太陽(yáng)、月亮與地球

太陽(yáng)---地球---月亮

人類的空間環(huán)境一、太陽(yáng)

一、太陽(yáng)概況1、太陽(yáng)是銀河系中一顆普通的恒星，距離銀河系的中心約3萬(wàn)光年，公轉(zhuǎn)周期約2億年，目前位于主序階段，已有50億年的歷史；估計(jì)其壽命還有50億年(到白矮星階段)；2、日地平均距離1億5千萬(wàn)公里；3、太陽(yáng)的半徑為6.96*105公里（69萬(wàn)6千公里）；是地球半徑的109倍，它的體積約為地球體積的130萬(wàn)倍；4、太陽(yáng)的質(zhì)量1.989*1030kg，是地球質(zhì)量的33萬(wàn)倍（地球質(zhì)量為5.97*1024kg)；平均密度1.408g/cm3；(1/4地球密度)

表面重力加速度274m/s2

(27倍地球表面的值)5、地球接收太陽(yáng)總輻射能的22億分之一（每分鐘傳輸能量相當(dāng)于燃燒4億噸煤產(chǎn)生的熱量）。6、太陽(yáng)的自轉(zhuǎn)在兩極和赤道不同，赤道區(qū)轉(zhuǎn)速快，極區(qū)轉(zhuǎn)速慢，在赤道處自轉(zhuǎn)周期約25天，極區(qū)約29天，稱為較差自轉(zhuǎn)。太陽(yáng)自轉(zhuǎn)情況：紅色表示轉(zhuǎn)速快，蘭色表示轉(zhuǎn)速慢。二、太陽(yáng)的結(jié)構(gòu)1、核反應(yīng)區(qū)（0--0.25R):太陽(yáng)能量的主要來(lái)源，產(chǎn)能機(jī)制是氫聚變?yōu)楹さ臒岷朔磻?yīng)，中心區(qū)溫度1500萬(wàn)度，質(zhì)量占太陽(yáng)總質(zhì)量的一半以上;（密度：150g/cm3）2、輻射區(qū)（0.25--0.75R)：核反應(yīng)區(qū)的能量以輻射的形式向外傳送，溫度下降一個(gè)量級(jí);3、對(duì)流層（0.75--1R)：太陽(yáng)物質(zhì)上下翻滾，形成湍流，以物質(zhì)對(duì)流的形式向外傳能，對(duì)流運(yùn)動(dòng)本身以米粒和超米粒的形式在表面表現(xiàn)出來(lái)，溫度又下降一個(gè)量級(jí);4、光球?qū)?人眼所看見的明亮圓盤，溫度5770K，太陽(yáng)的可見光絕大部分從這里發(fā)出，厚度約500公里；（密度：10-9g/cm3）5、色球?qū)樱汗馇驅(qū)又虾窦s2000公里的太陽(yáng)大氣，在日全食或用色球望遠(yuǎn)鏡可見，其溫度又開始上升；（密度：10-12g/cm3）6、日冕區(qū)：太陽(yáng)的外層大氣，沒有明顯的外邊界，日全食時(shí)可見，溫度達(dá)到百萬(wàn)度。（密度：10-14g/cm3）在日核處，每秒有500萬(wàn)噸的氫在熱核反應(yīng)中形成氦，產(chǎn)生能量。電磁輻射在太陽(yáng)內(nèi)部向外傳播時(shí)非常緩慢，內(nèi)部為不透明的，像濃霧，要經(jīng)歷許多次反射。如果直接出來(lái)，僅需2秒，但經(jīng)歷許多次反射后需要1千萬(wàn)年！三、太陽(yáng)活動(dòng)現(xiàn)象寧?kù)o太陽(yáng)基本上是一顆球?qū)ΨQ和穩(wěn)定的恒星，她是時(shí)間上穩(wěn)定、空間上球?qū)ΨQ和均勻地向四面八方輻射的。其物理性質(zhì)在空間上只隨日心距變化，在同一半徑的球?qū)又形锢硇再|(zhì)是相同的。1、太陽(yáng)黑子：光球面上經(jīng)常出沒的暗黑斑點(diǎn)；因溫度相對(duì)較低而顯得黑（約4500度），太陽(yáng)黑子的本質(zhì)是太陽(yáng)上的磁場(chǎng)聚集區(qū)(強(qiáng)度可達(dá)3000高斯)。

小黑子的線度只有幾百公里，而大黑子可達(dá)20萬(wàn)公里，黑子的壽命從幾分鐘到幾個(gè)月不等。黑子多出現(xiàn)在低緯度區(qū)，經(jīng)常成對(duì)或成群出現(xiàn)，黑子群中一般有兩個(gè)主要黑子，它們的極性相反，前面的稱為前導(dǎo)黑子（西邊），后面的稱為后隨黑子，前導(dǎo)黑子距太陽(yáng)的赤道較近。太陽(yáng)黑子數(shù)的變化有11年的周期性，其在日面緯度上的分布也有11年的變化周期。2、太陽(yáng)耀斑：鄰近黑子上方的突發(fā)明亮物，是太陽(yáng)大氣中的一種不穩(wěn)定過程，它在短時(shí)間（幾分鐘到十幾分鐘）內(nèi)釋放大量的能量，引起局部區(qū)域瞬時(shí)加熱和各種電磁輻射及粒子輻射突然增強(qiáng)，又稱色球爆發(fā)。一個(gè)大耀斑釋放出的能量相當(dāng)于百萬(wàn)噸級(jí)氫彈的能量耀斑可分為：白光耀斑：較為少見的太陽(yáng)劇烈活動(dòng)現(xiàn)象，可直接觀測(cè)；X射線耀斑質(zhì)子耀斑耀斑的出現(xiàn)頻度和黑子數(shù)有關(guān)，即在太陽(yáng)活動(dòng)豐年耀斑活動(dòng)頻繁。

這是歐洲宇航局和美國(guó)國(guó)家航空航天局聯(lián)合發(fā)射的SOHO衛(wèi)星得到的2000年7月14日大耀斑的遠(yuǎn)紫外線觀測(cè)資料。3、日珥：突出在日面邊緣的白熾氣體噴射物，形狀似耳，高度可達(dá)幾十萬(wàn)公里；寧?kù)o日珥：懸浮于色球上的日冕區(qū)，可保持幾天到幾周的時(shí)間；爆發(fā)日珥：激烈活動(dòng)的日珥，持續(xù)時(shí)間為幾分鐘到幾個(gè)小時(shí)。日珥的形成也和黑子密切相關(guān)寧?kù)o日珥是日冕中的巨大、稠密和低溫的垂直等離子體結(jié)構(gòu)。

密度約為0.5-1.01017m-3，比周圍日冕密度高500倍；

溫度約為5,000–10,000K，比周圍日冕溫度低500倍。它長(zhǎng)壽且變化緩慢，在日冕上看起來(lái)是細(xì)長(zhǎng)的暗條（filament）結(jié)構(gòu)。它具有非常精細(xì)的結(jié)構(gòu)和內(nèi)部運(yùn)動(dòng)，并常常以一系列規(guī)則分布的“足點(diǎn)”聯(lián)到下面的光球上。有時(shí)，它會(huì)變得不穩(wěn)定，上升并消失掉，成為噴發(fā)日珥。通常會(huì)在原位重新形成新的日珥。4、日冕物質(zhì)拋射（CME)：突發(fā)的、持續(xù)時(shí)間為幾十分至兩小時(shí)的物質(zhì)拋射。日冕物質(zhì)拋射和太陽(yáng)耀斑及爆發(fā)日珥有關(guān)，但它們也能夠獨(dú)立出現(xiàn)，其出現(xiàn)的頻度也和黑子活動(dòng)周期有關(guān)。

2000年7月14日發(fā)生的日冕物質(zhì)拋射。5、冕洞：日冕上形狀不規(guī)則的黑暗區(qū)域，它和日冕上的磁場(chǎng)開放區(qū)有關(guān)，多出現(xiàn)在極區(qū)，存在時(shí)間較長(zhǎng)（幾個(gè)月），是強(qiáng)太陽(yáng)風(fēng)的風(fēng)源。6、太陽(yáng)風(fēng)：日冕拋向行星際空間的粒子流。由于日冕處于膨脹狀態(tài)，因而，無(wú)論是否存在太陽(yáng)活動(dòng)，都有穩(wěn)定的太陽(yáng)風(fēng)流出（320-710公里/秒），一般情況下太陽(yáng)風(fēng)的平均流速為450公里/秒。太陽(yáng)風(fēng)暴：太陽(yáng)活動(dòng)（耀斑、爆發(fā)日珥、日冕物質(zhì)拋射等）所引起的高速、高密粒子流。四、太陽(yáng)活動(dòng)對(duì)人類的影響-日地關(guān)系太陽(yáng)活動(dòng)所產(chǎn)生的各種電磁輻射和粒子流對(duì)地磁場(chǎng)、地球大氣以及氣候變化都會(huì)產(chǎn)生的影響。

地球磁場(chǎng)自轉(zhuǎn)軸磁軸太陽(yáng)活動(dòng)對(duì)地球的影響磁鞘磁層頂1、地球磁場(chǎng)變化引起羅盤失靈，影響飛機(jī)船舶航行及雷達(dá)的正常工作；同時(shí)地磁場(chǎng)的變化也會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)及輸油管道的正常工作產(chǎn)生影響，因?yàn)閺?qiáng)烈的磁暴在閉合導(dǎo)電回路中產(chǎn)生強(qiáng)大的感應(yīng)電流，使輸電線路發(fā)生故障。2、太陽(yáng)活動(dòng)對(duì)電離層的擾動(dòng)影響無(wú)線電通訊。電離層（70-400公里）是由于太陽(yáng)輻射引起地球大氣分子電離產(chǎn)生的，太陽(yáng)輻射的變化將引起電離層的變化。無(wú)線電波是通過電離層的反射而傳播的，電離層的運(yùn)動(dòng)和變化增加了傳播信號(hào)的噪聲，低層（D）的吸收降低信號(hào)的強(qiáng)度。夜晚的短波通訊效果比白天好。（穩(wěn)定）正常情況下，電離層中的擾動(dòng)幅度較小，不會(huì)對(duì)通訊產(chǎn)生太大影響，但太陽(yáng)活動(dòng)造成的電離層狀態(tài)突變會(huì)使通訊中斷。3、太陽(yáng)活動(dòng)所產(chǎn)生的高能粒子流對(duì)宇航員及衛(wèi)星系統(tǒng)造成危害。4、極光現(xiàn)象：常出現(xiàn)與地磁極附近大氣中的彩色發(fā)光現(xiàn)象。來(lái)自太陽(yáng)的高能粒子流在地磁場(chǎng)的作用下，沿磁力線飛向極區(qū)，使高層大氣中的分子或原子激發(fā)或電離而產(chǎn)生。5、太陽(yáng)活動(dòng)和地球氣候變化的關(guān)系大量的統(tǒng)計(jì)資料表明，太陽(yáng)活動(dòng)和地球氣候變化具有相關(guān)性。三個(gè)因素：太陽(yáng)總輸出能量的變化（一個(gè)黑子周期間變化幅度小于0.1%。太陽(yáng)常數(shù)-垂直太陽(yáng)方向單位面積上在單位時(shí)間接收到的太陽(yáng)輻射能。約為1.96卡／(厘米2分鐘=1.37千瓦/米2)）；紫外和遠(yuǎn)紫外輻射的變化；太陽(yáng)風(fēng)和磁場(chǎng)的變化。太陽(yáng)活動(dòng)中紫外和遠(yuǎn)紫外輻射的變化很大。太陽(yáng)電磁輻射對(duì)地球表面和大氣層的加熱，形成了大氣層的溫度垂直分布結(jié)構(gòu)和大氣環(huán)流，尤其是在對(duì)流層中造成了各種復(fù)雜的大氣現(xiàn)象。太陽(yáng)電磁輻射中，波長(zhǎng)短于1400埃的紫外部分，是造成地球大氣電離層和臭氧層的主要電離源。這些輻射會(huì)引起地球上層大氣的擾動(dòng)及臭氧層的變化。太陽(yáng)活動(dòng)產(chǎn)生的高速太陽(yáng)風(fēng)擾動(dòng)地球磁場(chǎng)產(chǎn)生磁暴，加熱高層大氣，引起氣壓的變化，產(chǎn)生大氣環(huán)流，導(dǎo)致氣候的變化。6、某些細(xì)菌和微生物的活動(dòng)也可能受太陽(yáng)輻射的制約；某些疾病如流行性感冒，心血管疾病等也與太陽(yáng)黑子數(shù)有關(guān)；7、樹木生長(zhǎng)的年輪圈的疏密情況明顯地呈現(xiàn)11年的周期性，主極大對(duì)應(yīng)于活動(dòng)的峰年。8、太陽(yáng)活動(dòng)和地震有關(guān)嗎？地震：地球板塊的錯(cuò)動(dòng)、斷裂及滑動(dòng)等。大量的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，地震也呈現(xiàn)11年和22年的活動(dòng)周期，與黑子活動(dòng)有關(guān)。根據(jù)地磁擾動(dòng)進(jìn)行地震預(yù)報(bào)也取得了一定的成功。原因何在？太陽(yáng)活動(dòng)發(fā)出的大量輻射和帶電粒子流使地磁場(chǎng)受到強(qiáng)烈擾動(dòng)，磁暴可在地殼中產(chǎn)生力的作用，成為地震的導(dǎo)火索。太陽(yáng)耀斑觸發(fā)了地震，高能粒子形成潮汐一樣的能量波，其中的甚低頻輻射使已積聚巨大應(yīng)力的斷層發(fā)生共振。五、太陽(yáng)物理的研究意義1、太陽(yáng)是一個(gè)典型的恒星，詳細(xì)研究可了解眾多恒星的詳細(xì)情況；2、太陽(yáng)提供了地面難以實(shí)現(xiàn)的物理環(huán)境，對(duì)其研究可促進(jìn)其他學(xué)科的發(fā)展；3、非常重要的應(yīng)用價(jià)值：太陽(yáng)活動(dòng)預(yù)報(bào)開發(fā)利用太空的需要衛(wèi)星：偵察、氣象、資源、通訊、導(dǎo)航、空間站、空間望遠(yuǎn)鏡等空間太陽(yáng)能發(fā)電站、無(wú)線能量傳輸

歷史上若干重大空間災(zāi)害性事件1958年2月9-10日，地磁暴造成北大西洋電報(bào)電纜中斷，多侖多停電；1972年8月4日，強(qiáng)磁暴使美國(guó)伊力諾斯等州電力電纜中斷，變壓器損壞；1979年3月，對(duì)越自衛(wèi)反擊戰(zhàn)時(shí)，大耀斑導(dǎo)致部隊(duì)無(wú)線通訊完全中斷；1989年3月13-14日，強(qiáng)磁暴造成加拿大魁北克地區(qū)電網(wǎng)停電；全球無(wú)線電通訊受到干擾，日本一顆通訊衛(wèi)星異常；美國(guó)一顆衛(wèi)星軌道下降；1990年太陽(yáng)峰期，高能粒子造成我國(guó)風(fēng)云-IB氣象衛(wèi)星提前報(bào)廢；1991年4月29日，強(qiáng)磁暴發(fā)生后使美國(guó)緬因州核電廠發(fā)生災(zāi)難性破壞；1997年1月6-11日的日冕物質(zhì)拋射使AT&T公司通訊衛(wèi)星報(bào)廢；1998年5月19日美國(guó)銀河四號(hào)通訊衛(wèi)星失效,同時(shí)德國(guó)一顆科學(xué)衛(wèi)星報(bào)廢。2000年7月14日產(chǎn)生了一系列顯著的災(zāi)害性空間天氣，所有衛(wèi)星探測(cè)器減壽，日本ASCA衛(wèi)星失控，等等2001年4月3日凌晨（2日21UT）發(fā)生25年來(lái)最大的太陽(yáng)耀斑，使所有通訊中斷，時(shí)值中美撞機(jī)事件之后2天，影響重大2003年10-11月，一系列太陽(yáng)劇烈活動(dòng)產(chǎn)生重大影響2006年12月13日，太陽(yáng)谷年時(shí)產(chǎn)生劇烈太陽(yáng)活動(dòng)SOHO:SolarandHeliosphericObservatory太陽(yáng)與日光層觀測(cè)器歐洲空間局和美國(guó)航空航天局聯(lián)合發(fā)射發(fā)射日期：1995年12月2日,1996年2月14日到達(dá)其永久位置重量：2噸距地球的距離：0.01AU=150萬(wàn)公里www.S月球一、月球的距離和大小月地平均距離：384400公里半徑：1738公里，地球赤道半徑的27.25%表面積：地球表面積的7.4%體積：地球體積的2.03%質(zhì)量：7.196×1022kg，地球質(zhì)量的1/81.3平均密度：3.34g/cm3，約為地球的60.5%月面重力加速度：1.622m/s2，約為地面的1/6二、月球表面月海月陸環(huán)形山輻射紋月谷

山脈月球正面照片

月球反面照片三、月面的物理狀況月海，月陸，環(huán)形山?jīng)]有大氣，沒有水分，沒有生命潮汐現(xiàn)象、漲落潮、高低潮、潮差、大小潮太陽(yáng)潮與太陰潮

四、天文潮汐高、低潮大、小潮返回

大潮：發(fā)生在朔望小潮：發(fā)生在上下弦三、地月系一、地月系的繞轉(zhuǎn)月球繞轉(zhuǎn)地球軌道形狀橢圓，偏心率0.0549；白道：月球軌道在天球上的投影；黃白交角：白道面相對(duì)于黃道面的交角（5o9'）；周期：27.32日（恒星月）；速度：角速度：33'/小時(shí)，線速度1.02km/s。

幾個(gè)概念恒星月：月球在白道上連續(xù)兩次通過同一恒星（無(wú)明顯自行）所需的時(shí)間：27.3217日。朔望月:從這一次新月（或滿月）到下一次新月（或滿月）所經(jīng)歷的時(shí)間：29.5306日。近點(diǎn)月交點(diǎn)月依月球公轉(zhuǎn)周期可求出月球公轉(zhuǎn)角速度： 360°÷27.3217日=13.2°/日 即為月球公轉(zhuǎn)平均角速度由于月球公轉(zhuǎn)軌道是個(gè)橢圓，所以公轉(zhuǎn)速度是不均的。近地點(diǎn)最快，約為15°/日；遠(yuǎn)地點(diǎn)最慢，約為11°/日。月球在公轉(zhuǎn)軌道上平均每日自西向東移行13.2°，因地球自轉(zhuǎn)所造成的月球自東向西的周日視運(yùn)動(dòng)，必然逐日向后推遲，地球自轉(zhuǎn)13.2°約需52分鐘，所以月球每日出沒地平的時(shí)間平均向后延遲52分鐘。這就是我們?nèi)粘Ｋ娒髟庐?dāng)空逐日推遲的道理。月球繞地的角速度為13°10′/日，太陽(yáng)周年運(yùn)動(dòng)速度為59’/日，二者相差： 13°10′/日-59′/日=12°11′/日 此即月球相對(duì)于太陽(yáng)的會(huì)合速度，月球以此速度趕超太陽(yáng)的周期為： 360°÷12°11′=29.53(日)月球自轉(zhuǎn)月球自轉(zhuǎn)與其公轉(zhuǎn)同步，即方向相同，周期相等。因此稱同步自轉(zhuǎn)；大體上只看到相同的半個(gè)月面。二、月相和朔望月月相變化的因素：太陽(yáng)照射方向；地球觀測(cè)方向方向相反，新月；方向相同，滿月；方向垂直，上下。圖2-20月相的變化（一）上半月由虧轉(zhuǎn)盈，凸面向西，下半月由盈轉(zhuǎn)虧，凸面向東（外圈表示地球上所見的月相）月亮歌初一月亮看不見初二月亮一根線初三初四像鐮刀初七初八月半邊一天更比一天胖直到十五月才圓廿二半夜月半圓一天更比一天瘦廿九三十見月難月相的名稱出現(xiàn)的大致時(shí)間(農(nóng)歷每月)

夜晚所見的形狀

新月或朔

初一

不可見

上弦月

初七、初八

半圓，上半夜見于西半部天空，月面朝西

滿月或望

十五、十六

通宵可見一輪明月

下弦月

二十二、二十三

半圓，下半夜見于東半部天空，月面朝東注：“上上西西，下下東東”月相變化周期：29.5306日（朔望月）月相、方位和時(shí)刻“上上西西，下下東東”月相

距角

與太陽(yáng)出沒比較

月出

中天

月落

見月時(shí)間

新月0o

同升同落

清晨正午黃昏徹夜無(wú)月滿月180o此起彼落黃昏半夜清晨通宵見月上弦月90o遲升后落正午黃昏半夜上半夜西天下弦月270o早升先落半夜清晨正午下半夜東天月亮愈圓見月時(shí)間越長(zhǎng)；月牙愈窄，見月時(shí)間愈短。滿月通宵可見，弦月半夜可見，新月則不見。以下有關(guān)月相的描述。請(qǐng)判斷分別屬于什么月相？1、傍晚一彎月牙掛樹梢2、月落烏啼霜滿天，江楓漁火對(duì)愁眠。3、月上柳梢頭，人約黃昏后。4、民歌“半個(gè)月亮爬上來(lái)”5、今宵酒醒何處？楊柳岸，曉風(fēng)殘?jiān)隆＃ㄔ碌锥鹈荚拢ㄉ舷以拢M月）（下弦月）（月初娥眉月）四、日食和月食