6.第四章 日月地系统.ppt

第四章日月地系统 第四章日月地系统 第一节地月系第二节交食第三节天文潮汐第四节日地关系 第一节地月系 一 地月系的公共质心 二 月球的轨道要素 三 月球的公转与自转 四 日月的会合运动与月相变化 一 地月系的公共质心 设 地月系的公共质心距离地心x公里 有 xM 384400 x M月 解之得 x 4670公里 R 6378公里 二 月球的轨道要素 1 扁率 a b a 0 0015 2 平均公转速度 1 02公里 秒 3 黄白交角 3 黄白交角 白道 月球轨道平面无限扩大与天球相交的大圆 黄白交角 黄道面与白道面的交角5 09 平均值 三 月球的公转与自转 1 公转周期 恒星月 月心连续两次通过白道某恒星的时间间隔 27 32日 朔望月 月心连续两次跨过日地连线的时间间隔 29 5306日 朔望月比恒星月长的原因 天球 由于地球的公转运动 黄道 白道 黄白交点 黄道与白道的两交点 每年西退19 4 同一恒星 太阳 地球 月 29 29 朔望月比恒星月长的原因 由于地球的公转运动所致 恒星月是月球公转的真正周期 月转360 朔望月是月相变化的周期 月转389 月球的 徘徊 月球绕转地球的周期最短 因而其角速度最大 每小时在天空中移动的距离 约等于月轮的圆面33 是天空中唯一可以 目睹 其运动的天体 月球以每小时15 的速度向西随天球周日运动 地球自转 又以每小时0 5 的速度作向东运动 月球公转 既有前进 又有后退 我国古代文人学士形象地称之为 徘徊 2 月球的自转 同步自转 月球的自转周期 其公转周期 恒星月 同步自转的 成因 是地球对月球的潮汐摩擦所致 后果 在地球上只能看见月球的一面 月无自转 同步自转 方向一致 相变化周期 朔望月 四 日月的会合运动和月相 1 朔 日月黄经等值的瞬间 又称日月相合 必为初一 动态后果 月与日同出没 不可见月 阳光 朔 2 上弦月 日月黄经差为90 又称东方照 动态后果 午出子没 黄昏中天 上半夜可见 西边亮 上弦月 望 3 望 日月黄经差180 又称日月相冲 多为十五 动态后果 日没月出 日出月没 整夜可见 满月 下弦月 午 子 昏 晨 日 4 下弦月 日月黄经差270 又称西方照 动态后果 子出午没 黎明中天 下半夜可见 东边亮 K 上弦月 望月 下弦月 月相变化 月相 月球圆缺变化的现象 月相变化 月相成因 月相成因与太阳光照射的方向与人在地球上观测的方向有关 相反 朔 新月 一致 望 满月 垂直 弦 上 下弦 大于90 小于180 凸月大于0 小于90 娥眉月或残月 月相成因 月球的出没与中天的大致时刻 月相规律 初一月亮看不见初二月亮一根线初三初四像镰刀初七初八月半边一天更比一天胖直到十五月才圆廿二半夜月半圆一天更比一天瘦廿九三十见月难 注 上上西西 下下东东 1 傍晚一弯月牙挂树梢2 月落乌啼霜满天 江枫渔火对愁眠 3 月上柳梢头 人约黄昏后 4 民歌 半个月亮爬上来 5 今宵酒醒何处 杨柳岸 晓风残月 月底娥眉月 上弦月 满月 下弦月 月初娥眉月 以下有关月相的描述 请判断分别属于什么月相 第二节日食与月食 一 地球与月球的影子 二 日食与月食的分类 三 日食与月食发生的过程 四 日食与月食发生的条件 日食月食 思考题 1 月影和地影有何特点与日月食有何关系 2 简述日月食发生的条件 3 正确理解日月食发生的几率 2011 12 10 11 一起去看日环食 第二节日食和月食 一 地球与月球的影子 A B B C 1 影的分类 121 本影 A域 半影 B域 伪本影 C域 SM近 A域短小SM远 A域长粗 SM近 B域增大SM远 B域缩小 2 地影和月影的特点 地本影 月本影 月半影 在地球上的投影半径大致等于月球直径 长 1377000km 月地距 粗 在月球轨道处其截面半径为月球半径的2 7倍 短 374500km 介于月地距的最大 最小值之间 细 投射到地球上的最大直径为104km 32 32 1 月影与日食分类 日 半影 伪本影 半影 二 日食与月食的分类 1 日全食 发生在地面上的月本影域内 2 日偏食 发生在地面上的月半影域内 3 日环食 发生在地面上的月伪本影域内 1999 8 11在和平号空间站拍到的月球本影 99年8月11日在匈牙利拍到的日冕 1999 7 28在怀俄明州拍到的月偏食 2 地影与月食分类 地球 1 月食成因 由于月球进入地本影使之失去光明 3 月偏食 月球部分进入地本影 2 月全食 月球整体进入地本影 月为古铜色 月 无月环食 三 日月食发生的过程 126 127 1 日全食过程 初亏 食既 食甚 生光 复圆 2 日偏食过程 初亏 食甚 复圆 3 月全食过程 4 月偏食过程 初亏 食甚 复圆 地本影 初亏 食既 食甚 生光 复圆 2009年7月22日在中国境内的日全食带 四 日月食发生的条件 1 日食条件 1 必要条件 日月相合 日食必于生朔 农历初一 2 充要条件 日月相合于同一个黄白交点或其附近 2 月食条件 1 必要条件 日月相冲 月食必生于望 多为十五 2 充要条件 日月相冲时 日月分居在不同的黄白交点或其附近 黄道面 距离交点18 以内 距离交点12 以内 5 朔 无日食现象 望 无月食现象 日食 地影 日食带 日全食和日冕 日偏食 日环食 日食 日全食 日偏食 月食的种类 月偏食 月全食 月食的种类 月全食 月偏食 五 食限与食季129 131 五 食限与食季 1 月食限 1 定义 在可以发生月食的条件下 地本影中心与黄白交点的最大角距离 2 求算 在Q ABC中根据正弦定理得 月球B C地本影 5 09 b a A 5 09 a 16 43 59 B 90 b sin 1 0 1915 11 平均月食限 地心天球投影 黄白交点A 2 月食季 1 定义 地本影过两月食限区间的时历 2 12 1 天 24天 2 在月食季中 逢 望 必生月食 3 因月食季 朔望月 故一个月食季至多可生一次月食甚至无月食 3 日食限 1 定义 在可以发生日食的条件下 地心与黄白交点的最大角距离 2 求算 在Q ABC中根据正弦定理得 黄白交点A C地球 5 09 b a A 5 09 a 32 57 1 29 B 90 月半影B b sin 1 0 2884 16 7 平均日食限 月心天球投影 月球的地心视差 57 平均值 视角半径 15 33 平均 最大16 43 最小14 14 4 日食季 1 定义 地球通过两日食限区间的时历 2 18 1 天 36天 2 在日食季中 逢 朔 必生日食 3 因日食季 朔望月 故一个日食季至少有一次日食甚至可有两次日食 此间必有一次月食 黄白交点 日食季 36天 月食季 24天 朔 朔 望 六 日月食发生的几率 就全球而言 发生日食的几率大于月食的几率 就局地而言 看到日食的几率小于月食的几率 七 一年中的交食次数回归年 365 24日 食年 346 62日 一个回归年至少有两个食季 或有第三个不完整食季 又 一个回归年至少有两个食季 一年至少有两次日食 至多6次交食 4次日食 2次月食 假如一年出现第三个不完整食季此间至多可以发生一次交食 月食或日食不定 故一年至多可能发生7次交食 望 朔 望 朔 望 朔 食年与黄白交点西退 171 日月食比较 交食的周期 1 沙罗周期沙罗即重复的意思 为18年11 32天或18年10 32天 也就是经过6585 32天之后出现下一次类似的交食 2 影响沙罗周期的几个重要天文周期朔望月 周期29 5306日 这是日月会合的周期 交点月 周期27 2122日 这是月球过黄道交点的周期 近点月 周期27 5546日 这是月球过近地点的周期 月球近地时 月球本影可落到地球上 从而可能发生日全食 食年 周期346 6200日 这是太阳过黄白交点的周期 第三节海洋天文潮汐 一 潮汐及其类型 二 潮汐的成因 三 潮汐的变化规律 四 潮汐的天文后果五 潮汐的地理意义 海洋天文潮汐 思考题 1 简述潮汐及其类型 潮汐的概念 半日潮 全日潮 混合潮 2 正确了解潮汐的成因 潮汐椭球体 引潮力 3 试述潮汐的规律及其潮汐的天文后果 潮汐的日 月 年变化规律 地形对潮汐的影响 一 潮汐及其类型 一 潮汐的概念1 潮汐 广义 由于日月产生的海水周期性运动 潮汐 狭义 海面周期性的垂直涨落现象 潮流 海面周期性的水平流动叫潮流 2 高潮 海水位上升到极大值时 分高高潮和低高潮 3 低潮 海水位下降到极小值时 分高低潮和低低潮 4 潮差 相邻的高潮与低潮的水位差 二 潮汐的类型1 半日潮 在一个太阴日中有两次潮差几乎相等的潮汐现象 2 全日潮 在一个太阴日中有一次潮汐涨落的现象 在一个太阴日中白天涨潮叫 潮 晚上涨潮叫 汐 高高潮 低高潮 低低潮 高低潮 半日潮 全日潮 一 潮汐及其类型 一 潮汐的概念 二 潮汐的类型1 半日潮2 全日潮3 混合潮 不规则半日潮 在一个太阴日中有两次潮差不等的潮汐现象 二 潮汐的成因 一 潮汐椭球体 在引潮力的作用下 地球发生定向的潮汐变形 形成长轴指向月球 太阳 的潮汐椭球体 二 引潮力的产生1 讨论的前提 以地球作参照系 定指向月球为参考正方向 地球绕月地质心作纯公转 无自转 平动 高高潮 低高潮 低低潮 高低潮 不规则半日潮 任何质点的运动方向 速度大小 轨迹和受到的惯性离心力与质心相同 二 潮汐的成因 一 潮汐椭球体 二 引潮力的产生1 讨论的前提 以地球作参照系 定指向月球为参考正方向 地球绕月地质心作纯公转 无自转 平动 2 引潮力 F 在地球上单位质点的公转惯性离心力F惯与其受到的月球实际引力F引的合力 即 F F引 F惯3 引潮力的大小 正垂点 F F引 F惯 GM d r 2 GM d2 GMr 2d r d r 2d2 d r 略去r可得 F 2GMr d3 M d r 二 潮汐的成因 一 潮汐椭球体 二 引潮力的产生1 讨论的前提 2 引潮力 F 3 引潮力的大小 正垂点 F F引 F惯 GM d r 2 GM d2 GMr 2d r d r 2d2 d r 略去r可得 F 2GMr d3反垂点 F F引 F惯 GM d r 2 GM d2 GMr 2d r d r 2d2 d r 略去r可得 F 2GMr d34 日月引潮力的比较 F月 F日 2 18 引潮力137 引潮力及其分布细箭头为平均引力 粗箭头为实际引力 双线箭头为引潮力 引潮力 实际引力 平均引力 正反垂点的引潮力最大 二 潮汐的成因三 潮汐的规律 一 潮汐的日变化规律1 当月球赤纬为零时 月 0 全球均为半日潮 赤道潮差最大 纬度越高潮差越小 三 潮汐的规律 一 潮汐的日变化规律1 当月球赤纬为零时 月 0 2 当月球赤纬不为零时 月 0北半球为例 在赤道为半日潮 在A A 纬线 90 月 以北为全日潮 在A A 纬线与赤道之间为混合潮 月 A A 三 潮汐的规律 一 潮汐的日变化规律 二 潮汐的月变化规律1 半月周期潮 朔望月 当朔或望时 日 月引潮力叠加 出现大潮 当上下弦时 日 月引潮力部分抵消 出现小潮 出现 朔 大潮 上弦 小潮 望 大潮 下弦 小潮 2 全月周期潮 近点月 月球位于近地点引潮力大潮差大 月球位于远地点引潮力小潮差小 三 潮汐的年变化规律 近点年 地球位于近日点引潮力大潮差大 地球位于远日点引潮力小潮差小 大潮和小潮形成示意 大潮 发生在朔望 小潮 发生在上下弦 高潮和低潮 大潮和小潮形成示意 三 潮汐的规律 一 潮汐的日变化规律 二 潮汐的月变化规律 三 潮汐的年变化规律 四 地形对潮汐的影响1 海 陆与海盆的形状的影响 来自不同方向的潮汐波的干涉作用影响 潮汐的周期 潮汐波与海盆自振频率的共振作用影响 潮汐的振幅 2 喇叭形口岸 导致涌潮或暴涨潮的出现 四 潮汐的天文后果 1 潮汐摩擦 使地球自转变慢 和潮峰滞后 2 潮峰滞后 使月地距离增大 恒星月变长 3 固体潮 使许多行星的卫星实现同步自转 以台湾海峡为例 南路潮汐波 北路潮汐波 叠加后的潮汐波 同步自转的卫星 月球 木卫1 2 3 4 海卫1和火卫1 2 五 潮汐的地理意义 1 发展养殖2 发电3 港口和海运4 旅游5 国家领土的基准6 动力大地测量学 雄伟壮观的钱江潮除月 日引力影响外 还跟钱塘江口状似喇叭形有关 钱塘江南岸赭山以东近50万亩围垦大地像半岛似地挡住江口 使钱塘江赭山至外12工段酷似肚大口小的瓶子 潮水易进难退 杭州湾外口宽达100公里 到外12工段仅宽几公里 江口东段河床又突然上升 滩高水浅 当大量潮水从钱塘江口涌进来时 由于江面迅速缩小 使潮水来不及均匀上升 就只好后浪推前浪 前浪跑不快 后浪追上 层层相叠 其次还跟钱塘江水下多沉沙有关 这些沉沙对潮流起阻挡和磨擦作用 使潮水前坡变陡 速度减缓 从而形成后浪赶前浪 一浪叠一浪 一浪高一浪涌潮 第四节日地关系一 太阳活动二 太阳活动对地球地球的影响三 太阳活动的预报 一 太阳活动 太阳活动是指太阳向外发射的能量在总量上变化 其本质是磁活动 最明显的标志是太阳黑子 太阳耀斑以及日冕物质的抛射 或太阳风 1 太阳黑子 在光球上 周期 基本周期11年磁场 磁周22年米粒结构黑子是太阳活动的主要标志之一 太阳黑子 或群 太阳光球和黑子 日面黑子动态变化 黑子在日面上的空间分部特征 黑子周期 太阳黑子的磁区 太阳黑子的磁力 一 太阳活动 2 光斑 在光球上 和谱斑 在色球上 3 日珥 在色球上 也有11年的周期变化 4 耀斑 在色球上 与黑子关系密切 它会引起磁暴与极光 5 太阳活动区 是太阳活动的主要载体 6 太阳活动起源 看法不一 太阳磁暴 日冕物质喷射 近看太阳磁暴 壮丽的极光景观 磁暴与极光 太阳活动起源假说 149 二 太阳活动对地球及人类的影响 干扰电离层 使短波通信失灵 产生极光和引起磁暴现象 使气候反常 事故增多 发病率高 1 太阳活动的地磁效应 1 磁暴 在典型的磁暴发展中 突然开始之后是初相 初相的特性是地磁水平强度增高 起因是太阳风对地磁的压力增加 在几小时后是主相 其特性是地磁水平强度比干扰前的正常值减少许多 到达极小值后 又慢慢地回复到正常值 2 极光 地球的极区 在晚上甚至在白天 常常可以看见天空中闪耀着淡绿色或红色 粉红色的光带或光弧 2 太阳活动的电离层效应 1 短波衰退 电波就因损失能量而衰减 因而引起信号减弱甚至完全中断 D层电子数的密度增加越大 受衰减的频率就越高 2 信号突增 耀斑发生时 短波被吸收 中波不变 而长波信号反而增强 3 太阳耀斑效应 耀斑出现时 太阳远紫外线和X射线增强 对地磁也发生影响 使地磁强度和磁偏角的连续记录出现了变幅不大的振动 3 太阳活动对于中性高层大气的影响 1 密度变化 太阳活动的短期变化与大气密度有明显的相关性