《天体与地球前言》PPT课件.ppt

欢迎选修 天 体 与 地 球 gx02610601 地球科学学院 张梅生 1 一、课程的内容、性质及意义 1. 课程内容 2. 课程性质 3. 学习意义 二、人类认识宇宙、天体的历史二、人类认识宇宙、天体的历史 前 言 2 一、课程的内容、性质及意义 1. 1. 课程内容课程内容 宇宙天体科学宇宙天体科学: : 第一章第一章 宇宙宇宙 第二章第二章 星系与银河系星系与银河系 第三章第三章 恒星恒星 第四章第四章 太阳系太阳系 地球科学地球科学: : 第五章第五章 地球地球 第六章第六章 地球的演化历史地球的演化历史 系统介绍当代天文科学、宇宙科学、地球系统介绍当代天文科学、宇宙科学、地球 科学的基本知识和最新成就。科学的基本知识和最新成就。 3 2. 2.课程性质课程性质 普通高校科学素质教育公共选修课程普通高校科学素质教育公共选修课程 公共基础课程公共基础课程 3 3学习意义学习意义 （1 1）全面了解客观物质世界的起源）全面了解客观物质世界的起源 和演化历史和演化历史; ; （2 2）深刻认识人类社会存在的地球）深刻认识人类社会存在的地球 背景、宇宙背景背景、宇宙背景; ; （3 3）树立科学的宇宙观、世界观、）树立科学的宇宙观、世界观、 地球观。地球观。 4 仙女座大星系 仰望星空-温家宝 我仰望星空，它是那样辽阔而深邃: 那无穷的真理，让我苦苦地求索、追随。 我仰望星空，它是那样庄严而圣洁: 那凛然的正义，让我充满热爱、感到敬畏。 我仰望星空，它是那样自由而宁静: 那博大的胸怀，让我的心灵栖息、依偎。 我仰望星空，它是那样壮丽而光辉: 那永恒的炽热，让我心中燃起希望的烈焰、响起春雷 。 5 世界上只有两件东西能够深深的震撼 人们的心灵： 一件是我们心中崇高的道德准则； 另一件是我们头顶上灿烂的星空。 伊曼努尔康德 6 科学 辞海：关于自然、社会和思维的知识体系。是 实践经验的结晶。每一门科学通常都只是研究客观世界 发展过程的某一个阶段或者某一种运动形式。 科学的任务是揭示事物发展的客观规律，探求客观 真理，作为人们改造世界的指南。 新华字典：反映自然、社会、思维的客观规律 的分科的知识体系。 迷信 辞海：指相信星占、卜筮、风水、命相和鬼神 等；也指盲目地信仰和崇拜。 新华字典：盲目地信仰和崇拜。特指信仰神仙 鬼怪等。 7 二、人类认识宇宙、天体的历史二、人类认识宇宙、天体的历史 （一）古代天文学（一）古代天文学（3 Ma 3 Ma 公元公元5 5世纪）世纪） 1 1古埃及古埃及 据天狼星据天狼星偕日升偕日升预报尼罗河预报尼罗河 水的泛滥周期水的泛滥周期, , 创立太阳历法（公元前创立太阳历法（公元前2727 世纪）世纪） 2 2中国的月球历法（公元前中国的月球历法（公元前2222世纪）世纪） 3 3英国索尔兹伯里英国索尔兹伯里 斯通罕克天文巨石斯通罕克天文巨石 阵（公元前阵（公元前2020世纪）世纪） 8 9 英国索尔兹伯里英国索尔兹伯里 斯通罕克天文巨石阵斯通罕克天文巨石阵 StonehengeStonehenge 10 11 古代黄道十二星座古代黄道十二星座 12 玛雅天文台玛雅天文台13 4 4古希腊毕达哥拉斯提出地球古希腊毕达哥拉斯提出地球“ “球形球形” ” （公元前（公元前6 6世纪）世纪） 5 5古亚历山大学派埃拉托色尼斯测量古亚历山大学派埃拉托色尼斯测量 地球的周长（公元前地球的周长（公元前2 2世纪）世纪） 6 6地心体系的建立地心体系的建立 古亚历山大古亚历山大 托勒密地心说（公元托勒密地心说（公元2 2世纪）世纪） 中国中国 盖天说（西周盖天说（西周-7-7世纪）、浑天说世纪）、浑天说 （东汉张衡浑天仪）（东汉张衡浑天仪） 14 埃拉托色尼斯测量埃拉托色尼斯测量 地球周界的方法地球周界的方法 在夏至日当太阳经过塞恩在夏至日当太阳经过塞恩 城城(s)(s)的天顶直射井底的时的天顶直射井底的时 候候, ,太阳在亚力山大城太阳在亚力山大城(A)(A) 中天中天. .这时它的天顶距这时它的天顶距(Z)(Z) 等于这两个城市的纬度之等于这两个城市的纬度之 差差, ,与这角度差相当的线距与这角度差相当的线距 离是离是AS,AS,因此我们可以求因此我们可以求 得地球的周界之长得地球的周界之长. . 15 托勒密的地心系托勒密的地心系 16 17 （二）经典天文学（二）经典天文学（1616世纪世纪-18-18世纪）世纪） 1 1经典天文学诞生阶段（经典天文学诞生阶段（1616世纪世纪-17-17世纪）世纪） 日心体系的建立日心体系的建立 哥白尼哥白尼 1543 1543 天体运行论天体运行论 - -行星天文学创始人行星天文学创始人 布鲁诺布鲁诺 1584 1584 论无限宇宙和世界论无限宇宙和世界 开普勒开普勒 根据第谷的科学观测根据第谷的科学观测, ,提出行星运提出行星运 动三定律动三定律: : 1609 1609 新天文学新天文学 轨道定律轨道定律、面积定律面积定律 1619 1619 宇宙和谐论宇宙和谐论 周期、距离定律周期、距离定律 公转周期公转周期 2 2 = =轨道长轴半径轨道长轴半径 3 3 18 哥白尼的日心系哥白尼的日心系 19 早期天文望远观测早期天文望远观测 伽里略伽里略 1610 1610 发现伽里略卫星发现伽里略卫星 发现太阳黑子发现太阳黑子 第谷第谷 1576-1596 1576-1596 编制大星表编制大星表 惠更斯惠更斯 1656 1656 发现土卫六发现土卫六 、 土星光环土星光环 卡西尼卡西尼 1671-1674 1671-1674 发现土星三颗大卫星发现土星三颗大卫星 1675 1675 发现土星环缝发现土星环缝- -卡西尼环缝卡西尼环缝 万有引力发现万有引力发现 牛顿牛顿 1687 1687 自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理 万有引力定律万有引力定律 牛顿运动三定律牛顿运动三定律-天体力学奠基人天体力学奠基人 光的分解光的分解-天体物理学技术之一天体物理学技术之一 20 的汶岛天文台的汶岛天文台 21 2. 2.经典天文学兴起阶段经典天文学兴起阶段(17(17世纪末世纪末-19-19世纪中）世纪中） -方位天文学、天体力学方位天文学、天体力学 哈雷慧星的观测哈雷慧星的观测 哈雷哈雷 1705 1705 彗星天文学概述彗星天文学概述 应用万有引力定律预测哈雷彗回归应用万有引力定律预测哈雷彗回归 恒星自行现象的发现恒星自行现象的发现 哈雷哈雷 17181718 月球运行的长期加速月球运行的长期加速 哈雷哈雷 地球测量地球测量 17911791年法国宪政会议决定：年法国宪政会议决定： 以地球子午线的一象限的一千万分之一以地球子午线的一象限的一千万分之一 的弧长为长度地位，叫的弧长为长度地位，叫1 1个米突（个米突（metremetre） 太阳的测量太阳的测量 哈雷哈雷17611761年测量太阳视差年测量太阳视差 22 哈雷慧星的轨道哈雷慧星的轨道 23 24 行星运动测量行星运动测量 拉格朗日拉格朗日 1788 1788 分析力学分析力学提出木星、提出木星、 土星运动的周期性摄动土星运动的周期性摄动 康德康德-拉普拉斯星云说拉普拉斯星云说 康德康德 17551755自然通史和天体论自然通史和天体论 拉普拉斯拉普拉斯 17961796宇宙体系论宇宙体系论、 1799-1825 1799-1825 天体力学天体力学 波德律波德律 波德波德 1772 1772 发现行星轨道距太阳距离发现行星轨道距太阳距离: : 0.4 + 0.32n ( 0.4 + 0.32n (天文单位天文单位) ) 25 波德律波德律 26 行星的发现行星的发现 威廉威廉. .赫歇尔赫歇尔 1781 1781 发现天王星发现天王星( (波德律波德律1919） 皮亚齐皮亚齐 1801 1801 、 奥尔贝斯奥尔贝斯 1802 1802 发现小行星带（波德律发现小行星带（波德律2.82.8） -谷神星、智神星、婚神星、灶神星谷神星、智神星、婚神星、灶神星 亚当斯亚当斯 1844 1844 、 勒威耶勒威耶 1845 1845 发现海王星发现海王星 - “- “笔尖下发现的行星笔尖下发现的行星” ” 水星近日点轨道摄动的发现水星近日点轨道摄动的发现 勒威耶勒威耶 1859 1859 提出提出“ “火神星火神星” ” 27 四颗最大的小行星四颗最大的小行星 28 （二）近代天文学（二）近代天文学（1818世纪末世纪末-19-19世纪）世纪） 1 1近代天文学诞生阶段近代天文学诞生阶段 （1818世纪末世纪末-19-19世纪中）世纪中） . .恒星系的研究恒星系的研究 先驱者（先驱者（1818世纪前）世纪前） 英英 赖特、赖特、 德德 康德、康德、 法法 朗白尔朗白尔 提出：提出：恒星可能组成一个有限范围的伟大恒星可能组成一个有限范围的伟大 体系。体系。 29 威廉威廉. .赫歇尔赫歇尔-近代恒星天文学创始人近代恒星天文学创始人 a. a. 发现太阳的自行发现太阳的自行-打破太阳静止的假说打破太阳静止的假说 b. b. 发现在相对轨道上运动的双星发现在相对轨道上运动的双星( (物理双星）物理双星） 17841784年发表年发表284284对双星表，证明开普勒定律对双星表，证明开普勒定律 和牛顿定律在地球以外的恒星系一样有效和牛顿定律在地球以外的恒星系一样有效 -“-“万有引力万有引力” ” c c提出银河系为提出银河系为“ “扁平状星系扁平状星系” ” d d提出星云具有内部结构提出星云具有内部结构 30 赫歇尔家族赫歇尔家族 31 32 约翰约翰. .赫歇尔赫歇尔 一生中探测一生中探测23002300个星区，数了个星区，数了7 7万颗星万颗星 a. a. 双星轨道运动的观测证实，双星轨道运动的观测证实， 发现了发现了33473347对双星对双星 b b18331833年发表星云、星团表（含年发表星云、星团表（含23062306个）个） c c大、小麦哲伦星云观测（大麦云数出大、小麦哲伦星云观测（大麦云数出 919919个天体；小麦云数出个天体；小麦云数出244244个天体），个天体）， 指出：指出：“ “这些星云可以看作是南半球特有这些星云可以看作是南半球特有 的一种星系的一种星系” ” 33 德德 贝塞尔贝塞尔 a a测定恒星视差测定恒星视差 1838 1838 测定天鹅座测定天鹅座6161号星视差号星视差0”.31; 0”.31; 1840 1840 再次测定为再次测定为 0”.350”.35 b. 1844 b. 1844 发现天狼星波浪运动和伴星预测发现天狼星波浪运动和伴星预测 -不可见天文学不可见天文学 罗斯爵士（威廉罗斯爵士（威廉. . 帕尔森）帕尔森） 18541854年发现年发现“ “旋涡状星云旋涡状星云” ” 34 天狼星波浪运动和伴星天狼星波浪运动和伴星 35 . . 太阳系研究太阳系研究 月球和行星的观测月球和行星的观测 发现的小行星数目增多发现的小行星数目增多 彗星与流星的观测彗星与流星的观测 发现英仙座流星雨发现英仙座流星雨 太阳的观测太阳的观测 发现太阳黑子活动周期（发现太阳黑子活动周期（1111年）年） 36 37 2 2近代天文学兴起阶段（近代天文学兴起阶段（1919世纪后半叶）世纪后半叶） -天体物理学的诞生天体物理学的诞生 天体物理学三大技术天体物理学三大技术 a a分光学分光学 德德 夫琅和费夫琅和费 -天文分光学创始人天文分光学创始人 1871 1871 用用A A、B B、C C、D D表示太阳光谱的表示太阳光谱的 主要谱线主要谱线-“-“夫琅和费谱线夫琅和费谱线” ” b b光度学光度学 c c照相术照相术 18391839年应用于天文学年应用于天文学 38 太阳的研究太阳的研究 18591859年年 德德 克希霍夫根据太阳光谱研究，克希霍夫根据太阳光谱研究， 提出分光学基本定律提出分光学基本定律 ( (克希霍夫定律克希霍夫定律): ): （1 1）每一个化学元素有一种特殊的谱线每一个化学元素有一种特殊的谱线; ; （2 2）每一种元素可以吸收它所能够发射的每一种元素可以吸收它所能够发射的 光线，这就是谱线的反变或自蚀光线，这就是谱线的反变或自蚀。 发现：炽热固体或液体（后来发现还有发现：炽热固体或液体（后来发现还有 高压气体）发连续光谱；高压气体）发连续光谱； 气体发不连续的明线光谱。气体发不连续的明线光谱。 宣布：宣布：太阳光谱含太阳光谱含NaNa、FeFe、CaCa、Ni Ni 等等 元素（现已发现元素（现已发现6767种），种）， -证明化学元素在天体上存在！证明化学元素在天体上存在！ 39 40 月球和行星研究月球和行星研究 18901890年年 美美 霍尔顿根据照片绘制月面详图霍尔顿根据照片绘制月面详图 18791879年年 意意 斯基帕雷利发现火星表面的网斯基帕雷利发现火星表面的网 状结构（运河？）状结构（运河？） 18791879年年 发现木星表面的大红斑发现木星表面的大红斑 恒星的研究恒星的研究 18631863年意年意 塞西、塞西、18641864年美年美 哈根斯开始哈根斯开始 测量恒星光谱测量恒星光谱 18841884年美年美 皮克林编制皮克林编制哈佛光度表哈佛光度表， 包括包括42604260颗恒星星等颗恒星星等 41 月球的表面月球的表面 42 火星表面的网状结构火星表面的网状结构 43 44 （三）现代天文学（三）现代天文学（2020世纪以来）世纪以来） 1. 1. 现代天文学发展阶段现代天文学发展阶段(20(20世纪上、中叶）世纪上、中叶） -天体物理学的兴起天体物理学的兴起 现代天文学两大理论基础现代天文学两大理论基础 广义相对论广义相对论 1916 1916 爱因斯坦爱因斯坦 量子力学量子力学 1930th 1930th 普朗克、狄拉克、普朗克、狄拉克、 海森堡、薛定谔等海森堡、薛定谔等 -是是2020世纪自然科学基础研究世纪自然科学基础研究 最重大的三大成就最重大的三大成就 45 46 47 太阳研究太阳研究 发现黑子磁场、色球耀斑、热核聚变原理发现黑子磁场、色球耀斑、热核聚变原理 行星天体力学研究行星天体力学研究 水星近日点轨道进动的解释水星近日点轨道进动的解释 -广义相对论的理论验证广义相对论的理论验证 恒星研究恒星研究 a. 20th a. 20th 初提出恒星哈佛光谱分类初提出恒星哈佛光谱分类 （B B、A A、F F、GG、KK、MM） b b20th 20th 初发明赫罗图初发明赫罗图 c c19121912年年 勒维特发现造父变星的周光关系勒维特发现造父变星的周光关系 48 49 银河系、河外星系研究银河系、河外星系研究 a. 1920 a. 1920 沙普利沙普利-柯蒂斯辩论柯蒂斯辩论 主题主题: :宇宙的尺度宇宙的尺度 沙普利沙普利- - 银河系宇宙银河系宇宙3030万光年万光年 柯蒂斯柯蒂斯- - 河外星系（仙女座大星云）河外星系（仙女座大星云） b. b. 河外天文学的开创河外天文学的开创 1923 1923 哈勃哈勃 用用 2.5m2.5m反射望远镜反射望远镜 拍摄仙女座大星云拍摄仙女座大星云- -恒星组成恒星组成- - 旋涡星系旋涡星系 发现：宇宙膨胀发现：宇宙膨胀-哈勃定律哈勃定律 c. c. 宇宙大爆炸学说的提出宇宙大爆炸学说的提出 19481948年年 伽莫夫伽莫夫 50 宇宙大厨宇宙大厨 51 2 2当代天文学（当代天文学（2020世纪下叶世纪下叶-现代现代 ） - 全电磁波段观测和空间天文学全电磁波段观测和空间天文学 全电磁波段观测全电磁波段观