2011-1.1宇宙中的地球yuzhen.ppt

著名的哲学家康德说过： “ 在这个世界上有 两种东西，能让我们的心灵感到深深的震撼： 一是我们头顶上深邃的星空 , 二是我们内心崇高的道德法则 ! 那是一个此前从未看到过的世界，遥远、 壮观、美妙得无法形容。 没错，这就是天堂！ 中国探月计划 嫦娥工程 宇宙中 物质 的存在形式，称为天体 一 、 天 体 太阳 恒 星 马头星云 猫眼星云 指环星云 星云 土星 行 星 月球 卫星 流星 彗星 哈雷彗星 1986年，哈雷彗星回归（ 76周年） 彗星 有星光闪烁的 有轮廓模糊的 有明亮的 有圆缺多变的 有一闪即逝的 有拖着长尾的 有行星际物质 有形式各异、大小不一的人造天体 天体的多样性 恒星（自身发光发热） 行星（绕恒星运行） 月亮（绕行星运行的卫星） 星云（由气体和尘埃组成的云雾状） 流星 彗星 气体和尘埃等 宇宙中的各种天体相互吸引 ,相互 绕转 ,形成 天体系统 这些大小各异的天体之间有什么联系吗？ 地球 月球 地月系 太阳 地球 太阳系 银河系 16光年 银河系 太阳 10万光年 仙女座河外星系 河外星系 银河系 银核 地球 月球 太阳 地球 太阳 不同级别的天体系统 总 星 系 银河系 河外星系 其他恒星系 太 阳 系 其他行星系 地月系 天体系统的层次 最高 最低 天体系统 何谓 宇宙 ？ 上下四方曰 宇 ;古往今来曰 宙 淮南子 原道训 宇宙是时间和空间的统一体，是运 动、发展和变化着的物质世界。 无边无际 无始无终 第一节 宇宙中的地球 一、地球在宇宙中的位置 思考 ：在太阳和地球之间除了月球，还会 出现哪些天体？会不会出现日食的效果？ 凌日 水星凌日照片（右上角的黑点为水星） 当水星从太阳表面经过，人们在地球上将会看到在耀眼的太 阳光球层上，有一个小小的如人脸上的一颗黑痣的黑圆斑自东向 西缓慢移动。 水星运行到太阳和地球之间，三者恰好成一线，这一现象被 称为 “ 水星凌日 ” 。这种稀奇天象在一个世纪内大约会出现 13 次。 水星凌日 太阳 水星 金星 地球 火星 木星 土星 天王星 海王星 冥王星 月球 彗星 小 行 星 带 运动特征： 同向、近圆、共面 读图 1.4 太阳系模式图 与太阳的 平均距离 （百万千米） 质量 (地球 为 1) 体积 (地球 为 1) 密度 (地球 为 1) 表面平均 温度（ ） 轨道 倾角 轨道 偏心率 水星 57.9 0.05 0.056 0.892 白天 350 夜晚 -170 （固体表面） 7 0.206 金星 108.2 0.82 0.856 0.958 -33（云） 480（固） 3.4 0.007 地球 149.6 1 1 1 15（固） 0 0.017 火星 227.9 0.11 0.15 0.733 -23（固） 1.9 0.093 木星 778.0 317.94 1316 0.242 -150（云） 1.3 0.048 土星 1427.0 95.18 745 0.128 -180（云） 2.5 0.055 天王 星 2870.0 14.63 65.2 0.224 -210（云） 0.8 0.051 海王 星 4496.0 17.22 57.1 0.302 -220（云） 1.8 0.006 运动特征： 同向、近圆、共面 结构特征： 类地行星、巨行星、远日行星 二、太阳系中一颗普通行星！ 地球上有阳光、有 水、有空气；有森 林、有草原；有飞 禽、有走兽、有高 等智慧 生命 的存 在。 三、特殊的行星 存在生命！ 有液态水 有供生物呼吸的大气 安全的宇宙环境 温度适中 日地距离适中 质量适中，引力适中 同向、近圆、共面 各行其道，互不干扰 金星： 480 火星： -40 原始地球体积收缩，内部放射性元素衰变 地球： 15 公转和自转周期适当 稳定的太阳光照 轨道安全 地球内部的水随物质运动带到地表， 形成原始海洋。温度适宜 有液态的水 地球的体积和质量适中，吸引气体 形成大气层，并经过漫长的演化 形成以氮和氧为主的大气 有适合生物呼吸 的大气 日、地距离适中 有适宜的温度 自 身 条 件 地球附近的大、小行星各行其道、 互不干扰。 运行轨道安全 太阳从诞生至今没有明显的变化 太阳光照稳定 外 部 条 件 形成生命条件的原因 地球上存在生命的条件 公转和自转周期适当 探索地外文明 蓝色行星：地球 红色行星：火星 为什么人类对火星存在生命充满希望？ 火星在许多方面与地球较为相像： 自转周期相近。 火星：小时分秒 地球：小时分秒 个火星日只比个地球日长分秒 火星自转轴的倾角也几乎和地球相同。 也 有四季变化。 但火星的公转周期几乎是地球公转周期的两 倍，所以火星上每个季节要持续个月，而不是个月。 人类的火星之旅面临着哪些必须克服的难题呢？ 难题之一：缩短旅行时间 根据美国国家航空和航天局制定的计划，美国将利用核能推进设备将大量的物资和设 备运送到月球，并在那里建立太空基地。但是要将宇航员顺利送到火星却并不是一件轻 松的事，而且科学家还要尽量缩短宇航员抵达火星的时间（现探测器需约 6个月），同 时避免他们在探险过程中遭受过度的辐射。 难题之二：克服过量辐射 无论是对于首批在月球长期居住的 “ 太空居民 ” ，还是那些将前往火星探险的宇航员 都将面临着遭受过量辐射的问题。太阳 “ 风暴 ” 以及宇宙射线 “ 风暴 ” 常常会持续数日 之久，如果宇航员在那个时候暴露在射线之下，身体就很容易受到损伤。 为了解决这 个问题，科学家们需要加强预报太阳风暴等太空天气的能力，同时改进各种防护设备。 一旦发出警告，宇航员可以躲进航空器的保护舱，或者在月球及火星的地下掩体中藏身。 难题之三：建立造氧系统 无论是在月球的太空基地还是火星上，人类可以呼吸的空气是必不可少的生存条件。 保持空气供应的重要方法之一就是建立一个能够除去二氧化碳等废气的循环系统。 此外，科学家们还在研究如何从月球以及火星上提取矿物质，利用这些矿物质来制造 氧气。 难题之四：生产充足食品 在目前的太空短途旅行中，宇航员的食品都是航天器中携带的太空食品，但是如果要 进行长途的火星之旅或者在月球基地上长期生活，宇航员就必须学会在太空中 “ 生产 ” 大部分所需食品，比如在温室中种植蔬菜，利用实验室的营养液来制造肉类产品。 难题之五：废物循环利用 在太空旅行中，处理人体垃圾和其它废弃物是一件非常棘手的事情，必须要使用 相当先进的循环设备。目前在空间站的宇航员已经可以利用这些设备将自己的尿液和 汗液加工成水。人体的固体排泄物则可以被加工成温室中所需的化肥 。 难题之六：充足的饮用水 太空旅行中充足的饮用水自然是必不可少。科学家们已经于年在月球两 极的永冻带中发现了可以加工成水的原料，目前还在火星上探测是否有类似的资源。 此外，航天器使用的燃料电池系统工作中产生的副产品之一就是水。尽管如此， 饮用水对太空旅行还是一大挑战，任何可以利用的水资源都不能被浪费，所以无论是 宇航员的尿液还是其它液体在太空旅行中都是相当宝贵的原料。 难题之七：保持实时联络 在地球上，我们可以借助各种通讯工具保持实时联系，但是在太空旅行中保持这 样的联系就变得非常困难。由于地球和火星之间漫长的距离，无线电信号在两个星球 之间传输至少需要分钟时间，这样，一旦出现紧急情况，宇航员将无法及时获得 地球控制中心的帮助，必须凭借自己的经验和知识来解决这些问题。 难题之八：适应微重环境 在太空站长期生活的宇航员都会出现肌肉松弛或者骨质变轻等现象，这是长期在 微重力下生活的结果。对于那些需要在太空中生活更长时间的火星探险者来说，这一 问题显得更加严峻。 目前科学家们正在想方设法改进各种太空锻炼设备，保证宇航员的肌肉不会松弛， 同时给人体的骨骼以足够的压力，使得骨质不会变轻。 难题之九：建造地下基地 月球表面的温度从华氏零下度到度，平均温度是华氏零下度；而 火星表面的温度从华氏零下度到度， 平均温度为华氏零下度 。这些温 度的急剧变化显然和地球的环境相差太远。对于那些要在月球基地长期生活以及在火 星探险的宇航员来说，向他们提供稳定的工作和生活环境至关重要。 所以科学家们认为有必要将月球基地和火星的探测营地建在地下，同时利用加热设 备提供稳定的温度。 难题之十：保证稳定能源 未来的月球居民和火星探险人员对能源的需求是非常大的，如何确保太空旅行的 能源也是一个不容忽视的问题。 目前通常的解决办法是利用太阳能电池板，但是其稳定性仍然令人担忧。此外， 科学家们还考虑使用核能装置来长期提供稳定的能源。 当然，科学家们最希望的是 在月球和火星上能够有 “ 意外发现 ” ，找到可以用来作为能源材料的矿物质，这样就 可以解决太空探险中的一大难题。 凤 凰 号 火 星 探 测 器 课外研究课题推荐： 月球基地应该是什么样子？ 关于宇宙的起源（宇宙大爆炸） 人类的火星之旅面临着哪些必须克服 的难题呢？ 特殊的天文现象（水星凌日、火星冲 日等） 古希腊神话与天体的关联 万物之源 太阳 中华民族的先民把自己的祖先炎帝尊为太阳神。而在绚丽多 彩的希腊神话中， 太阳神被称为 “阿波罗 ” 。他右手握着七弦琴， 左手托着象征太阳的金球，让光明普照大地，把温暖送到人间， 是万民景仰的神灵。在天文学中，太阳的符号 “ ” 和我们的象 形字 “ 日 ” 十分相似，它象征着宇宙之卵。 月亮女神的名字叫阿尔特弥斯 ，同时她也是狩猎女神。月球的天文符号好象弯 弯的娥眉，同时象征着阿尔特弥斯的神弓。 每当夜幕降临，一轮明月升上夜空，清澈的月光洒满大地，让人产生无数情思 遐想。文人墨客更是对月亮倍加青睐， 唐代诗人张若虚的“江上何人初见月，江月 何年初照人”，还有宋代文学家苏轼的“明月几时有，把酒问青天”，都可称得上 是脍炙人口的咏月佳句。 众神信使 水星 水星是八大行星中最靠近太阳的行星，中国古代称水星是辰星。西方人叫它墨丘利， 墨丘利是罗马神话中专为众神传递信息的使者，而水星也不愧为信使的称号：它是太阳 系中运动最快的行星。 由于水星距离太阳太近了，个头又小，人们平时很难看到它。水星的表面和月球表 面极为相似。其上布满了大大小小的环形山。水星的大气极为稀薄，昼夜温差很大，白 天表面温度可达 427度以上， 黑夜最低温度可降到零下 173度左右。 带着面纱的近邻 金星 天亮前后 ，东方地平线上有时会看到一颗特别明亮的 “ 晨星 ” ，人们叫它 “ 启明 星 ” ；而在 黄昏时分 ，西方余辉中有时会出现一颗非常明亮的 “ 昏星 ” ，人们叫它 “ 长 庚星 ” 。这两颗星其实是一颗，即金星。它是离地球最近的行星。 金星，在中国民间称它为 “ 太白 ” 或 “ 太白金星 ” 。古代神话中， “ 太白金星 ” 是 一位天神。 古希腊人 称金星为 “ 阿佛洛狄忒 ” ，是 代表爱与美的女神。而罗马人把这位 女神称为 “ 维纳斯 ” ，于是金星也被称为维纳斯了。 除 太阳 和 月亮 之外，金星是全天最亮的星，亮度最大时为 -4.4等，比著名的天狼星 （除太阳外全天最亮的恒星）还要亮 14倍。 我们的家园 地球 中国古代就有盘古开天辟地的故事，古希腊神话讲开天辟地时，传说宇宙是从 混沌之中诞生的，最先出现的神是 大地之神 该亚 。天空、陆地、海洋都是由 她而生，因此 人们尊称她为 “ 地母 ” 。 红色战神 火星 在 古罗马神话中 ，则把火星比喻为身披盔甲浑身是血的战神 “ 玛尔斯 ” 。在希 腊神话中，火星同样被看做是战神 “ 阿瑞斯 ” 。 火星表面的土壤中含有大量 氧化铁 ，由于长期受紫外线的照射，铁就生成了一层 红色和黄色的氧化物。 火星有两个卫星。靠近火星的一个 叫火卫一，较远的一个叫火卫二。由于 火星在 希腊神话中 被看做是战神阿瑞斯， 所以天文学家以阿瑞斯的两个儿子 福波斯和德瑞斯命名它的两颗卫星。 木星是八大行星中最大的一颗，可称得上是“八星之王”了。 迄今为止我们已经发 现木星有 16颗卫星， 在天文学上，把木星这类巨大的行星称为“巨行星”。 如果把地 球和木星放在一起，就如同芝麻与西瓜之比一样悬殊。但木星的密度很低， 其亮度仅次 于 金星 ，比最亮的恒星天狼星还亮。 在我国古代，木星曾被人们用来定岁纪年，由此而被称做“岁星”。西方 称木星 为“朱庇特”， 朱庇特是罗马神话中的众神之王，相当于希腊神话中无所不能的宙斯 。 木星 最美丽的行星 土星 土星是太阳系八大行星之一 按体积和质量都排在第二位，仅次于 木星 。它和木星 在很多方面都很相似，也是一颗“巨行星”。从望远镜里看去，土星好象是一顶漂亮 的遮阳帽飘行在茫茫宇宙中。它那淡黄色的、橘子形状的星体四周飘拂着绚烂多姿的 彩云，腰部缠绕着光彩夺目的光环，可算是太阳系中最美丽的行星了。 在西方，天王星被称为 “ 乌剌诺斯 ” ，他是 第一位统治整个宇宙的天神 。他与地 母该亚结合，生下了后来的天神，是他费尽心机将混沌的宇宙规划得和谐有序。在中 文中，人们就将这个星名译做 “ 天王星 ” 。 天王星是一个蓝绿色的圆球， 天王星有 15颗卫星，它的表面具有发白的蓝绿色光 彩和与赤道不平行的条纹，这大概是由于自转速度很快而导致的大气流动。 躺在 轨道上运行 天王星 海王星 是远日行星之一，按照同 太阳 的平均距离由近及远排列，为第八颗行星。 它的亮度仅为 7.85等，只有在天文望远镜里才能看到它。由于它那荧荧的淡蓝色光， 西方人用 罗马神话中的海神 “尼普顿” 的名字来称呼它。在中文里，把它译为海 王星。 神秘的淡蓝色 海王星 “驱逐 ” 冥王星 2006年 8月 24日，在捷 克首都布拉 格召开的国 际天文学联 合会上，天 文学家投票 “ 驱逐 ” 了 冥王星！