地球概论-地球的宇宙环境2

星并不是在图上到处分布的。
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大多数（90％以上）恒星分布
在从图的左上方至右下方的一
条窄带上，温度由高到低，光
度由大到小，形成一个明显的
序列。这条窄带叫做主星序；
位于主星序上的恒星，则被称
为主序星。这个关系图表明，
大多数恒星的光度，决定于它
们的温度，即恒星的温度越高，
其光度就越大。
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同主序星相比较，赫罗图上有 三部分恒星情况殊异。一部分 集中在图的右上方，它们的温 度不高，但光度却很大，这部 分恒星叫红巨星。在红巨星的 上方，一直延伸到图的左侧， 是一些超巨星。另一部分恒星 分布在赫罗图的左下方。它们 的温度相当高，但光度却很小， 这些小而热的恒星叫白矮星。
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银河与银河系是同一事物的两 个不同图象： ➢ 银河系是以银河命名的星 系（形似圆盘）； ➢ 银河则是银河系主体在天 球上的投影（环天光带）。
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银河系结构 银河系主体
核球
长径约10000-13000光年，厚约 10000光年，是恒星最密集的部分。
中心 银核 中心 银心
圆盘体
中部厚约2400-4800光年、四周薄约
第二章 地球的宇宙空间
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第三节 恒星和星系 第四节 太阳和太阳系 第五节 月球和地月系
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第三节 恒星和星系
➢宇宙是物质的。这些物质统称天体，包括 星体、星云（nebula） 、星际物质（星际 气体和星际尘埃）（interstellar） 。星 云按发光表现分为两类：暗星云和亮星云。
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亮星云根据起源和物理本原又可分为4个次型 1、弥漫星云，本身发射暗弱辐射，外形不规则； 2、反射星云，因反射附近亮星的光而发亮； 3、行星状星云，典型的形态是表面有亮度很高的圆盘或 圆环； 4、超新星遗迹，这是一些高速膨胀的气体云，它们是恒 星爆发时抛射的物质。
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2.3.4 太阳活动 太阳是在不断变化的，发生在太阳大气的各种变化可以
直接影响到地球。我们把太阳处于激烈运动中的状态叫 太阳活动。太阳活动有时较强有时较弱，处于活动高潮 时的太阳称扰动太阳。而处于活动低潮时的太阳称为宁 静太阳。通常所说的太阳活动指扰动太阳。
太阳活动的表现有：太阳黑子、光斑、耀斑、日珥。其 中，太阳活动最主要的标志是太阳黑子，而对地球影响 最大的是耀斑。
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2.2 星系
2.2.1 银河与银河系
我们肉眼看见的所有恒星，以及许许多多因为太暗而
肉眼看不见的恒星，还包括我们的太阳和太阳系在内，都
属于一个巨大的恒星系统，即银河系。银河系中还包括许
多恒星、星际物质和星云。
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"不识庐山真面目，只缘身在此山中。"我们身处银 河系之中，能够看到的是一条横贯夜空的银河。这是一 条朦胧不清的光带，绵延天空一整周。平均宽度约为20 度。银河是由许多遥远的恒星组成的，表明了银河系的 恒星在这一带非常密集。在银河中还可以看待许多暗带， 说明在银河的方向上有大量的星际介质和暗星云存在。
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（2）太阳的温度 经太阳辐射的测定太阳光球表面温度为5770ºK。太
阳可以分为一些同心圈层，由内向外以次为光球、色球 和日冕。从太阳表层——光球向内温度随深度的增加而 增高，太阳中心温度可高达1500万度，光球以外温度亦 随高度增加而增高，在2000km高度上，色球温度可达10 万度，日冕温度可达100万度。
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（2）色球：是太阳大气的中层，只有在日全食时可见， 呈平玫瑰色，厚度约为2000km，亮度仅及光球的千分之 一。色球的物质密度比光球低得多，但却比光球更热。 底层温度大约为1万度。
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（2）日冕：是太阳大气的最外层，延伸范围很广，密度 极其稀薄，物质以极高的速度运动，只有在日全食和用 日冕器才能看到，呈灰白色。其亮度仅及色球的千分之 一，形状和大小变换不定。密度极低，温度却很高，达 百万度以上。
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地球每分钟所获得的太阳热能仅及太阳每分钟放出热 量的22亿分之一，这部分热量对太阳来说微不足道，而对 地球来说，则具有重要的地理意义。它是地球环境最主要 的热量来源，地球内部还存在地球内能，但由于地球是一 个热的不良导体，地球表层的地理环境所获得的地球内能 十分少，地理环境中的一切地理过程的能量源泉是太阳能， 它使地球表面产生了热量分带，气侯、土壤、植被等产生 分带现象。
太阳具有如此高的中心温度，说明它有巨大的产能 系统。
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（3）太阳的热源
☺太阳的热能是在热核反应中产生的。太阳内部的高温，
加之粒子的高速运动，使原子核发生聚变，从而产生大量
的能量。
☺太阳能是在氢核聚变为氦核的过程中产生的，其能量来
源为物质的质量，由于质量的衰减而产生热能。
☺太阳的热能主要来自太阳中心，因为这里处在高温高压
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2.1 恒星
2.1.1 恒星及其自行
恒星都是由帜热气体组成的、能够自身发光的球形或 类似球形的天体，它们在天球上的相对位置保持不变。
恒星的空间速度，可以分成两个分量，即视向速度和 切向速度。
恒星的自行，没有统一的方向和速率。
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2.1 恒星
2.1.2 恒星的发光和光谱
恒星能自行发光（指可见光），这是它的本质特征。恒 星要产生可见光，其温度必然是很高的。为什么恒星能有 很高的温度？
力定律说明引力的大小与两物体的质量乘积成正比，与距 离的平方成反比。
太阳的质量为1.989×1030kg，约为地球质量的33 万倍。
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2.3.2 太阳的热能、温度和热源
太阳是地球和整个太阳系光和热的源泉，人们已经成功地 测定了太阳辐射能量。 （1）太阳的热能
在日地处于平均距离，太阳光垂直照射并排除大气影 响的条件下，地面上单位面积（cm2）每分钟所接受的太 阳热量为8.16焦耳，即8.16J/(cm2min)，称为太阳常数。 设想有一个以太阳为中心，以日地平均距离为半径的巨大 球面。用这个球面积乘以太阳常数，便得到太阳辐射总量， 其值为3.826×1026J/s。
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2.3 太阳
➢太阳是一颗恒星，具有极大的质量和很高的温度。
质量相当于地球质量的33万余倍，或太阳系九大行星 的700余倍。巨大的质量使太阳具有很高的中心温度
（约1500万K），因而进行着热核反应，成为自身发光
的天体。
➢在银河系中太阳只是其中普通的一员，它的各种物
理参数如：质量、体积、密度、温度和光度等，都没
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a1 a
a1-a
具体步骤是：
——设日地距离为a，某个距地球较近的小行星与太阳
的距离为a1，当小行星冲日时（此时小行星距地球最近），
测定其地平视差（小行星到地球的距离a1-a）。
——根据开普勒第三定律：二行星公转周期的平方之比
等于其同太阳距离的立方之比，求得a。
近年来，人们又通过雷达测定金星与地球的距离，
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的源泉。
2.3.1 太阳的距离、大小和质量 （1）太阳距离的测定
地球与太阳的平均距离，叫天文单位。这是天文学 上的距离单位之一，除此之外，还有光年：即光在 一年中所走过的路程。秒差距：日地平均距离相对 于某恒星张开的角为一秒时，恒星到太阳的距离为 一个秒差距。
天文学上测定太阳的距离是通过对某个小行星距离 的测定来推算的。
椭圆形，也有的
近似正圆，有的
呈梭形。此类星
系的数目约占
17%左右，居第
二位。
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旋涡星系：大多数星系
属于此类，约占80%左右。 又分正常旋涡星系和棒旋 星系。
不规则星系：这类星系占极少数，约3%左右，它们的形
状极不规则，没有一定的结构形式，看不出旋转的对称性， 也没有明亮的星系核。
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两个运动中的星系,巨大的引力使它们拉出长长的“尾巴”
——一些相互邻近的星系结合成星系群。银河系所属 的星系群，叫本星系群。
——比星系群更加庞大的天体系统叫星系团。一个星 系团包含几百甚至几千个星系。
——比星系团更高一级的天空世界为总星系。
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河外星系形态各异，按形态可分为三类： 椭圆星系、旋涡星系 、不规则星系
椭圆星系：形
状比较规则，一
般为扁度不等的
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➢相对于银心的旋转，其 速度为250km/s，绕转周期 为2.5亿年； ➢相对于邻近恒星的运动： 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。
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2.2.3 河外星系
——象银河系这样包含大量恒星的天体系统，被叫做 星系。在现代观测工具所能察觉的范围内，这样的星系约 有10亿个。所有这些星系（除银河系外），统称河外星系。
恒星的光度表示恒星本身的发光强度。 在天文学上，天体的亮度和光度都用星等表示：表示
天体亮度等级的叫视星等，记作m；表示天体光度等级的 叫绝对星等，记作M。通常所说的星等是指视星等。
星等是天文学上传统形成的表示天体亮度的一套特殊 方法。星等越大，恒星亮度越暗。通常分成六等。 星等以等差级数增大，亮度以等比级数递减。
（1）一是质量大小问题，恒星有巨大的质量，因此， 它有很高的中心温度，才能引起热核反应而释放大量能量；
（2）发展阶段问题，恒星并不是从来就发光的，也不 会永远是发光，只是在它生命史上的某个阶段才有发光现 象，而且，在不同的演化阶段，会发出不同的光。
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2.1 恒星
2.1.4 恒星的亮度和光度 恒星的亮度是指地球上受光强度，即恒星的明暗程度；
有什么与众不同的地方。
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在太阳系内，在同地球的关系上，太阳 就不是一个普通的恒星了。太阳是太阳系 的中心天体，因而有别于其它恒星，表现 为：
（1） 太阳是地球绕转的恒星，因而有周年视运动； （2） 太阳距离地球特别近，是距离地球最近的一颗恒星；光从 太阳到达地球只需8分多钟，而比邻星（离太阳系最近的一颗恒星） 的光到达地球需4.22光年； （3） 天球上所有恒星都是一个点，而太阳却是一个圆面，其视 半径约16(视半径：天体半径相对于地心张开的角)； （4） 太阳是地球天空中最明亮的一颗恒星，其亮度为-26.74等， 是一等星的1300万万倍； （5） 由于距离近，太阳赋予地球的热量特别多是太阳系光和热
银盘 800光年。在高速旋转中形成的，旋
银晕
转轴指向天球的两点为银极。
位于圆盘体的外围，呈球状，范围很大，物质也比银
盘低得多。
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2.2.2 太阳在银河系中的位置和运动 太阳位于银道面附近。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。
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2.2.4 宇宙 哲学上所说的宇宙或物理宇宙是无限的，即空间上的
无限性和时间上的无限性。 现代宇宙学所研究的宇宙或科学上的宇宙，是指现在
能够观测的现象的总和，实质上就是总星系。这样的宇宙 是物理宇宙的一个组成部分，它不是无限的，即在空间上 有它的边界，在时间上有它的起源。
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大爆炸宇宙学认为：宇宙是在一个温度极高（100亿度），
进而推算出日地距离最新值为149597892km，近似为
149600 000km。
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（2）太阳的大小 已知日地距离，就可以根据太阳的视半径，推算其
线半径。 太阳的半径约700000km，这个数值相当于地球半径
的109倍。 太阳表面积是地球的12000倍，体积为地球的
1300000倍。 （3）太阳的质量 太阳的质量可以通过万有引力定律来求得，万有引
的环境，氢核才可以聚变成氦核，放出能量。
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2.3.3 太阳的大气 太阳表面温度尚可过到5770ºK，这意味着太阳是一团
炽热的气体球。太阳大气实质上是指地球上可直接观测 的外部层次，分为光球、色球和日冕。
（1）光球：是通常所见 的太阳视表面，也是太 阳各个圈层中最亮的部 分，温度为5770ºK，厚 度约为500km，呈白色。
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2.1 恒星
2.1.5 恒星的多样性
——单星、双星和星团。 ——变星、新星和超新星。 ——巨星、超巨星和白矮星。 ——脉冲星和中子星。
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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 颗恒星在图 上占有一定 地位置。
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赫罗图地一个明显特点是，恒
密度极大的奇异点上发生大爆炸。起初只有中子、质子、
电子、中微子、光子等基本粒子。随着温度的降低形成万
物。
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第四节 太阳和太阳系
地球等九大行星以及无数小行星、彗星等天体围绕太阳公转， 构成太阳系。虽然太阳系很巨大，但在银河系中犹如沙漠中的一粒 沙。目前人类制造的探测器刚刚走出这粒沙，而人类的足迹也还仅 仅迈出地球的家门口。太阳系无穷无尽的奥秘在等着我们去发现， 去探索。这里将介绍太阳系的一些基本情况。