固体地球物理学概论.ppt

固体地球物理学概论固体地球物理学概论成绩评定办法及考试方式成绩评定办法及考试方式成绩评定办法及考试方式成绩评定办法及考试方式pp按按按按时时来来来来课课堂上堂上堂上堂上课课，无故不得缺席，无故不得缺席，无故不得缺席，无故不得缺席pp课课后后后后认认真复真复真复真复习习，按，按，按，按时时完成作完成作完成作完成作业业pp课课后作后作后作后作业业：读书报读书报告和随堂作告和随堂作告和随堂作告和随堂作业业pp考核方式：平考核方式：平考核方式：平考核方式：平时时作作作作业业2020，期末考，期末考，期末考，期末考试试7070，课课堂表堂表堂表堂表现现1010pp闭闭卷笔卷笔卷笔卷笔试试参考教材：参考教材：参考教材：参考教材：固体地球物理学概固体地球物理学概固体地球物理学概固体地球物理学概论论 滕吉文滕吉文滕吉文滕吉文地震出版社地震出版社地震出版社地震出版社地球物理学地球物理学地球物理学地球物理学 王家映王家映王家映王家映中国地中国地中国地中国地质质大学出版社大学出版社大学出版社大学出版社固体地球物理学固体地球物理学固体地球物理学固体地球物理学导论导论 曾融生曾融生曾融生曾融生北京科学出版社北京科学出版社北京科学出版社北京科学出版社地球物理学基地球物理学基地球物理学基地球物理学基础础 傅承傅承傅承傅承义义北京科学出版社北京科学出版社北京科学出版社北京科学出版社地球物理引地球物理引地球物理引地球物理引论论 刘光鼎刘光鼎刘光鼎刘光鼎上海科学技上海科学技上海科学技上海科学技术术出版社出版社出版社出版社课程主要内容课程主要内容课程主要内容课程主要内容pp第一章第一章第一章第一章 序言序言序言序言 pp第二章第二章第二章第二章 地球的起源、运地球的起源、运地球的起源、运地球的起源、运动动与与与与结结构构构构pp第三章第三章第三章第三章 地球形状、密度及重力地球形状、密度及重力地球形状、密度及重力地球形状、密度及重力场场pp第四章第四章第四章第四章 地球磁地球磁地球磁地球磁场场与地磁学与地磁学与地磁学与地磁学 pp第五章第五章第五章第五章 地球的地球的地球的地球的电电磁感磁感磁感磁感应应和和和和电电性性性性结结构构构构pp第六章第六章第六章第六章 地球内部的地球内部的地球内部的地球内部的热热状状状状态态与地与地与地与地热场热场特征特征特征特征 pp第七章第七章第七章第七章 地球内部的地震波地球内部的地震波地球内部的地震波地球内部的地震波场场pp第八章第八章第八章第八章 实验实验与与与与计计算地球物理算地球物理算地球物理算地球物理pp第九章第九章第九章第九章 若干若干若干若干热热点点点点问题问题课程主要内容课程主要内容课程主要内容课程主要内容pp第一章第一章第一章第一章 序言序言序言序言 pp第二章第二章第二章第二章 地球的起源、运地球的起源、运地球的起源、运地球的起源、运动动与与与与结结构构构构pp第三章第三章第三章第三章 地球形状、密度及重力地球形状、密度及重力地球形状、密度及重力地球形状、密度及重力场场pp第四章第四章第四章第四章 地球磁地球磁地球磁地球磁场场与地磁学与地磁学与地磁学与地磁学 pp第五章第五章第五章第五章 地球的地球的地球的地球的电电磁感磁感磁感磁感应应和和和和电电性性性性结结构构构构pp第六章第六章第六章第六章 地球内部的地球内部的地球内部的地球内部的热热状状状状态态与地与地与地与地热场热场特征特征特征特征 pp第七章第七章第七章第七章 地球内部的地震波地球内部的地震波地球内部的地震波地球内部的地震波场场pp第八章第八章第八章第八章 实验实验与与与与计计算地球物理算地球物理算地球物理算地球物理pp第九章第九章第九章第九章 若干若干若干若干热热点点点点问题问题第一章第一章pp什么是地球物理什么是地球物理什么是地球物理什么是地球物理?pp地球物理学研究哪些内容地球物理学研究哪些内容地球物理学研究哪些内容地球物理学研究哪些内容?pp地球物理与其他学科的关系地球物理与其他学科的关系地球物理与其他学科的关系地球物理与其他学科的关系pp地球物理的地球物理的地球物理的地球物理的发发展展展展pp地球物理地球物理地球物理地球物理对对社会社会社会社会发发展的展的展的展的贡贡献献献献第一章第一章第一章第一章 序言序言序言序言第一章第一章地球物理学的定义地球物理学的定义地球物理学的定义地球物理学的定义 地地球球物物理理学学是是以以地地球球为为研研究究对对象象,研研究究地地球球的的各各种种物物理理现现象象，以以及及这这些些现现象象与与地地球球运运动动、地地球球各各层层圈圈结结构构构构造造、地地球球物物质的分布及迁移的关系的学科。质的分布及迁移的关系的学科。(Geophysics)(Geophysics)地地球球物物理理学学最最早早是是物物理理学学的的一一个个分分支支。广广义义上上说说，地地球球物物理理学学研研究究的的领领域域涉涉及及天天体体物物理理学学、地地质质构构造造物物理理学学、大大地地测测量量学学、海海洋洋物物理理学学、大大气气物物理理学学、空空间间物物理理学学等等。狭狭义义上上说说，地地球球物物理理学学指指的的是是固固体体地地球球物物理理学学，即即以以研研究究固固体体地地球球的的各各种种物物理理特特征征与与地地球球运运动动、地地球球内内部部结结构构构构造造、地地球球内内部部物物质质成成分分及及其分布等关系的学科。其分布等关系的学科。地地球球物物理理学学是是地地球球科科学学的的重重要要组组成成部部分分，地地球球物物理理学学、地地质学和地球化学质学和地球化学被称为地球科学的三大支柱。被称为地球科学的三大支柱。第一章第一章第一章第一章固体地球物理学的学科分支固体地球物理学的学科分支固体地球物理学的学科分支固体地球物理学的学科分支pp重力学重力学重力学重力学 地球的形状、引力场的变化、物质密度的变化与分布，等等地球的形状、引力场的变化、物质密度的变化与分布，等等地球的形状、引力场的变化、物质密度的变化与分布，等等地球的形状、引力场的变化、物质密度的变化与分布，等等pp地磁学地磁学地磁学地磁学 地磁场的分布和变化、地磁场的起源、地磁场的演变，等等地磁场的分布和变化、地磁场的起源、地磁场的演变，等等地磁场的分布和变化、地磁场的起源、地磁场的演变，等等地磁场的分布和变化、地磁场的起源、地磁场的演变，等等pp地震学地震学地震学地震学 地震发生机制与震源分布、地震波类型与传播、地震预报，等等地震发生机制与震源分布、地震波类型与传播、地震预报，等等地震发生机制与震源分布、地震波类型与传播、地震预报，等等地震发生机制与震源分布、地震波类型与传播、地震预报，等等pp地地地地热热学学学学 地温场的分布和变化、地热源及其分布，地热的传播，等等地温场的分布和变化、地热源及其分布，地热的传播，等等地温场的分布和变化、地热源及其分布，地热的传播，等等地温场的分布和变化、地热源及其分布，地热的传播，等等pp地地地地电电学学学学 地球电磁感应特征和变化、地电结构，等等地球电磁感应特征和变化、地电结构，等等地球电磁感应特征和变化、地电结构，等等地球电磁感应特征和变化、地电结构，等等第一章第一章地球物理学与其它学科地球物理学与其它学科地球物理学与其它学科地球物理学与其它学科 地球物理学是天文学、物理、化学、地质学之间的边缘学地球物理学是天文学、物理、化学、地质学之间的边缘学科，是一个涉及多学科的、与其它学科相互交叉、相互渗透的科，是一个涉及多学科的、与其它学科相互交叉、相互渗透的学科。学科。数学、物理学、地质学是研究地球物理学三大基础。数学、物理学、地质学是研究地球物理学三大基础。现代仪器技术、电子技术、信息科学、运载工具技术的发现代仪器技术、电子技术、信息科学、运载工具技术的发展，是推动其发展的关键技术。展，是推动其发展的关键技术。地球物理学已经成为人类社会发展的不可缺少的科学。地球物理学已经成为人类社会发展的不可缺少的科学。应用地球物理应用地球物理资源勘察、灾害调查、环境监测、工程检测、军资源勘察、灾害调查、环境监测、工程检测、军事战略事战略第一章第一章地球物理学的发展地球物理学的发展地球物理学的发展地球物理学的发展 地球物理学从地球物理学从1919世纪末到世纪末到2020世纪初已形成体系，但对地球物理现象的世纪初已形成体系，但对地球物理现象的观察和探讨，从远古就开始了。观察和探讨，从远古就开始了。公元前六世纪，希腊人从亚那萨哥拉时代已把大地看成球体；公元前公元前六世纪，希腊人从亚那萨哥拉时代已把大地看成球体；公元前三世纪，古希腊的学者亚里士多德曾提出：运动物体的下落时间与其重量三世纪，古希腊的学者亚里士多德曾提出：运动物体的下落时间与其重量成比例；战国时期，我国发明了指南针，并开始应用于指引方向；公元三成比例；战国时期，我国发明了指南针，并开始应用于指引方向；公元三世纪我国东汉的地震学家张衡成功地进行了地震观测；公元八世纪，我国世纪我国东汉的地震学家张衡成功地进行了地震观测；公元八世纪，我国唐代的天文学家张遂唐代的天文学家张遂(僧一行僧一行)独立得出地球圆周长，其误差约小于独立得出地球圆周长，其误差约小于2020；公元公元1616世纪以来，作为物理学中热门，地球物理学得到较快的发展。世纪以来，作为物理学中热门，地球物理学得到较快的发展。伽利略从大量的实验中总结出：物体坠落的路径与它经历的时间的平方成伽利略从大量的实验中总结出：物体坠落的路径与它经历的时间的平方成正比，而与物体自身的重量无关；里舍正比，而与物体自身的重量无关；里舍(在利用摆钟从巴黎到南美进行天文在利用摆钟从巴黎到南美进行天文观测时发现重力加速度在各地并非恒值；牛顿的万有引力定律以及他推算观测时发现重力加速度在各地并非恒值；牛顿的万有引力定律以及他推算的地球扁率；的地球扁率；南斯拉大地震学家莫霍洛维奇南斯拉大地震学家莫霍洛维奇在在19091909年研究阿尔卑斯地区的年研究阿尔卑斯地区的区域地震波震相时发现了地壳与地幔的分界面区域地震波震相时发现了地壳与地幔的分界面莫霍莫霍(Moho)(Moho)界断面；界断面；第一章第一章 近近近近2020年来，国年来，国年来，国年来，国际际上上上上连续组织连续组织了四次由了四次由了四次由了四次由5050多个国家参加的全球大多个国家参加的全球大多个国家参加的全球大多个国家参加的全球大协协作作作作计计划，使地球物理学划，使地球物理学划，使地球物理学划，使地球物理学获获得了空前的巨大得了空前的巨大得了空前的巨大得了空前的巨大进进展。展。展。展。这这四次大四次大四次大四次大协协作作作作计计划是：划是：划是：划是：1957195719581958年的国年的国年的国年的国际际地球物理年地球物理年地球物理年地球物理年(IGY)(IGY)1960 196019701970年的国年的国年的国年的国际际上地幔上地幔上地幔上地幔计计划划划划(IUP)(IUP)1974 197419801980年的国年的国年的国年的国际际地球地球地球地球动动力学力学力学力学计计划划划划(IGP)(IGP)1981 198119891989年的国年的国年的国年的国际际岩石圈岩石圈岩石圈岩石圈计计划划划划(ILP)(ILP)国国国国际际上地幔上地幔上地幔上地幔计计划研究内容包括：划研究内容包括：划研究内容包括：划研究内容包括：1 1、全球性的地壳断裂系、全球性的地壳断裂系、全球性的地壳断裂系、全球性的地壳断裂系统统2 2、大、大、大、大陆边缘陆边缘地地地地带带及及及及岛岛弧的构造弧的构造弧的构造弧的构造3 3、地幔的物、地幔的物、地幔的物、地幔的物质组质组成及地球化学成及地球化学成及地球化学成及地球化学过过程程程程4 4、地壳与地幔的、地壳与地幔的、地壳与地幔的、地壳与地幔的结结构及其横向不均匀性构及其横向不均匀性构及其横向不均匀性构及其横向不均匀性所用的手段包括：地震、地磁、古地磁、重力、海上地球物理所用的手段包括：地震、地磁、古地磁、重力、海上地球物理所用的手段包括：地震、地磁、古地磁、重力、海上地球物理所用的手段包括：地震、地磁、古地磁、重力、海上地球物理测测量、量、量、量、地地地地热热、地、地、地、地质质、深、深、深、深钻钻等。等。等。等。其重要成果就是提出了一个其重要成果就是提出了一个其重要成果就是提出了一个其重要成果就是提出了一个“板板板板块块构造假构造假构造假构造假说说”第一章第一章地球物理学对人类社会发展的贡献地球物理学对人类社会发展的贡献地球物理学对人类社会发展的贡献地球物理学对人类社会发展的贡献 大地测量学的诞生与发展，使人类能够得到地球表面的起伏变化，大地测量学的诞生与发展，使人类能够得到地球表面的起伏变化，并用于生产建设和规划，并用于生产建设和规划，地磁学的研究，使人类了解了地磁场，并用于导航，地磁学的研究，使人类了解了地磁场，并用于导航，地热学的研究，使人类了解如何直接利用能源，地热学的研究，使人类了解如何直接利用能源，.地震学的研究地震学的研究,开始开始“预报预报”地震灾害，地震灾害，.基基于于地地球球物物理理学学理理论论的的探探测测技技术术应应用用地地球球物物理理学学，为为人人类类创创造造财富，为人类财富，为人类“排忧解难排忧解难”，.第一章第一章地球物理学的研究方法地球物理学的研究方法地球物理学的研究方法地球物理学的研究方法 最初，地球物理学研究就是从对地球的观测开始的，所以最初，地球物理学研究就是从对地球的观测开始的，所以地球物理学研究是建立在对地球充分观测的基础上进行的。地球物理学研究是建立在对地球充分观测的基础上进行的。地球物理学的研究方法可分为以下几个方面：地球物理学的研究方法可分为以下几个方面：观测观测 数据分析与处理数据分析与处理 模拟真实对象的理论模型计算与实验模拟真实对象的理论模型计算与实验 推测真实对象反演计算推测真实对象反演计算第一章第一章物性差异物性差异地球物理场的变化地球物理场的变化应用物理学和地质学的原理应用物理学和地质学的原理解释地球物理场变异的地质因素解释地球物理场变异的地质因素GeophysicalanomalyPrincipleofphysicsInterpretationofgeologyforgeophysicalanomalies计算机模拟计算机模拟Modellingofcomputer实验地球物理实验地球物理Experimentalgeophysics第一章第一章正演：已知地球物理模型，求解地球物理响应（异常）正演：已知地球物理模型，求解地球物理响应（异常）反演：根据地球物理响应（异常），推断地球物理模型，进反演：根据地球物理响应（异常），推断地球物理模型，进而结合地质学知识，推断地质结构和物质分布而结合地质学知识，推断地质结构和物质分布正演过程正演过程(正问题正问题)具有唯一性具有唯一性地质体存在物理性质地质体存在物理性质(物性物性)差异是地球物理场变异的基础差异是地球物理场变异的基础反演过程反演过程(反问题反问题)存在不确定性（多解性存在不确定性（多解性)第一章第一章地球物理学的特点地球物理学的特点地球物理学的特点地球物理学的特点pp间间接性接性接性接性(Indirect-(Indirect-即不是直接研究地即不是直接研究地即不是直接研究地即不是直接研究地质质体本身体本身体本身体本身)pp定量性定量性定量性定量性(Quantitativity-(Quantitativity-测测量的地球物理参量与解量的地球物理参量与解量的地球物理参量与解量的地球物理参量与解释释的的的的结结果果果果均由定量化均由定量化均由定量化均由定量化结结果）果）果）果）pp多解性多解性多解性多解性(multisolution or Ambiguity)(multisolution or Ambiguity)第一章第一章如何学好本课程如何学好本课程如何学好本课程如何学好本课程 积极主动是学好本课程的关键积极主动是学好本课程的关键 阅读参考书籍阅读参考书籍 听、记、问听、记、问 掌握基本概念掌握基本概念 领会分析问题和解决问题的方法领会分析问题和解决问题的方法 了解数学方法的应用了解数学方法的应用第二章第二章第二章第二章第二章第二章 地球的起源、运动与结构地球的起源、运动与结构地球的起源、运动与结构地球的起源、运动与结构pp太阳系及其太阳系及其太阳系及其太阳系及其组组成与演化成与演化成与演化成与演化pp地球的地球的地球的地球的转动转动与与与与轨轨迹迹迹迹pp地球内部的地球内部的地球内部的地球内部的结结构构构构 pp地球内部的物地球内部的物地球内部的物地球内部的物质组质组成成成成第二章第二章太阳系、太阳系的组成太阳系、太阳系的组成太阳系、太阳系的组成太阳系、太阳系的组成2.12.1太阳系、太阳系的组成及起源太阳系、太阳系的组成及起源太阳系、太阳系的组成及起源太阳系、太阳系的组成及起源2.1.1 2.1.1 2.1.1 2.1.1 太阳系的成员太阳系的成员太阳系的成员太阳系的成员太阳太阳-恒星，是太阳系的中心，是质量和体积最大的星体。恒星，是太阳系的中心，是质量和体积最大的星体。大行星大行星 水星（水星（Mercury)Mercury)、金星（、金星（VenusVenus）、地球（）、地球（EarthEarth）、）、火星（火星（MarsMars）、木星（）、木星（JupiterJupiter）、土星（）、土星（SaturnSaturn）、）、天王星天王星(Uranus)(Uranus)、海王星、海王星(Neptune)(Neptune)、冥王星、冥王星(Pluto)(Pluto)小行星小行星 太阳系约有太阳系约有3000030000多个小行星，最大的小行星叫谷神（多个小行星，最大的小行星叫谷神（CeresCeres）,直径约直径约730km730km。行星的卫星行星的卫星 彗星彗星第二章第二章大行星位置排列示意图大行星位置排列示意图大行星位置排列示意图大行星位置排列示意图第二章第二章小行星、彗星小行星、彗星小行星、彗星小行星、彗星 大行星卫星图片大行星卫星图片大行星卫星图片大行星卫星图片月球月球彗星彗星小行星小行星木星的卫星木星的卫星第二章第二章DistanceDistance(AU)RadiusRadius(Earths)MassMass(Earths)RotationRotation(Earths)#Moons#Moons OrbitalOrbitalInclinationInclination OrbitalOrbitalEccentricityEccentricity ObliquityObliquity DensityDensity(g/cm3)Sun 0 0 109 109 332,800 332,800 25.36*25.36*9 9-1.410 1.410 Mercury Mercury 0.39 0.39 0.38 0.38 0.05 0.05 58.8 58.8 0 0 7 7 0.2056 0.2056 0.10.1 5.43 5.43 Venus Venus 0.72 0.72 0.95 0.95 0.89 0.89 244 244 0 0 3.394 3.394 0.0068 0.0068 177.4177.4 5.25 5.25 Earth Earth 1.0 1.0 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1 1 0.000 0.000 0.0167 0.0167 23.4523.45 5.52 5.52 Mars Mars 1.5 1.5 0.53 0.53 0.11 0.11 1.029 1.029 2 2 1.850 1.850 0.0934 0.0934 25.1925.19 3.95 3.95 Jupiter Jupiter 5.2 5.2 11 11 318 318 0.411 0.411 16 16 1.308 1.308 0.0483 0.0483 3.123.12 1.33 1.33 Saturn Saturn 9.5 9.5 9 9 95 95 0.428 0.428 18 18 2.488 2.488 0.0560 0.0560 26.7326.73 0.69 0.69 Uranus Uranus 19.2 19.2 4 4 17 17 0.748 0.748 15 15 0.774 0.774 0.0461 0.0461 97.8697.86 1.29 1.29 Neptune Neptune 30.1 30.1 4 4 17 17 0.802 0.802 8 8 1.774 1.774 0.0097 0.0097 29.5629.56 1.64 1.64 Pluto Pluto 39.5 39.5 0.18 0.18 0.002 0.002 0.267 0.267 1 1 17.15 17.15 0.2482 0.2482 119.6119.6 2.03 2.03 太阳系主要成员的基本特征太阳系主要成员的基本特征太阳系主要成员的基本特征太阳系主要成员的基本特征 2.1.2 2.1.2 2.1.2 2.1.2 太阳系主要成员的基本特征太阳系主要成员的基本特征太阳系主要成员的基本特征太阳系主要成员的基本特征第二章第二章 轨道的规律性轨道的规律性l共面性：行星轨道平面几乎平行，且与太阳赤道面平行。共面性：行星轨道平面几乎平行，且与太阳赤道面平行。l同向性：行星公转方向，除金星、天王星和冥王星以外，都与太阳同向性：行星公转方向，除金星、天王星和冥王星以外，都与太阳自转方向一致，为逆时针方向。自转方向一致，为逆时针方向。l近圆性：行星轨道偏心率小，除水星（近圆性：行星轨道偏心率小，除水星（0.2060.206）和冥王星（）和冥王星（0.2480.248）以外，均小于以外，均小于0.10.1。日距分布特征日距分布特征BodeBode定律定律 r rn n=0.4+0.3=0.4+0.3 2 2n n (天文单位：天文单位：AUAU）其中其中n n为行星秩序数，水星取为行星秩序数，水星取，金星取，金星取0 0，地球取，地球取1 1，火星取，火星取2 2，小，小行星取行星取3 3，冥王星取，冥王星取8 8。轨道特征轨道特征轨道特征轨道特征第二章第二章轨道示意图（一）轨道示意图（一）轨道示意图（一）轨道示意图（一）第二章第二章轨道示意图（二）轨道示意图（二）轨道示意图（二）轨道示意图（二）第二章第二章轨道示意图（三）轨道示意图（三）轨道示意图（三）轨道示意图（三）第二章第二章 太阳系天体的自转太阳系天体的自转 行星的自转可分两种情况，类地星自转速率差异较大，金星需行星的自转可分两种情况，类地星自转速率差异较大，金星需244244天，天，火星只需火星只需1.031.03天；巨行星和远日星自转较快，均不到天；巨行星和远日星自转较快，均不到1 1天。天。太阳自转有太阳自转有“赤道加速赤道加速”现象，即赤道处自转约现象，即赤道处自转约25.425.4天，两极附近天，两极附近约约3535天，其内部旋转速度更快，可能比表面快十几甚至几十倍。天，其内部旋转速度更快，可能比表面快十几甚至几十倍。自转及密度特征自转及密度特征自转及密度特征自转及密度特征第二章第二章质量与密度分布特征质量与密度分布特征 太阳占了太阳系总质量的太阳占了太阳系总质量的99.85%99.85%，行星占，行星占0.135%0.135%，其它占，其它占0.015%0.015%。若将行星分为三类，即。若将行星分为三类，即 类地星（水星、金星、地球、火类地星（水星、金星、地球、火星）、巨行星（木星、土星）和远日星（天王星、海王星），则星）、巨行星（木星、土星）和远日星（天王星、海王星），则有有 质量分布：类地星巨行星质量分布：类地星巨行星 远日星远日星 密度分布：类地星密度分布：类地星 巨行星巨行星 远日星远日星（5 5）太阳系的年龄）太阳系的年龄 根据同位数测定，地球、月球和陨石的年龄约在根据同位数测定，地球、月球和陨石的年龄约在4545亿年左右，亿年左右，如果太阳系中所有的行星和陨石在同一时期形成，太阳系的年龄如果太阳系中所有的行星和陨石在同一时期形成，太阳系的年龄也应为也应为4545亿年。亿年。第二章第二章日冕：日冕：太阳大气的最外层稀薄部分太阳大气的最外层稀薄部分,由太阳表面伸展出数百万公里由太阳表面伸展出数百万公里,包含着包含着铁、镍和其他气体的极高度电离的原子铁、镍和其他气体的极高度电离的原子,这表明温度有几百万度这表明温度有几百万度,日全食日全食时肉眼观看它的外貌像是环绕月亮黑色圆盘的珍珠灰色光环时肉眼观看它的外貌像是环绕月亮黑色圆盘的珍珠灰色光环,但在其他时但在其他时候要用日冕仪才可观测到。候要用日冕仪才可观测到。日冕日冕日冕日冕第二章第二章太阳内部结构示意图太阳内部结构示意图太阳内部结构示意图太阳内部结构示意图太阳内部结构示意图太阳内部结构示意图第二章第二章太阳黑子图片太阳黑子图片太阳黑子图片太阳黑子图片太阳黑子图片太阳黑子图片第二章第二章水星及其表面图片水星及其表面图片水星及其表面图片水星及其表面图片水星及其表面图片水星及其表面图片第二章第二章金星图片金星图片金星图片金星图片金星图片金星图片第二章第二章地球的卫星摄影图片地球的卫星摄影图片地球的卫星摄影图片地球的卫星摄影图片地球的卫星摄影图片地球的卫星摄影图片第二章第二章地球与月球地球与月球地球与月球地球与月球地球与月球地球与月球第二章第二章航天飞机摄影图片航天飞机摄影图片“非洲角非洲角”航天飞机摄影图片航天飞机摄影图片航天飞机摄影图片航天飞机摄影图片“非洲角非洲角非洲角非洲角”第二章第二章火火星星图图片片火星图片火星图片火星图片火星图片第二章第二章木星图片木星图片木星图片木星图片木星图片木星图片第二章第二章土星图片土星图片土星图片土星图片土星图片土星图片第二章第二章天王星图片天王星图片天王星图片天王星图片天王星图片天王星图片第二章第二章海王星图片海王星图片海王星图片海王星图片海王星图片海王星图片第二章第二章冥王星图片冥王星图片冥王星图片冥王星图片冥王星图片冥王星图片第二章第二章陨石图片陨石图片陨石图片陨石图片陨石图片陨石图片第二章第二章星云图片星云图片星云图片星云图片星云图片星云图片第二章第二章 2.1.3 2.1.3 太阳系的起源太阳系的起源 自自从从17751775年年康康德德根根据据牛牛顿顿的的万万有有引引力力定定律律提提出出星星云云说说以以来来，先先后后出出现现了了几几十十种种假假说说。归归结结起起来来，主主要要有有“灾灾变变说说”、“俘俘获获说说”、“原原始始星星云云说说”、“次生星云说次生星云说”。灾变说灾变说 灾灾变变说说认认为为，太太阳阳是是先先形形成成的的，由由于于某某个个事事件件，如如一一个个恒恒星星与与太太阳阳相相撞撞或或距距离离很很近近时时，从从太太阳阳中中拉拉出出一一部部分分物物质质，并并赋赋予予巨巨大大的的转转动动角角动动量，这些物质后来逐渐形成了行星及其卫星。量，这些物质后来逐渐形成了行星及其卫星。俘获说（陨石说）俘获说（陨石说）俘俘获获说说也也是是认认为为太太阳阳是是先先形形成成的的，但但与与灾灾变变说说不不同同的的是是，它它认认为为原原始始行星物质是来自其它星际，被太阳的引力俘获而来的，如陨石。行星物质是来自其它星际，被太阳的引力俘获而来的，如陨石。太阳系起源的假说（一）太阳系起源的假说（一）太阳系起源的假说（一）太阳系起源的假说（一）第二章第二章 原始星云说原始星云说 原始星云说属于原始星云说属于“渐变说渐变说”范畴。这种学说认为，太阳系乃由同一原始范畴。这种学说认为，太阳系乃由同一原始星云物质形成，行星和卫星是由一度围绕太阳的星云盘物质凝聚而成的，星云物质形成，行星和卫星是由一度围绕太阳的星云盘物质凝聚而成的，并非某种偶然突变性事件的结果。并非某种偶然突变性事件的结果。17551755年，康德根据牛顿的万有引力定律，提出了关于太阳系起源的星年，康德根据牛顿的万有引力定律，提出了关于太阳系起源的星云说。他认为形成太阳系的物质基础是星云，即大团的旋转着的气体和尘云说。他认为形成太阳系的物质基础是星云，即大团的旋转着的气体和尘埃，形成太阳系的动力是自引力，即星云各部分的相互吸引的引力。康德埃，形成太阳系的动力是自引力，即星云各部分的相互吸引的引力。康德认为处在混沌之中的宇宙初始物质由于引力作用集结起来，更大的和更密认为处在混沌之中的宇宙初始物质由于引力作用集结起来，更大的和更密集的一些质点开始把周围较小的和比较不密的质点吸引过去，以后较小的集的一些质点开始把周围较小的和比较不密的质点吸引过去，以后较小的物质凝团继续向业已形成的中心体靠近，由于相撞使中心体获得了更大的物质凝团继续向业已形成的中心体靠近，由于相撞使中心体获得了更大的转动惯量和热量，并产生了巨大的灼热天体转动惯量和热量，并产生了巨大的灼热天体太阳。随着旋转速度加大，太阳。随着旋转速度加大，大量微小尘埃物质在旋转着的原始太阳的赤道上集中起来，形成了扁平的大量微小尘埃物质在旋转着的原始太阳的赤道上集中起来，形成了扁平的星云盘。之后，在星云盘的边缘部分形成了物质集中的中心，并从这些中星云盘。之后，在星云盘的边缘部分形成了物质集中的中心，并从这些中心产生了行星和环绕行星的卫星。在心产生了行星和环绕行星的卫星。在4141年以后，拉普拉斯提出了和康德相年以后，拉普拉斯提出了和康德相似的似的“原始星云说原始星云说”。太阳系起源的假说（二）太阳系起源的假说（二）太阳系起源的假说（二）太阳系起源的假说（二）第二章第二章 在在2020世纪中叶出现的各种星云说中，霍伊尔世纪中叶出现的各种星云说中，霍伊尔(F(FHoyle)Hoyle)的学说较有代的学说较有代表性。霍氏认为，太阳系开始时是一团凝缩的星云，温度不高，转动角速表性。霍氏认为，太阳系开始时是一团凝缩的星云，温度不高，转动角速度因逐渐收缩而加快。当初始的太阳星云收缩到现今水星轨道之内不远处，度因逐渐收缩而加快。当初始的太阳星云收缩到现今水星轨道之内不远处，就出现了自转不稳定，星云外部不再收缩，两极渐扁，物质因此而抛出，就出现了自转不稳定，星云外部不再收缩，两极渐扁，物质因此而抛出，形成一个环绕形成一个环绕“原始太阳原始太阳”的盘状物，其质量仅为太阳的百分之一。中心的盘状物，其质量仅为太阳的百分之一。中心的的“原始太阳原始太阳”与圆盘脱离以后，继续收缩，不再分裂，最后形成太阳。与圆盘脱离以后，继续收缩，不再分裂，最后形成太阳。圆盘与太阳脱离后，质量不再增加，最后形成行星。圆盘与太阳脱离后，质量不再增加，最后形成行星。由于继续收缩的太阳具有磁场，而圆盘星云内有电离气体，太阳与圆由于继续收缩的太阳具有磁场，而圆盘星云内有电离气体，太阳与圆盘内缘产生一种磁致力矩，使太阳的角动量转移给圆盘，因而由圆盘形成盘内缘产生一种磁致力矩，使太阳的角动量转移给圆盘，因而由圆盘形成的行星具有较大的角动量。在原始太阳从的行星具有较大的角动量。在原始太阳从5050倍太阳半径收缩到倍太阳半径收缩到1 1倍太阳半径倍太阳半径的过程中，表面温度保持为的过程中，表面温度保持为35003500度左右，在地球轨道附近地区，沸点低的度左右，在地球轨道附近地区，沸点低的挥发性物质相继逃逸，而不易挥发的铁，镁、硅等元素则凝聚为尘粒，通挥发性物质相继逃逸，而不易挥发的铁，镁、硅等元素则凝聚为尘粒，通过碰撞粘合而形成块状物质，直径小于过碰撞粘合而形成块状物质，直径小于1 1米的固体留在类地行星的区域而形米的固体留在类地行星的区域而形成类地行星。在木星、土星轨道附近的地区，沸点低的物质可以保留，因成类地行星。在木星、土星轨道附近的地区，沸点低的物质可以保留，因而使得土星、木星的化学成分与原始星云以及太阳相近，而使得土星、木星的化学成分与原始星云以及太阳相近，H H、HeHe最多。在天最多。在天王星、海王星的空间附近，由于逃逸速度小，王星、海王星的空间附近，由于逃逸速度小，H H和和HeHe大部分逃逸，剩下的多大部分逃逸，剩下的多为为C C、N N、O O与与H H2 2O O等物质。等物质。太阳系起源的假说（二）太阳系起源的假说（二）太阳系起源的假说（二）太阳系起源的假说（二）(续）续）第二章第二章太阳系起源的假说示意图太阳系起源的假说示意图太阳系起源的假说示意图太阳系起源的假说示意图第二章第二章太阳系起源的假说模拟动画太阳系起源的假说模拟动画太阳系起源的假说模拟动画太阳系起源的假说模拟动画1324第二章第二章太阳系起源的假说模拟动画太阳系起源的假说模拟动画太阳系起源的假说模拟动画太阳系起源的假说模拟动画第二章第二章观测事实与星云假说的统一性观测事实与星云假说的统一性观测事实与星云假说的统一性观测事实与星云假说的统一性1 1、行星、行星、行星、行星轨轨道的分析道的分析道的分析道的分析轨轨道的同向性、共面性和近道的同向性、共面性和近道的同向性、共面性和近道的同向性、共面性和近圆圆性。性。性。性。2 2、行星体、行星体、行星体、行星体积积、质质量和密度分布的分析量和密度分布的分析量和密度分布的分析量和密度分布的分析行星大小和行星大小和行星大小和行星大小和质质量分布特征是两量分布特征是两量分布特征是两量分布特征是两头头小中小中小中小中间间大，密度分布特征是大，密度分布特征是大，密度分布特征是大，密度分布特征是类类地行星大、巨行星小、地行星大、巨行星小、地行星大、巨行星小、地行星大、巨行星小、远远日星居中。日星居中。日星居中。日星居中。3 3、行星、行星、行星、行星轨轨道半径的分析道半径的分析道半径的分析道半径的分析相相相相邻邻行星行星行星行星轨轨道半道半道半道半长轴为长轴为等比等比等比等比级级数形式：数形式：数形式：数形式：a an+1 n+1/a an n=1.69=1.69 0.26 0.264 4、行星定居、行星定居、行星定居、行星定居顺顺序及数目的分析序及数目的分析序及数目的分析序及数目的分析尘层尘层的密度随着的密度随着的密度随着的密度随着远远离太阳而减小，星子生离太阳而减小，星子生离太阳而减小，星子生离太阳而减小，星子生长长率与密度成正比，率与密度成正比，率与密度成正比，率与密度成正比，故可知靠近太阳的行星先形成。故可知靠近太阳的行星先形成。故可知靠近太阳的行星先形成。故可知靠近太阳的行星先形成。5 5、角、角、角、角动动量分布的解量分布的解量分布的解量分布的解释释“沙沙沙沙兹兹曼机制曼机制曼机制曼机制”。第二章第二章2.2 2.2 地球的转动与轨迹地球的转动与轨迹 在广阔的宇宙空间中，地球作为一个行星在不停地运动。它不仅绕着在广阔的宇宙空间中，地球作为一个行星在不停地运动。它不仅绕着一条轴线自西向东自转，同时也沿着近似圆形的轨道绕着太阳转动。由于一条轴线自西向东自转，同时也沿着近似圆形的轨道绕着太阳转动。由于日、月的吸引和地球惯量矩的季节性变化及其它目前还不甚清楚的原因，日、月的吸引和地球惯量矩的季节性变化及其它目前还不甚清楚的原因，故地球的转动速度是不均匀的。研究地球的转动实际上就是研究地球转动故地球的转动速度是不均匀的。研究地球的转动实际上就是研究地球转动的不均匀性。的不均匀性。地球的转动地球的转动地球的转动地球的转动第二章第二章 地球旋地球旋地球旋地球旋转轴转轴叫地叫地叫地叫地轴轴。地。地。地。地轴轴同地球表面的交点就是南北极。地同地球表面的交点就是南北极。地同地球表面的交点就是南北极。地同地球表面的交点就是南北极。地轴轴的无限延的无限延的无限延的无限延长长就是天就是天就是天就是天轴轴。如果以地心。如果以地心。如果以地心。如果以地心为为球心，以无限大球心，以无限大球心，以无限大球心，以无限大为为半径构成半径构成半径构成半径构成的球面叫天球，的球面叫天球，的球面叫天球，的球面叫天球，则则天天天天轴轴和天球的交点叫天极。和天球的交点叫天极。和天球的交点叫天极。和天球的交点叫天极。第二章第二章天球赤道天球赤道天球赤道天球赤道:将地球的赤道平面向外延伸，与天球相割所成的天球将地球的赤道平面向外延伸，与天球相割所成的天