第九章 天文常识

第九章天文常识
第一节宇宙
现代宇宙学中的主流观点认为，宇宙起源于一次大爆炸，是在过去由一个密度极大且温度极高的状态演变而来的，并经过不断的膨胀达到的状态，这种观点被称为，宇宙大爆炸理论或奇点大爆炸理论。

黑洞：黑洞是存在于宇宙空间中的一种天体。

黑洞的引力极其强大，使得视界内的逃逸速度大于光速。

故而，“黑洞是时空曲率大到光都无法从其事件视界逃脱的天体”。

北京时间2019年4月10日晚
9时许，包括中国在内的全球多地天文学组织同步公布了人类首张黑洞“真容”照片。

人类首张黑洞照片
引力波：是指时空弯曲中的涟漪，通过波的形式从辐射源向外传播，这种波以引力辐射的形式传输能量。

引力波是爱因斯坦广义相对论实验验证中最后的一块缺失的“拼图”，2016年2月11日，美国科学家宣布直接探测到引力波的存在，这被科学界誉为过去一百年最伟大的宇宙发现之一。

第二节太阳系
太阳系是以太阳为中心，所有受到太阳引力约束的天体的集合体。

包括八大行星（由离太阳从近到远的顺序：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星）、以及至少173颗已知的卫星、5颗已经辨认出来的矮行星，包括四个柯伊伯带天体，和数以亿计的太阳系小天体和彗星。

太阳的质量占太阳系中所有天体质量的99.86%。

太阳系本身也在围绕银河系中心公转。

行星：通常指自身不发光，环绕着恒星的天体。

其公转方向常与所绕恒星的自转方向相同。

一般来说行星需具有一定质量，行星的质量要足够的大且近似于圆球状，自身不能像恒星那样发生核聚变反应。

太阳系八大行星分为三类：一是类地行星、巨行星和远日行星。

类地行星又称地球型行星或岩石行星，是以硅酸盐石作为主要成分的行星，因类似于地球而得名，是天文学家认为可能孕育生命的行星，包括水星、地球、火星、金星。

二是类木行星，包括木星和土星，主要由液化气体构成，体积和质量比类地行星大很多，距日较远，密度小，位于小行星带之外，有光环。

三是远日行星，包括天王星和海王星，体积和质量居前二者之间，距日最远，主要由固化气体构成，密度同样居前二者之间，表面温度较低，有光环。

太阳系八大行星
（一）水星
古称辰星，距离太阳最近的一颗行星，之所以称为水星，是缘于其表面大气层非常稀薄，很难保存热量，导致水星整体昼夜温差较大，昼时赤道附近温度可高达420开尔文，而夜晚赤道附近温度可降至最低零下180开尔文。

同时，水星还有一个很大的特点，由于陨石的不断撞击，水星表面坑坑洼洼，这一点与月球十分相似，导致水星上不仅有大小不一的环形山，包括陡峭的山壁以及有褶皱的高山。

因此，水星是距离太阳最近，表面温差最大，受太阳引力最大，轨道运行速
度最快的行星。

（二）金星
古称太白金星，距离地球最近的行星。

因为早晨出现在天空的东边，所以叫启明星，而日落后出现在天空的西边，所以也叫长庚。

金星的表面上有浓厚的大气，这一点与水星正好相反，必须利用射电望远镜才能穿过大气，观测到金星的表面。

同时，金星的自转方向与其他八大行星相反，是自东向西转的。

更为可怕的是，金星表面火山云云，云层的主要成分为硫化物，地表甚至没有水。

（三）地球
至今宇宙中唯一证明有生命的天体，其年龄接近于46亿岁左右，且有一颗天然的卫星，即月球。

地球表面有海洋和陆地两大部分组成，其中海洋面积占到71%，因此太空中看到的地球是天蓝色的。

地球里层分为地核、地幔以及地壳三个部分。

地球是密度最大的类地行星。

（四）火星
火星古称萤惑星，火星的转轴倾角与自转的周期与地球非常相似，同时，火星地表下有丰富的水资源但不稳定，2018年欧洲航天局发现了火星地表下的第一个地下液态湖。

火星表面有非常丰富的赤铁矿，因此表面颜色呈橘红色，这导致了火星表面基本上覆盖了广阔的沙漠，随处可见的沙砾和沙丘。

火星大气中的主要成分是二氧化碳，空气稀薄且寒冷。

（五）木星
木星是太阳行星中质量最大的行星，质量是太阳其他七大行星质量总和的2.5倍。

一颗木星的大小，可以抵得上318个地球。

木星因此被称为“行星之王”。

通过仪器看到的木星表面五彩缤纷，这可能是因为木星的大气层中化学成分产生了一个奇妙的组合。

（六）土星
土星是是太阳系第二大行星，也是密度最小的行星，古称“镇星”。

在罗马神话中，土星是农神的名称。

（七）天王星
1781年3月由威廉·赫歇耳通过望远镜发现的天王星。

1986年，旅行者2号在天王星表面将落。

天王星是由岩石和各种冰组成，空气中仅含有一些氮气和氦气，不适合人类生存。

（八）海王星
海王星是离太阳系最远的行星，气候变化十分频繁，同时它的运行轨道与根据牛顿定律推算出的不一致。

据科学家初步研究，可能是因为海王星附近存在一颗遥远行星，从而影响了海王星的轨道。

第三节太阳活动
太阳依靠核聚变发光发热，大概在45-60亿年之后，将会由氢核聚变变为氦核聚变，进入衰老期。

太阳活动是太阳大气层里一切活动现象的总称。

主要有太阳黑子、光斑、谱斑、耀斑、日珥和日冕瞬变事件等。

太阳活动时烈时弱，平均以11.2年为周期。

其中，太阳黑子和耀斑是太阳活动的重要标志。

处于活动剧烈期的太阳（称为“扰动太阳”)辐射出大量紫外线、x 射线、粒子流和强射电波，往往引起地球上极光、磁暴和电离层扰动等现象。

太阳结构
（一）太阳活动的主要类型：
1.太阳黑子。

在各种太阳活动中，最为醒目也最容易观测到的现象就是太阳黑子。

黑子是出现在太阳的光球层上的暗色斑点。

中国是世界上首先发现太阳黑子的国家。

在《汉书五行志》中记载:“日出黄，有黑气。

大如钱，居日中。

”
太阳黑子
2.日珥。

在日全食时，太阳的周围镶着一个红色的环圈，上面跳动着鲜红的火舌，这种火舌状物体就叫做日珥，发生在太阳色球层。

3.耀斑。

太阳耀斑是最剧烈的太阳活动。

发生在色球层中，所以也叫“色球爆发”，耀斑发射的高能带电粒子流与地球高层大气作用，产生极光，并干扰地球磁场而引起磁暴。

其主要观测特征是，日面上（常在黑子群上空）突然出现迅速发展的亮斑闪耀，其寿命仅在几分钟到几十分钟之间，亮度上升迅速，下降较慢。

太阳耀斑（亮点处）
4.光斑。

用白光观测太阳光球时，一旦出现小黑子，就能在其周围看到一些比邻近光球明亮的小片区，称为光斑。

光斑是光球上明亮的斑点，存在于光球层。

光斑一般环绕着黑子，与黑子有密切的关系。

5.谱斑。

谱斑是在色球层中可以经常观察到的比周围明亮的大片明亮区域，处在光斑面上方。

温度比周围高，常出现在黑子群和大黑子附近。

其面积大小是太阳活动强弱的标志。

太阳光斑（黑子周围的亮点）和太阳谱斑（连成片的明亮区域）
（二）太阳活动的影响
1.极光现象。

在靠近地球的极区，晚上常常可以看见天空中闪耀
着绚丽多彩、变化多端的光带，这就是极光。

极光就是太阳发射出的高速带电粒子流到达地球后，在磁场的作用下，与地球两极地区高空大气分子相互作用产生的物理现象。

观测表明，极光出现的强度和频繁程度与太阳活动的强弱有密切的关系。

2.地球磁暴。

太阳上存在的11年周期或更长周期活动现象。

每当太阳活动峰年太阳黑子相对数增加，耀斑爆发、日冕物资抛射等现象频繁出现，并且发射出大量高能带电粒子到达地球时，就会扰乱地球原有的磁场，引起地球磁暴。

3.对无线电通讯和电力的影响。

当太阳发射出大量高能带电粒子运动到近地空间时，会干扰无线电通讯和地面电力传输，太阳发生大规模的爆发性活动事件时，有关部门需要准备好应对措施。

4.对宇航的影响。

高能带电粒子流也会干扰和破坏空间探测器的设备和运行，甚至威胁到宇航员的生命安全，因此宇航探测设备必需充分考虑到这个因素，要对地球附近以及航线区域的磁场状况、太阳风状况有详细的了解，并考虑好预防措施。

5.对地球灾害的影响。

太阳活动对地球上--些灾害性事件的影响，是许多科学家长期以来所关心的研究课题。

资料显示，太阳活动周期与地球上水旱灾害和寒暖变化，地震有一定的关系。

例如，研究表明水旱寒暖的年份和地震发生的次数都和太阳活动的11年和22年的周期相关。

6.对人体的影响。

天文因素与人类健康和行为的统计研究发现，在太阳活动引起地球磁暴期间，人的神经系统对太阳活动变化非常敏感，某些疾病、血液系统、神经系统的变化和太阳黑子活动呈现出明显的相关性。