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第2章 天文地理—体验探索与发现的乐趣 (1)

天文历法

宇宙的诞生

20世纪初,爱因斯坦创立广义相对论学说,指出了宇宙有发生膨胀的可能性。后来,科学家们发现远方的星系正在以极高的速度远离我们的银河星系,这说明宇宙正在不断地膨胀着,从而证实了爱因斯坦的推测。此外,还发现宇宙空间到处充满着3度K的杂音电波,这证明宇宙曾是一个超高温、高密度的大火球。基于以上事实,科学家提出“宇宙大爆炸理论”来解释宇宙的形成。根据这个理论计算,宇宙诞生于150亿年之前,刚刚诞生的宇宙是一个极其微小的世界,但它却具有高得异乎寻常的温度和密度。

后来,由于温度和密度骤然下降,使这个“宇宙之卵”以爆炸性的速度猛烈爆炸。在“大爆炸”中诞生了各种元素和支配它们运动的力,由此形成了星球和银河,一瞬间“宇宙之卵”便进化成了“成年”的宇宙。

宇宙大爆炸理论认为,宇宙是从既无空间也无时间的“虚无”之中以惊人的速度瞬间诞生的。并且,宇宙总是周而复始地从诞生到消亡,再诞生、再消亡。

什么是日食

所谓“食”就是指一个天体被另一个天体或其黑影全部或部分掩遮的天文景象。日食发生的原理是地球上局部地区被月影所遮盖而造成的。农历初一时,月球绕地球转到太阳和地球中间,若太阳、月球、地球三者正好排成或接近一条直线,月球挡住了射向地球的太阳光,月球的黑影正好落到地球上,这时就会发生日食现象。人们开始看到圆圆的黑影逐渐将太阳面遮住,天色转暗。当太阳面被黑影全部遮住时,天空中最亮的恒星和行星便清晰可见,几分钟后,从月球黑影边缘逐渐露出阳光,太阳开始生光、复圆。因为月球比地球小,所以只有在月影中的人们才能看到日食。  此外,提醒大家,在观测日食时,千万不要用眼睛直接正对着太阳观看,这样会伤害眼睛甚至会导致失明。最好用一块涂黑了的玻璃放在眼睛前面看(或者把玻璃放在烟火上面熏黑)。熏黑的厚度要均匀,能使眼睛透过它而看到太阳成为古铜色,看上去既不刺眼,又能看清楚。用望远镜观看的人,必须在镜片前加上滤光片,原理也同样是为了减弱太阳光, 使它不致刺伤眼睛。在不观测时,也不要将望远镜或相机指向太阳,并须盖上镜头盖,以免镜头过分吸热,导致爆裂。

〖TP日食23.tif,BP〗日食

日食主要有日全食、日偏食及日环食三种。月球把太阳全部挡住时发生日全食,遮住一部分时发生日偏食,遮住太阳中央部分时发生日环食。

什么是月食

月食是一种特殊的天文现象。当太阳、地球、月球三者恰好或近乎在同一条直线上时(地球在太阳和月球之间),太阳射到月球的光线会部分或完全被地球遮挡,看到月球缺了一块,这便是月食现象。

月食可分为月偏食(部分太阳光被地球遮住)、月全食(太阳光完全被地球遮住)及半影月食(太阳光被地球的半影遮住)三种,但由于半影月食多数情况下不易用肉眼分辨,所以通常只将月食分为月全食和月偏食两种。

月食

太阳是如何形成的

根据天体物理学的恒星演化理论,产生了关于太阳形成的现代星云学说。星云学说的主要观点是:宇宙空间存在着许多巨大的星际云,大约在46亿年前,在银河系盘状的体系中,离开中心大约25亿亿千米的地方,存在着一个大小约等于现在太阳直径500万倍的云团。这个云团的成分主要是氢分子,同时含有少量的氦分子和由其他元素构成的尘埃。这个云团因为来自内部物质的引力作用,开始迅速收缩,就如一幢高楼大厦在顷刻之间坍塌。在大约40多万年之后,在云团中心形成了一个高温、高压、高密度的气体球,并在其核心触发了由四个氢原子核聚变成一个氦原子核的反应,释放出大量的热和光。它就是太阳。

太阳会不会死亡

太阳是大自然的创造,既有生,也有灭。但那是再过50多亿年以后的事。太阳的寿命约有100亿年,现在正是它的“壮年”时期。

太阳通过热核聚变,靠燃烧集中于它核心处的大量氢气而发光,平均每秒钟要消耗掉600万吨氢气。就这样再燃烧50亿年以后,太阳将耗尽它的氢气储备,然后核区收缩,核反应将扩展发生到外部,那时它的温度可高达1亿多度,导致氦聚变的发生。以后太阳会极度膨胀,进入所谓的“红巨星”阶段,它的光亮度将增至如今的100倍,并把靠它最近的行星如水星、金星吞噬掉,地球也会被“烤焦”,生命将无法继续生存。

随着时间的推移,太阳会越来越快地耗尽它的全部核能燃料,步入风烛残年,随之交成一颗黯淡的白矮星。在这种白矮星上,一块火柴盒大小的物质就可达1吨左右。白矮星没有核反应,它是恒星核反应结束以后留下的残骸,依靠收缩自己的体积来继续辐射出微弱的能量,最后,太阳将成为一个无光无热的“褐矮星”,消逝在茫茫的宇宙深处,结束它辉煌而平凡的一生。当太阳消亡之时,地球也早已经不复存在。

什么是太阳风暴

太阳风暴是太阳因能量增加向空间释放出的大量带电粒子形成的高速粒子流。由于太阳风暴中的气团主要内容是带电等离子体,并以每小时150~300万千米的速度闯入太空,因此,它会对地球的空间环境产生巨大的冲击。太阳风暴爆发时,将影响通讯、威胁卫星、破坏臭氧层。

什么是万有引力

300多年前,英国科学家牛顿发现所有的物体都有吸引力,称为“万有引力”,也称为“重力”。物体的质量越大,万有引力越大,而这个引力的强弱也与物体的距离有关,物体距离越近,万有引力则越强。地球的万有引力也称为地心引力,把我们“吸”在地面上,我们才能平稳地坐着或站着。月球比地球小,因此月球的万有引力也比地球小,航天员走在月球表面,就会因为吸引力不够而走得“飘飘然”。在太空中,各天体的距离都很遥远,因此受到的万有引力微弱,航天员之所以可以飘浮在太空中,进行太空漫步,还是因为处在“无重力状态”。

蓝天有多高

蓝天,其实是地球的大气层。大气层是包围着地球的空气,根据空气密度的不同分为5层,总共有2000~3000千米厚。但绝大部分空气都集中在距地面约15千米以下的地方,越往高处空气越稀薄。大气层有多厚,蓝天就应该有多高。

为什么天空是蓝色的

太阳光是由各种色光组合而成的,当太阳光照射到地球的大气层时,蓝色光最容易从其他颜色中分离出来,扩散到空气中再反射出来。而其他颜色的光穿透能力很强,透过大气层照到地球上,于是我们看天空只能见到日光中的蓝色光。

为什么白天看不见星星

因为白天部分阳光被大气中的气体和尘埃散射,把天空照得十分明亮,再加上太阳辐射的光线非常强烈,我们就看不见星星了。若没有大气,天空是黑洞洞的,即便阳光十分强烈,同样能见到星星。另外,星星的颜色取决于它的温度,不同的颜色代表着不同的表面温度;发蓝的星星表面温度高,发红的星星表面温度低。

什么是光年

人们常用“天文数字”来形容特别大的数量,这是因为在量度天文距离时,数字常常很大,若用米作单位,要写上满满一张纸。在这种情况下,光能帮我们的忙。因为光的传播速度极快,大约为每秒钟300兆米,只要花26秒就能在地球和月球之间打一个来回。利用光的这个特点,天文学家确定了“光年”这个天文学的长度计量单位。1光年表示光在1年时间中所走的路程,大约等于946拍米。有了“光年”这个长度计量单位,研究天文现象就方便多了。

什么是星等

夜空中繁星满天,有明亮的,也有暗淡的。为了方便形容它们的光度,天文学家创立了星等用来表示星体光度。星等的数值越大,代表这颗星的亮度越低。相反,星等的数值越小,代表这颗星越亮。人的眼睛在黑暗的地方,可以看到最暗的星是6等左右。

事实上,星等是分为两种的:视星等和绝对星等。视星等是指我们用肉眼所看到的星等。看来不突出的、不明亮的恒星,并不一定代表它们的亮度弱。道理十分简单:我们所看到恒星视亮度,除了与恒星本生所辐射光度有关外,距离的远近也十分重要。同样亮度的星球距离我们比较近的,看起来自然比较光亮。由于视星等并没有实际的物理学意义,于是天文学家提出用绝对星等来描述星体的实际光度。假想把星体放在距离10秒差距(即326光年,秒差距亦是天文学上常用的距离单位,1秒差距=326光年)远的地方,所观测到的视亮度,就是绝对星等了。

什么是厄尔尼诺现象

“厄尔尼诺”一词来源于西班牙语,原意为“圣婴”。19世纪初,在南美洲的厄瓜多尔、秘鲁等西班牙语系的国家,渔民们发现,每隔几年,从10月至第二年的3月便会出现一股沿海岸南移的暖流,使表层海水温度明显升高。南美洲的太平洋东岸本来盛行的是秘鲁寒流,随着寒流移动的鱼群使秘鲁渔场成为世界三大渔场之一,但这股暖流一出现,性喜冷水的鱼类就会大量死亡,使渔民们遭受灭顶之灾。由于这种现象最严重时往往在圣诞节前后,于是遭受天灾而又无可奈何的渔民将其称为上帝之子——圣婴。后来,在科学上用“厄尔尼诺”表示在秘鲁和厄瓜多尔附近几千公里的东太平洋气候的异常增暖现象。当这种现象发生时,大范围的海水温度可比常年高出3~6摄氏度。太平洋广大水域的水温升高,改变了传统的赤道洋流和东南信风,导致全球性的气候反常。

什么是潮汐

潮起潮落是一种周期性的海洋现象。到了一定时间,海水推波逐浪,迅猛上涨,达到高潮;一段时间之后,上涨的海水又自行退去,留下一片沙滩,出现低潮。如此循环重复,永不停息,海水的这种运动现象就是潮汐。潮汐是由地球和月球间的引力和离心力差引起的。潮汐现象每昼夜有两次高潮,“昼涨称潮,夜涨称汐”。简单来说,即“潮”指白天海水上涨,“汐”指晚上海水上涨,不过通常我们将潮和汐都叫做“潮”。

天气预报的由来

天气预报最早来源于19世纪的一场海战。

1854年11月14日,英国和法国正在与沙皇俄国作战。当英法联军的舰队正在黑海上向俄军进攻之时,突然出现了暴风雨,进攻计划被狂风恶浪毁于一旦,英法联军因此损失惨重。

法国皇帝拿破仑三世下令巴黎天文台调查此事。天文学家勒威耶搜集了有关气象资料,发现罪魁祸首是一个低气压,低气压最早在欧洲西部大洋活动,随后转移到东南方向,行至黑海时,酿成这次灾难。后来,勒威耶提议建一个气象观测网,将可能发生的天气情况通知前线,起到预报天气的作用,这便是最早的天气预报。不久以后,法国和英国正式开始天气预报工作,并很快推广到全世界。

古代天文学知识集锦

世界上最早的日食记录出现在中国的《书经》(公元前2137年)。

公元前12世纪,中国殷末周初采用28宿划分天区。

中国《诗经·小雅》中有世界最早的可靠的日食记录(公元前776年)。

公元前约700年,中国甲骨文(河南安阳出土)上有观察彗星的记载。

公元前7世纪,中国用土圭测定冬至和夏至,划分四季。

公元前611年,中国有彗星的最早记录,这颗彗星即后来的哈雷彗星。

地球小常识

1地球自转一周为23小时56分4秒;公转一周为365天5时48分46秒。

2地球与太阳的平均距离为149600000千米。

3地球的质量大约为60万亿吨。

4地球上每年发生地震约上百万次,其中破坏力强的有10次左右。

5地球的体积约11000亿立方千米。

6地球的表面积约510500000平方千米。

7地球的陆地面积约149500000平方千米。

8地球的海洋面积:361000000平方千米。

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