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第4章 从了解宇宙开始(3)

尽管我们感觉不到地球在转,但地球就像一只陀螺,沿着自转轴自西向东不停地旋转着。由此而产生了昼夜交替和昼夜长短的变化。同时,地球还要按照一定的路线绕着太阳公转,使得地球上的四季在不断地转换。她自转一周为一天;公转一周为一年,要365天。公转轨道是椭圆的,而太阳位于这个椭圆的一个焦点上。

白天和黑夜

地球自转时,它总是半面对着太阳,另外半面背着太阳;对着太阳的那半面是白天,背着太阳的半面则是黑夜。所以,当我们所在的半球是白天时,另一个半球就是黑夜。

四季的形成

地球永不停歇地侧着身子,围绕太阳这个大火炉运转。在运转的过程中,地轴始终与轨道面倾斜成66°33'的夹角。由于地轴的倾斜,当地球处在轨道上不同位置时,地球表面不同地点的太阳高度是不同的。太阳直射,热量集中,日照时间长,昼长夜短,气温高,形成夏季,反之就是冬季。于是这种冷暖便不停地交替着,从而形成了寒来暑往的四季。

地球的磁场

我们平时用指南针、罗盘来辨别方向就是因为地球具有磁性。地球的磁性,是地球内部的物理性质之一。地球是一个大磁体,在其周围形成磁场,即表现出磁力作用的空间,称做地磁场。地磁场虽然看不见,但可以保护地球免遭各种宇宙射线的侵害。地球的磁场来自地球的金属核,金属核像一个永久磁场,使地球周围充满磁场。地球磁场内的空间称为磁层,磁层向外远远地伸入宇宙中,保护地球生命免受太阳辐射的伤害。

地球的外衣

大气层是地球的外衣,保证了地球的基本恒温。大气层又像是地球的盔甲,阻挡了来自太空的各种宇宙尘埃和陨星、陨石,防止地球遭受碰撞和伤害。它是一种由空气和水汽及部分杂质组成的无色、无味的混合气体。它的主要成分是氮气和氧气,还有含量少但作用不可低估的二氧化碳和臭氧等。根据大气温度和高度的变化,大气层可以分为对流层、平流层、中间层、暖层、散逸层五层。

埃托斯特尼的贡献

最早算出地球大小的,应该说是公元前3世纪的希腊地理学家埃拉托斯特尼。他成功地用三角测量法测量了阿斯旺和亚历山大城之间的子午线长,算出地球的周长约为25万希腊里(39600千米),与实际长度只差340千米,这在2000多年前实在是了不起。

地球的年龄

地球有一个漫长的成长历史。现在,地球已是一个46亿岁的老寿星了。地球自诞生后,就在不断地成长、变化,在成长中留下了许多痕迹。比如地球的外衣——地壳,许多化石都点缀在其中。这些化石就像一种奇妙的文字,可以向人们展示地球的成长过程。

得天独厚的条件

地球上有生命,而其他行星仍然保持着原貌。地球所以一枝独秀,得益于它所处的位置。它距离太阳不远不近,既能获得太阳的光和热,保持一个适合生命繁衍的适宜温度,又能防止太阳光线中有害物质的侵袭。

地球上的时间

时间是无形的,看不见,摸不着,但与人类的生活息息相关。在几百年前,定时非常地混乱,给人们的生活带来非常多的麻烦。直到1884年,世界天文学家在华盛顿召开了一次统一时间的国际会议,规定了世界各国的计时方法,一个全球共同遵守的统一时间诞生了。会议把0°经线上的时间,规定为国际标准时间。由于英国格林尼治天文台在0°经线上,所以国际标准时间又称为格林尼治时间。

月球

月球是地球唯一的天然卫星,也是距离我们最近的天体,与地球的平均距离约为384401千米。如果步行到月亮,每小时走5千米,要足足走8年零9个月才能到达月亮。月球的表面积还不如我们亚洲的面积大。月球自己本身不发光,靠反射太阳光而发亮。月球上有山脉和平原,有累累坑穴和纵横沟壑,但没有水和空气,昼夜之间温差悬殊,一片死寂和荒凉。

月球的结构

月球像地球一样,内部结构复杂,它从外向内可分为4层,即:月表、月壳、月幔、月核。最外层的月壳平均厚度约为60~65千米。月壳下面到1000千米深度是月幔,它占了月球的大部分体积。月幔下面是月核,月核的温度约为1000℃,很可能是熔融状态的,由铁、镍和硫组成。月球直径约3476千米,直径比地球的1/4稍大些。

月球的起源

月球起源是个十分古老的问题,传统的说法是同源说、分裂说和俘获说。新近有一种大碰撞说认为,在太阳系形成早期,大约在相当于目前地月系统存在的空间范围内,形成了一个原始地球和一个火星般大小的天体,它们在各自的演化中均形成了以铁为主的金属核和以硅酸盐组成的幔及壳。一个偶然的机会这两个天体撞在了一起,地球被撞出了轨道,火星大小的天体也碎裂了。飞离的尘埃、气体受地球的引力作用“落”在地球的周围,通过相互吸积,先形成几个小天体,以后像滚雪球似的形成了月球。

地月系

地球与月球构成了一个天体系统,称为地月系。在地月系中,地球是中心天体,因此一般把地月系的运动描述为月球对于地球的绕转运动。然而,地月系的实际运动,是地球与月球对于它们的公共质心的绕转运动。

月球表面

月面上山岭起伏,还有洋、海、湾、湖等各种特别名称——其实月面上并没有水。环形山是碗状凹坑结构。直径大于1千米的环形山就有33000多个。许多环形山的中央有中央峰或峰群。肉眼所看到的月面上的暗淡黑斑叫月海,是广阔的平原。由于月球上没有大气,再加上月面物质的热容量和导热率又很低,因而月球表面昼夜的温差很大。

月球的岩石

月球表面覆盖着一层松散层,由岩石碎块、角砾状岩块、砂和尘土组成,称为月壤。月球岩石与地球岩石有很大区别:月球岩石中没有碳、氢、硫、氯、汞等低温蒸发物质,而富含铝、钛、锆等不易熔化的耐熔元素。

辐射纹

月面辐射纹是在少数环形山四周的辐射状的明亮条纹。一般认为,月面上的辐射纹是小天体撞击月面,形成环形山时从环形山中抛出的碎小物体堆积而成的。辐射纹是月面上的一个主要特征,整个月面约有50个较“年轻”的环形山具有辐射纹。哥白尼环形山和开普勒环形山就有相当美丽的辐射纹。

月陆从地球上看月球,肉眼看到的暗色部分就是月海,高出月海的部分称为月陆,它是隆起在月面的古老高地,看起来比月海亮得多。

月海

我们将月面上较暗的区域称为“月海”,这是一些低凹的较为开阔的平原地区,已命名的月海有22个。其中最大的叫风暴洋,面积约500万平方千米,较大的月海还有澄海、危海,丰富海等。

月球的背面

由于在地球上看不到月球的背面,所以月球的背面蒙上了一层十分神秘的色彩。1959年,苏联发射的“月球3号”探测器成功发回了第一批月球背面的照片,借此我们终于揭开了它的神秘面纱。原来,月球背面与正面相比有很大差异,背面没有明显的山脉,大部分是崎岖不平、纵横交错、重叠相连的环形山;月海的数量很少,只有东海、莫斯科海和理想海。

范德格拉夫洼地

令人惊讶的是,月球最长和最短半径都在背面。最短半径在南纬30°附近的范德格拉夫洼地,它是一个不规则的月坑,直径约为233米,而且内部还存在一些小月坑,深度约4千米。而且那里的磁场和放射性比周围地区要强烈得多,这就意味着此月坑表面可能有火山岩存在。

日食与月食

当月球运行到太阳和地球之间,遮住太阳的光线时,就会发生日食;当月球进入地球的影子里,使月球的一部分甚至全郎的光线被遮住时,就会发生月食。

月相

月球靠反射阳光发光,随着月球的运动,产生了月球反光部分的位相变化,叫做月相,当月球运行到地球和太阳之间时,我们看不到月亮反射光线,叫做新月,或叫朔,这时是农历初一。初七之后凸面向西的半个月相叫上弦月;到了农历十五、十六、十七,月亮对着地球的一面完全被照亮,一轮圆月称为满月,或叫望;满月过后,月亮的明亮面逐渐变小,到了农历二十二、二十三,凸面向东的半个月相称为下弦月,这时的月亮半夜时分从东方升起,一星期后,月相又回到朔。

潮汐

潮汐是沿海地区海水一种有节奏的周期性涨落的自然现象,古代称白天的潮汐为“潮”,晚上的称为“汐”,合称为“潮汐”。地球上的海洋涨潮和退潮是由太阳与月球的引力引起的。

月球上的能源

1985年,专家们通过分析“阿波罗”号载人登月飞船带回的月球岩土样品发现,月球上有大量地球上稀有的物质氦-3。而这种在地球上很难得到的物质是清洁,安全和高效的核聚变发电燃料,可提供便宜、无毒、无放射性的能源,被科学界称为“完美能源”。如果用航天飞机往返运输,一次可运回20吨液化氦-3,可供美国一年的电力。

登月

1969年7月20日,美国宇航员尼尔·阿姆斯特朗和埃德温·奥尔德林乘“阿波罗11号”宇宙飞船首次成功登上月球,实现了人类登上月球的梦想。从1969年到1972年,美国共进行了5次“阿波罗”飞行,共有12名字航员登上月球。这一系列“访问”大大丰富了人类对月球的认识。

地球的大气层

在地球的外边包裹着一层厚厚的气体,这层气体叫做大气层。大气层是多种气体的混合物,其主要成分有氮气、氧气和氢气,还包括少量的二氧化碳、氦气、氖气、氪气和水蒸气等。大气层的空间密度随高度而减小,越高空气越稀薄。大气层是人类和其他地球生物赖以生存的物质条件。

大气层的结构

大气层的厚度约为:3000千米,但由于地心引力的作用,约50%的大气都聚集在离地面5000米以下的区域。大气在垂直方向上的物理性质是有显着差异的。根据温度、大气成分、电荷等物理性质,同时考虑到大气在垂直方向上的运动等情况,可将大气分为五层,从下到上分别是:对流层、平流层、中间层、热层和外逸层。

大气环流的形成和运动

地球表面的大气环流通过赤道的热空气和极地的冷空气相互进行空气交换。但它们之间并非直接进行交换,仔细观察的话,如图所示,在赤道和极地之间有三个空气环流,使得空气的流动变得很复杂。

大气环流

大气环流一般是指地球大气层中具有稳定性的各种气流运行的综合表现。大气环流构成全球大气运行的基本形势,它是全球气候特征和大范围天气形势的原动力。控制大气环流的基本因素是太阳辐射、地球表面的摩擦作用、海陆分布和地形等。

大气效应

地球大气对地表的长波辐射具有强烈的选择吸收,大气吸收长波辐射的同时又放射出长波辐射,其中一部分逸向了太空,而另一部分又返回地表和低层大气,从而使有大气存在时地表的温度高于无大气存在时地表的平均温度,保持了地面的热量。大气的这种保温作用就称为大气效应。

大气温度

大气的温度即大气的冷热程度,就是我们平时所说的气温。大气的冷热程度实质上是空气分子平均能动大小的表现。当空气获得热量时,空气分子的平均能动增加,气温就上升;反之,当空气失去热量,其分子平均能动减小,气温也就随之降低。气温在地球表面的平均分布主要与季节、地理纬度、海陆分布、海拔高度等因素有关。

臭氧层空洞

离地面10~50千米的大气层中,含有较多的臭氧,它是平流层大气最关键的组成成分。臭氧阻挡了阳光中大部分的紫外线,使地球上的生物免受紫外线的伤害。因此,有人形象地把臭氧层比喻为地球的“保护伞”。近年来,科学观测发现臭氧层遭受破坏,在南极甚至出现臭氧层消失的现象,即所谓的臭氧层空洞。

大气潮汐

大气潮汐是由于月球和太阳对地球各处大气的引力不同以及太阳辐射的日变化引起的地球大气的周期性波动现象,主要表现为某一处的气压、风和温度的周期性变化。由于月球离地球最近,因此,月球引潮力产生的大气潮汐较太阳引潮力产生的大气潮汐要大。

地球的内部结构

地球是一个由不同状态、不同物质的圈层构成的巨大的球体。第一层是地壳,位于海水的下面,其平均厚度仅有6千米;再往下一层是地幔,其厚度几乎达到地球厚度的一半;在地幔的下面是由炽热的岩浆及铁、镍等金属构成的地核。

地壳

地壳是包裹着地球内部的一层薄壳,质量仅为地球的0.2%,是由许多种类的固体岩石构成的,其厚度大概是几千米。但大陆地壳与海洋地壳有明显的差别。大陆地壳较厚,主要由火成岩、变质岩和沉积岩组成。海洋地壳则比较薄,主要由玄武岩和辉长岩组成。

大陆地壳和海洋地壳

大陆地壳是指位于大陆下面的地壳,平均厚度为30~40千米,但在最高的山脉下厚度可达70千米。大陆地壳是最古老的地壳,有些岩石可以追溯到38亿年前。大陆地壳漂浮在地幔上,处于一种平衡状态,称为地壳平衡。海洋地壳是指位于海洋下面的地壳,是各部分地壳中最薄的,厚度在6~11千米之间,海洋地壳也是最年轻的地壳,目前所知还没有超过2亿年的。

地幔

地幔介于地壳和地核之间,是地球内部体积和质量最大的结构,大部分由被称为“橄榄岩”的岩石构成,平均厚度为2800多千米。在地壳层以下大约700千米的地方是上地幔和下地幔的分界线。下地幔一般被认为是固态的,而上地幔则是由半融化的物质所构成。

地核

地核处于地球的最深部位,分为外地核、过渡层和内地核三个层次。外地核的构成物质呈液态;过渡层的构成物质处于由液态向固态过渡的状态;内地核主要成分是以铁、镍为主的重金属,因此又称为“铁镍核”。地核是地球的核心,受到的压力比地壳和地幔大得多,而且温度也很高,达到2000℃~6000℃,

地核的形成

地核是地球内部位于地幔之下的核心部分。原始地球形成以后,构成地球的物质在重力作用与高温的共同影响下,其内部物质发生了部分熔融。其中局部熔融状态的物质温度超过了铁的熔点,使地球中的金属铁、镍及硫化铁等物质熔化并流向地心,从而形成地核。

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