天文学5 地球和月球
77页1、1,普通天文学,第五章 地球和月球 (1),2,地球,美丽的蓝色星球 太阳系中最特殊的成员 人类的家园 人类探测宇宙的基地 地球科学: 气象学、地质学、 地理学、海洋学、 地球物理学、地球化学、 大地测量学,等,3,主要内容:,地球的大小和形状 地球的内部结构 地球大气和水圈 地球的磁场和磁层 地球的运动,4,一、地球的大小和形状,地球质量 5.9737 1024kg 固体部分占地球总质量的99.9% 水圈的质量为1.45 1021kg,占1/4000 大气圈质量为5.136 1018kg, 占1/1000000,如何称地球的质量?,5,地球的大小 赤道半径:6378.136km 极半径:6356.753km 扁率:1/298.257 体积:1.0832071012km3 表面积:5.100657108km2,弧度测量 人造地球卫星观测,6,地球的形状,天圆地方球形,古希腊哲学家毕达哥拉斯最早提出地球是球形 亚里士多德给出了地球是球形的第一个科学证据,7,地球是球形的证据,月食时月面上出现的地影是圆形的 葡萄牙航海家麦哲伦的环球航行 “登高望远”,南方和北方看见的星空不同 从人造地球卫
2、星或月球上拍摄的照片 ,8,在月球上看地球,9,但地球不是一个正球体 17世纪末,牛顿研究了地球自转对地球形态的影响,认为地球应是一个赤道略为隆起,两极略为扁平的椭球体 19世纪,根据大地测量提供的可靠资料,表明地球的形状基本上一个绕短轴旋转的旋转椭球体参考椭球 人造地球卫星观测结果表明,地球赤道也是一个椭圆,所以地球实际上是一个三轴椭球体,10,地球表面与大地水准面,地球表面的实际形状极不规则,大陆有高山(最高8844.43m),海底有深渊(最深约1.1km) 所以描述地球形状时不是指地球表面,而是指大地水准面(geoid) 大地水准面:与平均海水面重合的地球重力位等位面 大地水准面并不是一个规则的数学曲面,11,确定地球形状就是指确定大地水准面,它是大地测量学的主要研究内容 球面可以作为大地水准面的第一级近似 旋转椭球面作为第二级近似 三轴椭球面作为第三级近似,12,重力,定义 地球上的质点,一般都受到地心引力和地球自转产生的惯性离心力的作用,将上述两力的合力定义为该点的重力。 单位 通常讨论重力的大小,是指单位质量所受的重力,在量值上等于重力加速度,国际单位是m/s2 非国际制单
3、位 伽(利略) gal = 1 cm/s2 毫伽 mgal = 10-3 gal 微伽 ugal = 10-6 gal,在地球重力学中,重力实际上是重力加速度的简称,13,二、地球的内部结构,地球的圈层结构:地球物质分布形成同心圈层,这是由于地球长期运动和物质分异的结果 内部结构由外向内依次:地壳、地幔、地核 了解地球内部结构的手段: 地震波 钻井(目前最深的钻井仅15km),14,地壳 上地幔 下地幔 液态外核 固态内核,地壳和地幔顶部由刚性岩石组成,称为“岩石圈”。岩石圈下面是“软流圈”。,15,16,17,大陆漂移,18,洋底扩张,19,板块运动,20,21,三、地球的大气和水圈,1、地球大气 固体地球外面包围着大气层大气圈 大气质量:5.136x1018kg,约占地球总质量的百万分之一 地球生命的保护层:屏蔽太阳紫外线辐射、高能宇宙线及流星体的高速轰击,22,地球大气的分层,地球大气的密度、温度、压力、化学组成等都随着高度变化。 按温度变化,可分为: 对流层 平流层(同温层) 中间层 热层 外层,23,24,按大气的组成分: 均质层 非均质层 按大气电离层度分: 中性层 电离层
4、,25,地球大气的组成,干洁空气 不包含水气的空气 水汽 夏季,含量可达4% 冬季,含量0.01% 集中在2km以下,与天气变化有密切关系 微尘 在离地面3km以下的空气中悬浮的大量固体微粒,26,地球大气的运动,按运动的水平尺度可分为: 大尺度运动(103km),如全球范围的大气环流 中尺度运动(102km) ,如台风 小尺度运动(10km) ,如龙卷风 大气中各处温度和压力的差别驱动空气运动,空气不同规模运动总称为“大气环流”,成为各种天气和气候的主要因素 大气环流引起大气角动量变化,必然导致地球自转速率的变化,27,大气环流的分类 哈德莱环流:由不同纬度的温差驱动 斜压涡流:因流体力学不稳定性使大尺度的运动变为小尺度涡流 稳态涡流(驻波):由地形或海陆温差产生,绕纬度圈典型有23个波长。该涡流将动量从对流层转移到平流层,影响平流层的环流 热力潮:由太阳直接照射区与未照射区之间的温差引起。地球大气的热力潮较弱,28,大气运动的根本能源是太阳辐射能,29,地球大气的起源,原始大气:地球形成初期已不复存在 还原大气 放射性元素的衰变和引力势能的转化,部分地球物质处于熔化状态,气体从地球
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