第一节地球在宇宙中

1、主讲人：许振文主讲人：许振文 恒星周年视差和秒差距 太阳是太阳系光热的主要源泉，是地球能量的主要供给太阳是太阳系光热的主要源泉，是地球能量的主要供给 者。太阳以电磁波的形式不断地向外辐射能量，称为太者。太阳以电磁波的形式不断地向外辐射能量，称为太 阳辐射。阳辐射。 太阳辐射能量主要集中在狭窄的太阳辐射能量主要集中在狭窄的0.2-10.00.2-10.0微米波段，该微米波段，该 波段的辐射能量占总辐射量的波段的辐射能量占总辐射量的99.9%99.9%。此外，紫外线、。此外，紫外线、r r 射线、红外线和米波辐射，就他们总辐射能量而言，虽射线、红外线和米波辐射，就他们总辐射能量而言，虽 然只占太阳

2、总辐射能量微不足道的一小部分，但是他们然只占太阳总辐射能量微不足道的一小部分，但是他们 的变化幅度很大，且极不稳定，可以迅速传递太阳表面的变化幅度很大，且极不稳定，可以迅速传递太阳表面 微波和无线电波各种物理过程的信息。微波和无线电波各种物理过程的信息。 太阳活动是指发生在太阳大气层局部区域的、在有限时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、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、耀斑、谱斑、日珥和太阳射电等变化现象。其中光斑、耀斑、谱斑、日珥和太阳射电等变化现象。其中 太阳黑子是太阳活动的最基本的、明显的标志，耀斑

3、是太阳黑子是太阳活动的最基本的、明显的标志，耀斑是 太阳活动的最急剧猛烈的形式。太阳活动的最急剧猛烈的形式。 太阳活动强弱变化平均约太阳活动强弱变化平均约1111年的周期。自年的周期。自17491749年以后第一个年以后第一个 太阳黑子低值年（太阳黑子低值年（17551755年）规定为太阳活动的第一个周期，年）规定为太阳活动的第一个周期， 20002000年是太阳活动峰值年的第年是太阳活动峰值年的第2323个周期。凡是峰值年前后，个周期。凡是峰值年前后， 黑子、耀斑等现象异常活跃，是研究太阳活动的大好时机。黑子、耀斑等现象异常活跃，是研究太阳活动的大好时机。 太阳以电磁波和高能粒子流的形式，向

4、外放射着巨大的能量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，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。它对自然地理环境的形成、发展及演化具有决定性的作用。 地球周围存在着一个偶极磁场，当太阳风等离子体吹向地地球周围存在着一个偶极磁场，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。一方面球时，使地球磁场被太阳风包围，形成地球磁层。一方面 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

5、保护了地球表面的有机体的生存和发展；另一地面，从而保护了地球表面的有机体的生存和发展；另一 方面，总有一部分高能带电粒子闯入磁层内，被磁层禁锢方面，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。在地球高层。 通过空间探测器，通过空间探测器，19581958年美国范年美国范艾伦发现了包围地球的艾伦发现了包围地球的 强辐射带，称为强辐射带，称为“范范艾伦辐射带艾伦辐射带”。这个强辐射带分为。这个强辐射带分为 内、外两层，像套在地球赤道周围的两个轮胎环子，他对内、外两层，像套在地球赤道周围的两个轮胎环子，他对 人类冲出地球的宇宙活动，会造成严重辐射的危害，要注人类冲出地球的宇宙活动，会造

6、成严重辐射的危害，要注 意采取预防措施。另外，太阳风密度约意采取预防措施。另外，太阳风密度约8 8个质子每立方厘米，个质子每立方厘米， 是行星际物质的重要来源，它对地球大气圈和月球土壤圈是行星际物质的重要来源，它对地球大气圈和月球土壤圈 也有显著影响也有显著影响 。 距地面约距地面约80-800km80-800km的层次，在紫外线、的层次，在紫外线、X X射线、粒子辐射的射线、粒子辐射的 作用下发生电离，称为电离层。其中，电离作用下发生电离，称为电离层。其中，电离E E层和层和F1F1层，因层，因 太阳短波辐射强烈，电离程度高，自由电子密度大，主要太阳短波辐射强烈，电离程度高，自由电子密度大，

7、主要 反射的短波电波；电离反射的短波电波；电离D D层，由于太阳短波辐射较弱，电力层，由于太阳短波辐射较弱，电力 程度差，自由电子密度小，只能反射长波。程度差，自由电子密度小，只能反射长波。 当太阳活动增强时，会激发电离层大气分子进一步电离，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，一般是几秒钟或几分钟，特别情况下长线电信号的中断，一般是几秒钟或几分钟，特别情况下长

8、达半小时至达半小时至1 1小时以上。小时以上。 太阳活动引起地球磁场的不规则变化，叫做太阳活动引起地球磁场的不规则变化，叫做“磁扰磁扰”。十。十 分强烈的磁扰现象称为分强烈的磁扰现象称为“磁爆磁爆”。太阳活动的种类较多，。太阳活动的种类较多， 除黑子外，还有色球层的光斑、耀斑、日珥以及日面层的除黑子外，还有色球层的光斑、耀斑、日珥以及日面层的 膨胀等，大都随黑子的变化同步起落，体现了太阳活动的膨胀等，大都随黑子的变化同步起落，体现了太阳活动的 整体性。整体性。 最突出的是太阳黑子群里的耀斑爆发，可以在一二十分钟最突出的是太阳黑子群里的耀斑爆发，可以在一二十分钟 内释放出相当于内释放出相当于10

9、10亿颗氢弹爆炸的能量，抛出的大量高能亿颗氢弹爆炸的能量，抛出的大量高能 粒子流到达地球附近时，扰乱了地球磁场，类似地球磁场粒子流到达地球附近时，扰乱了地球磁场，类似地球磁场 突然发生了一场风暴，也就是磁爆。突然发生了一场风暴，也就是磁爆。 19891989年年3 3月月1313日加拿大魁北克发电厂变压器受损而大停电现日加拿大魁北克发电厂变压器受损而大停电现 象，就是由于磁爆引起的；磁爆发生时，会导致地球上的象，就是由于磁爆引起的；磁爆发生时，会导致地球上的 短波无线电通讯中断、罗盘指针剧烈颤动而失去作用，不短波无线电通讯中断、罗盘指针剧烈颤动而失去作用，不 能正确指示方向，从而影响野外工作，

10、尤其是磁力探矿；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、定位也带来同时，对军事战斗，以及飞机和船舶的定向、定位也带来 一定的影响。总之，会对人类的通讯、生活、军事等活动一定的影响。总之，会对人类的通讯、生活、军事等活动 造成直接危害。造成直接危害。 另外，在地球高纬度度区经常出现一种变幻莫测的、美丽另外，在地球高纬度度区经常出现一种变幻莫测的、美丽 壮观的极光现象，这也是太阳活动引起的。它主要发生在壮观的极光现象，这也是太阳活动引起的。它主要发生在 100-200km100-200km的高空，有的高达的高空，有的高达1 000km1 000k

11、m 。 现代研究认为：极光是围绕地球的两半球的一种大规模放现代研究认为：极光是围绕地球的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。通过实验，证明极光在南、北磁层的相互作用来实现的。通过实验，证明极光在南、北 极地区同纬度、同时间会同时出现与消失。极地区同纬度、同时间会同时出现与消失。 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，必然导致气候的响应变化。太阳辐射的改变，必然导致气候的响应变化。 有人研究树木年轮的生长状

12、况，是受当时的气温、降水的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，与太阳活动情况，与太阳活动1111年周期相符。年周期相符。 根据我国根据我国2 0002 000多年的太阳黑子的记录，黑子的多年的太阳黑子的记录，黑子的1111年、年、2222年年 或更长周期，与我国历史上大范围旱、涝灾害有很好的对或更长周期，与我国历史上大范围旱、涝灾害有很好的对 应关系。此外，现代构造运动的重要标志之一应关系。此外，现代构造运动的重要标志之一-地震活动地震活动 时间同太阳活动也有密切关系。时

13、间同太阳活动也有密切关系。 越来越多的资料使人们注意到，太阳活动的各种现象与地越来越多的资料使人们注意到，太阳活动的各种现象与地 球上气候、水文、地震、疾病流行等现象之间存在着某种球上气候、水文、地震、疾病流行等现象之间存在着某种 复杂的关系。复杂的关系。 24英寸英寸Clark折射望远折射望远 镜摄于美国亚利桑那州镜摄于美国亚利桑那州 火星北极区域的三维图像，火星北极区域的三维图像， 也是火星第一张三维图像。也是火星第一张三维图像。 “大红斑大红斑”是一个复杂的是一个复杂的 按顺时针方向运动的风按顺时针方向运动的风 暴。其外缘每四至六天暴。其外缘每四至六天 旋转一圈，而在中心附旋转一圈，而在

14、中心附 近，运动很小，且方向近，运动很小，且方向 不定。不定。 木卫一木卫一(Io)上一座正在喷上一座正在喷 发的发的火火 山山 土星环土星环 2005年年NASA的的 哈勃空间望远镜哈勃空间望远镜 在天王星周围又在天王星周围又 拍摄到拍摄到2个不为人个不为人 知的光环。知的光环。 B2彗星 West彗星 Mueller彗星 Kohoutek彗星 月球俗称月亮，也称太月球俗称月亮，也称太 阴。在中国古代神话中，阴。在中国古代神话中， 关于月亮的故事数不胜关于月亮的故事数不胜 数。数。 我国古代诗文中有许多有我国古代诗文中有许多有 趣的美称：趣的美称： 玉兔（著意登玉兔（著意登 楼瞻玉兔，何人张

15、幕遮银楼瞻玉兔，何人张幕遮银 阙阙辛弃疾）；玉蟾辛弃疾）；玉蟾 （凉宵烟霭外，三五玉蟾（凉宵烟霭外，三五玉蟾 秋秋方干）；桂魄（桂方干）；桂魄（桂 魄飞来光射处，冷浸一天魄飞来光射处，冷浸一天 秋碧秋碧苏轼）；婵娟苏轼）；婵娟 （但愿人长久，千里共婵（但愿人长久，千里共婵 娟娟苏轼）。此外，还苏轼）。此外，还 有许多别致的雅号，如玉有许多别致的雅号，如玉 弓、玉桂、玉盘、玉钩、弓、玉桂、玉盘、玉钩、 玉镜、冰镜、广寒宫、嫦玉镜、冰镜、广寒宫、嫦 娥、玉羊等。娥、玉羊等。 古希腊神话中，月亮女神古希腊神话中，月亮女神 的名字叫阿尔特弥斯，同的名字叫阿尔特弥斯，同 时她也是狩猎女神。时她也是狩猎女

16、神。 黄道黄道 59 升交点升交点 白道白道 19.4 当地球阻挡阳光照射月球时，则发生月食。当地球阻挡阳光照射月球时，则发生月食。月食发生的条件是：日月相冲月食发生的条件是：日月相冲(望日望日)于黄白交于黄白交 点附近。点附近。 月食分月全食和月偏食两类，没有月环食。月食分月全食和月偏食两类，没有月环食。月全食和月偏食取决于月球是否全部或部分隐入地球本影，月全食和月偏食取决于月球是否全部或部分隐入地球本影， 而不决定于地球上观测地点的不同。当月球全部隐而不决定于地球上观测地点的不同。当月球全部隐入入地球地球 本影时，月轮整个变暗，这是月全食。若月球只是部分地本影时，月轮整个变暗，这是月全食。

17、若月球只是部分地 进入地球本影，月轮残缺，是月偏食。在发生月全食前后，进入地球本影，月轮残缺，是月偏食。在发生月全食前后， 必同时伴有月偏食阶段。有时，由于月球偏离地球本影轴必同时伴有月偏食阶段。有时，由于月球偏离地球本影轴 心较远。整个月食过程始终是月偏食。心较远。整个月食过程始终是月偏食。 月食过程分为：月食过程分为：初亏、食既、食甚、生光、复圆初亏、食既、食甚、生光、复圆 月食过程 初亏初亏：月球东缘刚接触地球本影，月食开始。月球东缘刚接触地球本影，月食开始。 食既食既：月球的西边缘与地球本影的西边缘内切，月球刚月球的西边缘与地球本影的西边缘内切，月球刚 好全部进入地球本影内。好全部进入

18、地球本影内。 食甚食甚：月球的中心与地球本影的中心最近。月球的中心与地球本影的中心最近。 生光生光：月球东边缘与地球本影东边缘相内切，这时全食月球东边缘与地球本影东边缘相内切，这时全食 阶段结束。阶段结束。 复圆复圆：月球的西边缘与地球本影东边缘相外切，这时月月球的西边缘与地球本影东边缘相外切，这时月 食全过程结束。食全过程结束。 月食过程总是在日轮东缘开始，于西缘结束。月食过程总是在日轮东缘开始，于西缘结束。 2004年年10月月27日，美日，美 国丹佛夜空出现月全食国丹佛夜空出现月全食 现象，摄影师记录下了现象，摄影师记录下了 总时间为总时间为75分钟的月食分钟的月食 全过程全过程 。 当月球阻挡阳光照射地球时，则发生日食。当