达100100万度万度 颜颜 色色 黄色黄色 玫瑰红玫瑰红 白色白色 密度密度(g/cm(g/cm3 3） 210210-7-7310310-8-8（稀薄）（稀薄）1010-8-81010-11-11 约约1010-15-15，接近真空，接近真空 外部结构（太阳大气）光球光球 色球色球 日冕日冕 主要主要特征特征 米粒组织（直径米粒组织（直径300km300km到到1000km1000km之间）之间）黑子：具有强磁场的旋黑子：具有强磁场的旋涡，温度低于光球涡，温度低于光球光斑：温度高于光球光斑：温度高于光球临边

23、昏暗临边昏暗连续光谱源连续光谱源 针状物（很亮针状物（很亮的气体组成的的气体组成的射流，射流，“ “燃烧燃烧的草原的草原” ”）日珥闪光光谱日珥闪光光谱（色球光谱）（色球光谱）谱斑耀斑谱斑耀斑冕洞：日冕冕洞：日冕上的暗黑区上的暗黑区域太阳风：域太阳风：从太阳射出从太阳射出的高能粒子的高能粒子流流备注备注 1111年的周期年的周期日全食时观测日全食时观测色球望远镜观色球望远镜观测测日全食时观日全食时观测。日冕仪测。日冕仪（人造日全（人造日全食）食）米粒组织太阳黑子太阳黑子日珥日珥太阳系太阳系是由中心天体太阳及其巨大引力作用下，环绕太阳运行的行星、卫星、小行星、彗星、流星体和行星际物质所组成的天体

24、系统。一、太阳系的发现 地心说日心说EastChinaNormalUniversity图2-9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EastChinaNormalUniversityq开普勒行星运动定律v第一定律（轨道定律）：行星轨道都是椭圆；太阳位于椭圆的焦点之一；v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；v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/a23EastChinaNormalUniversity图2-10开普勒第二定律：面速度不变v第一牛顿用万有引力定律，修正了第三定律

25、：T12(M+m1)/T22(M+m2)=a13/a23T1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）EastChinaNormalUniversityv开普勒认为，行星单纯绕太阳中心运动；v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。v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；v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。EastChinaNormalUniversity二、 太阳系的组成q八大行星v水星，金星，地球，火星，土星，天王星，海王

26、星。q其他成分v小行星，卫星，彗星，流星体等。q关于太阳系内行星、矮行星、小天体的最新定义：关于太阳系内行星、矮行星、小天体的最新定义：vv行星行星行星行星：成员包括水星、金星、地球、火星、木星、土：成员包括水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星。星、天王星和海王星。定义：围绕太阳运转，自身引力足以克服其刚体力而定义：围绕太阳运转，自身引力足以克服其刚体力而使天体呈圆球状，并且能够清除其轨道附近其他物体使天体呈圆球状，并且能够清除其轨道附近其他物体的天体。的天体。vv矮行星矮行星矮行星矮行星：成员包括冥王星和谷神星等。：成员包括冥王星和谷神星等。定义：与行星同样具有足够的质量，呈圆

27、球状，但不定义：与行星同样具有足够的质量，呈圆球状，但不能清除其轨道附近其他物体的天体。能清除其轨道附近其他物体的天体。vv太阳系小天体太阳系小天体太阳系小天体太阳系小天体定义：围绕太阳运转但不符合行星和矮行星条件的物定义：围绕太阳运转但不符合行星和矮行星条件的物体。体。EastChinaNormalUniversity三、行星q按照轨道位置划分v以地球为界分为地内行星和地外行星；v以小行星带为界分为内行星和外行星。q按物理性质划分v类地行星和类木行星：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

28、大，平均密度低，以轻物质为主，温度低。q八大行星的轨道EastChinaNormalUniversity图2-11行星的轨道大小水星水星Mercury水星绕太阳一周只需87.969个地球日，而它自转一圈为58.6462个地球日。它的地表温度最高为610k，最低为零下150k。金星金星Venus金星和地球在大小、质量、密度和重量上非常相似。金星上没有海洋，它被厚厚的主要成份为二氧化金星上没有海洋，它被厚厚的主要成份为二氧化碳的大气所包围，一点水也没有。它的云层是由碳的大气所包围，一点水也没有。它的云层是由硫酸微滴组成的。在地表，它的大气压相当于在硫酸微滴组成的。在地表，它的大气压相当于在地球海平

29、面上的地球海平面上的9292倍。倍。 由于金星厚厚的二氧化碳大气层造成的由于金星厚厚的二氧化碳大气层造成的“ “温室温室效应效应” ”，金星地表的温度高达，金星地表的温度高达482482摄氏度左右。摄氏度左右。金星上的一天相当于地球上的金星上的一天相当于地球上的243243天，比它天，比它225225天天的一年还要长。的一年还要长。金星是自东向西自转的，这意味着在金星上，太金星是自东向西自转的，这意味着在金星上，太阳是西升东落的。阳是西升东落的。指指“ “启明星启明星” ”或或“ “长庚星长庚星” ”，它是目前为止天空，它是目前为止天空中最亮的星。中最亮的星。火星火星Mars火星是太阳系中与地

30、球最相似的一颗行星。它的体积比地球小，大气也比地球稀薄。 火星的体积比地球小，大气也比地球稀薄。大气压只有地火星的体积比地球小，大气也比地球稀薄。大气压只有地球的千分之七。主要成份是二氧化碳，其他成份还有氮、球的千分之七。主要成份是二氧化碳，其他成份还有氮、氩、氧等。氩、氧等。 水在火星大气中的比重只有百分之零点零三。因而火星表水在火星大气中的比重只有百分之零点零三。因而火星表面异常干燥。面异常干燥。 火星的平均气温为零下五十五摄氏度，而温差较大：在夏火星的平均气温为零下五十五摄氏度，而温差较大：在夏季的昼间，气温最高为二十摄氏度，而在冬季，气温则可季的昼间，气温最高为二十摄氏度，而在冬季，气

31、温则可低达零下一百多摄氏度。低达零下一百多摄氏度。 火星上经常有强风，因而常导致大范围的尘暴。火星上经常有强风，因而常导致大范围的尘暴。 虽然火星大气中的水少得可怜，但科学家们发现，火星上虽然火星大气中的水少得可怜，但科学家们发现，火星上的许多地区有被侵蚀的迹象，而且那纵横交错的河床似乎的许多地区有被侵蚀的迹象，而且那纵横交错的河床似乎在告诉我们，火星上曾经有过液态的水，而且水还很多，在告诉我们，火星上曾经有过液态的水，而且水还很多，它们聚集成大大小小的湖泊，甚至海洋。科学家们作出的它们聚集成大大小小的湖泊，甚至海洋。科学家们作出的解释是，在火星的形成初期，这个星球被厚厚的二氧化碳解释是，在火

32、星的形成初期，这个星球被厚厚的二氧化碳云层所包裹，导致了强大的云层所包裹，导致了强大的 温室效应温室效应 ，受太阳辐射后，受太阳辐射后，火星表面的热量被云层阻隔，无法散发到外层空间，使得火星表面的热量被云层阻隔，无法散发到外层空间，使得气温升高，使水能以液态存在。那时的火星温暖湿润，可气温升高，使水能以液态存在。那时的火星温暖湿润，可能孕育过生命。在火星的两极有大量的固态二氧化碳，科能孕育过生命。在火星的两极有大量的固态二氧化碳，科学家们猜测，在这些巨大的冰盖下面可能存在着固态的水。学家们猜测，在这些巨大的冰盖下面可能存在着固态的水。 木星木星Jupiter木星是太阳系木星是太阳系中最大的行星

33、。中最大的行星。质量是太阳系质量是太阳系中其它行星质中其它行星质量总合的两倍量总合的两倍多。它没有固多。它没有固体外壳，它是体外壳，它是一颗由液态氢一颗由液态氢组成的液态星组成的液态星球。球。 木星核是由铁木星核是由铁和硅组成的固和硅组成的固体核，温度高体核，温度高达达3000030000。液。液态的氢分子层态的氢分子层与液态的金属与液态的金属层合称为木星层合称为木星幔。外面是大幔。外面是大气层，厚度有气层，厚度有10001000千米，几千米，几乎全由氢和氦乎全由氢和氦构成。最引人构成。最引人注目的是位于注目的是位于木星南热带内木星南热带内的大红斑，它的大红斑，它呈蛋形，长呈蛋形，长40000

34、40000千米，宽千米，宽1400014000千米。千米。 土星土星Saturn土星是太阳系中唯一密度比水小的行星。是太阳系中卫星最多的大行星，23颗。天王星天王星Uranus天王星的赤道面与轨道面的倾角为9755以躺着的姿势绕太阳运动。天王星还有结构复杂的光环，它由至少20个亮环组成，亮环之间还夹杂着很多暗环。海王星海王星Neptune 海王星是一个狂海王星是一个狂风呼啸、乱云飞风呼啸、乱云飞渡、富有生气的渡、富有生气的世界。大气中有世界。大气中有许多湍急紊乱的许多湍急紊乱的气旋在翻滚。在气旋在翻滚。在海王星的南半球海王星的南半球有一个醒目的大有一个醒目的大黑斑，其形状、黑斑，其形状、相对位

35、置和行星相对位置和行星的大小比例竟与的大小比例竟与木星大红斑类似。木星大红斑类似。天文学家认为它天文学家认为它也是一个大气旋，也是一个大气旋，是令人惊心动魄是令人惊心动魄的风暴区。的风暴区。 四、四、矮行星矮行星 dwarfdwarfplanetplanet q定义：与行星同样具有足够质量、呈圆球形，但不能清除其轨道附近其他物体、且不是一颗卫星的天体则被称为矮行星。谷神星谷神星CeresCeres冥王星冥王星PlutoPluto 卡戎卡戎 CharonCharon“2003UB313”(“2003UB313”(昵称昵称“ “齐娜齐娜” ”) )冥王星冥王星Pluto和卡戎和卡戎 CharonE

36、astChinaNormalUniversity五、彗星和流星体q彗星本质上是在偏心率很大的轨道上绕日运行的冰物质q彗星的奇特外貌是它通过近日点前后的暂时现象q哈雷彗星EastChinaNormalUniversity图2-13哈雷彗星的轨道5,200,000,000kmEastChinaNormalUniversity图2-14彗星的结构q短周期彗星与非周期彗星q彗星的结构v慧核v慧发v慧尾离子慧尾尘粒慧尾 六、流星和流星体q流星 q火流星 q偶发流星 EastChinaNormalUniversity图2-15下半夜的流星多而且明亮流星雨流星雨meteor showerEastChinaN

37、ormalUniversity七、太阳系起源的星云假说q行星轨道的共同特征：同向性，共面性，近圆性q星云假说的基本论点v形成太阳系的物质基础是弥散星云；v形成太阳系的动力来源是自引力。q意义：在“僵化的自然观上打开第一个缺口”（恩格斯语）。2-16太阳系起源示意图1太阳星云2星云变成扁球形3原始太阳和 圆环体4太阳和行星的形成5太阳系EastChinaNormalUniversity太阳通过热核聚变，靠燃烧集中于它核心处的大量氢气而发光，平均每秒钟要消耗掉600万吨氢气。就这样再燃烧50亿年以后，太阳将耗尽它的氢气储备，然后核区收缩，核反应将扩展发生到外部，那时它的温度可高达1亿多度，导致氦聚

38、变的发生。以后太阳会极度膨胀，进入所谓红巨星阶段，它的光亮度将增至如今的100倍，并把靠它最近的行星如水星、金星吞噬掉，地球也会被烤焦，生命将无法继续生存。随着时间的推移，太阳会越来越快地耗尽它的全部核能燃料，步入风烛残年，随之塌缩成一颗黯淡的白矮星。在这种白矮星上，一块火柴盒大小的物质就可达1吨左右。白矮星没有核反应，它是恒星核反应结束以后留下的残骸，依靠收缩自己的体积来继续辐射出微弱的能量，最后，太阳将成为一个无光无热的褐矮星，消逝在茫茫的宇宙深处，结束它辉煌而平凡的一生。EastChinaNormalUniversity月球 据测定，月球的地平视差为57 ，它与地球半径r 和月地距离d

39、的关系为：csc57 = d/rd=rcsc57 = 60r即月地距离为地球半径的60倍。第五节月球和地月系图2-17地平视差天体位于天顶时，视差为零；天体位于地平时，视差最大，称为天体的地平视差EastChinaNormalUniversity一、月球的距离和大小q月地平均距离：384400公里q半径：1738公里，地球赤道半径的27.25%q表面积：地球表面积的7.4%q体积：地球体积的2.03%q质量：7.1961022kg，地球质量的1/81.3q平均密度：3.34g/cm3，约为地球的60.5%q月面重力加速度：1.622m/s2，约为地面的1/6EastChinaNormalUni

40、versity二、 月球表面q月海q月陆q环形山q辐射纹q月谷 三、 月面的物理状况q月海，月陆，环形山q没有大气，没有水分，没有生命地 月 系一、 地月系的绕转EastChinaNormalUniversity图2-18月球和地球都绕它们的共同质心而运动（共同质心在地球内部位置的变化）EastChinaNormalUniversityq月球绕转地球v轨道形状椭圆，偏心率0.0549；v白道：月球轨道在天球上的投影；v黄白交角：白道面相对于黄道面的交角（59）；v周期：27.32日（恒星月）；v速度：角速度：33/小时，线速度1.02km/s。 EastChinaNormalUniversit

41、yq几个概念v恒星月：月球在白道上连续两次通过同一恒星（无明显自行）所需的时间：27.3217日。v从这一次新月（或满月）到下一次新月（或满月）所经历的时间：29.5306日。v近点月：以月球近地点为参考点，月球的公转周期：27.5546日。v交点月：以月球升交点（或降交点）为参考点，月球的公转周期：27.2122日。EastChinaNormalUniversityq依月球公转周期可求出月球公转角速度：36027.3217日=13.2/日即为月球公转平均角速度q由于月球公转轨道是个椭圆，所以公转速度是不均的。近地点最快，约为15/日；远地点最慢，约为11/日。q月球在公转轨道上平均每日自西向

42、东移行了13.2，因地球自转所造成的月球自东向西的周日视运动，必然逐日向后推迟，地球自转13.2约需52分钟，所以月球每日出没地平的时间平均向后延迟52分钟。这就是我们日常所见明月当空逐日推迟的道理。EastChinaNormalUniversityq月球绕地的角速度为1310/日，太阳周年运动速度为59/日，二者相差：1310/日-59/日=1211/日此即月球相对于太阳的会合速度，月球以此速度赶超太阳的周期为：3601211=29.53(日)EastChinaNormalUniversity图2-19月球的同步自转，使它始终以同一半球对着地球q月球自转v月球自转与其公转同步，即方向相同，周

43、期相等。因此称同步自转；v大体上只看到相同的半个月面。地球EastChinaNormalUniversity二、月相和朔望月q月相变化的因素：太阳照射方向；地球观测方向v方向相反，新月；v方向相同，满月；v方向垂直，上下。EastChinaNormalUniversity图2-20 月相的变化（一）上半月由亏转盈，凸面向西，下半月由盈转亏，凸面向东（外圈表示地球上所见的月相）太阳光线上图：旧历上半月傍晚所见的月亮；EastChinaNormalUniversity图2-20 月相的变化（二）下图：旧历下半月清晨所见的月亮q月相变化周期：29.5306日（朔望月）q月相、方位和时刻月相 距角 与太阳出没比较 月出 中天 月落 见月时间 新月0 同升同落 清晨 正午黄昏彻夜无月满月180此起彼落黄昏 半夜清晨通宵见月上弦月 90迟升后落正午 黄昏半夜上半夜西天下弦月 270早升先落半夜 清晨正午下半夜东天v月亮愈圆见月时间越长；月牙愈窄，见月时间愈短。满月通宵可见，弦月半夜可见，新月则不见。