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行星地球概论复习思考与练习参考答案第一章 宇宙中的地球复习思考与练习(P28)1什么叫天体？天体有哪些存在形式？答：天体就是宇宙中各种星体和星际物质的统称。可以分为自然天体和人造天体两大类。人们根据不同的物理性状，把自然天体天体分为恒星、行星、卫星、彗星、流星、星云和星际物质等，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，这些都属于自然天体。用运载火箭发射到外层空间运行的人工研制的物体，称为人造天体。如人造地球卫星、宇宙飞船、人造行星、星际探测器等等。2如果太阳有第十个大行星，其轨道半长轴等于77.2 A.U.，试求它的公转周期？答：T=a3/2=77.23/2=678.3恒星年3太阳的距离、大小和质量是怎样测定的？答：天文上测定天体距离（太阳系范围内）的基本手段，就是大地测量中常用的三角测量法。在地球半径已知的条件下，通过测定天体的地平视差，来推算它的距离。但是，在测定太阳距离时，由于距离遥远，其地平视差太小，以及技术上的种种困难，不难直接用这个方法。于是，天文上通过对某个小行星距离的测定，来推算太阳的距离。近年来，人们用雷达测定金星与地球的距离，进而推算出日地距离最新值为 1.49597892108km。已知日地距离，就可以根据太阳的视半径，推算其线半径。太阳的平均视半径为16（这个角度是容易测定的）。如日地距离为a，太阳半径为R，那么便有R149600000stnl6700000 km，这个数值相当于地球半径的109倍。由太阳的半径可知，其表面积是地球表面积的 12000倍；太阳的体积为地球体积的1300000倍。太阳是太阳系的中心天体。其质量可以通过行星（如地球）的运动来测定，因为绕转运动是由中心天体的引力造成的，而引力大小同它的质量有关。地球轨道的偏心率很小，地球绕太阳公转，可近似地看作圆周运动。换句话说，太阳对地球的引力，正好就是地球绕太阳运动所需的向心力。于是有：等式两边消去m后，得太阳的质量：式中的R、V和G都是可以测定或已知的：日地平均距离 R1.496 1011m；地球公转平均速度V2.978 104m/S;万有引力常数 G6.6710-11Nm2/kg2。将这些数值代入上式，得太阳质量M为：M1.9891030kg，或1.9891027t，这个数字相当于地球质量的33万余倍，或全部行星质量总和的745倍。4太阳的结构有何特点？太阳活动对地球有何影响？ 答：1）为了研究方便，将太阳大致分成内三层构造（核反应区、辐射区和对流区）和外三层构造（光球、色球和日冕），其中外部构造特征见下表。太阳外部构造特征一览表构造定 义范 围平均温度精细结构结 构光球包围对流区的一层薄膜，厚约500km。肉眼所见光亮夺目的太阳表面，太阳大气的最低层。5770K，向内部或外部的温度梯度变化很大。米粒组织、黑子和光斑。呈各种纤维结构，可在日面边缘部分观测到。色球日全食时，当耀眼的光球被月球全部遮住时，在日轮边缘上呈现出犬齿状的玫瑰色环状物。位于光球之上，厚度2000km以上的大气中层。平时肉眼不可见，可通过色球仪观测。色球温度变化剧烈，100km： 4600K4200K；400km：5500K；色球中层：8000K；色球高层处：5万K；色球-日冕过渡区：100万K。日珥、耀斑和谱斑等可分为低、中、高三层。日冕日全食时，在日轮周围呈现乳白色光辉的环状物就是日冕。应用近紫外和x光观测。在色球层之外，为极稀薄的太阳最外层大气，由高温低密度的等离子体组成。低日冕区已是百万度以上的高温区。冕流和极羽、冕洞、日冕凝聚区等。一般随时间缓慢变化。日冕可分为内、中、外三层。日冕的形状同太阳活动有关。在太阳活动极大年，日冕接近圆形；而在太阳宁静年则比较扁，赤道区较为延伸。日冕直径大致等于太阳视圆面直径的1.5-3倍以上。2）太阳活动对地球的影响 太阳活动是指发生在太阳大气层局部区域的、在有限时间间隔内的各种物理过程的总称。主要表现为太阳黑子、光斑、谱斑、耀斑、日珥和太阳射电等变化现象。其中，太阳黑子是太阳活动的明显标志，耀斑是太阳活动最急剧猛烈的形式。太阳以电磁波和高能粒子流的形式，向外放射着巨大的能量和物质。太阳的能量流和物质流对地球发生着深刻的影响，它对自然地理环境的形成、发展及演化具有决定性的作用。1、太阳风与地球磁层。地球周围存在一个偶极磁场，当太阳风等离子体吹向地球时，使地球磁场被太阳风包围，形成地球磁层。一方面（好的方面），由于地球磁层的存在，使得太阳风高能带电粒子不能到达地面，从而保护了地球表面有机体的生存和发展；另一方面（坏的方面），总有一部分高能带电粒子闯入磁层内，被磁层禁锢在地球高层。通过空间探测器，1958年美国范艾伦发现了包围地球的强辐射带，称为“范艾伦辐射带”。这个强辐射带分内、外两层，像套在地球赤道周围的两个轮胎环子，它对人类冲出地球的宇宙活动，会造成严重辐射的危害，要注意采取预防措施。2、对地球电离层的影响。距地面约80-150km的大气层，在太阳紫外线、x射线、粒子辐射的作用下发生电离，称为电离层。(1) 较高的电离E层和Fl层，因太阳短波辐射强烈，电离程度高，自由电子密度大，主要反射短波电波；(2) 电离D层，由于太阳短波辐射较弱，电离程度差，自由电子密度小，只能反射长波。(3) 当太阳活动增强时，会激发电离层大气分子进一步电离，造成离子浓度增高和吸收电波增强。尤其是太阳耀斑爆发后，会引起地球向阳半球面短波信号衰减或中断。短波无线电信号的中断，一般是几秒钟至几分钟，特别情况下长达半小时至1小时以上。 3、对地磁的影响。(1) 太阳活动引起地球磁场的不规则变化，叫做“磁扰”。十分强烈的磁扰现象称为“磁暴”。 地球上发生磁暴时，磁针失灵，不能正确指示方向，从而影响野外工作，尤其是磁力探矿。同时，对军事战斗，以及飞机和船舶的定向、定位也都带来影响。(2) 另外，在地球高纬度地区，经常出现一种变幻莫测、美丽壮观的极光现象，这也是太阳活动引起的。它主要发生在100-200km的高空，有的高达l000km。(3) 形成极光。现代研究认为极光是围绕地球两半球的一种大规模放电过程和表现形式。这种放电过程，是通过太阳风与地球磁层的相互作用来实现的。实验证明极光在南、北极地区同纬度、同时间会一起出现与消失。4、太阳活动与其他方面的关系。太阳辐射是地球气候形成的重要因素。由于太阳活动引起太阳辐射的改变，必然导致气候相应的变化。例如：(1) 有人研究树木年轮的生长状况，是受当时的气温、降水的影响，它既记录着气候历史的变化，又反映了太阳活动的情况，与太阳活动11年周期相符。(2) 根据我国2000多年太阳黑子的记录，黑子的11年、22年或更长周期，与我国历史上大范围旱、涝灾害有很好的对应关系。(3) 此外，现代构造运动的重要标志之一地震活动同太阳活动亦有密切关系。5何谓太阳系？它是怎样组成的？行星的分布和运动都有哪些基本规律？答：由太阳以及在其引力作用下围绕它运转的天体所构成的天体系统，称为太阳系。它包括太阳，行星、矮行星及太阳系小天体，其中行星及其卫星是太阳系中重要的成员。太阳系的运动特征和结构特征：（1）行星的距离分布有规律性，遵循提丢斯-波得定则，但日星距离远近悬殊、分布密度悬殊。（2）行星轨道的共同特征是具有“三性”： 同向性 太阳的自转、大多数行星的自转和公转、大多数卫星的公转，从天北极俯视呈逆时针方向，即自西向东。近圆性 行星公转轨道均接近正圆。共面性 行星公转轨道几乎都在同一平面上，它们与地球公转轨道面的倾角都很小。（3）行星在质量和大小等方面都是“两头小，中间大”。（4）太阳系的角动量分布异常。6彗星的本质特征是什么？什么是流星体和流星？如果地球没有大气，地面上仍能看到彗星吗？仍能看到流星吗？答：彗星本质上是在偏心率很大的轨道上绕日运行的冰物质，彗星奇特的外貌是它通过近日点前后的暂时现象。沿着椭圆轨道环绕太阳运行的行星际空间尘粒和固体物，称为流星体。闯入大气的流星体，因与大气分子发生剧烈的碰撞和摩擦而产生明亮的光辉和余迹，叫流星。如果地球没有大气，地面上仍能看到彗星，但看不到流星。7比较类地行星和类木行星，它们的物理性质有何差异？为什么只有地球上存在着生命？答：类地行星的共同特征为：距太阳近，体积质量小，平均密度大，表面温度较高，中心有铁核，金属元素含量高，卫星少或没有；巨行星的共同特征是：距太阳比类地行星远，体积质量大，平均密度小，表面温度低，主要由氢、氦、氖等物质构成，卫星多且有光环；远日行星的共同特征为：距日远，表面温度最低，都在-200以下，平均密度介于前两类行星之间，表层气体以氢和甲烷为主，有卫星，天王星和海王星有光环。地球成为有生命活动的世界，主要是因为地球在太阳系中具备为生命的形成和发展所必需的自然条件：首先，地球不但与太阳的距离适中，而且自转和公转的速度也比较适中。这就使得全球能均匀地接收到适量的太阳辐射，表面平均温度为15C，适于万物生长。由于温度的关系，使水在大范围内以液体出现，形成水圈。这种适于生命发生发展的条件，是太阳系其他行星所不具备的。其次，在八大行星中，地球虽然质量不大，但是密度最大，主要由重元素组成，具有一层坚硬的岩石圈。这样，不但使液态水有了贮存之地，而且岩石经风化作用等孕育了生物必需的土壤。其他行星有的是由气体或液体组成（木星、土星），有的虽有固体外壳，但无水可存（水星、金星）或有冰无水（天王星、海王星），同样不具备生物生存条件。第三，地球的质量以及与质量相关的引力适中。这就使气体能够聚集在周围，形成包围地球的大气圈，并经过长期演化形成了适宜的氮氧成分和适量的二氧化碳及水汽。大气的这种组成不但是生命活动的必备条件，而且由于大气层的存在，又使得地球上生物免遭太阳紫外线等的直接杀伤（如臭氧层的保护作用）和流星体的直接撞击，并使水和热量得以调节和运动。其他天体有的因引力太小无大气（木星、冥王星），有的因引力过大，大气层浓厚，且多由氢和氦（木星、土星）组成，有的含二氧化碳量过大（金星、火星），都不宜于生命活动。第四，地球不但有铁质核心，还有适中的自转速度，因而形成了较强的永久性磁场。地磁场在太阳风作用下形成了防止太阳紫外线和高能粒子流危害有机体的磁层。而水星和金星只有微弱的磁场，火星没有磁场，这是因为火星缺少金属核心，水星和金星自转速度太慢了的缘故。8试述开普勒三定律。设某行星距太阳为25A.U.，那么，它绕太阳公转的周期应有多长？设某小行星绕太阳公转的周期为8年，问：它与太阳的平均距离是多少？答：T=125年，a=4A.U。9选择题（1）在太阳系中，质量和体积最小的是：_。A水星B火星 C金星D冥王星（2）在太阳系九大行星中，公转轨道平面同黄道平面交角最大的是：_。A水星B冥王星C金星D木星（3）下列天体属于积聚态天体的有：_。A恒星B星云 C星际物质 D电磁波（4）关于彗星的叙述，正确的是：_。A彗星是一种“长寿”的天体，其彗尾的方向总是背向太阳B一种体积、质量都很小的天体C其奇特外貌是过近日点前后的暂时现象D彗发、彗尾在彗星绕日运行中一直存在，所以人们肉眼能见到它长长的尾巴（5）在太阳光球层和色球层分别出现的太阳活动主要和明显的标志是：_。A黑子和光斑B耀班和日珥C黑子和日珥D耀斑和黑子（6）恒星同行星最根本的区别是：A相对位置是否移动 B发展阶段不同 C质量大小不同 D星光是否闪烁复习思考与练习(P45)1何谓恒星和星座？恒星的基本特点是什么？什么是恒星自行？光谱能传递天体的什么信息?答：恒星由炽热气体组成的、能够自身发光的球形或类似球形的天体。恒星之所以是炽热的和能够自行发光，是因为它们具有巨大的质量，其质量至少要达到太阳质量的百分之几到百分之十，它有很高的中心温度，才能引起热核反应而释放大量能量。由于不同恒星运动的速度和方向不一样，它们在天空中相互之间的相对位置就会发生变化，这种变化称为恒星的自行，即恒星一年中垂直于视线方向的运动（称为切向速度）所走过的距离相对于观测者所张的角度。全天恒星之中，包括那些肉眼看不见的很暗的恒星在内，自行最快的是巴纳德星，达到每年10.31角秒（1角秒是圆周上1度的3600分之一）。一般的恒星，自行要小得多，绝大多数小于1角秒。恒星的不同光谱型反映恒星温度的高低；光谱中的吸收线和发射线反映恒星的化学组成（恒星的化学组成大同小异，主要元素为氢）。2恒星距离有哪些计量单位？它们之间的关系怎样？各自的含义是什么？答：天文上常采用天文单位、光年和秒差距为单位来计量恒星的距离。太阳与地球的平均距离叫天文单位，长1.495 978 70108km。光年，即光在一年中所走过的距离，用L.Y.或ly表示，1 L.Y.=9.461012 km =63 240 A.U.。秒差距，即天体的周年视差（天体对于地球轨道半径所张开的角度）为一角秒的时候，这个天体与地球的距离，用pc表示，1 pc=3.26 L.Y.=206 265A.U.=3.091013km。3什么是恒星的亮度和光度？什么是视星等和绝对星等？两种星等如何换算？为什么绝大多数恒星的绝对星等高于它们的视星等？1918年天鹰座新星爆发时，绝对星等M为-8.8m，问在多少秒差距处，看起来像满月（-12.7 m）一样明亮?答：肉眼看起来，恒星的明暗程度，称为视亮度，简称为亮度，用视星等（m）表示；而视星等则是指用肉眼测定的天体亮度等级。恒星真正的发光本领，叫做光度，用绝对星等（M）表示；而绝对星等则是标准距离（10 pc）下恒星的视星等。二者的关系为：M = m+5-5lgd 由于绝大多数恒星的距离10 pc，因此其绝对星等高于它们的视星等。根据公式M = m+5-5lgd， 代入已经条件，有-8.8m = -12.7 m+5-5lgdd=1.66 pc =5.4ly4织女星（天琴座a）的视星等为0.1，若其距离增加为10倍，这时，它的星等将是几等？肉眼还能看到它吗？某恒星的视星等数值比绝对星等数值大5等，则该恒星的距离应为多少秒差距？答：设m1=0.1m时，距离为d；当距离增加为10倍（即10d）时，视星等为m2，但织女星绝对星等始终是不变的。因此，根据公式M = m+5-5lgd，有M = m1+5-5lgdM = m2+5-5lg（10d） m2=5.1m由于5.1m高于6 m，所以肉眼还能看到它。当某恒星的视星等数值比绝对星等数值大5等，则该恒星的距离应为100秒差距。5什么是赫罗图？它在恒星理论上有何重要意义？何谓双星、变星、白矮星、脉冲星、中子星和黑洞？答：丹麦天文学家赫茨普龙和美国天文学家罗素，创制了恒星的光谱型和光度的坐标关系图，简称光谱-光度图，通常也叫赫罗图。它以恒星的光谱型（或温度）为横坐标，以它的光度（或绝对星等）为纵坐标，每颗恒星按照各自的光谱型和光度，在图上占有一定的位置。赫罗图表明：大多数恒星的光度，决定于它们的温度，即恒星的温度越高，其光度就越大。大多数（ 90以上）恒星分布在从图的左上方至右下方的一条窄带上，温度由高到低，光度由大到小，形成一个明显的序列。这条窄带叫做主星序；位于主星序上的恒星，则被称为主序星。赫罗图的另一项应用，是求主序星的距离。只需知道恒星的光谱型，便可从它在赫罗图主星序的相应位置，直接得知其光度，再根据恒星的视亮度，就能按平方反比定律求知其距离。赫罗图还反映出恒星的演化程，图上不同的序列，意味着恒星生命史上的不同演化阶段。6何谓星云和星际物质？星云怎样分类？银河系的形状和结构有何特点？答：银河系中的气体尘埃密集的云雾天体，称为星云。就发光性质来说，星云可分为发射星云、反射星云和暗星云；按其形状又可分为行星状星云和弥漫星云两大类。弥漫于星际空间的极其稀薄（平均密度10-24g/cm3）的物质，叫星际物质。包括星际气体、尘埃、粒子流、宇宙线和星际磁场等。聚积在银河中的恒星、星云和星际物质所组成的天体系统，叫做银河系。它是由恒星和其他各种天体组成的巨大天体集团，其中包括太阳在内的上千亿颗恒星和各种类型的星云以及星际物质，人类所能观察到的恒星绝大部分都在银河系之中。侧视银河系，它的主体部分是一个又圆又扁的圆盘体，直径约为8万光年；中部较厚，边缘很薄，状如铁饼。俯视银河系，它属于旋涡星系，从核球向外伸出的4条旋臂又是恒星的密集区，太阳位于其中的一条旋臂（猎户臂）上。旋臂结构是银河系天体围绕银河系中心旋转而形成的。银河系的天体绕银心作较差旋转。同时，它又以214 km/s的速度朝麒麟座方向做整体运动，好像一个车轮子，自身不断旋转的同时又不停地向前进。7太阳系在银河系中处于什么位置？太阳系以19.6km/s的速度向武仙座方向运动，一年内飞过多少天文单位？答：4.13天文单位8比较银河与银河系？什么是河外星系和总星系？何谓宇宙？试概括说明地球的宇宙环境。答：在无月晴夜所看到的横跨天空的乳白色的光带，叫银河。银河系是以银河命名的星系，银河则是银河系主体在天球上的投影。因此，银河与银河系是同一事物的两个不同图像。银河系外由所有星系组成的庞大的天体系统，称为河外星系。按其组成和形状等特点，可分为旋涡星系、椭圆星系、不规则星系3大类。人类目前所能认识到的天空世界的总称，即用现有手段所能观测到的宇宙范围，称为总星系。约150200亿光年。而普遍的、永恒的物质世界叫宇宙。哲学上的宇宙是无限的，即空间上无边无际（无边界、形状、中心）、时间上无始无终（无起源、年龄、寿命）。科学上的宇宙，即总星系是有限的，亦即空间上有边有际（有边界、形状、中心）、时间上有始有终（有起源、年龄、寿命）。复习思考与练习(P52)1关于太阳系的起源假说可分哪两大类？你是如何认识太阳系起源的？2康德“星云说”的基本论点和它的重要意义是什么？答：康德和拉普拉斯提出的星云起源假说（康德拉普拉斯星云假说）：（1）太阳系是由弥散的星云物质演化而来的。（2）形成太阳系的动力是自身引力。这个假说分别由德国哲学家康德和法国天文学家拉普拉斯提出。不同的是，康德认为原始星云是热的；拉普拉斯认为原始星云是冷的。3恒星的演化各阶段的主要特点是什么？为什么地球上会出现生命？答：恒星的演化过程是恒星内部物质的吸引和排斥对立统一的过程，具体表现为恒星的收缩和膨胀过程，具体过程及其特征见下表。恒星演化的四个阶段及其特征阶段发展特征星型支配作用主要能源第一阶段引力收缩阶段幼年期星际物质(10-24 g/cm2)(在密度较大处可成为引力中心)星际云(进一步收缩，引力动能部分转化为热能，使内部温度升高)恒星胚胎红外星(向外辐射红外线)。红外星幼年期的恒星引力收缩引力动能第二阶段主序星阶段壮年期红外星(引力收缩)中心T80万K, 热核反应中心T700万K, 热能与辐射耗热平衡, 星体不再收缩，引力与斥力平衡,恒星进入壮年期。恒星在这一阶段停留时间长、数量多，太阳在这一阶段的停留时间约为100亿年。主序星引力与斥力平衡核反应第三阶段红巨星阶段中年期中心区氢消耗，热核反应减弱；外围，氢核聚变继续内部又开始收缩恒星外壳急剧膨胀(体积大、密度小、表面温度低、光度仍然很强的)红巨星(内部继续收缩，T不断升高)(当T达到1亿K)新热核反应斥力与引力平衡, 恒星稳定，渡过中年期。太阳将来也会变成红巨星，在此阶段约维持10亿年左右。红巨星引力收缩引力与斥力平衡引力动能核反应第四阶段白矮星、中子星、黑洞阶段晚年期红巨星内部氦-碳核反应(当T达到60亿K) 强辐射斥力大于引力，外壳爆炸(本身光度突然增高几万倍甚至几亿倍)新星或超新星,外层物质大量抛向宇宙新恒星的星际物质内部高密度核心，成为爆炸后的残骸白矮星(质量太阳质量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，或称黑洞。白矮星、中子星、黑洞斥力爆炸核反应斥力动能复习思考与练习(P59)1人造天体的发展大致经历了哪些发展阶段？世界上直接参与人造天体发射的主要有哪些国家？2何谓3种宇宙速度？人造天体发射和一般飞机飞行的推进力发生有何异同？空间飞行器有哪些类型？3人造天体在军事、科研、经济建设和社会生活方面有何重要意义？第二章 地理坐标系与天球坐标系复习思考与练习(P62)1什么叫天穹和天球？天球有什么特点？答：以观测者为球心，以任意长为半径所绘出的假想球体，称为天球。天球以观测者为球心，分为当地（观测者）天球、地心天球和日心天球，在处理月球等近距天体时，使用当地（观测者）天球较为恰当；在说明地球或行星公转的时候，人们使用日心天球更为方便；对于体现遥远星空背景的恒星天球，无论球心如何，都是同一的。天球虽是人类假想的，却和人们的直接感受相符合，是研究天体的视位置和视运动的辅助工具；天球上天体的视位置只代表实际天体相对于观测者的空间方向，并不代表其实际距离；天球的半径是任意长，天球上各天体间只有角距离；在地球上所有平行的直线向同一方向延长，相交于天球球面同一点。2何谓天球周日运动和太阳周年运动？ 答：天球上的天体因地球自转而产生的一种相对视运动，叫天球周日运动。这种视运动是地球自转的反映，天体周日运动行经的路线叫周日圈，周日运动以相反的方向（向西）和相同的周期（1日）运动。因地球公转而引起的太阳在恒星背景上的相对视运动，叫太阳周年运动。其方向向东(与地球公转方向相同),其视行路线被称为黄道。复习思考与练习(P67)1说明球面上圆的极、极距、球面角及球面三角形。答：垂直于球面上任意已知圆（大圆或小圆）所在平面的球直径的两个端点，称为球面上圆的极。球面上某一圆的极到该圆上任意一点的角距离，称为极距，极到圆上各点的距离都是相等的，大圆的极距为90。球面上任意两条大圆弧所构成的角，称为球面角。两条大圆弧的交点叫球面角的顶点，大圆弧本身叫球面角的边。以球面角的顶点为极作大圆，则球面角的边或其延长线在这个大圆上所截取的那个弧段，便是球面角的大小。球面上三条大圆弧所构成的闭合图形，叫做球面三角形。球面三角形的边，常用小写拉丁字母a、b、c表示；球面三角形的角，常用大写拉丁字母A、B、C表示，且规定：A角和a边相对，B角和b边相对，C角和c边相对。其角大小的度量与球面角的度量相同，边的大小用边的两端与球心连线间的夹角来度量。2简要说明球面三角形边的正弦定理和余弦定理。答：球面三角形各边的正弦与其对角的正弦成正比，叫做球面三角形边的正弦定理。其数学公式为：球面三角形任意一边的余弦等于其他两边余弦的乘积加上这两边正弦及其所夹角的余弦的连乘积，称为球面三角形边的余弦定理。其数学公式为：cosa=cosbcosc+sinbsinccosAcosb=cosacosc+sinasinccosBcosc=cosacosb+sinasinbcosC3试述球面坐标系的一般模式。答：对于特定的点来说，这个模式实际上是一个球面三角形，构成这个三角形的三条边，分别属于三个大圆，即基圈、始圈和终圈。三角形的三个顶点是基圈的极点、原点和介点。三边中的基圈和始圈，分别是坐标系的横轴和纵轴，是固定的框架；终圈则是可变动的，体现这种变动的是点的经度；点在终圈上的位置也是可变动的，体现这一变动的是点的纬度。通过这两种变动，球面上任何一点的位置，都可以用一定的经度和纬度的结合来确定。前者是点的横坐标，后者是点的纵坐标。复习思考与练习(P82)1什么是纬线和经线？什么是纬度和经度？它们有何区别与联系？答：地球上一切与地轴垂直的平面与地表的交线，又叫纬圈。其相互平行（平行圈），大小不等。代表地球上的东西方向，纬线又叫东西线；同一条纬线上的各地具有相同的纬度，纬线又叫等纬度线。而经线是指经圈的一半。代表南北方向，经线又叫南北线、子午线，子午线所在平面叫子午面。同一条经线上的各地具有相同的经度，纬线又叫等经度线。一地相对于赤道面的南北方向和角距离，叫纬度，纬度是线面角，即本地垂线与赤道面的交角，分别用、N、S表示地理纬度、北纬和南纬，纬度在本地子午线上度量，其量值为090。本地子午面相对于本初子午面的东西方向和角距离，叫经度，经度是两面角，分别用、E、W表示地理经度、东经和西经，经度在赤道上度量，其量值为0180或0h12h，东西半球的划分由20W和160E两条经线来确定。地理纬度与地理经度实际是地球上纬线和经线的“编号”，其本身代表一种角度，而这种“编号”是按一个特定的角度大小为序。2为什么南北方向是有限方向，而东西方向是无限方向？怎样理解地面上两点间的东西方向既是理论上的“亦东亦西”，又是实际上的“非东即西”？答：所有经线都相交于南北两极，南北两极是世界的二个顶端，它们分别是南北方向的终点，同时又是二者的起点，因此南北方向是有限方向，有其起始和终极。纬线都是整圆，没有起点和终点，因而东西方向是无限方向，两地互为东西，但是，实际上人们总是采取二地之间的最短距离，即取圆的劣弧来定东西；任何地点不是位于另一地点的东方，就是位于它的西方，不能两者兼而有之。这样，两地之间，理论上是亦东亦西，实际上则是非东即西，二者并不矛盾。3何谓数字地球？它有什么特点和用途？答：数字地球是指以地球作为对象的、以地理坐标为依据，具有多分辨力、海量的和多种数据融合的，以计算机技术、多媒体技术和大规模存储技术为基础，以宽带网络为纽带，运用海量地球信息对地球进行多分辨率、多尺度、多时空和多种类的三维描述的，具有空间化、数字化、网络化、智能化和可视化特征的技术系统。除了它是一个超巨大信息系统这一特点之外，它主要还具有以下一些特点：第一，数字地球具有空间性、数字性和整体性，这三者的融合统一，形成了它与其他信息系统的根本区别，使它必将成为人类历史上最大、最重要的信息系统。第二，数字地球的数据，包括多源多比例尺多分辨率数据、历史和现时的数据、矢量和栅格格式的数据。第三，数字地球具有一种可以迅速充实、联网的地理数据库，以及多种可以融合并显示多源数据的机制。第四，数字地球以图像、图形图表、文本报告等形式，分别提供或免费或收费的、或局部范围或全球范围的数据、信息、知识方面的服务，其中提供信息服务是最主要的任务。第五，数字地球中的数据和信息同时也是按普通、限制、保密等不同保密等级组织起来的，不同的用户对不同的数据和信息具有不同的使用权限。第六，数字地球采用开放平台、构件技术、动态互操作等最先进的技术方案。第七，数字地球的用户可以以多种方式从中获取信息；任何一个用户都可以实时调用，无论生产者是谁，也无论数据在什么地方，国际互联网上的用户可以根据自己的权限查询“数字地球”中的信息；运用具有传感器功能的特制数据手套（又叫传感手套），还可以对数字地球进行各类可视化操作。第八，数字地球的服务对象覆盖整个社会层面，无论政府机关还是私人公司，无论科教部门还是生产单位，无论专业技术人员还是普通老百姓，都可以各自在其中找到自己所需要的信息。数字地球具有自己独到的特点和功能，所以通过数字地球，人们可以了解到世界上任何地方最新、最全面的实时的情况。从而使数字地球的应用在很大程度上超出人们的想象，它几乎涉及人类生活的各个方面，具有潜在的、广泛的应用前景，如社会经济和生活及可持续发展、生态环境的保护、气候变化的预测、精细农业、减灾、打击犯罪活动、外交、国防、军事等等。在21世纪，数字地球将进入千家万户和各行各业。数字地球将使人类有可能对人为的和自然界的灾害作出快速响应，从而产生广泛的社会和经济效益。4在地球仪上找出下列城市，并读写出它们的地理坐标及所在的半球。城 市华盛顿巴黎巴西利亚达累斯萨拉姆纬度（j）3854N4852N1547S648S经度（l）7702W220E4755 W3917E所在半球东西西东西东南北北北南南5计算南充（3048N，10605E）与北京（3957N，11619E）之间的最短距离。答：已知南充A（3048N，10605E）与北京B（3957N，11619E），根据公式cosq =sinjAsinjB+cosjAcosjBcos(A-B)，将A、B代入公式，有cosq = sin3048 sin3957+ cos3048 cos3957cos(10605-11619)= 0.9768q =12.3738，则d=12.3738111.1km/11374.8km6试求南充（3048N，10605E）的对跖点（共一条地球直径的两端点，即两者纬度相等、符号相反，经度相差180或12h）、邻住点（同一纬圈直径的两端点）和对住点（对于地球赤道的对称点）的地理坐标。 答：见下表地 点南充南充的对跖点南充的邻住点南充的对住点纬度（j）3048N3048S3048N3048S经度（l）10605E7355W7355W10605E7填充题（1）地球自转的方向是自西向东，在北极上空看起来是_反（逆）时针向_，在南极上空看起来是_顺时针向_。（2）地球上的所有经纬线都是垂直正交的，于是地表上的任意点都可以由两条正交的经纬线确定，而这两条经纬线的经纬度就是交点的 经纬度 。经度是以 本初子午面 作起算平面的，向东量度0180为 东经 ，向西量度0180为_西经_，国际通用的经度表示方法是用E代表东经，用W代表西经，如东经12035，记作：_12035E_。为了照顾欧洲和非洲大陆的 完整性 ，地图上是以_20 W_与_160E _这两条经线划分东西半球的。 赤道面 是纬度的起算平面，自该面向北量度090为_北纬_，用N表示；向南量度090为 南纬 ，用S表示。（3）人们将地球上1角分大圆弧的长度定义为1海里（n mile），即地球上每度大圆弧为60n mile；船在海上航行的速度以“节”表示，1节=_1n mile/h _。法国人把地球上大圆弧周长的1/40 000定义为1千米（km），每度大圆弧之长 = 40 000km/360=111.1km/1 ，则1海里(n mile)= 1.85km _。8选择题（下列各题的选项有一个或一个以上是正确的）（1）有关本初子午线的正确叙述是( )。A通过英国格林尼治天文台旧址的经线B东西半球的分界线C东经度和西经度的起始线 D地球上计算纬度的起始线（2）地球上有一点，北侧为北半球，南侧为南半球，东侧为东半球，西侧为西半球，则该点是( )。A0N(S)、20W B0N(S)、0E(W) C0N(S)、160E D0N(S)、180E(W)（3）有关赤道的正确叙述是( )。A纬度最低，是最大的纬线圈 B东西半球和南北纬度的分界线C不是纬线，但指示东西方向 D纬度最高的纬线圈（4）有关纬线和纬度的正确叙述是( )。A纬线指示南北方向 B所有纬线的长度相等 C纬度最高值为90 D赤道是最长的纬线复习思考与练习(P95)1在天球上有哪些基本点和圈？它们是如何确定的？在这些基本点和圈中，哪些与地球上的是相互对应的？天球上的基本点和圈答：天球上的基本点和圈主要有(如图)。 (1)天顶和地平圈。过天球中心，垂直于观测者铅垂线的平面，与天球相交的大圆，叫做地平圈SWNE。铅垂线向上和向下延长，与天球的交点，分别叫做天顶(Z)和天底(Z)。地平圈把天球分成可见天球（天顶Z所在半天球）和不可见天球（天底Z所在半天球）。(2)天极和天赤道。天轴(地轴的延长线)与天球的交点，叫做天极，与地球北极正对的为北天极(P)，与地球南极正对的是南天极(P)。通过天球中心与天轴垂直的平面和天球相交的大圆，叫做天赤道QWQE。天赤道把天球分成南、北两半球（分别为南天极P、北天极P所在半球）。显然，天赤道平面同地球的赤道平面或者重合(地心天球)或者平行(日心天球)。(3)天子午圈和四方点。通过天顶、天底和天极的大圆，叫做天子午圈ZPZP。它被P，P分成两半，天顶所在的一半，叫做午圈PZQSP，天底所在的一半叫做子圈PNQZP。天子午圈与地平圈相交于北(N)、南(S)两点，其中北点靠近北天极，南点靠近南天极；天赤道与地平圈相交于东(E)、西(W)两点。东、南、西、北点代表当地的东南西北四个方向，叫做四方点（E、S、W、N）。天子午圈与天赤道相交于Q(上点)和Q (下点)，它们分别位于可见天球和不可见天球。天体过天子午圈的瞬间叫中天，其中过午圈的瞬间为上中天，过子圈的瞬间为下中天。（4）黄极、黄道与分至点。垂直于地球公转轨道面的直线，叫做黄轴。过天球中心垂直于地球公转轨道面（黄道面）的直线（即黄轴）与天球相交的两点，叫黄极，其中靠近天北极的叫黄北极（K），靠近天南极的叫黄南极（K）。地球公转轨道面在天球上的投影，称为黄道。它也是太阳周年运动的视行路线。黄道面与天赤道面不在同一平面内，其交角称为黄赤交角，用表示，目前2326。黄道与天赤道相交的点，叫升、降分点，其中从黄北极俯视，太阳沿黄道向东由天赤道以南穿经天赤道以北时的交点，叫升分点即北半球的春分点（）；太阳沿黄道向东由天赤道以北穿经天赤道以南时的交点，叫降分点即北半球的秋分点（d）。在黄道对于天赤道的两个远距点中，天赤道以北的最远点，叫北至点即北半球的夏至点（a）；天赤道以南的最远点，叫南至点即北半球的冬至点（g）。春分点、秋分点、夏至点与冬至点统称二分二至点，简称分至点。而天赤道对于黄道的两个远距点，称为无名点。天球上除黄道与天赤道、天极与黄极、分至点是天球上独一无二的以外，其它的点、圈均因地而异，即它们随着观测者在地表的位置不同而改变，具有“地方性”。2什么是天球上的南北方向和东西方向？为什么天球上只有角距离，而没有线距离？天文三角形有何特点与作用？ 3试绘出30N所见天球上的五圈（地平圈、子午圈、天赤道、卯酉圈、六时圈）和十点（天极、四方点、上下点、天顶和天底）图，并在图上估填出以上各星：A星（A=90、h=45）、B星（t=0、d = -30）、C星（t=45、d=60）。4在北京（40N），黄道与地平圈交成的最大和最小交角各是多大？那时春分点各位于什么位置？试绘图表示之。答：图略当春分点刚升起地平的时刻，黄道与地平圈的交角最小，即：qmin=q春分点刚升=90-j-e =2634当春分点刚沉入地平时，黄道与地平圈的交角最大，即：qmax=q春分点刚沉=90-j+e =73265在纬度j处，天体上中天时，其方位是多少？是否所有天体都一样？某恒星中天时，正好位于当地（纬度为j）的天顶，问：该恒星的赤纬（）等于多少？答：当天体在天顶以南上中天时（即 j），A=0；当天体在天顶以北上中天时（即j），A=180；当天体在天顶上中天时（即=j），A不存在。某恒星中天时，正好位于当地（纬度为j）的天顶，则该恒星的赤纬（）等于j。6选择题(下列各题的选项有一个或一个以上是正确的)（1）某恒星的方位和高度都45，须在天空的哪部分去寻找？A西南方半空B东南方半空 C西北方半空 D东北方半空（2）天球黄道坐标系的坐标用什么表示？A高度和方位 B赤经和赤纬 C时角和赤纬D黄经和黄纬（3）在天球上，北点的极距等于：A天顶的赤纬 BQ点的高度 C仰极的高度 D天顶的极距（4）下列各点，在天球周日运动中，时角和赤纬保持不变的是：A北点B东点C春分点 D上点（5）在地球上何地何时，黄道与地平圈重合?A纬度j =2326N，恒星时S=18h B纬度j=6634N，恒星时S=18hC纬度j =2326S，恒星时S=6h D纬度j=6634S，恒星时S=6h（6）下列各对点，同天极和黄极的角距离均为90的是：A东西点 B上、下点 C二至点 D二分点7填充题（1）天球是以观测者为中心，任意长为半径的假想球面。由于天球半径是任意的，于是 球心 可根据观测需要而选定，通常以 测点位置 作为球心。为了便于研究问题，有时需将球心取在地球中心或太阳中心，这样的天球，分别称为 地心天球 或 日心天球 。（2）天球坐标系分为 地平坐标系 、 第一赤道坐标系 、 第二赤道坐标系 、 黄道坐标系 ，分别是以 地平圈 、天赤道（以上点为原点） 、天赤道（以春分点为原点） 、 黄道 为基本圈。（3）举出下列天球大圈的两极和交点：地平圈_Z、Z_ 子午圈_E、W_ 天赤道_P、P_卯酉圈_N、S_ 黄 道_K、K_ 六时圈_Q、Q_子午圈与地平圈_N、S_ 子午圈与天赤道_Q、Q_子午圈与卯酉圈_Z、Z _ 子午圈与六时圈_P、P _天赤道与地平圈_E、W _ 天赤道与黄 道 、g （4）已知我国“北极村”漠河纬度j=53.5N，当恒星时S=6h44m，试推算下列各点的地平坐标和赤道坐标，并将结果填入下表：高度（h）方位（A）赤纬（d）时角（t）赤 经（a）天 顶90无53.50h6h44m(101)天 底-90无-53.512h18h44m(281)天北极53.518090无无天南极-53.50-90无无东 点0270018h0h44m(11)西 点09006h12h44m(191)南 点0036.50h6h44m (101)北 点0180-36.512h18h44m(281)上 点36.5000h6h44m (101)下 点-36.5180012h18h44m(281)第三章 地球的自转运动复习思考与练习(P106)1试说明地球自转的方向、周期和速度。其自转的速度有什么变化？答：（1）地球绕自转轴自西向东的转动，是周期性的运动。在北极上空看起来，地球是以逆时针方向自转的；而在南极上空看起来，则是按顺时针方向自转的。（2）地球自转周期，需要在地外的天空找一个超然于地球自转的参考点。以参考点连续两次上中天（或下中天）的时间间隔，作为地球自转周期。笼统地说，地球自转的周期是一“日”。按参考点的不同，天文上的日有3种，它们是恒星日、太阳日和太阴日，分别以春分点、太阳和月球为参考点。虽然这3种日都是地球自转的周期，但是，它们所代表的实际时间长度，都各有一定的差异。（3）地球自转运动具有角速度和线速度两种速度。地球自转的角速度全球一致；地球自转线速度，与高度和纬度的余弦成正比。地球自转速度有长期变化、季节变化和不规则变化。2什么是极移？一地的经度和纬度因极移而发生变化，但不会因进动而发生变化，为什么极移和进动都是地球自转轴的运动，试从运动的形式、运动周期和运动结果等方面来区别极移和进动。答：极移是整个地球相对于地轴运动而造成的地球南北极在地面上的移动。进动是由于地轴在宇宙空间的运动造成南北天极在天球上的位置变化。两者有质的区别：（1）引起极移和进动的原因不同。极移是地球内部的物质运动造成地球物质分布发生变化，使地球重力中心发生变化，从而造成整个地球相对于地轴的运动，使地球南北两极在地面上发生移动。而进动是由于存在黄赤交角和地球自转造成的。（2）表现形式上的不同。极移是整个地球相对于地轴发生运动。地轴被看成是不动的，不改变天轴的宇宙位置。南北天极在天球上的位置没有变。极移的幅度很小，一般不超过0.5或15米。极移的轨迹是一个连续不断的圆圈。而进动是地轴相对宇宙空间运动造成的。地球各部分同地轴的相对位置没变。它不改变南北两极在地面的位置。进动的轨迹是完整的圆锥。（3）造成的结果不同。极移造成经纬网发生微小变化，从而引起各地经纬度的变化。进动引起南北天极在天球上位置的变化。由于天赤道平面垂直于天轴，天轴方向的改变造成天赤道位置改变，从而造成天赤道与黄道两交点二分点沿黄道的西移，这使以春分点为参考点的回归年短于恒星年。极移是地球南北两极在地面上发生位移，造成赤道的改变和经纬网的变化，所以极移会引起各地经度