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第1章 关于地球的常识(1)

地球是太空中惟一不需太空探测船即可认识的星体,但是直到20世纪我们才真正勾勒出地球的全貌。地球是太阳系八大行星之一,按离太阳由近及远的次序是第三颗,位于水星和金星之后;在八大行星中大小排行是第四。在浩瀚的宇宙中,地球就像是广阔原野上的一粒灰尘,但是它的形成和发展却经历了十分漫长的过程。地球还是目前人类所知道的惟一一个存在生命体的星球。也是太阳系中直径、质量和密度最大的类地行星。

太阳系与地球

太阳是银河系里离我们最近的一颗恒星。它是一个巨大的圆球,直径有140万千米,质量约为20×1030千克。然而这个既大又重的太阳,在地球上看起来,却跟“盘子”差不多,这是因为太阳离地球的平均距离约有15×1015千米,按照目前科技水平,如果到太阳上去,乘最快的飞机也得20年。

在太阳周围有许多行星、彗星和流星等围绕着它运转。太阳连同围绕它运转的这些星体,组成一个系统,我们叫它为太阳系。太阳系就是以太阳为中心的天体组织。因为在太阳系的全部天体中,太阳的质量特别大,它相当于太阳系其他天体质量总和的750倍。

太阳除25天自转1周外,还带动整个太阳系的成员,以每秒20千米的速度,向着银河系中的人马星座移动。

关于地球的常识太阳系

在太阳系里,有成千上万的其他星体围绕太阳运转,其中最大的有8颗行星,它们是:水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。在地球上,我们用肉眼只能看到水星、金星、火星、木星和土星,其他几颗行星因离开我们较远,用肉眼看不到。这些行星本身都不发光,我们之所以能够看见它们,是它们反射太阳光的缘故。由于它们不停地绕太阳运转,所以都称它们为行星。

对八大行星,根据它们的各种特性进行比较,大致可分为两大类型:一类是离太阳较近的水星、金星、地球和火星,称“类地行星”,它们的特征是,体积小、质量小、密度大、自转慢、卫星少(总共只有3颗),表面温度高。一类是离太阳较远的木星、土星、天王星、海王星,称“类木行星”,它们的特征是,体积大、质量大、密度小、自转快、卫星多(总共有29颗),表面温度低。

太阳系里除八大行星以外,还有若干小行星,目前已发现的有1600多颗,它们是和地球、火星等一样的天体,只是体积很小。最大的小行星直径不过800千米,最小的直径只有1千米左右,其全部质量总和还不及地球质量的千分之一。它们绝大部分在火星和木星轨道之间的广阔空间中运动。

彗星也是围绕太阳运转的天体。由于它的外形拖着一条长尾巴,所以通常叫它“扫帚星”。因为我们看到彗星的机会比较少,人们对这种自然现象又不理解,历代封建统治阶级就以彗星的出现,当做不祥之兆,来愚弄群众,巩固其统治地位。其实,彗星也是太阳系中的成员,它和行星一样,按一定的规律运行。彗星绕太阳运行一周需要几年、几十年,甚至更长的时间,当它运行到离太阳比较近的时候,我们才容易看到它。彗星的形状很特别,可分为彗核、彗发和彗尾3个部分。彗核由比较密集的固体质点组成,其周围的云雾状光辉叫做彗发,彗核和彗发总称为彗头,彗尾是由一些稀薄的气体所组成,形状像扫帚,它是在彗星接近太阳的时候,受到太阳光的压力才形成的。蓝色星球——地球除了彗星以外,在太阳系里还有无数的小星体、尘埃、微粒和气体,它们也绕着太阳运转。有时有极小的星体闯入地球大气层,这时在夜空就会有一划而过的亮光,人们称之为流星。这些流星体其实就是星际物质,一般体积很小,在它们还没有落到地面的时候,就已经在大气中因剧烈的摩擦而燃烧殆尽了。少数较大的流星残骸落到地面,就成了陨石。

我们居住的地球是太阳系中的1颗行星。它的直径约12700千米,体积约11×1020立方千米,质量约60×1021吨。地球除围绕太阳运行外,自身也在不停地转动。围绕地球转动的有一颗不会发光的卫星,它就是月球,它绕地球1周是2832天。月球除公转外,还在不停地自转。由于太阳、地球、月球都在不停地转动,有时候,月球转到太阳和地球之间,正好把太阳射到地球上来的光挡住了,我们将月球遮住太阳的现象叫做“日食”。有时候,地球在太阳和月球之间,正好把太阳射到月球上的光挡住了,我们将地球影子映在月球上的现象叫做“月食”。

地球的周围被大气层包围着,其中78%是氮,21%是氧,还有1%是水汽、尘埃和稀有气体。构成地球的主要物质是氮、氧、硅、钠、镁、铝、钙、碳和铁等,这些物质形成了空气、水、砂土和岩石等。地球的表面有高低不平的海洋和大陆。由于在地球上有空气、水和适宜的温度,很早以前,地球上就出现了生命。

知识点子午圈

子午圈是地平坐标系或赤道坐标系中的大圆,即在地平坐标系中经过北天极的地平经圈,或在赤道坐标系中经过天顶的赤经圈。它是地平坐标系和第一赤道坐标系中的主圈。子午圈是天球上经过北天极、天顶、南点、南天极、天底和北点的,并与天球相交的大圆。天体运动经过子午圈称为中天。

地球的起源与演化

一、地球的起源

在科学还没有发达的古代,人们对地球的起源问题,要想得到正确的解答是不可能的。他们往往凭着主观猜测给予某些解释。剥削阶级为了维护自己的反动统治,竭力把地球说成是神明创造的。在我国古代,曾流传着盘古氏开天辟地的神话。说盘古氏生于天地混沌之中,后来,他用神斧把天地劈成两半,分成上天、下地。所有日、月、星、辰、风、云、田地、草木、金石,都是在他死后由身体各部分变成的。西方唯心论者也曾宣扬,是上帝用了6天时间创造了世界万物。这些神话传说只不过是人们对地球起源的美好猜想,毫无科学根基。

1755年德国人康德在他的《宇宙发展史概论》一书中,第一个提出了太阳系起源的假说。他认为:所有的天体都是从旋转的星云团产生的。太阳系是由原始弥漫物质——星云所形成的。1796年,法国人拉普拉斯也提出了太阳和行星是从庞大的气体星云中形成的看法。由于他们两人的假说基本观点相同,所以,后来人们把康德和拉普拉斯假说,统称为“星云说”。康德和拉普拉斯的星云假说,对太阳系中各星体的形成作了详细阐述。他们认为:在宇宙空间,不仅存在着繁多的、闪闪发光的星星,而且还存在着种种浓度不同、成因不一、灼热的旋转气体团——原始星云。这种原始星云就是形成太阳、地球等天体的原始物质。原始星云当初占有比现在太阳系范围还要大的空间。原始星云的质点有的地方比较浓密,有的地方比较稀疏,质点与质点之间相互吸引着,较大较密的质点把周围较小较稀的质点吸引过来,使得原始星云的中心部分变得越来越密。这个中心部分密实而周围稀疏的庞大星云,在缓慢的转动中不断放热、冷却、收缩,因而使转动的速度也相应地不断加快,离心力也随着愈来愈大。在不断增强的离心力的影响下,星云变成了一个像铁饼形状的扁平体。随着饼状星云体的进一步冷却、收缩和旋转速度的增加,赤道部分不断增大的离心力,使饼状星云边缘部分的物质脱离星云体而形成一个类似土星那样的环。星云继续冷却,里面部分便继续收缩,这种分离过程一次又一次地重演,就形成了第二个环、第三个环,直至与行星数目相等的环。每一个环都大致处在现在某一个行星的轨道上,中心部分就收缩成为太阳。各个环以同一方向环绕着太阳旋转。各个环内的物质分布也是不均匀的,它们有稀有密。较密的部分把较稀的部分吸引过去,逐渐形成了一些集结物。由于互相吸引,小集结物又合成了大的集结物,最后就形成了地球等行星。刚形成不久的行星还是炽热的气体物质,因冷却、收缩,自转速度增加,又可能分出一些环来,这些环后来就凝聚成了卫星。像地球的卫星——月球就是这样形成的。

“星云假说”在地球起源理论中,对人们的思想有着很深远的影响。所以在整个19世纪内,一直被看作是肯定了的科学业绩。在那种科学还深深禁锢在神学之中的时代里,康德、拉普拉斯敢于冲破上帝创造世界,否定了以为世界是一成不变的形而上学的观点,确实是科学上一个很大的进步。但是,“星云说”并不是完美无缺的,康德虽有自发的唯物论倾向的一面,但又有科学向宗教妥协的一面,他把形成地球的原始物质的运动看成是从虚无飘渺中产生的,给上帝留了一个位置,这又完全是唯心的。随着科学的不断发展,现在人们也不能把“星云说”全部地接受下来。

20世纪开始以来,一些帝国主义御用的学者就抓住了“星云说”还不能解释的某些问题,对它进行了种种非难。他们抛弃了“星云说”中所主张的行星系统是从统一旋转着的弥漫物质中形成的这一可贵思想,而另外提出了太阳系起源假说。近几十年来,先后提出的太阳系起源假说就有30余种。其中有一类被称为“灾变说”的,认为行星是由某种外力干涉而从已经存在的太阳上分离出来的。如20世纪20年代英国人金斯所提出的潮汐分裂说,就是其中较流行的一种。据他说:大概在20亿年以前,宇宙间突然有一颗巨大的恒星向着太阳冲来,到了太阳近旁时,靠着它的强大吸引力,从太阳表面拉出一股雪茄烟状的气体物质流。这条气体物质流在它自身的引力作用下,凝聚、分裂成好几个圆球团,各个圆球团在自己的轨道上绕太阳旋转,这就形成了地球等行星。新形成的行星,又以相同的过程形成了卫星。所不同的是,从行星上拉起一条气体物质流的作用力,不是那颗突然冲来的恒星,而是太阳自己。

金斯假说提出之后不久,就受到许多人的批驳,指出他的假说完全没有科学根据,因而不久就被大家所抛弃。

继而,又出现了风靡一时的“俘获说”。“俘获说”认为行星等天体不是太阳的“孩子”,而是独立的构成体;地球从来就没有同其他行星及太阳成为一个整体过;地球及行星等是太阳在星际空间运行途中俘获了星际物质而形成的。如:前苏联人施密特的“地球起源假说”就是俘获说中较后起而又较流行的一种。它认为:宇宙星际空间分布着一种由固体尘埃和气体组成的巨大的宇宙云——星云。在60亿~70亿年以前,太阳在宇宙运行中,遇着了一大团宇宙云。太阳穿过这团宇宙云,由于条件的巧合,“俘获”了其中的一部分物质,并迫使这一部分物质围绕太阳旋转起来,后来,这些物质就凝聚成为地球及其他行星。同时在增长着的行星周围,形成了卫星。

关于地球和太阳系起源还有许多假说,如碰撞说、潮汐说、大爆炸宇宙说等。自20世纪50年代以来,这些假说受到越来越多的人质疑,星云说又跃居统治地位。国内外的许多天文学家对地球和太阳系的起源不仅进行了一般理论上的定性分析,还定量地、较详细论述了行星的形成过程。

二、地球的演化

地球自形成到现在,有多大岁数呢?这个问题,直到现在还没有一个统一的认识。

在18世纪中叶,有人根据地球是由炽热的太阳物质凝聚而成的假说,研究了炽热铁球的冷却速率,推算出了地球的年龄约为7万年。到了19世纪时,又有人用沉积速率估计个别地质时代长短的方法,推算出地球的年龄在几千万年到几万万年之间。直到20世纪,发现了放射性元素的固定不变的衰变速率后,才为测定地球年龄提供了较可靠的依据。近几十年来,用这种方法测定的最古老的矿石年龄是20亿~25亿年,如我国辽宁省鞍山群里的岩石是213亿~236亿年。20世纪40年代英国人霍尔姆斯用钠变化为铅的速度规律,推算出地球的年龄约为35亿年,并且还提出了地球的年龄与地壳的年龄相等的看法。但是,进入20世纪50年代以后,用这种方法,目前人们已经测出南极洲的一种岩石已有40多亿年了。我国辽宁鞍山地区也发现有33亿~34亿年前的岩石。测定地球的年龄主要用铅、铀和钍。据测定,地球的年龄为46亿年。20世纪60年代末,经过对美国阿波罗号探月飞行带回的月球岩石样品进行测定,月球年龄为44亿~46亿年,所以,地球的年龄为46亿年是目前大多数人公认的年龄值。但它并不是定论了的值,随着科学技术的发展,说不定会出现另一个更为接近、能被大家都能接受的年龄值来。

(一)前古生代时期

从地球形成到57亿年,这个时期可以笼统地叫做前古生代时期,一般也叫前寒武纪,这是因为古生代的最早的纪叫寒武纪。

前古生代的前期是地球的童年时期。从距今30亿年左右起,有确切的证据说明地壳中先后出现了小块的稳定陆核。重要的是这些陆核的稳定性一直保持到现代,起着稳定大陆核心的作用。从距今30亿年左右起,地球已经进入了自己的青少年时期,大气、水、生物各圈层都有很大发展,逐步演变到了和现代相近的情况,真正的地质作用,包括内外营力两个方面,都已经开始。

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