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第二章 從太空看地球 2-1 太陽系中的地球 •太陽系 •太陽系中的地球 2-2 地球的多重屏障 •太空環境 •磁層屏障 •大氣層屏障 P.25 太陽與八大行星 第二章 1 P.26 圖片來源http://www.rockyboy.org/Site%20Map/Rez%20Size/Rez%20Size.htm 太陽與八大行星 第二章 2 太陽系家族－1－行星 第二章 3 P.26-27 行星的性質： 1) 環繞太陽公轉 2) 具有足夠的質量(重力)能維繫本體成圓球狀 3) 能淨空公轉軌道鄰近的區域。 行星轉動的特徵：由北天向下看 1) 公轉為逆時針方向，軌道面接近黃道面。 2) 自轉方向多為逆時針，金星、天王星例外。 行星的分類： 1) 類地行星：水星、金星、地球、火星 2) 類木行星：木星、土星、天王星、海王星 類地行星與類木行星 4 第二章 種類 距日 行星軌道間距 類地(內)行星 近 鄰近 類木(外)行星 遠 疏遠 表面溫度 體積與質量 密度 主要成分 自轉速率 磁場強度 高 小 大 固體 慢 弱 低 大 小 氣體 快 強 光環 衛星數 無 少 有 多 百寶箱2-2 常用的天文距離單位 5 第二章 P.26 1. 天文單位(AU.)＝地球與太陽間的平均距離， 約1億5千萬公里。適用於描述太陽系內的天 體 2. 光 年 (ly) ： 光 走 一 年 的 距 離 ， 約 10 兆 公 里 (1013公里) 1) 好用之處：可以反推出星光到達觀測者的 時間，具有時空的意涵 2) 常用於表示太陽系之外的天體距離 3. 秒差距（pc，parsec）：1 pc≒ 3.26光年， 為天文學家常用的單位，常用於表示太陽系 之外的天體距離 百寶箱2-1 太陽系家族－2－矮行星 6 第二章 P.28 矮行星的性質： 1. 環繞太陽公轉。 2. 具有足夠質量(重力)能維繫本體成球狀。 3. 無法淨空公轉軌道鄰近的區域。 2006年，冥王星因第3點，而從行星降為 矮行星。 主要的矮行星：柯伊柏帶的冥王星和鬩神 星、小行星帶內的穀神星及歐特雲帶的鳥 神星等。 冥王星近照 冥王星與他的衛星龍夏 第二章 7 太陽八大行星與矮行星 類地行星 穀神星 第二章 類木行星 冥王星 鬩神星 矮行星 影像版權：The International Astronomical Union/Martin Kornmesser 八大行星近照 8 太陽系家族－3－小天體 9 第二章 P.27 太陽系小天體(Small Solar-System Bodies) 所有其他環繞太陽公轉的小天體 多為太陽系早期未形成行星的殘餘物。 主要包括： 1. 小行星：多集中在火星與木星軌道中間的 小行星帶上。 2. 彗星：主要來自柯伊柏帶及歐特雲帶。 3. 柯伊柏帶：分布在海王星軌道外距日約 30~數百AU.的早期殘餘物。 4. 歐特雲帶：分布在冥王星更外圍距日約5 千~10萬AU.的早期殘餘物。 太陽系家族－彗星 10 第二章 P.27 主要來源：柯伊柏帶或歐特雲帶。 主要成分：塵埃、岩石、冰凍物(水、甲烷、氨) 軌道：多為扁長、不平行黃道的橢圓形，部分 在靠近太陽時即被太陽吸走。 構造：分彗核、彗髮和彗尾三部分。 彗核：冰雪、乾冰與灰塵的混合物。接近太陽 時，部分物質昇華形成彗髮，受太陽輻射及太 陽風吹襲，在背離太陽的方向形成彗尾。 彗尾：分塵埃尾與離子尾。塵埃尾粒子較大， 會反射陽光而呈現黃白色；離子尾主要是氣體 分子，受陽光輻射游離而發出藍色光。塵埃尾 因較重，易拖在彗星移動的後方呈彎曲狀。 百寶箱2-3 柯伊柏帶 歐特雲 彗星 彗核 彗髮 11 第二章 P.27 12 第二章 百寶箱2-3 彗星的構造 P.28 ◎ 塵埃尾因較重，易拖在 彗星移動的後方呈彎曲狀。 彗星結構和軌道示意圖 第二章 13 柯伊柏帶（Kuiper Belt） 第二章 柯伊柏帶：分布在海王星軌道外距日約30~數百 AU.的早期殘餘物。 按此觀看影片 柯伊伯帶與彗星 14 柯伊伯帶與歐特雲 第二章 歐特雲帶：分布在冥王星更外圍距日約5千~10萬 AU.的早期殘餘物。 15 太陽系家族－4－流星體 16 第二章 補充 流星體：太陽系內的一些細小顆粒，進入地 球大氣時摩擦燃燒形成流星，若掉落至地表 則成隕石。 (1)隕石：彗星、小行星或是較大的流星體， 在通過大氣的過程中，通常不會耗損殆盡， 殘餘的部分掉到地面，就成為隕石。 (2)流星雨：地球接近彗星的軌道時，吸引彗 星軌道上散布的殘餘物質進入地球大氣層形 成每小時超過數十顆流星的現象。例如每年 10月21日左右的獵戶座流星雨起源於地球越 過哈雷彗星的軌道 第二章 太陽系家族 17 2-1.2 太陽系中的地球 18 第二章 P.29 地球適合生命發展的條件 Q：太陽系各行星中，為何只 有地球上有生命的存在？ 1. 陽光：與太陽距離適中，陽光適量 2. 水：提供生命所需.調節氣候.造就地球多 樣且適合生命發展的地理及氣候環境(海. 河.湖泊、冰、地下水與大氣變化…) 3. 空氣：提供適合生物發展的大氣組成(氧、 溫室氣體…),保護生命 得天獨厚 的地球 連續可居住區―二大條件 19 第二章 P.29 地球與太陽的距離很恰當 不會太近，物質不會汽化成氣體或熔化成熔岩。 不會太遠，物質不會凝固成固態。 水可以水、冰、水氣三相共存於自然界。 連續可居住區―二大條件 20 第二章 P.29 地球質量大小適中，產生引力留住大氣層 質量太小，留不住大氣層。 質量太大，留下很厚的大氣層，阻絕陽光。 類地行星的比較 21 第二章 P.29 行星大氣比一比 第二章 行星 表面氣壓 (atm) 地面氣溫 (°C) 主要大氣成分 金星 90 470 二氧化碳95% 地球 1 14 氮78% 氧21% 火星 0.007 -120~20 二氧化碳95% 22 2-1.2 太陽系中的地球 地球適合生命發展的條件-2 23 第二章 P.29 4. 溫度：適當的(陽光+大氣組成+水的調節),造就 了適合生物生存及多樣發展的溫度環境 5. 土壤：由土粒與腐植質組成,含水分.空氣和微生 物,提供基礎生產者成長的環境 6. 大氣.海洋及板塊的運動:維持地球上物質及能量 穩定循環 7. 太陽系家族的支持：木星、月球和太陽..的引力 維持地球軌道及傾斜軸穩定，木星並能吸走多 數隕石，減少地球很多重大災難。 8. 多重的保護屏障：大氣層、磁層的保護 9. 其他… 地球守護者 小歇 Just for fun 第二章 24 男子想跟妻子離婚，又害怕傷害到三歲的女兒。 於是哄著女兒說：“媽媽老了，不漂亮了，給 你換一個媽媽好不好？” 女兒想了想，說：“才不呢！你媽那麼老，為 什麼不換你媽！” 甲：老同學，好久不見，你女朋友小芳還好嗎？ 乙：哈哈，她早就不是我的女朋友了！ 甲：早該這樣，大學時我就聽說她跟咱班好多 男生有染！ 乙臉色鐵青，半晌才低聲吐出幾個字：她現在 是我的老婆！ 2-2 地球的多重屏障 危機四伏的太空環境 第二章 26 1. 太陽的高能輻射(γ射線、 x光、紫外線…) 2. 太陽風：太陽表面高溫游離的氣體隨磁場活 動向外噴出的帶電粒子，以電子和質子為主。 3. 宇宙射線：來自宇宙四面八方的高速(接近光 速)高能粒子，以游離的氫原子(質子)為主、 其次為氦原子核 4. 彗星、隕石 5. 宇宙塵：宇宙中細小的塵埃，大多比沙粒還 小，時速可達20萬公里，成群的宇宙塵足以 使太空船損壞，造成災難。 太陽表面的活動 27 第二章 P.26 太陽表面的電漿活動 太陽風與地球磁場 太陽的紫外線照片 太陽的X光照片 光球與黑子 第二章 太陽風暴不尋常 干擾地球通訊 更新日期:2011/06/08 10:20 楊盈 （法新社華盛頓7日電） 28 美國國家航空暨太空總署（NASA）太空觀測站今天觀察到不 尋常的太陽閃焰，接下來幾天可能對地球的衛星、通訊以及電 力造成某些干擾。 NASA的太陽動力學觀測站透過聲明稿表示：「太陽今天釋放 中級等級的閃焰，伴隨著可觀的日冕噴發（Coronal Mass Ejection, CME），場面壯觀。」「巨大的粒子雲像是蘑菇一樣 快速竄升起然後又退回，看起來似乎覆蓋了太陽表面幾乎一半 的面積。」 閃焰活動在美國東部時間上午1時41分達到最高峰，不過NASA 表示，因為噴發並不是直接對著地球，因此預期影響「相當 小」。 美國國家氣象局的太空天氣預測中心（SpaceWeather Prediction Center）將此描述為「巨大噴發」，「預期將在明天造成輕微 或中等水平的磁暴（Geomagnetic Storm）活動」 「太陽輻射風暴（Solar Radiation Storm）會讓高能（大於100兆 電子伏特）質子顯著增強。上一次發生這樣的情形是2006年12 月。」 發言人表示，磁暴可能干擾電力網、全球定位系統衛星以及其 他設備，也可能令部份飛經極區的航班改道。譯者：中央社楊 太陽表面的活動 第二章 29 太陽黑子：太陽表面低溫 (約4500K)、磁場很 強的區域，發生於太陽活動激烈區。數目變化 以11 年為週期。數量極大期也是太陽表面活動 極盛期。 閃焰：日表激衝而出的烈焰，爆發過程會向外 噴送出強烈的X射線、紫外線、可見光及高能 的氫離子、氦離子、質子和電子束等。 (1)太陽黑子極大期時，閃焰爆發次數較多。 (2)閃焰會增強地球大氣電離層的游離化並造 成極光。 (3)帶電粒子強烈衝擊地球磁場會引發磁暴、 干擾電波通訊。 延伸閱讀：太陽的週期活動 日冕物質的快速擴展現象 第二章 30 閃焰可能激發高層的日冕物質向外拋射。 曰冕：太陽大氣的最外層，密度極低，溫度卻達 一兩百萬度，以游離的氫、氦及電子為主。 百寶箱2-4 日冕物質噴發圖 太陽風、地球磁層與極光 第二章 31 太陽風：太陽表面噴出的高能帶電粒子。 造成地球高層大氣的電離，強烈的太陽風 會造成極光、或引發磁爆。 影片 按此觀看動畫 太陽風 極光animation1 極光animation2 極光animation3 地球的多重保護屏障 第二章 32 講義P.25 P.30-32 大氣層：阻隔過量太陽輻射，避免太多的隕石 撞擊，形成大氣運動調節地表氣候… 臭氧層：吸收紫外線、保護地表生命 電離層：吸收來自太陽及宇宙的各種有害 生命的γ射線、X光…等短波輻射 磁層：阻擋來自太陽及外太空的高能粒子(太 陽風、宇宙射線) 范艾倫輻射帶 大氣層 地 球 大 氣 層 可 吸 收 大部分來自太空的 有害輻射線 只 有 可 見 光 、 某 些 波段的無線電波及 少許的紅外線可以 穿透大氣。 第二章 33 太陽風、地球磁層與極光 第二章 34 P.31-32 磁場受太陽風影響形成不對稱的地球磁層(面對太陽 側被壓縮、背對太陽側被拉長)。 極光 極光 極光 35 講義P.25 范艾倫輻射帶 P.31-32 范艾倫輻射帶：當高能帶電粒子(宇宙射線及太陽風 )闖入地球磁層，有些會被地球磁層捕獲，形成一個 包圍地球外圍的強輻射(Ｘ射線)帶，這個輻射帶由 范艾倫所帶領的團隊發現，因為這個范艾倫輻射帶 含有高能量的帶電粒子，可能會對太空船等產生危 害，人類進行太空探測活動時要特別小心防範。 第二章 磁暴及其影響 第二章 36 太陽閃焰引發噴發日冕物質產生激震波 約10～20幾小時之後到達地球 磁(層風)暴：太陽閃焰激發出的高能帶電 粒子及超短波電磁波(紫外線、Ｘ射線、γ 射線)強烈壓縮地球磁場(層) 、衝擊地球 磁場(層)，引發的擾動。 可能影響： 損毀人造衛星電子設備、傷害太空人 干擾電離層、影響地表電波通訊，如 GPS全球定位系統，危害飛航安全 破壞地面高壓電力系統(高緯度較常) 磁暴對地球的影響 第二章 37 極光 極光：太陽風到達 地球附近時，受到 地球磁層阻擋，閃 焰強烈時、太陽風 中部分高能粒子沿 著磁力線進入南極 和北極，與高層大 氣碰撞，釋出能量 而放電的現象。 第二章 38 木星極光 Image from HST 第二章 39 地球的防護罩 第二章 40 講義P.25 P.30-32 ◎軍官的家 第二章 mark是一位標準的軍人，他連自己的家中的 每一個地方都給它冠上跟軍事有關的名稱， 比如說：廚房稱為 “後勤補給中心 ”..... 客廳稱為 “軍事情報站“ 兒子的臥房稱為 ”男兵宿舍”.... 女兒的臥房稱為 “女兵宿舍” ....... 有一天，有客人到mark家，在看過上面的稱 謂之後嘖嘖稱奇，客人心想那他們夫妻的房 間應該就是“司令部”了 ....... 結果，他猜錯了 ....mark夫婦的房間稱為 "新兵培養中心"... 41 電磁波與大氣透明度 第二章 42 The End 續-腦力激盪參考解答及其他參考 神父與上帝 －just for fun 小彼得自豪地對他的朋友說:「我叔叔是神 父，所有的人都稱他尊敬的神 父 Father。」 小保羅不服氣:「有甚麼了不起的。我叔叔 人人見了他都喊道: 「噢! My God!」， 因為他的 體重150公斤。