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Sun技术定义中文名称:太阳名称:太阳定义1:中心的太阳系天体直径1的392000公里的发光领域是从地球上的关系与地球接近的明星。所属学科:地理学(主题);地理学家一般(二级学科)定义为:从地球最近,从而最亮的恒星。地球围绕着它。适用范围:天文学(一级学科);太阳(二级学科) 引用太阳太阳是距离地球最近的恒星,是太阳系的中心天体。 99.87%的太阳能系统的质量都集中在阳光下。八大行星在太阳系,小行星,流星,彗星,外海王星天体和星际尘埃围绕太阳(革命)。 太阳和地球观测数据的平均距离(1天文单位)1. ^ 11米(150万公里),太阳 - 地球最远的距离为1.米,太阳和地球最接近1.4710×10 ^ 11米,视星等-26.74绝对星等4.83等热点幅度-26.82绝对热星等4.75
和其他物理数据 1,直径1392000公里(地球直径的109倍) 2表面积的?6.09×10 ^ 12千米2
3,体积:1.412×10 ^ 18立方千米(地球的130倍) 4,质量:1.989×10 ^ 30千克(333400倍地球)相对于地球质量333400
6,1411千克/米3的密度,相对于地球上的密度为0.26相对水的密度是1.409
7,表面重力为2.74×10 ^ 2米/秒^ 2(27.9倍,地球表面的重力加速度) 8,表面温度为5780开中心温度达到约15万,日冕温度5×200开 9,发光度(LS)3.827×10 ^ 26 J S-1 的轨道的数据自转周期:赤道27天,6小时36分,北纬30°:28天4小时48分钟,纬度60°:30天19小时12分,北纬75°:31天19小时12分钟围绕银河系中心公转周期为2.25×10 ^ 8年,其他数据太阳年龄:约4.57×10 ^ 9岁天文符号:⊙在 BR /&太阳活动周期:11.04年总辐射功率:3.86×10 ^ 26瓦(焦耳/秒)太阳常数f = 1.97卡·厘米^ 2分钟^(-1)光谱型:G2V 太阳表面逃逸速度618公里/秒的地球附近太阳风的速度:450公里/秒太阳运动(方向α= 18h07m,δ= +30 °)= 19.7公里/秒在北方是太阳位于猎户座旋臂的银河系平面,约30000光年的星系的中心,北部26光年远银道面,一方面围绕银河系中心第二次的速度旋转(约2.5亿年的周期),另一方面,19.7公里每秒的相对速度向织女星附近的恒星周围的每250公里的运动方向。 Sun公司还旋转,其周期在25天左右的日面赤道带;的极区约35天。 太阳只是一个很普通的明星,在广大的,广阔的满天星斗的世界,太阳的亮度,大小和密度的物质中??处于中等水平。正因为它是更接近地球,所以它看起来天空中最明亮的天体。在其他恒星很远的距离我们最近的恒星,比太阳远27倍以上,看上去只是一个闪烁的光点。大多数的太阳的物质的组合物是更常规的气体,其中大约71.3%的氢气,氦气,约27%,2%,其他元素。太阳从中心向外的核反应区可以被划分到辐射区和对流区,太阳大气。太阳的大气层,像地球的大气层,根据不同的高度和不同的性质分成各个领域,从内到外光球,色球和日冕3。我们通常看到的太阳表面,是太阳大气中的最低水平,温度约为6000开。它是不透明的,所以我们不能直接看到太阳内部的结构。然而,表面上的太阳物理理论和研究的现象,天文学家们建立的太阳内部结构和物理状态的模型。这种模式也被其他恒星的研究所证实,至少在大的方面是可信的。近日,由美国航空航天局在2006年推出的,两个太阳探测卫星STEREO运动到太阳的位置相反,双方的第一次充足的阳光下透视图,从正面??和背面。这是太阳物理学的重要时刻,STEREO第一次确认了太阳是一个球形STEREO团队成员安耶洛斯Vourlidas。 太阳的内部可以分为三个层次:核心区的?辐射区和对流区。核心区的?太阳的半径是1/4的太阳半径,约整个太阳质量的一半。太阳的核心温度是非常高的1500万美元°C,压力是很大的,使热核氢发生聚变反应,从而释放出巨大的能量。这些能量通过辐射层和对流层中的物质的转移,并能够转移到到达底部的球在阳光下,并通过光球向外。物质密度的太阳的中心是非常高的。最多至160克每立方厘米。自身强大的引力,太阳在中心的太阳在一个高密度,高温度和高压力的状态。是太阳的巨大能量的发源地。中央区域由太阳能产生的能量,主要是通过辐射形式的转移。的太阳的中心区域外的是发光层,发光层的范围是从热核中心区的顶部?0.25太阳半径向外0.86太阳半径,其中的温度,密度和压力从内侧向外递减。从成交量为辐射层占整个太阳的体积绝大多数。太阳内部能量分布除了以辐射和对流过程。出太阳大气从太阳到达底部的0.86个太阳半径,这个间隔被称为对流层。这层气体特性变化很大,很不稳定,和巨大的对流运动形成的向上和向下。这是太阳的内部结构的最外层。 阳光球就是我们平时看到的太阳圆面,通常被称为太阳半径也是指光球的半径。球的光层在对流层中是最低的级别,或太阳大气的最内层。球的光学表面,是气态的,其平均密度是只有一个的数以百万计分,水,但由于其厚度可达500公里,所以光球是不透明的。球的大气光层的光望远镜球的表面有激烈的活动,可以看到许多人口密集的点状结构,很像海豚一粒米,被称为造粒。它们是极其不稳定的,典型的持续时间仅为5?10分钟,从300℃至400℃的较高温度下比光球的平均温度。想想中米粒组织的现象,引起球后,光强对流气体。光球的表面是另一个众所周知的现象是太阳黑子活动。太阳黑子是一个巨大的光球层的气流旋涡,大多呈现近椭圆形,在明亮的背景光球对比出现黑暗,但其实它们的温度高达4000℃,事件太阳黑子可单独取出一个大黑子便可以发出相当于满月的光。这一天表面黑子不断出现变化,这种变化反映了太阳辐射能量的变化。在黑子复杂的周期现象,平均活动周期为11.2年。 一层大气称为色球层上方的光球,并且通常不能很容易观察到,这方面在过去仅在日食中可以看出。当月亮的光线明亮,闪耀的时刻化妆舞会,人们可以发现日本的一轮绚丽的光彩了一层红玫瑰上的优势,那就是色球。色球层的厚度约为8000公里,它的化学组合物和光球基本上是相同的,但是在色球的材料的密度和压力远低于光球。日常生活中,远离热源的更远处的温度较低的太阳能气氛相对的顶部的球的光接近的色球的温度在4300℃下几乎高达数万,色球温度的顶部度,然后再进一步,在日冕区温度突然上升到几百万度。这种反常的气候变暖现象的人百思不得其解,至今还没有找到确切病因。它也能看到的色球许多??腾起的火焰,这是天文上所谓的“日珥,日珥是活动迅速变化的现象,一个完整的日珥过程一般几十分钟。在突起的形状千姿百态的一些作为烟云,有的像瀑布,喷泉,和一些类似的双曲拱桥,有的像一个圆形的灌木丛中,许多情况下,天文学家基础上的规模和速度变化的日珥的形态变化的速度到静止突出积极突出的火山喷发突出三类。的最壮观的情况下的火山喷发突出,在原本安静的或积极的日珥,有时突然“愤怒”,的气体物质拼命向上抛射,然后旋转的太阳表面的回报,形成一个环,所以称为环日珥:电晕是太阳大气的最外层,该物质也是在冠状等离子体,它的密度是低于色球,高达摄氏度的数以百万计,同时将温度成反比色球层。周围可见日面径向非常明亮的银白色的光芒,是太阳日冕日全食成正比。日冕色球层以上的范围,一直延伸到几个太阳半径。电晕也有向外扩张运动,并使得冷电离气体粒子从太阳和太阳风不断向外形成,太阳看起来很平静,实际上所有的时间发生的暴力活动。太阳从内到外的太阳核反应区,其中心区域的太阳对流层,太阳大气层。保持热核反应,发射到空间的辐射所产生的能量。22亿1能量辐射到地球,到成为的主源的光线和热量在地球,太阳表面,并在大气中的积极现象,如太阳黑子,耀斑和日冕物质喷发(日珥),太阳风将大大增强,造成许多地球物理现象 - 例如极光增多,电离层和地球磁场的变化,太阳活动和太阳风增强还严重干扰地球上的无线电通信的正常工作,航空航天设备,卫星上的精密电子仪器遭受损害的地面通信网络,电源控制网络的混乱,甚至可能对航天飞机和空间站的航天成员危及生命监测太阳活动和太阳风的强度,及时太空气象预报,越来越重要。 4000年前的祖先在远古时代,就像一个三条腿的乌鸦太阳黑子用肉眼看到,通过光学望远镜观测太阳,观测到的光,通常的光球,你可以看到很多黑点,他们被称为“黑子。黑子在一天中的表面的大小,数量,位置和形状,每天是不同的。太阳黑子是局部强磁场形成的光球层的材料剧烈运动,但也是一个重要的符号活动的光。长期观测太阳黑子就会发现,一些年,一些年来太阳黑子,太阳黑子,有时甚至数天,数十天之日起的表面没有黑子。长期以来,天文学家们指出,太阳黑子的最大或最小的一年到下一个或最少的年份,相距约11年。换句话说,太阳黑子的活动周期平均为11,这是整个太阳活动周期。天文学家称为太阳黑子最大的年度“太阳活动高峰年的太阳黑子极小值年称为”低太阳活动高峰年。 太阳耀斑是一种最剧烈的太阳活动。一般认为发生在色球层,也被称为“色球爆发”。其主要观测特征天面(常在黑子群)突然出现迅速发展的亮点闪耀,其寿命仅几分钟到几十分钟,亮度迅速增加缓慢下降,特别是在太阳活动峰年的,耀斑出现频繁且强度变强。别看它只是一个亮点,一旦有一个惊天动地的爆炸声。 10万到100增亮释放爆发的太阳耀斑的能量相当于总能量的强烈火山爆发,或相当于几十亿件100吨级氢弹的爆炸,而太阳耀斑大爆发,48分发布10 25电源焦耳巨大的能量。除了日面局部突然增亮现象耀斑更主要的性能,直到突然增加的辐射从无线电频带的透视通量;耀斑所发射的辐射的许多类型的,除了可见光,紫外线,所述-射线和伽玛射线,红外线和无线电辐射,冲击波和高能粒子流,甚至在超高能量宇宙射线。耀斑的巨大影响地球的空间环境。的太阳色球爆炸,地球的气氛瞬间笼罩挥之不去。发出大量的高能粒子到达地球轨道附近的耀斑,将严重危及安全的航天员在航天器和工具。耀斑辐射来到地球附近的戏剧性与空气分子发生碰撞,并破坏电离层,无线电波的反射功能的损失。无线电通信尤其是短波通信,以及电视台,电台广播,会受到干扰甚至中断。耀斑发射的高能带电粒子流和地球高层大??气作用,产生的极光,并干扰地球的磁场场磁暴引起的。此外,在耀斑对气象和水文也有一个直接或间接影响的不同程度。正因为如此,在越来越关注有关检测和预测耀斑,并正在努力揭开耀斑的奥秘。太阳光层是亮度比周围的斑状组织,它往往可以发现:在光球的表面观测天文望远镜,让人,一些较暗的亮区和暗斑形成。由于这里的高和低的温度,相对暗点,被称为“黑子”叫“现货”的亮点。点往往是在边缘的表面的太阳“性能”很少出现的?区域中心?的太阳的表面更深的光球和气体由于太阳的表面的中心区域的辐射属于的光源光球更高的层部分的边缘,所以点比表面的太阳高,可以描述为一个光球层高原上的“在现场的强风暴是太阳,天文学家将其称为”高原风暴。然而,乌云滚滚大雨倾盆,风量百草折地风暴相比,“高原风暴”的性格要温和得多。的点的亮度仅是略强于宁京广球层,一般在10%以上;温度比宁京广球层的300°C.的许多现场与太阳黑子结婚往往围绕着太阳黑子周围“表演”。至少是部分的点与的太阳黑子内容,活跃的地区,在70°高纬度地区,面积比较小,的现货平均寿命15天左右,大量现货使用寿命可达至三个月。点不仅出现在光球层,色球层和活动场所。当色球“表演”,活动的位置是在光的广泛一致的外观。然而,所谓的“点”在色球称为“谱斑” 。事实上,现货普拉一个整体,仅仅是因为他们的“家”是非常不同的,这是像建筑,现货住在楼下谱斑住在楼上。造粒一天表面结构的阳光日光层。的多边形颗粒形状,用望远镜观察到的。制粒温度超过一粒米的区域之间的温度大约为300℃,因此,它是光明的,很容易看到,虽然他们是小颗粒,实际的直径在1000公里到2000公里。明亮的造粒可能上升,从对流层的光暖空气球,不随时间而改变,并均匀地分布,并提出了激烈的起伏的运动。造粒上升到一定的高度,很快就冷却,并立即下降沿的上升热气流之间的差??距;寿命很短,来,走了,从产生到消失,几乎在地球的大气云烟雾和散得更快,平均预期寿命只有几分钟,此外,在超米粒组织近年来发现,其可扩展到约30000公里,约20小时。有趣的是,在旧中米粒组织走了,新的肉芽在原来的位置迅速,这种连续的现象,就像我们看到沸腾的粥每天不断上下翻腾的热气泡。恒星自己的生命历程,从诞生,成长,衰老并最终死亡的,他们是不同尺寸,不同颜色,不同的进化过程中,恒星生命接触它的性能不仅提供光与热。其实的重原子构成的行星和生命的物质在创建的过程中的一些恒星生命结束时的爆发。太阳的主序星阶段,通过对恒星演化的计算机模拟模型和宇宙年代经历了大约4.57亿年。据研究,在45.9亿年前,一组迅速的氢分子云坍缩形成的第三代金牛T型星家庭,这是太阳这颗新生恒星运行的沿银河系的中心是大约27,000光年远的近圆形轨道。在其主序星阶段到中年的太阳,恒星核反应发生在这个阶段,它的核心是每秒的内部氢核聚变成氦。以这样的速度,太阳已经约100个??地球质量的物质转化成能量。太阳持续了约10亿年的时间能力超过400万吨的阳光转化为能量的核心材料,产生中微子和太阳辐射。太阳质量的主序星。成一颗超新星爆发是不够的。50亿至60亿年后,太阳的氢已经耗尽,核心的氦原子的太阳变成红巨星,其核心的氢耗尽时核心收缩和升高的温度下,太阳外层的膨胀。时发生其核心温度升高到100,000,000?氦融合以产生碳,从而进入渐近巨星分支,而太阳内部的氦被完全转换为碳,太阳将不再排放成为一个死亡之星。地球的最终命运还不清楚。当太阳变成红巨星,它的半径是多一个天文单位,超出的地球,这是260倍的电流太阳半径的轨道然而,时,AGB星,太阳的恒星风将失去约30%的质量,因此推断行星轨道。仅用于此目的,地球可能会幸免被吞噬太阳。然而,新的研究表明,地球的影响,因为,潮汐作用或由太阳吞掉地球能逃脱的命运熔融太阳对地球上的水蒸发和的气氛将是耗散。事实上,即使如果太阳是仍然主序星,它将会逐渐的变成美好的,表面温度向上升慢慢地,太阳的温度上升将导致以900万后,地球表面温度上升,生活因为我们知道它可以不生存。随后另一个10亿美元年来,地球表面的水将完全消失。的强烈搏动的红色巨型阶段,产生的热量会扔远的外壳的太阳,行星状星云的形成。恒星内核的失去了房屋后,只留下极热,它会变成一颗白矮星,在很长一段时间慢慢冷却和暗淡。这是一个典型的低质量恒星在演化的过程[3]。太阳圆圆的脸角直径在天空中32弧分,从地球上看到的月球的角直径很接近,是一个奇妙的巧合(太阳的直径大约是月亮的400倍,从我们的距离的400倍地球 - 月球距离),日食看起来特别壮观当太阳离我们更接近比任何其他的明星,它的视星等达到-26.8地球上看到最明亮的天体。太阳每25.4天旋转一周(平均周期,赤道旋转的速度比在高纬度地区),约该星系的中心,每200万转一圈。太阳的旋转稍微平坦完美的球形差异为0.001%,相当于在赤道半径和极坐标半径差异6公里(的地球这个差异的21公里,月亮是9公里,土星木星9000公里,5500公里)。差异,麻雀虽小,但这个平面度测量是非常重要的,因为任何稍大一点的扁平程度(0.005%),即使是太阳引力对水星轨道的变化,使根据水星近日点进动的广义相对论做了测试,以成为可信的。太阳风是从太阳和移动速度200800公里/ s的连续的等离子流。虽然这种物质从空气中地球,而不是由气体构成的分子组成的基本粒子 - 如质子和电子的层次结构,而是由更简单的比原子小,但它们流动时产生的空气流的影响是非常相似的,所以称为太阳风。当然,太阳风的密度与地球上的风的密度相比,是非常非常薄的和微不足道的,一般情况下,地球附近,有几个到几十每立方厘米的粒子在星际空间。和密度地球上的手作为比较,268.7十亿十亿分子每立方厘米。太阳风是非常薄的,但它吹暴力金,远远比地球上的风。在地球上,在12 - 台风风速度是32.5米的每秒以上,风在地球附近太阳风的速度经常保持在每秒350至450公里,是地球风速倍,最猛烈的每一秒,超过800公里。物质粒子从日冕最外层的太阳大气空间的太阳风继续流动抛射出去。这从冠状孔喷出的粒子流,其主要成分是氢粒子和氦粒子。二:一个连续的辐射速度更小的颗粒含量少,被称为“持续太阳风,另一种太阳活动的辐射,高速太阳风粒子含量比这太阳风被称为”扰动太阳风的太阳风在地球上的轩然大波,当它到达地球时,往往引起很大的磁暴与强烈的极光,也产生电离层骚扰。太阳风的存在,研究太阳以及太阳和地球的关系,方便。在地球以外的原子能和火山爆发,地震,潮汐,太阳和其他恒星分布式能源来源的所有能量。太阳能辐射能量谱密度。调用的天文数额的太阳辐射到达地球大气对太阳辐射的能源部门。部门垂直单位面积的??太阳的光线的太阳在本单位时间的全光谱的总辐射能量在地球的上层大气,在地球位于每天的平均距离,称为太阳常数。的普通单位的太阳能不变瓦/米2。不同的观察方法和技术,太阳是一个恒定值。于1981年出版,由世界气象组织(WMO)太阳常数的数值为1368瓦/米2,如果太阳常数乘以当天的平均距离为半径的球形面积,从而导致太阳在每分钟发出的总能量,这种能量每分钟2.273×10 ^ 28萘空间的热量(太阳辐射的第二和煤的不完全燃烧产生的热量相当于亿吨马力的发动机功率为亿,相当于每平方米的85,000马力电站,就相当于太阳表面的)地球上,只有这些能量2.2十亿1。太阳能的能量相当于至10亿美元亿美元每年千瓦时的能量发送到地球。太阳能也可以说,到是取之不尽,用之不竭和无污染,最好的能源。地球的大气的上绑定的太阳辐射光谱超过99%的波长范围从0.15到4.0微米,大约50%的太阳辐射能量在可见光谱区域(波长为0.4至0.76微米),和7%在紫外光谱区(波长小于0.4微米),和43%的红外光谱区域(波长为0.76微米),在0.475微米波长??的最大能量。由于太阳能辐射波长是小得多的地面和大气辐射波长(约3?120微米),通常被称为太阳辐射是短波辐射相比,上述地面的长波辐射和大气辐射。太阳活动与的地球与太阳距离的变化将导致地球的大气层上边界变化的太阳辐射能量。太阳所有的时间传送到地球,光热,的阳光,在这个星球上的植物进行光合作用。大多数植物的叶子是绿色的,因为它们含有叶绿素,叶绿素利用光能合成各种有机化合物,这一过程被称为光合作用。计算出整个世界的绿色植物每天可以生产约400万吨的蛋白质,碳水化合物和脂肪,以及近500万吨的氧气,人与动物在同一时间,可以释放到空气中,以提供足够的食物的阳光和氧气。对于人类来说,无疑是宇宙中最重要的对象。万物生长的太阳,没有太阳,成千上万的现象不可能在地球上的生活的态度,当然,不会人类的智能生物。孕育而生的阳光和温暖的人,带来了能量和季节性周期的白天和黑夜,在地球的温带的变化,地球上的生命提供了各种形式的
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地球太阳系八大行星之一,国际名称为“该娅”(盖娅(Gaea),希腊神话中的大地之神,所有神灵中德高望重的显赫之神。是希腊神话中最早出现的神,在开天辟地时,由卡厄斯(Chaos)所生。她是宙斯的祖母,盖娅生了天空,天神乌拉诺斯(Ouranos or Uranus),并与他结合生了六男六女,十二个泰坦巨神及三个独眼巨人和三个百臂巨神,是世界的开始,而所有天神都是她的子孙后代。至今,西方人仍然常以“盖娅”代称地球。 ),按离太阳由近及远的次序数是第三颗。它有一颗天然的卫星---月球,二者组成一个天体系统---地月系统。
地球自西向东自转,同时又围绕太阳公转。地球自转与公转运动的结合使其产生了地球上的昼夜交替和四季变化(地球自转和公转的速度是不均匀的)。同时,由于受到太阳、月球、和附近行星的引力作用以及地球大气、海洋和地球内部物质的等各种因素的影响,地球自转轴在空间和地球本体内的方向都要产生变化。地球自转产生的惯性离心力使得球形的地球由两极向赤道逐渐膨胀,成为目前的略扁的旋转椭球体,极半径比赤道半径短约21千米。
阿波罗飞船在月球上看到地球是由一系列的同心层组成。地球内部有核(地核)、幔(地幔)、壳(地壳)结构。地球外部有水圈和大气圈,还有磁层,形成了围绕固态地球的美丽外套。
地球作为一个行星,远在56亿年以前产生于原始太阳星云。
地球的基本参数
扁率因子:
平均密度:
5.52克/厘米3
赤道半径:
平均半径:
赤道重力加速度:
ge = 9.780327 米/秒2
平均自转角速度:
ωe = 7.292115 × 10-5 弧度/秒
M⊕ = 5.9742 ×1024 公斤
地心引力常数:
GE = 3. ×1014 米3/秒2
平均密度:
ρe = 5.515 克/厘米3
太阳与地球质量比:
太阳与地月系质量比:
公转时间:
T = 365.2422 天
离太阳平均距离:
A = 1. × 1011 米
公转速度:
v = 11.19 公里/秒
表面温度:
t = - 30 ~ +45
表面大气压:
表面重力加速度(赤道):
978.0厘米/秒2
表面重力加速度(极地):
983.2厘米/秒2
自转周期:
23时56分4秒(平太阳时)
公转轨道半长径:
公转轨道偏心率:
公转周期:
黄赤交角:
地球海洋面积:
地壳厚度:
80.465公里
地幔深度:
地核半径:
人们对于地球的结构直到最近才有了比较清楚的认识。整个地球不是一个均质体,而是具有明显的圈层结构。地球每个圈层的成分、密度、温度等各不相同。在天文学中,研究地球内部结构对于了解地球的运动、起源和演化,探讨其它行星的结构,以至于整个太阳系起源和演化问题,都具有十分重要的意义。地球各圈层结构
地球圈层分为地球外圈和地球内圈两大部分。地球外圈可进一步划分为四个基本圈层,即大气圈、水圈、生物圈和岩石圈;地球内圈可进一步划分为三个基本圈层,即地幔圈、外核液体圈和固体内核圈。此外在地球外圈和地球内圈之间还存在一个软流圈,它是地球外圈与地球内圈之间的一个过渡圈层,位于地面以下平均深度约150公里处。这样,整个地球总共包括八个圈层,其中岩石圈、软流圈和地球内圈一起构成了所谓的固体地球。对于地球外圈中的大气圈、水圈和生物圈,以及岩石圈的表面,一般用直接观测和测量的方法进行研究。而地球内圈,目前主要用地球物理的方法,例如地震学、重力学和高精度现代空间测地技术观测的反演等进行研究。地球各圈层在分布上有一个显著的特点,即固体地球内部与表面之上的高空基本上是上下平行分布的,而在地球表面附近,各圈层则是相互渗透甚至相互重叠的,其中生物圈表现最为显著,其次是水圈。大气圈
大气圈是地球外圈中最外部的气体圈层,它包围着海洋和陆地。大气圈没有确切的上界,在2000 ~ 16000 公里高空仍有稀薄的气体和基本粒子。在地下,土壤和某些岩石中也会有少量空气,它们也可认为是大气圈的一个组成部分。地球大气的主要成份为氮、氧、氩、二氧化碳和不到0.04%比例的微量气体。地球大气圈气体的总质量约为5.136×1021克,相当于地球总质量的百万分之0.86。由于地心引力作用,几乎全部的气体集中在离地面100公里的高度范围内,其中75%的大气又集中在地面至10公里高度的对流层范围内。根据大气分布特征,在对流层之上还可分为平流层、中间层、热成层等。水圈
水圈包括海洋、江河、湖泊、沼泽、冰川和地下水等,它是一个连续但不很规则的圈层。从离地球数万公里的高空看地球,可以看到地球大气圈中水汽形成的白云和覆盖地球大部分的蓝色海洋,它使地球成为一颗&蓝色的行星&。地球水圈总质量为1.66×1024克,约为地球总质量的3600分之一,其中海洋水质量约为陆地(包括河流、湖泊和表层岩石孔隙和土壤中)水的35倍。如果整个地球没有固体部分的起伏,那么全球将被深达2600米的水层所均匀覆盖。大气圈和水圈相结合,组成地表的流体系统。生物圈
由于存在地球大气圈、地球水圈和地表的矿物,在地球上这个合适的温度条件下,形成了适合于生物生存的自然环境。人们通常所说的生物,是指有生命的物体,包括植物、动物和微生物。据估计,现有生存的植物约有40万种,动物约有110多万种,微生物至少有10多万种。据统计,在地质历史上曾生存过的生物约有5-10亿种之多,然而,在地球漫长的演化过程中,绝大部分都已经灭绝了。现存的生物生活在岩石圈的上层部分、大气圈的下层部分和水圈的全部,构成了地球上一个独特的圈层,称为生物圈。生物圈是太阳系所有行星中仅在地球上存在的一个独特圈层。岩石圈
对于地球岩石圈,除表面形态外,是无法直接观测到的。它主要由地球的地壳和地幔圈中上地幔的顶部组成,从固体地球表面向下穿过地震波在近33公里处所显示的第一个不连续面(莫霍面),一直延伸到软流圈为止。岩石圈厚度不均一,平均厚度约为100公里。由于岩石圈及其表面形态与现代地球物理学、地球动力学有着密切的关系,因此,岩石圈是现代地球科学中研究得最多、最详细、最彻底的固体地球部分。由于洋底占据了地球表面总面积的2/3之多,而大洋盆地约占海底总面积的45%,其平均水深为米,大量发育的海底火山就是分布在大洋盆地中,其周围延伸着广阔的海底丘陵。因此,整个固体地球的主要表面形态可认为是由大洋盆地与大陆台地组成,对它们的研究,构成了与岩石圈构造和地球动力学有直接联系的&全球构造学&理论。软流圈
在距地球表面以下约100公里的上地幔中,有一个明显的地震波的低速层,这是由古登堡在1926年最早提出的,称之为软流圈,它位于上地幔的上部即B层。在洋底下面,它位于约60公里深度以下;在大陆地区,它位于约120公里深度以下,平均深度约位于60~250公里处。现代观测和研究已经肯定了这个软流圈层的存在。也就是由于这个软流圈的存在,将地球外圈与地球内圈区别开来了。地幔圈
地震波除了在地面以下约33公里处有一个显著的不连续面(称为莫霍面)之外,在软流圈之下,直至地球内部约2900公里深度的界面处,属于地幔圈。由于地球外核为液态,在地幔中的地震波S波不能穿过此界面在外核中传播。P波曲线在此界面处的速度也急剧减低。这个界面是古登堡在1914年发现的,所以也称为古登堡面,它构成了地幔圈与外核流体圈的分界面。整个地幔圈由上地幔(33~410公里深度的B层,410~1000公里深度的C层,也称过渡带层)、下地幔的D′层(公里深度)和下地幔的D〃层(公里深度)组成。地球物理的研究表明,D〃层存在强烈的横向不均匀性,其不均匀的程度甚至可以和岩石层相比拟,它不仅是地核热量传送到地幔的热边界层,而且极可能是与地幔有不同化学成分的化学分层。外核液体圈
地幔圈之下就是所谓的外核液体圈,它位于地面以下约2900公里至5120公里深度。整个外核液体圈基本上可能是由动力学粘度很小的液体构成的,其中公里深度称为E层,完全由液体构成。4980公里至5120公里深度层称为F层,它是外核液体圈与固体内核圈之间一个很簿的过渡层。固体内核圈
地球八个圈层中最靠近地心的就是所谓的固体内核圈了,它位于公里地心处,又称为G层。根据对地震波速的探测与研究,证明G层为固体结构。地球内层不是均质的,平均地球密度为5.515克/厘米3,而地球岩石圈的密度仅为2.6~3.0克/厘米3。由此,地球内部的密度必定要大得多,并随深度的增加,密度也出现明显的变化。地球内部的温度随深度而上升。根据最近的估计,在100公里深度处温度为1300°C,300公里处为2000°C,在地幔圈与外核液态圈边界处,约为4000°C,地心处温度为 5500 ~ 6000°C。形状和大小
中国古代对天地的认识有所谓浑天说。东汉张衡在《浑天仪图注》里写道:“天体圆如弹丸,地如鸡中黄……天之包地犹壳之裹黄。”地球是圆的这个概念在远古就已模糊地存在了 。723 年唐玄宗派一行和南宫说等人 ,在今河南省选定同一条子午线上的 13 个地点 ,测量夏至的日影长度和北极的高度 ,得到子午线一度之长为351里80步 (
唐代的度和长度单位 )。折合现代的尺度就是纬度 一度长132.3千米,相当于地球半径为7600千米 ,比现代的数值约大20%。这是地球尺度最早的估计( 埃及人的测量更早 一些,但观测点不在同 一 子午线上 ,而且长度单位核算标 准不详,精度无从估计)。
精确的地形测量只是到了牛顿发现万有引力定律之后才有可能,而地球形状的概念也逐渐明确。地球并非是很规则的正球体。它的表面可以用一个扁率不大的旋转椭球面来极好地逼近。扁率e为椭球长短轴之差与长轴之比 ,是表示地球形状的一个重要参量。经过多年的几何测量、天文测量以至人造地球卫星测量,它的数值已经达到很高的精度。这个椭球面不是真正的地球表面,而是对地面的一个更好的科学概括,用来作为全球各地大地测量的共同标准,所以也叫做参考椭球面 。按照 这个参考椭球面 ,子午圈上一平均度是111.1千米 ,赤道上一平均度是111.3千米 。在参考椭球面上重力势能是相等的,所以在它上面各点的重力加速度是可以计算的,公式如下:g0=9.+0.0053024sin2j-0.0000059sin2j)米/秒2, 式中g0是海拔为零时的重力加速度,j是地理纬度 。知道了地球形状、重力加速度和万有引力常数G=6.670×10-11牛顿·米2/千克2,可以计算出地球的质量M为 5.976×1027克。自转
由于地球转动的相对稳定性 ,人类生活历来都利用它作为计时的标准,简单地说,地球绕太阳公转一周的时间叫做一年,地球自转一周的时间叫做一日。然而由于地球外部和内部的原因,地球的转动其实是很复杂的。地球自转的复杂性表现在自转轴方向的变化和自转速率即日长的变化。
自转轴方向的变化中,最主要的是自转轴在空间绕黄道轴缓慢旋进,造成春分点每年向西移动50.256〃的岁差。这是日、月对地球赤道突出部分吸引的结果。其次是地球自转轴相对于地球本身的位置变化,造成了地面各点的纬度变化。这种变化主要有两种成分
:一种以一年为周期 ,振幅约为0.09〃,是大气和海水等季节性变化所引起的,是一种强迫振动;另一种成分以14个月为周期,振幅约为0.15〃,是地球内部变化所引起的,叫做张德勒摆动,是一种自由振动 。此外还有一些较小的自由振动。
转速的变化造成日长的变化。主要有3类 :长期变化是减速的,使日长每百年增加1 ~ 2毫秒 ,是潮汐摩擦的结果;季节性变化最大可使日长变化0.6毫秒 ,是气象因素引起的;
不规则的短期变化,最大可使日长变化4毫秒 ,是地球内部变化的结果。表面形态和地壳运动
地球的表面形态是极复杂的,有绵亘的高山,有广袤的海盆,还有各种尺度的构造。
地表的各种形态主要不是外力造成的,它们来源于地壳的构造运动。地壳运动的起因至少有以下几种设想:①地球的收缩或膨胀。许多地学家认为地球一直在冷却收缩,因而造成巨大的地层褶皱和断裂。然而观测表明,地面流出去的热量和地球内部因放射性物质的衰变而生出的热量是同量级的。也有人提出地球在膨胀的论据。这个问题现在尚无定论。②地壳均衡。在地壳以下的某一定深度,单位面积上的载荷有一种倾向于均等的趋势。地面上的巨大高差为地下深部横向物质流动所调节。③板块大地构造假说——地球最上层约八、九十千米厚的岩石层是由几块巨大的板块组成的。这些板块相互作用和相对运动就产生地面上一切大地构造现象 。板块运动的动力来自何处,现在还不清楚,但不少人认为地球内部物质的对流起了决定性的作用。电磁性质
地磁场并不指向正南。11世纪中国的《梦溪笔谈》就有记载。地磁偏角随地而异。真正地磁场的形态是很复杂的。它有显著的时间变化,最大的变化幅度可达到总地磁场的千分之几或更高。变化可分为长期的和短期的。长期变化来源于地球内部的物质运动;短期变化来源于电离层的潮汐运动和太阳活动的变化。在地磁场中,用统计平均或其他方法将短期变化消去后就得到所谓基本地磁场。用球谐分析的方法可以证明基本地磁场有99%以上来源于地下,而相当于一阶球谐函数部分约占80%,这部分相当于一个偶极场,它的北极坐标是北纬78.5°,西经69.0°。短期变化分为平静变化和干扰变化两大类。平静变化是经常出现的,比较有规律并有一定的周期,变化的磁场强度可达几十纳特 ;干扰变化有时是全球性的 ,最大幅度可达几千纳特
,叫做磁暴。
基本磁场也不是完全固定的,磁场强度的图像每年向西漂移0.2°~0.3°,叫做西向漂移。这就指出地磁场的产生可能是地球内部物质流动的结果。现在普遍认为地球核主要是铁镍组成的(还包含少量的轻元素)导电流体,导体在磁场中运动便产生电流。这种电磁流体的耦合产生一种自激发电机的作用,因而产生了地磁场。这是当前比较最为人接受的地磁场成因的假说。
当岩浆在地磁场中降温而凝固成岩石时,便受到地磁场磁化而保留少许的永久磁性,称为热剩磁。大多数岩浆岩都带有磁性,其方向和成岩时的地磁场方向一致。由相同时代的不同岩石标本可以确定成岩时地球磁极的位置。但由不同地质时代的岩石标本所确定的地磁极位置却是不同的。这就给大陆漂移的假说提供了一个有力的证据。人们还发现,在某些地质时代成岩的岩石,磁化方向恰好和现代的地磁场方向相反。这是由于地球在形成之后,地磁场曾多次自己反向的结果。按照自激发电机地磁场成因假说,这种反向是可以理解的。地磁场的短期变化可以感应地下电流,而地下电流又引起地面的感应磁场。地下电流同地下物质的电导率有关,因而可由此估计地球内部的电导率分布。然而计算是复杂的,而且解答不单一。现在所能取得的一致意见是电导率随深度而增加,在60~100千米深度附近增加很快 。在400~700千米的深处,电导率又有明显的变化,此处相当于地幔中的过渡层(又叫C层)。温度和能源
地面从太阳接受的辐射能量每年约有10焦耳,但绝大部分又向空间辐射回去,只有极小一部分穿入地下很浅的地方。浅层的地下温度梯度约为每增加30米,温度升高1℃ ,但各地的差别很大 。由温度梯度和岩石的热导率可以计算热流 。由地面向外流 出的热量 ,全球平均值约为6.27 微焦耳/厘米秒 ,由地面流出的总热能约为10.032×1020焦耳/年。
地球内部的一部分能源来自岩石所含的放射性元素铀 、钍、钾。它们在岩石中的含量近年来总在不断地修正,有人估计地球现在每年由长寿命的放射性元素所释放的能量约为9.614×1020焦耳 ,与地面热流很相近 ,不过这种估计是极其粗略的,含有许多未知因素。另一种能源是地球形成时的引力势能,假定地球是由太阳系中的弥漫物质积聚而成的 。这部分能量估计有25×1032焦耳 ,但在积聚过程中有一大部分能量消失在地球以外的空间 ,有一小部分 ,约为1×1032焦耳,由于地球的绝热压缩而积蓄为地球物质的弹性能。假设地球形成时最初是相当均匀的,以后才演变成为现在的层状结构,这样就会释放出一部分引力势能,估计约为2×1030焦耳。这将导致地球的加温。地球是越转越慢的。地球自形成以来,旋转能的消失估计大约有1.5×1031焦耳,还有火山喷发和地震释放的能量,但其数量级都要小得多。
地面附近的温度梯度不能外推到几十千米深度以下。地下深处的传热机制是极其复杂的,由热传导的理论去估计地球内部的温度分布,常得不到可信的结果。但根据其他地球物理现象的考虑,地球内部某些特定深度的温度是可以估计的。结果如下:①在100千米的深度 ,温度接近该处岩石的熔点,约为℃;②在400千米和650千米的深度,岩石发生相变 ,温度各约在1500℃和1900℃ ;③ 在核幔边界,温度在铁的熔点之上,但在地幔物质的熔点之下,约为3700℃;④在外核与内核边界 ,深度为5100千米 ,温度约为4300℃,地球中心的温度,估计与此相差不多。内部结构
地球的分层结构基本上是按地震波( P和S )的传播速度划分的。地球上层有显著的横向不均匀性:大陆地壳和海洋地壳的厚度大不相同,海水只覆盖着2/3的地面。
地震时,震源辐射出两种地震波,纵波P和横波S。它们各以不同的速度向四围传播?经过不同的时间到达地面上不同的地点。若在地面上记录到P和S的传播时间随震中距离的变化,就可以推算地下不同深度地震波的传播速度υp和υs。
地球内部的分层就是由地震波速度分布定义的,在海水之下,地球最上层叫做地壳,厚约几十千米。地壳以下直对地核,这部分统称为地幔。地幔内部又有许多层次。地壳与
地幔的边界是一个明显的间断面 ,称为M界面或莫霍界面 。界面以下约到会80千米的深度,速度变化不大,这部分叫做盖层。再往下,速度变化不大,这部分叫做盖层。再往下 ,速度明显降低 ,直到约220千米深度才又回升 。这部分叫低速带。以下直到2891千米深度叫做下地幔。核幔边界是一个极明显的间断面。进入地核 ,S波消失 ,所以地球外核是液体。到了5149.5千米的深度 ,S波又出现,便进入了地球内核。
由地球的速度和密度的分布可以计算出地球内部的两个弹性常数、压力和重力加速度的分布。在地幔中,重力加速度g的变化很小 ,只是过了核幔边界才向地心递减至零 。在核幔边界处的压力为1.36兆巴,在地心处为3.64兆巴。内部物质组成
地震波的速度和密度分布对于地球内部的物质组成是一个限制条件 。地球核有约 90%是由铁镍合金组成的,但还含有约法三章10%的较轻物质;可能是硫或氧。关于地幔的矿物组成,现在还存在分歧意见。地壳中的岩石矿物是由地幔物质分异而成的。火山活动和地幔物质的喷发表明地幔的主要矿物是橄榄岩。地震波速度的数据表明在内400、500、和谐500千米的深度,波速的梯度很大 。这可解释为矿物相变的结果。在内400千米的深处 ,橄榄石相变为尖晶石的结构,而辉石则熔入石榴石 。在家500千米的深度,辉石也分解为尖晶石和超石英的结构 。在先650千米深度下,这些矿物都为钙钛矿和氧化物结构 。在下地幔最下的200千米中,物质密度有显著增加。这个区域有无铁元素的富集还是一个有争论的问题。还有,越外天气越冷,里面是岩浆,在100摄氏度左右起源和演化
地球的起源和演化问题实际上也就是太阳系的起源和演化问题。早期的假说主要分两大派:以康德和拉普拉斯为代表的渐变派和以G.L.L.布丰为代表的灾变派 。渐变派认为太阳系是由高温的旋转气体逐渐冷却而成的;灾变派主张太阳系是由此及彼2个或3个恒星发生碰撞或近距离吸引而产生的。早期的假说主要企图解释一些天文事实,如行星轨道的规律性,内行星和外行星的区别。太阳系中角动量的分布等。在全面解释上述观测事实时,两派都遇到不可克服的因难。
从20世纪40年代中期起,人们逐渐倾向于太阳系起源于低温的固体尘埃的观点。较早的倡议者有魏茨泽克、施米特和尤里。他们认为行星不是由高温气体凝固而成,而是由温度不高的固体尘物质积聚而成的。
地球形成时基本上是各种石质物体和尘、气的混合物积聚而成的。初始地球的平均温度估计不超过去时1000℃。由于长寿命放射性无素的衰变和引力势能的释放,地球的温度逐渐升高。当温度超过铁的熔点时,原始地球中的铁元素就化成液态,由于密度大就流向地球的中心部分,从而形成了地核。地球内部温度继续升高,使地幔局部熔化,引起了化学分异,促进了地壳形成。
海洋和大气都不是地球形成时就有的,而是次生的。因为原始地球不可能保持大气和水 。海洋是地球内部增温和分异的结果。原始大气是从地球内部放出的,是还原性的。直到绿色植物出现后,大气中才逐渐积累了自由氧,在漫长的地质年代中逐渐形成现在的大气(见地球起源)。地球的年龄
如果定义为原始地球形成后到现在的时间,则由岩石和矿物所含的放射性同位素可以测定。但是这样做时,仍免不了对地球的初始状态做一些假定,根据岩石矿物中和陨石中铅同位素的精密分析,现在一般都接受的地球年龄约为46亿年。太阳系太阳系(solar system)组成太阳系(solar system)就是我们现在所在的恒星系统。由太阳、8颗大行星(原先有九大行星,因为冥王星被剔除为矮行星)、66颗卫星(原有67颗,冥王星的卫星被剔除)以及无数的小行星、彗星及陨星组成的。行星由太阳起往外的顺序是:水星(mercury)、金星(venus)、地球(earth)、火星(mars)、木星(jupiter)、土星(saturn)、天王星(uranus)、海王星(neptune)。离太阳较近的水星、金星、地球及火星称为类地行星(terrestrial planets)。宇宙飞船对它们都进行了探测,还曾在火星与金星上着陆,获得了重要成果。它们的共同特征是密度大(&3.0克/立方厘米),体积小,自转慢,卫星少,内部成分主要为硅酸盐(silicate),具有固体外壳。离太阳较远的木星、土星、天王星、海王星称为类木行星(jovian planets)。它们都有很厚的大气圈,其表面特征很难了解,一般推断,它们都具有与类地行星相似的固体内核。在火星与木星之间有100000个以上的小行星(asteroid)(即由岩石组成的不规则的小星体)。推测它们可能是由位置界于火星与木星之间的某一颗行星碎裂而成的,或者是一些未能聚积成为统一行星的石质碎块。陨星存在于行星之间,成分是石质或者铁质。这些行星都以太阳为中心以椭圆轨道公转,虽然除了水星的十分接近于圆。行星轨道中或多或少在同一平面内(称为黄道面并以地球公转轨道面为基准)。黄道面与太阳赤道仅有7度的倾斜。冥王星的轨道大都脱离了黄道面,倾斜度达17度。上面的图表从一个特定的高于黄道面的透视角显示了各轨道的相对大小及关系(非圆的现象显而易见)。它们绕轨道运动的方向一致(从太阳北极上看是逆时针方向),因此,科学家们把冥王星排除在九大行星之外。除金星和天王星外自转方向也如此。太阳系(solar system)在宇宙中的位置太阳系位于银河系边缘太阳系是由太阳以及在其引力作用下围绕它运转的天体构成的天体系统。它包括太阳、八大行星及其卫星、小行星、彗星、流星体以及行星际物质。人类所居住的地球就是太阳系中的一员。这个示意图显示了各个行星与太阳的相对大小.太阳系的构成太阳系的中心是太阳,虽然它只是一颗中小型的恒星,但它的质量已经占据了整个太阳系总质量的99.85%;余下的质量中包括行星与它们的卫星、行星环,还有小行星、彗星、柯伊伯带天体、外海王星天体、理论中的奥尔特云、行星间的尘埃、气体和粒子等行星际物质。整个太阳系所有天体的总表面面积约为17亿平方千米。太阳以自己强大的引力将太阳系中所有的天体紧紧地控制在他自己周围,使它们井然有序地围绕自己旋转。同时,太阳又带着太阳系的全体成员围绕银河系的中心运动。太阳系内迄今发现了八颗大行星。有时称它们为“八行星”。按照距离太阳的远近,这八大行星依次是:最近的水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。水星、金星、地球和火星也被称为类地行星,木星和土星也被称为巨行星,天王星、海王星也被称为远日行星。除了水星和金星外,其他的行星都有卫星。在火星和木星之间还存在着数十万个大小不等,形态各异的小行星,天文学家将这个区域称为小行星
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