地球概论习题

地球概论第一章课后习题
P6
1.什么是经线和纬线？什么是纬度和经度？它们有何区别和联系？为什么纬线是整圆而经线是半圆？
纬线：一切垂直于地轴的平面同地面相割而成的圆
经线：一切通过地轴的平面同地面相割而成的圆，被南北极平分为半圆，半圆就是经线。

纬度：本地法线同赤道面的交角，即一个地点相对于赤道面的方向和角距离
经度：本地子午面同本初子午面的夹角，一个地点所在的子午面相对于本初子午面的方向和角距离。

区别：经线是半圆，具有同样的大小，纬线是整圆，大小因纬度不同而不同；经度是一种面面角，纬度是线面角
联系：经线和纬线处处相交且垂直；纬度和经度相结合构成地理坐标。

原因：因为各自平面同地轴的关系不一样，纬线垂直于地轴，未被割断，保持完整；经线通过地轴，被南北极所割断。

2.为什么南北方向是有限方向而东西方向是无限方向？怎样理解地面上两点间的东西方向既是理论上的“亦东亦西”又是实际上的“非东即西”？
因为经线指示南北方向，所有经线都交汇于南北两极，那里既是南北方向的起点也是终点，北极是向南的起点，四面八方都朝南，没有别的方向，南极相反，所以南北方向是有限方向；
纬线指示东西方向，所有纬线都是整圆，没有起点和终点，所以东西方向是无限方向。

理论上：一地如果位于另一地的东边，它也必定位于该地的西方，因为两地互为东西，西行可以东达；
实际上：人们总是采取二者之间的最短距离即圆的劣弧来定东西，所以任何地点不是位于另一点的东方就是位于另一点的西方，两者不能兼而有之。

（P21-22）
1.何谓天球周日运动和太阳周年运动？为什么会有夜半中星的变化？
答：
天球周日运动：人们所感觉到的，地球外的天空，包括全部日月星辰等以相反的方向(向西)和相同的周期(1日)运动。

这种视运动是地球自转的反映。

太阳周年运动：地球公转一周回到相同位置时(一年)，太阳则以相同的方向和周期，在众星间巡天一周，其视行路线被叫做黄道。

夜半中星的变化是因为有太阳的周年运动，即太阳在恒星间不断移动，反映了太阳在天球上从一个星座到另一个星座的巡天运动。

夜半中星随季节的变化，是地球公转的反映。

2.举出下列天球大圈的两极：
地平圈天顶天底子午圈东点西点
天赤道天北极天南极卯酉圈南点北点
黄道黄北极黄南极六时圈上点下点
3.举出下列天球大圆的交点：
子午圈与地平圈南点北点
子午圈与天赤道上点下点
子午圈与卯酉圈天顶天底
子午圈与六时圈天北极天南极
天赤道与地平圈东点西点
天赤道与黄道春分点秋分点
4.为什么时角向西度量，而赤经则要向东度量？
答：第一赤道坐标系的经度称时角（t），是天体所在的赤经圈相对于午圈的方向和角距离。

时角是以上点Q为起点，（P15图1-18）沿天赤道向西度量。

为的是使天体的时角“与时俱增”，
用以度量时间；赤经圈称为时圈，并采用时间单位表示。

（每15°为1时）。

赤经是天体所在时圈相对于春分圈的方向和角距离。

赤经是以春分点为起点，沿天赤道向东度量。

随着天体向西运动，天体的中天时刻，要按其赤经的次序而定；且中天恒星的赤经，即为当时的恒星时。

（P17)
5.天球上的哪一点的赤纬（δ）和赤经（α）等于零？又，该点的黄纬（β）和黄经（λ）是多少？
答：春分点。

该点的黄纬黄经也等于零。

6.北天极的黄纬是多少？北黄极的赤纬和赤经是多少？（查天球仪）
答：P（66°34′，90°），K（66°34′，18h）
7、某恒星的方位和高度都是45°，问：须在天空的哪一部分去寻找？
方位是天体所在的地平经圈相对于午圈的方向和角距离。

度量方式：以南点为起点，沿地平圈向西度量，自0°—360°。

高度是天体相对于地平圈的方向和角距离。

度量方式：自地平圈起，沿天体所在的地平经圈向上（下）度量，自0°—±90°。

根据以上度量方式可判断出我们须在天空的西南方半空寻找。

8、在何地（指纬度）观测，天体的赤纬与高度相等，时角与方位相等（即地平坐标系与第一赤道坐标系合二为一）？
方位是天体所在的地平经圈相对于午圈的方向和角距离。

度量方式：以南点为起点，沿地平圈向西度量，自0°—360°。

高度是天体相对于地平圈的方向和角距离。

度量方式：自地平圈起，沿天体所在的地平经圈向上（下）度量，自0°—±90°。

赤纬：第一赤道坐标系的纬度称为赤纬。

度量方式：自天赤道起沿天体所在的赤经圈向南北两个方向度量，自0°—±90°
时角：第一赤道坐标系的经度叫时角。

度量：以上点为起点，沿天赤道向西度量。

（将P14图1-17与P16图1-19合二为一，即可看出）（天赤道与地平圈重合，天北极位于天顶）
答：南北两个极点。

9、已知恒星时S=6h38m,当恒星再过2时10分上中天，试求该恒星的赤经。

S为恒星时、t为时角、a为赤经。

S=t+a a=S-t
由题得：
S=6时38分+2时10分=8时48分
又因恒星在8时48分上中天，当恒星中天时t=0,所以S=a
所以
10.已知某恒星的赤经α＝20h38m，当恒星时（S）为23时17分时，该恒星的时角是多少？
任何时候，天体的时角（t）与其赤经（α）之和，总是等于春分点时角，即为当时的恒星时：t*＋α*=tr＝S
故该恒星的时角：t=S-α=23h17m -20h38m=2h39m
11.对35°N而言，当春分点刚升起地平的时刻，黄道与地平圈成多大交角？当春分点刚沉入地平的时刻呢？（先调整天球仪的纬度，然后把春分点移至东［西］方地平，就是使天赤道、黄道和地平圈同时相交于东［西］点，便可直接读数）。

当春分点刚升起地平的时刻：90°-35°-23°26′=31°34′
当春分点刚沉入地平的时刻：90°-35°+23°26′=78°26′
12.试推算二分二至时太阳的黄道坐标和赤道坐标。

13.已知纬度=31°.5N，恒星时S=9h45m，试推算下列各点的地平坐标和赤道坐标。

填下表：
第二章地球的宇宙环境
第三节恒星与星系
P363.1.什么是恒星？恒星为什么会发光？光谱能传递天体的什么信息？
答：恒星--恒星由炽热气体组成的,能自己发光的球状或类球状天体。

恒星都是气体星球。

发光：质量巨大/中心温度很高/热核反应/能量释放；
光谱信息：表面温度、物理性质、化学成分、运动方向，确定恒星光度，比较视亮度，推知恒星距离等。

3.2 什么是恒星的亮度和光度？什么是视星等和绝对星等？两种星等如何换算？为什么绝大多数恒星的绝对星等高于他们的视星等？
答：亮度与光度--恒星的明暗程度，恒星本身的发光强度。

视星等与绝对星等—视星等是指观测者用肉眼所看到的星体亮度。

视星等的大小可以取负数，数值越小亮度越高，反之越暗。

绝对星等是指是指把天体放在指定的距离时天体所呈现出的视星等。

简单来说视星等是亮度等级（m）绝对星等即光度等级（M）。

如何换算：M=m+5-5lgd（d指该恒星的距离）
原因：因为大部分恒星的距离都在10秒差距之外，故有M>m。

3.3比5等星亮100倍的恒星其星等为几等？
答：0等星。

3.4 织女星（天琴座α）的视星等为0,1，若其距离增加为10倍，这时，它的星等将是几等？肉眼还能看到它吗？
答：5.1等，天空全黑时可见
3.5 什么是赫罗图？它在恒星理论上有何重要意义？
答：赫罗图是根据恒星的光谱型和光度绘制的坐标关系图
它表明恒星温度越高，其光度就越大；并可求主序星的位置，反映恒星的演化历程。

3.6 比较银河与银河系？什么是河外星系和总星系？
银河是银河系的一部分它是银河系主体部分的投影
事实上银河这个名字是我们国家的专利，我国古代的人们看它像条河，就把它称作银河
后来望远镜出现以后人们才发现银河属于一个很大的恒星系统，而这个巨大的系统因为银河的原因，被称为银河系
河外星系：河外星系是指在银河系以外，由大量恒星组成，但因为距离遥远，在外表上都表现为模糊的光点，因而又被称为"河外星云"。

总星系：通常把我们观测所及的宇宙部分称为总星系
第四节太阳和太阳系
P55 4.1 太阳的距离、大小和质量是怎样测定的？
答：太阳距离、大小和质量测量方法：（P37第18-34行-P38）太阳半径R等于太阳平均视半径（16′）乘日地距离。

利用太阳半径可求太阳大小；
利用万有引力可求太阳质量：M=RV2/G （R=1.496×1011m，V=2.978×104m/s，G=6.67×10-11m2/kg）
4.2 何谓太阳大气？什么是“太阳风”？何谓太阳活动？太阳活动对地球产生什么影响？答：太阳大气：太阳可直接观察到外部等离子体层次；
太阳风：日冕高速膨胀，行星际空间不断地得到从太阳喷发出来的高速离子流。

太阳活动：太阳磁场支配下太阳外层大气的剧烈运动；
对地球影响：黑子/气候，耀斑/无线电通讯，磁暴/极光等。

4.3 哥白尼日心体系的基本思想与重要意义是什么？什么是开普勒定律？牛顿如何发展开普勒的行星运动定律？它对天文学的发展有何贡献？
哥白尼“日心”体系：把周日运动归之于地球绕轴自转，而把周年运动归之于地球绕太阳公转；行星的复杂的环状视运动，则是地球和行星同时绕太阳公转的复合运动的结果。

唯有月球才是唯一绕地球运动的卫星。

日心说是整个近代天文学的基石。

开普勒定理（即行星运动三定理）：轨道定理、面积定理、周期定理。

牛顿对开普勒定理的发展：他指出天球轨道可以是任意圆锥曲线，速度是决定轨道形状的必要条件；他用数学方法证明了在引力作用下行星绕太阳运动的面速度不变；他修正了第三定理公式。

贡献:牛顿由于发现了万有引力定理而创立了科学的天文学。

4.4 设某行星距太阳为25天文单位，那么，它绕太阳公转的周期应有多长？设某小行星绕太阳公转的周期为8年，问：它与太阳的平均距离是多少
日公转周期：125a；与太阳的平均距离：4AU
4.5 行星如何分类？比较地内行星与地外行星、内行星与外行星的差别；比较类地行星与类木行星，他们的物理性质与化学组成有何差异？
答：太阳系的行星以地球轨道为界分为两组水星和金星的轨道位于地球轨道以内称为地内行星，地球轨道以外的行星称为地外行星。

两者在对太阳的会合运动中表现出“内
外有别。

另外九大行星还可以小行星带为界分成两组：水星、金星、地球和火星为内行星，意即带内行星。

木星、土星、天王星、海王星和冥王星为外行星，意即带外行星。

根据质量、大小和化学组成的不同，行星又可分成另外的两大类，一类以地球为典型代表，称为类地行星（包括水星、金星、地球和火星）
另一类以木星为典型代表，称为类木行星（包括木星、土星、天王星和海王星。

）
——类地行星质量小类木行星质量大。

木星和土星的质量分别是地球质量的318倍和95倍，而类地行星中的其它成员的质量均小于地球。

由于质量小，水星没有大气酷似月球世界。

火星只有极微弱的大气，是一个极其荒凉的世界。

水星和火星表面都有环形山分布。

——类地行星平均密度较高类木行星平均密度较低。

若以水的密度为1，那么类地行星,除火星外的密度均超过5而类木行星中密度最大的海王星也不足1.7其中土星的密度仅0.7如果把它放入水中它将浮出水面。

——从化学组成看类地行星主要由重物质组成，中心有铁核，含金属元素比例高，有固体表面。

类木行星则以轻物质为主，主要是氢、氦、氖等，因而没有固体表面。

——过去人们一直以为土星是太阳系唯一有光环的行星。

空间探测证实木星、天王星和海王星都有光环。

这样看来，光环是类木行星的共同特征。

类地行星都没有光环。

——类地行星接近太阳因而有较高的温度。

4.6 彗星的本质特征是什么？什么是流星体和流星？如果地球没有大气，地面上仍能看到彗星吗？仍能看到流行吗？
彗星--在偏心率很大的轨道上绕太阳运动的冰冻物质；流星体--太阳系中围绕太阳运动的微小颗粒；流星--流星体进入地球大气，摩擦发光在天空中划出一道闪量的余迹。

没有大气可以看到彗星，但不能看到流星。

4.7 康德“星云说”的基本论点和它的重要意义是什么？
康德“星云说”基本论点：太阳系由弥漫星云物质演化而来，形成太阳系的动力是自引力（星云各部分之间相互吸引的力）。

意义：在僵化的的自然观上打开第一个缺口，关于第一次推动的问题被取消了，地球和整个太阳系表现为某种在时间的进程中逐渐生成的东西。

第五节月球和地月系
P63 5.1 古人怎么知道月球是最近的天体？对地球来说，月球又是一个重要的天体，为什么？
原因：在地球上看起来，月球有时会遮蔽太阳（日食）、行星和恒星（掩星）却从未见过它被别的天体所遮蔽。

因此古人早就认识到月球是距地球最近的一个天体。

原因：由于距离上的接近和相互绕转月球对于地球的作用就显得特别重要。

月相的圆缺变化曾是一种天然的和最早的历法。

日月有同样的视大小，因而月轮有可能遮蔽日轮而发生日食
现象。

它对地球上的潮汐现象也起着主导作用。

因此，对于地球来说，月球是一个十分重要的天体也是唯一的“属于我们的”天体。

5.2试比较月球的地平视差和它的视半径，两者的比率说明了什么？
57′/15′33″; 地球半径大于月球半径。

5.3 地球的反照率为月球的6 倍，试计算地球在月球天空中的亮度比月球在地球天空中的亮度大多少倍？（提示月球半径约为地球半径的1/3.7）
答 3.7×3.7×6=82.14
5.4 什么是同步自转？为什么地球上看到的月球总是它的同一个半面？
答：月球在绕转地球的同时也有自转。

月球的自转与它绕地球的公转有相同的方向（向东）和周期（恒星月）。

这样的自转称为同步自转。

正是由于这个原因，地球上所见到的月球，大体上是相同的半个球面。

5.5 在地球上观测，月亮在地平上升起(自上缘露出地平到下缘脱离地平) ，大约需时2 分钟。

问: 若在月球上观测，地球“升起”需多长时间?
答：地球没有升落，始终在天空一隅
5.6 什么是恒星月？什么是朔望月？两者有何不同？
答：恒星月是月球绕转地球的真正周期，即月球在白道上连续二次通过同一恒星（无明显的自行）所需的时间，其长度为27.3214日，即27日7时43分12秒。

从这一次新月（或满月）到下一次新月（或满月）所经历的一段时间，即月相变化的周期，称为朔望月，其长度为29.5306日或29日12时44分3秒。

它比恒星月约长2.2 日。

这是因为，月球绕转地球的同时，太阳也在作周年运动（由于地球公转）。

恒星月是月球绕转地球的恒星周期，而塑望月则是月球同太阳的会合周期。

5.7 上弦月何时中天？下弦月呢？半夜时，满月位于填空何方？
答：上弦月傍晚（日落）中天；下弦月早晨（日出）中天；半夜满月位于南方上空（中天）。

5.8 “月上柳梢头，人约黄昏后”(欧阳修《生查子》) ，该指何种月相?
答：满月或将满月--太阳与月球之间的距角为180o。

5.9 “月落乌啼霜满天，江枫渔火对愁眠。

姑苏城外寒山寺，夜半钟声到客船”(张继《枫桥夜泊》) 。

夜半月落，该是什么月相?
上弦月--月落时太阳在下中天，月球在太阳东侧（后升后落）
5.10 图是丰子恺所作的一幅漫画，题为“杨柳岸晓风残月”。

根据图中的月相判断，哪一幅是原作，为什么?
判断1：首先，否定（c）和（d），因为月亮凸向上方意味着太阳尚未西落；其次，月亮的赤纬是：δm＝±ε±5o9′，我国位于北半球中低纬度，绝大部分地区只能朝南看月亮。

（b）图中的月相是新月，与题词中所说的"残月"不符，故只有选（a）。

判断2：直接根据“晓风”二字判断当时为凌晨，当你朝南看时只有（a）符合，亦即：太阳位于东方地平以下。

第三章：
地球自转部分：
1.在北半球，傅科摆向什么方向偏转？南半球呢？赤道呢？在纬度30°处，傅科摆的偏转角度是多少？
答：在北半球向右偏转，南半球向左偏转，赤道不偏转。

在纬度30°处，偏转角速度dθ/dt=sinѱ·15°/h=7.5°/h
2.什么是极移和进动？一地的经纬度会因为极移而发生变化，而不会因进动而发生变化，
为什么？
答：极移：南北两极在地面上的移动，叫做极移。

进动：南北天极在天球上的移动，反映了地轴在宇宙空间的运动，叫地轴进动。

极移的地轴在地球内部的位置的变化，进动的地轴在宇宙空间的位置的变化，南北两极在地面上的位置的变化，是整个地球相对于地轴的运动所造成的，在这一过程中，地轴被认为是不动的，因此，它不改变天轴在宇宙间的位置，从而不影响南北天极在天球上的位置，这是极移。

反之，南北天极在天球上的位置的变化，是地轴相对于宇宙空间的运动所造成的的。

在这一过程中，地球各部分同地轴的相对位置被认为是不变的，因此，它不改变南北两极在地面上的位置，这是进动。

所以，极移的结果引起各地纬度和经度的微小变化而进动不会引起。

3.由于岁差，天极描成5°的弧，约需多少年？再怎样的条件下，虽差现象将消失？
答：我国古时把地轴进动（或交点退行）的这种表现，称为岁差，意即岁岁微差。

在北半球看来，北天极以北黄级为中心，以23°26′为半径，由东向西作圆运动，每年移动50.29′′，历25800年完成一周。

所以，描成5°的弧所需时间为25800×5/360=358年4月
岁差是地轴进动的表现，所以当地轴进动消失的时候，岁差也就消失了。

原因：
①地轴进动的发生与地球的形状、黄赤交角（以及黄白交角）和地球自转有关。

②地球的形状是一个明显的扁球体，它的赤道部分由于自转的惯性离心力的作用，形成环形隆起。

月球和太阳对赤道环形隆起产生附加的引力。

③由于黄赤交角（以及黄白交角）的存在，使月球和太阳经常在赤道平面以外对赤道隆起施加引力。

④由于地球的自转，合力矩的作用使地球产生了进动。

⑤所以当地球的形状是一个正圆球体、黄赤交角以及黄白交角等于0时，地球自转消失时，地轴的进动也就消失了，岁差也就消失了。

4.假如地球形状更扁些，那么，进动将变得更快些还是更慢些？假如月地距离更近些呢？假如地球密度更大些呢？又假如地球自转的更快些呢？
（前两种情况快些，后两种情况慢些）
因为地轴的进动主要是月球对地球的赤道隆起的部分产生的力矩造成的，假如地球形状更扁些，那么地球所受的合外力矩变大，因此进动将变得更快些。

月地距离变小，地球受的合外力矩也变大，进动也变快。

地球的密度大时，合力矩对地球作用的效果就不明显，则进动慢些，地球自转快些时，自转力矩与合力矩相抵消一部分，所以变慢些。

5.为什么视太阳长度会有季节变化？为什么二至日的视太阳长度大于二分日？为什么最长的视太阳日不是南至日，而是在南至日之后？
答：太阳日是昼夜交替的周期，它的长度不仅取决于地球的自转周期，而且也包含着地球公转的因素。

地球自转可以被认为是均匀的，因而恒星日长度是不变的；但是，公转的影响是非均匀的，因而太阳日的长度略因季节而变化。

地球公转，在天球上表现为太阳周年运动，方向向东。

因此，太阳赤经逐日递增，太阳日＞恒星日。

如果太阳每日赤经变化是均匀的，那么，太阳日虽不同于恒星日，其本身长度也是均匀的。

事实上，太阳每日赤经差因季节而变化，以致太阳日长度发生季节变化：每日赤经差愈大，太阳日便愈长；反之，则愈短。

这种因季节而变化的太阳日，叫真太阳日（或视太阳日）。

真太阳日的全年平均值，叫平太阳日（即平均太阳日）。

在每年的春秋二分，平均每日59′的黄经差，造成大约59′－5′=54′的赤经差，相应地时间减少21秒，这是全年的极小值。

因为二分时，这一段黄道同天赤道的交角最大（23°26′），黄经差与赤经差的关系，犹如直角三角形中的一个锐角的斜边与邻边之间的关系。

反之，在每年的冬夏二至，平均每日59′的黄经差，造成大约59′＋5′=64′的赤经差，相应地时间增加21秒，这是全年的极大值。

因为二至时，这一段黄道同天赤道平行，黄经差与赤经差的关系，犹如等腰梯形的上底与下底之间的关系。

所以二至日的视太阳长度大于二分日。

黄赤交角和椭圆轨道这两个因素同时起作用并相互干扰，使视太阳长度发生变化，前者使视太阳长度发生±21秒的变化，后者使视太阳长度发生±8秒的变化。

二者中，前者是主要的。

由于两个因素的叠加，全年最长的视太阳日是24时0分29秒，发生在冬至后。

6.地球自转速度怎样因纬度和高度而不同？在纬度60°处，地球的自转速度减为多少？
得，
答：由V=R
在同一高度，例如海平面，地球自转的线速度随纬度增大而减小。

在同一纬度，地球自转的线速度随高度的增大而增大。

在纬度60°，自转线速度V=465×cos60°=232.5m/s
纬度60°自转角速度不变，恒星日为每小时15°，平太阳日为15°2′6′′/h
7.某恒星中天时，正好位于当地（纬度为*）的天顶，问：该恒星的赤纬等于多少？
天顶赤纬等于当地纬度，而该恒星又刚好位于当地的天顶，所以恒星的赤纬也等于当地纬度*
8.在纬度*处，天体上中天时，其方位是多少？是否所有天体都一样？
天体中天时，其时角等于0或180º。

因为时角的起点和方位角的起点都是午圈，所以其方位角也为0º或180º。

不是所有天体都一样，只对于恒星。

9.某恒星离天北极23°，问：它是否永远位于上海（31°N）的地平之上？
答：是，因为北极圈范围是自极点向北纬66°34’的范围，恒星距离天北极23°，在北极圈内，属于恒显星，永远位于上海（31°N）的地平之上。

地球公转部分习题：
1.在地球绕太阳公转的证明中，何种证据同时也给出了地球轨道的大小？（光行差）
光行差。

光行差是地球轨道速度对于光速的影响。

已知地球公转的速度V和角速度ω，由V=R*ω可求得轨道半径R。

而恒星周年视差是地球在轨道上的位移对于恒星视位置的影响，多普勒效应则是地球轨道速度对于星光频率的影响，两者对地球轨道半径的求取缺乏条件。

2.设某恒星的周年视差为0.1’’，其视星等为0.1等，那么，它的距离为多少秒差距？它的绝对星等是几等？
恒星距离的秒差距数与其周年视差的角秒值互为倒数
1/0.1=10秒差距
在天文学上，绝对星等是指把天体放在指定的距离（距地球10秒差距）时天体所呈现出的视星等。

此方法可把天体的光度在不受距离的影响下，作出客观的比较，反映天体的发光本领。

因此它的绝对星等为0.1等。

3.试比较恒星年视差与光行差的异同。

其恒星视位置的偏离方向有何差异？
相同点：两者的轨道都因恒星位置的不同有不同形状。

在南北黄极，它们的轨道与地球轨道形状相同；在黄道上则成为一条直线；在其他黄纬，轨道都是椭圆，并且，愈近黄极，椭圆扁率愈小；愈近赤道，椭圆扁率愈大。

不同点：恒星周年视差既是天球上的一段弧，也是地球轨道半径对于恒星所张的角。

恒星周年视差的大小取决于恒星的距离：恒星愈远，其年视差愈小。

光行差常数（星光偏离的角度）与恒星的距离无关。

在年视差图中，恒星的视位置沿轨道半径方向偏离其平均位置；在光行差图中，恒星的视位置沿轨道的切线方向偏离其真位置。

4.由观测得知，太阳的最大视直径P=32’26’’,最小的视直径q=31’31’’，据此，确定地球轨道的偏心率e的大小（提示：太阳视直径的大小与日地距离成反比）。

由题可知：远日点距离=a+c，近日点距离=a－c，。