薛永強(qiáng)校本課程

1、行星、衛(wèi)星和超新星一、教學(xué)目標(biāo)：1、了解行星、衛(wèi)星和超新星的特點(diǎn)和構(gòu)成。2、了解行星、衛(wèi)星的基本運(yùn)動規(guī)律，通過對規(guī)律探討深入理解萬有引力關(guān)系。3、通過對新現(xiàn)象、事物的了解，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣。二、主要教學(xué)內(nèi)容行星也是塵埃、碎石構(gòu)成的。太陽系有八大行星，其形成過程非常驚險，非比尋常。太陽系的行星在宇宙中為滄海一粟，非常渺小。宇宙中有數(shù)以億計的星系，每個星系中有數(shù)億顆恒星，每個恒星又有數(shù)量不等的行星，所以，宇宙中行星的數(shù)量也非常龐大?？茖W(xué)家利用各種衛(wèi)星、儀器設(shè)備在太空中尋找類太陽系，尋找類地行星，但因距離遙遠(yuǎn)，效果并不明顯，只找到400多類地行星。這些行星形狀、大小、質(zhì)量、軌道各不相同，有的比

2、木星體積還大，有的行星幾倍地球，其運(yùn)行軌道很狂亂，旋轉(zhuǎn)的方向不同，有的距恒星很近，有的轉(zhuǎn)速很高，還有的行星以極快的速度向太空沖去，不久又俯沖下來，總之，在尋找到的行星中沒有一個跟地球相同的。但有一點(diǎn)相同，這些行星也是由塵埃、碎石、金屬元素在引力作用下聚合而成，并由小到大，經(jīng)過劇烈碰撞，聚合成行星。巖態(tài)行星一般在恒星附近，氣態(tài)行星距恒星比較遠(yuǎn)。因?yàn)楣腆w碎石距恒星比較遠(yuǎn)的地方比較稀少，也不容易形成巨大的巖態(tài)行星。行星在旋轉(zhuǎn)和引力作用下，由小變大，當(dāng)直徑超過800公里以上時，行星吸入周圍物質(zhì)能力越強(qiáng)，在小行星碰撞時容易保留本體不被撞碎，并逐漸變成球形。行星內(nèi)核在引力和高壓作用下，變成熾熱密度極大的固

3、體內(nèi)核，而在內(nèi)核外部形成液態(tài)熾熱的熔巖（地幔），行星外部形成堅固的外殼?；鹦窃谛纬蓵r曾經(jīng)受一次小行星撞擊，至今痕跡尚存，南極地殼比北極薄些，就是撞擊留下的證據(jù)。撞擊使行星的數(shù)量減少，為留存下來的行星創(chuàng)造生存條件。地球的內(nèi)核是密度極高的金屬鐵，外面是高溫液態(tài)熔巖形成的地幔，外層是巖石組成的地殼。地球在自轉(zhuǎn)的情況下由于金屬內(nèi)核與液態(tài)熔巖摩擦產(chǎn)生磁場。正因?yàn)榈厍蛴写艌霰Ｗo(hù)，所以保護(hù)了地球大氣、海水和萬千生物的生存。太陽每時每刻都通過閉合磁力線向太空噴發(fā)高能帶電粒子，形成太陽風(fēng)，由于地球有磁場保護(hù)，使太陽風(fēng)偏離方向，從地球大氣外面穿過，并在地球南北極與太陽風(fēng)交匯，形成游弋不定的美麗極光。太陽風(fēng)有較大的

4、殺傷力，宇航員受太陽風(fēng)襲擊可致命，因此發(fā)射載人飛船進(jìn)太空前要觀測太陽的活動情況，盡量避免太陽風(fēng)強(qiáng)勁時發(fā)射載人飛船?？茖W(xué)家通過仿照地球內(nèi)核、地幔液體及外殼進(jìn)行145公里秒高速反向運(yùn)轉(zhuǎn)，就形成了磁場，雖然強(qiáng)度比地球磁場低很多，但磁場產(chǎn)生的原理相同。火星與地球體積略小，形成的機(jī)制也大體與地球相同，但地球不僅有大量的水、生物，而火星卻是荒漠一片死寂的行星。為什么火星與地球同時期形成，后來分道揚(yáng)鑣，走的是截然不同的發(fā)展道路呢？答案就是火星磁場由活躍到消亡，徹底改變了火星的命運(yùn)。美國前幾年向火星發(fā)射了兩個探測器：“勇氣號”和“機(jī)遇號”，發(fā)回的照片表明，火星表面也曾有過河流沖積留下的印跡，也有稀薄的大氣，相

5、當(dāng)?shù)厍虻?%，有火山、有水，總之，與地球初期時大體相同?；鹦堑默F(xiàn)時景象，其根源是火星磁場由強(qiáng)轉(zhuǎn)弱，直至消失是根本原因?；鹦潜鹊厍蝮w積小些，地表沒有地球大量的水比較干燥，火星的自轉(zhuǎn)速度又比地球慢，距太陽較遠(yuǎn)，由于上述原因火星地慢中的液體由于溫度降低，熱量散失而逐漸凝固，直至整個地幔與火星球心都變成固態(tài)金屬，火星磁場從而消失，這時強(qiáng)大的太陽風(fēng)襲擊火星，破壞了火星大氣層，蒸發(fā)了火星本來有限的水，從而導(dǎo)致火星今后的地貌，變成荒漠一片死寂的大地。距恒星較遠(yuǎn)的外層空間氣態(tài)行星命運(yùn)不同，以太陽系行星為例，木星有60多個衛(wèi)星，土星有巨大的環(huán)，這些環(huán)是由數(shù)不盡的巖石碎片和冰晶組成，寬度達(dá)8萬公里，土星引力很強(qiáng)，

6、旋轉(zhuǎn)的形體較大的冰晶、碎石都被引力撕碎，特別是冰晶經(jīng)常變化形態(tài)，出現(xiàn)新的斷面，在太陽光反射下，土星環(huán)鮮艷清晰，非常新鮮，猶如剛剛形成那樣。木星、土星體積龐大，氣體密度很高，有數(shù)萬公里的大氣，人們無法用儀器觀測這兩顆氣態(tài)行星內(nèi)部的廬山面目，美國發(fā)射的卡西尼衛(wèi)星將向木星大氣施放過探測器，但探測器深入木星6.4萬公里大氣的淺層，只觀測到云中有閃電雷鳴，壓力比坎球高23倍，風(fēng)速很高達(dá)260公里小時，溫度達(dá)到300，探測器下降到200公里就被壓碎，木星的核心情況至今是個三速，連物理定律在這里也受到挑戰(zhàn)。木星、土星都有強(qiáng)大的磁場，太陽風(fēng)也奈何不了這兩顆行星，更奇怪的是木星、土星兩極也有極光?？茖W(xué)家為探索木

7、星內(nèi)核的秘密，用192束激光束射擊氫原子目標(biāo)，結(jié)果出乎人們意料，氫原子聚合變成液態(tài)氫，升高壓力后，氫氣由液態(tài)變成固態(tài)，成為金屬氫，不僅導(dǎo)電，而是有其他金屬的共性。正因?yàn)槟拘?、土星?nèi)核有金屬氫，加上外層液態(tài)氫，在旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生了磁場，從而揭開了大體積行星有磁場的秘密太陽系行星從誕生那天起，從未停止過演變。地球上的水量占總質(zhì)量O.06%，就是這些水造就了生命。地球上的水不是自產(chǎn)，而是來源于很久以前一顆帶水的彗星擊地球而形成的，多少有些幸運(yùn)成分。如果地球的水不是恰到好處，也就沒有地球如今的豐富多彩了！宇宙中已發(fā)現(xiàn)的類地行星，沒有一個發(fā)現(xiàn)有水。假以日下日，我們終究會找到與地球一樣條件的行星，有待于科學(xué)繼續(xù)

8、。衛(wèi)星也是太陽系的一員，衛(wèi)星上除有比地球的海洋外，還有甲烷和其他氣體、液體。木星有60多顆衛(wèi)星，這些衛(wèi)星形狀大小、密度、氣壓各不相同，有一點(diǎn)相同都是圍繞母行星的軌道平穩(wěn)運(yùn)行。衛(wèi)星的形成機(jī)制，與行星相同，也是由塵埃、碎石、氣體云和微粒聚合，經(jīng)過無數(shù)次大小碰撞而幸運(yùn)留下來，并在行星周圍旋轉(zhuǎn)。這已經(jīng)被宇航員在太空的實(shí)驗(yàn)證實(shí)。行星、衛(wèi)星吸附周圍塵埃、碎石使自身體積增大的過程，有個專業(yè)名詞叫吸積。木衛(wèi)3，大約經(jīng)過1萬年的吸積這積才變成今天的模樣，它距木星較近，大約42公里，木衛(wèi)1沒有隕石坑，并不是因?yàn)樾⌒行菦]撞過它，而是因?yàn)槟拘l(wèi)1有幾十座活火山，火山爆發(fā)頻繁，氣體迸發(fā)320公里高，熔巖掩埋隕石坑，使其表

9、面光滑。為什么木衛(wèi)3那么多的火山？這是因?yàn)槟拘l(wèi)3在木星、土星中間運(yùn)行，兩大行星一邊拉，一邊拽，幾乎要木衛(wèi)3扯碎，木衛(wèi)3外殼受不住木星、土星兩大天體的拉扯，致使外殼傷痕累累，地幔中的熔巖從縫隙中噴出，形成火山。木衛(wèi)4遠(yuǎn)離木星，那里溫度很低，達(dá)到-112，表面不是熔巖，而是厚厚的冰層，也許冰層下面有汪洋，有生命跡象，并受到地心熱量而繁衍生殖。木星的眾多衛(wèi)星中其他衛(wèi)星的引力相對較弱，都處在荒漠狀態(tài)，上面有許多隕石坑。土星環(huán)有32萬公里寬，它由10億顆巖石碎片和冰晶組成。過去說木星環(huán)有8個，實(shí)際不止，而有30多個，木星環(huán)瑰麗無比，令人驚嘆！木星環(huán)中物質(zhì)有40億年歷史。木星環(huán)始終保持常態(tài)常新，唯一解釋是

10、環(huán)中冰晶經(jīng)常發(fā)生碰撞，冰晶表面常新，在太陽光反射下永遠(yuǎn)那么鮮艷奪目。土星環(huán)中的冰晶很可能來源于早年一顆彗星與土星相撞，大量碎片、冰晶被撞進(jìn)土星大氣，在引力作用下形成的。衛(wèi)星形成有兩種類型：一是行星俘獲較大的天體，直徑在2700公里以上稱衛(wèi)星，小于這個數(shù)量稱小行星；另一種情形是從塵埃、碎片互相撞擊，在吸積中形成的。兩者共同的特點(diǎn)是圍繞行星繞行，否則則稱為行星。月球的形成是一個叫哈特曼的小行星撞擊地球，并將地球外殼撞碎噴向太空，漫長歲月這些碎片經(jīng)過吸積、碰撞過程，形成今天的月球，支持這一論斷的佐證是美國阿波羅登月從月面取回的巖石樣本，分析巖石樣本成分與地球相近，并有高溫炙烤的痕跡。因此論斷月球緣于

11、災(zāi)變。月球形成時距地球較近，地球的自轉(zhuǎn)速度也比今天快，由于月球的拑制，地球的自轉(zhuǎn)速度越來越慢，變成今天24小時一圈，由于引力的降低，月球軌道越來越遠(yuǎn)，以至形成今天38萬公里的幾近圓形的同步軌道。為驗(yàn)證小行星撞擊地球?qū)⒌貧ぷ渤伤槠w向地球大氣層外，科學(xué)家曾做過模擬實(shí)驗(yàn)，從正面、側(cè)面和45角三個方向撞擊，結(jié)果正面撞擊地球被撞碎，斜向沒有足夠的地球碎片，只有45角撞擊，才可能出現(xiàn)地球不碎，而有足夠的碎片飛向太空。結(jié)果實(shí)驗(yàn)也支持月球形成于災(zāi)變假說。月球的存在，對地球上萬物的誕生發(fā)展十分重要，正是月球引力產(chǎn)生的潮汐力，使海水動蕩，海水中的營養(yǎng)成分混合，才促成海洋生物的孕育發(fā)展。衛(wèi)星并不是生物的理想場所。

12、木衛(wèi)2有冰層，和冰晶噴發(fā)，可能孕育著生命；土衛(wèi)6有水，其他衛(wèi)星上也有，這些是孕育生命的條件。但生命形式不一定依賴水，其他有機(jī)物也可以孕育生命。深海中的生物沒有陽光、氧氣照樣繁衍生息，充分說明生命的多樣性。超新星爆炸場面壯觀慘烈，其寬度超過銀河系，即使距離地球幾十億光年，如果發(fā)生也可以將地球烤焦，其強(qiáng)大無比的射線將使地球食物鏈斷裂，造成生物滅絕。超新星爆炸是宇宙中頭號殺手！但超新星爆炸也有另外一個功能，即正是超新星爆炸才造就了宇宙中各種物質(zhì)，才有了萬千生物的誕生和生命的出現(xiàn)，其中也包括人類的存在。宇宙中恒星有千萬億個，但一般像太陽大小的小型恒星消亡時并不會發(fā)生超新星爆炸，只有超級恒星，比太陽質(zhì)量

13、大幾十倍的恒星才有可能發(fā)生超新星爆炸。巨大恒星消亡時，其核心好比一座巨大的元素加工廠，由氫原子聚變向氦原子聚變，再向氧氣、碳、鐵、鈷、鎳元素、金、銀、鈾等重元素一齊生成。太陽質(zhì)量大小恒星消亡，變成白矮星；8倍太陽質(zhì)量的恒星消亡，變成中子星；30倍太陽質(zhì)量的恒星消亡變成磁電中子星，磁場強(qiáng)大無比，人體中血液含鐵元素，將被磁場吸干；大于太陽質(zhì)量100倍的恒星消亡，將產(chǎn)生黑洞，并發(fā)生超新星爆炸，發(fā)生射線暴。射線暴比太陽亮度亮100億倍，可以照亮整個宇宙。海山二、WR104等巨大恒星消亡時都可以引發(fā)黑洞和射線暴。我們無法預(yù)知射線暴何時發(fā)生，一旦發(fā)生這樣的天體運(yùn)動，我們知道后也悔之晚矣，因?yàn)槟菚r太陽系里的一切將不復(fù)存在?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，超新星爆炸需要巨大的能量，可是宇宙中找不到促使超新星爆炸需要的能量。1987年天文學(xué)家尋找是什么物質(zhì)在宇宙大爆炸中帶走了大部分的能量，結(jié)果尋找到了中微子，原來是中微子帶走了大爆炸99%的能量。中微子是何方神圣？經(jīng)過科學(xué)家測定，中微子是一種比原子還小幾萬億倍的微小粒子，正是這些極小的粒子帶走了大爆炸的大部分能量。原子彈、氫彈爆炸都產(chǎn)生中微子。這些中微子猶如游魂一樣在宇宙中亂竄，任何物體都擋不住中微子的運(yùn)動，我們的身體里無時無刻都有中微子穿過，但我們一無所知。引力無法控制中微子，反而會被中微子將恒星的