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第二章 地球 第一节 地球的宇宙环境 一、宇宙和天体 宇宙是一个巨大无比的物质世界，其中包含着无数的天体和极其广阔的空间。现代人类理解的宇宙，则是大约发生于100亿年前的大爆炸所形成的，范围相当于130亿光年的巨大空间。很显然，这里所指的应是人类已知的宇宙。随着人类科学技术水平的提高，已知宇宙范围必将逐渐扩大。 宇宙中存在着无数的天体，包括恒星、行星、卫星、流星、彗星、星云以及星系。尽管这些天体距离地球非常遥远，但它们对人类生存的地球仍会产生一定的影响。同时，这些于体之间也有着不可分割的联系，如星系为恒星的发展提供了空间，星云则为恒星的形成提供了物质基础。而像太阳这样的恒星，则时时刻刻都在向外辐射能量、合成新的元素；恒星的形成还往往导致行星的诞生。 恒星质量很大且能发光。凭肉眼能看到的天体，99％以上都是恒星。从地球上看，恒星的相对位置似乎是固定不变的，但实际上，一切恒星都在不停地运动。行星自己不发光，质量也远较恒星小，并且绕恒星运动。地球便是绕着太阳运动的行星之一。卫星质量比行星更小，绕行星运动，并随着行星绕恒星运动。流星的质量更小，也不发光。流星在行星际空间运行，当接近地球，受到引力作用时，可以改变轨道甚至陨落。当它进入地球大气层后，因与大气摩擦，迅速增温至白热化，发生燃烧。绝大部分流星在到达地面以前就已完全烧毁，少数落到地面上即成为陨石。彗星是一种很小的，但具有特殊外表和轨道的天体。星云是一种云雾状的天体。离地球非常遥远的河外星云，是一些恒星系统，而作为银河系组成部分的银河星云，则是极端稀薄和高度电离的氢和氮的混合物。 鉴于用普通的长度单位，甚至用地球和太阳的平均距离（14 960×104 km，称为天文单位），都难以表示宇宙空间的距离，人们把光在一年中传播的距离（94 600×108 km），即一个光年，作为量度天体距离的单位。 现有的仪器已经能够观察到远离地球130亿光年的空间。在可以观察到的这部分宇宙中，约有1022个恒星。数十亿到上千亿个恒星的集合体是一个星系。例如银河系就是一个包括一千多亿个恒星的星系。银河系是一个旋转着的扁平体，绝大多数星体都密集在它的中心平面附近。其直径约为10×104光年，中心厚度约10 000光年，其余部分厚度约1 000光年。到目前为止，已经发现了十亿多个类似银河系这样的星系。星系表现为成对或成群的聚集状态，组成星系群。例如，银河系和包括比邻星系以及大、小麦哲伦云在内的近二十个星系，组成本星系群。本星系群直径约300×104光年。比星系群更大，包括几百个到几千个星系的集团，称为星系团。例如室女座星系团，包含2 700个星系，直径可达850×104光年。已知宇宙的总体称为总星系。 二、太阳和太阳系 银河系直径约有10×104光年，包含l 500×108颗恒星，太阳只是其中之一。太阳位于距银河系中心（银心）约27 000光年、距边缘23 000光年的地方，并以250 km/s的速度绕银心运动，大约2.5×108年绕行一周。 太阳是一个炽热的发光球，它的内部不断进行着巨大的热核反应。太阳表面温度高达6 000K，中心温度更高达1 500×104度。在已知宇宙中，太阳是一个中等大小的恒星，直径约为140×104km。相当于地球直径的109倍；表面积约为地球的12 000倍；体积约为地球的130×104倍；质量约1.989×1027t，相当于地球的33.3×104倍；并且占整个太阳系质量的99．86％，太阳的外层可见部分的密度约为水密度的1/1 000 000，中心部分的密度比水的密度大85倍，而平均密度则为1.4 g／cm3，约相当于地球密度的1/4。太阳的质量支配着太阳系的行星和其他天体的运行。这个天体系统就是太阳系，而太阳位于太阳系的中心。 太阳有一些随太阳活动周期而发生变化的特征。例如，太阳磁场周期性地干扰太阳大气层，使得太阳出现新的特征。最明显影的就是太阳黑子。太阳黑子是出现在光球层（太阳表层中可以看见的那一层）上的黑点，位于太阳强磁场穿透光球层的区域。实际上，太阳黑子很亮，只是因为温度比周围区域低，所以看上去显得比周围区域颜色深。这是因为太阳磁场阻止了太阳内部的炽热气体上升到表面而无法加热黑子，使得其温度偏低。太阳黑子通常会持续2个月，黑子以相反的磁极性成对出现，就像条形磁铁一样有南、北两个磁极。 太阳黑子的数量会呈现有规律的变化，平均每11.2年达到一个极大值，因此，科学家推断太阳活动周期为11.2年。不过，如果考虑到太阳磁场极性的变化、活动周期的长度可加倍到22.4年。太阳磁场发生逆转时，磁南极变成磁北极，反之亦然。因为太阳黑子是由太阳磁场引起的，所以如果太阳磁场的极性发生逆转，那么成对出现的太阳黑子的极性也发生逆转。在一个太阳活动周期，开始时黑子数量较少，之后逐渐增多，当达