天文學基礎

主講：張宏波教授單位:城市與環境科學學院電話：1308684964986168156郵箱：zhanghongbo-cc@163.comQQ:905945616科學教育專業必修課程

杭州凱普企業管理咨詢有限公司WWW.KP本科內容第一章探索宇宙第五章地球的運動第二章地月系第六章地球運動的地理意義第三章太陽系第四章銀河系和河外星系

宇宙地球杭州凱普企業管理咨詢有限公司WWW.KP

第一節古人的天地觀

一、蓋天說

第一次蓋天說：“天圓如張蓋，地方如棋局。”問題：一圓一方，天地如何連接呢？第二次蓋天說：“天象斗笠，地法覆盤。”問題：日月星辰如何東升西落呢？

第一章探索宇宙

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二、渾天說

“天地之體，狀如鳥卵，天包于地外，如卵之裹黃也。其形渾渾然，曰渾天也。”問題：日月星辰附著于蛋殼上繞地運動。東漢的張衡（78—139）做了一個“渾天儀”，在一個圓球上刻上星座，讓這個球繞軸轉動，演示天體的東升西落和方位。優點：解釋了日月星辰的東升西落，提出了大地是球形的觀念。

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張衡：我國東漢時期偉大的天文學家、數學家、發明家、地理學家、制圖學家、文學家、學者。由于他的貢獻突出，聯合國天文組織曾將太陽系中的1802號小行星命名為“張衡星”。張衡是東漢中期渾天說的代表人物之一；他指出月球本身并不發光，月光其實是日光的反射；他還正確地解釋了月食的成因，并且認識到宇宙的無限性和行星運動的快慢與距離地球遠近的關系。杭州凱普企業管理咨詢有限公司WWW.KP三、宣夜說

“宣夜”的意思是宣勞午夜，說明它是根據辛勤的夜間觀測而提出的。日月星辰并不固定在一個球殼之上，而是漂浮于虛空之中。宇宙是無限的并不存在一個球形的天穹。優點：提出了宇宙無限的觀點，解釋了行星的順行和逆行。

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第二節地心說與日心說一、地心說：托勒密（約90—168）觀點：大地是球形的，地球是宇宙的中心；太陽圍繞地球旋轉；行星在“本輪”上旋轉，“本輪”的中心又在“均輪”上繞地球旋轉；旋轉的軌道都是正圓，軌道大小各不相同，運轉速度也不一樣；恒星仍然固定在球殼似的天穹上，恒星天球也繞地球轉動。

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優點：包含了渾天說大地是球形的觀念及宣夜說把行星從球形天穹上分離出來的見解。同時，運用數學建立了行星體系模型，用來解釋行星運動的規律性。旋轉的多層天球體系為日心說打下了基礎。錯誤：地球中心論二、日心說：哥白尼（1473—1543)杭州凱普企業管理咨詢有限公司WWW.KP觀點：在1543年發表的《天體運行論》哥白尼提出了日心體系。太陽是行星系統的中心，一切行星都繞太陽旋轉；地球也是一個行星，地球是運動的；地球有兩種運動，自轉和公轉。優點：建立了正確的天體運行體系，從相對運動的角度說明了恒星天球的東升西落，正確計算出行星的位置，解釋了四季的成因。缺點：

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我國也有相近的觀點，而且時間更早：西漢時張衡“地動則見于天象”“地橫動不止，而人不知——”哥白尼的著作出版后被歐洲教會列為禁書，意大利哲學家布魯諾（1548—1600）為了維護日心說被教會燒死；意大利物理學家、天文學家伽利略（1564—1642）為了贊成日心說受到教會的審判。杭州凱普企業管理咨詢有限公司WWW.KP

布魯諾：1576年流亡歐洲各國，對哥白尼日心說有了進一步的發揚，1578年出版對話集《論無限宇宙和無數世界》：宇宙是無限的，其中有無數個世界，我們的太陽并不在宇宙的中心，無限的宇宙也不存在中心。恒星離我們有遠有近，它們都是一個個遙遠的太陽，一個個遙遠的世界。羅馬宗教裁判所對他進行了長達8年的關押和審訊，想盡辦法對他進行勸說、利誘和脅迫。最后，羅馬宗教裁判所毫無所得，只得宣布火刑。1600年2月17日他被活活的燒死在羅馬的百花廣場。杭州凱普企業管理咨詢有限公司WWW.KP日心說不僅是天文學的一個大飛躍，由于它對神學的否定，而深刻地影響了其它科學的發展。恩格斯在《自然辯證法》中指出：“自然科學借以宣布其獨立便是哥白尼那本不朽著作的出版，從此自然科學便開始從神學中解放出來，科學的發展從此便大踏步地前進。”杭州凱普企業管理咨詢有限公司WWW.KP

三、麥哲倫環球航行

哥倫布發現新大陸。

1519年9月在麥哲倫的帶領下，二百多名探險隊員分乘五只船，從西班牙出發，歷盡千辛萬苦，于1522年9月回到了西班牙，最后只剩下一只船和十幾名船員。杭州凱普企業管理咨詢有限公司WWW.KP

第三節人類對于宇宙的探索一、探測工具1、天文望遠鏡是現代天文學探索宇宙的主要工具光學望遠鏡：1608年荷蘭人發明。折射式、反射式、折反射式“哥倫布發現了新大陸，伽利略發現了新宇宙”1609年末，伽利略首先將望遠鏡用于天文觀測，他自制了口徑4.4厘米，焦距1.2米人類第一臺折射式天文望遠鏡。憑著這架望遠鏡，他發現了月亮上有環形山和“海”，木星有四顆小衛星，金星有盈虧，太陽上有黑子，并根據太陽黑子的運動測出太陽自轉的周期，還看到許多肉眼看不到的恒心，并發現銀河是由許多繁星組成的。杭州凱普企業管理咨詢有限公司WWW.KP1668年牛頓制造了口徑2.5厘米，鏡筒長15厘米的第一架反射式望遠鏡，1781年英國天文學家赫歇爾兄妹用自制的口徑15厘米的發射望遠鏡發現了天王星。1845年英國的羅斯伯爵發現了河外星系M51的旋渦結構并看清了M1星云的形狀象一只螃蟹，取名“蟹狀星云”。1862年美國克拉克父子利用第一架現代概念的折射天文望遠鏡拍到了天狼伴星的照片。1908年美國天文學家海爾利用第一架現代概念的大型天文反光望遠鏡拍到了天狼伴星的光譜，判斷為一顆白矮星（體積小，不及地球，但質量巨大，同恒星相當）。1924年哈勃測定仙女座星系的距離，從而結束了170年之久的宇宙島之爭。杭州凱普企業管理咨詢有限公司WWW.KP赫歇爾家族赫歇爾家族是天文學史上重要的家族，最著名的有威廉·赫歇爾（1738—1822），和他的妹妹卡羅琳·赫歇爾（1750—1848）、他的兒子約翰·赫歇爾（1792—1871），他們都為天文學作出重要的貢獻，尤其杰出的是威廉·赫歇爾。

1781年英國天文學家赫歇爾兄妹用自制的口徑15厘米的發射望遠鏡發現了天王星，轟動一時。后又發現了天王星和土星各自的兩顆衛星。進行了銀河系結構的研究，用統計法首次確認了銀河系為扁平狀圓盤的假說。杭州凱普企業管理咨詢有限公司WWW.KP

海爾（1868-1938）美國天文學家。

1908年美國天文學家海爾利用第一架現代概念的大型天文反光望遠鏡拍到了天狼伴星的光譜，判斷為一顆白矮星（體積小，不及地球，但質量巨大，同恒星相當）。海爾通過太陽色球層的日餌照片，發現了太陽耀斑的存在；他還發現了太陽黑子中強磁場的存在，這是對地球外磁場的最早發現。哈勃（1889～1953）美國天文學家。

是研究現代宇宙理論最著名的人物之一，是河外天文學的奠基人。杭州凱普企業管理咨詢有限公司WWW.KP

宇宙島之爭：18世紀中葉，瑞典的斯危登堡和英國的賴特先后提出天上所有的恒星都和銀河是一家，他們共同構成一個巨大的磨盤一樣的天體系統——銀河系。其后不久，大哲學家康德在其名著《宇宙發展史概論》中指出，銀河系不是唯一的，宇宙中還有無數個象銀河系一樣的天體系統，象島嶼一樣散步在宇宙中。

由于材料和加工工藝的限制，機械和控制系統的限制，20世紀60年代以來，電子技術、計算機技術、航天技術突飛猛進之際，大型望遠鏡沒有新的突破。杭州凱普企業管理咨詢有限公司WWW.KP

地面大型光學望遠鏡口徑/厘米天文臺名稱所在地1000美國夏威夷天文臺（KeckⅠ）（1991年建成）美國夏威夷莫納克亞山1000美國夏威夷天文臺（KeckⅡ）（1996年建成）美國夏威夷莫納克亞山600俄國科學院天體物理臺俄羅斯高加索澤列爾丘克508美國海爾天文臺美國加州帕洛瑪山446美國史密松天文臺美國亞里桑那州霍普金斯山420英國格林尼治南方天文臺西班牙拉帕爾馬島杭州凱普企業管理咨詢有限公司WWW.KP射電望遠鏡:由于大氣對遠紅外、紫外和X射線、V射線波段天體輻射的阻擋，只有可見光及近紅外、波長最長的無線電波可以被地表接收。射電望遠鏡通過天線及接收機接收無線電波段電磁波輻射，經過數據處理，然后進行顯示。它比光學望遠鏡的成像過程復雜得多。可觀測150億光年。杭州凱普企業管理咨詢有限公司WWW.KP

地面大型射電望遠鏡

口徑/米天文臺名稱所在地366美國阿蕾西博天文臺波多黎各100德國普朗克射電天文臺德國波恩埃費爾斯堡91美國國家射電天文臺美國西弗吉尼亞格林班克（1988年坍塌）76英國焦德雷爾班克天文臺英國曼徹斯特64澳大利亞國家天文臺澳大利亞新南威爾士45.7加拿大阿爾岡昆天文臺加拿大安大略州杭州凱普企業管理咨詢有限公司WWW.KP2、空間天文探測設備天文學是一門依賴于觀測的科學。從歷史上看，天文觀測臺址的選擇經歷過四次變遷：市中心—近郊—遠山、遠海—太空。太空，是指100—120公里高的地球稠密大氣層以外的空間范圍，是除陸地、海洋、大氣層之外，人類活動的第四環境。太空是人造地球衛星、航天飛機、行星際飛船等人造飛行器馳騁的范圍。至1996年底，世界各國發射的航天器近5000個，其中90%是人造地球衛星，中國占0.9%。杭州凱普企業管理咨詢有限公司WWW.KP

中國宇宙探測大事記古代萬戶的故事。1956年：把開發火箭的技術納入國家12年科學發展遠景規劃1960年：成功發射第一枚探空火箭和第一枚自制的運載火箭1965年：制度了研究和發射人造地球衛星的空間計劃1970年：第一顆人造地球衛星“東方紅1號”發射成功，成為世界上第5個有能力自制運載火箭，發射本國自制研究的人造地球衛星的國家。1975年：第一顆返回式人造地球衛星發射成功，成為世界第三個掌握衛星返回技術的國家。1984年：實驗通訊衛星“東方紅2號”發射成功，世界上第5個發射地球靜止軌道衛星的國家。1985年：長征系列運載火箭投放市場，先后為一些國家發燒了衛星。1999年：神州系列。杭州凱普企業管理咨詢有限公司WWW.KP

二、中國天文探測

1、從“兩彈一星”事業起步1958年5月，蘇聯第一顆人造衛星上天后的第二年，毛澤東同志提出：“我們也要搞人造星!”一個月后，他又強調：“搞一點原子彈、氫彈、洲際導彈，我看有十年功夫是完全可以的。”當時，新中國一窮二白，百廢待興。許多海外學子回國投身到這一事業中。

1964年，一朵從西北大漠深處騰空而起的蘑菇云，同樣震驚了世界：中國第一顆原子彈爆炸成功。就在原子彈爆炸成功的第三年，中國第一顆氫彈空爆實驗成功。杭州凱普企業管理咨詢有限公司WWW.KP歷史的腳步終于跨進了一個神圣的日子：1970年4月24日。這一天，在西北大漠深處的酒泉衛星發射中心，中國成功地將自己的第一顆人造地球衛星送上了太空。響徹全球的“東方紅”樂曲，宣告中國進入了航天時代制高點，增強了我國科技實力和國防實力，奠定了我國在國際舞臺上的重要地位。正如鄧小平同志所指出的，“如果六十年代以來，中國沒有原子彈、氫彈，沒有發射衛星，中國就不能叫有重要影響的大國，就沒有現在這樣的國際地位。這些東西反映一個民族的能力，也是一個民族、一個國家興旺發達的標志。”“兩彈一星”的成功讓所有中國人為之歡欣鼓舞的時候，中國的飛天夢也正在孕育之中。杭州凱普企業管理咨詢有限公司WWW.KP

“東方紅”一號成功發射至今，中國依靠自己的力量，研制并發射了15種類型、50余顆人造地球衛星，飛行成功率達90%以上，衛星返回技術達到世界先進水平。通信衛星、氣象衛星、返回式遙感衛星和科學實驗衛星逐步形成系列，我國空間技術開始走向產業化。杭州凱普企業管理咨詢有限公司WWW.KP

我國的航天發射場和航天測控技術正日趨現代化。酒泉、太原、西昌三大衛星發射場經過更新與改造，現代化程度越來越高。載人航天發射場、北京航天指揮控制中心，綜合了世界先進科學技術。西安衛星測控中心掌握和運用了世界先進的，“中心遙控”模式。“遠望”號航天測量船隊，可同時在世界三大洋布陣測控。杭州凱普企業管理咨詢有限公司WWW.KP

“東方紅”一號成功發射至今，中國依靠自己的力量，研制并發射了15種類型、50余顆人造地球衛星，飛行成功率達90%以上，衛星返回技術達到世界先進水平。通信衛星、氣象衛星、返回式遙感衛星和科學實驗衛星逐步形成系列，我國空間技術開始走向產業化。從第一枚探空火箭升空到現在，我國已成功研制了12種不同型號、適用于發射近地軌道、地球靜止軌道和太陽同步軌道的“長征”系列運載火箭，把70多顆國內外衛星送人太空。我國自行研制的“長征”二號F運載火箭可靠性、安全性達到世界先進水平；我國飛船研制起步晚卻出手不凡——飛船“三段一艙”的設計模式占據了高起點，并可用于未來的空間站對接。杭州凱普企業管理咨詢有限公司WWW.KP

2、神舟系列載人飛船

1999年11月20日“神舟一號”飛船發射升空，11月21日成功著陸。2001年1月10日“神舟二號”飛船發射升空，1月16日成功著陸。2002年3月25日“神舟三號”飛船發射升空，4月2日成功著陸。2002年12月30日“神舟四號”飛船發射升空，2003年1月5日成功著陸。2003年10月15日9時整，“神舟五號”飛船升空。“神舟”五號一飛沖天，中國首名航天員楊利偉在人們的牽掛中成功的返回了地球。楊利偉成為“中國太空第一人”。從試驗飛船到無人飛船，從“模擬人”到航天員上天，國外載人飛行前多達數十次無人試驗，濃縮在“神舟”的短短5次飛行中。這意味著中國已成為世界上第三個能夠獨立開展載人航天活動的國家。2005年10月12日9時整，搭乘兩名航天員的中國第二艘載人飛船神舟六號，在酒泉衛星發射中心，中國載人航天發射場由神箭--長征二號F運載火箭發射升空，并于2005年10月17日4時32分安全著陸。神州7號，實現了太空漫步。杭州凱普企業管理咨詢有限公司WWW.KP

2、神舟系列載人飛船

2011年9月29日，中國天宮一號飛行器順利發射，11月1日，神舟八號飛船成功發射。11月3日和11月14日天宮一號飛行器與神舟八號飛船成功進行兩次交會對接。11月17日，神舟八號飛船返回艙安全著陸。今后天宮一號還會與神舟九號、十號完成交會對接。

天宮一號與神舟八號的首次交會對接任務的成功，意味著繼美、俄之后，中國成為第三個獨立掌握交會對接技術的國家，這為中國今后更大規模的空間探索、建造中國載人空間站奠定了技術基礎。杭州凱普企業管理咨詢有限公司WWW.KP

2、神舟系列載人飛船

神舟九號飛船是中國航天計劃中的一艘載人宇宙飛船，是神舟號系列飛船之一。天宮與神九載人交會對接是中國航天史上掀開極具突破性的一章。中國計劃2020年中國將建成自己的太空家園，中國空間站屆時將成為世界唯一的空間站。2012年6月16日18時37分，神舟九號飛船在酒泉衛星發射中心發射升空。2012年6月18日約11時左右轉入自主控制飛行，它搭載三名宇航員，其中有一名是女宇航員劉洋。與天宮一號實施自動交會對接，這將是中國實施的首次載人空間交會對接。、建造中國載人空間站奠定了技術基礎。神六宇航員太空漫步杭州凱普企業管理咨詢有限公司WWW.KP

3、中國探月計劃

人類的航天活動大致有三個方面：應用衛星、載人航天和深空探測。前兩領域我國已經取得了巨大成就，下一步進行深空探測是科學技術發展的一個必然趨勢。我國醞釀探月計劃已有10年之久了。1994年我國就提出了探月初步構想，此后的10年間，我們主要是在進行各方面的系統論證。我們的科學探測主要有4個目標：第一是為月球“畫像”，也就是要通過各種手段獲取月球表面影像和立體圖像。之前，雖然別的國家已做過類似的工作，但圖像中卻存在很多空白區，這次我們的目標是環月衛星要完全覆蓋全部月球，包括從沒有涉足的南北極部分區域；其次，以前美國曾經對月球上5種有用元素做過分布規律與含量的深測，這次我們希望擴大到14種元素，對月球的一些有用資源進行更為全面的前景評估；第三，就是要探測月球表層土壤厚度，這也是國際上第一次進行全月球的月壤厚度探測。第四，要研究地—月空間環境，這對于地球環境和人類社會的發展都是至關重要的。國家航天局宣布2007年前發射第一顆環月衛星。

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嫦娥撞月

“嫦娥一號”于2007年10月24日成功發射。2009年3月1日16時13分，“嫦娥一號”衛星在控制下成功撞擊月球。經最后確認，嫦娥一號衛星對月球的撞擊點位于南緯1.50度，東經52.36度。在撞擊過程中，嫦娥一號衛星攜帶的CCD相機傳回實時圖像，圖像清晰。中國探月一期工程宣布完美落幕。我國探月工程二期確定將實現軟著陸，技術跨度大，為在撞月過程控制和軌道測定方面積累經驗，減少后續工程風險，決定在嫦娥一號衛星壽命末期，控制衛星撞月。目前二期工程各項工作已全面展開，著陸器和巡視器技術是工程中的重要關鍵技術。從發射升空開始，嫦娥一號衛星累計飛行494天，其中環月482天，期間經歷三次月食，5次正＼側飛姿態轉換，共傳回1.37TB的有效科學探測數據，獲取了全月球影像圖、月表部分化學元素分布、月表土壤厚度等一系列科學研究成果，圓滿實現工程目標和科學目標，為我國月球探測后續工程和深空探測奠定了堅實的基礎。第一步是對月球進行環繞遙感探測；第二步是實現軟著陸探測器落在月球表面上，并實地考察月球；第三步，探測器不但要降落在月球表面，而且要從月球采集樣品送回地球供人們研究。這三個步驟被人們形象地稱為“繞”、“落”、“回”三部曲。杭州凱普企業管理咨詢有限公司WWW.KP

嫦娥二號衛星是由嫦娥一號的備份星改造而成，實施嫦娥二號飛行試驗任務的目的在于試驗驗證嫦娥三號任務的部分關鍵技術，為嫦娥三號/四號探測器實現月面軟著陸積累經驗，深化月球科學探測。與嫦娥一號任務相比，嫦娥二號技術更新、難度更大、系統更復雜，將實現六個方面的技術創新與突破。嫦娥三號衛星簡稱嫦娥三號，是嫦娥繞月探月工程計劃中嫦娥系列的第三顆人造繞月探月衛星。嫦娥三號任務是探月工程二期的關鍵任務，將突破月球軟著陸、月面巡視勘察、月面生存、深空測控通信與遙操作、運載火箭直接進入地月轉移軌道等關鍵技術，實現中國首次對地外天體的直接探測。“嫦娥三號”最大的特點是攜帶有一部“中華牌”月球車，實現月球表面探測。2013年左右發射.杭州凱普企業管理咨詢有限公司WWW.KP

軟著陸是踏上另一個星球進行實地科學探測的第一步，是所有探測活動中最為重要的環節。目前，軟著陸方式分為降落傘式，緩沖氣墊式和火箭反推式三類。在月球表面降落從某種程度上說比在火星降落要難得多。

降落傘在火星上可以用，在我們地球上可以用，由于月球上沒有大氣，是真空狀態，所以降落傘是不能用的，氣墊也沒辦法，它外面是真空，氣墊它會極度地膨脹得很快，唯一的一個選擇就是整個的降落過程完全用著陸器底下的發動機往反方向在底下往上推，減少著陸器的下降速度。

而這種軟著陸方式對于發動機控制技術，月球著陸器的姿態控制技術都提出了很高的要求。歐陽自遠透露，嫦娥三號在月表著陸主要分為探測器接近月面、軟著陸發動機點火、著陸撞擊直至穩定三個階段。杭州凱普企業管理咨詢有限公司WWW.KP

二、國外重要的天文探測項目

（一）前蘇聯的載人飛行和月球探測1957年10月4日，前蘇聯衛星一號人造衛星上天，開創了人類空間探測的新紀元；1961年4月12日，前蘇聯宇航員加加林乘東方一號衛星航行外層空間后安全返回地面，寫下了人類進入太空的第一個記錄。1959年1月至1976年8月，前蘇聯發射了月球探測器：月球1號—24號，對月球進行，了空間探測。他拍回了月球背面的照片，采回了月巖標本。

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（二）美國的阿波羅登月計劃

1966年2月26日—1972年，美國共發射17艘阿波羅飛船，11號—17號為載人登月飛船，1969年7月21日，美國宇航員阿姆斯特朗從阿波羅11號的登月艙中走出來，在月面上邁出了人類登上月球的第一步，在荒涼的月面沙土上留下了人類第一個深深的足跡。除阿波羅13號發生故障外，其余六次共有12名宇航員探月成功，月面停留時間為300小時11分38秒，探測時間為80小時。這項登月計劃共耗資400億美元。杭州凱普企業管理咨詢有限公司WWW.KP

（三）水手號和海盜號探測器

1962年7月—1973年11月共發射10次水手號水星、金星、火星探測器。1975年發射了海盜1號和海盜2號探測器。和水手號同時，前蘇聯也發射了火星1號—7號探測器。杭州凱普企業管理咨詢有限公司WWW.KP

（四）先驅者和旅行者的行星探測器

1958年10月—1973年4月美國發射對木星、土星、天、海、冥行星探測器11次。1974年“旅行者”探測器攜帶“地球之音”唱片，有音樂、風、雷、火車及鯨魚的叫聲，60種語言的問候語。1983年6月14日先驅者10號越過海王星軌道，由于冥王星正位于海王星內側，所以，美國宇航局把這一天定為地球人制造的飛行器首次沖出太陽系的正式日期。旅行者1號和2號是1977年9月5日和8月20日分別發射的行星際探測器。它們都已飛出了太陽系，2020年之前，仍和地球保持信號聯系。杭州凱普企業管理咨詢有限公司WWW.KP（五）伽利略號木星探測器

1989年10月18日發射了伽利略號木星探測器。該探測器95年7月13日抵達木星附近，96年3月進入木星環繞軌道，發回了57分鐘的探測信息，然后沉入木星大氣深處，完成了人類直接考察木星大氣層的歷史使命。獲得的有關木星大氣結構、化學組成、雷電和云層等觀測數據傳送至本體上的數據存儲器中。伽里略號探測器本體于1996年3月點燃所帶發動機，進入環繞木星飛行的軌道，對木星及其衛星進行考察。1996年6月27日，探測器從木衛三上空840公里處飛過，9月6日又從255公里上空再次飛過，清楚地看到了覆蓋木衛三表面的冰層和冰蓋下環形山及折皺的圖案。科學家們推測，在冰蓋下存在厚厚的液態氧層，氧含量與地球大氣中的氧含量大致相當。考察還發現比木衛三距離木星更近的木衛二表面也覆蓋著冰層，但冰面上可能存在液態水和浮冰，冰蓋下面則是大量的液態水，水下隱藏著海底火山，不時提供一定的熱量。人們據此猜測木衛二的海洋中可能有微生物存活著。這一問題有待于今后更深入的探測才能作出回答。離木星最近的木衛一是太陽系所有行星、衛星中火山活動最活躍的天體。1997年3月和6月，伽里略號探測器拍到了正在噴發的火山照片，高溫巖漿溫度超過1500開。杭州凱普企業管理咨詢有限公司WWW.KP

伽里略號探測器還對木星本體，特別是其大紅斑進行了近距離拍攝。2003年9月21日，美國"伽利略"木星探測器在第34次環木星運行時，在人工控制下如期墜入木星大氣層銷毀，從而完結其14年的太空探索使命。這也是美國自1999年以來首次控制探測器在地球之外的行星上墜毀。有大約有1000多名曾經參與過"伽利略"工程研制的科學家來到噴氣推進實驗室，一起與"伽利略"做最后的告別。

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（六）卡西尼號土星探測器

1996年美國新一輪為期10年火星探測計劃實施。對火星大氣、磁場、地貌、氣候進行探測。卡西尼號探測器長7米，直徑3米，地面重量6.4噸，攜帶27件有多種功能的探測設備，總投資34億美元，是一項以美國航天局和歐洲空間局為主的國際合作項目。它的任務除對土星進行全面考察外，還重點探測神秘的土星光環和名為“泰坦”的土衛六。

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泰坦是太陽系中第二大衛星，直徑5120公里，僅次于木衛三，有厚厚的大氣層，表面物理條件類似于原始地球。天文學家希望探測到泰坦上是否有生命存在的信息。卡西尼號攜帶著專門探測泰坦的惠更斯著陸器，直徑2.7米，地面重量350千克，2004年12月25日惠更斯脫離環土星軌道的卡西尼號飛船，只身飛往土衛六，2005年1月14日，惠更斯如期在睡夢中醒來，向地球發出無線電信號，開始向土衛六降落，惠更斯降落過程大約耗時兩個半小時，探測器著陸后會繼續向母船傳送數據直到電池耗盡，惠更斯的使命也到此結束。從惠更斯發回的照片可以看到河流和山谷的痕跡，惠更斯著陸處呈灰色的平坦地形，專家認為，這塊平原可能由液態甲烷和碳氫化合物構成。科學家認為，土衛六是太陽系中唯一已知有云和稠密大氣的衛星，它很象40億年前的地球，對它的探測有助于揭開生命誕生之謎。

杭州凱普企業管理咨詢有限公司WWW.KP（七）美國新一輪的火星探測

1996年11月7日，發射“火星環球勘測者”，于1997年9月12日到達火星上空，進入環繞火星兩極的軌道，距火星表面380公里，拍攝高分辨率的照片傳回地球，全面勘察火星的大氣、磁場、地貌等。與之配套的“火星探路者”則登臨火星表面進行局部的深入勘察。1996年12月4日“火星探路者”發射升空，1997年7月4日到達火星上空。在反推器點火減速后，以每秒6.3公里速度進入火星大氣層。在大氣層中張開降落傘，臨著陸前，保護氣囊自動充氣，重264千克的著陸器緩緩降落，接觸火星表面后彈跳沖擊約1小時，最終靜止在火星表面的阿瑞斯平原上。緊接著著陸器緩緩張開像蓮花瓣似的三片太陽能電池帆板，一輛精致的火星車“索杰娜”開到火星表面上。索杰娜身高0.3米，長0.65米，寬0.48米，地面體重10.4千克，裝有6只小巧靈活的車輪。每分鐘行駛1米；造價2500萬美元。能夠自動繞過較大的障礙物，行動自如沉穩又輕捷。它的主要使命是收集火星表面的巖石和土壤樣品，當場分析它們的化學成分，然后將分析結果發回地球。“火星探路者”登臨火星的全過程，索杰娜在火星上跋涉的那小巧玲瓏的身影通過衛星電視適時傳播到全世界每一臺電視機上，令數十億觀眾矚目觀看，驚嘆不已。“火星探路者”成功地在火星表面勘察的壯舉被評為1997年世界十大科技新聞的第一條。

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火星探測的第二步，于1998年12月11日發射了于“火星氣候軌道探測器”，1999年1月4日發射“火星極地著陸探測器”登臨火星南極地區，攜帶能深入地下幾米的探頭進行探測，主要考察火星表面和大氣中水分的含量。第三步，將于2001年3月發射“勘測者01環行器”，4月發射“勘測者01著陸器”，攜帶一輛比索杰娜更先進的火星車，探察著陸點周圍30多公里的范圍。第四步，將于2003年發射一對03環行器和03著陸器，研究和實驗將采集到的火星樣品帶回地球的技術問題。第五步，將于2005年發射最后一對環行器和著陸器，完成將火星樣品帶回地球的任務。可惜，1999年1月發射的“火星極地著陸探測器”在1999年12月到達火星上空后，因與地面失去聯系而丟失了。杭州凱普企業管理咨詢有限公司WWW.KP

2001年4月，美國發射“奧德賽”火星探測器，2002年“奧德賽”火星探測器發現火星表面和近地表層中可能有豐富的冰凍水，但一直對這一問題存在爭議。2003年6月10日和2003年7月7日，“勇氣”和“機遇”號火星探測器發射升空，多年來，科學家們一直想弄清楚火星上是否存在水和生命，從傳回的前所未有的高清晰度照片上可以較好的解釋這一問題。目前，科學家已找到了充分的證據證明曾有液態水存在，但這并不意味著火星上就曾存在過生命。杭州凱普企業管理咨詢有限公司WWW.KP

2004年1月14日，美國總統布什發表講話，宣布美國未來航天發展計劃，這個計劃的中心任務是在月球建立永久性基地，作為美國探索天空的“中轉站”，以此為跳板，把人類送上火星。這項藍圖計劃估計投入將超過1萬億美元。杭州凱普企業管理咨詢有限公司WWW.KP

（八）美國的哈博空間望遠鏡

1990年4月25日美國的哈博空間望遠鏡被送入太空，這是一架天文光學望遠鏡。還將有紅外、紫外、射線空間望遠鏡計劃發射。2004年1月17日，美國宇航局決定停止一切維修保養哈勃太空望遠鏡的航天飛機任務，這將使哈勃望遠鏡在未來4年內變得毫無用處。宇航局做出放棄哈勃望遠鏡的決定，是因為在美國總統布什提出的新的宇航計劃中，航天飛機將在2010年完全退役，這也預示著哈勃望遠鏡的“生命”將走到盡頭。

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第二章月球和地月系第一節月球一、月球的距離、大小和質量1、距離：根據月球的地平視差計算月地距離。天體的地平視差：地球半徑對天體所張的角，叫該天體的視差。當天體位于地平時視差最大，這個最大值，稱為天體的地平視差。天體的視半徑：天體的半徑對地球中心所張的角度。月球的地平視差為57′Sin57′=R/dR=6371Kmd=384,400Km根據激光測量,只要向月球發一激光訊號，并測定它從月面返回的時間，便能精確的測定月地距離。誤差僅為幾米。杭州凱普企業管理咨詢有限公司WWW.KP

2、大小：月球的平均視半徑為15′33″R=Sin15′33″×384,400=1738Km為地球的27.25%太陽的平均視半徑為16′00″所以太陽、月球大小相似，有時，月球比太陽還要大。杭州凱普企業管理咨詢有限公司WWW.KP

3、質量：地月系質心分別至地球和月球質心的距離之比為二者質量的反比率，計算出月球的質量。7.35×1025次方克為地球的1/81.3，重力為1.62，為地球的1/6。杭州凱普企業管理咨詢有限公司WWW.KP二、月面上的自然條件

1、地形：月球表面的高低起伏狀況。海和月陸：月面上比較陰暗的部分，過去誤認為是海洋，所以稱月“海”。月面上比較明亮部分的高地，統稱月陸。一般高出月“海”2—3Km。月“海”是月面上最廣泛的地形在月球的可見半球，較大的“海”有10個：位于西部的是危海、澄海、靜海、豐富海和酒海；位于東部的是風暴洋、雨海、云海、濕海和汽海。最大的海是暴風洋，面積達500萬平方千米，比地中海還大得多。杭州凱普企業管理咨詢有限公司WWW.KP

環行山：月面上中部低陷、周圍隆起的山。環行山數量眾多，達33000個，大小不一，最大的環行山直徑達235千米，容得下一個海南島，小的月坑直徑只有幾十厘米。環行山是隕星撞擊的產物。月面上明顯的環行山有第谷環行山、哥白尼環行山、開普勒環行山，都位于月面的東面。山脈、亮線和暗線：月面上有連綿高峻的山脈，數量不多，但高度達7000—8000米，最高峰高達9000米，超過地球上的珠峰。伽利略把月球上的最顯著的兩條山脈命名為亞平寧山脈和阿爾卑斯山脈。月面上的亮線是輻射紋，暗線是深陷的裂縫。杭州凱普企業管理咨詢有限公司WWW.KP杭州凱普企業管理咨詢有限公司WWW.KP

2、沒有空氣、表層液態水、生命的星球

月球表面沒有大氣沒有表層的液態水，也沒有云雨雪等天氣現象，也沒有聲音的傳播。月球表面沒有四季變化，但有強烈的晝夜反差。

杭州凱普企業管理咨詢有限公司WWW.KP第二節、月球和地球一、地月系1、天體系統：天體由于相互吸引而不斷的相互繞轉，這樣的天體群或天體集團，稱為天體系統。地月系、太陽系、銀河系等是不同等級的天體系統。F=GMm/r2杭州凱普企業管理咨詢有限公司WWW.KP

2、地月系:地球和它的衛星月球組成的天體系統為地月系。地月系的質心在地球本體之內，距地球質心4700千米，地球的半徑是L=6371千米，月球繞地球公轉，實際上是月球和地球繞地月系的共同質心轉。3、月球的自轉和公轉

公轉：軌道為一個橢圓，偏心率為0.0549（地球的偏心率為0.0167）近地點的距離是363300千米，遠地點的距離是405500千米，二者相差42000千米，月球的視半徑相應的變化于16′46″—14′41″之間。自轉：月球的自轉和公轉有相同的方向和周期，這樣的自轉叫同步自轉。

杭州凱普企業管理咨詢有限公司WWW.KP第三節月相一、月相：月亮的圓缺變化稱為月相。二、月球的出沒月相距離同太陽出沒比較月出中天月落夜晚見月情形新月0°同升同落清晨正午黃昏徹夜不見滿月180°此起彼伏黃昏半夜清晨通宵可見上弦月90°遲生后落正午黃昏半夜上半夜西天下弦月270°早升先落半夜清晨正午下半夜東天杭州凱普企業管理咨詢有限公司WWW.KP

“樓上黃昏欲望休，玉梯橫絕月如鉤”（李商隱·代贈）（？）“月落烏啼霜滿天，江楓漁火對愁眠，姑蘇城外寒山寺，夜半鐘聲到客船。”（張繼·楓橋夜泊）（？）“月上柳梢頭，人約黃昏后”（宋·歐陽修·生查子）（？）“采蓮去，月末春江曙”（唐·李康成·采蓮曲）（？）“今宵酒醒何處？楊柳岸曉風殘月”（柳永·雨霖鈴）（？）杭州凱普企業管理咨詢有限公司WWW.KP四、恒星月和朔望月恒星月：月球在軌道上連續兩次通過同一恒星所需的時間。其長度為27.3217日，即27日7時43分12秒。月球自轉了360°朔望月：一個月相變化的周期。其平均長度為29.5306日，即29日12時44分3秒。杭州凱普企業管理咨詢有限公司WWW.KP

第四節日月食

一、天體及影錐1影錐：不發光的地球和月球在太陽光的照射下形成圓錐形的影子，稱為影錐。2類型：本影：影錐的主要部分，沒有太陽光。可見月球大于太陽。偽本影：與本影同軸而反向的圓錐。可見太陽邊緣光輝。可見月球小于太陽。半影：本影和偽本影的四周。可見太陽某一側。3本影的長度：從射影天體的中心到本影錐尖端的長度。杭州凱普企業管理咨詢有限公司WWW.KP二、日食及種類1、日食：月球在繞地球公轉過程中，它的影子（包括本影、偽本影和半影）有時會掠過地球的向日半球，這就是日食。時間：某月初一的白天日全食2、分類：中心食日食日環食偏食杭州凱普企業管理咨詢有限公司WWW.KP

日全食：由于月球本影掠過地表，在地表一小塊面積上整個太陽光都被遮掩，即為日全食。日環食：由于月球偽本影掠過地表，這是在地表偽本影中的太陽中心被遮掩，四周依然光明如故，即為日環食。

日偏食：月面部分被月球遮掩的現象即為日偏食。2007年7月22日日全食杭州凱普企業管理咨詢有限公司WWW.KP

三、月食及種類1、月食：月球本影有時在地球被日方向通過地球的本影，這種現象即為月食。發生時間：某月十五的夜晚2、分類：月全食、月偏食月全食：整個月球位于地球本影之內，失去太陽照射而失去光明即為月全食。月偏食：月球部分的進入地球本影，部分失去光明即為月偏食。

杭州凱普企業管理咨詢有限公司WWW.KP四、日月食的過程日全食和月全食都分為五個過程：初虧：第一次外切，即將發生食損。食既：第一次內切，全部被掩食。食甚：兩中心相距最近。食分：食甚時，日輪或月輪被“食”的程度。以月輪或日輪的視直徑為單位。偏食的食分大于0而小于1，全食的食分大于等于1。生光：第二次內切。復圓：第二次外切，恢復原狀。偏食的過程：初虧——食甚——復圓杭州凱普企業管理咨詢有限公司WWW.KP五、日月食的比較1、時間、分類和發光狀況時間：日食發生于朔，月食發生于望分類：月食沒有環食發光狀況：日食時日光被遮掩，太陽仍在發光；月食時太陽一片黑暗。2、先虧損的方位不同日食時太陽的西緣先虧；月食時月球的東緣先虧。3、持續時間不同月全食長于日中心時。一次月全食上小時，一般長達三個多小時，一次日中心時一般為二三四分鐘，最長不超過七分半鐘。4、現象不同日食發生于白天，被食部分相當黑；月食發生于晚上，有大氣折射和散射的光，月面呈暗弱紅色。5、可見觀測區域不同日食尤其是日全食，只在地表一小塊面積上可以看見；月食地表的夜半球都可以看見。6、月食現象對全球始全相同的，而日食卻分地區類型和程度不同。杭州凱普企業管理咨詢有限公司WWW.KP六、日月食的發生條件1、時間：日食發生于朔，月食發生于望，但大多數朔和望都不發生日食和月食，所以這只是必要條件。2、交點：黃道：太陽在天球上運行的軌道。白道：月球在天球上運行的軌道。黃道和白道在天球上相交于黃白交點，兩個大圓有5°9′的交角。日和月只有同時在黃白交點計附近時才能發生日月食。杭州凱普企業管理咨詢有限公司WWW.KP

七、2009-2020年可見日食和月食日期類型/中心帶我國主要城市食分和食甚時間2009.7.22全食/印度、中國、太平洋烏魯木齊0.49（9.10）昆明0.88（9.08）成都1.00（9.12）西安0.90(9.20)廣州0.77(9.23)武漢1.03(9.26)北京0.72(9.31)南京0.99(9.34)上海1.01(9.38)哈爾濱0.52(9.47)杭州1.02(9.36)2010.1.15環食/印度洋、緬甸、中國烏魯木齊0.41（16.27）昆明0.90（16.46）成都0.89（16.48）西安0.87(16.51)廣州0.71(16.53)武漢0.88(16.54)北京0.82(16.521)南京0.87(16.56)上海0.82(16.56)哈爾濱0.44(16.13)鄭州0.91(16.53)