天文学汇总1

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水、干旱以及其他气候异常和灾难。

自然资源

地壳中包含大量化石燃料沉积：煤、石油、天然气、甲烷气水包合物。这些沉积物被人类使用用来制造能源和作为其他化学物的给料。

在腐蚀和行星筑造作用下，含铁矿石组成了地壳。这些金属矿石包含了多种金属质和有用的化学元素。

地球生物圈能够产生大量有用的生物产出，包括（但不限于）食物、木材、药物、氧气。生物圈还能回收大量有机垃圾、地面生态系统是依赖于上层土和新鲜水的，而海洋生态系统依赖于陆地上冲刷后融解的的营养物。

人类开发地球的自然资源是很普遍的。

这些资源中的一些，比如化石燃料，是很难短时间内再重新产生的。这称作不可再生资源。人类文明对不可再生资源的掠取已经成为现代环保主义运动的重要论争之一。

29 恒星日、太阳日、太阴日、太阳时

1.恒星日

通常认为，恒星日（Sidereal Day）是地球上某点对某个恒星连续两次经过其上中天的时间间隔。是地球自转的恒星周期，是指在天文学上以恒星为标准量度地球自转的周期，因为恒星通常被假设是不动的，从这个意义来说，是地球真正的自转周期。

在天文学上，定义恒星日的不是具体的恒星，而是黄道对于天赤道的升交点，即白羊宫第一点，就是北半球的春分点。但是春分点在不断的西移（岁差），所以天文学上的恒星日与地球的自转周期还是有区别的。

因为地球自转不断变慢，所以恒星日将越来越长。

1恒星日=23小时56分4.09894秒，短于人们日常使用的太阳日。

太阳日是依据太阳运动，所定义的时间，可以分为视太阳日和平太阳日。 一太阳日传统称为一“天”或一“昼夜”。 2.太阴日

以月球为参考点所度量的地球自转周期。月球中心连续两次通过地球上同一子午线所需要的时间。平均是24小时50分，比平太阳日长50.47分。这是由于月球公转方向和地球自转方向相同，月球每日在白道上平均运行13°11′，因此当地球自转一周后，月球已经沿轨道向前运行了13°11′，而地球需要再转过13°11′（地球绕过这个角度所需的时间约是50分），月球中心才能两次经过这一子午线。所以，以一定的地点来说，月球中心通过当地子午线的时刻，总比前一天延迟50分钟。

3.视太阳日

视太阳日是依据视太阳定义的，也就是真实的太阳两次经过该地的子午线的时间间隔，可以使用日晷来测量。

由于以下两个原因，视太阳日在一年当中的长度会每天不停地改变。

首先，地球的轨道是一个椭圆而不是正圆，所以当地球接近太阳时速度会加快，到达近日点时的运动速度最快；远离时又会减慢，到达远日点时的速度最慢（参考开普勒行星运动定律）。

其次，因为地球自转轴的倾斜角度，使得太阳在黄道上运行的大圆对地球的天球赤道是倾斜的，当太阳在两个分点时，穿越赤道时会有一个角度的，所以投影在赤道上的运行速度小于平均速度；当太阳在至点时，他的运动方向是平行于赤道的，所以投影的运行速度高于平均的速度（参考回归年）。因此，视太阳日在3月（26-27日）和9月（12-13日）是比在6月（18-19日）或12月（20-21日）短的。这些日期的长短变化是在分点、至点、远日点、和近日点之间逐渐变化的。

4.平太阳日

平太阳日是以平太阳为参考点，以平太阳连续两次经过上中天，转360°59'，需时24小时。更明确的说，平太阳日是经由观察太阳相对于恒星的周日运动，所获得的平均太阳时，经由人为的调整而显示在时钟上的时间。

平太阳日的长度是固定的24小时，在一年之中不会因为昼夜长短的变化而改变。视太阳日的长度会与平太阳日（86,400秒）不同，相邻的每一天最多可以短22秒或长29秒。因为这种延长或缩短会持续进行一段时间，所以最多会比平太阳日提早17分钟或延迟14分钟。因为这些期间是周期性的，平太阳时和视太阳时的差值就是均时差。

在历史上有许多方法被用来模拟（显示）平太阳时，最早是使用漏壶或水钟，差不多从纪元前四千年到纪元前二千年中期。在纪元前一千年中叶之前，水钟只能依据视太阳日来调整，因此除了能在夜晚继续使用外，他的准确度并不会比依靠太阳投影的日晷好。

5.太阳时

太阳时是指以太阳日为标准来计算的时间。可以分为真太阳时和平太阳时。

以真太阳日为标准来计算的叫真太阳时，日晷所表示的时间就是真太阳时。以平太阳日为标准来计算的叫平太阳时，钟表所表示的时间就是平太阳时。 实际上我们日常用的计时是平太阳时，平太阳时假设地球绕太阳是标准的圆形，一年中每天都是均匀的。北京时间是平太阳时，每天都是24小时。而如果考虑地球绕日运行的轨道是椭圆的，则地球相对于太阳的自转并不是均匀的，每天并不都是24小时，有时候少有时候多。考虑到该因素得到的是真太阳时。

真太阳时要求每天的中午12点，太阳处在头顶最高。传统上确定时辰，需

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使用真太阳时，所以要把平太阳时调整为真太阳时。

30 地球的运动

地球绕地轴自西向东地自转，平均角速度为每小时转动15度。在地球赤道上，自转的线速度大约是每秒465米。天空中各种天体东升西落的现象都是地球自转的反映。人们最早利用地球自转作为计量时间的基准。自20世纪以来由于天文观测技术的发展，人们发现地球自转是不均的。1967年国际上开始建立比地球自转更为精确和稳定的原子时。由于原子时的建立和采用，地球自转中的各种变化相继被发现。现在天文学家已经知道地球自转速度存在长期减慢、不规则变化和周期性变化。

1.地球自转

地球自转的方向是自西向东；自转一周的时间为24小时，依旧是一天。通过对月球、太阳和行星的观测资料和对古代月食、日食资料的分析，以及通过对古珊瑚化石的研究，可以得到地质时期地球自转的情况。在6亿多年前，地球上一年大约有424天，表明那时地球自转速率比现在快得多。在4亿年前，一年有约400天，2.8亿年前为390天。研究表明，每经过一百年，地球自转长期减慢近2毫秒（1毫秒=千分之一秒），它主要是由潮汐摩擦引起的。此外，由于潮汐摩擦，使地球自转角动量变小，从而引起月球以每年3～4厘米的速度远离地球，使月球绕地球公转的周期变长。除潮汐摩擦原因外，地球半径的可能变化、地球内部地核和地幔的耦合、地球表面物质分布的改变等也会引起地球自转长期变化。恒星日为23时56分4秒；太阳日为24小时。

2.不规则变化\年际变化\

地球自转速度除上述长期减慢外，还存在着时快时慢的不规则变化，这种不规则变化同样可以在天文观测资料的分析中得到证实，其中从周期为近十年乃至数十年不等的所谓\十年尺度\的变化和周期为2～7年的所谓\年际变化\，得到了较多的研究。十年尺度变化的幅度可以达到约±3毫秒，引起这种变化的真正机制目前尚不清楚，其中最有可能的原因是核幔间的耦合作用。年际变化的幅度为0.2～0.3毫秒，相当于十年尺度变化幅度的十分之一。这种年际变化与厄尔尼诺事件期间的赤道东太平洋海水温度的异常变化具有相当的一致性，这可能与全球性大气环流有关。然而引起这种一致性的真正原因目前正处于进一步的探索阶段。此外，地球自转的不规则变化还包括几天到数月周期的变化，这种变化的幅度约为±1毫秒。

3.地球自转的周期性变化

地球自转的周期性变化主要包括周年周期的变化，月周期、半月周期变化以及近周日和半周日周期的变化。周年周期变化，也称为季节性变化，是二十

世纪三十年代发现的，它表现为春天地球自转变慢，秋天地球自转加快，其中还带有半年周期的变化。周年变化的振幅为20～25毫秒，主要由风的季节性变化引起。半年变化的振幅为8～9毫秒，主要由太阳潮汐作用引起的。此外，月周期和半月周期变化的振幅约为±1毫秒，是由月亮潮汐力引起的。地球自转具有周日和半周日变化是在最近的十年中才被发现并得到证实的，振幅只有约0.1毫秒，主要是由月亮的周日、半周日潮汐作用引起的。

4.地球公转

地球公转的轨道是椭圆的，公转轨道半长径为149597870公里，轨道的偏心率为0.0167，公转的平均轨道速度为每秒29.79公里；公转的轨道面（黄道面）与地球赤道面的交角为23°27'，称为黄赤交角。地球自转产生了地球上的昼夜变化，地球公转及黄赤交角的存在造成了四季的交替。

从地球上看，太阳沿黄道逆时针运动，黄道和赤道在天球上存在相距180°的两个交点，其中太阳沿黄道从天赤道以南向北通过天赤道的那一点，称为春分点，与春分点相隔180°的另一点，称为秋分点，太阳分别在每年的春分（3月21日前后）和秋分（9月23日前后）通过春分点和秋分点。对居住的北半球的人来说，当太阳分别经过春分点和秋分点时，就意味着已是春季或是秋季时节。太阳通过春分点到达最北的那一点称为夏至点，与之相差180°的另一点称为冬至点，太阳分别于每年的6月22日前后和12月22日前后通过夏至点和冬至点。同样，对居住在北半球的人，当太阳在夏至点和冬至点附近，从天文学意义上，已进入夏季和冬季时节。上述情况，对于居住在南半球的人，则正好相反。

5.地极移动(极移)

地极移动，简称为极移，是地球自转轴在地球本体内的运动。1765年，欧拉最先从力学上预言了极移的存在。1888年，德国的屈斯特纳从纬度变化的观测中发现了极移。1891年，美国天文学家张德勒指出，极移包括两个主要周期成分：一个是周年周期，另一个是近14个月的周期，称为张德勒周期。前者主要是由于大气的周年运动引起地球的受迫摆动，后者是由于地球的非刚体引起的地球自由摆动。极移的振幅约为±0.4角秒，相当于在地面上一个12312平方米范围。 由于极移，使地面上各点的纬度、经度会发生变化。1899年成立了国际纬度服务，组织全球的光学天文望远镜专门从事纬度观测，测定极移。随着观测技术的发展，从二十世纪六十年代后期开始，国际上相继开始了人造卫星多普勒观测、激光测月、激光测人卫、甚长基线干涉测量、全球定位系统测定极移，测定的精度有了数量级的提高。

极移包含的各种复杂运动

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根据近一百年的天文观测资料，发现极移包含各种复杂的运动。除了上述周年周期和张德勒周期外，还存在长期极移，周月、半月和一天左右的各种短周期极移。其中长期极移表现为地极向着西经约70°～80°方向以每年3.3～3.5毫角秒的速度运动。它主要是由于地球上北美、格陵兰和北欧等地区冰盖的融化引起的冰期后地壳反弹，导致地球转动惯量变化所致。其它各种周期的极移主要与日月的潮汐作用以及与大气和海洋的作用有关。

岁差与章动

在外力的作用下，地球的自转轴在空间的指向并不保持固定的方向，而是不断发生变化。其中地轴的长期运动称为岁差，而周期运动称为章动。岁差和章动引起天极和春分点位置相对恒星的变化。公元前二世纪，古希腊天文学家喜帕恰斯在编制一本包含1022颗恒星的星表时，首次发现了岁差现象。中国晋代天文学家虞喜，根据对冬至日恒星的中天观测，独立地发现了岁差。据《宋史2律历志》记载：\虞喜云：'尧时冬至日短星昴，今二千七百余年，乃东壁中，则知每岁渐差之所至\。岁差这个名词即由此而来。

产生岁差的原因

牛顿第一个指出产生岁差的原因是太阳和月球对地球赤道隆起部分的吸引。在太阳和月球的引力作用下，地球自转轴在空间绕黄极描绘出一个圆锥面，绕行一周约需26000年，圆锥面的半径约为23°.5。这种由太阳和月球引起的地轴的长期运动称为日月岁差。除太阳和月球的引力作用外，地球还受到太阳系内其它行星的引力作用，从而引起地球运动的轨道面，即黄道面位置的不断变化，由此使春分点沿赤道有一个小的位移，称为行星岁差。行星岁差使春分点每年沿赤道东进约0.13角秒。 地球自转轴在空间绕黄极作岁差运动的同时，还伴随有许多短周期变化。英国天文学家布拉得雷在1748年分析了20年恒星位置的观测资料后，发现了章动现象。月球轨道面（白道面）位置的变化是引起章动的主要原因。目前天文学家已经分析得到章动周期共有263项之多，其中章动的主周期项，即18.6年章动项是振幅最大的项，它主要是由于白道的运动引起白道的升交点沿黄道向西运动，约18.6年绕行一周所致。因而，月球对地球的引力作用也有相同周期变化，在天球上它表现为天极在绕黄极作岁差运动的同时，还围绕其平均位置作周期为18.6年的运动。同样，太阳对地球的引力作用也具有周期性变化，并引起相应周期的章动。

31 月球概况

月球基本参数

轨道参数

近心点 363,104公里（0.0024天文单位） 远心点 405,696公里（0.0027天文单位） 半长轴 384,399公里 离心率 0.0549 轨道周期 27.321582 d (27 d 7 h 43.1 min) 周期 29.530589 d (29 d 12 h 44 min 2.9 s) 平均速度 1.022公里/秒 轨道倾角 5.145°（对黄道） （对地球赤道的倾角在18.29°到28.58°之间） 升交点黄经 每18.6年在公转轨道上退行一周 近日点参数 每8.85年在公转轨道上顺行一周 卫星 地球 物理特征 平均半径 1,737.10公里（0.273地球半径） 赤道半径 1,738.14公里（0.273地球半径） 极半径 1,735.97公里（0.273地球半径） 扁率 0.00125 周长 10,921 km（赤道的） 表面积 3.793 3 107公里2（0.074 地球表面积） 体积 2.1958 3 1010 km3 （0.020地球体积） 质量 7.3477 3 1022公斤（0.0123地球质量） 平均密度 3.3464 公克/厘米3 第 35 页

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表面重力 1.622 米/秒2 （0.165 4 g） 逃逸速度 2.38公里/秒 公转周期 27.321582天（同步） 赤道自转速度 4.627米/秒 转轴倾角 1.5424° (对黄道) 6.687° (对轨道平面) 反照率 0.136 表面温度 最小 平均 最大 赤道85°N 100 K 220 K 390 K 70 K 130 K 230 K 视星等 ?2.5至 ?12.9 ?12.74 (平均满月) 角直径 29.3至34.1 弧分 大气 成分 Ar、He、Na、K、H、 Rn

月球，俗称月亮，古时又称太阴、玄兔，是地球唯一的天然卫星 ，并且是太阳系中第五大的卫星。月球的直径是地球的四分之一，质量是地球的1/81。月球是太阳系内密度第二高的卫星，仅次于埃欧，它的自转与公转同步（潮汐锁定），因此始终以同一面朝向着地球；正面标记着黑暗的火山熔岩海，中间夹杂着明亮和古老地壳的高地和突出的陨石坑。虽然它的表面非常黑暗，反射能力与煤炭相似，但它仍是天空中除了太阳之外最亮的天体。由于月球在天空中非常显眼，再加上规律性的月相变化，自古以来就对人类文化如语言、历法、艺术和神话等产生重大影响。月球的引力影响造成地球海洋的潮汐和每一天的时间延长。月球现在与地球的的距离，大约是地球直径的30倍。而月球与太阳的大小比率与距离的比率相近，使得它的视大小与太阳几乎相同，在日食时月球可以完全遮蔽太阳而形成日全食。

形成

有数种机制都认为月球形成于45.27亿 ± 0.10亿年之前， 即大约是太阳系诞生之后的3,000万至5,000万年。这些机制包括分裂说、捕获说和地月同源说（挛生说）等。分裂说认为月球是由于离心力从地壳分裂出去，但要产生如此大的离心力，需要地球在诞生初始时有超高速的自转。捕获说则认为月球是在成型时被地球引力场捕获的天体，但这种假说需要地球拥有一个有非常大的大气层来消耗月球通过时的能量，减缓月球运动速度。同源说认为地球和月球形成于同一原生吸积盘，但这种假说无法解释月球上金属铁的匮乏，也不能解释地月系统的高角动量。

当今主流的地月系统形成理论是大碰撞说：一颗火星大小的天体（被称为忒亚，神话故事中月球女神塞勒涅的母亲）与原生地球碰撞，爆裂出的物质进入环绕地球的轨道，经由吸积形成月球。在太阳系诞生的早期，巨大的撞击很常见的。计算机模拟的大碰撞模型表表明，这样的撞击后产生的双星系统具有充分的角动量匹配目前地月系统的轨道参数，而且也可以解释月球具有相对较小核心的原因。此外，大碰撞说还可以合理解释地月成分的不同：月球的大部分组成成分都来自撞击前的天体，而并不是原生的地球。但是这个假说仍然不是很完善，例如对陨石的研究却显示内太阳系的其他天体，如火星、灶神星等，其氧和钨的同位素成分和地球不同，而地球和月球有非常相似的同位素成分。一个合理的解释是导致地月系形成的撞击混合了地球和月球形成时挥发的物质，有可能导致两个天体之间同位素的组成变得均衡，但这种解释仍有争议。

大碰撞中所释放的大量能量和之后在地球轨道上再作用的物质会熔化地球的外壳，形成岩浆海。新形成的月球也会产生自己的月球岩浆海，估计它的范围深度为500公里至一个月球半径。

另外一种假说则认为大碰撞产生了两颗在同一轨道上的卫星，一个就是月球，而另外一个较小，直径只有约1000公里。在数千万年后，两个卫星缓慢相撞，最后合二为一。这种假说解释了月球一面地势平坦，另一面则地势起伏不平的原因。

月球内部的构造 月球表土的化学成分(由月面的岩石推导得出) 化合物成分 型式 成分 (wt %) 海 高地 二氧化硅 SiO2 45.4% 45.5% 氧化铝 Al2O3 14.9% 24.0% 石灰 CaO 11.8% 15.9% 第 36 页