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CH.1 話地球 (1-4依據天體運行制定曆法 (1-4.3日的定義 (太陽日:太陽連續兩次通過某地中天間隔的時間, 恆星日…
CH.1 話地球
1-4依據天體運行制定曆法
1-4.1古埃及與天狼星
古埃及人發現,每年在日出前看到天狼星由東方升起,不久之後尼羅河的水位便會開始上漲
1-4.2計時的方法與工具
中國古代觀測時間的儀器:圭表和日晷都是以太陽為觀測目標的計時儀器,日晷是由圭表演變而來
日晷分類
赤道日晷
地平日晷
垂直日晷
1-4.3日的定義
太陽日:太陽連續兩次通過某地中天間隔的時間
恆星日:同一遙遠恆星連續兩次通過該地中天所間隔的時間
平均太陽日:每個太陽日長短不一,因此將一年內的太陽日平均
1太陽日比1恆星日多4分鐘,恆星日長短約23小時56分鐘
1-4.4月的定義
朔星月:從朔月到下一次朔月所經過的時間,稱朔望月,平均周期約29.53天
恆星月:以月球再天球群星之間運行回到相同位置所經過的時間,平均週期為27.32天
1-4.5年的定義
恆星年:以遙遠的恆星為依據,太陽沿著黃道運行一周所需的時間
黃道12宮
太陽年(回歸年)
以分至點為參考點位置
由於地軸進動,春分點沿黃道西移,回歸年稍短於恆星年,因而有歲差
1-4.6曆法
回歸年:朔望月和太陽日是曆法劃分的主要時間依據,因此以回歸年制定陽曆,以朔望月制定陰曆及結合陰曆與陽曆的農曆三種
陰曆
依據月向盈虧的朔望周其所制定,又稱太陰曆,訂定大月為30天,小月為29天,年的長短仍由12個朔望周其所構成,一年有354.36天,所以陰曆的一年比陽曆的一年少了10.88天
陽曆
陽曆是以地球公轉太陽一周的時間為一年,根據太陽每日在天空中運行軌跡的不同,劃分四季的交替
1-3地球的形狀
1-3.1中國古代宇宙觀
蓋天說:天圓如張蓋,地方如棋局
渾天說:天是圓的有如蛋殼,日月星辰鑲嵌其上,而地有如蛋黃,漂浮其中
宣夜說:認為天空沒有任何形狀和範圍,除地球外的其他天體都浮在其中
1-3.2古人對地球外型的看法
畢達哥拉斯的看法:在岸邊觀察由遠方海面駛來的船,先看到船桅端,在看見帆,最後才見到完整的船身
亞里斯多德的看法:愈往北走,北極星的仰角愈大,同時也發現月蝕時,地球投射在月球表面上的影子是圓弧形的
麥哲倫證實地球為圓的:由西向東環繞世界一周
1-3.3地球形狀的測量
李希爾推測地球是個赤道較寬、兩極間較窄的橢圓球
牛頓和惠更斯認為地球在自轉的作用下,赤道地區自轉速度最快,受到的離心力較強,所以由赤道向外突出
牛頓運用這樣的原理計算出赤道半徑比兩極多了20公里
經線上1度的弧長在高緯度地區應該比低緯度地區要來得長
1-3.4地球的真實形狀
藉由地面無線電波觀測、衛星定位測量以及地面重力測量
南半球較寬扁,北半球較窄,而北極點較小凸,接近梨子型狀
利用衛星繞行地球的軌跡變化,來測量地球重力場的分布
利用地球重力模型來推算地球的質量分布情形
1-3.5最早測出的地球大小
測量者:埃拉托斯特尼
原理
結論:事隔2000年後的現代所測到的數值差距不到100公里,誤差小於0.2%
1-2地球真的在動嗎
1-2.1神話
中國古代對天地起源的說法
西方對天地起源的說法
1-2.2地心說與日心說
地心說(天動說)
由托勒密提出
地球位於宇宙中心而靜止不動,行星在本輪上等速運動,而本輪中心沿著均輪運轉,太陽和月亮則直接在均輪上繞地球轉動
可以用來解釋行星的運動及因為距離改變而造成的亮度變化
但無法以簡單方式解釋行星逆行的現象
日新說(地動說)
由哥白尼提出
以太陽為中心,將地球視為一個繞太陽的行星
主張地球自轉造成了天體的周日運動
地球繞太陽公轉的結果,則造成太陽在恆星間的周年運動
可以輕易解釋行星的逆行
1-2.3地球自轉的證據
傅科擺
科氏力
星體升落
1-5晝夜變化與季節更迭
1-5.1晝與夜
地球有陽光照射的一半稱為晝半球,而另一半則處於黑暗,稱為夜半球,兩者間交界所形成的大圓稱為晨昏線
太陽通過各地中天的時間不同,因此有了時區與時差的觀念
1-5.2晝夜長短的變化
因地球自轉軸傾斜23.5度
春秋分時,陽光直射赤道,晨昏線與自轉軸平行,各地晝夜等長
夏至時,太陽直射北回歸線,晨昏線與自轉軸交角23.5度,北半球有較多面積位在晝半球,因此晝長夜短,而北極圈完全在晝半內,當地為永晝
東至時,太陽直射南回歸線,北半球有較多面積位在夜半球,因此晝短夜長,而北極圈完全在夜半內,當地為永夜
1-5.3季節與24節氣
古人根據太陽在天空中的位置與竿影訂出
夏至:正午竿影最短的那天
冬至:正午竿影最長的那天
春、秋分:一年中有兩天的白晝與黑夜等長
24節氣:將地球繞太陽公轉一圈的時間分為24節,兩個節氣相隔的時間為地球公轉15度所需的時間
節氣與季節是以太陽在天空中的位置為依據,但是在季節內的雨量和溫度變化,則又與各地形、海陸位置以及全球氣候變化等因素有關
1-1追溯地球的起源
1-1.1太陽系起源的早期學說
災變說
布封的碰撞說:某個大型外來物體撞擊太陽表面,導致部分太陽物質飛散到太空中,因而形成了行星和衛星
主張行星物質來自偶發事件,是兩個或三個恆星突然碰撞或近距離吸引拉扯造成
星雲說
康德星雲說
宇宙中的微粒不斷彼此吸收,形成中央的太陽,當中央的微粒向中央集中時發生碰撞,於是造成行星繞太陽旋轉
拉布拉斯星雲說
原始太陽系是來自一團旋轉的高溫氣體
在收縮的過程中,使轉速增加
在赤道上的轉速最快,成為扁盤狀
陸續向外拋出一個個環,每個環逐漸聚集形成行星
形成了在固定軌道上運行的行星
共向性
共面性
近圓性
主張太陽與行星是由雲氣的旋轉收縮而形成
俘獲說
主張太陽在接近別的星雲時,吸引其中的物質形成行星
潮汐說
張伯倫-摩爾頓的潮汐說
有個恆星經過太陽附近
潮汐力使面對恆星與背對恆星的太陽物質向外鼓起
鼓起的物質脫離太陽表面
微行星聚集形成行星
金斯-傑佛里斯的潮汐說
恆星近距離通過太陽附近
吸引出兩端細,中間租的物質帶
條帶上的物質因重力收縮形成行星,兩端行星較小,中間的行星大
近代的星雲說演變過程
1.星雲收縮
2.圓盤狀星雲
3.向中心聚攏
4.溫度不斷升高
5.氫的核融合
6.原始太陽形成
7.圓盤物質聚成微行星
8.微行星互相碰撞而兼併
9.形成行星
1-1.2太陽系起源的線索
地核、地函、地殼密度由內向外遞減,推測隕石撞擊與內部放射性物質衰變而熔融,於是密度大的物質下沉至內部,輕的物質上浮
地球上的球粒隕石在其母小行星形成後未曾融化,因此球粒隕石保留了早期太陽系的線索
利用太空望遠鏡發現系外行星,目前已有數百顆之多,可以幫助我們了解太陽系的形成過程