地球、宇宙和空间科学

1 地球、宇宙和空间科学讲座摘要 050709 市教师进修学校

人类对地球和宇宙空间的认识，经历了一个漫长的过程。

1957年10月，原苏联用火箭把第一颗人造地球卫星送上了天，开创了从太空观测、研究地球和整个宇宙的新时代。20世纪60年代以来，各种载人飞船、航天站、航天飞机先后进入太空，实现了在没有地球大气干扰的情况下，人对月球、大行星的逼近观测和直接取样观测，以及对宇宙空间环境的直接探测，极大地充实和丰富了人类关于太阳系和宇宙的知识。

宇宙探测的发展，不仅使人们进一步了解了地球的宇宙环境，而且还影响和改变着人们的社会生活。例如，人们利用卫星进行军事侦察、空间通信、气象观测，以及寻找资源、为飞机导航等，从中获得许多实际利益。

谈一点空间科学

空间科学是指利用航天器研究发生在日地空间、行星际空间乃至整个宇宙空间的物理、天文、化学及生命等自然现象及其规律的科学。空间科学以航天技术为基础，包括空间飞行、空间探测和空间开发等几个方面。它不仅能揭示宇宙奥秘，而且也给人类带来巨大的利益。

应该说，人造卫星是空间科学技术的结晶。

今年7月5日，"深度撞击"成功冲入"坦普尔一号"彗星"怀抱"。美国航天局指挥中心一片欢腾。这是人类历史上所发射的第一颗目的为撞击彗星的飞行器。

在2004年11月03日开幕的中国科协第五届青年学术年会上，中国空间技术研究院院长、“神舟”五号载人飞船系统总指挥袁家军表示，我国将大力发展空间科学，开展深空探测，我国确立的空间科学发展目标是：

●建立长期稳定运行的卫星对地观测体系

●建立自主经营的卫星广播通信系统

●建立自主的卫星导航定位系统

●建立初步配套的载人航天工程研制试验体系

下面我们一起学习《科学》教材中相关的天文地理知识

一、（地图、地球上的）方向

二、天球、星座、星图与四季星空

天球：地球以外的天体，距离我们的远近，极其悬殊。但是，人们都有这样的直觉印象：日月星辰看上去似乎是一样遥远的。这就是说，一切天体似乎都位于一个以观测者为球心的球面上。根据这样的印象，人们为了研究天体在天空中的位置和运动，引进了一个假想的圆球：它的球心就是观测者；它的半径是无穷大。这个圆球，叫做天球。地球以外的天体在天球上都有各自的投影。人们在说明天体位置和运动的时候，可以把天体的投影看成是它们本身。

星座：人们为了便于认识恒星，把天球分成若干区域，这些区域称为星座。每个星座中的恒星，人们曾把它们联成各种不同的图形。我们根据这些图形，就能辨认不同的星座以及星座中的恒星。按照国际上的规定，全天分成88个星座。

全天88星座汉语名

仙女座 唧筒座 天燕座 宝瓶座 天鹰座 天坛座 白羊座 御夫座

牧夫座 雕具座 鹿豹座 巨蟹座 猎犬座 大犬座 小犬座 摩羯座 船底座 仙后座

半人马座 仙王座 鲸鱼座 堰蜓座 圆规座 天鸽座 后发座 南冕座 北冕座 乌鸦座

巨爵座 南十字座 天鹅座 海豚座 箭鱼座 天龙座 小马座 波江座 天炉座 双子座

天鹤座 武仙座 时钟座 长蛇座 水蛇座 印地安座 蝎虎座 狮子座 小狮座 天兔座 2 天秤座 豺狼座 天猫座 天琴座 山案座 显微镜座 麒麟座 苍蝇座 矩尺座 南极座

蛇夫座 猎户座 孔雀座 飞马座 英仙座 凤凰座 绘架座 双鱼座 南鱼座 船尾座

罗盘座 网罟座 天箭座 人马座 天蝎座 玉夫座 盾牌座 巨蛇座 六分仪座 金牛座

望远镜座 三角座 南三角座 杜鹃座 大熊座 小熊座 船帆座 室女座 飞鱼座 狐狸座

◆处在不同地理纬度的观测者，所能看到的星空是不一样的。

由于地球自转的同时又在公转，形成了星空的季节性变化，不同季节晚上的同一时刻，星空中的星座有所不同。因此，人们常常按春夏秋冬四季把星空区分为四季星空。

◆但必须指出，所谓四季星空，是指每个季节黄昏时候的星空。其实，任何一个季节，一夜之间都可以见到几乎全天的星座，如果您愿意彻夜不眠的话。

中国古代的天文学家，为了观测的方便，把周天的恒星分为三垣二十八宿，其它诸星都附属这三类，所谓垣、宿都是星次的意思，垣星为大区域，宿星为小区域。

三垣：是紫微垣，太微垣，天市垣。三垣星是围绕着北极和比较靠近头顶天空的星象，分为紫微、太微和天市三区，各区东西两藩的星，围成城墙的样子，所以称垣。

三垣被天文学家设立之初似乎以太阳东升的方向观测星象为标准，首先仰观天顶，把北极周围的广大范围定为紫微垣，作为中宫。

二十八宿分布在天球赤道和黄道带一周，是我国古代的恒星分群系统，人们把天球附近的太空区域分成二十八个部分，二十八宿就好比是二十八家饭店，大小不一相差悬殊，在漫无边际的太空它们就好象太阳、月亮的行宫。

◆四象二十八宿

我国星象最常用叁垣二十八宿，偶而也提到四象 (或四维、四兽)。通常将黄道带上的二十八宿分成四个大天区，用动物的名称来命名叫做四象，每「象」都含七宿：

东方苍龙（包括角、亢、氐、房、心、尾、箕七宿）；

北方玄武（包括斗、牛、女、虚、危、室、壁七宿）；

西方白虎（包括奎、娄、胃、昴、毕、觜、参七宿）；

南方朱雀（包括井、鬼、柳、星、张、翼、轸七宿）。

二十八宿在中国古天文学上，占有非常重要地位。除了恒星的观测以它作基础外，特殊天象的出没，也是用它来作为记录方位的依据。

星图与四季星空：（重在理解时空，具体恒星与星座絮不多作介绍）

春 夜 星 空

春季星空的主要星座有大熊座、小熊座、狮子座、牧夫座、猎犬座、室女座、乌鸦座、长蛇座。在天顶略偏东北的方向，可以看到北斗七星，斗口两颗星的连线，指向北极星。而此时的斗柄，正指向东所以有云：斗柄东指天下皆春。而顺着斗柄的指向，可以找到一颗亮星即牧夫座的大角。然后到达室女座的主星角宿一（星等0.98，距离270 光年，青白色亮星）。牧夫座的“大角星”和室女座的“角宿一”、狮子座尾部的“武帝一”，合称为“春天大三角”。如果再加上猎犬座的“常陈一”，形状有如一个巨大的菱形，又称为“春天的大钻石”。连接北斗七星的杓柄天权、玉衡、开阳、摇光等星一直延伸至大角、角宿一，然後至乌鸦座，此一曲线几乎划过了四分之一的天空，称为“春天大曲线”。

夏 夜 星 空

夏夜星空是指每年六至八月，晚上八九点钟左右所见到的星空。这时北斗七星（大熊星座的主要部分）的斗柄指向南方。

夏夜星空最引人注意的是从东北到南方横跨天空的茫茫银河。凌晨三四点前，如果你面向南方站好，然后向后躺下的话，你可以在天顶看到三颗亮星，形成一个直角三角形，这就 3 是著名的夏夜大三角了。 三角形中，角尖的是牛郎星，亦称河鼓二，天鹰座α星，星等0.77。两旁的小星便是古代神话中牛郎和织女的两个孩子。银河西岸对角的就是织女星了，她旁边有四颗小星，五颗合成一个琴的形状叫天琴座， 织女星是天琴座α星也是座中最亮的一颗星，星等0.03，呈青白色光辉。角底的是天津四，她在天鹅座的尾部，是天鹅座α星，星等1.25，白色亮星。天鹅座是由六颗星组成的一个大十字。

秋 夜 星 空

秋夜星空晴朗透明，也是看星的好机会。在西南地平线上，人马座已经斜挂在那儿了。西方的天空还有牛郎织女在窃窃私语，而南方却只有一颗孤独的亮星北落师门（南鱼座α星，星等1.16，距离22.8光年，白色）。东北角上升起了两颗亮星：五车二（御夫座α星，星等0.08，距离45.6光年，黄色。天空中最北的亮星，我国东北、北部终年可见）； 毕宿五（金牛座α星，代表金牛的眼睛，星等0.78-0.93，距离 685，是一颗变星）。总的来说，秋天的星空中亮星不多，飞马座的α、β、γ三颗星和仙女座的α星形成醒目的秋季星空四边形，「秋天的孤星」北落师门和鲸鱼座之土司空，以及凤凰座胸膛的一颗亮星则组成了南天大三角。

冬 夜 星 空

冬季星空极其壮丽。猎户座是冬季星空的中心。猎户座中两颗最亮的星分别是四边形右下角的参宿七与左上角的参宿四。参宿七是很亮的星，如果它的距离跟天狼星一样近，光度可达-10，是满月的1/5。参宿七有颗伴星，它是个双子星。参宿四是个年老的红巨星，在冬日的夜空中，呈现红色耀眼的光芒。

参宿五位于四边形的右上角。参宿六与组成猎户腰带的三颗亮星就比较远了，都超过1000光年。但是它们的亮度都超过太阳的20000倍，所以在地球看来依然是很耀眼的星星。参宿六的规模不比参宿七小多少，只是距离比较远，看起来暗了些。

猎户的腰带由三颗星组成，分别是参宿一、二、三。猎户座中还有另一组三星。这三颗星都是四等星，在腰带的南边成南北向排列，有如挂在腰带上的宝剑。著名的猎户座M42大星云就位于这三颗小星的正中央。

三星连线向左下方延长，就能遇到全天最亮的恒星：天狼星。它是大犬座α星，视等-1.46，距离 8.65光年，直径为太阳1.68，实际光度比太阳大25倍，呈青白色光辉，表面温度一万度。它有一颗伴星，是白矮星。

金牛座背上的昴星团是一个极好看的疏散星团，约由 500颗恒星组成，俗称的七姊妹，是热门的外星人家乡候选地之一。

三、月相

月球圆缺（盈亏）的各种形状，叫做月相。

由于日、地、月三者的相对位置，随着月球绕地球向东运行而变化，就形成了新月—上弦月—满月—下弦月—新月的月相周期性更迭。月相变化的周期为29.53日。

月相变化的周期性，给人们提供了一种计量时间的尺度。古代的人们很早就根据月相的变化来计时。农历①月就是以月相变化周期为基础的。此外，从朔到上弦、上弦到望、望到下弦、下弦再到朔，这种朔望两弦四相，每相大约7日的现象，也是一种天然的计时单元。星期最早就是由此演变而来的。

看月相，注意把握方向、圆缺、出现时间、方位。

01年6月21日日食画廊

四、日食与月食 4 日食：太阳圆面被月球遮掩的现象。根据交食的情况，可分为日全食、日偏食和日环食。 日食必定发生在“朔日”（即农历初一）。

当发生日食时，月球正运行在地球和太阳中间，月球椭圆形的影子投影到地球表面。由于地球和月球都在运动，所以月球的影子以很快的速度扫过地球表面。在投影扫过的区域内，人们就可以看到日全食。扫过的这片长条形区域成为全食带。

由于全食带很窄，一般仅有200公里左右，所以对于在地球上某一特定区域的人们来说，要约300年才能见到一次日全食。日食的开始是默默无闻的。在太阳的西边缘，由月影产生一个小小的缺口，这意味着月球已开始侵占太阳表面了。

日食原理和日食发生的规律

◆日食和月食的“季节”

日、月食的发生必须是新月和满月出现在黄白交点的一定界限之内，这个界限就叫做“食限”。计算表明，对日食而言，如果新月在黄道和白道的交点附近18度左右的范围内，就可能发生日食；如果新月在黄道和白道的交点附近16度左右的范围内，则一定有日食发生。

对月食而言，如果望月在黄道和白点的交点附近12度左右的范围内，就可能发生月食；如果望月在黄道和白道的交点附近10度左右的范围内，则一定有月食发生。

由于黄道和白道的交点有两个，这两个交点相距180度，所以一年之中有两段时间可能发生日食和月食，这两段时间都称为“食季”，它们相距半年。

太阳每天在黄道上向东移动约1度，由于日食的食限为18度左右的范围，太阳从黄道和白道交点以西的18度运行到黄道和自道交点以东的18度，大约需要36天，也就是说日食的每一个食季为36天。对于月食而言，它的食限为12度左右，因此月食的每一个食季就只有24天。