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第4节太阳和太阳系203太阳太阳自转情况：红色表示转速快，蓝色表示转速慢。太阳的结构203--1太阳的距离、大小和质量1、日地平均距离：1.496×108km（1.496亿km）（即1天文单位）(地平视差)2、大小：半径约70万km（为地球半径的109倍）3、表面积：地球表面积的1万2千倍4、体积：地球体积的130万倍5、质量：1.989×1030kg（约为地球质量的33万倍）203太阳地球与太阳的平均距离，常被用作太阳系范围内计量单位，叫做天文单位。天文学上通过对某个小行星距离的测定，来推算太阳的距离。图2--10测定日地距离的第一步：通过小行星距离的测定，得a1﹣a按照开普勒第三定律，二行星公转周期的平方之比，等于它们同太阳距离的立方之比。设地球和小行星的公转周期分别为T和T1，那么便有若得出两个未知量（a1和a）的差值和比值，如a1﹣a=ma1/a=n那么，这两个未知量可以求得。推测出的太阳结构与剖面示意图太阳是我们惟一能观测到表面细节的恒星。直接观测到的是太阳的大气层，它从里向外分为光球→色球→日冕203--2太阳的热能、温度和热源1、太阳热能⑴太阳常数：8.16J/(cm2·min)；（平方厘米·分钟）⑵平均距离，太阳直射，大气界外；⑶太阳辐射总量：3.826×1026J/s；（S：小时）⑷地球所得：1.74×1017J/s（占22亿分之一）。太阳温度根据太阳辐射热量推算的温度称有效温度；根据太阳辐射光谱测定的温度称辐射温度；太阳光球温度：5770K；太阳中心温度：1500万K；色球温度：10万K；日冕温度：150万K。太阳热源产热过程：热核反应（氢核聚变为氦核）；产热方式：质量转化为能量；产能中心：在太阳核心。(1)光球A、怎样解释“临边昏暗”现象？a、光球平均温度5770K，向内部或外部的温度梯度变化很大。由于温度分布显著的不均衡，故我们观测到的太阳表面各部分亮度是不均匀的。日面中心区最亮，愈靠边缘愈暗，这叫“临边昏暗”现象。b、这是因为我们看到光球中央部分大气是较厚的大气层，且光球下面大气温度高，而边缘部分大气是较薄的大气层，且光球表层大气温度低，所以显得光球中心部分较边缘部分要明亮些。203--3太阳的大气B、光斑的光谱表明，它的离子谱线比光球为强，而中性原子谱线比光球为弱，所以光斑的温度比光球高。但光斑与光球的总辐射强度比值随离日心的距离而变动，在靠近日面边缘看到的是光斑的上层，其平均温度比周围高100度左右，亮度大10％左右。光斑的磁场主要是纵向的，强度达数百高斯。C、米粒的亮度随高度而变化，各个米粒的亮度也不相同。常常可以看见一种寿命约为10分钟的特别亮的爆发米粒，以1.5-2.0km/s的速度膨胀成环状，然后破裂。四、太阳活动：太阳大气各种变化的总称（太阳“天气变化”）黑子：扰动太阳的明显标志。耀斑：扰动太阳的主要标志，对地球的影响最强烈。磁暴：电离层干扰。产生极光。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。自1749年后第一个太阳黑子低值年（1755年）规定为太阳活动的第一个周期，2000年是太阳活动峰值年的第23个周期。凡是峰值年前后，黑子、耀斑等现象异常活跃，是研究太阳的大好时机。203---4太阳活动对地球的影响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，它对自然地理环境的形成、发展及演化具有决定性的作用。(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。一方面（好的方面），由于地球磁层的存在，使得太阳风高能带电粒子不能到达地面，从而保护了地球表面有机体的生存和发展；另一方面（坏的方面），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。通过空间探测器，1958年美国范·艾伦发现了包围地球的强辐射带，称为“范·艾伦辐射带”。这个强辐射带分内、外两层，像套在地球赤道周围的两个轮胎环子，它对人类冲出地球的宇宙活动，会造成严重辐射的危害，要注意采取预防措施。(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；空间波地表波送信点受信点(2)对地球电离层的影响。B、电离D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、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。极光形成的理论：a、最早认为是太阳活动发出的高能带电粒子在到达地球附近时，受地球磁场的作用，迫使其沿磁力线方向运动到地球磁极的上空，它们与地球大气中的分子、原子碰撞而发光。b、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、同时间会一起出现与消失。(4)太阳活动与其他方面的关系。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，必然导致气候相应的变化。举例：a、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情况，与太阳活动11年周期相符。b、根据我国2000多年太阳黑子的记录，黑子的11年、22年或更长周期，与我国历史上大范围旱、涝灾害有很好的对应关系。c、此外，现代构造运动的重要标志之一：地震活动同太阳活动亦有密切关系。P43日心体系取代地心行星体系的一个突破口，是行星的视动。204太阳系P43204--1太阳系的发现图2--141977年12月4日---1978年3月3日，火星在巨蟹座逆行托勒密的假设不正确。特勒密的地心说图2-16以地球和行星共同绕太阳运动来解释行星的视行，这是哥白尼日心说的精髓P43哥白尼的日心说开普勒行星运动定律第一定律（轨道定律）：行星轨道都是椭圆；太阳位于椭圆的焦点之一；第二定律（面积定律）：行星向径在轨道平面上扫过的面积与时间成正比，即面速度不变；图2-17开普勒第二定律：面速度不变开普勒行星运动定律第三定律（周期定律）：两行星周期平方之比，等于其距离立方之比：T12/T22=a13/a23T以恒星年为单位，a以天文单位为单位，T2=a3行星与太阳的距离：第一牛顿用万有引力定律，修正了第三定律：T12(M+m1)/T22(M+m2)=a13/a23T1和T2分别表示两行星的的公转周期，a1和a2分别表示它们与太阳的平均距离（即各自轨道的半长轴）;（M和m分别表示太阳和行星的质量。）开普勒认为，行星单纯绕太阳中心运动；牛顿认为，行星和太阳都绕它们的共同质心；质心的位置取决于二者的质量比。开普勒廓清了行星轨道的几何特征，指出了行星怎样运动；获得了“天空立法者”的美誉；牛顿解释了行星运动的物理原因，回答了行星为什么这样运动。至此太阳系理论完全确立。204--2太阳系的组成P461、八大行星：水星，金星，地球，火星，土星，天王星，海王星2、其他成分小行星，卫星，彗星，流星体等。204--3行星P47A、遵循提丢斯-波得定则–行星分布规律1、按照轨道位置划分⑴以地球为界分为地内行星和地外行星；⑵以小行星带为界分为内行星和外行星。2、按物理性质划分⑴类地行星和类木行星：①类地行星：水星，金星，地球，火星距太阳较近，质量较小，平均密度高，以重物质为主，温度高；②类木行星：木星，土星，天王星，海王星，离太阳较远，质量大，平均密度低，以轻物质为主，温度低。B、八大行星的分布内密外稀，是构成太阳系的骨干天体。C、从表2.3可知，n值在6以前，计算值与实测值符合较好。定则发表时，小行星、天王星、海王星和冥王星都还没有被人们发现。1781年发现了天王星，它到太阳的距离正好同定则的计算相符，于是促使人们在2.8天文单位距离处发现了众多的小行星。D、后来发现的海王星和冥王星，它们到太阳距离的实测值却与计算值相差甚远。这表明该定则并不是行星到太阳距离所遵循的必然规律。E、该定则对记忆行星到太阳的距离，确实是一个简便的方法。F、有趣的是，提丢斯—波得定则不仅反映了行星绕日轨道距离的数值，而且基本符合巨行星的规则卫星（指具有近圆性、共面性和同向性的卫星）轨道距离的数值。九大行星的轨道图2-18行星的轨道大小太阳系行星表偏心率偏心率用来描述轨道的形状，用焦点间距离除以半长轴的长度可以算出偏心率。偏心率一般用e表示。e=c/a中文名偏心率外文名Eccentricity又称离心率当e=0时圆当0e1时椭圆当e=1时抛物线当e1时双曲线仔细观察上图，你发现了什么问题？行星的大小对比图2-19行星的大小对比带内行星类地行星水星金星地球火星地内行星(小行星)木星土星天王星海王星带外行星类木行星巨行星远日行星地外行星(三)太阳系的小天体•1、小行星•(1)小行星带主要分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。204--4彗星彗星本质上是在偏心率很大的轨道上绕日运行的冰物质彗星的奇特外貌是它通过近日点前后的暂时现象哈雷彗星图2--20哈雷彗星的轨道1910年4月20日，距离地球只有2500万千米哈雷彗星近日点为88,000,000km图2--21彗尾总是背向太阳(7)哈雷彗星A、我国是世界上最早记录慧星的国家。《春秋》记载鲁文公十四年（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年初再次出现了！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。1994年7月中下旬，太阳系中千年难遇的苏梅克-利维9号（SL9）彗星与木星相撞，蔚然壮观，引起人们的极大关注。短周期彗星与非周期彗星彗星的结构彗核彗发彗尾离子彗尾尘粒彗尾彗星结构特点204--5流星和流星体流星火流星偶发流星图2-22下半夜的流星多而且明亮P52上半夜流星下半夜流星发生流星雨时，流星的出现率通常是每小时十几