地球科学概论第二章_宇宙与行星地质学.ppt

1、第二章 宇宙与行星地质学,第一节 宇宙探索的历史,天道圜(圆)，地道方，圣王法之，所以立上下(上君下臣)。,敕勒川，阴山下。天似穹庐，笼盖四野。天苍苍，野茫茫。风吹草低见牛羊。,一、从天圆地方到地球是球体,吕氏春秋,北朝乐府民歌,毕达哥拉斯（前571-前497）率先提出了大地是一个圆球的想法; 亚里士多德（前384-前322）把地球摆在他设想的宇宙体系中心; 埃拉托色尼（前276-前196）首先观察了地面弯曲; 张衡（78-139年）从月蚀弧形的阴影边缘推断大地是圆的; 1519年9月 麦哲伦（1480-1521）环球航行1687年7月 牛顿（1642-1727）地球转动产生惯性离心力,二、从

2、地球中心说到太阳中心说,天地之体，形如鸟卵张 衡,亚里士多德和 托勒密的（14731543） 的地球中心说,哥白尼（14731543）、 布鲁诺（15481600）和 伽利略（15641642） 的太阳中心说,Sputnik,Apollo 11,人类的一大步,“勇气”号火星车,“卡西尼”号木星探测器,“金星快车” 探测器,三、从地球到宇宙,第二节 太阳系的主要成员,太阳系,太阳,行星,卫星,彗星,陨石,类地行星：水星、金星、地球、火星,类木行星：木星、土星、天王星、海王星,行星指的是围绕太阳运转、自身引力足以克服其刚体力而使天体呈圆球状、并且能够清除其轨道附近其他物体的天体。,矮行星：冥王星、

3、谷神星、厄里斯星,一、太阳系简介,类地行星特点：,密度大 体积小 自转慢 卫星少 硅酸盐组成 固体外壳,类木行星特点：,密度小 体积大 自转快 卫星多 气体组成 固体内核,二、 类地行星及其卫星,类地行星最为显著的特征是火山作用十分普遍，表现在玄武质熔岩的喷出，而且其火山作用的产物性质十分相似，说明这些行星具有相近的原始成分。,1、水星（Mercury）,水星是距离太阳最近的行星，距离太阳5800万公里，白天表面温度可达430，也是体积最小的行星，直径4880km，只比月球略大一些。水星是一个没有生命和水的多岩石星球，表面和月球一样也布满了凹凸不平的陨石坑。,在所有行星中，水星的核心结构和地球

4、最像，可能也是巨大的铁球。,2、金星（Venus）,金星是距离太阳第二近的行星，它与地球在体积、质量、密度和重量上非常相似，可以算作是地球的姊妹星。而事实上金星与地球非常不同。而一直以来，金星都被卷曲的云层笼罩在神秘的面纱中。,金星分别在早晨和黄昏出现在天空，古代占星家一直认为存在着两颗这样的行星，于是分别将它们称为“晨星”（启明星）和“昏星”（长庚星）。,金星密度与地球相近，因此推测它的内部很可能存在与地球类似的铁质内核，而且内核中至少有一部分处于熔融状态，金星上的构造活动非常活跃。,3、火星（Mars）,火星是距离太阳第四远的行星，火星上有明显的四季变化，这是它与地球最主要的相似之处。但除

5、此之外，火星与地球相差就很大了。火星大气十分稀薄，密度还不到地球大气的1%，因而根本无法保存热量，这导致火星表面温度极低。,火星上存在大量的冰，两极都存在冰盖，主要是固态的CO2，少量是冰。,火星上四季分明，夏季冰盖缩小，而冬季冰盖可以前进到南北纬40左右，另外在一些陨石坑里也有冰的存在。,火星上曾有过洪水，地面上也有一些小河道，十分清楚地证明了许多地方曾受到侵蚀。在过去，火星表面存在过干净的水，甚至可能有过大湖和海洋。但是这些东西看来只存在很短的时间，而且据估计距今也有大约四十亿年了。,三、 类木行星及其卫星,1、木星（Jupiter）及其卫星,木星是太阳的第五颗行星，也是太阳系中最大的行星

6、，它的体积超过地球的一千倍，质量超过太阳系中其他行星质量的总和。与其他巨行星一样，木星没有固态的表面，而是覆盖着966公里厚的云层。通过望远镜观测，这些云层就象是木星上的一条条绚丽的彩带。,因为木星绕行天球一周为12年，与地支相同，所以中国古代用它来纪年，因而称为岁星。,木星表面有一个大红斑，从东到西有40000千米，从北到南有13000千米，面积大约4.5亿平方千米。目前认为它是一个永不停息的旋风，它的范围可以吞没3个地球。,木星幔的外面是1000km厚的大气层，几乎全由氢和氦构成，只有微量的甲烷、氨和水汽。甲烷具有吸收紫外线的作用。木星大气中还有十分强烈和频繁的闪电现象。木星大气浓密，有一

7、系列与赤道平行的明暗交替分布的云带，云带可分为好几层，云带的颜色和温度不同，有明暗带的区分。亮区的云层由氨冰组成，颜色鲜明，叫做带；暗区的云层由氨化物组成，叫做带纹。氨化物有各种颜色：白色、橙色、褐色，但大部分是红棕色。,木星内部是由铁和硅组成的固体核，称为木星核，温度高达30000。,木星是人类迄今为止发现的天然卫星最多的行星，目前已发现63颗卫星，俨然一个小型的太阳系。1610年1月，伽利略最早以望远镜发现木星最亮的四颗卫星，并被后人称为伽利略卫星。它们环绕在离木星40190万千米的轨道带上。,在以后的几个世纪中，人们又接连发现了12颗较大的卫星，使木星卫星的总数达到了16颗。直至1995

8、年伽利略号飞临木星系时，又发现了许多更小的、离木星更远的卫星，使人类所知的木星系卫星总数达到63个，成为太阳系拥有最多天然卫星的行星。,2、土星（Saturn）及其卫星,土星是太阳的第六颗行星，是太阳系第二大行星。它与木星十分相像，表面也是液态氢和氦的海洋，上方同样覆盖着厚厚的云层。土星上狂风肆虐，沿东西方向的风速可超过每小时1600公里。土星上空的云层就是这些狂风造成的，云层中含有大量的结晶氨。快速的自转作用下，土星变成了一个明显的椭球。土星最引人注目的地方是环绕着其赤道的巨大光环。,土星最引人注目的地方是环绕着其赤道的巨大光环。所有巨行星都有光环，但土星的光环是最显著的，土星的光环不是一个

9、整体，它包含许多个小环，环外沿直径约为27.4万公里。光环主要由一些冰、尘埃和石块混合在一起的碎块构成的，它们的直径从几厘米到几十厘米不等，只有少量的超过1米或者更大。,令科学家迷惑不解的是，有的环好象是由几股细绳松散的搓成的粗绳一样，辐射状的环更是令科学家大开了眼界而又伤透了脑筋，组成环的物质就象车轮那样，步调整齐的绕着土星转，这显然违背了目前已经掌握的物质运动定律。那么，这是一个什么样的规律在起作用呢？目前仍在探索中。,拥有美丽的行星环的土星有着数量众多的卫星，它们中的34个已经有了名字；它们的精确数据并不清楚，因为有如此多的物体在如此宽广的土星轨道里围绕着它做运行。最近，2000年下半年

10、做的一次观察发现了另外12颗有着奇异轨道的卫星，这说明它们原先是一个大天体的碎片，后来才被土星的引力场捕获。土星卫星中最值得注目是土卫六，它是太阳系中唯一拥有稠密大气层的卫星。,3、天王星（Uranus）及其卫星,天王星是太阳的第七颗行星，是一个蓝绿色的圆球，它的表面具有发白的蓝绿色光彩和与赤道不平行的条纹，最著名的特征是其倾斜的姿态。导致它保持这个不寻常的姿势的原因，可能是由于在太阳系形成的初期一个行星大小的天体与它发生过碰撞。,1986年1月，旅行家2号宇宙飞船飞越过天王星，在稍后研究照片时，发现了Perdita和10颗小卫星。后来使用地面的望远镜也证实了这些卫星的存在。不同于其它行星的卫

11、星，由神话中取名字，所有天王星的卫星都取名自莎士比亚和的剧作。,天王星 有27颗天然的卫星，第一颗和第二颗(泰坦尼亚和欧贝隆)是1787年发现的，另外两颗艾瑞尔和乌姆柏里厄尔是在1851年发现的。到了1948年第五颗卫星米兰达才被发现。,4、海王星（Neptune）,海王星是远日行星之一，按照同太阳的平均距离由近及远排列，为第八颗行星。只有在天文望远镜里才能看到它。由于它那荧荧的淡蓝色光，西方人用罗马神话中的海神“尼普顿”的名字来称呼它。海王星的赤道半径是地球赤道半径的3.88倍，体积是地球体积的57倍，质量是地球质量的17.22倍，海王星在太阳系中，仅比木星和土星小，是太阳系的第三大行星。,

12、现在认为，海王星内部有一个质量和地球差不多的核，核是由岩石构成的，温度约为2000到3000摄氏度，核外面是质量较大的冰包层，再外面是浓密的大气层。,海王星的表面有许多称为暗斑的反气旋，因为它们是海王星寒冷云顶上的高压气旋。海王星的蓝色是大气中甲烷吸收了日光中的红光造成的。 作为典型的气体行星，海王星上呼啸着按带状分布的大风暴或旋风，海王星上的风暴是太阳系中最快的，时速达到2000千米。,四 矮行星简介,冥王星是太阳系天体。它于1930年1月被发现，并以罗马神话中的冥王普鲁托命名，中文意译为冥王星。发现后至今长期以来一直与地球、土星等并列为九大行星。自2006年8月24日于布拉格举行的第26届

13、国际天文联会中通过第五号号决议，将冥王星划为矮行星在行星之列中除名。,冥王星（Pluto）,冥王星现有三颗已知的卫星。冥卫一名为卡戎，1978年被发现。据天文学家计算所得，它与冥王星形成了一个双行星系统：它们的质心在冥王星表面以外，因此卡戎并非围绕冥王星旋转。,五、月球（Moon）,月球是地球唯一的天然卫星，是距离我们最近的天体，它与地球的平均距离约为384401千米。它比地球直径的1/4稍大些。月球的表面积有3800万千米。月球的质量相当于地球质量的1/81，月面重力则差不多相当于地球重力的1/6。,月球上面有阴暗的部分和明亮的区域。早期的天文学家在观察月球时，以为发暗的地区都有海水覆盖，因

14、此把它们称为“海”。而明亮的部分是山脉，那里层峦叠嶂，山脉纵横，到处都是星罗棋布的环形山。,月球具有与地球类似的圈层构造，也分为月壳、月幔及月核，表层有月壤。月球岩石圈后达1000km以上，因此没有构造运动，月震主要由于地球引力所致，少部分由陨石撞击引起。,环形山 是月面的显著特征，几乎布满了整个月面；月海指肉眼所见月面上的阴暗部分，实际上是月面上的广阔平原，地势一般较低，比月球平均水准面低1-2km，月海的返照率也比较低，因而看起来现得较黑；月面上高出月海的地区称为月陆，它一般比月海水准面高2-3千米，由于它返照率高，因而看来比较明亮。,六、陨星和流星,根据陨石中金属铁镍、硅酸盐相和硫化亚铁

15、的相对比例， 将陨石分为3类：,铁陨石，金属铁镍约为95，是较普遍的陨石类。,石铁陨石，金属铁镍约为50,石陨石，金属铁镍小于20。石陨石可划分为球粒陨石和无球粒陨石,撞击作用,撞击作用：是指陨星坠落时对于行星的冲积并使其表面发生变形甚至变质的作用，其典型产物是陨石坑。,陨石坑的形成过程,水星,金星,月球,火星,行星与卫星上的陨石坑,距地球约149,597,870公里 天文单位 直径为1，392，000公里 体积是地球的130万倍 质量约61021吨 平均密度是水的1.41倍 表面温度为6000K（5726摄氏度 中心部分温度1.5107K (1500万 ）,光谱分析：73种元素，H：71%

16、，He：26.5%， 光球层： 厚300km,5500, 0.01g/cm3. 色球层： 厚3000-5000km，日全食时呈玫瑰红 色，可达100万 。 日 冕： 最外层的稀薄等离子体太阳风大气 黑 子： 直径2000-10000km，4200oC，具极强磁场；对气候与生态变化的影响有11年周期. 耀 斑： 在黑子群上空的亮点出现在色球层中，n秒钟内可扩大成纤维云状物，直径10万km，1.5万-100万.,七、太阳,第四节 太阳系的起源,太阳系的特点：,行星运行轨道具有近圆性和共面性,行星和卫星公转方向具有同向性（逆时针）,太阳质量占太阳系的99.8,角动量却只占2,类地行星与类木行星在体积、质量、密度、转速、卫星数方面具有系统性差别,不同星球在元素组成上具有一致性,陨石撞击作用在石质行星和卫星上作用相同,