地球科学概论 第2讲 行星及地月系

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太阳系的行行星
l 金星
p 1974年“水手”10号拍摄的金星，其表面厚厚的 云层清晰可见 p 无卫星
金金星上的峡谷谷
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太阳系的行行星
l 地球
p 月球上看地球，月球/地球：0.012 p 1个卫星
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太阳系的行行星
吉林陨石重1770千克，是 至今世界上最大的石陨石
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美国亚利桑那州巴 林杰陨石坑
太阳系的行行星
l 陨石可能是小行星、行星、大的卫星或彗星分 裂后产生的碎块，它携带来这些天体的原始信息
辽宁：陨石石撞击坑
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太阳系的行行星
l 距 离 我 们 5 0 0 光 年 处 ， 发 现 了 一 个 “ 地 球 堂 兄弟”（Kepler 186F）
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太阳系的行行星
l 行星运行规律
p 之一：牛顿万有引力定律 p 之二：开普勒三大定律
Ø 椭圆定律 Ø 面积定律 Ø 周期定律
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太阳系的行行星
l 水星
p 1974年“水手”10号飞近和飞远水星时拍摄的照片 p 无卫星
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地月月系
l 月球的环境
p 无大气圈，无水圈，无磁层包围，太阳系中大小 不等固体岩块、尘埃及各种高能粒子流、宇宙线 ，均可直接轰击月面，月面布满各种陨击坑。月 球既无生命存在，是一无声的万籁俱寂的世界。 p 为何月球外部几乎没有磁场？【思考题】 p 地貌：月球的地形可分为平原、高地和山脉。在 月球上，平原约占月球的55％，大部分面向地球 ，适于建造居住设施。
第 2 讲
行星及地月系
申文斌，邓洪涛，徐新禹，罗佳 2014.4.25
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内容提要
l 太阳系的行星 l 地球在太阳系中的运动 l 地月系 l 地球的潮汐运动
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太阳系的行行星
l 太阳系组成
p 恒星：太阳 p 行星：水星，金星，地球，火星，木星，土星， 天王星，海王星，冥王星，阋神星
l 2 月球是如何形成的？【不同的观点】
p 分裂说 p 俘获说 p 同源说 p 碰撞说
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地月月系
l 月球
月月亮的南极地区
月月球的环形山山
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地月月系
l 月球基本参数
p 月地平均距离=384401±1km (约为地球半径的6 0倍，日地距离的1/389) p 月球大小：半径=1738km≈3/11 地球半径 p 质量=7.35×1025g≈1/81.3 地球质量 p 月球平均密度=3.34g/cm3 (地球平均密度=5.5 g /cm3 ) p 月球表面平均密度≈3.0g/cm3 p 表面平均重力=162.3伽≈1/6 地球表面平均重力 p 月球逃逸速度2.36km/s≈1/5 地球逃逸速度
l 地球的公转
p 黄赤交角和太阳直射点的运动
近日日点
远日日点
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地球在太阳系中的运动
l 地球的公转
根据日日出日日落时间确定你所在的纬度 【练习题】
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地月月系
l 1 双星系统？【月球是卫星吗】
p 在太阳系所有卫星和本行星大小对比关系上，月 球是最大的一个（绝对大小排名第六），因此， 有时可把地球和月球看成是两相伴随的双行星系统
Rn = a + b ⋅ 2
n
a = 0.4 b = 0.3 n = −∞,0,1,2,3,4,5,6
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太阳系的行行星
l 行星距离规律之二
p Ter Haar-Cameron (1963) 法则 (由里向外：行 星轨道半径规律)：
Rn = R0 m
n
练习题：试确定常系数 R_0 和 m
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地月月系
l 月球的环境
p 地 层 ： 月 球 的 地 层 由 表 层 、 月 壳 、 月 幔 、 月 核 组成。表层覆盖着厚度达几米到几十米的细沙。 如果想铲除表层，挖掘作业相当困难。 p 地 质 ： 岩 石 部 分 大 多 数 为 玄 武 岩 、 橄 榄 石 、 玻 辉岩、斜长石及钛铁矿等，其强度和地球上的同 类岩石相同。 p 月震：月震比地震较弱且次数较小。
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太阳系的行行星
l 太阳系行星的大小比较
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太阳系的行行星
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太阳系的行行星
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太阳系的行行星
l 8大行星的相关参数
行行星 与太阳距 离(AU) 0.38 0.72 1.00 1.52 5.20 9.57 19.28 30.13 8 公转周期 (恒星年) 88 d 225 d 365.25d 1.88 y 11.86y 29.5 y 84 y 164.8y 自自转周期 质 量 体 积 (恒星日日) 地球＝1 地球＝1 58.6d 243d 23h56m 24h37m 9h50m 10h14m 16h48m 16h06m 0.06 0.82 1.00 0.11 318 94 15 17 0.056 0.856 1.00 0.15 1316 745 65.2 57.1 密 度 g/cm3 5.4 5.2 5.5 3.9 1.3 0.7 1.3 1.7
p 艳丽多彩、结构复杂的土星环
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太阳系的行行星
l 天王星
p “哈勃”望远镜拍到的天王星与它的环和卫星 p 15个卫星
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太阳系的行行星
l 天王星
p “旅行者”拍到的天王星环
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太阳系的行行星
l 海王星
p 海王星及其卫星 p 8个卫星
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地球在太阳系中的运动
l 地球的自转
p 如何知道地球在自转呢？【第4讲】
l 地球的公转
p 证据一：恒星周年视差
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地球在太阳系中的运动
l 地球的公转
p 证据一：恒星周年视差
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地球在太阳系中的运动
l 地球的公转
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地球的潮汐运动
l 潮汐现象
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地球的潮汐运动
l 木星
p 万古奇观：长达十六万千米的彗星列车撞击木星
23ຫໍສະໝຸດ Baidu
太阳系的行行星
l 土星
p “旅行者”拍摄的土星及土星环 p 18个卫星
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太阳系的行行星
l 土星
p “旅行者”从背后拍摄的土星
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太阳系的行行星
l 土星
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地球在太阳系中的运动
l 地球的公转
p 近圆形：0.017（偏心率） p 黄赤交角和太阳直射点的运动
Ø 黄赤交角：黄道平面和赤道平面的夹角
北极
北回归线 赤赤道
66°34′
北极星
0°
南回归线
春 秋 分 分 日日 日日
南极
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地球在太阳系中的运动
p 类地行星：体积小、质量小、密度大 p 类木行星：体积大，质量大，密度小 p 巨行星、远日行星（＋类地行星，一种分法）
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太阳系的行行星
l 太阳系组成
p 小行星：火星和木星之间（60-70km） p 卫星：围绕行星运行的天体（60+1个） p 彗星、流星、陨石以及行星际物质 p 矮行星
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太阳系的行行星
l 火星
p 火星大气
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太阳系的行行星
l 木星
p 1991年“哈勃”望远镜拍摄的木星，清晰地显示 了在木星大气层中云的结构 p 16个卫星
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太阳系的行行星
l 木星
p 木星(左)和它的卫星们，图中木星的大红斑清晰 可见
p 第二证据：光行差 p 光行差现象是由于地球的公转和光从恒星到达地 球需要一定的时间造成的天体的真实方向和观察 方向之差称光行差。 p 光行差可以由速度叠加的原理解释。 在沿EE'方向运动的观察者看来， 天体S好像位于S'的方向。 p 第三证据（？）：多普勒效应
地月月系
l 月球的旋转－自转
p 月相变化
地月月系
l 月球的旋转－自转
p 月相变化（图有问题？）
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地球的潮汐运动
l 潮汐现象：
p 东汉学者王充曾指出：“涛之起也，随月盛衰” 唐代学者余道安在其所著《海潮图序》中 写道：“潮之涨退，海非增减。盖月之所临，则 水从往之…此竭彼盈，往来不绝，皆系于月，不 系于日”。 p 潮汐现象是日、月（主要是月球）对地球表面不 同部位引力之差异产生，由于月球（地球）的公 转和地球的自转，使潮汐成为一种周期现象。 p 周期：高潮、平潮、低潮、停潮（一个周期） p 什么时候出现大潮、小潮？【思考】
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地月月系
l 月球的旋转－自转
p 月 球 的 自 转 周 期 与 公 转 周 期 相 等 ， 都 是 一 个 恒 星月，方向也相同，即反时针方向旋转。是一种 同步自转。
思考：为何具有同步自自转？
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地月月系
l 月球的旋转－自转
p 月相变化
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赤赤道面面与 公转轨道 面面夹角角
水水星 金金星 地球 火火星 木木星 土土星 天⺩王 海⺩王
0.01 177.36 23.45 25.19 3.13 26.73 97.77 122.53
太阳系的行行星
l 行星距离规律之一
p Titius-Bode 法则 (由里向外：行星轨道半径规律)：
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地月月系
l 月球的旋转
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地月月系
l 月球的旋转
(
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1985)
地月月系
l 月球的旋转－公转
p 公转周期：恒星月=27d7h43m11.4s p 朔望月：连续两次新月（朔）或满月（望）所经 历时间＝29d12h44m3s p 近地点速度=15o /d p 远地点速度=11o /d p 平均速度=13.2o /d p 线速度=3672km/h=1.02km/s
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太阳系的行行星
l 太阳系中除了太阳、九大行星、几十颗卫星外 ，还有成千上万的小行星和彗星。这些小行星集 中在火星与木星轨道之间，形成一条小行星带， 估计数量超过50万颗。
小行星爱神
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小行星爱达
太阳系的行行星
l 陨石可能是小行星、行星、大的卫星或彗星分 裂后产生的碎块，它携带来这些天体的原始信息
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地月月系
l 月球的环境
p 真空：月球上没有空气，处于超真空状态，需要 在住室外加压后才适于人类居住。 p 温度：白昼14天，黑夜也是14天，因为没有空气 ，昼夜温差非常大(－190℃～137℃)，但距地 表1m以下的温度(－30℃)很稳定。 p 放射线：月球上的宇宙线、太阳风等放射线很多 ，为了防御辐射，必须将构筑物盖上2m厚的土。 p 陨石：月球上没有空气，大小各异的陨石没有燃 尽就会落下来，其坠落速度为20～40m/s。
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太阳系的行行星
l 木星
p 万古奇观：长达十六万千米的彗星列车撞击木星
星苏 绕梅 木木 克 星 运列 动维 示示 号 意彗 图
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－
9
太阳系的行行星
l 木星
p 万古奇观：长达十六万千米的彗星列车撞击木星
苏梅克－列维9号彗星的碎片片
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太阳系的行行星
l 火星
p “哈勃”天文望远镜中的火星 p 2个卫星
火火卫一一 (Phobos)
火火卫二二 (Deimos)
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太阳系的行行星
l 火星
p 行进中的火星探测器 ——“索杰纳”
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太阳系的行行星
l 火星
p 纵横交错的河网