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初中科学/3.1 朝夕相伴的日与月

Livre ouvert.svg 这节课你将学到:
  1. 太阳在哪里?它有多大,是什么样子?
  2. 月亮在哪里?它有多大,是什么样子?
  3. 有哪些有关太阳和月亮的古老传说?
  • 大漠孤烟直,长河落圆。(王维《使至塞上》)
  • 两岸青山相对出,孤帆一片边来。(李白《望天门山》)
  • 但愿人长久,千里共婵娟。(杜甫《水调歌头》)
  • 海上生明,天涯共此时。(张九龄《望月怀远》)
  • ……

在古今中外的文化长河中,太阳(Sun)月亮(Moon)就扮演着非常重要的角色,成为了被赋予多重含义的文化符号。的确,太阳和月亮作为与人类、与地球联系最为紧密的两个天体,被赋予了除本身外的太多内涵。现代科学的发展,使得我们对太阳和月亮的了解更深一步,人类的宇宙探索也要从这里起步。我们应当了解太阳与月亮,并认识它们与人类、与地球的关系。


目录

火热的太阳编辑

 
图3-1:太阳。

找一个晴朗的早晨,旭日初升,我们迎接的是来自太阳(图3-1,图3-2,图3-3,图3-4)的第一缕阳光。在那时,你有没有想过:阳光从太阳奔向地球,走过了多长的距离呢?

太阳位于太阳系的中心,是距离我们地球最近的一颗恒星。我们的地球也在日夜不停地绕着太阳公转着。如果说地球很大,那太阳就更大了,其直径大约是1 392 000公里,相当于地球直径的109倍;质量大约是2×1030千克(地球的330 000倍),约占太阳系总质量的99.86%。


  关于太阳的有趣事实,你知道吗?
  • 永远不要用双目直视太阳!更不要直接用望远镜观测太阳!如果那样,你可能会失明,或者视觉受到极大损害!
  • 据推测,太阳已经有大约50亿年历史了。科学家们认为太阳正当壮年,它能活大约100亿年。
  • 太阳是怎么诞生的呢?人们认为太阳诞生于一团原始星云。将来当太阳耗尽本身的氢的时候,它会加速膨胀成为一颗红巨星,而后坍缩成为一颗白矮星。最后,太阳只剩下一个核心,其余部分形成星云,就像太阳诞生时一样。
  • 每一秒,太阳把超过400万吨气体转化成能量。太阳表面会有诸如日珥、太阳黑子、耀斑这样的太阳活动现象。如果它们过于剧烈,可能对地球有着重要影响。
  • 我们所看到的太阳实际是它8分19秒之前的样子。

太阳距离地球的距离并非一成不变,一般在每年1月时距离最短(这个时候称为地球的近日点),每年7月时距离最长(这个时候称为地球的远日点)。日地平均距离大约有1亿4960万公里,这个距离在天文学上被称为1天文单位。其中天文单位是一个长度单位,符号为AU。速度最快的光走过这一段距离大约要8分19秒。换句话说,我们所看到的阳光,实际上是太阳在8分19秒前所发出的。

 
图3-5:太阳结构:1. 核心;2. 辐射层;3. 对流层;4. 光球;5. 色球;6. 日冕;7. 黑子;8. 米粒;9. 日珥

太阳表面非常热,温度可达5500°C。而太阳的中心就更热了,温度可达1500万摄氏度!为什么太阳能够不停发光发热?这是因为它是一个由炽热的气体组成的大圆球。太阳主要由两种气体组成。一种是氢气(占70%),另一种是氦气(占28%)。在太阳内部,每秒钟都有很多氢气转化成氦气,转化的时候,会发出大量的光和热,所以我们看到的太阳是一个耀眼的大火球。当然,太阳的内部结构更为复杂。(图3-5)

太阳的光热温暖着地球,使万物生长。没有太阳,地球上就不会有生命。

神话传说中,太阳是一种叫做金乌有三条腿的鸟;古代英雄后羿还曾经射下天空中的金乌,解救了地上的百姓。 在希腊神话中阿波罗被称为太阳的保护神。 在《圣经》中也有神造日月的记载。

月球探索编辑

 
图3-6:月球。
 
图3-7:月球的圆缺变化。

月球(图3-6),也就是我们常说的月亮。月球绕着地球转动,公转周期大约为29.5天即1个月。是地球唯一的一个天然卫星。在晴朗的晚上,可以看到月亮高悬夜空之中。自古以来,关于月亮有许多传说和故事,有许多与月亮相关的诗歌、小说和歌曲。我们见到的月亮的形状常常变化,有时细如银钩,有时圆如玉盘。(图3-7)苏东坡曾经说过:“月有阴晴圆缺”,的确,月亮确实有圆有缺,变化多端。

月球距离地球的距离大约有38.4万公里,月球的直径大约是3500公里。换言之,月球的直径大约是地球直径的三分之一左右。光需要大约1.28秒才能从地球到月球。因此,我们看到的月球其实是它1.28秒之前的样子。


 
图3-8:月球上的第谷环形山。
 
图3-9:首次踏足月球的人类——阿姆斯特朗。

月球本不会发光,我们看到的月光是它反射太阳光的结果。月球上遍布像火山口一样的环形山(Crater)(图3-8)。那是因为月球上没有空气,当然也就没有风。所以小行星或陨石撞上月球后,留下的痕迹很久也不会消失。这就形成了环形山。


  关于月球的有趣事实,你知道吗?
  • 十五世纪开始的时候,科学家伽利略已经用他发明的天文望远镜仔细地研究了月亮。他发现,月亮的表面是凹凸不平的,有山脉,也有低谷(伽利略当时认为那是海洋,称之为“月海”)。后来,随着望远镜不断的改进,天文学家对月亮的了解也越来越深。
  • 月球是怎么形成的?有人提出过三种说法:“同源说”:地月同源;“分裂说”:月球本身是地球一部分,因为某种原因这部分被甩出来成为月球;“俘获说”:月球本与地球无关,后来被地球引力俘获成为地球卫星。如今“分裂说”为主导学说。
  • 月球也会自转。由于潮汐锁定,它自转一周所要的时间是一个月,和它绕着地球公转的周期差不多。因此,月球总是以一面对着地球。地球上的人永远看不到月球的背面。
  • 月球上也有地球上没有的矿石。月球上有着丰富的氦-3。氦-3可以发生核能反应,制造出巨大的能量,因此是很好的能源。此外,月球上还有很多地球上很少见的金属元素。
  • 日本、中国、印度、美国和欧洲空间局都发射了绕月卫星。这些太空探测器确认了月球极区上永久阴暗的坑穴的土壤中有水冰的存在。
  • 没有任何国家可以占有月球,有法律限制月球不是任何国家的领土,人们只能将月球用于和平用途。

月球上也没有液态水,所以月球上当然也没有生命,是一个寂静的世界。在这样的月球上,白天会很热,晚上则非常冷。月球的重力比地球小。如果一个人在地球上用弹簧秤称得自己的体重为60kg,到月球上再一称,就只有10kg了。

在中国有嫦娥奔月的神话。传说后羿的妻子嫦娥偷吃了长生不老药,结果身体变轻,飞到了月亮上。关于月亮上有什么,世界上的每一个文化都有着自己的故事。在中华文化的传说中,月亮上有月宫,嫦娥就住在月宫里。还有吴刚伐桂的故事。在希腊神话中,月亮女神叫做阿耳忒弥斯

月球是我们人类目前唯一能够登上的外星球。1969年7月21日凌晨2点56分(UTC),美国宇航员尼尔·奥尔登·阿姆斯特朗(N.A. Armstrong,图3-9)从阿波罗11号飞船下到月面,成为了踏足月球的第一人。他认为这一步是“个人一小步,人类一大步”。中国也在实行“嫦娥探月工程”。

课后自主学习编辑

  1. 请用地球打比方,描述太阳和月球的直径、质量等。
  2. 请搜集关于太阳、月亮的更多神话故事,与大家分享。
  3. 如果你有时间,在一个满月的夜晚观察月亮,给月面画一幅素描。