自然地理学讲义（一二章）

1、自然地理授课计划授课顺序周次授课章节及内容摘要学 时目的与要求方式方法手段课外作业及备注讲课实验（习）习题上机12第一章 绪论1、自然地理学研究的对象2、自然地理学研究的任务及内容讲授22第二章 地球1、地球与宇宙讲授32第二章 地球2、天球与天球坐标系讲授43第三章 地壳1、地壳的物质组成2、构造运动与地质构造讲授53第三章 地壳2、构造运动与地质构造讲授64第三章 地壳3、大地构造学说讲授74第三章 地壳4、火山与地震讲授84第四章 大气和气候1、大气的组成及热能2、大气水分和和降水讲授96第四章 大气和气候3、大气的运动讲授106第四章 大气和气候3、大气的运动讲授116第四章 大气和气

2、候3、大气的运动讲授127第四章 大气和气候4、主要的天气系统讲授137第四章 大气和气候4、主要的天气系统讲授148第四章 大气和气候5、地球上的气候带讲授158第五章 地球上的水1、地球上的水体讲授168第五章 地球上的水2、海洋讲授179第五章 地球上的水2、海洋讲授189第五章 地球上的水2、海洋讲授1910第五章 地球上的水3、河流讲授2010第五章 地球上的水3、河流讲授2110第五章 地球上的水4、湖泊、沼泽和水库讲授2211第五章 地球上的水5、地下水6、冰雪讲授2311第六章 地貌1、地貌成因与地貌类型讲授2412第六章 地貌1、地貌成因与地貌类型讲授2512第六章 地貌2、

3、风化作用与块体运动讲授2612第六章 地貌2、风化作用与块体运动讲授2713第六章 地貌3、流水地幔讲授2813第六章 地貌3、流水地幔讲授2914第六章 地貌4、喀斯特地貌讲授3014第六章 地貌5、冰川地貌讲授3114第六章 地貌6、风沙地貌与黄土地貌讲授3215第六章 地貌7、海岸与海底地貌讲授3315第七章 土壤圈1、土壤物质组成2、土壤发育讲授3416第七章 土壤圈3、土壤类型、特征及空间分布规律讲授3516第七章 土壤圈4、土壤资源的合理利用和保护讲授3616第八章生物群落与生态系统1、地球上的生物与环境讲授3717第八章生物群落与生态系统2、种群和生物群落3、生态系统讲授3817

4、第八章生物群落与生态系统4、陆生和水生生态系统5、社会经济自然复合生态系统讲授3918第八章生物群落与生态系统6、生物多样性及保护讲授4018第九章 自然地理综合研究1、自然地理环境的整体性2、自然地理环境的地域分异讲授4118第九章 自然地理综合研究3、自然地理环境的变化4、土地结构的研究讲授自然地理学讲义第一章 绪论1、自然地理学研究的对象2、自然地理学研究的任务及内容本章重点： 了解自然地理学内涵一、 自然地理学的研究对象与分科（一）地理学地理学作为一门科学，其研究领域是随着时代和学科的发展而不断完善和扩展的。首先采用地理学 (geography)这个词的人，是生于公元前三世纪的古希腊学

5、者埃拉托色尼，当时的含义是“对地球的描述”(geo一地球，graphein一描述)。在2000多年后的今天，人类已经从地球的描述者变成了改变地球面目的巨大驱动力之一，因此，改善和协调人类社会、经济、文化发展与生存环境之间的关系，成为现代地理学关注的核心问题。概括地讲，现代科学意义上的地理学是研究 地球表层物质系统与人类社会一经济一文化系统 在组成、结构、功能、空间特征和时间动态等方面相互作用与相互依存机理的学科体系。从研究对象上看，地理环境可以分为：自然环境与人文环境。或自然环境、经济环境和社会文化环境。按照传统的学科体系的最高一级划分，地理学可以分为自然地理学和人文地理学。自然地理学 (ph

6、ysical geography)研究地球表层物质系统及其要素的组成、结构、功能、空间特征、时间动态，以及各要素之间相互作用的机理。由于地球表层物质系统及其组成要素的运动与变化过程主要由自然力量和人化了的自然力量所驱动，受自然规律的支配，所以，自然地理学通常归属于自然科学的范畴。人文地理学 (human geography)研究人类社会一经济一文化系统及其要素的组成、结构、功能、空间特征、时间动态和人地关系的原理由于社会一经济 文化系统及其组成要素的运动和变化过程主要由人为力量所驱动，在很大程度上受人类所创造的社会形态、经济制度、文化传统等发展规律的支配，所以，人文地理学通常归属于人文科学的范

7、畴。地理学举科体系示意图同时依据地理学的研究层次可将地理学分为三个主要层次：综合地理学；综合自然地理学、综合经济地理学、综合人文地理学；部门地理学。（二）自然地理学的研究对象1、自然地理学的研究对象自然地理学 (physical geography)研究地球表层物质系统及其要素的组成、结构、功能、空间特征、时间动态，以及各要素之间相互作用的机理。或者说，自然地理学是以人类赖以生存的地球表层自然系统的区域特征与空间分布、变化规律为研究对象的。地球系统（地球科学或地球系统科学）地球表层系统（地球表层系统科学，核心学科：地理科学）地球内部系统（核心学科：地质科学）地外系统（核心学科：天文学）地球表层

8、人文系统（核心学科：人文地理学）地球表层自然系统（核心学科：自然地理学）地球表层系统由固态、液态、气态（三相）三态物质组成，岩石圈、大气圈、水圈、生物圈交叉（四大圈层），无机界、有机界与人文界相互作用、相互影响（三大界）而构成的一个系统。自然地理学与地球表层系统的关系自然地理学所研究的地球表层是一个开放系统，称为地球表层系统(简称为地表系统，theearth surface-stem) t它是地球上大气、水体、岩石、生物相互接触、相互渗透的部分，也是人类生存与活动直接影响的部分。根据前苏联地理学家 A. I.伊萨钦科的观点，地表系统的上边界是大气对流层的顶部，距地球固体表面的距离在极地上空约8

9、 km，赤道上空约18 km，平均在10 km左右。对流层的性质如温度的垂直和水平分布、水分的循环、大气的化学组成等在很大程度上受到地表岩石、水体、生物，以及人类活动的强烈影响。地表系统的下边界是岩石圈上部沉积岩层达到的深度，距地球固体表面的距离约4-5 km。沉积岩的形成与陆地表面水体、大气、生物等要素对先成岩石的作用密切相关，其性质则受到大陆和海洋沉积环境的影响。 地表系统上边界以外的大气上层和下边界以外的岩石圈下层及岩石圈以下的地慢部分和地核，便构成了地表系统的环境。在那里，大气、水体、岩石、生物等要素之间的相互联系与相互作用程度显著减弱。地表系统的边界是个相对的概念，且具有逐渐过渡的性

10、质，随着人类活动对地球环境的影响范围与影响强度的增加，地表系统的边界呈扩张的趋势。 根据比利时物理学家I.普里高津的耗散结构理论，开放系统由于不断与环境交换能量和物质，能够自组织地形成有序、稳定的结构，这样的系统称为耗散结构(dissipative structure),太阳辐射能是地表系统的主要外部能派，地表系统通过吸收这种低熵的能量，并不断排出高熵的热能，获得负熵流，从而降低了系统的总熵，并使系统远离热力学平衡态，形成从属于太阳辐射能流的耗散结构，它具有稳定的组成、结构、功能和时空有序的特点。作为地球表层系统，他主要有以下两个方面的特征。首先是一个能量交换方面的充分开放系统地球表层的能量来

11、源于两个方面：其一是宇宙，包括到达地球上的太阳光能和各种宇宙射线，其中，宇宙射线的能量大约为太阳光能的数十亿分之几；其二是地球内部，主要是从地球深部获得的热能(地热)，这种能量一般仅及太阳光能的万分之几(表 2-1)。由此可见，太阳光能是地球表层的主要能源。太阳光穿透大气层向地表系统的输入，将地表系统内的各子系统通过能量的流动联系起来，在这种能流过程中，辐射能被转换成机械能、热能、化学能和生物能等，驱动着各种物理过程(大气环流、水循环、地表的侵蚀)、化学过程(化学元素的迁移与转化、土壤养分循环)和生物过程(光合作用 、呼吸作用 、食物链)的进行 。最后，地表系统将接受到的能量 ，以大致相等的数

12、量和热辐射的形式辐射输出系统之外，从而维持系统能量收支的大致平衡和系统的稳定。由于地表系统与其环境之间不断进行着能量的交换，并且能量交换的数量是巨大的，所以，它在能量方面是充分开放的。 对于地表系统能量收支动态的研究已成为当代地球科学研究的前沿领域，旨在鉴别自然本身的变化和由人类活动引起的变化。随着模拟地表能量大气水体系统的大气环流模型的日趋精确化，将使人类在理解和预测地表系统未来的能量平衡状态方面取得显著的进展。此外，20世纪 90年代后期作为地球观测系统一部分的太阳同步极地轨道卫星的发射，标志着对地球表层能量开放系统的监测进入到一个新的阶段。其次是物质交换方面的微弱开放系统 地表系统与环境

13、之间物质交换的数量与系统内的物质总量相比是很少的，因此，可以认为，地表系统在物质资源方面的开放程度较低。这主要基于以下的事实:自地球形成以来，除了偶尔的流星、陨石、宇宙尘埃的进入和系统内空气分子、某些大气化学物质及少量水分的逸散之外，没有大量的物质通过上边界输入或输出地表系统；同样，除了火山喷发物质的进入和水的渗出，以及漫长地质过程导致的岩石循环等以外，也没有大量的物质通过下边界输入或输出地表系统。可见，地球表层的物质资源是有限的，无论人类如何利用强大的技术力量改造和重组地表物质，系统的物质基础是相对稳定少变的。 地表物质资源的有限性要求人类社会更节约、更有效和尽量循环地利用各种自然资源，以保

14、证代际之间资源的合理分配，实现“满足当前的需要，而不危及下一代满足其需要的能力”的发展，即可持续发展(sustainable development)。这就要求人类在生产和消费过程中，尽可能地延长原生资源和物质从摇篮到坟墓(废物)的利用时间 ，如使产品具有尽可能长的使用寿命；尽可能地减少单位社会服务或单位产品的资源投入量，如制造耗材少的产品；尽可能地提高废物的重复利用率，如污水的处理和回用，固体废弃物的回收利用。关于可持续发展的理论和实现可持续发展的途径与手段的研究，正在成为自然地理学、环境科学以及其他一些学科的前沿领域。2、自然地理学的研究内容（1）人类赖以生存的地球表层自然环境的组成、结构

15、及其区域分布规律（2）人类赖以生存的地球表层自然环境的成因与变化规律（3）人类赖以生存的地球表层自然环境系统的运行机制（物质循环、能量转换、信息传输）（4）人类与地球表层自然环境的相互作用、相互影响（5）地球表层自然环境的评估、预测、规划、管理、优化、调控（三）自然地理学的分科依据自然地理学研究对象的复杂性和对其研究的领域分化，目前自然地理学主要有以下几个分科：(1)部门自然地理学(sectorial physical geography)。分别研究组成地球表层物质系统的各种自然要素与过程本身，强调以某个要素为核心的分析与综合，包括的学科主要有地貌学、气候学、水文地理学、土壤地理学和生物地理学

16、。与部门自然地理学相关联的基础自然科学包括天文学，地质学，海洋学，气象学，水文学，植物学，动物学，土壤学，生态学，地球化学，大地测量学等(见图 1-1)。 (2)区域自然地理学(regional physical geography)。研究地球表层物质系统的某个地域和地域组合的自然特征与过程，强调具体区域的个体性，如北美洲自然地理、中国自然地理、莱茵河流域自然地理等。(3)综合自然地理学(integrated physical geography)。主要研究地球表层物质系统的形成历史、现代过程、类型特征、地域分异和发展演变，它是自然地理学的理论研究部分，强调综合性。随着本学科和相邻学科的发展，

17、对地球表层进行整体性的研究，即研究地表系统的组成、结构、功能、空间特征、时间动态，以及各种自然要素与过程之间、人与生存环境之间相互作用的机理，已成为综合自然地理学的主要研究方向。（四）当代自然地理学的研究领域传统的自然地理学主要采用定性描述的方法，分别研究地球表层的各种自然要素，如地形、气候、水文、土壤、生物等和自然综合体的空间分布特征，以及它们在空间上的相互依存与联系，旨在揭示不同地域之间在自然性质方面的差异性或相似性。用以描述空间范 围与性质的地理语言包括有地点、地方、区域、地带、圈层、距离、界线、类型、分布格局等。它主要回答的科学问题是“是什么?”和“在哪里?”。 当人类具有了从全球尺度

18、上改变其生存环境的能力时，地球表层系统进入了一个前所未有的独特发展阶段，其基本特点是该系统生命支持能力的退化，从而使人类面临人口、资源、环境和发展的严峻挑战。为了迎接这一全球环境问题的挑战，20世纪 70年代以来，国际科学界酝酿、讨论、设计并提出了全球变化的研究领域，它的科学目标为：描述和理解控制整个地球系统的关键性物理、化学和生物过程及其相互作用；描述和理解支持生命的独特环境及其机理；描述和理解发生在地球系统中的重大全球变化问题及人类活动对这些变化的影响方式，为全球和国家一级的资源与环境管理提供科学的依据。由于自然地理学以地球表层作为研究的对象。所以，全球变化研究领域中的许多间题便成为自然地

19、理学新的生长点。这一时期自然地理学要回答的科学问题是“怎么样?”(变化过程)、“为什么?”(变化原因)和“如何办?”(应付对策)，并突出强调以整体的、综合的和动态的科学观点定量地研究这些问题。概括地讲，当代自然地理学的重要研究领域包括有：(1)大气温室效应加剧对陆地生态系统的影响；(2)平流层臭氧减少对陆地生态系统的影响；(3)氧、碳、氮等重要生命元素的生物地球化学循环及人类活动对这些过程的影响； (4)土地利用土地覆盖变化规律和土地退化机理与恢复重建； (5)生物多样性的起源、组成、功能、变化和可持续利用与保护； (6)水文、水资源对全球气候变化的响应和水资源可再生性维持机理； (7)全球环

20、境变化的区域响应与生态安全和环境风险； (8)全球环境变化与人类活动控制模式； (9)生态脆弱地区的灾害治理、环境保护、资源开发与环境演变； (10)区域环境质量与人体健康。 这些问题的深入研究和解决途径的探寻，需要一种新的思想方法，这便是系统理论。利用这种方法论来阐释地球表层的整体性质、层次体系、自稳定性、自组织性等基本原理，便构成本书第 2章的主要内容。用于这种阐释的资料来源于自然地理学各分支学科和相邻的各基础学科的观测、推理、假说和理论；间题来源于人类与地球表层的物理、化学、生物环境相互作用的发展进程，概念和方法来源于系统理论。下面首先介绍系统理论的基本概念和思想范式。二、地理学的任务（

21、1）、研究各地理要素的特征、形成机制和发展规律；（2）、研究各自然地理要素之间的相互关系，彼此之间物质循环和能量转化的动态过程，从整体上阐明它的变化发展规律；（3）、研究自然地理环境的空间分异规律，进行自然地理分区和土地类型化分，阐明各自然区和各种土地类型的特征和开发、利用方向；（4）参与自然条件、自然环境和自然资源评价；（5）研究人为环境的变化特点、发展动向和存在问题，寻求合理利用和改造的途径及整治方法。自然地理学大气科学地质科学水文学生物学三、自然地理学与其他学科的关系自然地理学与其他学科的关系地球表层自然系统是由大气圈、水圈、岩石圈、生物圈相互作用而构成的。研究大气圈、水圈、岩石圈、生物

22、圈的核心学科分别是大气科学、水文学、地质学与生物学。自然地理学，包含了这些学科的某些内容。从人类环境科学的角度来看，自然地理学是将这些内容有机地交叉、融合在一起，将人类生存环境作为一个完整的体系以及对各个区域的环境组合进行研究的。也可以说，自然地理学是大气科学、水文学、地质学与生物学的交叉学科或边缘学科。四、自然地理学的性质1.综合性：综合性是指自然地理学多学科交叉、多要素融合的特性。2.区域性: 区域性是地理学的本质特性, 区域特征、区域联系与区域分异规律为自然地理学的主要研究对象。3.环境性：人类生存环境是地理学研究的主要对象与内容。4.系统性：地球表层环境就是一个系统，可以称之为地球表层

23、系统。系统具有整体性、层次性、动态性与结构功能性。第一章 地球第一节 地球在宇宙中的位置一、宇宙和天体（一）为什么必须了解行星地球的宇宙环境及其自身的特性？ 自然地理环境位于地球的特定范围内，是地球的一部分，而地球又是宇宙中的一颗普通行星。它不断地和周围环境进行能量、物质和信息的交换和传输，从而对自然地理环境产生多方面的影响，推动着各种自然地理过程的演进，是自然地理环境形成和发展的必要条件。因此，为了加深对自然地理环境的认识，就必须了解行星地球的宇宙环境及其自身的特性。（二）基本思路： （1）地球是一颗普通的行星。 （2）宇宙间物质存在的形式是多种多样的，有的聚集在一起形成凝聚态，如日月星辰；

24、有的在广阔的星际空间形成弥漫态，称为星际物质。 （3）天体宇宙中各种星体和星际物质的总称。肉眼可见的天体有恒星、星云、行星、卫星、慧星、流星等。（4）我们认识字宙，主要是认识宇宙中各种天体的运动及其变化。 （5）地球也是一个自然天体。在宇宙飞船和在其他天体上看地球，地球也是在“天上”的。 （6）从“天地是一家”的观点出发，研究地球的宇宙环境，就是为了加深对整体地球的认识。按由近至远的顺序，剖析不同层次的天体系统，探讨地球的宇宙环境，以便更好地了解地球本身。 （7）天体由近至远的顺序：恒星银河系总星系无限的宇宙。 （三）各种天体1、恒 星：由炽热气体（等离子体）构成的，能自行发光发热的球状或类球

25、状天体。 特点： （1）恒星质量巨大，在高温高压的条件下，内部不断进行热核反应，外部不断抛射物质。 （2）它是宇宙中数量最多和最重要的天体。 （3）成分：氢约占70，氦约占28，其余为碳、氮、氧、铁等元素。 （4）每颗恒星，通过对流和辐射，向宇宙空间输送着巨大的辐射能。 恒星的距离 通常用来测量天体距离的单位有： (1) 光年光在真空中一年时间所走过的距离称为1光年。 1光年=94605108（亿）Km=3108m/s（光速）365天/年24小时/天60分/小时60秒/分。 太阳光到达地球是8分18秒。离太阳最近的恒星是半人马座的比邻星，距离是4.22光年，牛郎星约16光年，织女星约26光年，

26、北极星约400光年。 因为每颗恒星距离我们远近不一，它们的光到达地球的时间是不相同的，所以我们所见星空，其实是由恒星到地球的不同光行时间所组成的星空图像，反映的是不同恒星的不同历史时期的面貌，称为星空的小等时性。(2)天文单位、光年和秒差距之关系1天文单位即日地平均距离，约14960104（万）km，用于测定太阳系天体的距离。 1光年=9.46051012km63240天文单位 1秒差距3.26光年=天文单位 恒星的亮度和光度 (1)亮度在地球上，肉眼所见恒星的明暗程度称为视亮度，简称亮度。亮度的等级用视星等(m)来表示。 古代，人们将肉眼看到的最明亮的星叫一等星，勉强可见的暗星叫六等星，它们

27、之间亮度相差100倍。凡星等每差一级，则亮度差为： 100 1/(6-1)=2.512 即星等每差一级，亮度差2.512倍。从亮到暗，-2，-1，0，1，2，6（肉眼）大望远镜可观察到26等的暗星。如大犬座星（天狼星）是-1.4m、满月-12.7m、太阳-26.7m。星等与亮度之间的关系：星等以等差级数减小（增大），亮度以等比级数增大（减小），即： l / l0=2.512m0-m（普森公式） 式中：l和m为较亮一颗星的亮度和星等；L0和m0为较暗一颗星的亮度和星等。 (2)光度恒星的真正发光能力叫光度，其等级用绝对星等(M)来表示。 恒星的演化20世纪初，丹麦的赫兹普伦和美国的罗素，各自根据

28、恒星的光谱型和绝对星等的关系，绘制了著名的“赫罗图”，又称“恒星光谱-光度图。“赫罗图”的内涵：A、纵坐标恒星的光度；横坐标恒星的光谱型或温度。B、大多数恒星分布在左上方至右下方的一条狭长带内，其排列由光度大、温度高的O，B型星延续到光度小、温度低的K，M型星，形成一个明显的序列叫主星序，其上的恒星叫做主序星。 C、在图右上方，还集中了一些绝对星等为零等的G、K、M型星叫做巨星。在巨星之上为光度更大的-2m -7m的星，叫做超巨星。 D、在图左下方，是一些光度小、体积小、密度大的白色星，叫做白矮星。 E、赫罗图直观生动地反映了恒星光谱与光度之间的关系。 恒星的演化过程是恒星内部物质的吸引和排斥

29、对立统一的过程，具体表现为恒星的收缩和膨胀过程。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

30、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，

31、或称黑洞。白矮星、中子星、黑洞斥力爆炸核反应斥力动能2、银河系（1）银河和银河系 “银河”在夏秋晴朗无月的夜晚，仰望星空，从东北方向越过头顶再朝西南方向延伸，一条乳白色横跨天空的光带。中名又叫星河、银汉等；西方称它为“milk way”。 银河与银河系有什么区别？ “银河”是指我们在地球上看到的一条光带，是银河系在天空上的投影，是肉眼所见到的部分银河系。 “银河系”是指太阳所在的整个星系，是比太阳系更高层次的庞大天体系统，是由构成银河系的气体、尘埃、恒星、星团以及星云所组成的密集区。 （2）银河系的结构、大小和形状 银河系是一个包括约1500亿颗恒星和大量星际物质组成的庞大星系级的天体系统；直

32、径约10万光年，其恒星的分布是不均匀的；中心区域恒星较密集，距中心愈远，恒星愈稀疏；银河系的结构分银盘、核球和银晕三部分。（3）银河系的运动 银河系的自转整个银河系绕中心轴线不停地旋转，称为银河系的自转。 银河系的自转运动银河系所有的恒星除各自运动外，都有围绕着银河系中心的旋转运动，这种运动被称为银河系的自转运动。由于银河系物质分布与引力有关，因此各部分恒星的运动速度有所差异。整个银河系在宇宙空间的运动，朝麒麟座方向以214km/s运动着，好像一个车轮子，自身不断旋转的同时又不停地向前进3、总星系（1）河外星系 星云茫茫星海中，可以看到的一些模糊不清的云雾状天体的过去统称。 河内星云（简称星云

33、）由银河系内的气体和尘埃物质组成的看似云雾状的天体。河外星云或河外星系在银河系以外，类似银河系的庞大的恒星集团，由于它们距离太遥远，看上去也是云雾状天体，称为河外星云或河外星系。如仙女座大星系等（补图2.9）。 目前已发现河外星系约10亿个，其中离银河系最近的有大、小麦哲伦星系（分别约16、19万光年、）和仙女座大星系（约220万光年）。前两个星系在南半球可见，它们是航海家麦哲伦作环球航行时，于1520年在南美洲南部发现的。而在北半球可见的最亮的河外星系，则是仙女座大星系。（2）总星系 天体系统层次：天体互相吸引、彼此绕质心旋转而构成了天体系统。一般情况下，次一级天体系统又围绕高一级天体系统旋

34、转。例如，地月系绕共同质心旋转、并绕太阳旋转；太阳偕带太阳系成员又绕银河系质心旋转。目前认识到的天体系统层次：地月系太阳系银河系星系群星系团超星系团总星系二、太阳和太阳系（一）太阳1、太阳的距离和大小 （1）日地距离 日地距离等于一个天文单位 a1.亿km14960万km （2）太阳的大小和质量 太阳视直径平均值为3159.3；太阳的半径为6.96105km，是地球109倍； 太阳的体积是地球体积的130万倍 ；太阳的质量为1.989 1027t，相当于地球的33万倍 ；日面重力相当于地面重力的28倍 ；太阳平均密度为1.41g/cm3，是地球平均密度的1/4； 2、太阳的外部构造 太阳物质处

35、于高度电离状态，氢和氦原子在高温高压条件下，离解为带正电荷的质子和带负电荷的电子。因为正、负两种离子所带电荷的总量是相等的，故称等离子体。太阳是个炽热的等离子气态球体，其分层无明显的界线。 为了研究方便，将太阳大致分成内三层（核反应区、辐射区和对流区）和外三层（光球、色球和日冕）。太阳内层无法直接观测，只是一种理论模式。 3太阳的能源 (1) 太阳热能。 A、太阳是太阳系光热的主要源泉，是地球能量的主要供给者。 B、太阳辐射太阳以电磁波形式不断地向外辐射能量，称为太阳辐射。 太阳辐射能量主要集中在狭窄的0.2-10.0m波段，该波段的辐射量占总辐射量的99.9。紫外线、射线、红外线和米波辐射，

36、就它们的总辐射能量而言，虽然只占太阳辐射总能量微不足道的一小部分，但是它们变化幅度很大，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。（2）太阳的能量来源 A、太阳不断地释放出巨大的能量。巨大能量来源于太阳内部的热核聚变。 对太阳光谱的分析得知，太阳含有极其丰富的氢元素，按质量计约占71。氢核在几百万度(K)高温下即可聚变成氦核，而太阳中心处于极高温（1500万K）和极高压（2000亿个大气压）状态下，四个氢核聚变成一个氦核，从而释放出巨大能量。氢-氦聚变方程如下： 4H1He4+2e+2+rH-氢核；He-氦核；e-正电子；-中微子；r-光子。 B、爱因斯坦在狭义相对论中

37、指出，质量和能量可以互相转化。其转化公式为： E=mV2（E-能量，m-质量，V-光速）。现将0.007（即当4个氢核聚合成1个氦核时，就有0.028个原子质量单位的质量损耗。如计算1g氢核聚变为氯核时，其质量损耗为X，则有：1：41.008=X：0.028；X=0.007g）代人上式得：E=0.007（3l010）26.21l011J，即是说1g氢核聚变为氦核时，能产生6.21l011J的热能，相当于燃烧2700t标准煤所发出的热量。按照上述计算，太阳从诞生到现在仅损耗了其总质量的0.03，维持了50亿年的光能辐射。估计太阳寿命约100亿年，其质量的损耗也不过是总质量的0.06。 4太阳活动

38、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。太阳活动强弱变化平均约11年的周期。(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。(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。A、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； B、电离D

39、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。 C、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。 A、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”。a、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；b、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。 B、另外，在地球高纬度地区，经常出现一种变幻莫测

40、、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。 (4)太阳活动与其他方面的关系 （二）太阳系行星系统1、太阳系由中心天体太阳及其巨大引力作用下，环绕太阳运行的行星、卫星、小行星、慧星、流星体和行星际物质所组成的天体系统。2、行星在椭圆轨道上绕太阳运行的、近似球状的天体。在太阳周围分布着九大行星，它们距太阳由近及远的顺序： 水星金星地球火星木星土星天王星海王星冥王星“冥外星”(近年根据观测与理论推算，第10颗大行星很可能存在)。（1）行星的分类和特征： 九大行星有多种分类法： 以地球为界分为地内行星（水、金）和地外行星（火、木、土、天、海

41、、冥）； 以小行星为界分为内行星（水、金、地、火）和外行星（木、土、天、海、冥）； 根据理化性质分为： A.与地球类似的类地行星（水、金、地、火） B.与木星类似的类木行星（木、土、天、海） 类木行星又可分为：巨行星（木、土）和远日行星（天、海、冥） （2）行星的分布规律和运动特征： A、分布规律基本遵循提丢斯波得定则 an=0.40.32n B、运动特征近圆性、同向性和共面性 近圆性：轨道偏心率1e0且接近0，说明运行轨道是的近圆的椭圆形 同向性：都以逆时针方向绕日公转；太阳与多数行星绕轴自转也是逆时针方向 共面性：九大行星的公转轨道接近一个平面，与地球黄道面倾角多数不超过3 补充：“提丢斯

42、定则”又称“提丢斯-波德定则“，它是关于太阳系行星轨道空间位置的定则，1766年德国的提丢斯首先发现。他发现行星到太阳的距离遵循一定的规律：如果以土星到太阳的距离为100，则水星到太阳的距离为4，金星到太阳的距离为4+3=7，地球到太阳的距离为4+6=10，火星到太阳的距离为4+12=16，木星到太阳的距离为4+48=52，土星到太阳的距离为4+96=100。1772年，德国天文学家波德在其著作星空研究指南中总结了提丢斯提出的定则，概括为：取0、3、6、12、24、48.这样一组数，每个数字加上4再除以10，依此类推，就得到以天文单位（an）（地球到太阳的平均距离）表示的各行星到太阳的平均距离

43、的近似值。那时所知的6颗行星用定则来计算得到水星到太阳的距离为（0+4） /10=0.4天文单位；金星到太阳的距离为（3+4） /10=0.7天文单位；地球到太阳的距离为（6+4） /10=1.0天文单位；火星到太阳的距离为（12+4）/10=1.6天文单位；木星到太阳的距离为（48+4）/10=5.2天文单位；土星到太阳的距离为（96+4）/10=10 天文单位。其中n为行星序号，不过水星应取 。按这个公式，在n=5的地方缺一颗行星，后来发现了小行星带；木星和土星的n应分别为6和7；在n=8距离上发现了天王星；在约相当于n=9的距离上发现了海王星。本世纪30年代发现的冥王星距离按说应该是n=

44、10，但实际上仍接近于n=9，很可能和它形成的情况有关。冥王星之外是否还有真正相当于n=10的大行星，虽然一直引起人们的兴趣，但至今尚未有定论。3、卫星围绕行星运动的天体。 （1）九大行星除水星和金星外，都带有卫星； （2）行星和卫星都不发可见光； （3）一般质量大的行星比质量小的行星拥有较多的卫星； （4）大的卫星近球形，小的卫星呈现不规则状； （5）除天然卫星外，地球周围还绕转着许多人造卫星； （6）另外，还有不少空间探测器和宇宙飞船在太阳系中遂游着。人造天体当今天空中运行的人造卫星、宇宙火箭、行星际飞船和空间实验室等，统称人造天体。（三）太阳系中的小天体1、小行星 (1) 小行星带主要分

45、布在火星和木星轨道之间，绝大多数小行星距太阳2.2-3.6a处。 (2) 小行星质量总和约为地球质量的万分之四，且质量愈小的数量愈多。 发现小行星是非常费神的事，照相巡天观测发现大于照相星等21.2等的小行星达50万颗。目前编号的有近5000颗。其中约30颗直径大于200km，最大的4颗为谷神星（直径770Km）、智神星、灶神星和婚神星。1801年元旦元夜，意大利天文学家皮亚齐发现了第一颗小行星，被命名为谷神星。现有42颗正式命名的中国小行星，最初的5颗是以我国古代科学家命名的，它们是1802号张衡、1888号祖冲之、1972号一行、2012号郭守敬、2027号沈括；以后30多颗是以人名和地名

46、来命名的，如2045号北京、2077号江苏（钟山一号）、2078号南京（钟山二号）、2051号张（张钰哲）等。2、彗星 俗称“扫帚星”。中国古代“慧”字，即扫帚之意；西方原于希腊文，即“尾巴”或“毛发”之意。 (1) 己发现的彗星有1600多颗，但计算出轨道的只有600多颗。 (2) 彗星是在扁长轨道上绕太阳运行的一种体积庞大、质量较小、呈云雾状（或带慧尾）的天体。 结构定义组成直径慧头慧核慧星较亮的中心部分主要是冰块和尘埃冻结在一团的“脏雪球”，其中30是水，其他含复杂的有机物、硅酸盐、碳、一氧化碳、二氧化碳等。约l-10km，是彗星物质集中的地方。慧发慧核外围的云雾包层慧发和慧云，是在太阳

47、辐射的作用下，由慧核中蒸发出来的气体和微小尘粒组成，其密度接近真空。可达几万-几十万km慧云包围在慧发周围的一个巨大的发射紫外线的氢原子云(又称“氢云”)100-1000万km慧尾I型慧尾蓝色，长而细直，纤维状结构，由Co+，C02+，N2+等离子体组成。慧尾密度更接近真空，可长达数亿km。H型慧尾黄色，粗大弯曲。主要由尘埃和未电离的气体分子组成。(1) 慧尾是慧星最壮观的部分；(2) 当具有一定质量的慧星运行到距日很近时，太阳风和太阳辐射压将慧发的气体、微尘推开，便生成慧尾；(3) 并非所有慧星都带有慧尾。池谷一关彗星威斯特彗星（3）哈雷彗星 A、我国是世界上最早记录彗星的国家。春秋记载鲁文

48、公十四年（公元前613年）秋七月，有星孛入于“北斗”。这是世界上第一次关于哈雷彗星的确切记载。 B、著名的哈雷彗星平均回归周期为76年。 1682年，当这颗彗星出现时，英国天文学家哈雷，注意到它的轨道与l607年和1531年出现的彗星轨道相似，他认定这是同一颗彗星的三次出现，并预言1758年底或1759年初将再次出现。虽然哈雷于1742年去世，但是他预言的彗星果然于1759年初再次出现。最近一次是1986年的哈雷彗星回归，已获丰硕的观测成果。哈雷彗星下次回归时间约在2061年。 3、月球月球是地球的惟一天然卫星。地球和月球相互吸引和共同绕转，构成了地月系。由于月球绕地球、地球绕太阳的运动，产生

49、了有目共睹的月相变化和日食、月食等天文现象。（1）月球概况 月球的距离、质量和大小 月地平均距离km 月球的质量为7.361025g，即为地球质量的1/81.3 月球的半径为1738km，约为地球半径的1/4， 月球的体积为2.1991010km3，约为地球半径的1/4， 月球的平均密度约为3.34g/cm3，比地球的小， 月球表面重力加速度为1.62m/s，约为地球表面重力加速度的1/6。 月球的自然状况 月球的气体极其稀薄，密度仅为地球大气密度的亿分之一，主要是氦和氩；月面上温度变化剧烈；没有水分。（2）月球的表面特征与内部构造 A.主要月貌类型： (1)月陆 月表明亮部分，是月面上的高地

50、，为大面积的熔融结晶的岩石所覆盖，是月球最古老的岩石，年龄约4146亿年； (2)环形山 “月坑”，月面上最显著的特征。约大多数环形山为陨星撞击而成，少数为火山造成。 (3)山脉 类似地球上的山脉。 (4)月海 肉眼所见月面上暗黑区域。月海是月面上广阔的低平原。 (5)月谷和月溪 月谷类似地球上的大裂谷。 B.内部构造 月球内部可分为月壳、月幔和月核 （3）月球的运动 A、月球轨道 月球的轨道是一个椭圆，轨道偏心率为0.0549，近地点的平均距离为km，远地点的平均距离为km。 月球的公转轨道在天球上的投影叫“白道”。 B、日月会合运动与月相 从地球上看，月球相对于太阳产生的相对运动，称为日月

51、会合运动。日月会合运动使日、地、月三球之间的相对位置时刻在发生变化。由于月球本身不发光，只有反射太阳光才被人们看见，所以当月球与太阳处于不同的相对位置时，从地球上看，月球的视形状就会发生周期性的变化，称为月球的位相，简称月相。 C、月球公转的周期与速度 月球绕地球运行一周的时间叫做月球的公转周期。 恒星月 朔望月 交点月 近点月 朔望月比恒星月长，因为朔望月比恒星月多转29；交点月比恒星朋短，因为黄白交点每月西移约1.6；近点月比恒星月长，因为近地点每月东移约33。 月球公转的平均角速度为1310，近地点时约为15/日，远地点时约为11/日月球的出没时刻每朋约向后推迟50min。D、月球的自转

52、运动 月球自转的方向和周期与公转的方向和周期相同，作同步自转。（4）日食和月食 A、月影和地影 在太阳光的照射下，月球和地球产生圆锥形影子，称为影锥。影锥分为本影，半影和伪本影。 地球本影的最短长度（km）远远大于月地最远距离（km），因此，只要月球所处轨道位置合适，月球就会全部进入地影范围之内，发生月食。 月球本影的最大长度（km）只稍稍大于月地最近距离（km），且小于月地平均距离（km），因此，月球本影通常不能到达地面，只有半影和伪本影落在地面上，这就决定了在地球上见到的日偏食和日环食多于日全食。 B、日、月食的分类 日食可以分为日全食、日偏食和日环食，分别出现在月影的本影区、半影区和伪本

53、影区；月食只有月全食和月偏食，它们只出现在地影的本影区。月食可在地球的夜半球同时见到。（5）潮汐海水面发生周期性的涨落现象称为海潮。发生海洋潮汐的最基本的因素就是天文因素。海水的运动通常分为三类：洋流、潮汐和波浪。 洋流是海水的水平运动，潮汐是海水的垂直运动，波浪是水分子的震动。在潮汐运动中，海面上升叫涨潮，海面下降叫落潮。涨潮和落潮互相交替。涨潮转变为落潮时，水位最高，称高潮，相反则为低潮。涨潮和落潮的周期为半个太阴日，即12小时25分。 高潮和低潮的水位叫潮差在一个周期内，潮差由小变大，潮差最大时的海面升降叫大潮，潮差最小时的海面升降叫小潮，从大潮到大潮或从小潮到小潮的周期是半个朔望月，即14.77日。每个月有两次大潮和两次小潮。潮汐主要有以下一些意义：.人们根据潮汐涨落规律，张网捕鱼