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1、1,天 体 与 地 球,0706422114,地球科学学院 张梅生 zhangms jlu. edu. cn,2,一、课程的内容、性质及意义 1. 课程内容 2. 课程性质 3. 学习意义 二、人类认识宇宙、天体的历史,前 言,3,一、课程的内容、性质及意义 1. 课程内容 宇宙天体科学: 第一章 宇宙 第二章 星系与银河系 第三章 恒星 第四章 太阳系 地球科学: 第五章 地球 第六章 地球的演化历史 系统介绍当代天文科学、宇宙科学、地球科学的基本知识和最新成就。,4,2.课程性质 普通高校公共基础课程 3学习意义 （1）全面了解客观物质世界的起源 和演化历史; （2）深刻认识人类社会存在的
2、地球 背景、宇宙背景; （3）树立科学的宇宙观、世界观、 地球观。,5,科学 辞海：关于自然、社会和思维的知识体系。是 实践经验的结晶。每一门科学通常都只是研究客观世界 发展过程的某一个阶段或者某一种运动形式。 科学的任务是揭示事物发展的客观规律，探求客观 真理，作为人们改造世界的指南。 新华字典：反映自然、社会、思维的客观规律 的分科的知识体系。 迷信 辞海：指相信星占、卜筮、风水、命相和鬼神 等；也指盲目地信仰和崇拜。 新华字典：盲目地信仰和崇拜。特指信仰神仙 鬼怪等。,6,2005年中国十大科技进展 1.神舟六号载人航天飞行圆满成功。 2.青藏铁路全线铺通。 3.我国首款64位高性能通用
3、CPU芯片问世。 4.中国科考队首次登上南极冰盖最高点（4093米）。 5.全球记载种类最多的126卷册中国植物志出版。 6.我国科学家成功实现首次单分子自旋态控制。 7.我国测定珠穆朗玛峰新“身高”8844.43米。 8.中国大陆科学钻探深入地下5158米。 9.能在血管中通行“纳米药物分子运输车”研制成功。 10.最高分辨率“中国数字人男1号”诞生。,7,神舟六号载人航天飞行圆满成功,8,神舟六号载人航天飞行圆满成功,9,神舟五号,神舟六号,两者的大小、重量、设备等基本不变；采用“长征2号F”运载火箭作为动力载体,神州6号和神州5号的对比,10,采集陨石5282块 拥有近万块,登上南极最高
4、点 Dome A 海拔4093m,第22次和第23次 南极科学考察,首次绘制格 罗夫山地质图,11,各国南极考察路线,格罗夫山,12,中国大陆科学 深钻构造位置,中国大陆 科学钻探 深入地下 5158米,13,国际科学深钻项目,14,大陆科学深钻与大洋科学钻探,15,我国测定珠穆朗玛峰高度8844.43米,16,2005年世界十大科技进展 1.“惠更斯”号探测器成功登陆土卫六。 2.“深度撞击”计划获得成功。 3.美国研究人员发明取代晶体管的新元件（交换点阵 式插锁），为建造纳米元件计算机提供关键元件。 4.天文学家首次拍到太阳系外行星照片。 5.科学家公布人类基因组“差异图”。 6.澳大利亚
5、科学家成功将光束“冻住”1秒钟。意味着可 能制造光计算机或量子计算机存储设备。 7.美国研究人员开发出高效率燃料电池。 8.法国瑞士科学家制造出超大容量纳米级信息存储材料。 9.美国科学家制造出“夸克胶子等离子体”。 10.法国科学家首次找到控制单分子行动的方法。,17,卡西尼号正在释放 惠更斯着陆器,历时七载, 卡西尼号造访土星,18,“卡西尼号”飞越土星,19,惠更斯着陆器在土卫六上降落,20,“深度撞击”计划获得成功,21,2005年7月6日,”深度撞击”探测器在 1.3亿公里外撞击”坦普尔1号彗星”,22,寻找太阳系 外的行星,23,寻找太阳系外的行星,24,25,原始汤- 在高温高压
6、下物质 破裂成夸克-胶子 等离子体子。 物理学家们认为 宇宙大爆炸之初 物质就处于这种状态。,夸克胶子,26,耗资7亿美元， 飞行48亿公里， 2015年抵达 冥王星,2006年1月19日,新地平线号发射升空,27,新地平线号的使命,28,第十大行星 ?,29,第十大行星-海王外天体,30,31,2005年10月26日发射的俄罗斯“金星快车号”,32,火星探索 方兴未艾,33,勇气号降落火星,34,猎兔犬号,35,火星上的 赤铁矿 “蓝浆果” 和层状 沉积岩层,36,火星上的冰川冲刷地貌,37,EAST（实验型先进 全超导托卡马克),2006年2月14日，我国EAST组装完毕,38,EAST（
7、实验型先进 全超导托卡马克),2006年4月, 我国EAST调试完毕, 将于6月运行,39,2006年2月14日，我国EAST（Experimental Advanced Superconducting Tokamak实验型先进全超导托卡马克) 在中科院等离子体物理研究所的合肥科学岛组装完毕。 EAST是具有超大电流、超强磁场、超高温、超低 温的高度复杂装置，堆芯温度上亿，线圈温度-269。 国际专家普遍认为，EAST将可能成为世界上第一 个可实现稳态运行、具有全超导磁体和主动冷却第一壁 结构的托卡马克。将为“国际热核聚变实验堆”(ITER)的 建设提供直接经验和基础。 EAST的基础是199
8、5年建成的超导托卡马克HT-7， 2003年3月31日，HT-7实验获得超过1分钟等离子体放电， 是继法国之后第二个能产生分钟量级放电的托卡马克。 ITER即国际热核聚变实验堆计划，2013年建成一个 实验堆；2025年建成一座原型聚变堆；2040年建成一座 示范聚变堆。,40,托卡马克 (tokamak) 磁线圈圆环室,41,热核聚变实验基本原理 在聚变反应堆内, 一个氘原子核 (重氢核) 与一个氚原子核 (超重 氢核) 相互碰撞聚合, 产生一个氦4原子核, 一个中子和17.6兆电子 伏特的能量.,42,欧洲联合环(JET)热核聚变实验装置的内部,43,国际热核聚变实验反应堆(ITER),4
9、4,刘东生院士,王永志院士,45,二、人类认识宇宙、天体的历史 （一）古代天文学（3 Ma 公元5世纪） 1古埃及 据天狼星偕日升预报尼罗河 水的泛滥周期, 创立太阳历法（公元前27 世纪） 2中国的月球历法（公元前22世纪） 3英国索尔兹伯里 斯通罕克天文巨石 阵（公元前20世纪）,46,47,英国索尔兹伯里 斯通罕克天文巨石阵 Stonehenge,48,49,古代黄道十二星座,50,玛雅天文台,51,4古希腊毕达哥拉斯提出地球“球形” （公元前6世纪） 5古亚历山大学派埃拉托色尼斯测量 地球的周长（公元前2世纪） 6地心体系的建立 古亚历山大 托勒密地心说（公元2世纪） 中国 盖天说（西
10、周-7世纪）、浑天说 （东汉张衡浑天仪）,52,埃拉托色尼斯测量 地球周界的方法 在夏至日当太阳经过塞恩 城(s)的天顶直射井底的时 候,太阳在亚力山大城(A) 中天.这时它的天顶距(Z) 等于这两个城市的纬度之 差,与这角度差相当的线距 离是AS,因此我们可以求 得地球的周界之长.,53,托勒密的地心系,54,55,（二）经典天文学（16世纪-18世纪） 1经典天文学诞生阶段（16世纪-17世纪） 日心体系的建立 哥白尼 1543 天体运行论 -行星天文学创始人 布鲁诺 1584 论无限宇宙和世界 开普勒 根据第谷的科学观测,提出行星运 动三定律: 1609 新天文学 轨道定律、面积定律 1
11、619 宇宙和谐论 周期、距离定律 公转周期2=轨道长轴半径3,56,哥白尼的日心系,57,早期天文望远观测 伽里略 1610 发现伽里略卫星 发现太阳黑子 第谷 1576-1596 编制大星表 惠更斯 1656 发现土卫六 、 土星光环 卡西尼 1671-1674 发现土星三颗大卫星 1675 发现土星环缝-卡西尼环缝 万有引力发现 牛顿 1687 自然哲学的数学原理 万有引力定律 牛顿运动三定律-天体力学奠基人 光的分解-天体物理学技术之一,58,的汶岛天文台,59,2.经典天文学兴起阶段(17世纪末-19世纪中） -方位天文学、天体力学 哈雷慧星的观测 哈雷 1705 彗星天文学概述 应
12、用万有引力定律预测哈雷彗回归 恒星自行现象的发现 哈雷 1718 月球运行的长期加速 哈雷 地球测量 1791年法国宪政会议决定： 以地球子午线的一象限的一千万分之一 的弧长为长度地位，叫1个米突（metre） 太阳的测量 哈雷1761年测量太阳视差,60,哈雷慧星的轨道,61,62,行星运动测量 拉格朗日 1788 分析力学提出木星、 土星运动的周期性摄动 康德-拉普拉斯星云说 康德 1755自然通史和天体论 拉普拉斯 1796宇宙体系论、 1799-1825 天体力学 波德律 波德 1772 发现行星轨道距太阳距离: 0.4 + 0.32n (天文单位),63,波德律,64,行星的发现 威
13、廉.赫歇尔 1781 发现天王星(波德律19） 皮亚齐 1801 、 奥尔贝斯 1802 发现小行星带（波德律2.8） -谷神星、智神星、婚神星、灶神星 亚当斯 1844 、 勒威耶 1845 发现海王星 - “笔尖下发现的行星” 水星近日点轨道摄动的发现 勒威耶 1859 提出“火神星”,65,四颗最大的小行星,66,（二）近代天文学（18世纪末-19世纪） 1近代天文学诞生阶段 （18世纪末-19世纪中） .恒星系的研究 先驱者（18世纪前） 英 赖特、 德 康德、 法 朗白尔 提出：恒星可能组成一个有限范围的伟大 体系。,67, 威廉.赫歇尔-近代恒星天文学创始人 a. 发现太阳的自行-
14、打破太阳静止的假说 b. 发现在相对轨道上运动的双星(物理双星） 1784年发表284对双星表，证明开普勒定律 和牛顿定律在地球以外的恒星系一样有效 -“万有引力” c提出银河系为“扁平状星系” d提出星云具有内部结构,68,赫歇尔家族,69,70, 约翰.赫歇尔 一生中探测2300个星区，数了7万颗星 a. 双星轨道运动的观测证实， 发现了3347对双星 b1833年发表星云、星团表（含2306个） c大、小麦哲伦星云观测（大麦云数出 919个天体；小麦云数出244个天体）， 指出：“这些星云可以看作是南半球特有 的一种星系”,71, 德 贝塞尔 a测定恒星视差 1838 测定天鹅座61号星
15、视差0”.31; 1840 再次测定为 0”.35 b. 1844 发现天狼星波浪运动和伴星预测 -不可见天文学 罗斯爵士（威廉. 帕尔森） 1854年发现“旋涡状星云”,72,天狼星波浪运动和伴星,73,. 太阳系研究 月球和行星的观测 发现的小行星数目增多 彗星与流星的观测 发现英仙座流星雨 太阳的观测 发现太阳黑子活动周期（11年）,74,75,2近代天文学兴起阶段（19世纪后半叶） -天体物理学的诞生 天体物理学三大技术 a分光学 德 夫琅和费 -天文分光学创始人 1871 用A、B、C、D表示太阳光谱的 主要谱线-“夫琅和费谱线” b光度学 c照相术 1839年应用于天文学,76,
16、太阳的研究 1859年 德 克希霍夫根据太阳光谱研究， 提出分光学基本定律 (克希霍夫定律): （1）每一个化学元素有一种特殊的谱线; （2）每一种元素可以吸收它所能够发射的 光线，这就是谱线的反变或自蚀。 发现：炽热固体或液体（后来发现还有 高压气体）发连续光谱； 气体发不连续的明线光谱。 宣布：太阳光谱含Na、Fe、Ca、Ni 等 元素（现已发现67种）， -证明化学元素在天体上存在！,77,78, 月球和行星研究 1890年 美 霍尔顿根据照片绘制月面详图 1879年 意 斯基帕雷利发现火星表面的网 状结构（运河？） 1879年 发现木星表面的大红斑 恒星的研究 1863年意 塞西、18
17、64年美 哈根斯开始 测量恒星光谱 1884年美 皮克林编制哈佛光度表， 包括4260颗恒星星等,79,月球的表面,80,火星表面的网状结构,81,82,（三）现代天文学（20世纪以来） 1. 现代天文学发展阶段(20世纪上、中叶） -天体物理学的兴起 现代天文学两大理论基础 广义相对论 1916 爱因斯坦 量子力学 1920th 普朗克、狄拉克、 海森堡、薛定谔等 -是20世纪自然科学基础研究 最重大的三大成就,83,84,85, 太阳研究 发现黑子磁场、色球耀斑、热核聚变原理 行星天体力学研究 水星近日点轨道进动的解释 -广义相对论的理论验证 恒星研究 a. 20th 初提出恒星哈佛光谱分
18、类 （B、A、F、G、K、M） b20th 初发明赫罗图 c1912年 勒维特发现造父变星的周光关系,86,87,银河系、河外星系研究 a. 1920 沙普利-柯蒂斯辩论 主题:宇宙的尺度 沙普利- 银河系宇宙30万光年 柯蒂斯- 河外星系（仙女座大星云） b. 河外天文学的开创 1923 哈勃 用 2.5m反射望远镜 拍摄仙女座大星云-恒星组成- 旋涡星系 发现：宇宙膨胀-哈勃定律 c. 宇宙大爆炸学说的提出 1948年 伽莫夫,88,宇宙大厨,89,2当代天文学（20世纪下叶-现代 ） -空间天文学 全电磁波段研究: 传统可见光天文学 射电天文学 r射线天文学 X射线天文学- X射线卫星
19、紫外天文学 红外天文学-红外卫星,90,电磁波全波段：波长10-12-108cm r射线 ： 10-1 cm,91,可见光窗口,射电窗口,92,全波段电磁波观测天文学,93,阿雷西沃射电望远镜,94,阿雷西沃信息,95,射电天文学 60年代四大发现 宇宙微波背景辐射 类星体 脉冲星 星际（有机）分子 1990年 哈勃太空望远镜( HST）升空 基本粒子物理学研究证实宇宙大爆炸 揭示宇宙创生和物质起源的奥秘！ 21世纪太阳系天体观测,96,宇宙微波背景辐射的发现者 威尔逊和彭齐亚斯,97,98,99,霍金,100,哈勃太空望远镜,101,国际空间站,102,“乘员探索飞行器”为”国际空间站”提供运输服务,103,104,105,宇宙漂流瓶,106,康德： “世界上有两件东西能够深深地 震撼人们的心灵，一件是人们心中 崇高的道德准则，另一件是头顶上 的星空。”,