08 第一节 地球在宇宙中

恒星的距离
π
光年
光在真空中一年时间所走的距离。
秒差距 605亿km。光年是常用的距离单位。 1光年=94 恒星周年视差为1秒时的恒星距 太阳光到达地球时8分18秒。离太阳最近的恒星 离叫做1秒差距。 时半人马座的比邻星，距离时4.22光年，牛郎星 天文单位 日地平均距离为一个天文单位， 当星日连线和星地连线的最大张角为1秒时，该 约是16光年，织女星约26光年，北极星约400光 约14 960万km，用于测定太 星日距离长度定义为1秒差距。 恒星周年视差的 年。因为每颗恒星距离地球的远近不一，他们的 阳系天体的距离。 光到达地球的时间也是不相同的，所以我们所见 测定十分困难，离地球最近的比邻星周年视差仅 到的星空，其实是由恒星到地球的不同光行时间 0.767秒，其他遥远恒星的周年是差距就更小， α 三者关系 所组成的星空图像，反映的是不同恒星的不同历 通常采用照相方法测定。 1光年 = 9.4605×1012km= 63 240天文单位 史时期的面貌，称为星空的不等时性。 周年视差和秒差距互为倒数关系，当周年视差愈 1秒差距 = 3.26光年 =206 265天文单位 小，恒星距离就愈大。 恒星周年视差和秒差距
星等每差以及，则亮度差为1001/6-1=2.512,即星等每 下：l/l0=2.512m0-m式中：l和m为较亮一颗星的亮度和 恒星的亮度是不考虑其距离的远近，而恒星的光度是把 差一级，亮度差2.512倍，1等星比2等星亮2.512倍，2 星等；l0和m0为较暗一颗星的亮度和星等。 他们都放在等距离上进行亮度比较，这才真正地反映恒 等星比3等星亮2.512倍，余此类推。比1等星亮2.512倍 的是0等星，再亮的是-1等星、-2等星……。如大犬座 星的发光状况。国际上规定：将恒星移到距离地球10秒 差距（即32.6光年）处，恒星所具有的视星等，称为绝 α星（天狼星）是-1.4m、满月-12.7m、太阳-26.7m。 对星等。例如，太阳处在10秒差距的地方，其绝对星等 比6等星更暗的星，肉眼就看不到了。比6等星暗2.512 倍的是7等星，再暗的是8等星、9等星……。大望远镜 仅4.9m，成为一颗十分暗淡的星了。 可以观察到26等的暗星。
引力收缩阶段—幼年期
达到80万K以上时，恒星内部开始出现热核反应，当中心 白矮星、中子星、黑洞阶段—晚年期 恒星内部继续收缩，温度不断升高，当达到1亿K时，就 恒星的温度和密度愈向中心愈增加，只是中心部分氢氦 使内部温度升高，演化成恒星的胚胎，最后逐渐成为向 温度达到700万K以上，热核反应所产生的热能和向外辐 产生新的热核反应，由3个氦核聚变成1个碳核，再次产 聚变反应进行得最快。当中心区氢消耗到一定程度时， 红巨星内部进行着剧烈的氦—碳核反应，温度愈来愈高， 新星和超新星外层的物质大量抛向宇宙空间，又成为孕育新 外辐射红外线的红外星—幼年期的恒星。此过程中，引 射消耗的热量，达到相对平衡，星体不再收缩，引力与 黑洞是质量巨大高度集中在很小的体积内，密度极大， 生巨大能量，恒星内部压力最高，斥力和引力再度相对 热核反应减弱产生的能量供应不足，而在中心区的外围， 当内部温度 达到60亿K时，产生极强的辐射，向外放射 恒星的星际物质。宁波高密度的核心部分，成为爆炸后的残 力收缩起支配作用，引力动能为其主要热源。 斥力处于平衡，恒星进入壮年期。此过程中，引力收缩 引力大到任何物质无法逃脱，辐射也被禁锢出不来的天 平衡，恒星又稳定下来，度过它的中年期。太阳将来也 氢氦聚变反应继续进行，恒星内部斥力和引力的相对平 极强的能量。此时，斥力大于引力，平衡再次遭到破坏。 骸。恒星的质量不同，残骸的表现形式也不一样。质量小于 停止，引力与斥力处于平衡，核反应是主要能源。恒星 体。黑洞不发光，但可以根据其强大的引力场推测它的 会变成红巨星，在此阶段约维持10亿年左右。 衡及其稳定状态遭破坏，内部又开始收缩。由于收缩释 太阳质量1.44倍的恒星，可演化成为白矮星（已发现1000颗 质量大的恒星，大多数外壳发生爆炸，使其本身的光度 在这一阶段停留时间长、数量多，太阳在这一阶段的停 存在。目前认为可能是黑洞的天体是天鹅座X-1 。 放出来的能量，时恒星外壳急剧膨胀，变成体积大、密 突然增高级万倍甚至几亿倍，形成新星或超新星。 以上），质量在太阳质量1.44--2倍的恒星，内部物质急剧坍 留时间越为100亿年。 度小、表面温度低、光度仍然很强的红巨星。 缩超高密的中子星。质量大于太阳质量2倍的恒星，内部物 质更加急剧坍缩，成为密度更大的坍缩星---黑洞。
恒 星的演化 恒星的演化过程 是恒星内部物质的吸引和 主星序阶段—壮年期 宇宙空间弥漫着密度极其稀薄的星际物质，星际物质在 排斥对立统一的过程，具体表现为恒星的收 密度较大处可成为引力中心，形成星际云，星际云在自 红巨星阶段—中年期 红外星因引力收缩视其内部温度不断最高，当中心温度 缩和膨胀过程。可分为四个阶段 身引力作用下进一步收缩，引力动能部分转化为热能，
二、从地球看宇宙
在茫茫的宇宙中，人类的故乡---地球是一颗 普通的行星。地球不断地绕太阳运行，接受太阳 光的哺育，，演化成一刻生机盎然的星球。 从地球上看，天体都在天上，但是，地球也 是一个自然天体，在宇宙飞船和其他天体上看地 球，地球也在天上。从“天地是一家”的观点出 发，研究地球的宇宙环境，就是为了加深对整体 地球的认识。我们按照由远至近的顺序，剖析不 同层次的天体系统，探讨地球的宇宙环境，是为 了更好地了解地球本身。
间，是人类一致的宇宙空间，随着科技的发展，宇宙 空间范围将不断扩大。
对宇宙的认识
随着人类社会的发展及科技水平的提高，我们对于宇 宙的认识也在逐渐地深入。古老的宇宙观地是一块平 板，天是一个盖子，（天圆地方）——天圆如张盖， 地阔如圆盘。公元2世纪托勒密（地心说）：宇宙是一 个有限的球体，地球处于中心，在这之外还存在很多 个天层，月球天处于最内层，而恒星处于最外层。它 无法解释木星和土星的回旋。16世纪哥白尼：日心说： 太阳是宇宙的中心，地球在自转的同时绕太阳公转。 18世纪天文学家引入星系一词，其实是指宇宙。 20世纪以来，大型天文望远镜的利用，以及空间技术 的发展，人类已经认识到了上百亿光年的时空区域。
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概 念
1、恒
星
是由炽热气体（等离子体）构成的，能自行 发光发热的球状或类球状的天体。质量巨大， 在高温高压的条件下，内部不断进行热核反 应，外部不断抛射物质。他是宇宙中数量最 多和最重要的天体，凭肉眼能看到的天体99% 以上是恒星。恒星的成分，氢约占70%，氦约 占28%，其余为碳、氮、氧、铁等因素。每颗 恒星如同光芒四射的太阳，成为产能的基地， 通过对流和辐射向宇宙空间输送着巨大的辐 射能。
2、银河系
银河和银河系
银河系的结构、大小和形状 在夏秋晴朗无月的夜晚，仰望星空，从东北方
向越过头顶再朝西南方向延伸，有一条乳白色的 俯视银河系的形状，它是一 银河系的结构分为：银盘、核球和银晕三部分。银盘 光带横跨天空，这就是“银河”。银河的中名又 银河系是一个包括1500亿颗恒星和大量星际物质组成 银河系的运动 侧视银河系，似铁饼状，又 叫星河、银汉等；西方称其为“牛奶道路”。 个漩涡状的星系。他是由于 直径约10万光年，中心厚度约1万光年，太阳位于距中 的庞大星系级的天体系统。其直径约10万光年，其恒 像两顶草帽合在一起，中间 恒星围绕中心旋转形成的。 心 作 圆 周 运 动 ， 速 度 心约3万光年处。核球是银盘中隆起部分，近似球形， 银河与银河系不能混淆。“银河”是指我们 星的分布是不均匀的。中心区域恒星较密集，距中心 太阳以3万光年为半径绕银 整个银河系围绕中心轴线不停地旋转，称为银河系的 厚两边薄。由于我们观测者 在地球上看到的一条光带，是银河系在天空上的 银河系物质分布不均匀，在 直径约1万光年。核求中心恒星更加密集的区域叫银心。 愈远，恒星愈稀疏。 250km/s，周期2.5亿年，称为一个“宇宙年”。已知 自转。银河系所有的恒星处各自运动外，都有围绕银 不处于银心位臵，故各方恒 投影，是肉眼所见到的部分银河系。“银河系” 银盘上由核心想外延深处4条 银晕是在银盘以外，由稀疏地分布在一个圆球状的空 地球年龄46亿年，那么地球随太阳系一起绕转银心18 河系中心的旋转运动。由于银河系物质分布与引力有 星投影在天空上呈现非均匀 是指太阳所在的整个星系，是比太阳系更高层次 旋臂，他们是恒星密集区， 间范围内的恒星和星云组成。 圈多。此外，还可以观测到太阳以20km/s的速度向武 关，因此各部分恒星运动速度有所差异。整个银河系 的光带。银河系的中心在人 的庞大天体系统，是由构成银河系的气体、尘埃、 分为猎户臂、英仙臂、人马 仙座方向移动。 在宇宙空间的运动，朝麒麟座方向以214km/s运动着， 马座方向，那里的恒星显得 恒星、星团以及星云所组成的密集区。 臂和三千秒差距臂。太阳位 好像一个车轮子，自身不断旋转的同时，又不停地向 十分密集。 于猎户臂中。 前前进。
自然地理学 1
主讲人：许振文
第一章 地 球
第一节 地球在宇宙中的位置
一、宇宙和天体 自然地理环境位于地球的特定范围内，是 地球的一部分，而地球又是宇宙中的一颗 1、宇宙 普通的行星。他不断的和周围环境进行能 量、物质和信息的交换和传输，从而对自 宇宙是一个巨大无穷的物质世界，其中包含着无数的 2、天体 然地理环境产生多方面的影响，推动着各 天体和及其广阔的空间。战国时期尸佼曾定义“上下 种自然地理过程的形成，是自然地理环境 四方曰宇，古往今来曰宙”。汉代张衡则以“宇之表 宇宙中存在无数的天体。根据他们各自的特点分为： 无极，宙之端无穷”表述宇宙空间在空间上无边无际， 形成和发展的必要条件。因此，为了加深 恒星、行星、卫星、流星、彗星、星云等类。我们认 在时间上无始无终的特点。 对自然地理环境的认识，就必须了解行星 识宇宙，主要是认识宇宙中各种天体的运动及其变化。 现代人类理解的宇宙范围相当于130亿光年的巨大空 地球的宇宙环境及其自身的特性。
新星；若光度增加更大，亮度增达到1000万倍至1亿倍 中子星 是只有中子组成的恒星。 目前认为脉冲星就是具有强磁场的快速自转的中子星。 以上的变星叫超新星。新星并非是新出现的星，而是恒 金牛座蟹状星云的核心就是一颗中子星。其特征是：具有恒星 是由于恒星演化到后期，发生超新星爆发现象，爆发后核 星演化到期的一种现象。如金牛座蟹状星云，就是1054 般的质量（可达太阳质量的两倍）、行星般的体积（直径一般 心部分急剧收缩，内部物质在高温高压情况下，把电子挤 年一颗超新星爆发后的余迹。据我国文献记载，当时他 仅10km左右），密度极大，中心密度可达1014g/cm3，具有 入原子核内，电子与质子结合成中子，从而形成中子星。 最亮时比金星还亮，白天都能看到。 极强的磁场，此感应强度可达108T（特斯拉） 。
恒星的亮度和光度
亮度 在地球上，肉眼所见恒星的明暗程度，简称 亮度。亮度的等级用视星等（m）来表示。
古代，人们将肉眼所见到的最明亮的星叫一等星 勉强 光度 恒星的真正发光能力。其等级用绝对星等（M 星等与亮度之间的关系为：星等以等差级数减小（增 可见的暗星叫六等星，它们之间的亮度相差100倍。凡 来表示。 大），亮度以等比级数增大（减小）用普森公式表示如
特 殊 的 恒 星
变星 是指在较短的时间内（几年或更短）亮度发生 恒星世界五彩斑斓，多种多样。大多数恒星大同 明显变化的星。变星分为几何变星、脉动变星 小异；少数恒星与众不同，如变星、脉冲星和中 和爆发变星。 子星等。 脉冲星 是1963年发现的一种新型天体。他是以很短 爆发变星 是因为恒星本身的爆发而引起亮度突然变化 几何变星 是指两颗星几何位臵发生变化，即二者 脉动变星 是由于恒星的体积作周期性膨胀和收缩 的周期（几秒至百分之几秒）放射出强烈的 的变星，如新星和超新星。其中，光度在几天内突然增 相互遮掩而引起亮度变化的变星，又称食变星。 而引起亮度变化的变星，约2/3变星属此类。 无线电脉冲的恒星。 加9个星等以上，亮度增大即万倍至几百万倍的变星叫