2-行星地球.

宇宙中的沧海一粟迄今已知唯一存在智能生命的星球第二讲行星地球一、宇宙中的行星地球1.太阳能量及其变化2.地球在太阳系中的运动二、宇宙的起源和银河系结构三、恒星的演化四、地球的起源和演化1.地球的年龄2.生物演化与地质年代太阳能量及其变化地球的内外动力许多学者把太阳能量作为唯一外来动力一千克氢原子核聚变转化的能量4千吨石油8千吨煤1千克氢原子太阳辐射与太阳常数太阳内部结构处于变动中的日珥、日冕和黑子群太阳直径：1.4106km太阳质量：地球质量(6x1021t)的33.3万倍，占太阳系总质量的99.87%太阳平均密度：地球密度的1/4左右，水的1.41倍太阳表面温度：6000K(=5726°C)太阳核心温度/密度：1.5107K/水的160倍核聚变工厂：e=mc2太阳内部的核聚变太阳活动与黑子周期名为黑子其实不黑，仅温度比周围光球低1000ºC±,在明亮光球反衬下呈暗黑色。黑子是太阳表面剧烈活动所激起的气旋涡。黑子数量和分布范围（±5°-25°之间）出现较规律的周期性变化，称为黑子周期。周期开始：少量黑子首先出现在南、北纬30°附近。高峰期：大量分布在±15°。周期结束：最后出现在赤道附近的黑子又都消失。绘出的黑子时空分布图其形状很像一群蝴蝶，称为蝴蝶图。黑子周期：平均长度为11.1年。蝴蝶图太阳黑子太阳活动极小年的日冕太阳活动极大年的日冕太阳黑子数与北半球不同纬度带降水量相关性太阳黑子与人类日常生活黑子周期高峰期容易发生磁暴1989.3.13魁北克全城停电事件短波无线电通讯中断指南针失灵、候鸟迷失方向户外活动注意事项1610伽利略用望远镜发现太阳黑子,1610-1640人类对黑子观察不连续。1645-1715连续观察发现黑子很少，太阳活动周期不明显，称为蒙德极小期。在时间上正好对应全球17世纪小冰期==明清灾害群发期。1716出现第一个黑子高峰，以后每11年为一个太阳黑子周期，22年为一个太阳磁周期，并有100年左右、200年左右太阳活动长周期。太阳活动长周期行星地球基本参数地球唯一性的物质基础：行星质量、日地距地球的唯一性迫使科学家们去认真思考地球这颗行星能适宜于生命繁衍特殊环境的原因：行星的质量（最大的类地行星，决定了地球的重力、结构、磁场等基本物理性质）行星到太阳的距离（直接影响行星表面的温度和太阳风对行星表面气体的驱赶能力）是决定行星内部结构、表面特征及演化历史的主要因素。九大行星基本参数比较行星与太阳平均距离1天文单位=1.496x108km公转周期（恒星年）自转周期（恒星日）质量地球=1体积地球=1密度g/cm3水星0.3888日58.6日0.060.0565.4金星0.72225日243.0日0.820.8565.2地球1.00365.25日23时56分1.001.005.5火星1.521.88年24时37分0.110.153.9木星5.2011.86年9时50分31813161.3土星9.5729.50年10时14分947450.7天王星19.2884.00年16时48分1565.21.3海王星30.13164.80年16时06分1757.11.7冥王星39.50248.00年6天9时17分0.00250.0092.0地球自转地球自转的速度变化及其地学意义科里奥利力（地转偏向力）大气环流地球在太阳系中的运动2.1地球自转2.2地月关系2.3地球轨道参数2.4星体影响和撞击事件地球轨道参数星体间的相互影响偏心率、黄赤交角、岁差米兰科维奇学说阳光对地球不同纬度的入射角光线入射角度的地表效应米兰科维奇理论（地球轨道参数的变化）天文学研究早已证明：相邻大行星（木星、金星）对地球公转和自转轨道的微弱摄动，可以使地球轨道三个基本参数(偏心率、斜度、岁差)发生周期性变化。南斯拉夫学者M.Milankovich(1920)最早指出：第四纪冰川时期的成因和地球轨道要素变化有关。曾长期受到怀疑和批评，由于地质历史中保存有大量可靠的地质记录，现在已公认为米兰科维奇学说。偏心率（eccentricity,e）地球椭圆形轨道的最长直径（长轴）与最短直径（短轴）之差与赤道半径之比。地质历史上存在10万年、40万年两种变化周期。黄赤交角或斜度（obliquity,ε）黄道面与天赤道面的交角，即地轴与地球轨道面夹角的余角。ε现在约23º26’。地质历史上存在4万年的周期，其ε值变化于22º02’～24º30‘之间。ε值增大使冬、夏温差增强，对极区冰盖发育影响较大。岁差（precession,P）天球上的春分点沿黄道逐年自西往东缓慢后退50.2786″的现象（“岁岁有差”）。原因:地球不是理想球形，日、月对地球引力产生的力矩使地轴绕黄道面法线作圆周状进动。最近一次岁差周期约2.5万年，地质历史上1.9～2.3万年（平均2万年）。P值变化对赤道带气候影响较大，对两极高纬度区影响较小。米兰科维奇理论气候变化的地质记录第四纪风成黄土的不同层位中，存在颗粒粗细变化：冰期时气候干冷、风力强劲，颗粒相对较粗；间冰期气候返暖、风力减弱，颗粒相对较细。地层剖面中有时见到海洋生物化学成因的碳酸盐岩（灰岩)与含一定泥质的灰岩（泥灰岩）频繁交替。灰岩代表气候相对干旱、大气降水少，缺少来自陆地的极细颗粒泥质成分；泥灰岩反映当时雨水较多、带来陆源泥质成分，气候相对湿润。碳酸盐岩、极地冰盖冰芯中的氧、碳同位素也可发生相似的含量变化，是指示高分辨率古气候变化的重要证据。天文周期与气候变化天文周期与气候变化40万年黄土古土壤、大气二氧化碳、深海氧同位素记录太阳系内的星体撞击彗木撞击事件引起的反思万古奇观长达十六万千米的彗星列车撞击木星苏梅克－利维9号“彗星列车”，下面的白点为附近的一颗亮星苏梅克-利维彗星列车的发现过程成功经验三结合科研集体迅速的国际学术联系彗木撞击的破坏能量1994年7月19日4时15分—22日16时（北京时间）人类第一次科学预报并进行实时的定量化科学测算。在130小时内共计22次较大的“连珠炮式”撞击（编号A-V），相当于20亿颗广岛原子弹爆炸总能量！平均每秒钟爆炸4200颗！美国9.11恐怖事件≈1/20广岛原子弹破坏能量。木星上的撞击点相当于地球的80%面积，瞬间温度30000°-50000°C。地球既有幸，又要提高警惕！太阳系中的大行星（特别是木星）吸引了大部分小行星和彗星，使地球免遭受撞击的机会大为减少。直径10km小星体撞击地球并摧毁全球生态系统（大灾变）的几率，大约每100百万年只有一次（上一次发生于65亿年前）。太阳正常供应地球能量的寿命至少还有40亿年，人类有足够的准备时间。现有对近地小行星的监测网存在两大漏洞（南北不匀、存在死角）。2000年9月仅在5天前预报一颗小行星（2000QW7）将“擦”过地球，如撞上地球则可能毁灭15亿人！同年12月23日凌晨，又有一颗事先未能预报的小行星（2000YA,直径50m）掠地而过，时速11.5万km,相距地球仅80万km。迄今已知最危险的小行星（2000SG344，直径约30-70米），可能于2071年接近地球。发生相撞的可能性为1/1000，由于两者“转向”一致，可能不会与地球“迎头相撞”。国际上准备在南半球布置一批大望远镜，我国紫金山天文台决定投资2000万元建设国内最大的小行星望远镜站。二、宇宙的起源和演化1.支持大爆炸学说的证据2.可见宇宙的组成3.银河系结构和太阳运动斯蒂芬.霍金宇宙大爆炸理论的创始人从宇宙大爆炸到地球形成超微宇宙的瞬间暴胀宇宙诞生10-44秒之后便急速展开,10-34厘米的超微宇宙在仅仅10-34秒之内迅速膨胀了10100倍,称为暴胀。所谓10-34秒/厘米，就是“1秒/厘米的一兆分之一的一兆分之一的一百亿分之一”极其短暂/微小的时间/空间;而10100倍，就是1的后面加100个0（厘米）;实际上提出了一个“从无到有”的宇宙起源模式，对于传统的“无始无终”宇宙观是一个冲击！支持大爆炸学说的证据1.观测到河外天体有系统性的谱系红移现象。(光波向低频偏离)2.观测到各种天体上氦丰度大（30%），微波背景辐射的温度仅3K。符合大爆炸学说要求宇宙曾有从热到冷的演化史：早期100亿度（只有基本粒子）---10亿度（开始出现氢、氦轻元素）---100万度（更多元素合成）---几千度(气体凝聚成星云）--绝对温度几度（现在）。3.天体年龄测定均200亿年，符合大爆炸理论要求“所有恒星都产生于温度下降之后”前提。与银河年有关的周期银河年周期太阳绕银心旋转速度250km/s，完成一周约250-300Ma。穿越旋臂每次约75Ma。穿越银道面太阳在银道面上下往复波动，每次约35Ma。恒星—星系（银河）—星系团—超星系团—总系。星系直径10万光年，星系间距离几十至上百光年。宇宙膨胀主要发生在星系团与星系团之间,星系本身的尺度变化不大,类似吹胀气球时在球面看到的情况。恒星的演化幼年期:原始星云收缩----原恒星出现(氢闪)青壮年期:内部热核反应启动,恒星形成。星系内90%恒星集中分布于主星序。晚年期:红巨星衰亡期:超新星爆发—白矮星或中子星—黑洞黑洞大爆炸理论和相对论未解决的问题：1，相距几十亿英里的星系之间相似的概率几乎是零；2，如果光速不变宇宙就不可能扩张得这么远这么快。剑桥大学物理学高级讲师若昂·马盖若提出：假如光速可变，一切容易解释。意味着推翻相对论和物质不灭定律。物理衡量是由环境决定的，是由周围物质决定的，并非预先设定。光速受周围物质-热量影响，温度越高光的能量越大。如上述预测正确，需重新考虑对黑洞的理解。并非把物质吸进去，而是光速在黑洞内减慢到零。宇宙将继续扩张150亿年，直到它变得太空洞了，以致于达到可以发生跟目前的宇宙开始形成时相类似的状态。关键在于如何证明？下一代原子钟将能测量光速每年都有细微的变化。日本科学家已发现几十亿年前的类星射电源的速度就比现在快。地球的逃逸速度为11.7km/s，当某个星体的逃逸速度30万km/s时即为黑洞。康德：这个大自然的火凤凰之所以自焚，就是为了要从它的灰烬中恢复青春，得到重生。凤凰涅盘、恒星新生恒星演化与元素起源元素合成理论（B2FH理论）：由E.M.Burbidge夫妇，W.A.Fowler和F.Hoyle于1957年提出。宇宙中各种元素并非在一次大爆炸时全部产生，而是在恒星演化的热核聚变过程中逐步合成的。红巨星中心温度达到108K,3个氦聚变为1个碳核；6×108K,2个碳核聚变为1个氧核；109K,氧核聚变为硅核；3×109K～4×109K,硅核聚变为铁核。由于铁核及其外围8个电子结构十分稳固，更重的元素无法在恒星的正常核聚变过程中形成。“昙花一现”的超新星爆发成为重元素诞生的唯一途径。地球起源与圈层分异46亿年前太阳星云中分化形成原始地球，温度较低，轻重元素浑然一体，尚无圈层分异。原始地球一旦形成，有利于吸集更多星子使体积和重量迅速增加，同时因重力分异、放射性元素蜕变和星体撞击而增温。原始地球内部达到熔融状态时，亲铁元素比重大而下沉形成铁镍地核，亲石元素上浮组成地幔和原始地壳。更轻的液态和气态成分，通过火山喷发溢出地表形成原始大气圈、水圈。地球初始圈层分异的时间约在42亿年前。地球绝对年龄的测定放射性同位素蜕（衰）变原理放射性元素总是以不受外界温、压条件影响的一定速率蜕（衰）变为他种元素,如238U经过45亿年后其一半原子数蜕变为205Pb,故称谓半衰期。我们只需在研究样品（岩石、矿物、毛发、木材等）中测出蜕变前后有关元素的含量，就可以获得母体物质形成年龄的数据。不同样品适用不同的方法，测定精度不同。。测年常用的放射性元素地球相对年龄沉积岩中利用古生物化石确定地质时代（类似考古中根据文物判断朝代），划分精度最高可以达到1～0.5百万年。浙江长兴煤山二叠和三叠纪界线层型剖面牙形石parvus万年、十万年级划分标志成层性良好的沉积岩中，可以根据不同级别层理间的相互组合（时间匹配）关系，推断它们与米兰科维奇轨道旋回之间的对应关系，划分精度可以达