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宇宙遨游
第二章令人遐想的宇宙
黄桂玲
你玩过套盒游戏吗?
小盒可以依次放在大一些的盒中,只要盒子能做得无限大,它就能将其他盒子不停地套下去。
宇宙就是一个最大的套盒,它由无数小套盒——星系组成。
我们最为熟悉的太阳和地球就在一个更小的套盒——太阳系中。
太阳系是由太阳和八颗行星组成的,我们的地球是靠近太阳的第三颗行星。
关于宇宙的起源,现在以至于将来的很长时间内,都是一个不解之谜,科学家们提出了许多宇宙诞生的学说。
目前最有影响的热大爆炸宇宙学说认为,宇宙起源于一个炽热的“奇点”,这个奇点具有无穷大的密度,而且这个奇点上即不存在时间,又没有空间。
后来,这个奇点发生了核爆炸那样的物质爆炸,而且还有“时间”和“空间”的大爆炸。
奇点大爆炸之后,才有了宇宙的空间和时间,宇宙从此开始了漫长的演化。
自从古老的大爆炸发生之后,宇宙一直处于膨胀之中,星系也随之不断远离。
如果这种膨胀无休止地继续下去,那么宇宙空间就会越来越寒冷。
然而,宇宙假如在未来的某个时刻停止膨胀,那么宇宙的所有物质将重新开始集聚,星系也会碰撞并融为一体。
可以想象,在一个无法预知的将来,宇宙将又回复到它最初的状态。
宇宙究竟是一个怎样的未来,人类仍无法预知。
总之宇宙现在膨胀之中,没有迹象表明它将在不远的将来静止下来。
演示膨胀的宇宙:
我们可以用一个气球来演示宇宙目前的状况。
首先找一个纯色的气球,然后再气球上画上小圆点。
一个小圆点就代表一个星系。
当我们站在穿衣镜旁边将气球吹起来的时候,会看到那些小圆点随着气球的胀大而彼此远离。
宇宙膨胀的景象正像这个被吹胀的气球,宇宙间的星际物质越来越稀薄,而且越远的星系移动的速度越快。
大约在100亿年前,大量尘埃微粒和气团湍流在宇宙空间。
后来,这些尘埃和气体逐渐聚集在一起,形成一个庞大而炽热的不断旋转的圆盘。
随后这个圆盘甩出许多圆环,这些圆环的微粒又聚集起来,构成一个个巨大的火球,然后开始冷却。
大约在50亿年前,圆盘变成了太阳,火球冷却后就变成了现在的地球、火星等八大行星,太阳系于是形成了。
太阳系包括太阳和围绕太阳运转的八大行星、彗星、小行星和石块、尘埃等。
太阳系时刻处于快速运动之中,它很像一架庞大的机械:
太阳居于中心做着自转;八大行星在各自的轨道自转并且绕太阳公转。
小行星、彗星、石块等在太阳系中穿行、运转。
太阳系中的行星组成了一个转动的世界,八大行星在各自的轨道上按逆时针方向绕太阳运行。
按照距离太阳从近及远的顺序,八大行星依次是:
水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。
小实验:
动手排出行星的位置
材料:
9种颜色的橡皮泥;一张大些的白纸。
步骤:
1、将橡皮泥做成大小不同的团。
2、将代表太阳的大团橡皮泥放在纸的右上角。
3、按照离太阳由近到远的顺序依次用橡皮泥排出行星的位置并注明行星的名称。
太阳系中太阳的质量约占整个太阳系质量的99.86%。
太阳是一颗能自行发光发热的气体星球,在宇宙中,像太阳这样的星球非常多,它们被称为恒星。
太阳石太阳系中唯一的恒星,八大行星全部反射太阳的光而使自己发亮。
太阳非常大,它的半径是地球半径的109倍,庞大的身躯能容纳130万个地球。
太阳的构造可分为内部构造与大气构造两部分。
太阳的内部由日核、辐射层及对流层构成。
太阳的大气层由里向外分为光球层、色球层和日冕层。
我们平时看到的太阳圆面就是光球层,它金光灿烂,太阳光就是从光球层上发出的。
光球层有一个清楚的圆周界线,太阳半径就是按照这个界限确定的。
在阴天或风沙蔽日的天气里,我们有时能用肉眼在太阳表面上发现一些很色斑点,它们像是粘在太阳这张圆饼上的芝麻粒。
这黑色的斑点就是太阳黑子。
从光学望远镜中可以看到,黑子有较暗的核和围绕它的较亮部分构成,形状像一个浅碟。
太阳黑子大小不一,有些黑子的面积甚至有几十个地球那么大。
黑子其实并不黑,知识因为它的温度比光球层低,因此才显得较为暗淡。
事实上,假如太阳表面布满黑子,太阳仍是很明亮的。
色球层是光球层外面的一层气体。
平时色球就淹没在蓝天之中,当日全食发生的时候,我们会在太阳的边缘看到一个玫瑰色的光环。
它像是在太阳边缘树起的由玫瑰花扎成的篱笆,非常高。
它的温度非常的高,有一位天文学家将色球层比喻为“燃烧的草原”。
色球层存在壮观的景象,这就是日珥和耀斑。
色球层上有时会突然腾起形态各异的火焰,有时像一座拱桥,有时像是太阳猛然甩出的一条红飘带,有时像一片悠闲的浮云。
这些奇丽的景象就是日珥。
日珥是一中燃烧的气流,一次日珥活动要经历几个小时到几十天。
通过色球层望远镜观察,有时会在色球表面看到突然亮起来的某些区域,伴随着亮度的增强,亮区的面积也随之而扩大,有时它的面积会超过3亿平方千米,有31个中国那么大。
色球层上的这种亮区就是耀斑。
耀斑发生时,一个耀斑所释放的能量约相当于100亿个百万级氢弹爆炸的能量。
日冕是太阳最外面的一层大气,它位于色球层之上。
“冕”的字面意思是帽子。
太阳的这顶帽子可真大,它向外延伸长达几个太阳半径。
日冕不断地运动着,它不断向外膨胀扩散,发射出稳定的粒子流,粒子流吹向空间,就形成太阳风。
每当太阳风向地球极区吹来时,便在地球两极电离层上形成了美丽的极光。
离太阳较近的水星、金星、地球及火星被称为类地行星,他们都是固体行星。
水星在八大行星中离太阳最近,它接收到太阳辐射也最强烈。
白天,水星的温度高达430摄氏度。
同事由于水星没有大气层保持从太阳吸收的热量,水星上的夜晚非常冷,温度只有零下180摄氏度。
因此这些都使水星上无法存在液态的水。
当水星走到太阳和地球之间,有时我们会在太阳的圆面上看到一个小黑点掠过,这种现象就是水星凌日。
水星凌日是罕见的天文奇观,每100年平均发生13次。
发生水星凌日时,由于水星挡住太阳的面积太小了,不足以使太阳亮度减弱,因此用肉眼是看不到水星凌日的。
20世纪最后一次水星凌日发生在1999年11月16日5时42分。
金星上的天空是橙黄色的,浓厚的云层使金星上的白昼一片混沌。
金星表面也是橙黄色的,这一切与地球迥然不同。
金星的自转方向与其他七个行星完全不同,它是从东往西转。
在金星上看太阳,它从西方升起东方落下。
同水星一样,金星也存在凌日这一奇观。
金星凌日比水星凌日更为罕见,每100年才出现两次,这两次凌日的间隔为8年。
金星凌日时,金星就像停留在太阳圆面边缘的一颗黑痣。
家的感觉总是温馨而亲切的,地球正是我们人类温暖的家。
地球上占绝大部分面积的海洋为人类提供了维持生命的重要物质——水,地球上的矿藏及植被则为人类提供生活所需的一切。
我们与同在地球上生活着地动物和植物息息相关,相互依存,共同组成了地球上盎然的生命世界。
地球不是一个正圆的球体,它的形状是一个略扁的旋转椭圆体。
地球从里到外分为地核、地幔和地壳三层。
在丹麦童话《皇帝的新衣》里,被织工和大臣们百般吹嘘的新衣却根本不存在,穿在皇帝身上的仅是一层空气而已。
然而我们的地球却真正拥有两件神奇的透明的外衣。
一是地球大气,而是地球磁场,他们使地球免受太阳风和太阳耀斑爆发所产生的灾害。
尽管你感觉不到地球在动,实际上地球却一刻不停的运动着。
地球的赤道周长约4万千米,故毛泽东诗词中有“坐地日行八万里,巡天遥看一千河”的豪迈诗句,自有其科学根据。
地球不停的自西向东旋转,自转时总是有半个球面向着太阳,太阳光把它照的很亮,这就是白昼;另外半个球面背着太阳,没有阳光,大地一片黑暗,那就是黑夜。
随着地球不停的自转,太阳光在地球上的照射点也不断地由东向西移动,昼半球和夜半球互相交替,白天和黑夜也在互相变化。
地球自转一周需要24小时,我们叫它一天。
由于地球自转轴与它的公转轨道平面不垂直,所以地球上不同地区昼夜的长短是不同的。
在北半球,白天最长的一天是6月22日前后,这一天恰好是南半球白天最短的一天;北半球黑夜最长的一天是12月22日前后,这一天南半球的黑夜最短。
由于地球自转,引起了大气运动,大气运动又影响着洋流的运动。
这些变化,对地球表面热量与水分的交换、平衡有着巨大的影响。
地球在自转的同时还绕着太阳奔跑,这就是地球的公转。
公转一周为一年。
地球公转轨道所构成的面,叫做“黄道面”。
地球自转轴和它公转的轨道面有一个夹角66.5°,同时,在公转过程中,自转轴指向不变。
所以在一年中有时北半球倾向太阳,有时南半球倾向太阳,有时太阳光直射赤道,这样就形成四季的变化。
活动:
1、用手轻轻拨动地球仪,正确演示地球的自转。
2、用地球仪正确演示地球的公转。
地球公转演示实验设计方法(图)
一.实验设计理念
地球公转是地球围绕太阳的运动。
因此欠缺不了两个必要因素:
地球和太阳。
在实验设计中,用地球仪代替地球;而太阳光线,在这里则选用一根纸管代替。
在纸管一头固定一根黑笔,当太阳绕地球公转时,黑笔会在地球仪的赤道和南北回归线之间留下轨迹,而这个轨迹就是太阳直射点的回归运动轨迹。
二.实验设计材料:
地球仪、彩带三根(两根白色的、一根粉色的)、钢钉一枚、黑笔一根、纸管两根、饮料空瓶一个。
三..实验设计步骤:
1. 把三根彩带在地球仪上标出三条重要的纬线(粉色的固定在赤道上;两根白色的固定在南北回归线上)。
2. 把两根纸管呈十字放置,用钢钉固定,并可以任意旋转上面一根纸管,并在其一端插入黑笔,且笔头露在纸管之外。
3. 用空饮料瓶作为太阳光底座。
把固定好的十字纸管下面的一根纸管插入空饮料瓶中。
这样就构成了一个太阳光线的支架。
高度根据地球仪的高度而定。
4. 将已固定的支架移动到地球仪旁边,使黑笔与地球仪有一个触点。
移动地球仪与支架的位置,得到重要的点,二分二至点。
(1)如图1所示,在北回归线上标注一点,从这点开始作为地球绕太阳公转运动的起始点,太阳光线直射北回归线,此时是北半球的夏至日。
(图1)
(2)地球围绕太阳自西向东运动,当到达图2中所示位置时,太阳光直射赤道时,此时是北半球的秋分日。
并且我们会在地球仪上清楚的看到一条黑色的曲线,即太阳直射点的回归运动轨迹(从北回归线到赤道)。
(图2)
(3)地球围绕太阳继续自西向东公转,当到达图3中所示位置时,太阳光直射南回归线,此时是北半球的冬至日。
并且我们会看到黑色曲线由赤道移到了南回归线,即太阳直射点的回归运动轨迹从赤道移动到了南回归线。
(图3)
(4)地球围绕太阳继续自西向东公转,当到达图4中所示位置时,太阳光直射赤道,此时是北半球的春分日。
并且我们会看到黑色曲线由南回归线移到了赤道,即太阳直射点的回归运动轨迹从南回归线移动到了赤道。
(图4)
(5)地球围绕太阳继续自西向东公转,当到达图5中所示位置时,太阳光线直射北回归线,此时是北半球的夏至日。
并且我们会看到黑色曲线由赤道到了北回归线,即太阳直射点的回归运动轨迹从赤道到了北回归线。
这样太阳就完成了一个回归运动。
(图5)
四.实验设计结果
1.能够正确演示地球公转的结果。
2.演示二分二至日点的位置以及太阳直射点的回归运动轨迹(从赤道和南北回归线之间运动)。
五.实验设计不足
1.演示太阳光线直射地球的二分二至日点的位置略有误差。
2.画出的太阳直射点的回归运动轨迹不是很标准。
(此实验来自月上猫妖的博客)
火星土壤中含有大量的氧化铁,因此整个火星看上去像是一个生了锈的世界,到处都是铁锈般的红色。
火星荒凉的红色沙漠上延绵着高高低低的丘陵,乱石洒满火星表面。
火星上还有这纵深的大峡谷和大火山。
火星表面还遍布像月球上那样的环形山。
最引人注目的是,火星上纵横交错着数千条干涸的河床,它们长短、宽窄不一,蜿蜒曲折地伸向远方,河床上被水冲刷过的古老痕迹清晰可辨。
火星上有河流曾经存在的印记,它的大气中也有氮存在,而且来自火星的陨石中也有一些不寻常的迹象,表明火星上似乎有生命存在过。
那么,火星上到底有生命吗?
过于寂寞的人类一直对火星寄予着厚望。
木星和土星是太阳系中的巨行星。
其中心都是岩石核,核外是由液态氢构成的外壳,它们大气的主要成分是氢和氦。
从哈勃太空望远镜拍摄的木星照片上看木星,木星上艳丽的平行纹和红色的卵形斑块组成了一幅艳丽的图案,恰似一枚圆润美丽的雨花石。
木星拥有卫星数目最多的一颗行星,到目前为止已经发现61颗木星卫星。
这些卫星围绕着木星不停的旋转,它们前呼后拥,使木星小家庭热闹非凡。
凡是用望远镜观看过土星的人,无不对它超凡脱俗的容貌赞叹不已。
淡黄的的土星像一颗光润的柠檬在阳光下荧荧发光,它赤道面上缠绕着乳白色光环,像是绕在土星腰际的丝带,使土星显得轻盈飘逸。
天王星、海王星被称为远日行星。
因为远离太阳,它们都很冷,表面是一片冰雪世界。
它们都有着相似的岩石核心,被大气包围。
小行星比八大行星小得多,有些小行星还有自己的卫星。
小行星的形状大多不很规则,可谓千姿百态。
有的像一条奇形怪状的鱼,有的像一个长相丑陋的红薯,有的像是烧制成半成品的土陶,从地球上看去,这些形态不规则的小行星亮度在不断变化,它们又被称为变光小行星。
太阳系中的绝大多数小行星在火星和木星轨道之间绕太阳运动,它们形成一个小行星带。
附图:
太阳系示意图:
课后思考题:
1:
八大行星离太阳由近及远的顺序是?
2:
地球自转与公转的周期、方向分别是?
3:
地球的自转对地球产生了哪些地理意义?
4:
地球的公转对地球产生了哪些地理意义?
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