天文学概论2
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
它们会在不同物质，或 不同密度或不同温度的 构成的交界处发生弯曲 或反射。
这些信息可以用来分 析并推出地球内部的 结构。
地球内部(2)
固体外壳
基本结构:
固体地幔 液体内核
固体内核
越往地心温度越高
地心的温度和太阳表面的温度相当，金属是液体的。
地球的磁场
• 地核主要由高电导率 的铁和镍构成。
• 核的对流和旋转产 生了双极磁场。
大气
地球有原始大气是从地球形成时剩余气体中捕获的。
大气的成分由 于以下两个过 程的作用改变 很大( 第二大 气)
1)地球内部化合物通过火山释放 2) 后来冰冷的流星和彗星轰击 出气体
地球大气的结构
地球大气的组成进一步 受到以下因素的影响： • 海洋里的化学反应
• 来自太空的能力辐 射（特别是紫外辐射）
大潮和小潮
太阳也会产生潮 汐的作用，大小 大潮（Spring tides） 等于月亮的一半 • 在新月或满月 时太阳和月亮的 潮汐相叠加，形 成大潮 • 在第一和第三1 分线处两种作用 合力指向一个夹 角，引起小潮。
小潮（Neap tides）
潮汐锁定月球的轨道
地球对月球岩石 内部的潮汐引力。
由于潮汐的长 期作用，月球自 转周期与绕地球 公转周期恰好相 同，这使得月球 总是以相同的一 面对着我们。
Moon
(Eccentricities greatly exaggerated!)
Aphelion = position furthest away from
the sun
日环食（Annular Solar Eclipses）
当地球在近日点附近且月亮在近地 点附近时，我们看到日环食
Perigee
Apogee Perihelion
Aphelion
月球和太阳 的角大小是 变化的，取 决于它们与 地球的距离.
Fra Baidu bibliotek
日环食（Annular Solar Eclipses）(2)
Almost total, annular eclipse of May 30, 1984
形成日月食的条件(1)
The moon’s orbit is inclined against the ecliptic by ~ 50.
板块运动带来的活动带
Volcanic hot spots due to molten lava rising up at plate boundaries or through holes in tectonic plates
地球板块的历史
泛大陆
地质活动的历史
今天我们看到的地表，与地球的年龄相比，只是 近期形成的。
地球内部
直接探测地球的内部（如钻孔）是不可能的。 地球内部结构可以通过地震学方法得到: 地震时回产生地震波
压力波:
两种地震波:
Particles vibrate back and forth
Particles vibrate up and down
剪切波:
地震学
地震波不会以相同的速 度直接的穿过地球。
Eclipses occur in a cyclic pattern.
Saros cycle: 18 years, 11 days, 8 hours
沙罗周期
沙罗周期（沙罗周期是日食和月食的周期， 是指月球在它的轨道盘上运行一周沙罗周期 （以便月球交点沿着轨道公转一周）所需的 时间——223个朔望月，即223 × 29.53059 天 = 6585.32157 天，也就是18年零11.32天（如 果有5个闰年就是18年零10.32天）。这是古巴 比伦人对日食的观测后发现的其周期性， “沙罗”就是重复的意思。这个时间接近242 个交点月（242 × 27.21222 天 = 6585.35724 天）。因为沙罗周期有0.32天的“零头”，因 此必须等3个沙罗周期，才能在地球上的相似 地点看到日食再次发生。）
Chromosphere and Corona
Prominences
太阳大气
贝利珠
地球和月亮的轨道是椭圆
Perihelion = position closest to the sun
Sun
Earth
Apogee = position furthest away from
Earth
Perigee = position closest to Earth
27.32 days
Moon
Earth
Fixed direction in space
•月球相对于恒 星绕地球运转周 期，约27.3天－ －恒星月。
月相(2)
Fixed direction in space
29.53 days Earth
Moon
Earth orbits around Sun => Direction toward Sun changes!
臭氧层的破坏是由于人类活动 造成的已得到证明（例如，越 来越多的臭氧层空洞南极）；
必须通过减少CFC的使用停止 并逆转这种状况，特别是在发 达国家！
1.1.4 日月食
I. 变化的月亮 A. 月亮的运动 B. 月相的循环
II. 潮汐 A. 潮汐的原因 B.潮汐的影响
III. 月食 A. 地球的影子 B. 月全食 C. 月偏食和半影月食
日食（Solar Eclipses）
太阳在天空中的大小和月亮相同（约为相同的角直径~ 0.50）。 当月亮从太阳前面经过时，月亮会将太阳整个覆盖，产生日食。
日食: 2002-2012
Approximately 1 total solar eclipse per year
日全食（Total Solar Eclipse）
月球的轨道运动的加速度
地球的潮汐隆起稍微倾斜的 引力拉稍向前沿月球轨道。 方向地球自转。
月食
地球的影子 由局部阴影 区，半影， 和一个全阴 影区，本影 构成。
月全食(1)
月全食(2)
为什么是红月亮
当太阳光经过地球上 的大气层被折射到地 球背后影子里去的时 候，它们都受到大气 层中极其微小的大气 分子的散射和吸收。 像 黄、绿、蓝、靛、
地球板块
地球的外壳由几个大板块构成，它们相对其他板块在做常速运动。 －－板块构造论
板块构造的证据存在海洋底部
… 环太平洋周围的地质活动带上
板块构造学说
板块之间有相对运动
洋底构造是地幔对流的直接反映， 洋脊是地幔物质上涌的部位，海 沟是地幔物质的下降部位。 板块相互远离，熔岩可以
从下面上升－－火山活动
月相(4)
Evening Sky
New Moon First Quarter Full Moon
一个口诀：上上上西西、下下下东东
月相(5)
Morning Sky
Full Moon Third Quarter New Moon
潮汐
在月球和太阳引力作用下，海洋水面周期性的涨落现象。在白 天的称潮，夜间的称汐，总称“潮汐”。
地球被看做质点，地球质 点受到月球质点的万有引力正 是地球质点绕共同质心做圆周 运动的向心力，而此向心力对 应的惯性力与此向心力大小相 等方向相反。
实际上地球的体积很大， 在离月球最近的地面上的物体， 绕地、月共同质心做圆周运动 的轨道半径明显小于地球质点 的轨道半径，物体所受月球的 万有引力就会大于所受对应的 惯性力，这两个力不能再抵消， 其合力与物体受地球的万有引 力方向相反，使物体的重力明 显变小。如果所说的“物体” 是这里的海水，那么这里就会 有涨潮发生。
•月球相对于太阳绕 地球运转周期，约 29.53天－－朔望月。
月相(3)
因为月球本身不发 光，且不透明，月 球可见发亮部分是 反射太阳光的部分。 只有月球直接被太 阳照射的部分才能 反射太阳光。我们 从不同的角度上看 到月球被太阳直接 照射的部分，这就 是月相的来源。
月相变化歌 初一新月不可见，只缘身陷日地中， 初七初八上弦月，半轮圆月面朝西。 满月出在十五六，地球一肩挑日月， 二十二三下弦月，月面朝东下半夜。
A solar eclipse can only occur if the moon passes a node near new moon.
A lunar eclipse can only occur if the moon passes a node near full moon.
形成日月食的条件(2)
紫等色的光波比较短， 在大气中受到的散射 影响比较大，它们大 部分都向四面八方散 射掉了；红色的光线 波长比较长，受到散 射的影响不大，可以 通过大气层穿透出去, 折射到躲在地球影子 后面的月亮上。所以， 在月全食时，公众看 到的月亮是暗红色的， 即所谓的“红月亮”
一个月全食可以持续1个小时40分钟。
地球磁场的作用
磁场保护地球免受来自太阳的高能粒子（太阳风）
太阳风和地球磁场 相互作用的第一表 面－弓激波
磁球
一些高能粒子的泄漏通过磁场产生的环绕地球的高能粒子带：范艾伦带。
极光
由于高能粒子泄漏到较低的磁层，它们激发地球磁极附近分子， 导致极光。
活动的地球
约2/3的地球表面被 水覆盖。
山脉在水的作用下相 对迅速的腐蚀。
通识课 天文学概论
教师：
1.1.3 地球
地球不完全是球形的，而是在两极方向略为扁平些，大致为 一旋转椭球体，垂直于自转轴的截面是正圆，通过两极的截 面是椭圆，其长半轴d和短半轴c分别为：
d=6 378.164千米 c=6 356.779千米
I. 地球的早期历史
地球的其它基本参数为： 平均半径：R=6 371千米
A.行星发展的四个阶段 B. 作为行星的地球 II. 固体地球
赤道周长：L=40 075.51千米 最高山峰：海拔8 840米 最深海沟：海拔－11 000米 地面起伏：约20千米
A. 地球内部 B. 磁场 C. 地球的活动外壳
地球质量：M=5.976×1024千克 平均密度：ρ＝5.517克/厘米3 年龄： 约46亿年
IV. 日食 A. 太阳和月亮的角直径 B. 月亮的影子 C. 日全食
V. 预测蚀 A. 蚀形成的条件 B. 空间角度 C. 沙罗周期（The Saros Cycle）
月相(1)
月相是天文学中对于地球上看到的月球被太阳照明部分的称呼。月球 绕地球运动，使太阳、地球、月球三者的相对位置在一个月中有规律 地变动。
• 这被称作全球变暖。 • 导致冰川和极地冰盖的融化（ 上升的海平面）
和全球气候变化，这可能最终使地球不适合人 类生活！
人类对大气的影响(2)
2)臭氧层的破坏
Ozone (= O3) 吸收紫外辐射（破坏人类 和动物的组织）。
含氯氟烃（CFCs）（使用，例如，在 工业过程中，制冷和空调）破坏臭氧 层。
• 地球生命的存在
臭氧层对地球上 的生命来说非常 重要，因为它保 护大气不受紫外 辐射的影响。
大气的温度严格的依赖它的反照率－占多大比例的光被反射到太 空。
此外，还依赖很多其他因素，比如说大气中水蒸气的含量
人类对大气的影响
1) 温室效应 地球表面的加热来自太阳的辐射。
热能是来自地球表面的再辐射－远红 外辐射。 CO2, 和其它大气中的气体，吸收 远红外光。
III. 大气
A. 大气的产生
B. 人类活动对地球大气的影响
地球早期的历史
行星发展的四个阶段
第一阶段是分化，根据材料 的密度分离。分化产生一个 致密核、厚的地幔和低密度 的外壳。 年轻的地球被早期太阳系填 充的碎片严重轰炸。
融化的岩石以及随后产生的 水充满了低洼处。
地质运动和侵蚀作用使地表 还在不断的缓慢的变化。
热量就被俘获在空气中了.
这就是温室效应。
温室效应是自然发生的，对地球上维 持一个舒适温度非常重要。
但是人类活动，特别是从汽车以及 工厂释放的CO2，严重的提高了温 室气体的浓度。
全球变暖
• 人类活动(CO2 释放 +森林的砍伐)极大的增加了温室 气体的浓度。
•作为一个结果，排除合理怀疑，地球的平均温度增加。
这些信息可以用来分 析并推出地球内部的 结构。
地球内部(2)
固体外壳
基本结构:
固体地幔 液体内核
固体内核
越往地心温度越高
地心的温度和太阳表面的温度相当，金属是液体的。
地球的磁场
• 地核主要由高电导率 的铁和镍构成。
• 核的对流和旋转产 生了双极磁场。
大气
地球有原始大气是从地球形成时剩余气体中捕获的。
大气的成分由 于以下两个过 程的作用改变 很大( 第二大 气)
1)地球内部化合物通过火山释放 2) 后来冰冷的流星和彗星轰击 出气体
地球大气的结构
地球大气的组成进一步 受到以下因素的影响： • 海洋里的化学反应
• 来自太空的能力辐 射（特别是紫外辐射）
大潮和小潮
太阳也会产生潮 汐的作用，大小 大潮（Spring tides） 等于月亮的一半 • 在新月或满月 时太阳和月亮的 潮汐相叠加，形 成大潮 • 在第一和第三1 分线处两种作用 合力指向一个夹 角，引起小潮。
小潮（Neap tides）
潮汐锁定月球的轨道
地球对月球岩石 内部的潮汐引力。
由于潮汐的长 期作用，月球自 转周期与绕地球 公转周期恰好相 同，这使得月球 总是以相同的一 面对着我们。
Moon
(Eccentricities greatly exaggerated!)
Aphelion = position furthest away from
the sun
日环食（Annular Solar Eclipses）
当地球在近日点附近且月亮在近地 点附近时，我们看到日环食
Perigee
Apogee Perihelion
Aphelion
月球和太阳 的角大小是 变化的，取 决于它们与 地球的距离.
Fra Baidu bibliotek
日环食（Annular Solar Eclipses）(2)
Almost total, annular eclipse of May 30, 1984
形成日月食的条件(1)
The moon’s orbit is inclined against the ecliptic by ~ 50.
板块运动带来的活动带
Volcanic hot spots due to molten lava rising up at plate boundaries or through holes in tectonic plates
地球板块的历史
泛大陆
地质活动的历史
今天我们看到的地表，与地球的年龄相比，只是 近期形成的。
地球内部
直接探测地球的内部（如钻孔）是不可能的。 地球内部结构可以通过地震学方法得到: 地震时回产生地震波
压力波:
两种地震波:
Particles vibrate back and forth
Particles vibrate up and down
剪切波:
地震学
地震波不会以相同的速 度直接的穿过地球。
Eclipses occur in a cyclic pattern.
Saros cycle: 18 years, 11 days, 8 hours
沙罗周期
沙罗周期（沙罗周期是日食和月食的周期， 是指月球在它的轨道盘上运行一周沙罗周期 （以便月球交点沿着轨道公转一周）所需的 时间——223个朔望月，即223 × 29.53059 天 = 6585.32157 天，也就是18年零11.32天（如 果有5个闰年就是18年零10.32天）。这是古巴 比伦人对日食的观测后发现的其周期性， “沙罗”就是重复的意思。这个时间接近242 个交点月（242 × 27.21222 天 = 6585.35724 天）。因为沙罗周期有0.32天的“零头”，因 此必须等3个沙罗周期，才能在地球上的相似 地点看到日食再次发生。）
Chromosphere and Corona
Prominences
太阳大气
贝利珠
地球和月亮的轨道是椭圆
Perihelion = position closest to the sun
Sun
Earth
Apogee = position furthest away from
Earth
Perigee = position closest to Earth
27.32 days
Moon
Earth
Fixed direction in space
•月球相对于恒 星绕地球运转周 期，约27.3天－ －恒星月。
月相(2)
Fixed direction in space
29.53 days Earth
Moon
Earth orbits around Sun => Direction toward Sun changes!
臭氧层的破坏是由于人类活动 造成的已得到证明（例如，越 来越多的臭氧层空洞南极）；
必须通过减少CFC的使用停止 并逆转这种状况，特别是在发 达国家！
1.1.4 日月食
I. 变化的月亮 A. 月亮的运动 B. 月相的循环
II. 潮汐 A. 潮汐的原因 B.潮汐的影响
III. 月食 A. 地球的影子 B. 月全食 C. 月偏食和半影月食
日食（Solar Eclipses）
太阳在天空中的大小和月亮相同（约为相同的角直径~ 0.50）。 当月亮从太阳前面经过时，月亮会将太阳整个覆盖，产生日食。
日食: 2002-2012
Approximately 1 total solar eclipse per year
日全食（Total Solar Eclipse）
月球的轨道运动的加速度
地球的潮汐隆起稍微倾斜的 引力拉稍向前沿月球轨道。 方向地球自转。
月食
地球的影子 由局部阴影 区，半影， 和一个全阴 影区，本影 构成。
月全食(1)
月全食(2)
为什么是红月亮
当太阳光经过地球上 的大气层被折射到地 球背后影子里去的时 候，它们都受到大气 层中极其微小的大气 分子的散射和吸收。 像 黄、绿、蓝、靛、
地球板块
地球的外壳由几个大板块构成，它们相对其他板块在做常速运动。 －－板块构造论
板块构造的证据存在海洋底部
… 环太平洋周围的地质活动带上
板块构造学说
板块之间有相对运动
洋底构造是地幔对流的直接反映， 洋脊是地幔物质上涌的部位，海 沟是地幔物质的下降部位。 板块相互远离，熔岩可以
从下面上升－－火山活动
月相(4)
Evening Sky
New Moon First Quarter Full Moon
一个口诀：上上上西西、下下下东东
月相(5)
Morning Sky
Full Moon Third Quarter New Moon
潮汐
在月球和太阳引力作用下，海洋水面周期性的涨落现象。在白 天的称潮，夜间的称汐，总称“潮汐”。
地球被看做质点，地球质 点受到月球质点的万有引力正 是地球质点绕共同质心做圆周 运动的向心力，而此向心力对 应的惯性力与此向心力大小相 等方向相反。
实际上地球的体积很大， 在离月球最近的地面上的物体， 绕地、月共同质心做圆周运动 的轨道半径明显小于地球质点 的轨道半径，物体所受月球的 万有引力就会大于所受对应的 惯性力，这两个力不能再抵消， 其合力与物体受地球的万有引 力方向相反，使物体的重力明 显变小。如果所说的“物体” 是这里的海水，那么这里就会 有涨潮发生。
•月球相对于太阳绕 地球运转周期，约 29.53天－－朔望月。
月相(3)
因为月球本身不发 光，且不透明，月 球可见发亮部分是 反射太阳光的部分。 只有月球直接被太 阳照射的部分才能 反射太阳光。我们 从不同的角度上看 到月球被太阳直接 照射的部分，这就 是月相的来源。
月相变化歌 初一新月不可见，只缘身陷日地中， 初七初八上弦月，半轮圆月面朝西。 满月出在十五六，地球一肩挑日月， 二十二三下弦月，月面朝东下半夜。
A solar eclipse can only occur if the moon passes a node near new moon.
A lunar eclipse can only occur if the moon passes a node near full moon.
形成日月食的条件(2)
紫等色的光波比较短， 在大气中受到的散射 影响比较大，它们大 部分都向四面八方散 射掉了；红色的光线 波长比较长，受到散 射的影响不大，可以 通过大气层穿透出去, 折射到躲在地球影子 后面的月亮上。所以， 在月全食时，公众看 到的月亮是暗红色的， 即所谓的“红月亮”
一个月全食可以持续1个小时40分钟。
地球磁场的作用
磁场保护地球免受来自太阳的高能粒子（太阳风）
太阳风和地球磁场 相互作用的第一表 面－弓激波
磁球
一些高能粒子的泄漏通过磁场产生的环绕地球的高能粒子带：范艾伦带。
极光
由于高能粒子泄漏到较低的磁层，它们激发地球磁极附近分子， 导致极光。
活动的地球
约2/3的地球表面被 水覆盖。
山脉在水的作用下相 对迅速的腐蚀。
通识课 天文学概论
教师：
1.1.3 地球
地球不完全是球形的，而是在两极方向略为扁平些，大致为 一旋转椭球体，垂直于自转轴的截面是正圆，通过两极的截 面是椭圆，其长半轴d和短半轴c分别为：
d=6 378.164千米 c=6 356.779千米
I. 地球的早期历史
地球的其它基本参数为： 平均半径：R=6 371千米
A.行星发展的四个阶段 B. 作为行星的地球 II. 固体地球
赤道周长：L=40 075.51千米 最高山峰：海拔8 840米 最深海沟：海拔－11 000米 地面起伏：约20千米
A. 地球内部 B. 磁场 C. 地球的活动外壳
地球质量：M=5.976×1024千克 平均密度：ρ＝5.517克/厘米3 年龄： 约46亿年
IV. 日食 A. 太阳和月亮的角直径 B. 月亮的影子 C. 日全食
V. 预测蚀 A. 蚀形成的条件 B. 空间角度 C. 沙罗周期（The Saros Cycle）
月相(1)
月相是天文学中对于地球上看到的月球被太阳照明部分的称呼。月球 绕地球运动，使太阳、地球、月球三者的相对位置在一个月中有规律 地变动。
• 这被称作全球变暖。 • 导致冰川和极地冰盖的融化（ 上升的海平面）
和全球气候变化，这可能最终使地球不适合人 类生活！
人类对大气的影响(2)
2)臭氧层的破坏
Ozone (= O3) 吸收紫外辐射（破坏人类 和动物的组织）。
含氯氟烃（CFCs）（使用，例如，在 工业过程中，制冷和空调）破坏臭氧 层。
• 地球生命的存在
臭氧层对地球上 的生命来说非常 重要，因为它保 护大气不受紫外 辐射的影响。
大气的温度严格的依赖它的反照率－占多大比例的光被反射到太 空。
此外，还依赖很多其他因素，比如说大气中水蒸气的含量
人类对大气的影响
1) 温室效应 地球表面的加热来自太阳的辐射。
热能是来自地球表面的再辐射－远红 外辐射。 CO2, 和其它大气中的气体，吸收 远红外光。
III. 大气
A. 大气的产生
B. 人类活动对地球大气的影响
地球早期的历史
行星发展的四个阶段
第一阶段是分化，根据材料 的密度分离。分化产生一个 致密核、厚的地幔和低密度 的外壳。 年轻的地球被早期太阳系填 充的碎片严重轰炸。
融化的岩石以及随后产生的 水充满了低洼处。
地质运动和侵蚀作用使地表 还在不断的缓慢的变化。
热量就被俘获在空气中了.
这就是温室效应。
温室效应是自然发生的，对地球上维 持一个舒适温度非常重要。
但是人类活动，特别是从汽车以及 工厂释放的CO2，严重的提高了温 室气体的浓度。
全球变暖
• 人类活动(CO2 释放 +森林的砍伐)极大的增加了温室 气体的浓度。
•作为一个结果，排除合理怀疑，地球的平均温度增加。