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1、第六章现代天文学和现代地学教学目标：掌握大爆炸宇宙理论、太阳系概况、板块构造说；熟悉恒星的形成和演化、地球的形成和演化；了解哈勃定律、海底扩张说、大陆漂移说。教学重点：大爆炸宇宙理论，太阳系概况，板块构造说。教学难点：哈勃定律，海底扩张说，大陆漂移说。教学方法与手段：讲授法，多媒体辅助。本章主要阅读文献资料：吴国盛著，科学的历程，北京：北京大学出版社2002年10月版。第一节现代天文学一、宇宙的起源和演化（一）哈勃定律与宇宙膨胀的确证1929年，哈勃确认，遥远的星系均远离我们地球所在的银河系而去，同时，它们的红移随着它们的距离增大而成正比地增加。这一普遍规律称为哈勃定律。光是电磁波。当光源远离
2、观测者时，接受到的光波频率比其固有频率低，即向红端偏移，这种现象称为“红移”。当光源接近观测者时，接受频率增高，相当于向蓝端偏移，称为“蓝移”。根据宇宙学的原理，当观测足够大的空间时，没有特殊方向和特殊点，因此哈勃定律说明宇宙在膨胀。（二）大爆炸宇宙理论1948年伽莫夫建立了热大爆炸的观念。200亿年前宇宙是温度无穷大密度无穷大的奇点，然后是大爆炸，通过大爆炸的能量形成了一些基本粒子，这些粒子在能量的作用下，逐渐形成了宇宙中的各种物质。在宇宙的早期，温度极高,在100亿度以上。物质密度也相当大，整个宇宙体系达到平衡。宇宙间只有中子、质子、电子、光子和中微子等一些基本粒子形态的物质。但是因为整个
3、体系在不断膨胀，结果温度很快下降。当温度降到10亿度左右时，中子开始失去自由存在的条件，它要么发生衰变，要么与质子结合成重氢、氢等元素；化学元素就是从这一时期开始形成的。温度进一步下降到100万度后，早期形成化学元素的过程结束（见元素合成理论）。宇宙间的物质主要是质子、电子、光子和些比较轻的原子核。当温度降到几千度时，辐射减退，宇宙间主要是气态物质，气体逐渐凝聚成气云，再进一步形成各种各样的恒星体系，成为我们今天看到的宇宙。大爆炸理论得到两个事实的支持：第一天体年龄，第二氮元素的丰度。二、星系的起源和演化星系：由数十亿至数千亿颗恒星、星际气体和尘埃等组成的巨大天体系统,是构成宇宙的基本单元。分
4、类：椭圆星系、旋涡星系、透镜状星系和不规则星系。20世纪六十年代天文学的四大发现：脉冲星，宇宙微波背景辐射，类星体，星际分子。三、恒星和太阳系（一）恒星的演化恒星的演化：经过主序星、红巨星和晚期三个阶段。到最后阶段，有白矮星、中子星、黑洞三种归宿。（二）太阳系1、太阳系概况太阳质量占太阳系99.86%。太阳系的行星：原九大行星（目前国际天文学界不再把冥王星当作大行星，太阳系只有八大行星）。其中水星、金星、地球、火星性质接近，称为类地行星。其余四颗称为类木行星。太阳能来源于核聚变反应。2、太阳系的起源太阳系是由50亿年前缓缓转动的弥漫气体云形成的。第二节现代地学一、行星地球及其构造（一）行星地球
5、的特征地日距离，公转周期，自转周期，形状、大小、半径、重量。（二）圈层构造1、外部圈层地球的外部圈层分为：大气圈、水圈、生物圈。大气圈分为：对流层、平流层、中层、电离层、散逸层。内部圈层分为地壳、地幔、地核。地壳是地面至莫霍界面之间的固体外壳，岩石是硅铝层、硅镁层。地幔位于莫霍界面至古登堡界面之间，又叫中间层，固体，主要物质是铁、镁的硅酸盐。地核从古登堡界面到地心，分为外核和内核，外核接近液体，内核为固体。主要由铁和银构成。二、地球的起源和演化随着恒星生生减减，较晚形成的星云与恒星其重元素的含量也愈多。太约约在四十六亿年前形成，同时，围绕在太阳周围的微粒，彼此碰撞、吸附，逐渐形成微小颗粒。再累
6、积形成原始的行星、衡星等天体，地球就是其中一个。大约在47亿年前，地球刚刚形成。那时地球的环境与现在完全不同：地面上火山爆发，温度极高。后来，地球的温度逐渐降低，水蒸气凝结成雨降落到地面上，最终汇集成原始的海洋。原始海洋中的各种物质不断地相互作用，经过极其漫长的岁月，逐渐形成了原始的生命，可以说原始的海洋是生命的摇篮。太古代末期形成了高分子有机物，古生代时海洋里演化也了鱼类。后来形成了大片森林和动植物。中生代时出现了大量被子植物，新生代后，人类出现。地球现在正处在壮年期。三、大地构造学说（一）大陆漂移说魏格纳是德国气象学家和探险家。1912年,他提出了地壳变迁的大胆假说,即“大陆漂移说”。这一
7、理论认为，在两亿年前，地球上只有一块被无边无际的泛海洋所包围的原始泛大陆。这块泛大陆由较轻的固态硅铝层组成，并漂浮在粘性很大的液态硅镁层上。到古生代以后，泛大陆开始破碎，碎块在地球自转和日月潮汐力的作用下，逐渐漂移开来，形成了今天的陆海分布格局。南美洲与非洲本来就是连在起的，南美洲的东海岸与非洲的西海岸正是它们之间的一道裂痕。这一石破天惊的理论，立即在科学界炸开了锅。一些学者积极支持，认真求证；另外的多数学者则坚决反对，猛烈抨击。直至1928年在纽约举行的一次地学讨论会上，“大陆漂移说”仍被斥为“荒诞的怪论”、“积木游戏”。两年以后，魏格纳在格陵兰的探险中不幸以身殉职，“大陆漂移说”也从此销声
8、匿迹。20世纪50年代，随着古地磁学新发现的问世和地球物理勘测技术的广泛应用，许多支持“大陆漂移说”的新证据又一次摆在人们的面前，才使这一学术在沉寂20多年后得以起死回生，重新活跃起来。此后，科学家们沿着“大陆漂移说”的思路，深入研究，创立了“海底扩张说”和“板块构造说”。（二）海底扩张说是有关岩石圈发展的一种学说。1960年由美国赫斯提出。该学说认为地幔内存在着热对流，变化了的地幔顶部的玄武岩熔岩物质，形成高温上升流，在大洋中脊隆起，侵入并上升涌出，遇水作用成蛇纹石化，从而形成新的大洋地壳,将原先存在的大洋地壳不断向外推移，使整个海底不断自大洋中脊向两侧扩张。至海沟一岛弧一线受阻于大陆而俯冲
9、下沉，又融熔于地幔中，达到新生和消亡的消长平衡。该学说的主要证据是，印度洋洋中脊区的磁异常呈条带状,正负相间、平行于中脊的延伸方向，并以中脊为轴呈两侧对称，其顺序与年代一致，证明洋底是从大洋中脊向外扩展大洋中脊的扩展而成；转换断层概念的提出，使岩石圈水平位移成为可能，也说明大洋中脊的扩张新生洋壳和海沟带的洋壳俯冲消减的消长平衡关系。测算结果表明，太平洋的扩张速率为每年5-7厘米，大西洋为1-2厘米。海底扩张学说是大陆漂移学说的新形式，也是板块构造学说的重要理论支柱。（三）板块构造说板块构造学说认为岩石圈的构造单元是板块，板块的边界是洋中脊、转换断层、俯冲带和地缝合线。由于地幔的对流，板块在洋中脊分离、扩大，在俯冲带和地缝合线处下冲、消失。在板块内部，地壳相对比较稳定，而板块与板块交界处，则是地壳比较活动的地带，这里火山、地震活动以及断裂、挤压褶皱、岩浆上升、地壳俯冲等频繁发生。复习思考题及习题1 .简述现代宇宙学的基本内容。2 .什么是星系？它是如何形成的？3 .恒星是如何形成和演化的？4 .简述地球的形成和演化过程。5 .大陆漂移说与海底扩张一一板块构造说有何不同？为什么人们不接受前者但却接受了后者？
