第五课(地球的宇宙环境2012918)

2010.11.21《地球概论》主讲教师：李军[e-mail]重庆师范大学地理与旅游学院地球的宇宙环境第二章地球的宇宙环境恒星和星系太阳和太阳系月球和地月系天体的概念及类型天体的概念地球大气以外的宇宙空间各种星体的通称。天体的类型聚集态天体云雾状天体星际物质肉眼可见的天体类型聚集态天体云雾状天体恒星星云行星行星及其卫星彗星流星体1997年回归的海尔-波普彗星陨石流星木星及木卫一第一节恒星和星系恒星星系恒星的运动一、恒星恒星的距离恒星的发光和光谱恒星的亮度和光度星座的划分恒星的多样性恒星的概念恒星的演化恒星是由炽热气体组成的、能够自身发光的球形或类似球形的天体。质量巨大在自引力作用下，呈球形或类球形中心温度很高，通过核反应发射可见光恒星的概念恒星的运动运动速度一般为几十～几百KM/S。视向速度和切向速度自行：由恒星运动引起的在地球上观测角度的差异。据测定，恒星的自行量均很小，最大的为巴纳德星10″31/年，相当于从16KM外看3个硬币的宽度。在已测定的30万颗恒星的自行中，1″/年只有400余颗，一般0″1/年。视向速度和切向速度自行V视V切地球10万年前10万年后现在北斗七星的自行恒星的距离距离的测定——周年视差法天文学上的距离单位恒星的距离天文单位(A.U)：光年(L.Y)：秒差距(P.C)：日地平均距离。光在真空中一年所走的距离。周年视差为1秒的恒星距离。1A.U=1.496×108KM1L.Y=9.5×1012KM=63240AU1P.C=3.26LY=206265AU恒星距离（p.c）=1／周年视差（）周年视差示意图基线视差11p.c周年视差：地球轨道半径对于恒星的最大张角。有关天体的距离最近的恒星：4.22光年（半人马座α）牛郎星：16光年织女星：26光年北极星：682光年星座及其划分星座的概念星座的划分恒星的命名相互邻近的恒星所组成的图形及这个图形所占据的区域星座＋希腊字母1928年，国际天文学联合会将全天划分为88个星座。黄道天区12个，北天天区29个，南天天区47个星座的由来黄道12星座白羊座金牛座双子座巨蟹座狮子座室女座天秤座天蝎座人马座摩羯座宝瓶座双鱼座恒星的命名主要星座春季星空夏季星空秋季星空冬季星空大熊座牧夫座室女座狮子座天鹅座天琴座天鹰座仙后座飞马座仙女座仙王座猎户座大犬座小犬座双子座御夫座金牛座洪恩在线——天文大观恒星的发光和光谱发光条件光谱型质量发展阶段不同光谱型的差别主要在于星光颜色，而星光的颜色代表着恒星温度的高低。光谱型颜色温度(K)O蓝3～5万B蓝白2万A白1万F黄白7500G黄6000K橙4500M红3000恒星的光谱光谱：不同波长的光波按波长顺序排列成的一条光带。光谱具有不同的类型恒星的光谱型恒星的亮度和光度亮度和视星等光度和绝对星等亮度指恒星看上去的明亮程度，光度是恒星本身的发光强度。影响亮度的因素：恒星的光度恒星的距离影响光度的因素：恒星的温度恒星的体积E1／E2＝d22／d12绝对星等：恒星距离为10秒差距时的视星等。绝对星等和视星等的换算视星等的由来古希腊学者喜帕恰斯根据肉眼观测，将全天最亮的21颗星的亮度定为1等，将肉眼刚好能看到的星定为６等。介于其间的星按亮度大小分别定为2、3、4、5等。这便是古代的视星等。1２３４５6０-1…………7后人通过测定，１等星平均比６等星亮100倍。根据这个关系，人们推算出星等每相差１级，其亮度相差2.512倍。即：E1／E2＝2.512ｍ2－ｍ１有关天体的视星等天体视星等太阳-26.74月亮-12.7金星-4天狼星-1.45北极星2肉眼可见的最暗星6绝对星等和视星等的换算设一颗星，其距离为ｄ秒差距，视星等为ｍ，亮度为Em当其距离为10秒差距时，绝对星等为M，光度为EMEM／Em＝2.512m－MＥM／Em＝d2／102即：2.512m－M＝d2／102（m－M）lg2.512＝lgd2－lg1020.4（m－M）＝2lgd－2M＝ｍ＋５－５lgd两边取对数：恒星的多样性双星和星团变星巨星、超巨星、白矮星——组成数量的差异——光度的差异——体积的差异脉冲星和中子星双星和星团双星：空间距离接近，彼此之间具有力学上的联系，相互环绕转动的两颗星。星团：许多恒星集中分布在一个较小的空间，彼此具有物理联系的恒星集团。食双星疏散星团球状星团北斗七星金牛座中的双星（两星彼此相距45天文单位）疏散星团•形态不规则•包含几十至二、三千颗恒星•很容易用望远镜区分巨蟹座疏散星团金牛座昴星团球状星团武仙座球状星团，250万颗恒星，2.5万光年半人马座球状星团人马座球状星团•球形或扁球形•包含1～1000万颗恒星•星团中央十分密集变星有些恒星的光度在短时期内会发生明显的、特别是周期性的变化，这样的恒星叫变星。•脉动变星•新星•超新星恒星体积发生周期性膨胀或收缩引起的光度变化。亮度在短时间内（几小时至几天）突然剧增，然后缓慢减弱的一类变星。爆发规模更大的变星，亮度的增幅为新星的数百至数千倍。新星爆发1975年天鹅座新星爆发前后1992年天鹅座新星的爆发超新星爆发超新星1987A爆发前后1987A遗迹（1994.2）1054年金牛座超新星爆发“至和元年（1054年）五月，晨出东方，守天关，昼见如太白，芒角四出，色赤白，凡见二十三日。”1731年，一位英国天文爱好者在这个位置上观测到一个外形似螃蟹的天体，叫蟹状星云。超巨星巨星、超巨星、白矮星赫罗图恒星类型赫兹普龙罗素光度－温度坐标图温度高低光度大小不同的恒星类型主序星巨星超巨星白矮星恒星的光度随温度的升高而增大温度较低，但光度较同温度的主序星大，说明该星体积很大温度高低不一，但光度都较大，说明其体积均很大温度很高，但光度较小，说明其体积小脉冲星和中子星中子星由中子组成的恒星脉冲星实际上是具有强磁场的、快速自转的中子星。周期性发出强烈的脉冲辐射脉冲星恒星的演化星云在引力作用下，不断收缩，逐渐聚集成团，形成比较密集的气体球。开始核反应，发射可见光。恒星的特点取决于恒星的质量。恒星中心区域的核反应停止，外层的氢开始核反应，恒星膨胀。核反应完全中止，恒星迅速坍缩。依质量不同，演化为矮星、中子星或黑洞主序星阶段巨星阶段死亡阶段原恒星阶段恒星由星云（气体和尘埃）凝聚而来。质量对主序星的影响质量大的恒星参加核反应的物质多，产生的能量大，故光度大，温度高。大质量恒星的核心温度更高，核反应消耗氢的速度比较快，因此其生命历程相对来说要短得多。影响恒星寿命的长短影响恒星温度的高低恒星的死亡较小质量恒星较大质量恒星巨星阶段之后，恒星的外壳一直向外膨胀，形成行星状星云。中心部分收缩为一颗密度极大的白矮星。经历超新星爆发，星体物质大量抛射到宇宙空间，核心遗留下来两种特殊形态的天体——中子星或黑洞。行星状星云宝瓶座行星状星云。天琴座环状星云太阳的归宿超新星遗迹金牛座超新星爆发后的遗迹——蟹状星云。中部存在一颗极致密的中子星。星云——恒星的诞生地猎户座星云M16鹰状星云原恒星形成示意星云在引力作用下收缩星云碎裂继续收缩为原恒星开始核反应进入主序阶段猎户座红巨星太阳成为红巨星后的地球景观恒星演化示意图二、星系星系是由大量恒星和星云构成的天体系统。银河系河外星系星系命名星系分类宇宙的起源与演化星系命名按所在星座命名按星表序号命名梅西耶星表：M31星云星团新总表：NGC224星云星团新总表(NewGeneralCatalogue)简称为NGC,共收录7840个星云、星团和星系。后面的数字是天体在该表中的编号。仙女座星系梅西耶星表梅西耶星云星团表（Messiercatalogue）由法国天文学家梅西耶编制，收录天体109个，简称M。M后的数字是天体在该表中的编号，称为梅西耶号数。CharlesMessier星系的哈勃分类外形呈正圆形或椭圆形，中心亮，边缘渐暗。外形呈旋涡结构，有明显的核心，有几条旋臂。外形没有明显的核心和旋臂，呈不规则的形状。旋涡星系不规则星系椭圆星系椭圆星系按星系椭圆的扁率从小到大分别用E0-E7表示M87E1室女座M49E4室女座NGC205E6仙女座NGC3115E7六分仪座M89E0室女座旋涡星系中央无棒状结构的旋涡星系，用S表示中央有棒状结构的棒旋星系，用SB表示M65Sa狮子座M66Sb狮子座M51Sc猎犬座M95SBb狮子座M109SBc狮子座M58SBa室女座不规则星系不规则星系中含有更多的尘埃和气体，用Irr表示大麦哲伦星系银河系银河系结构：核球、银盘、银晕约2000亿颗恒星1400亿倍太阳质量太阳在银河系中的位置和运动距银心2.4万光年的银道面附近250KM/S的速度绕银心旋转，周期为2.5亿年银河系结构核球恒星最密集的区域直径约1万光年核球银盘核球周围的扁状圆盘直径约8万光年银盘银晕银盘周围由较稀疏的恒星构成的球体直径10万光年以上银晕银道面2.4万ly河外星系银河系之外其他星系的统称星系团：比星系群更加庞大的天体系统星系群：相互邻近的星系结合而成本星系群总星系：目前观测工具所能察觉到的宇宙空间银河系的近邻美国天文学家哈勃1924年，哈勃准确测定出仙女座星云的距离，证明它是在银河系之外的一个巨大、独立的恒星集团。从此,仙女座星云改称仙女座星系。几个银河系的近邻大小麦哲伦星系大麦哲伦星系小麦哲伦星系距离16万光年19万光年质量1/20银河系质量1/100仙女座大星系，距离220万光年大麦哲伦星系猎犬座星系M51室女座星系M104星系群后发座星系团宇宙的起源与演化宇宙的含义宇宙演化模型大爆炸宇宙学简介哲学——无限的宇宙科学——有限的宇宙稳恒态宇宙模型演化态宇宙模型伽莫夫1948年演化过程宇宙的未来观测证据大爆炸演化过程100亿度基本粒子10亿度化学元素几千度气态物质宇宙的演化由热到冷。在这个时期里，宇宙体系在不断地膨胀，物质密度从密到稀，如同一次规模巨大的爆发。大爆炸理论的观测证据天体的年龄星系的退行宇宙背景辐射各种天体的年龄都小于200亿年哈勃定律：远处的星系正急速地远离我们而去，且星系退行速度与它们的距离成正比自大爆炸至今，宇宙剩余的温度大约为3k宇宙的未来——取决于宇宙的质量没有足够的引力阻止膨胀，宇宙膨胀将永无止境。质量足够大——闭合的宇宙由此产生的巨大的引力会使得膨胀最终停止并接下来收缩，最终回复到大爆炸发生时的极高密度和极高温度状态。质量不够大——开放的宇宙2010.11.21