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第3章 宇宙组成(2)

太阳的组成,由里向外分别为太阳核反应区、太阳对流层和太阳大气层。太阳的中心区是在不停地进行着热核反应,所产生的能量以辐射的方式向宇宙空间发射。其中,有二十二亿分之一的能量辐射到地球上,成为我们生活的地球上光和热的主要来源。

太阳的直径约为1.4×106千米,相当于地球直径的109倍。体积约是地球的1.3×106倍(1,300,000倍)。可见,太阳要比地球大得多。

从质量来看,太阳相当于地球的3.33×105倍(333,000倍),平均密度为1.4克/厘米3,约相当于地球的1/4。可见,太阳比地球也重很多,但却没有地球致密。

光球:光球是人类实际能够看到的太阳的圆面,它的界限比较分明,太阳的半径就是按照这个界限确定的。

太阳光球的有效温度大约是5780开,是太阳大气的最内一部分,密度大约是2×10-4千克/立方厘米,粒子数密度为1023千克/立方米,大约是地球大气层在海平面附近密度的1%;其他的恒星的光球可以更热或更冷。

太阳的光球厚度约为500千米。出现在光球表面上的其它现象,还有太阳耀斑、太阳黑子和光斑等。

太阳黑子:太阳黑子是在太阳光球层上发生的一种太阳活动,也是太阳活动中最基本、最明显的活动现象。

通常认为,太阳黑子其实是太阳表面上的一种炽热气体的巨大旋涡,温度大约为4500℃。因为它比太阳光球层表面的温度要低1000~2000℃,故而看上去就像一些深暗色的斑点。

太阳黑子的活动周期为11.2年,它在活跃时会对地球的磁场产生一定的影响,主要是使地球南北极和赤道的大气环流作经向流动,从而造成恶劣的天气,使气候转冷。严重时,还会对各类电子产品和电器造成损害。

色球:色球层是太阳大气的中间层,平均厚度为2000千米,粒子数密度为1017/米-3,比光球层稀薄。

色球层的温度可以达到几千至几万摄氏度,但它发出的光却只有光球层的几千分之一。

平时我们是不能看到色球层的,只有在发生日全食的时候,在暗黑日轮的边缘才能看到一弯红光,但也仅持续几秒钟。这就是色球发出的光。

色球上最突出的特征是针状物。它们一般出现在日轮的边缘上,就像一些小小的火舌,偶尔还会腾出一束束的火柱。针状物从产生到消失通常只有10分钟左右的时间。

耀斑:耀斑是一种最剧烈的太阳活动。大部分的耀斑都出现在太阳活跃的区域,如黑子附近,即太阳表面磁场线露出日冕的部分。

耀斑的能量主要来自于日冕突然释放的磁能。观测发现,耀斑所放出的X射线及紫外线会影响到地球大气层中的电离层,破坏人类的电磁通讯。

耀斑在1859年被首次发现的。

日珥:日珥是太阳表面喷出的炽热气流,也是在太阳色球层上产生的一种非常强烈的太阳活动,是太阳活动的主要标志之一。日冕是太阳磁场剧烈活动的结果,同时也证明了太阳磁场的存在。

日冕:日冕是太阳大气的最外层,厚度达到几百万千米以上。

日冕温度可达100万℃,粒子数密度为1015/米-3。

日冕发出的光比色球层的还要弱,只有在日全食时才能看到。其形状随太阳活动大小而变化,在太阳活动极大年,日冕的形状接近圆形,而在太阳活动极小年则呈椭圆形。

太阳活动对地球的影响:太阳活动是太阳大气的各种活动及变化的总称,包括太阳光球上的黑子和色球的耀斑、日珥等。

太阳活动平均以11年为周期,太阳活动处于高潮的太阳称“扰动太阳”,处于低潮时期的太阳称“宁静太阳”。太阳活动可使太阳辐射能发生显著变化,从而对地球产生影响。

(1)对地球电离层的影响

距地面60~80千米的上至800千米范围内的大气,因受太阳的紫外线、X射线等影响,全部与大部分中性气体和原子发生电离,从而形成正、负离子,因此这层被称为电离层。

在“宁静太阳”时期,电离层对地球发射的无线电波具有一定的反射作用,这对无电线通讯是非常有利的。但在“扰动太阳”时,电离层就会出现异常现象,从而使地面无线电通讯普遍减弱,甚至中断。

(2)对地球磁场的影响

地球本身是一个巨大的磁球体,它的磁场强度与太阳活动有关。通常来说,太阳活动越强,地球磁场的强度就越大,甚至会因此而出现磁暴(磁场强度发生非常强烈的变化)。

此外,太阳在活动时,太阳微粒的辐射也会到达极地上空。这些粒子在地球磁场的作用下,与地球大气的原子、分子相磁撞,产生弧状或蒂状彩色发光现象。这就是我们常说的“极光”。

(3)对地球上天气和气候的影响

现已表明,地球天气和气候的变化与太阳活动有关,因为在“扰动太阳”时朝,地球上都会发生大区域的天气异常,造成旱涝灾害,如1991年淮河流域大洪水,正好是太阳活动的高峰年,但是对太阳活动影响天气和气候的机理现在尚未查清。

小知识

太阳奇景

1815年,在印度洋的唐博拉火山附近,出现了绿色的太阳,整个天空都被映成了绿色。1950年,在德国、瑞士都出现了浅蓝色的太阳。1965年春天,在我国的吉林地区上空,太阳发出了黄色的光辉。1979年7月6日清晨,我国东北三江平原地区,太阳刚刚升起后就变得像血一样鲜红,而且不刺眼睛。

月球

月球俗称月亮,古代也称太阴。它是环绕地球运行的一颗卫星,也是地球唯一的一颗卫星。

月球的直径为3476.4千米,只相当于地球直径的3/11,比太阳小得更多。但因为它距地球较近,所以在地球上看起来,月球和太阳的视半径差不多。

太阳的视半径是16′0″,月球的视半径是15′33″,月球的体积为220亿立方千米,相当于地球体积的1/49;月球质量为7.35×1022千克,相当于地球质量的1/81;月球的密度平均为3.34千克/厘米3,相当于地球的3/5。总起来说,月球比地球小得多。

月球表面概况:月球是个南北极稍扁、赤道稍许隆起的扁球,表面有上万个直径超过1000米的环形山。那些暗色和较少特征的月球平原被称为“月海”,因为古代的天文学家认为上面是海洋的缘故;较浅色的高地被称为“月陆”。月球背面的月海很少,几乎只有面向地球的月面才有月海,在月壳上,有一层表面呈尘埃状的岩石层,称为月壤。需要注意的是,月壤并不是土壤。

月壳和月壤在月面上的分布并不均匀。通常来说,月壳的厚度为60千米(月球正面)至100千米(月球背面),月壤则约5米(月海)至10多米(月陆)。

月球的公转:指月球绕地月公共质心的运动。月球是地球的唯一天然卫星,两者构成了一个天体系统,叫地月系。

地月系有一个公共质量中心,即公共质心。这个质心并不是地球的中心(地心),而是在距地心4728千米的地方。

由于地心和质心相关不大,因此也将月球绕地球的运转称为月球的公转,公转方向为自西向东。月球公转轨道呈椭圆形,地球则位于一个质点上,所以月球距地球的距离在不同轨道部位也是不同的,有近地点和远地点之分。

月球公转的速度和周期:在近地点和远地点,月球由于所受地球引力的大小不同,所以月球的公转速度也不同。通常来说,近地点的公转速度为1.05千米/秒,远地点时则约为0.9千米/秒。

是公转过程中,月球中心会连续两次穿过地球与某一恒星连线,所用的时间为月球公转的周期。由于参照物为恒星,所以也被称作恒星月。这也是月球公转的真正周期,时间为27日7时43分11.4秒。

月球的自转:月球自转时,方向同公转方向一样,也是自西向东的。其自转周期同公转一样,也是一个恒星月。因此,月球的这种自转也被称为同步自转。所以,从地球上看月球,我们始终只看到它的一个面,其背面是看不到的。

月相变化:什么是月相呢?月相就是天文学中对于地球上看到的月球被太阳照明部分的称呼。

当地球位于月球和太阳之间时,我们可以看到整个被太阳直射的月球部分,这就是满月;当月球位于地球和太阳之间时,我们只能看到月球不被太阳照射的部分,这就是新月,也叫“朔”;当地月联线和日月联线正好成直角时,我们可以看到月球被太阳直射的部分的一半,这就是弦月(半月)。

月相的更替周期为29.53天,被称为一个朔望月,它也是历法中历月和星期的来源。这个时间比月球公转的时间(恒星月)要长,因为当月球绕地球公转时,地球也在绕太阳公转,一个朔望月月球大约要绕(360+360×29.53/365.24)=389.11?(公转只绕360?)。所以,一恒星月大约为29.53×360/389.11=27.32天。

日食和月食:日食,又作日蚀,是一种只在月球运行至太阳与地球之间时发生的天文现象。发生日食时,对地球上的部分地区来说,月球位于太阳的前方,因此来自太阳的部分或全部光线被挡住,所以我们看起来好像是太阳的一部分或全部消失了一样。日食只在朔,即月球与太阳呈现合的状态时发生。

月食(月蚀之“蚀”为过去的误用),是当月球运行进入地球的阴影(本影部分)时,原本可被太阳光照亮的部分,有一部分或全部不能被直射阳光照亮,使得位于地球上的人无法看到普通的月相的天文现象。月食在发生时,太阳、地球、月球恰好或几乎在同一条直线上,因此月食必定发生在满月的晚上(农历十五、十六、或十七)。

月球对地球的影响:月球是离地球最近的天体,它对地球有很大影响,主要表现在它能引起地球上海洋水,大气和地壳发生周期性升降运动,而所谓的潮汐运动,其中的海洋水潮汐运动最为明显。

小知识

月食发生的过程

月食的发生过程分为初亏、食既、食甚、生光和复圆5个阶段。初亏是月球刚刚接触到地球的本影,是月食开始的标志;食既是月球的西边缘与地球本影的西边缘内切,月球刚好全部进入地球本影内;食甚是月球的中心与地球本影的中心最近时出现的;生光是月球的东边缘与地球本影的东边缘相内切,这时全食阶段结束;复圆是月球的西边缘与地球本影东边缘相内切,这时月食全过程结束。

地球

地球是太阳系八大行星之一,从诞生之日起,迄今已历46亿年。按离太阳由近及远的次序,地球是第三颗,位于水星和金星之后;在八大行星中大小排行第五。

直到16世纪中期时,人类才了解到地球只不过是太阳系的一颗行星而已。但直到20世纪,我们才真正弄清地球的全貌。当然,能自太空中取得它的影像是其中相当重要的因素,地球的太空影响对天气预测,尤其是台风(飓风)的预报来说有很大的帮助,而且从太空看到的地球是非常美丽、可爱和壮观的。

关于地球的产生,主要有两种观点,一种是地心说,这种说法也称或称天动说,古人认为地球是宇宙的中心,而其他的星球都环绕着她而运行。地心说认为,地球是球体;地球是静止不动的,而且处于宇宙的中心;所有日月星辰都围绕地球转动。

第二种是日心说,也称为地动说,是关于天体运动的和地心说相对立的学说,它认为太阳是银河系的中心,而不是地球。日心说认为:地球是球体;地球在运动;太阳是不动的,而且在宇宙中心,行星都围绕着太阳运转。

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