第1章-人类对宇宙和地球认识及发展课件

绪言绪言绪言绪言巴明廷巴明廷巴明廷巴明廷地球与空间地球与空间7/5/20241地球与空间绪言巴明廷地球与空间8/13/20231地球与空间 地球与空间科学是教育部师范司制定的高等地球与空间科学是教育部师范司制定的高等师范院校小学教育专业（本科）培养计划中的一门师范院校小学教育专业（本科）培养计划中的一门60学时课程的名称，教育部没有对此给出相应的课程标学时课程的名称，教育部没有对此给出相应的课程标准，高等教育出版社也没有关于这门课程涵盖范围的准，高等教育出版社也没有关于这门课程涵盖范围的指导性意见，而指导性意见，而“地球与空间科学地球与空间科学”又是一个特别大又是一个特别大的题目。的题目。“地球科学地球科学”现在已包含大气、地质、地理、水现在已包含大气、地质、地理、水科学和地球物理、地球化学等一级学科。科学和地球物理、地球化学等一级学科。“空间空间”（space）的含义也很广，包括宇宙空间、地球表层）的含义也很广，包括宇宙空间、地球表层空间、小型空间和微观空间等。空间、小型空间和微观空间等。课程简介课程简介7/5/20242地球与空间 地球与空间科学是教育部师范司制定的高等师第一章第一章人类对宇宙和地球认识及发展人类对宇宙和地球认识及发展第一节第一节 直观天象及其观测直观天象及其观测第二节第二节 探索宇宙探索宇宙第三节第三节 地球认识的深化地球认识的深化7/5/20243地球与空间第一章人类对宇宙和地球认识及发展第一节 直观天象及其观一、人眼中的宇宙一、人眼中的宇宙二、天体在天球上的位置和运动二、天体在天球上的位置和运动三、三、“天球仪天球仪”四、星空季节变化及其成因四、星空季节变化及其成因五、星空观测五、星空观测第一节第一节 直观天象及其观测直观天象及其观测7/5/20244地球与空间一、人眼中的宇宙第一节 直观天象及其观测8/13/202一、人眼中的宇宙一、人眼中的宇宙中国古人眼中的宇宙中国古人眼中的宇宙（天圆地方）（天圆地方）古人云：天圆如张盖，地阔如棋盘。古人云：天圆如张盖，地阔如棋盘。地是一块平板，天是一个盖子。地是一块平板，天是一个盖子。西方：上帝创造了世界西方：上帝创造了世界从地心说到日心说从地心说到日心说地球甚至太阳在宇宙中都十分渺小。地球甚至太阳在宇宙中都十分渺小。人们对客观世界的认识在发展。人们对客观世界的认识在发展。7/5/20245地球与空间一、人眼中的宇宙中国古人眼中的宇宙（天圆地方）西方：上帝l1.地平l地球上过观测者并与铅垂线垂直的平面。7/5/20246地球与空间1.地平8/13/20236地球与空间l2.天球l在晴朗的夜晚，仰望天空，眼前像有一个半球形的夜幕天穹，上面点缀着无数闪烁改变的明星，感觉自己仿佛是处在这个天穹的中心，这就是人们对“天球”的印象，天文学家为了研究天体的位置和天体的运动引入了“天球“的概念。l天球是一个假想的球，它是以观测者（或地心、日心）为中心，以无穷远为半径的球，所有天体都投影在这个球面上。7/5/20247地球与空间2.天球8/13/20237地球与空间7/5/20248地球与空间8/13/20238地球与空间7/5/20249地球与空间8/13/20239地球与空间7/5/202410地球与空间8/13/202310地球与空间7/5/202411地球与空间8/13/202311地球与空间7/5/202412地球与空间8/13/202312地球与空间天球的透视天球的透视7/5/202413地球与空间天球的透视8/13/202313地球与空间天球的特性天球的特性天球的特性天球的特性:具有正球体的一切几何性质。具有正球体的一切几何性质。具有正球体的一切几何性质。具有正球体的一切几何性质。一切天体都可以投影在天球上一切天体都可以投影在天球上一切天体都可以投影在天球上一切天体都可以投影在天球上,天体之间的距离用角度表示。天体之间的距离用角度表示。天体之间的距离用角度表示。天体之间的距离用角度表示。球心可以根据讨论需要任意选定。球心可以根据讨论需要任意选定。球心可以根据讨论需要任意选定。球心可以根据讨论需要任意选定。（日心天球、地心天球、地面天球）（日心天球、地心天球、地面天球）（日心天球、地心天球、地面天球）（日心天球、地心天球、地面天球）同向平行射线交于天球上的一点。同向平行射线交于天球上的一点。同向平行射线交于天球上的一点。同向平行射线交于天球上的一点。地心天球和地面天球天球每日自东向西视运动一周。地心天球和地面天球天球每日自东向西视运动一周。地心天球和地面天球天球每日自东向西视运动一周。地心天球和地面天球天球每日自东向西视运动一周。天球天球天球天球 7/5/202414地球与空间天球的特性:天球8/13/202314地球同向平行射线交于天球上的一点：平行线永远不相交或在无穷同向平行射线交于天球上的一点：平行线永远不相交或在无穷同向平行射线交于天球上的一点：平行线永远不相交或在无穷同向平行射线交于天球上的一点：平行线永远不相交或在无穷远处相交事实上是一回事，因为天球上的点都是无穷远的。形远处相交事实上是一回事，因为天球上的点都是无穷远的。形远处相交事实上是一回事，因为天球上的点都是无穷远的。形远处相交事实上是一回事，因为天球上的点都是无穷远的。形象的比喻：远处的铁道看起来是两条线联结为一个点。象的比喻：远处的铁道看起来是两条线联结为一个点。象的比喻：远处的铁道看起来是两条线联结为一个点。象的比喻：远处的铁道看起来是两条线联结为一个点。7/5/202415地球与空间同向平行射线交于天球上的一点：平行线永远不相交或在无穷远处相l3.天球上的天体l天体是指宇宙空间的物质的存在形式。天体的集聚，从而形成了各种天文状态的研究对象。l如在太阳系中的太阳、行星、卫星、小行星、彗星、流星、行星际物质，银河系中的恒星、星团、星云、星际物质，以及河外星系、星系团、超星系团、星系际物质等。通过射电探测手段和空间探测手段所发现的红外源、紫外源、射电源、X射线源和射线源，也都是天体。l人类发射进太空的人造卫星、宇宙飞船、空间实验室、各种探测器则被称为人造天体。7/5/202416地球与空间3.天球上的天体8/13/202316地球与空间l主要天体：主要天体：l恒星恒星l行星行星l卫星卫星l彗星彗星l流星体流星体l星云和星系（深空天体）星云和星系（深空天体）l星际物质星际物质l人造天体人造天体l暗物质暗物质 恒星并非不动；恒星并非不动；由炽热的气体组成的仅是由炽热的气体组成的仅是恒星的大气，恒星内部不一恒星的大气，恒星内部不一定都有气体组成；定都有气体组成；自身发光只是恒星演化史自身发光只是恒星演化史上某一阶段的现象上某一阶段的现象 指天空上除太阳系天体指天空上除太阳系天体（如行星、彗星或小行星）（如行星、彗星或小行星）或恒星天体之外，用肉眼或恒星天体之外，用肉眼难以见到，但用探测器可难以见到，但用探测器可获悉的弱暗星系等天体获悉的弱暗星系等天体（如（如M31等）等）7/5/202417地球与空间主要天体：恒星并非不动；指天空上除太阳系天体（如行星、天体的颜色不尽相同。天体的亮度与视星等亮度是地球上的受光强度，通常用视星等表示。星等值越大亮度越 小，星等值越小亮度越大。星等是天文学上对星星明暗程度的一种表示方法，记为 m。通俗的说法是星星的等级。7/5/202418地球与空间天体的颜色不尽相同。8/13/202318地球与空间l人们根据恒星的亮暗程度，把恒星划分了不同的等级，这个等级就叫做视星等。星等数越小，说明星越亮，星等数每相差 1，星的亮度大约相差 2.512 倍。1 等星的亮度恰好是 6 等星的 100 倍。l例如，太阳是 26.7 等，满月的亮度是 12.6 等，金星最亮时可达 4.4 等。太阳是-26.74等。7/5/202419地球与空间人们根据恒星的亮暗程度，把恒星划分了不同的等级，这个等级就叫星的等级越低，星数就越多。星的等级越低，星数就越多。人们把肉眼能够看到的星分为六等。人们把肉眼能够看到的星分为六等。一等星大约有21颗，二等星大约有60颗，三等星大约有180颗，四等星大约有500颗，五等星大约有1500颗，六等星大约有4500颗。星等每星等每降低一降低一等，星等，星数约增数约增加加3倍。倍。7/5/202420地球与空间星的等级越低，星数就越多。人们把肉眼能够看到的星分为六等。星l我们把肉眼能够看到的最暗的星设定是 6 等星（6m 星）。天空中亮度在 6 等以上（即星等数小于 6）也就是可以看到的星有 6000 多颗。当然，同一时刻我们只能看到半个天球上的星星，即 3000 多颗。而当今世界上最大的天文望远镜能看到暗至 24m 的天体，而哈勃望远镜能拍摄得到的最暗星等达 30m。7/5/202421地球与空间我们把肉眼能够看到的最暗的星设定是 6 等星（6m 星）。天l恒星的真正亮度还可用光度表示。光度就是恒星每秒钟辐射的总能量。l恒星的光度与绝对星等之间存在着密切的关系。绝对星等相差 1 等，光度相差 2.512 倍。例如绝对星等 1 等星的光度是绝对星等 2 等星的光度的 2.512 倍，是绝对星等 6 等星的 100 倍。这和星等与视亮度之间的关系是类似的。l恒星之间的光度差别非常大。以太阳为标准来比较，织女星的绝对星等是 0.5 等，它的光度是太阳的 50 倍。超巨星“天津四”的绝对星等大约是7.2 等，其光度比太阳强五万多倍。还有一颗在星空中极不起眼的天蝎座“尾宿三”，视星等只有 4.7 等，但它的绝对星等是 10.2 等，它的光度几乎是太阳光度的 150180 万倍。光度超过太阳的 100 万倍的恒星比比皆是 7/5/202422地球与空间恒星的真正亮度还可用光度表示。光度就是恒星每秒钟辐射的总能量l4.天体在天球上的运动7/5/202423地球与空间4.天体在天球上的运动8/13/202323地球与空间二、天体在天球上的位置和运动二、天体在天球上的位置和运动1 1、恒星间相对位置、恒星间相对位置“恒定恒定”2 2、周日视运动、周日视运动地球自转的反映地球自转的反映3 3、周年视运动、周年视运动地球公转的结果地球公转的结果7/5/202424地球与空间二、天体在天球上的位置和运动1、恒星间相对位置“恒定”8/1、恒星间相对位置、恒星间相对位置“恒定恒定”星空形象的稳定性星空形象的稳定性恒星间相对位置恒星间相对位置“恒定恒定”7/5/202425地球与空间1、恒星间相对位置“恒定”8/13/202325地球与空间星座的划分星座的划分为了认星方便，人们用假想的线条将亮为了认星方便，人们用假想的线条将亮星连接起来，构成各种各样的图形，或星连接起来，构成各种各样的图形，或人为地把星空分成若干区域，这些图形人为地把星空分成若干区域，这些图形连同它们所在的天空区域，中国称之星连同它们所在的天空区域，中国称之星官，西方叫做星座。官，西方叫做星座。7/5/202426地球与空间星座的划分8/13/202326地球与空间中国古代把可见天空分为中国古代把可见天空分为 三垣四象二十八宿三垣四象二十八宿三垣：三垣：北天极及附近的三个较大天区北天极及附近的三个较大天区 紫微垣紫微垣（中垣）天北极周围天区（中垣）天北极周围天区 太微垣太微垣（上垣）包括紫微垣与二十八宿之间（上垣）包括紫微垣与二十八宿之间 的狮子座、后发座、室女座、猎犬座等的狮子座、后发座、室女座、猎犬座等天区。天区。天市垣天市垣（下垣）包括蛇夫座、巨蛇座、（下垣）包括蛇夫座、巨蛇座、天鹰座、武仙座、北冕座等天区。天鹰座、武仙座、北冕座等天区。7/5/202427地球与空间中国古代把可见天空分为 三垣四象二十八宿三垣二十八宿：二十八宿：黄道附近的二十八个区域黄道附近的二十八个区域四象四象：将二十八宿分成四组，每组七宿，：将二十八宿分成四组，每组七宿，分别与四个地平方位、四种颜色相匹配。分别与四个地平方位、四种颜色相匹配。东方苍龙东方苍龙，青色青色：角、亢、氐、房、心、尾、箕；：角、亢、氐、房、心、尾、箕；北方玄武北方玄武，黑色黑色：斗、牛、女、虚、危、室、壁；：斗、牛、女、虚、危、室、壁；西方白虎，西方白虎，白色：奎、娄、胃、昴、毕、觜、参；白色：奎、娄、胃、昴、毕、觜、参；南方朱雀南方朱雀，红色红色：井、鬼、柳、星、张、翼、轸；：井、鬼、柳、星、张、翼、轸；二十八宿的范围有大有小，最大的为井宿，赤经跨度约二十八宿的范围有大有小，最大的为井宿，赤经跨度约为为330，而最小的觜宿和鬼宿，仅有，而最小的觜宿和鬼宿，仅有20 30。7/5/202428地球与空间二十八宿：黄道附近的二十八个区域四象：将二十八宿分成四组国际通行的星空区划国际通行的星空区划 88 88个星座个星座88个星座的确定：个星座的确定：19281928年，国际天文联合会正式公布了年，国际天文联合会正式公布了8888个个星座，并规定以星座，并规定以18751875年的春分点和赤道为基准年的春分点和赤道为基准的赤经线和赤纬线作为划分星座范围的界限。的赤经线和赤纬线作为划分星座范围的界限。（其中北天（其中北天2929个，黄道个，黄道1212个，南天个，南天4747个。）个。）星座大小相差悬殊，所含星数也各不相同，星座大小相差悬殊，所含星数也各不相同，同一星座的星无任何物理联系同一星座的星无任何物理联系。7/5/202429地球与空间国际通行的星空区划 88个星座汉语名汉语名 面积面积亮于亮于6 6等的星等的星数数 汉语名汉语名 面积面积亮于亮于6 6等的星等的星数数 （平方度）（平方度）（平方度）（平方度）仙女座仙女座 722722100100大犬座大犬座 3803808080唧筒座唧筒座 2392392020小犬座小犬座 1831832020天燕座天燕座 2062062020摩羯座摩羯座 4144145050宝瓶座宝瓶座 9809809090船底座船底座 494494110110天鹰座天鹰座 6526527070仙后座仙后座 5985989090天坛座天坛座 2372373030半人马座半人马座 10601060150150白羊座白羊座 4414415050仙王座仙王座 5885886060御夫座御夫座 6576579090鲸鱼座鲸鱼座 12311231100100牧夫座牧夫座 9079079090堰蜓座堰蜓座 1321322020雕具座雕具座 1251251010圆规座圆规座 93932020鹿豹座鹿豹座 7577575050天鸽座天鸽座 2702704040巨蟹座巨蟹座 5065066060后发座后发座 3863865050猎犬座猎犬座 4654653030南冕座南冕座 128128252588个星座个星座7/5/202430地球与空间汉语名 面积亮于6等的星数 汉语名 面积亮于6等的星数（平汉语名汉语名 面积面积亮于亮于6 6等的星等的星数数 汉语名汉语名 面积面积亮于亮于6 6等的星等的星数数 （平方度）（平方度）（平方度）（平方度）北冕座北冕座 1791792020武仙座武仙座 12251225140140乌鸦座乌鸦座 1841841515时钟座时钟座 2492492020巨爵座巨爵座 2822822020长蛇座长蛇座 1431432020南十字座南十字座 68683030水蛇座水蛇座 2432432020天鹅座天鹅座 804804150150印地安座印地安座 2942942020海豚座海豚座 1891893030蝎虎座蝎虎座 2012013535箭鱼座箭鱼座 1791792020狮子座狮子座 9479477070天龙座天龙座 108310838080小狮座小狮座 2322322020小马座小马座 72721010天兔座天兔座 2902904040波江座波江座 11381138100100天秤座天秤座 5385385050天炉座天炉座 3983983535豺狼座豺狼座 3343347070双子座双子座 5145147070天猫座天猫座 5455456060天鹤座天鹤座 3663663030天琴座天琴座 286286454588个星座个星座7/5/202431地球与空间汉语名 面积亮于6等的星数 汉语名 面积亮于6等的星数（平汉语名汉语名 面积面积亮于亮于6 6等的星等的星数数 汉语名汉语名 面积面积亮于亮于6 6等的星等的星数数 （平方度）（平方度）（平方度）（平方度）山案座山案座 1531531515天箭座天箭座 80802020显微镜座显微镜座 2102102020人马座人马座 867867115115麒麟座麒麟座 4824828585天蝎座天蝎座 497497100100苍蝇座苍蝇座 1381383030玉夫座玉夫座 4754753030矩尺座矩尺座 1651652020盾牌座盾牌座 1091092020南极座南极座 2912913535巨蛇座巨蛇座 6376376060蛇夫座蛇夫座 948948100100六分仪座六分仪座 3143142525猎户座猎户座 594594120120金牛座金牛座 797797125125孔雀座孔雀座 3783784545望远镜座望远镜座 2522523030飞马座飞马座 11211121100100三角座三角座 1321321515英仙座英仙座 6156159090南三角座南三角座 1101102020凤凰座凤凰座 4694694040杜鹃座杜鹃座 2952952525绘架座绘架座 2472473030大熊座大熊座 12801280125125双鱼座双鱼座 8898897575小熊座小熊座 2562562020南鱼座南鱼座 2452452525船帆座船帆座 500500110110船尾座船尾座 673673140140室女座室女座 129412949595罗盘座罗盘座 2212212525飞鱼座飞鱼座 1411412020网罟座网罟座 1141141515狐狸座狐狸座 26826845457/5/202432地球与空间汉语名 面积亮于6等的星数 汉语名 面积亮于6等的星数（平银河银河银河（银河（Milky Way），我国民间又称），我国民间又称“天河天河”、“天汉天汉”。它看起来像一条白茫茫的亮带，从东北向西南方向划开整它看起来像一条白茫茫的亮带，从东北向西南方向划开整个天空。在银河里有许多个天空。在银河里有许多小光小光点，就像撒了白色的粉末一点，就像撒了白色的粉末一样，辉映成一片。实际上一颗白色粉末就是一颗巨大的恒样，辉映成一片。实际上一颗白色粉末就是一颗巨大的恒星，银河就是由许许多多恒星构成的。像太阳这样的恒星星，银河就是由许许多多恒星构成的。像太阳这样的恒星在银河中有在银河中有2000多亿颗很多恒星有卫星。在太空俯视银多亿颗很多恒星有卫星。在太空俯视银河，看到的银河像个旋涡。河，看到的银河像个旋涡。晴朗的夜空，当你抬头仰望天空的时候，不仅能看到无数晴朗的夜空，当你抬头仰望天空的时候，不仅能看到无数闪闪发光的星星，还能看到一条淡淡的纱巾似的光带跨越闪闪发光的星星，还能看到一条淡淡的纱巾似的光带跨越整个天空，好像天空中的一条大河，夏季成南北方向，冬整个天空，好像天空中的一条大河，夏季成南北方向，冬季接近于东西方向，那就是银河。过去由于科学还不发达，季接近于东西方向，那就是银河。过去由于科学还不发达，不知道它究竟是什么，就又给了它一个名称叫做天河，所不知道它究竟是什么，就又给了它一个名称叫做天河，所以我国民间还流传着以我国民间还流传着牛郎牛郎织女织女每年每年七夕七夕在在鹊桥相会鹊桥相会等许多等许多唯美的神话故事。唯美的神话故事。7/5/202433地球与空间银河8/13/202333地球与空间实际上，银河是银河系的一部分，银河系是太实际上，银河是银河系的一部分，银河系是太阳系所属的星系。因其主体部分投影在阳系所属的星系。因其主体部分投影在天球天球上上的亮带被我国称为银河而得名。是我们置身其的亮带被我国称为银河而得名。是我们置身其内而侧视内而侧视银河系银河系时所看到的它布满时所看到的它布满恒星恒星的圆面。的圆面。由于恒星发出的光离我们很远，数量又多，又由于恒星发出的光离我们很远，数量又多，又与与星际尘埃星际尘埃气体混合在一起，因此看起来就像气体混合在一起，因此看起来就像一条烟雾笼罩着的光带，十分美丽。一条烟雾笼罩着的光带，十分美丽。银河各部分的亮度是不一样的。靠近银心的银河各部分的亮度是不一样的。靠近银心的半半人马座人马座方向比其他部分更亮一些。方向比其他部分更亮一些。7/5/202434地球与空间实际上，银河是银河系的一部分，银河系是太阳系所属的星系。因其1）不同天体的周日运动）不同天体的周日运动2）不同纬度的周日运动）不同纬度的周日运动2、周日视运动、周日视运动地球自转的反映地球自转的反映7/5/202435地球与空间1）不同天体的周日运动2、周日视运动地球自转的反映8/1P P 天北极天北极天北极天北极PP天南极天南极天南极天南极地平圈地平圈地平圈地平圈天赤道天赤道天赤道天赤道图图图图A A地球自转的后果地球自转的后果地球自转的后果地球自转的后果-导致天球的周日运动导致天球的周日运动导致天球的周日运动导致天球的周日运动P PPP天赤道天赤道天赤道天赤道图图图图B B地地地地平平平平圈圈圈圈 出没星区出没星区出没星区出没星区恒显星区恒显星区恒显星区恒显星区恒隐星区恒隐星区恒隐星区恒隐星区P PPP图图图图C C地平圈地平圈地平圈地平圈天体周日运动的轨天体周日运动的轨迹（周日圈）平行于迹（周日圈）平行于天赤道。天赤道。天体周日圈的大小天体周日圈的大小随天体随天体绝对值的增绝对值的增大而缩小。大而缩小。地理纬度不同，天地理纬度不同，天体周日圈的倾角不同体周日圈的倾角不同=90-|7/5/202436地球与空间P 天北极P天南极地平圈天赤道图A地球自转的后果-导致天P P 天北极天北极天北极天北极地地 平平 圈圈7/5/202437地球与空间P 天北极地 平 圈8/13/202337地球与空间天顶天顶Z 天北极天北极P 地平圈地平圈天赤道天赤道 hPZ共有的余角7/5/202438地球与空间天顶Z 天北极P 地平圈天赤道 hPZ共有的余角8/13/仰极的高度仰极的高度hP=当地的地理纬度当地的地理纬度7/5/202439地球与空间仰极的高度hP=当地的地理纬度8/13/202339地球与恒显（隐）星恒显（隐）星7/5/202440地球与空间恒显（隐）星8/13/202340地球与空间3.3.太阳周年视运动是地球公转运动的真实反映太阳周年视运动是地球公转运动的真实反映太太阳阳周周年年运运动动指指太太阳阳每每年年相相对对星星空空运运行行一一周周（每每天天移移动动59），这种运行是地球公转的反映。），这种运行是地球公转的反映。7/5/202441地球与空间3.太阳周年视运动是地球公转运动的真实反映8/13/20237/5/202442地球与空间8/13/202342地球与空间黄道12宫7/5/202443地球与空间黄道12宫8/13/202343地球与空间三、三、“天球仪天球仪”天球仪即天球的模型，是一种用于航海、天文教学和普及天文知识的辅助仪器，人们利用它表述天球的各种坐标、天体的视运动以及求解一些实用天文问题。一般在一个圆球面上绘有全天88星座、低至五等星名、主要星云星团、古中国二十八宿及赤道、黄道、赤经圈和赤纬圈等几种天球坐标系的刻度就制成天球。7/5/202444地球与空间三、“天球仪”天球仪即天球的模型，是一种用于航海、天文教学和南京紫金山天文台天球仪7/5/202445地球与空间南京紫金山天文台天球仪8/13/202345地球与空间l1.天球仪的结构天球仪的结构l天球天球l子午圈子午圈l天赤道天赤道l黄道黄道l地平圈地平圈l竖环竖环l底座底座l螺旋螺旋7/5/202446地球与空间1.天球仪的结构8/13/202346地球与空间7/5/202447地球与空间8/13/202347地球与空间透明天球仪7/5/202448地球与空间透明天球仪8/13/202348地球与空间灯光天球仪7/5/202449地球与空间灯光天球仪8/13/202349地球与空间l2.天球仪的坐标系l1）赤道坐标系l 在天球仪的星空球壳上，类似于地球仪的经纬网。l2）地平坐标系l天球仪的竖环上刻有地平坐标系的高度角，地平圈圆框上刻有地平方位角。7/5/202450地球与空间2.天球仪的坐标系8/13/202350地球与空间四、星空季节变化及其成因四、星空季节变化及其成因 寒来暑往，斗转星移。这说明随着一年四季的变更，四季星空也在变化。由于地球在绕太阳运动过程中，地球和太阳的相对位置不断变化，因此，一年中同是在晚上，不同季节看到的星象是不一样的。星空变化是指人们所观测到的某相同时辰的星空，随着季节的迁移而变化。由于人们多在黄昏后观察星空，星空季节变化的星空，常常指黄昏后某时辰的星空7/5/202451地球与空间四、星空季节变化及其成因 寒来暑往，斗转星移。这（一）星空季节变化（一）星空季节变化l春季大三角春季大三角 牧夫座牧夫座 星、室女座星、室女座 星、狮子座星、狮子座 星星l夏季大三角夏季大三角 天琴座天琴座 星、天鹰座星、天鹰座 星、天鹅座星、天鹅座 星星l秋季四边形秋季四边形 飞马座飞马座、星、仙女座星、仙女座 星星l冬季大三角冬季大三角 猎户座猎户座 星、大犬座星、大犬座 星、小犬座星、小犬座 星星7/5/202452地球与空间（一）星空季节变化春季大三角8/13/202352地球与空间四季北斗四季北斗斗柄在不同季节斗柄在不同季节指示不同方向指示不同方向北北秋秋南南东东冬冬夏夏西西春春7/5/202453地球与空间四季北斗斗柄在不同季节指示不同方向北秋南东冬夏西春8/13春季星空春季星空春季大三角：春季大三角：牧夫座牧夫座星星（大角）、（大角）、室女座室女座星星（角宿一）（角宿一）和狮子座和狮子座星（轩辕十星（轩辕十四）组成大四）组成大三角。三角。春季大曲线春季大曲线7/5/202454地球与空间春季星空春季大三角：牧夫座星（大角）、室女座星（角宿一）夏季星空夏季星空夏季大三角：夏季大三角：天琴座天琴座星星（织女）、（织女）、天鹰座天鹰座星星（牛郎）和（牛郎）和天鹅座天鹅座星星（天津四）（天津四）组成大三角。组成大三角。7/5/202455地球与空间夏季星空夏季大三角：天琴座星（织女）、天鹰座星（牛郎）和秋季星空秋季星空秋季四边形：秋季四边形：飞马座飞马座、星和仙女星和仙女座座 组成了组成了秋季四边形秋季四边形。飞马当空飞马当空银河斜挂银河斜挂灿烂的王族星座灿烂的王族星座7/5/202456地球与空间秋季星空秋季四边形：飞马座、星和仙女座 组成了秋季冬季星空冬季星空冬季大三角：冬季大三角：猎户座猎户座星星（参宿四）、（参宿四）、大犬座大犬座星星（天狼）和（天狼）和小犬座小犬座星星（南河三）（南河三）组成大三角。组成大三角。冬季大六边形冬季大六边形冬季大花环冬季大花环7/5/202457地球与空间冬季星空冬季大三角：猎户座星（参宿四）、大犬座星（天狼）参考网站l星友空间站 http:/www.skylook.org/l香港太空馆http:/www.lcsd.gov.hk/CE/Museum/Space/StarShine/c_index.html广东省天文科普网http:/ http:/www.skylook.o7/5/202459地球与空间8/13/202359地球与空间（二）星空季节变化的成因（二）星空季节变化的成因由于地球自转的同时又在公转，形成了星空的季节性变化，不同季节晚上的同一时刻，恒星的位置有所不同。因此，人们按照春、夏、秋、冬四个季节把星空分为四季星空。7/5/202460地球与空间（二）星空季节变化的成因由于地球自转的同时又在公转，形成了星7/5/202461地球与空间8/13/202361地球与空间春：狮子中天；太阳春：狮子中天；太阳飞马飞马夏：天蝎中天；太阳夏：天蝎中天；太阳猎户猎户秋：飞马中天；太阳秋：飞马中天；太阳狮子狮子冬：猎户中天；太阳冬：猎户中天；太阳天蝎天蝎夜半中星随季节的变化夜半中星随季节的变化夜半中星随季节的变化夜半中星随季节的变化East China Normal University7/5/202462地球与空间春：狮子中天；太阳飞马夜半中星随季节的变化East Chi7/5/202463地球与空间8/13/202363地球与空间7/5/202464地球与空间8/13/202364地球与空间二分二至日黄道十二星座在天空的大致方位双鱼座白羊座金牛座双子座巨蟹座狮子座室女座天秤座天蝎座人马座摩羯座宝瓶座春分夏至秋分冬至7/5/202465地球与空间二分二至日黄道十二星座在天空的大致方位双鱼座白羊座金牛座双子标志标志星座星座出生日期（公历）出生日期（公历）别名别名白羊座3月21日4月19日牡羊座金牛座4月20日5月20日金牛座双子座5月21日6月21日双子座巨蟹座6月22日7月22日巨蟹座狮子座7月23日8月22日狮子座处女座8月23日9月22日室女座天秤座9月23日10月23日天平座天蝎座10月24日11月22日天蝎座射手座11月23日12月21日人马座摩羯座12月22日1月19日山羊座水瓶座1月20日2月18日宝瓶座双鱼座2月19日3月20日双鱼座7/5/202466地球与空间标志星座出生日期（公历）别名白羊座3月21日4月19日牡五、星空观测五、星空观测1.利用天球仪观测任意日期和时刻的天空利用天球仪观测任意日期和时刻的天空1）确定当日太阳所在星座A2）把星座A转到地平3）地平圈以上部分既是当时的天空。7/5/202467地球与空间五、星空观测1.利用天球仪观测任意日期和时刻的天空1）确定当l2.利用星图和活动星图利用星图和活动星图l活动星图制作见附录7/5/202468地球与空间2.利用星图和活动星图8/13/202368地球与空间1.将观测日期与将观测日期与观测时间对准。观测时间对准。赤道赤道黄道黄道2.2.举星图到头顶上，举星图到头顶上，将方位对准。将方位对准。3.3.以标出纬度的圈以标出纬度的圈为地平线。为地平线。4.4.过北极星在心中画过北极星在心中画一平分星空的线一平分星空的线,就是就是空中子午线。空中子午线。5.5.从北极星到此点的度数从北极星到此点的度数估计出天顶的位置。此图估计出天顶的位置。此图大概在织女星附近。大概在织女星附近。怎样使用活动星图？怎样使用活动星图？7/5/202469地球与空间1.将观测日期与观测时间对准。赤道黄道2.举星图到头顶l怎样记忆星空l（1）星空分区l在活动星图上以春分、秋分和冬至、夏至连线为中心线把星图分为四等分。l通过春分点、夏至、秋分、冬至点的星区分别取名为仙后星区、御夫星区、大熊星区、天琴星区l（2）记住各区的主要亮星7/5/202470地球与空间怎样记忆星空8/13/202370地球与空间l仙后星区仙后星区l亮星1颗，北落师门，位于飞马座的正南方。星座5个:北落师门，飞马，仙女，仙后，鲸鱼。l御夫星区御夫星区l亮星7颗，以参宿四为中心，排列成六角形，六角形的西部三星是五车二、毕宿五和参宿七，东部三星是北河三、南河三和天狼星。星座6个:御夫，金牛，猎户，双子，大犬，小犬。7/5/202471地球与空间仙后星区8/13/202371地球与空间l大熊星区大熊星区l有3颗亮星，大角、角宿一和轩辕十四，三者构成一个等腰三角形。星座4个，大熊，狮子，室女，牧夫。l天琴星区天琴星区l有4颗亮星，包括东北三星，即牛郎、织女和天津四，成一等腰三角形。西南一星，心宿二。星座6个:天蝎，人马，天鹰，天鹅，天琴，武仙。7/5/202472地球与空间大熊星区8/13/202372地球与空间l只要记住这巧颗头等亮星，就可记住21个主要星座及其128颗恒星，就能掌握一张简单明了的全天星图。l有了这样一张全天星图，就可以方便地观测星空了。因此记住这四个星区的巧个亮星是观测星空的首要工作。在做好的活动星图上标出这巧颗亮星。7/5/202473地球与空间只要记住这巧颗头等亮星，就可记住21个主要星座及其128颗恒l（3）掌握星空模式l春分模式:御夫(星区)西落，大熊(星区)东升l夏至模式:大熊(星区)西落，天琴(星区)东升l秋分模式:天琴(星区)西落，仙后(星区)东升l冬至模式:仙后(星区)西落，御夫(星区)东升l春御、夏熊、秋琴、冬后7/5/202474地球与空间（3）掌握星空模式8/13/202374地球与空间3.利用星空软件Skymap7/5/202475地球与空间3.利用星空软件Skymap8/13/202375地球与空间虚拟天文馆7/5/202476地球与空间虚拟天文馆8/13/202376地球与空间谷歌星空“Google Sky Map7/5/202477地球与空间谷歌星空“Google Sky Map8/13/202377微软太空望远镜7/5/202478地球与空间微软太空望远镜8/13/202378地球与空间一、从原始宇宙观到太阳系认识的确立一、从原始宇宙观到太阳系认识的确立二、近代天文学的兴起和恒星世界的探究二、近代天文学的兴起和恒星世界的探究三、认识我们整个的宇宙三、认识我们整个的宇宙第二节第二节 探索宇宙探索宇宙7/5/202479地球与空间一、从原始宇宙观到太阳系认识的确立第二节 探索宇宙8/1一、从原始宇宙观到太阳系认识一、从原始宇宙观到太阳系认识的确立的确立l1.地球球形说l证据：l（1）航行有关的现象l（2）星空周日运动南北差异的现象l（3）月食现象7/5/202480地球与空间一、从原始宇宙观到太阳系认识的确立1.地球球形说8/13/22.地心说 地心说是长期盛行于古代欧洲的宇宙学说。它最初由古希腊学者欧多克斯提出，后经亚里士多德、托勒密进一步发展而逐渐建立和完善起来。7/5/202481地球与空间2.地心说 地心说是长期盛行于古代欧洲的宇宙学说l托勒密认为，地球处于宇宙中心静止不动。从地球向外，依次有月球、水星、金星、太阳、火星、木星和土星，在各自的圆轨道上绕地球运转。其中，行星的运动要比太阳、月球复杂些：行星在本轮上运动，而本轮又沿均轮绕地运行。在太阳、月球行星之外，是镶嵌着所有恒星的天球恒星天。再外面，是推动天体运动的原动天。7/5/202482地球与空间托勒密认为，地球处于宇宙中心静止不动。从地球向外，依次有月球l地心说是世界上第一个行星体系模型。尽管它把地球当作宇宙中心是错误的，然而它的历史功绩不应抹杀。地心说承认地球是“球形”的，并把行星从恒星中区别出来，着眼于探索和揭示行星的运动规律，这标志着人类对宇宙认识的一大进步。地心说最重要的成就是运用数学计算行星的运行，托勒密还第一次提出“运行轨道”的概念，设计出了一个本轮均轮模型。按照这个模型，人们能够对行星的运动进行定量计算，推测行星所在的位置，这是一个了不起的创造。在一定时期里，依据这个模型可以在一定程度上正确地预测天象，因而在生产实践中也起过一定的作用。7/5/202483地球与空间地心说是世界上第一个行星体系模型。尽管它把地球当作宇宙中心是3.日心地动说l尼古拉哥白尼（14731543）是波兰的天文学家。哥白尼上中学时就对天文学很感兴趣，曾跟着老师在教堂的塔顶上观察星空。他相信研究天文学只有两件法宝：数学和观测。他不辞劳苦，克服困难，每天坚持观测天文现象，30年如一日，终于取得了可靠的数据，提出了“日心说”，并在临终前终于出版了他的不朽名著天体运行论。哥白尼的“日心说”沉重地打击了教会的宇宙观，这是唯物主义和唯心主义斗争的伟大胜利。哥白尼是欧洲文艺复兴时期的一位巨人。他用毕生的精力去研究天文学，为后世留下了宝贵的遗产。哥白尼遗骨于2010年5月22日在波兰弗龙堡大教堂隆重的重新下葬。7/5/202484地球与空间3.日心地动说尼古拉哥白尼（14731543）是波兰的l哥白尼提出的“日心说”，有力地打破了长期以来居于宗教统治地位的“地心说”，实现了天文学的根本变革。7/5/202485地球与空间哥白尼提出的“日心说”，有力地打破了长期以来居于宗教统治地l日心说的观点是l1）地球是球形的。如果在船桅顶放一个光源，当船驶离海岸时，岸上的人们会看见亮光逐渐降低，直至消失。l2）地球在运动，并且24小时自转一周。因为天空比大地大的太多，如果无限大的天穹在旋转而地球不动，实在是不可想象。l3）太阳是不动的，而且在宇宙中心，地球以及其他行星都一起围绕太阳做圆周运动，只有月亮环绕地球运行。7/5/202486地球与空间日心说的观点是8/13/202386地球与空间l3.牛顿的万有引力l万有引力定律是艾萨克牛顿在1687年于自然哲学的数学原理上发表的。牛顿的普适的万有引力定律表示如下：l任意两个质点有通过连心线方向上的力相互吸引。该引力大小与它们质量的乘积成正比与它们距离的平方成反比，与两物体的化学组成和其间介质种类无关。7/5/202487地球与空间3.牛顿的万有引力8/13/202387地球与空间二、近代天文学的兴起和恒星世界的探究l1.1719世纪宇宙探索的进展l近代天文学的兴起源自天文观测技术的近代天文学的兴起源自天文观测技术的提高和应用。提高和应用。7/5/202488地球与空间二、近代天文学的兴起和恒星世界的探究1.1719世纪宇宙探 伽利略亲手制作的世界上第一架天文望远镜7/5/202489地球与空间 伽利略亲手制作的世界上第一架天文望远镜8/13/2023l光学领域新技术：分光术和照相术等的运用使宇宙探索从天体的空间分布、运动特征研究扩展到天体各种物理、化学性质的深层次研究。7/5/202490地球与空间光学领域新技术：分光术和照相术等的运用使宇宙探索从天体的空间l2.探究恒星世界l伽利略用望远镜将云雾状的银河系分解为恒星，证实银河系是有恒星密集而成。l越来越多的暗弱恒星和星云，以及变星、双星、聚星、星云和星团被发现。l恒星的恒星的距离和恒星的自行也被发现。7/5/202491地球与空间2.探究恒星世界8/13/202391地球与空间3.应用一切可用的科学技术从一切可能的角度探究l（1）光学方法l光学方法可测定恒星的光度和光谱。l利用光谱分析可以推测有关恒星和星云的化学组成和物理性质。7/5/202492地球与空间3.应用一切可用的科学技术从一切可能的角度探究（1）光学方法l利用光谱法还可测定恒星的视向速度。l 视向速度是物体朝向视线方向的速度。一个物体的光线在视向速度上会受多普勒效应的支配，退行的物体光波长将增加(红移)，而接近的物体光波长将减少（蓝移。）恒星的视向速度，能够经由高解析的光谱精确的测量，并且和在实验室内测出的已知谱线波长做比较。在习惯上，正的视向速度表示物体在退行，如果是负值，物体则是在接近。7/5/202493地球与空间利用光谱法还可测定恒星的视向速度。8/13/202393地球l（2）几何方法l测量恒星间距离l恒星的大小l恒星的切向速度l天体分布乃至银河系结构7/5/202494地球与空间（2）几何方法8/13/202394地球与空间l（3）力学方法l典型应用是双星研究7/5/202495地球与空间（3）力学方法8/13/202395地球与空间l4.基于已知物理量之间的关系，从已知量求未知量。l如果发现规律性的东西，就可以将该规律应用于另一些只知道部分物理量的恒星，从已知的物理量求未知的物理量。7/5/202496地球与空间4.基于已知物理量之间的关系，从已知量求未知量。8/13/2三、认识我们的宇宙7/5/202497地球与空间三、认识我们的宇宙8/13/202397地球与空间望远镜望远镜运载火箭运载火箭探索工具航天器航天器天文望远镜天文望远镜射电望远镜射电望远镜反射望远镜反射望远镜光学望远镜光学望远镜空间站空间站探测器探测器宇宙飞船宇宙飞船人造卫星人造卫星三、认识我们的宇宙1.20世纪以来宇宙探索的进展7/5/202498地球与空间望远镜运载火箭探航天器天文望远镜射电望远镜反射望远镜光学望远射电望远镜射电望远镜7/5/202499地球与空间射电望远镜8/13/202399地球与空间运载火箭运载火箭 7/5/2024100地球与空间运载火箭 8/13/2023100地球与空间月球勘探者月球勘探者7/5/2024101地球与空间月球勘探者8/13/2023101地球与空间人造地球卫星人造地球卫星7/5/2024102地球与空间人造地球卫星8/13/2023102地球与空间天文望远镜天文望远镜7/5/2024103地球与空间天文望远镜8/13/2023103地球与空间紫金山天文望远镜7/5/2024104地球与空间紫金山天文望远镜8/13/2023104地球与空间大型天文望远镜大型天文望远镜7/5/2024105地球与空间大型天文望远镜8/13/2023105地球与空间著名的哈勃太空望远镜著名的哈勃太空望远镜7/5/2024106地球与空间著名的哈勃太空望远镜8/13/2023106地球与空间 哈勃望远镜哈勃望远镜 以时速以时速2.82.8万公里万公里沿寂静的太空轨道运行，沿寂静的太空轨道运行，默默地窥探着太空的秘密。哈勃望远镜的观测默默地窥探着太空的秘密。哈勃望远镜的观测能力等于从华盛顿看到能力等于从华盛顿看到1.61.6万公里外悉尼的一只万公里外悉尼的一只萤火虫。它发现了宇宙边缘最遥远的古老星系萤火虫。它发现了宇宙边缘最遥远的古老星系及最遥远的天体，哈勃望远镜上的超级摄谱仪及最遥远的天体，哈勃望远镜上的超级摄谱仪还向人们揭示了超新星的化学成分。利用这些还向人们揭示了超新星的化学成分。利用这些极其珍贵的太空图像和宇宙资料，科学家们取极其珍贵的太空图像和宇宙资料，科学家们取得了一系列突破性的成就。沉寂多年的天文学得了一系列突破性的成就。沉寂多年的天文学领域，正发生着天翻地覆的变化。领域，正发生着天翻地覆的变化。7/5/2024107地球与空间 哈勃望远镜8/13/2023107地球与空间哈勃太空望远镜哈勃太空望远镜哈勃太空望远镜使人类对宇宙又有了崭新的认识哈勃太空望远镜使人类对宇宙又有了崭新的认识 太空望远镜从地球上发射，安放与在太空望远镜从地球上发射，安放与在“朦胧朦胧”大气层之外大气层之外“清晰清晰”的太空。凭借其惊人的视野与敏锐的的太空。凭借其惊人的视野与敏锐的“洞察力洞察力”，宇，宇宙的奥秘正不断被揭开。宙的奥秘正不断被揭开。哈勃望远镜长哈勃望远镜长13.313.3米，直径米，直径4.34.3米，米，重重11.611.6吨，造价近吨，造价近3030亿美元，于亿美元，于19901990年年4 4月月2525日由美国航天飞日由美国航天飞机送上高机送上高590590公里的太空公里的太空。（轨道半径。（轨道半径69616961，即约，即约70007000公里）公里）7/5/2024108地球与空间哈勃太空望远镜哈勃太空望远镜使人类对宇宙又有了崭新的认识哈勃太空望远镜哈勃太空望远镜7/5/2024109地球与空间哈勃太空望远镜8/13/2023109地球与空间 射电望远镜专门接收天体发出的无线电波7/5/2024110地球与空间 射电望远镜8/13/2023110地 伽利略望远镜观察到的天体7/5/2024111地球与空间 伽利略望远镜观察到的天体8/13/2023111地球与空 天文望远镜观察到的天体7/5/2024112地球与空间 天文望远镜观察到的天体8/13/2023112地球与空间 天文望远镜观察到的仙女座星系7/5/2024113地球与空间 天文望远镜观察到的仙女座星系8/13/2023113地球与射电望远镜观察到的超新星爆炸7/5/2024114地球与空间射电望远镜观察到的超新星爆炸8/13/2023114地球与空射电望远镜观察到的星云图7/5/2024115地球与空间射电望远镜观察到的星云图8/13/2023115地球与空间哈勃太空望远镜观察到的M51星云图7/5/2024116地球与空间哈勃太空望远镜观察到的M51星云图8/13/2023116地哈勃太空望远镜观察到的超新星爆炸图7/5/2024117地球与空间哈勃太空望远镜观察到的超新星爆炸图8/13/2023117地火箭的出现，终于实现了人们火箭的出现，终于实现了人们想冲出地球，飞向宇宙的梦想想冲出地球，飞向宇宙的梦想。7/5/2024118地球与空间火箭的出现，终于实现了人们想冲出地球，飞向宇宙的梦想。8/1l（1）全方位观测技术的出现出现了新的天文学学科分类l 从观测技术的角度划分：光学天文学，红外天文学，射电天文学。l（2）数字技术和电子技术的推动。l（3）航天技术的推动。7/5/2024119地球与空间（1）全方位观测技术的出现出现了新的天文学学科分类8/13/l2.星系世界的发现l 两类星宇l 一是在天球上沿银河分布，显现出气体尘埃特点；l 二是分布与银河之外，光谱显现出恒星特点。7/5/2024120地球与空间2.星系世界的发现8/13/2023120地球与空间l3.总星系的重要特征和现代宇宙学l （1）宇宙在膨胀之中l （2）宇宙微波背景辐射l （3）化学组成：氢元素占四分之三，氦元素占四分之一。7/5/2024121地球与空间3.总星系的重要特征和现代宇宙学8/13/2023121地球地球地球月球月球地地 月月 系系太阳系太阳系其他恒星系统其他恒星系统银河系银河系河外星系河外星系总星系总星系（可可见见宇宙）宇宙）其他行星系统其他行星系统7/5/2024122地球与空间地球地月系太阳系其他恒星系统银河系河外星系总星系其他行星系统一、地球科学的兴起与发展一、地球科学的兴起与发展二、航天时代的地球科学和空间科学二、航天时代的地球科学和空间科学三、地理信息科学和技术三、地理信息科学和技术思考与练习思考与练习观测与实习观测与实习第三节第三节 地球认识的深化地球认识的深化7/5/2024123地球与空间一、地球科学的兴起与发展第三节 地球认识的深化8/13/一、地球科学的兴起与发展一、地球科学的兴起与发展l1.文艺复兴前人类对地表环境的认识l（1）对水圈的认识l 陆地水文l 兴修水利l 流体力学的认识l 海洋的有关知识7/5/2024124地球与空间一、地球科学的兴起与发展1.文艺复兴前人类对地表环境的认识l（2）对大气的认识l 一是天气和气候物候观测l 二是探索天气和气候演变规律l（3）岩石圈认识l一是矿物研究方面l二是地质地貌方面l三是探索某些地质现象、构造和地貌的成因7/5/2024125地球与空间（2）对大气的认识8/13/2023125地球与空间l2.地球科学各分支体系的形成l （1）水和海洋科学l （2）大气科学l （3）地质学l （4）测绘科学l （5）区域地理7/5/2024126地球与空间2.地球科学各分支体系的形成8/13/2023126地球与空l3.地图和地图投影l地图是按一定的比例运用符号、颜色、文字注记等描绘显示地球表面的自然地理、行政区域、社会经济状况的图形。7/5/2024127地球与空间3.地图和地图投影8/13/2023127地球与空间7/5/2024128地球与空间8/13/2023128地球与空间l地图投影就是指建立地球表面（或其他星球表面或天球面）上的点与投影平面（即地图平面）上点之间的一一对应关系的方法。即建立之间的数学转换公式。它将作为一个不可展平的曲面即地球表面投影到一个平面的基本方法，保证了空间信息在区域上的联系与完整。这个投影过程将产生投影变形，而且不同的投影方法具有不同性质和大小的投影变形。7/5/2024129地球与空间地图投影就是指建立地球表面（或其他星球表面或天球面）上的点与7/5/2024130地球与空间8/13/2023130地球与空间等差分纬线多圆锥投影7/5/2024131地球与空间等差分纬线多圆锥投影8/13/2023131地球与空间l4.20世纪的现代地球科学l（1）地球科学总体市属于应用科学的范畴l （2）地球科学观测仪器更新换代不断加快；l （3）数字技术以及电子技术和通信技术的发展，极大地加强了采集、传输、分析和处理科学数据能力。7/5/2024132地球与空间4.20世纪的现代地球科学8/13/202313