《地球概论》上课提纲.docx

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《地球概论》上课提纲

《地球概论》上课提纲

第一节地理坐标

一、经线和纬线

●地理定位的需要

——二直线相交于一点。

——每一地点都可看作特定的经线和纬线的交点。

●经线和纬线都是地面上的圆：

——大圆：

同一球面上最大的圆。

其圆心即为球心。

——小圆：

大圆以外的圆统称小圆。

●纬线——垂直与地轴的平面同地球相割而成的圆：

——纬线（parallel）相互平行，大小不等；

——赤道（equator）是纬线中唯一的大圆，分全球为南北两半球

●经线——通过地轴的平面同地球相割而成的圆：

——经线都是大圆（通常指他的半圆），都在两极相交，大小相同；

——本初子午线（primemeridiam），通过英国伦敦格林尼治天文台的经线（1884年确定）。

●地球上的方向；

——南北方向（经线方向），有限方向；

——东西方向（纬线方向）无限方向；理论上亦东亦西；实际上非东即西。

●地面上的距离（略）

二、经度和纬度

●是经线和纬线的“编号”，其本身代表一种角度；

●纬度——一地相对于赤道平面的南北方向和角距离；

——纬度是线面角，即本地垂线与赤道平面的交角

——纬度在本地经线上度量，南北纬各分90°。

●经度——本地子午面相对于本初子午面的东西方向和角距离。

——经度是两面角，本初子午面为起始面；本地子午面为终止面。

——经度通常在赤道上度量。

东西经各分180°。

●经（纬）度与经（纬）线

______经度和纬度用来区分不同的经线和纬线；

______经线即等经度线；纬线即等纬度线。

●地理坐标

______一地的经度和纬度相结合，叫做该地的地理坐标。

______同地理坐标相联系的有三个大圆：

赤道（横轴）、本初子午线（纵轴）和本地子午线。

______书写时按惯例：

先纬度，后经度；数字在先，符号在后。

第二节天球和天球坐标

一、天球和天穹

●天球——以地心为球心，半径任意的假想球体，表示天体视运动的辅助工具。

——是整球和圆球；

——分地心天球和日心天球。

●天穹——地平以上的半个天球

——是半球和扁球。

●天球上的圈和点：

——天球的主要大圆：

地平圈——通过地心且垂直于当地铅垂线的平面无限扩大、同天球相割而成的天球大圆。

天赤道——地球赤道平面无限扩大，同天球相割而成的天球大圆。

分天球为南北两半球。

黄道——地球公转轨道平面无限扩大同天球相割而成的天球大圆，即太阳周年运动的视路线。

——大圆的极点：

地平圈的两极——天顶（Z）和天底（Z′）

天赤道的两极——天北极（P）和天南极（P′）

黄道的两极——黄北极（K）和黄南极（K′）

——大圆的交点：

天赤道交地平圈——东点（E）和西点（W）

黄道交天赤道——春分点（♈）和秋分点（♎）

——大圆的大距点：

地平圈对于天赤道——南点（S）和北点（N）；

天赤道对于地平圈——上点（Q）和下点（Q′）

黄道对于天赤道——夏至点（♋）和冬至点（♌）

天赤道对于黄道——无名点。

●天球上的方向和距离

——方向：

地球上方向的延伸。

东西方向：

俯视，逆钟向为东，仰视，逆钟向为西

——距离：

只有角距离

二、天球坐标

●天球坐标系的一般模式

——以基圈、始圈和终圈构成一球面三角形（三顶点为极点、原点和介点）。

——纵坐标即纬度。

——横坐标即经度。

●地平坐标系

——用途：

表示天体在天空（观测者天球）中的高度和方位。

——圆圈系统：

地平圈、子午圈和卯酉圈。

——基本要点：

基圈——地平圈。

原点——南点；始圈——午圈

纬度——高度，±90°

经度——方位，0°～360°，自南点沿地平圈向西度量。

●第一赤道坐标系（也称时角坐标系）

——用途：

用于时间度量。

——圆圈系统：

天赤道、子午圈和六时圈。

——基本要点：

基圈——天赤道

原点——上点；始圈——午圈

纬度——赤纬，±90°

经度——时角（经圈改称时圈），0h~24h，自上点沿天赤道向西度量（为使天体的时角“与时俱增”）

●第二赤道坐标系（地理坐标系的摹制品）

——用途：

表示天体在天球上的位置。

——圆圈系统：

天赤道、二分圈和二至圈。

——基本要点：

基圈——天赤道

原点——春分点；始圈——春分圈

纬度——赤纬（同第一赤道坐标系）

经度——赤经，0h~24h，自春分点沿天赤道向东度量（为使天体按其赤经次序相继中天，且此刻其赤经即为当时的“恒星时”）。

●黄道坐标系

——用途：

表示日月行星的位置及其运动

——圆圈系统：

黄道、无名圈（通过春分点的黄经圈）和二至圈。

——基本要点：

基圈——黄道

原点——春分点；始圈——无名圈

纬度——黄纬，±90°

经度——黄经，0°～360°，自春分点沿黄道向东度量（为使太阳的黄经“与时俱增”）。

●各种天球坐标的区别

——地平坐标系和第一赤道坐标系：

——始圈相同（午圈），但基圈不同，因而高度不同于赤纬，方位不同于时角。

——二者的具体差异与当地的纬度有关。

——仰极高度体现地平系统与第一赤道系统的关系：

仰极高度＝天顶赤纬＝当地纬度

——第一赤道坐标系和第二赤道坐标系：

——基圈相同（天赤道），因而有共同的纬度（赤纬）；但始圈不同，因而时角不同于赤经。

——二者的具体差异与当时的恒星时有关。

——恒星时即春分点的时角，或上点的赤经。

天体赤经﹢天体当时时角＝当时恒星时

补充教材怎样识星

一、星区划分

●按赤经分全天为四大星区，每区跨赤经6h

——各个星区的中央赤经分别为0h，6h，12h，18h（即春分圈、夏至圈、秋分圈和冬至圈）。

——每个星区各以其主要拱极星座命名：

即仙后星区，御夫星区，大熊星区和天琴星区。

简称后，御，熊，琴，

●精选20个著名星座

●突出15颗头等明星

二、星空的季节变化

●太阳分别于春夏秋冬四季，穿越后御熊琴四大星区：

——太阳莅临的星区，偕日升落，成为该季不可见星区；

——与太阳相对的星区（黄经相隔180度），随太阳此起彼落，成为彻夜可见星区。

——太阳的东临星区，迟太阳西落，前半夜见于西天；

——太阳的西临星区，先太阳东升，后半夜见于东天。

星区

季节

春

夏

秋

冬

不可见星区

仙后

御夫

大熊

天琴

前半夜可见星区

御夫

大熊

天琴

仙后

可见星区

大熊

天琴

仙后

御夫

后半夜可见星区

天琴

仙后

御夫

大熊

●若以黄昏时的西落星区为准，那么，星空的季节变化为：

春御—夏熊—秋琴—冬后

三、星空推算

●昼夜交替与星空轮转：

——昼夜以24小时（太阳日）交替；

——星空以23小时56分（恒星日）轮转。

●两种时间：

——钟表走时按太阳周日运动设计，钟表时刻总是同太阳在天空中的位置相对应；

——恒星时的钟点，直接指示中天恒星的赤经。

●恒星时与太阳时的差异：

——恒星时以春分点上中天（过午圈）为零时；太阳时则以太阳下中天（过子圈）为零点。

二者时角相差12h。

——恒星时比太阳时逐日加快4分钟。

●恒星时的简易推算：

——每年秋分（9月23日），太阳时与恒星时时刻相同；

——自秋分次日起，把钟表逐日加快4分，即得任何日期和时刻的恒星时，从而可知当时中天的星区。

第二章地球的宇宙环境

●何谓宇宙？

（两种宇宙观）

哲学宇宙：

——宇宙无限

——空间无穷：

无边无际（没有边界、形状和中心）

——时间无尽：

无始无终（没有起源、年龄和寿命）

科学宇宙：

——宇宙有限（指总星系<=星系团<=星系群<=河外星系+银河系）

——时间上有起源

——空间上有边界

●宇宙如何形成？

——大爆炸宇宙学

●地球的宇宙环境是指什么？

第三节恒星和星系

一、恒星

1.恒星及其自行

——“恒星”的本义

——恒星自行

2.恒星的发光和光谱

●恒星的发光

——恒星演化史上某个阶段的现象

——要有巨大的质量

●恒星的光谱

——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，主要元素是氢）

3.恒星的亮度和光度

●星等——视星等（m）和绝对星等（M）

——视星等是亮度等级；绝对星等是光度等级

——星等愈小，亮度愈大；

——星等以等差级数递减，亮度以等比（R）级数增大。

R＝1001/5→lgR=（1/5）lg100=0.4→R＝2.512

——标准距离（10秒差距）下的视星等为绝对星等。

（光源的视亮度与其距离平方成反比）

●天文学的距离单位——天文单位（即日地平均距离，用AU表示）、光年、秒差距。

——1秒差距＝206,265AU。

——大多数的恒星的M＞m。

4.恒星的多样性

——单星、双星、星团

——稳定恒星；变星、新星、超新星。

——赫罗图（光度—光谱型图）

——主序星、白矮星、巨星、超巨星

——脉冲星、中子星。

二、星系（银河系）

1.银河系

●同一事物的两个不同图象

——银河系是以银河命名的星系（形似圆盘）

——银河是银河系在天球上的投影（环天光带）

●银河系总质量——约1400亿太阳质量

——星数：

1~2千亿颗。

●银河系结构

——圆盘体（直径10万光年）和银晕；

——核球和银盘；

——银核和银心。

2.太阳在银河系中的位置和运动

●太阳的位置

——位于银道面附近

——距银心约3万光年

●太阳绕转银心

——速度：

250km/秒

——周期：

2.5亿年

第四节太阳和太阳系

一、太阳

1、太阳的距离、大小和质量

——距离：

149,600,000km（即天文单位，用AU表示）

——大小：

半径约70万km（地球半径的109倍）

——地平视差和视半径

——根据距离和视半径推算线半径

——质量：

1.989×1030kg（约为地球质量的33万倍）

2、太阳的热能、温度和热源

a.太阳热能

——太阳常数：

8.16J/cm2·min

——平均距离，太阳直射，大气界外。

——太阳辐射热能总量：

3.826×1026J/S。

——地球所得：

1.74×1017J/S（占22亿分之一）

b.太阳温度

——根据太阳辐射热量数量推算称有效温度。

——根据太阳辐射光谱测定称辐射温度。

（两种推算所得数据十分接近）

——太阳光球温度：

5,770K；

——太阳中心温度：

15,000,000K；

——日冕温度：

1,500,000K。

c.太阳热源

——产生过程：

热核反应（氢核聚变为氦核）

——产能方式：

质量转化为能量：

E=mc2（E能量J，m质量kg，c光速m/s）

——产能中心：

在太阳核心。

3、太阳大气——可以直接观测的外部层次

——光球：

太阳大气的低层，厚约500km

——色球：

太阳大气的中层，厚约2000km

——日冕：

太阳大气的外层，厚约太阳半径的几倍至十几倍

4、太阳活动——太阳大气各种变化的总称（太阳“天气变化”）

——黑子：

太阳明亮光盘上的暗色斑点，温度略低（约4500K）；盛衰周期（太阳活动周期）为11a；公元1997年起，太阳黑子活动开始进入第23号的11年周期。

（黑子乃扰动太阳的明显标志，各种变化皆与黑子同步起落）

——耀斑：

扰动太阳的主要标志，对地球影响最强烈：

——磁暴、电离层干扰、极光。

二、太阳系

1、太阳系的发现（略）

2、太阳系的组成

——水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星和冥王星。

除水星和金星外各伴有卫星。

——以地球轨道为界，分地内行星和地外行星；

——以小行星带为界，分内行星和外行星。

类地行星和类木行星（按行星物理性质分类）

——类地行星：

水星、金星、地球、火星