地球科学概论第一章 宇宙中的地球

二、宇宙中天体的 相对位置
天球是为了研究 天体在天空中的位置 和运动引进的一个假 想的圆球,它的球心 就是观测者所在的地 球的中心，它的半径 是无穷大的。 这样，地球以外 的天体在天球上都有 各自的投影位置。
图1－2 天体在天球上的投影
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；与地球的南 、北极方向相同的两个极 分别称为南天极和北天极 。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，天球就可以定出自 己的经线和纬线，分别称 为赤经和赤纬。于是，人 们说明天体在天球上投影 的位置就方便了。
公元前3世纪 吕不韦 主持编成的《吕氏春秋》解释 天圆地方
人类经过漫长的探索终于证实大地是一个球体 善于运用逻辑方法思维的古希腊人，率先 提出了大地是一个圆球的想法。 我国东汉张衡(78 ～139年)观测中发现 月蚀的阴影边缘总是弧形的，证明大地 是圆的。
天地之体，形如鸟卵
－张衡
1519年9月由麦哲伦（Magalhhaes）率 领的船队，从西班牙，环球航行成功
定义为围绕太阳运转、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 物体的天体。
上述8大行星都是在1900年以前被发现的。 1930年美国天文学家汤博（C.Tombaugh）在海王星外 侧发现了冥王星，于是在过去长达70多年的时间里冥 王星一直被当作第9大行星。
然而，冥王星的直径只 有2300km左右，比月球 还要小。 其许多天文学特征也 与8大行星有较大的差异 。特别是近些年来在太 阳系先后发现了一些大 小和质量近似或超过冥 王星的天体，使冥王星 的行星地位受到了广泛 置疑。 因此，该届国际天文 学联合会大会依据新的 行星定义，将冥王星降 级为“矮行星”。
2006年8月24日 ，国际天文学联合会 (IAU)大会投票表决 ，将冥王星从太阳系 的九大行星中剔除， 自此，太阳系只剩下 8大行星。 根据2006年8月24日国际天文学联合会（IAU） 第26届大会的决议，太阳系的天体（除太阳外 ）主要分为三类：即“行星”、“矮行星”和 “太阳系小天体”。
（1）行星（planet）:其
以太阳为中心，向外是8大 行星；其中在火星与木星之间 分布有数以万计的“小行星带 ”，包括体积较大的谷神星； 在海王星外侧分布着“柯伊 伯带” (1992年发现)，大致 从冥王星轨道附近延伸到离太 阳约1500×108 km处，除无数 的小天体外，体积较大的冥王 星和近些年发现的卡戎星、夸 欧尔、塞德娜、齐娜星等均位 于其中，该带也是彗星的主要 源区； 在柯伊伯带之外还有黄道 离散盘面、太阳圈和尚属于推 测的奥尔特云。
哥白尼（1473～1543）
《天体运行论》中 宣布：太阳在万物 的中心统驭着；在 这座最美好的神庙 里，另外还有什么 更好的地点安置这 个发光体，使它能 一下子照亮这个宇 宙呢？
布鲁诺（ Bruno，1548～1600）
1583年在牛津大学作系列讲演太阳中心说 1584年他又提出宇宙无限的观念，太阳中心说显 示出的思想解放意义愈来愈明显，以致成为异端 1591年布鲁诺被骗回意大利，9年后，1600年2月 17日，在罗马的闹市繁花广场上，他被绑在火刑 柱上活活烧死。
二、太阳系
太阳系是以太阳为中心并受太阳引力支配的一个
天体系统 。太阳是其中唯一恒星，其质量占整个太阳 系的99.87％，能发出强烈的光和热。
围绕太阳旋转的是一个较为复杂的天体体系，这些 天体主要包括8大行星（由里向外依次为：水星、金星 、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星）、一些 矮行星(如冥王星、谷神星、齐娜星等)、为数众多的小 行星（主要分布于火星与木星之间和海王星外侧）、卫 星、彗星、陨星及十分稀薄的星际物质等（图1.8）。
如月球和地球构成地月系; 地球和其他行星围绕太阳公转，它们和太阳构成高 一级的天体系统，即太阳系; 太阳系又是更高一级天体系统——银河系极微小的 一部分，银河系中像太阳这样的恒星有2000多亿颗。 银河系以外，还有许多同银河系规模相当的庞大天 体系统，称为河外星系。 在人类现今所能观测到的宇宙范围内，大约存在着 10亿个以上的这样的星系。 通常，把我们现在观测所及的宇宙部分称为总星系 ，它是现在所知的最高一级天体系统。
（2）矮行星(plutonian objects)：即“类冥王星天 体”，是指同样具有足够 质量、呈圆球形、围绕太 阳运转且不是卫星、但不 能够清除其轨道附近其他 物体的天体。冥王星为其 典型代表，余者还包括谷 神星、齐娜星等。据发现 齐娜星的美国天文学家迈 克尔· 布朗(Michael Brown)估计，太阳系将有 数百颗矮行星，布朗本人 已经发现了数十颗可能符 合矮行星标准的天体。
（3）太阳系小天体(small solar system bodies)：泛指 其他所有围绕太阳运转但不符 合行星与矮行星条件的各种天 体。主要包括无数的以往称谓 的“小行星”、彗星和其它自 然形成的卫星等。
在过去相当长的时间中一直认 为太阳系以冥王星轨道为边界 ，半径约59×108 km。但近年 来对太阳系结构与空间范围的 认识已有了相当进展。
恒星的距离非常遥远。因此，人类短时间
看好像位置是“恒定”的，实际上是运动的 。
图1－1
北斗亮程度 被称为亮度。 古代人们将恒星的亮度分为6个等级，称为 视星等。其中把15个最亮的恒星称一等星，而 把正常视力所能辨认的最暗的星称六等星。 后来，由于光学仪器的发展，人们测定了视 星等和亮度的数量关系：即一等星比六等星亮 100倍，视星等每差一等，亮度差2.512倍。
恒星的亮度受恒星到地球距离不同的影响 ，并不完全代表恒星本身的真正发光能力。 恒星本身的发光能力被称为光度，光度 的等级则称为绝对星等。
在恒星与恒星之间 存在着极其广大的空间 ，称为星际空间。弥漫 于星际空间的极其稀薄 的物质称为星际物质。 主要的星际物质有两类，即星际气 体和星际尘埃。星际气体包括气态的原 子、分子、电子和离子，其中以氢为最 多，氦次之，其它元素都很少。星际尘 埃就是微小的固态质点。
一、宇宙中的天体和物质
通常将包括星际物质和各种积聚态实体在 内的所有宇宙星体称天体。 恒星是宇宙中最重要的天体 。恒星是由炽热气体组成的、 能够自身发光的球形或类似球 形的天体。 构成恒星的气体主要是氢， 其次是氦，其它元素很少。 太阳就是一颗既典型又很 普通的恒星。
拥有巨大的质量是恒星 能发光的基本原因。 ------由于质量大，内部受 到高温高压的作用，导致进 行由氢聚变为氦的热核反应 ，释放出巨大的能量，以维 持发光。 恒星的质量相差不大，多在0.1-10倍太阳质 量之间；恒星的体积却相差非常悬殊，大的恒星 直径为太阳的2000倍左右，小的恒星直径小于 1000 km，比月球还小。
第二节
银河系与太阳系
一、银河系
银河系（milky way system）是一个 由2000亿颗以上恒星 和大量星际物质组成 的庞大天体系统。 侧面看呈中间厚边 缘薄的扁饼形。 正面看呈旋涡形。
银河系的直径约 10万l.y.。中心部分 称为银核，直径约1万 多l.y.；银核外侧称 为银盘；银盘的中心 平面称为银道面。 太阳是银河系中的 一颗中等恒星，位于 距银河系中心约3万 l.y.的银盘内，太阳 附近银盘厚度约3000 l.y.，太阳距银道面 约26 l.y.，几乎就在 银道面上。
未来的世纪会了解我，知道我的价值
1889年，还是在繁花广场，竖起布鲁诺的铜像
伽利略（Galilei,1564～1642）
《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》 出版后产生轰动效应，随即成为禁书; 伽利略也在1633年2月被软禁，四年后伽利略 双目完全失明，九年后，与世长辞。
第一节
宇宙
理由：冥王星和太阳
系其他八大行星有很 多不同。 八大行星轨道都接 近于圆形，而冥王星 却是极为扁长的椭圆 ；八星轨道几乎在同 一平面，而冥王星倾 斜角达17度。
理由：更重要的是，1992年人类发现“柯伊伯小行星带”。柯
伊伯带是围绕太阳系外围的一个环状结构，从冥王星轨道处即离 太阳60亿公里延伸到1500亿公里，里面有大量由冰组成的天体。 冥王星接近于该带，且和这些天体的组成成分非常相似。而新发 现的齐娜也出自这里，并且齐娜比冥王星更加怪异，绕太阳一周 要560年，轨道与其他八星轨道平面夹角达到44度，已经是斜的了
亚里士多德- 托勒密的地球中心说
太阳、月球、水星、金星、火星、木星、土星分 别在七个天层里围绕地球转动，其外为恒星天 层；最外边 的原动力天层
亚里士多德 - 托勒密的地球中心说，被人 们奉为真理，长达十几个世纪。在一般 人的感觉中，太阳真是好像在围着地球 转（据美国1997年调查，在该国，仍有 27%的人不知道地球是在围着太阳转）
太阳系
行星的分布及运 转几乎都在一个 共同的平面内， 称黄道面。行星 运动有两种主要 形式：自转和绕 太阳公转。绝大 部分行星公转的 方向及其自转方 向都相同，与太 阳自转的方向一 致。
开普勒第一定律: 行星绕太阳公转的轨道是
椭圆，太阳位于椭圆的一个焦点上。
行星至太阳的距离因公转发生周期性变化，当行 星到达椭圆长轴两端时，分别称远日点和近日点 。 行星至太阳的 平均距离正好等于 椭圆的长半径a。
银河系的所有天体大体顺银道面绕核心作飞 快的旋转运动，称银河系自转，但其自转不同于 固体转动，银盘内从中心到边缘的不同地方自转 的角速度不同。
太阳附近银河系自转角速度为0.0053″／a，线速 度为250km/s，这也是太阳绕银河系核心公转的速 度。太阳公转一周的时间约为2.6亿-2.8亿a。同 时,太阳还进行着往返于银道面两侧的波状位移。
为了便于认识恒星，人们把天球上的恒星分成若干 群落，每个群落的恒星都有自己独特的形状并占据一定 的空间，这样的恒星群落称为星座。
古代人把星座中 一些较亮而邻近 的星联成图形， 结合神话中的人 物或动物为星座 命名，沿用到现 在。