第一节 地球的宇宙环境
宇宙，是所有天体共同的家园。“宇”代表上下四方，即所有的空间，是无边无际的；“宙”代表古往今来，即所有的时间，是无始无终的。
地球既是宇宙中一颗普普通通的天体，又是目前已知唯一一个有生命的星球。宇宙太空对于生活于地球上的人类来说，充满了神秘莫测的色彩，吸引着一代又一代人探索和追求。
天体和天球
天体是宇宙间物质的存在形式，是宇宙中各种星体的总称。仰望苍穹，闪烁的恒星、轮廓模糊的星云、明亮的行星、环绕行星公转的卫星、划破夜空的流星、拖着长尾的彗星、存在于星际空间的气体和尘埃（星际物质）都是天体。在太空中运行的人造卫星、宇宙飞船、航天飞机、天空实验室等属于人造天体。宇宙中最基本的天体是恒星和星云。
地球以外的天体，距离我们的远近极其悬殊。人们为了研究天体在天空中的位置和运动，引进了一个假想的圆球——天球。天球的球心就是观测者；它的半径是无穷大。地球以外的天体在天球上都有各自的投影。人们在说明天体位置和运动的时候，可以把天体的投影看成是它们本身。地球的自转轴无限延长，同天球球面相交于两点，这两点叫天极；地球赤道平面无限扩大，同天球相交的大圆叫天赤道。这样，天球就可以有它自己的经线和纬线。人们说明天体在天球上投影的位置就方便了。
一、人类对宇宙的探索
（一）从地心说到日心说
人类对宇宙的探测最初是基于想象。在世界各民族的文明史中，无一例外地涉及关于宇宙神话的内容。“开天辟地”、“创世纪”等神话和传说的共同特点就是“地球中心说”。中国的盖天说、浑天说也是对地球与宇宙关系的诠释。古希腊的柏拉图学派代表人物亚里士多德则将宇宙设计成以地球为中心的九重天，由神推动天球运动。这一设计将上帝作为主宰，被宗教学选定为解释宇宙的经典。公元2世纪，古希腊的天文学家托勒密总结了古希腊人对宇宙的认识，写成13卷本的巨著《天文大全》，认为地球静止不动，处于宇宙中心；太阳、月亮和所有行星都做简单的圆周运动；日月行星除各自的运动外，还与恒星一起每天绕地球一周。这就是统治西方1400年之久的托勒密地心体系。
盘古开天辟地
万物之初，一只“蛋”包含着整个宇宙，里边混沌一片，盘古在这混沌黑暗之中，睡了一万八千年才醒了过来。他见四周漆黑一片，看不见一丝光明，决心捅破这个“蛋”。于是，盘古胳膊一伸，腿脚一蹬，“蛋”就被撑碎了。可他睁大眼睛一看，四面八方依然是混沌难分。盘古急了，抡起拳头就砸，抬起脚就踢。他这一砸一踢呀，凝聚了一万八千年的混沌黑暗，都被踢打得稀里哗啦乱动。轻的一部分（阳）便飘动起来，冉冉上升，变成了蓝天；而较重的一部分（阴）则渐渐沉降，变成了大地。
天地分开后，盘古怕它们还会汇合在一起，就手撑天、脚蹬地，努力地不让天压到地面上。光阴过去了一万八千年，终于盘古可以将身体挺直、高举双手把天空向上托了，他的身子一天长一丈，天地也一天离开一丈，天升得越高，盘古的身躯也变得越长。天地被他撑开了九万里，他也长成了一个高九万里的巨人。天终于高高定位于大地的上方，而盘古却感到疲惫不堪。盘古累倒了，但他还在想：把我的身体留给世间吧。
于是，盘古的四肢变成了大地上的东、西、南、北四极，它们像巨大的石柱一样耸立在大地上，各自支撑着天的一角。盘古的双眼变成太阳和月亮给大地照明；他的头发和眉毛变成了天上的星星；他嘴里呼出来的气变成了春风、云雾使万物生长；他的声音变成了雷霆闪电；他的肌肉变成了大地的土壤，筋脉变成了道路；他的血液变成了滚滚的江河，汗水变成了雨和露；他的骨头牙齿变成了埋藏在地下的金银铜铁、玉石宝藏；他的汗毛变成了花草树木；他的精灵变成了鸟兽鱼虫。
从此，天上有了日月星辰，地上有了山川树木、鸟兽虫鱼，天地间从此有了世界。
——《中外神话传说》
古代印度人的宇宙
乌龟蹲踞在蛇身上，支撑大地的象群站在乌龟背上，太阳在上方绕转
古代埃及人的宇宙
星星悬挂在由高山支撑的天空下方，太阳乘船由河的东岸驶向西岸
托勒密的宇宙
哥白尼的宇宙
古人的宇宙观
16世纪，波兰天文学家哥白尼在《天体运行论》中提出了日心说，认为太阳是宇宙的中心，除了月亮绕地球运动外，所有行星（包括地球）都围绕太阳运动，而恒星固定在远离太阳的天球上静止不动。17世纪，伽利略通过望远镜开创了天文学的新时代，人类第一次看到月亮表面凸凹不平，有大量环形山，也观测到太阳自转现象和日面上的黑子。而牛顿则发现了万有引力定律，为行星运动规律找到了理论依据。从哥白尼到牛顿建立的日心体系是太阳系的概念。尽管当时人们认识的宇宙只停留在太阳系范围内，但日心说还是从根本上否定了上帝将地球安排在宇宙中心的宗教神话，揭示了地球只不过是一颗围绕太阳运转的普通的行星。
星座
根据古巴比伦和古希腊的神话传说，天空被分成许多星座，每个星座代表着天国的一种生灵。1928年，国际天文学联合会规定以古希腊人对天空的划分作为人类研究星空的区域分割基础，把全部天空分为88个星座。每个星座中的恒星，人们把它联成各种不同的图形，我们根据这些图形，就能辨认不同星座中的恒星。
北斗七星和北极星在星空中，人们可以看到，在北天极的周围，有大熊、小熊和仙后三个星座，大熊星座和小熊星座的主要恒星都是七颗，排列成勺子的形状。大熊星座的七颗主要恒星，就是我们所熟悉的北斗七星。小熊星座则是尽人皆知的著名星座，因为它的α星就是北极星。
北极星永远处于北方天空中的固定位置，它位于大熊星座里北斗七星中的“指极星”——斗边两颗亮星的连线外延五倍远的地方。数个世纪以来，北极星一直为航海者指示着航向，也成了人们一般测量中确定所在地纬度的重要依据，因为你所看到北极星的视线和地平线之间的夹角的度数，就是你所在地的地理纬度。
大熊星座的图形
古代人把较亮而邻近的星联成图形，结合神话中的人物或动物为星座命名，这些名称一直沿用到现在。
九月的星空图
按北纬35°绘制，外圆为地平圈，圆心为天顶，适用于9月1日21时、9月15日20时、9月30日19时。
牛郎星与织女星中国的古代也有许多以夜空的繁星为题材创造出来的神话故事，牛郎和织女的传说便是其中之一。在北半球的中纬度，九月初每晚21时左右，天顶附近有天琴座（其中有织女星）、天鹰座（其中有牛郎星），只不过这个“织女”和“牛郎”根本上不可能相会，因为织女星与牛郎星相距14光年以上。换言之，以目前所知最快的宇宙速度——光速飞行，从织女星到牛郎星也要14年多的时间。不过，据天文学家预测，随着天体运动，特别是随着地轴倾斜角度的缓慢变化，到公元14000年的时候，织女星将正好位于地球北极的上空，成为新的、更明亮的北极星。
（二）认识中的宇宙越来越大
随着人类社会的发展及科技水平的提高，人类观测到的宇宙范围不断扩大，对宇宙的认识也不断加深。在20世纪初期，银河系是人们所知道的全部宇宙，太阳被认为是银河系的中心，人们甚至不相信太阳系以外还可能存在其他星球。随着巨大的地面天文望远镜的出现，以及天体物理学的飞速发展，“地心”和“日心”早已被证明并非宇宙的中心，地球只不过是一颗普普通通的行星，它与太阳系的其他天体绕太阳公转；太阳系则是银河系极微小的一部分，银河系中像太阳这样的恒星就有两千多亿颗。而银河系也只不过是宇宙的一千万亿分之一而已。当代最大的光学望远镜已可观测到200亿光年的遥远目标，这就是现今人类所能观测到的宇宙部分，但它也只是无限宇宙的一个小小局部。
宇宙太空是人类未来发展的后备空间，在人类面临人口增长、资源枯竭、环境污染、生态破坏诸多问题的情况下，探索开发宇宙资源，有着重要和深远的意义。20世纪60年代，空间科学技术的迅速发展，为人类跨出地球提供了机会。从此，人们可以驾驶宇宙飞船遨游太空，甚至进行星际旅行，为人类破译宇宙的秘密开辟了新的途径。宇宙开发离我们已不遥远。目前人类的技术完全能够利用地球周围的资源，如何利用以及什么程度上的利用取决于经济上的可行性。宇宙开发对现在的社会生活逐渐发挥越来越重要的作用。对宇宙环境开发利用的同时，还要注意加强保护，重视实现宇宙空间探测利用的可持续发展。
人类考察宇宙大事记
*1957年10月4日，苏联第一颗人造卫星上天，拉开了人类航天时代的序幕。
*1961年4月12日，苏联成功地发射了世界上第一艘载人飞船“东方1号”，环绕地球飞行了一圈，历时近两个小时，加加林成为人类第一个进入太空的航天员，实现了人类离开地球进入宇宙空间的梦想。
*1969年7月16日，美国“阿波罗11号”飞船升空；7月20日，美国宇航员阿姆斯特朗和奥尔德林首次踏上月球，将人类星际旅行的愿望变成现实。
*1970年4月24日，中国第一颗人造地球卫星“东方红号”发射成功。
*1971年4月19日，苏联建立了世界上第一座空间站“礼炮1号”，为人类在太空进行各项科学研究活动提供重要场所。1973年5月14日，美国建立了空间站“天空实验室”。由16个国家共同建造的国际空间站预计在2010年完全建成，可供6至7名宇航员同时在轨工作，是有史以来规模最庞大、设施最先进的人造天体。
*1973年发射的美国“水手10号”行星探测器对金星、水星进行了考察，而苏联的探测器“金星-13”和“金星-14”着陆器于1982年成功降落到金星上，并对金星表面土壤进行直接的科学分析。
*1974年，美国“先驱者10号”和“先驱者11号”宇宙飞船飞近木星，送回有关木星的大量科学信息。
*1976年，美国“海盗1号”和“海盗2号”登上火星，发送回大量清晰照片，并进行了生物学实验。
*1979年，美国“先驱者11号”飞临土星，发回大量照片和数据。同年，美国发射的“旅行者1号”和“旅行者2号”对木星、土星进行了科学探测。1986年，“旅行者2号”对天王星进行了考察；1989年，“旅行者2号”从距离海王星云端4800千米处飞过，发回了大量的照片。
*1981年4月12日，第一架航天飞机“哥伦比亚号”在肯尼迪航天中心发射成功，揭开了航天史上新的一页。
*2003年10月15日，中国“神舟五号”载人航天飞行取得成功，杨利伟成为中国首位航天员，中国步入了世界航天技术先进国家的行列。
*2008年9月25日，“神舟七号”成功发射。27日，翟志刚身穿中国研制的“飞天”航天服走出飞船实施太空行走，中国人的足迹第一次印在飞船舱外的茫茫太空之中。
（三）天体系统
宇宙间的天体都在运动着。运动着的天体因互相吸引和互相绕转，形成天体系统。
银河系主体部分示意（侧视）图
天体系统有不同的级别。月球和地球构成地月系。地月系的中心天体是地球，月球围绕地球公转。地球和其他行星围绕太阳公转，它们和太阳构成高一级的天体系统——太阳系。太阳系又和其他恒星系统构成更高一级天体系统——银河系。银河系主体部分的直径达7万光年。在银河系以外，人们又观测到大约10亿个同银河系类似的天体系统——河外星系（简称星系）。银河系和河外星系共同构成总星系——这是目前我们所观测到的宇宙的范围。
二、太阳系
太阳系是由太阳、八大行星及其卫星、矮行星、小行星、彗星、流星体和行星际物质构成的天体系统。太阳是太阳系的中心天体，太阳系的其他天体在太阳的引力作用下，绕太阳公转。
太阳系模式图
（一）太阳
太阳的质量占太阳系所有天体总质量的99.8%以上。太阳由炽热的气体构成，主要成分为氢和氦。太阳中心的温度高达1500万摄氏度，压力高达2500亿个大气压。在这样的高温、高压条件下，太阳核心部分产生核聚变反应（四个氢原子核聚变为一个氦原子核），核聚变释放出大量能量，并发出耀眼的光芒。太阳的这种强烈扰动，引发日珥（以每秒几百千米速度放射到数十万千米远的热气流），也可以形成具有巨大磁力的太阳黑子，或者是高热的耀斑。黑子和耀斑都是太阳活动的主要标志。另外，太阳发出的强大的带电粒子流，形成了笼罩整个太阳系的太阳风。温度高达几百万度的日冕、地球上的极光、地球的辐射带、彗星的尾巴、来自木星的强烈的无线电波等，都可能与太阳风有关。据估计，太阳的寿命（即稳定时期）可达100亿年，目前它正处于稳定而旺盛的中年时期。
太阳的外部结构
我们凭肉眼观测到的太阳，只是太阳的大气层。地理学上把太阳大气层从里到外划分为三层：光球、色球和日冕。
我们看到的像圆盘一样、明亮发光的太阳表面，叫做“光球”。它是太阳外部很薄的一层，厚度大约只有500千米，表面温度约为6000K（绝对温度），太阳光基本上是从这一层发出的。光球表面有一些黑斑点，叫做太阳“黑子”。黑子实际上并不黑，只是因为它的温度比光球的表面温度大约低1500℃，在明亮的光球衬托下才显得阴暗一些，肉眼看起来就成了“黑子”。
在光球的外面，有一层呈玫瑰色的太阳大气，这一层叫色球层。它的厚度约几千千米，气体稀薄，所发出的肉眼可见光不及光球的千分之一。色球层中，有时会向外猛烈喷射出高达几万千米至几十万千米的红色火焰，这叫日珥。色球层的某些区域，在短时间内有突然增亮的现象，这种现象叫做耀斑，也叫太阳色球爆发。
在色球层的外面还包围着一层很稀薄的、完全电离的气体层，叫做日冕。它从色球层边缘向外延伸到几个太阳半径处，甚至更远，它的亮度仅为光球的百万分之一。日冕离太阳表面较远，受到的引力较小，其高温高能的带电粒子以每秒350千米以上的速度不断地飞逸到行星际空间，好像是从太阳吹出来的一股“风”，这就是所谓的“太阳风”。
（二）行星、小行星和矮行星
行星是在椭圆轨道上环绕太阳运行的、近似球形的天体。行星质量比太阳小得多，本身不发出可见光，以表面反射太阳光而发亮。目前已知太阳系的八大行星，按照与太阳的距离由近及远，依次为水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。八大行星按其质量、大小、化学组成等结构特征，可以分为类地行星、巨行星和远日行星三类。类地行星包括水星、金星、地球和火星，它们距离太阳近，体积和质量都小，平均密度大；表面温度较高，中心有铁核，金属元素含量高；卫星很少或者没有。巨行星包括木星和土星，它们的体积和质量都很大，平均密度小；表面温度低，主要由氢、氦、氖等物质构成；卫星数目多，并且有光环。远日行星包括天王星和海王星，它们表面温度都在-200℃以下，表层气体以氢和甲烷（CH4）为主；远日行星都有卫星和光环。八大行星绕日公转有共面性、同向性、近圆性的特点。
八大行星
水星是太阳系中离太阳最近的行星。因为水星与太阳距离最近，所以它的白昼地表温度可高达427℃，而到晚上又骤降至-173℃。水星的一昼夜长达一百七十六个地球日，这也是造成水星表面昼夜温度差巨大的原因之一。由于水星大气极其稀薄，水星的天空昼夜都是漆黑的。从“水手10号”发回的图片显示水星的表面与月球极其相似，上面布满了深浅不一的陨石坑。水星是太阳系含铁量最高的行星。水星上没有液态的水，但据推测，来自水星内部或宇宙空间的水分可能以冰的形态保存下来，存在其北极终年不见阳光的一些陨坑内。
金星——英译为“维纳斯”，是古罗马的女神，象征着爱情与美丽。金星与地球在体积、质量、密度和重量上非常相似，可以算作是地球的姊妹星。而事实上金星与地球非常不同。金星上的一天相当于地球上的243天，而它的一年却只有225天。金星的自东向西自转还使得太阳在金星上西升东落。金星有厚厚的二氧化碳大气，没有水。它的云层是由硫酸微滴组成的。浓厚的二氧化碳大气造成强大的“温室效应”，致使地表温度高达480多摄氏度。金星的表面随机布满了许多小型陨石坑。火山及火山活动频繁。从火山中喷出的熔岩流产生了长长的沟渠，范围大至几百千米，其中一条范围超过7000千米。
在太空中，地球的特征是明显的：漆黑的太空、蓝色的海洋、棕绿色的大块陆地和白色的云层。地球内部可分为地壳、地幔和地核三大部分。根据板块构造说，地壳由六大板块构成，这些板块漂浮在炽热的地幔上缓慢移动。在板块交界处常常存在许多巨大的断层，地震频繁，火山众多。地球的外壳非常年轻，它不断受到大气、水和生物的侵蚀，并在地质运动中不断地重建。所以地球表面没有像月球那样坑坑洼洼地遍布陨石坑。这样的地壳构造在太阳系中是独一无二的。地球有一个适合生物生存的大气层，在这个大气层中氮气占78%，氧气占21%，余下的1%是其他成分。地球是太阳系中唯一已知存在生命的行星。它快速的自转与富含镍铁熔岩的地核共同形成了一个巨大的磁气圈。在太阳风的吹拂下，磁气圈的形状被扭曲成水滴状。它与大气一同担当了阻止来自太阳和其他天体有害射线的任务。地球的大气还使我们免受流星雨的袭击，大多数陨石在它们到达地面前便已烧毁了。人类开始太空探索后，我们已对自己的行星有了更多的认识。
火星上有明显的四季变化，这是它与地球最主要的相似之处。但火星与地球差异也很大。火星表面是一个荒凉的世界，由于大气十分稀薄，导致火星表面温度极低，很少超过0℃，在夜晚，最低温度则可达到-123℃。火星被称为红色的行星，这是因为它表面的大部分地区都是含有大量的红色氧化物的大沙漠，还有赭色的砾石地和凝固的熔岩流。火星上常常有猛烈的大风，大风扬起的沙尘能形成可以覆盖火星的特大型沙尘暴，每次沙尘暴可持续数个星期。火星表面有一条长约4000千米的巨大峡谷——“水手谷”，它是在远古时期的洪水和火山活动的共同作用下形成的。奥林匹斯山高约27000米，是太阳系中最高的山峰。一直以来火星都以它与地球的相似而被认为有存在外星生命的可能，尽管越来越多的迹象表明火星更像是一个荒芜死寂的世界，但人们对火星生命的是否存在仍然保持极大的兴趣。
木星是太阳系中最大的行星，它的体积超过地球的一千倍，质量超过太阳系中其他行星质量的总和。与其他巨行星一样，木星没有固态的表面，而是覆盖着966千米厚的云层，在浓密的大气之下是液态氢组成的海洋。木星亮度仅次于金星，在中国古代，木星曾被人们用来定岁纪年，由此而被称做“岁星”。木星大气的成分和太阳差不多，中心温度达30000℃，上层大气的温度却在-140℃左右。木星上还有很强的磁场，表面的磁场强度大约是地球磁场的10倍。木星是太阳系中自转速度最快的行星，由于自转速度很快，星体的扁率相当大。木星是太阳系中卫星数目较多的一颗行星，迄今为止我们已经发现木星有16颗卫星。
土星是太阳系第二大行星。它与邻居木星十分相像，表面也是液态氢和氦的海洋，上方同样覆盖着厚厚的云层。土星上狂风肆虐，沿东西方向的风速可超过每小时1600千米。土星上空的云层就是这些狂风造成的，云层中含有大量的结晶氨。土星是太阳系中唯一一颗密度小于水的行星。土星的云层也有不断变幻着的图案，但比木星要暗淡得多。土星只需10个小时39分钟就自转一周，在如此快速的自转速度作用下，土星变成了一个明显的椭球。土星最引人注目的地方是环绕着其赤道的巨大光环。土星的光环不是一个整体，它包含7个小环，光环主要是由一些冰、尘埃和石块混合在一起的碎块构成的。土星有18颗经正式确认和命名的卫星，此外有12颗卫星未被最终确认。
天王星是太阳系中的第三大行星。天王星上层大气中的甲烷吸收红光，使得天王星呈现出蓝绿色。大气层中排列着在各个纬度运行的云层，其形成机制与木星和土星鲜明的纬度云带相似。天王星最著名的特征是其倾斜的姿态，造成了磁场轨迹与其自转轴60度的夹角，把磁场扭曲成了长长的螺旋形。天王星也有许多光环，但与木星环和土星环显然不同，最外面的第五环的成分大部分是直径为几英尺的冰块，整个环系统布满了细小的尘埃。
海王星是太阳系中最远的远日行星。海王星上的一年相当于地球上的165年。海王星的内部（约占整个星球的三分之二）由熔岩、水、液氨和甲烷的混合物组成，外面的一层（约占整个星球的三分之一）是由氢、氦、水和甲烷组成的气体混合物。甲烷赋予了海王星蓝色的外观。海王星是一颗具有几个大暗斑的动态行星，这很容易让人们想起有异常猛烈风暴的木星。记录中风速最快、最猛烈的暴风出现在海王星上，风向大多自东向西，并与这颗行星的自转方向相反。海王星有一组狭窄又暗淡的弧形光环，其真正成因仍是一个谜。
在火星轨道和木星轨道之间还有一个小行星带，小行星带中有成千上万颗小行星，它们像八大行星一样绕太阳公转。不过，小行星的质量都很小，最大的直径也只有1000千米，小的直径还不到1千米。
谁杀害了恐龙？
诺贝尔物理学奖获得者、美国加利福尼亚大学的路易斯·阿尔瓦雷斯教授提出：小行星充当了杀害恐龙的元凶。
大约6500万年以前，有一颗直径约10千米的阿波罗型小行星突然撞到了地球上，刹那间，整个地球呈现出一片极其恐怖的景象。大地表面被砸出一个巨大的坑穴，大量的石块被掀起后又四处飞溅，无数的碎石、灰尘升上高空，紧接着又弥散开来，将整个地球团团围住。原先阳光明媚的大地一下子变成了暗无天日的地狱，可怕的景象一直持续了一两年之久。大树小草都因长期见不到阳光而先后枯死了。由于恐龙赖以生存的绿色植物全部被毁灭了，所以恐龙也就全部饿死了。不仅如此，这个重大事件还使得地球上至少60%的物种绝迹了。
行星围绕太阳运转、自身引力足以克服其刚体力而使天体呈圆球状，并且能够清除其轨道附近其他物体。矮行星与之比较，所在轨道范围的邻里关系不清楚。2006年国际天文学联合会大会确认太阳系只有8颗行星，谷神星、冥王星及阋神星（2003UB313）成为太阳系的第一批矮行星。目前被确认的矮行星有谷神星、冥王星、阋神星、鸟神星、妊神星五颗。
行星地位最具争议的4个天体
冥府之神——冥王星数十年来，科学家普遍认为太阳系有九大行星，但随着一颗比冥王星更大、更远的天体的发现，使得冥王星大行星地位的争论愈演愈烈。1930年美国天文学家汤博发现冥王星，当时错估了冥王星的质量，以为冥王星比地球还大，所以冥王星被划为大行星。然而经过近30年的进一步观测，发现它的直径只有2300千米，比月球还要小，等到冥王星的大小被确认，“冥王星是大行星”早已被写入教科书，以后也就将错就错了。冥王星和太阳系其他八大行星有很多不同。八大行星轨道都接近于圆形，冥王星却是极为扁长的椭圆；八大行星的轨道几乎在同一平面，冥王星的倾斜角则达17度；冥王星自转周期长达6天9小时17分，和行星序列的物理性质规律相悖。1992年，人类发现冥王星和离太阳60亿千米至1500亿千米的范围内的“柯伊伯小行星带”里面大量由冰组成的天体的组成成分竟非常相似。2006年8月24日国际天文学联合会大会上投票决议，部分通过新的行星定义，冥王星被排除在行星行列之外，而将其列入“矮行星”。
冥河船夫——卡戎在希腊神话中，卡戎是冥河上引渡亡魂前往阴间的船夫的名字。卡戎在很长时间里一直被视作冥王星的卫星。但人们也注意到卡戎有许多特殊之处，与太阳系其他行星的卫星迥然不同：冥王星的质量大约只是卡戎的10倍；卡戎绕冥王星公转的周期，恰好等于冥王星的自转周期，也就是说它们始终保持同一面朝向对方；卡戎绕太阳公转的周期与冥王星同样是248个地球年，它与太阳的距离也与冥王星基本相同，平均约59亿千米；冥王星和卡戎的共同重心位于外部空间里，并不位于冥王星内部。这些特征使一些天文学家认为，冥王星与卡戎更像是一个双星系统，彼此是平等的伴星关系，而不是行星与卫星的关系。
陌生来客——齐娜编号为“2003UB313”的新天体有一个非正式昵称“齐娜”。尽管美国加州技术研究所的科学家在2003年就获得了齐娜的观测数据，但他们直到2005年才从照片中找到这颗在天文学界引起轩然大波的天体。天文学家目前认为，齐娜来自于“柯伊伯小行星带”，比冥王星略大；其公转轨道是个很扁的椭圆，比冥王星更加倾斜。它公转一周需要560年，离太阳最近的距离是38个天文单位（1天文单位为地球到太阳的距离，约1.5亿千米），最远时为97个天文单位。由于齐娜是如此遥远，哈勃望远镜给它拍到的最清晰的照片，也只能显示出一个分辨率极低的白色光点。
丰收女神——谷神星在将近两个世纪的时间里，谷神星一直是小行星中最大的一颗，它占据了小行星带所有天体约1/4的质量。1801年1月1日，意大利天文学家皮亚齐偶然发现了一个移动速度很快的小天体，这颗新行星就以西西里掌管粮食丰收的女神刻瑞斯的名字命名，中文称为谷神星。谷神星大体为球形，表明它的形状受到重力控制。它与太阳的平均距离约4.2亿千米，公转周期为4.6个地球年。谷神星可能包括一个富含冰水的表层，里面是一个多岩石的核心。相比起其他行星，谷神星非常小，质量约为月球的1/80.英国天文学家赫歇尔在19世纪初建议将在火星与木星之间发现的小天体称为小行星，于是谷神星失去了行星的地位。
（三）卫星
卫星是围绕行星运行的天体，质量都不大。月球是地球的卫星。太阳系的八大行星，除了水星和金星以外，都有卫星绕转，目前已知八大行星共有60多颗卫星，其中土星的卫星最多，达20多颗。
人类月球探险记
月球是地球唯一的卫星，月球不停地围绕地球公转，在宇宙中形成一个小小的天体系统——地月系。月球距离地球平均约384400千米，是宇宙中距地球最近的一个星球。由于月球与地球的关系是那么密切，千百年来，人们对月球充满憧憬和幻想，由此产生了许多传说和神话。1969年7月20日，美国“阿波罗11号”宇宙飞船首次运送宇航员降落到月面上，标志着人类征服太空的一次伟大胜利。
登月航行的日期为1969年7月16日，当阿姆斯特朗、奥尔德林和科林斯三人所乘的飞船到达绕地轨道时，他们只能借助星星来确定奔月之路是否正确。7月20日，人类首次登月的尝试开始了。登月系统“鹰”从飞船主体指令舱和服务舱“哥伦比亚”上解了下来，脱离了绕月轨道，阿姆斯特朗冷静地控制着“鹰”，平稳着陆。
经过着陆后6个多小时的准备，指挥中心同意了宇航员走出“鹰”的请求。宇航员赶紧穿上特制的衣服，背上供氧设备和其他装置，打开了“鹰”的舱门，他们看到了一番奇异的景色：头上的天空是黑的，但月球却沐浴在明亮的阳光之中。月球是一片由灰尘、岩石和环形山组成的荒凉世界，寂静无声。阿姆斯特朗身着庞大的宇宙服挤出舱门，打开电视摄像机，千百万观众看到了这一激动人心的场面，也看到了月球上除了阿姆斯特朗和奥尔德林之外，再没有任何生命。
走下扶梯是十分困难的。经过大约20分钟，阿姆斯特朗才小心翼翼地走到底。在最后的一个台阶上他停了一会，伸出左脚，在月球上印下了人类的第一个脚印，说出了万众期待的话：“对一个人来说是一小步，而对人类来说却是一大步。”奥尔德林也走了下来，由于几乎处于失重状态，失去了平衡的感觉，他们摇摇晃晃像醉了酒似的浮游起来，他们扔出去的石块竟像球一样跳到空中。他们揭开安装在登月舱腿上的钢质纪念板上的罩子，把它安放在月球上，上面写着：“公元1969年7月，人从行星地球来到这里，第一次踏上月球。”接下来，两人在月面上开展了实验工作。安放了3种科学仪器，采集了石块和土壤标本。
在月球上生活了21小时36分的宇航员，就要离开月球，与离月球110千米高空的“哥伦比亚号”会面了。从月球上升可能比着陆还危险，没有完备的发射台，而且不可能进行营救。幸运的是，“鹰”顺利地升入空中并安全进入轨道，实现与“哥伦比亚号”的衔接。7月22日，飞船开始返回地球。大约经过60个小时的常规航行后，7月24日中午12时22分，他们抛掉服务舱，开始进入大气层，几分钟后，降落在太平洋海面上。宇航员带回的岩石和浮土被送到许多国家的科学家手里，帮助人类回答了许多谜一样的问题。
月球是人类星际航行的第一站。已知月球表面有多种宝贵矿藏，重力较小，月球表面没有大气层，利用太阳能的条件较好。如何利用月球的特殊环境开发月球的资源，如何利用月球作“码头”使人类更好地研究宇宙，这些问题的回答都揭开了月地关系的新篇章。
（四）彗星
彗星是在扁长轨道上绕太阳运行的一种质量很小的天体，呈云雾状的独特外貌。
彗星的轨道和彗尾图
彗星的主要部分是彗核，一般认为它是由冰物质组成的。
当彗星接近太阳的时候，彗核中的冰物质升华而成气体，因而在它的周围形成云雾状的彗发。彗发中的气体和微尘被太阳风排斥，在背向太阳的一面形成一条长长的彗尾。彗尾一般长几千万千米，最长可达几亿千米。彗星远离太阳时，彗尾就逐渐缩短，直至消失。彗尾形状像扫帚，所以彗星俗称“扫帚星”。人们已发现绕太阳运行的彗星有1600多颗。著名的哈雷彗星，绕太阳运行一周的时间为76年。
（五）流星体
流星体是行星际空间的尘粒和固体小块，数量众多。沿着轨道绕太阳运行的大群流星体，称为流星群。闯入地球大气层的流星体，因同大气摩擦燃烧而产生的光迹划过长空，叫做流星现象。未烧尽的流星体降落到地面，叫做陨星。其中石质陨星叫做陨石；铁质陨星叫做陨铁。
通古斯陨星
1908年3月30日，苏联西伯利亚中部的通古斯地区发生了一次举世闻名的陨星事件。早晨7点左右，通古斯地区的上空突然出现了一个比太阳还亮的大火球，火球发出震耳欲聋的响声，以迅雷不及掩耳之势冲向地面，发出的冲击波摧毁了方圆100千米以内所有房屋的门窗和玻璃，甚至三五百千米之外的人畜也被击倒在地。火球在一片密林上面猛然爆炸，2000多平方千米郁郁葱葱的森林变成了一片焦土。科学家们估计，它落地时约有4万吨重，产生的能量比广岛的原子弹要大1000倍。它究竟是一颗彗星还是一颗小行星，目前还没有定论，但可以肯定的是，它总归是天外来客。如果当时它再晚一会儿陨落，它就很可能会落到人口稠密的圣彼得堡、斯德哥尔摩或是奥斯陆，那后果就不堪设想。
太阳系除了上述天体以外，广大的行星际空间虽然空空荡荡，但并非真空。其中分布着极其稀薄的气体和极少量的尘埃，称为行星际物质。
三、太阳对地球的影响
太阳虽然在宇宙中只是一颗普通的恒星，但是，对地球来说，这颗恒星太重要了。太阳给予了我们光明，给予了我们温暖，给予了我们生命。
太阳是一颗离我们最近的恒星，地球是太阳的一颗行星。正是由于地球在太阳系中的位置——距离太阳远近适中，才使地球上生命的产生、演化成为可能，使地球成为人类繁衍生息的家园。
（一）太阳能
地球与太阳的距离为1.5亿千米。太阳释放的能量中，约22亿分之一到达地球，成为维持地球上生命的主要源泉。没有太阳就不会有地球上的生物。植物通过光合作用将太阳能转化为化学能贮存起来，动物虽不能直接利用太阳能，但它们靠食用植物而获得生命所需要的能量。我们今天使用的主要能源——煤和石油，也是远古时代被埋在地下的植物和动物的遗骸经历漫长的地质变迁并受到一系列物理化学作用形成的，实际上它们就是远古时代贮存在地下的太阳能。因此，地球上的一切生物都直接或间接地依赖于太阳能。
地球上的许多自然现象也同太阳息息相关。没有太阳，就不会有云、雾、风、霜、雨、雪、雷电等天气变化，水力、风力等动力也明显同太阳有关。阳光照耀大地，其中约40%被反射回空间，只有60%真正地被地球吸收。被吸收的太阳辐射绝大部分以热的形式储存在地壳表层。其中99%被地球以热能形式存贮的太阳能以相当快的速度散失回到空间，只有1%左右的能量被大气、海洋利用，用来推动大气和海洋运动。
“万物生长靠太阳”
不难设想，一旦太阳停止向地球供给能量，地面上的温度将会很快降到接近绝对零度，地面上的运动将会停止，生命活动也将停止。从天空到地面，除了闪耀的繁星外，整个世界一片漆黑、死气沉沉；如果太阳投射到地球上的能量减少一半，整个地面的温度便会降到零摄氏度以下，江河、湖海都会冻结，地球成为一个冰冻的世界。相反，如果太阳投射到地球上的能量增加两三倍，江河、海洋里的水便会全部蒸发，地面上现有的生命便无法生存。即使太阳现今的辐射稍微改变一点，也会对地球上的生命造成影响。正是由于太阳能量的产生和辐射基本上保持目前这样的平衡状态，才形成人类和绝大部分生物生存的条件。因此，自古以来，太阳就受到人们的无比崇敬。
（二）太阳活动
根据长期观察的结果，太阳活动有周期性变化，两次太阳活动极大年出现的平均周期为11年。当太阳活动频繁时，会引起一系列的地球物理现象。如当太阳上耀斑和黑子增多时，发出的强烈射电会引起地球上空电离层的扰动，使地面的无线电短波通信受到影响，甚至会出现短暂的中断。太阳大气抛出的带电粒子流，使地球磁场受到扰动，产生“磁暴”现象，使磁针剧烈颤动，不能正确指示方向。在地球两极地区的夜空，常会看到淡绿色、红色、粉红色的光带或光弧，叫做极光。极光是带电粒子流高速冲进两极地区的高空大气层，被地球磁场捕获，同稀薄大气相碰撞而产生的。
四、地球上具有生命物质存在的条件
地球与太阳系其他行星相比，虽然在质量、体积、平均密度、公转和自转中有自己的特点，但并不特殊，仅仅是一颗普通行星，然而地球也是迄今为止我们唯一知道存在生命的星球，所以，它也是一颗特殊的行星。
生命物质存在的必要条件
（1）必要的组成物质。能合成有机物的碳、氢、氧、氮等元素。
（2）适宜的光和热。光和热的意义首先是生命活动的能量源泉。光在无机物转化为有机物的过程中起着极其重要的作用。适宜的光和热产生了适宜的温度。
（3）液态的水。水是生物体绝对不可缺少的组成成分，同时也是生命活动的重要介质，生物所需的某些矿物质是从水中而来的。
（4）大气。大气通过紫外线照射和电火花合成有机物；大气层使生物免受陨石和宇宙射线损伤；保护地球表面的热量。适于生物呼吸的大气，对生命存在至关重要。
（5）上述的条件维持很长的时间，使生命有一个产生、发展、进化的过程。否则，生命即使产生，也将是昙花一现，谈不上真正意义上的存在。
在太阳系的八大行星中，为什么只有地球上有生物？这与地球在太阳系中所处的位置以及地球自身的条件具有十分密切的关系。
（一）稳定安全的宇宙环境
从恒星际空间来看，太阳周围的恒星际空间有利于太阳的稳定，太阳本身又处于稳定而旺盛的中年时期，有利于地球上生命的产生和演化；从行星际空间来看，大、小行星各行其道，绕日公转方向一致、运行轨道几乎处于同一平面上，为地球提供了稳定与安全的宇宙环境。
（二）地球本身条件优越
地球与太阳距离适中，使地球上具有适中的光和热。地球表面平均温度为15℃，大部分地区温度可以保持在0℃～100℃之间，这是水能在液体状态下存在的温度范围，也是生命存在的基本条件。
地球的体积和质量适中。行星的体积和质量如果太小，引力太弱，它的各种气体将会逃逸到太空，就不存在大气层，生命也就难以存在。地球具有适当的体积和质量，其引力可以把地球上各种气体吸引住，形成大气层。
地球在发展演变过程中，不断进行圈层分化运动。在地球同心圈层的演变过程中，形成了包括地核、地幔、地壳的内部圈层，完成了大气圈、水圈的形成和演变。地球大气经过了漫长的演化过程后，基本上形成了适合于生物呼吸所需的大气——氧气。地球内部岩石中的结晶水通过火山活动来到地球外部，出现在大气中，然后以雨滴的形式降落地面，并逐渐形成海洋。大气中、地壳上的有机物和无机盐类随水进入海洋，在海洋中发生密切联系，频繁接触，简单的有机物发展成为多分子的有机物，逐渐产生了生命。
地球圈层的发育
大约46亿年前，原始地球诞生了。当时的地球是一个炙热的大火球，还没有圈层的分化。我们今天所见的地球各圈层，是经历了由低级、原始的地质圈层向现今的高级圈层不断发展演变才形成的。
地球内部圈层的形成和演变原始地球从太阳星云分化出来后，温度很低，各种不同物质以固态混杂在一起，并没有明显的分层现象。随着地球体积逐渐变大，内部放射性物质衰变产生的能量大量积聚，地球内部温度逐渐升高，地内物质也就具有越来越高的可塑性甚至处于熔融状态。当地内物质的可塑性达到一定程度时，开始了地球的圈层分化，较重物质缓慢下沉，较轻物质缓慢上升。按化学组成的不同，分化而成地壳、地幔和地核。
大气圈的形成和演变在地球内部圈层的演变中，地球内部的各种气体上升到地表，受地球引力作用集聚在地壳外围而成为原始大气圈。原始大气主要由H2、CH4、NH3和水蒸气等组成，是一个还原性的大气圈。
水圈的形成和演变地球上的水绝大部分以岩石中的结晶水的形式存在于地球的内部。随着原始地球的变热，大量原先以结晶水形式存在于地球内部的水随着地内温度的升高成为水蒸气，通过火山活动进入大气层，最终以降雨的形式到达地面形成原始的水圈。
生物圈的形成和演变当原始大气和原始水圈在地球上出现时，地球上仍是一个没有生命的世界。但大气、水和原始地壳的出现为生命的诞生奠定了必要基础。从无生命物质到生命的转化是一个极为缓慢的过程，生命是由无生命的物质转化来的。约35亿年前，在太阳的紫外线、大气的电击雷鸣、地下的火山熔岩等作用下，原始大气中存在的甲烷、氨、水汽和氢转化成简单的有机物。大气中的有机物随降水进入海洋，同时地壳上的有机物和无机盐随地面径流进入海洋，它们在海水中发生频繁的接触和密切的联系。这样简单的有机物就逐渐发展成多分子的有机物，并且逐步变成能够不断自我更新、自我再生的物质，从而形成了原始的生命。此后长达30亿年的时间里，生命始终局限在海水中。没有海水的保护，生命就难于避免强烈的太阳紫外线伤害。在距今6亿年前，绿色植物开始在海洋中占优势，生物开始对地球自然环境的发展产生重大影响。
绿色植物的出现为生物登陆创造了前提条件，因为绿色植物在光合作用中所产生的游离氧的积累，终于导致大气中出现臭氧，并在高空中形成臭氧层。臭氧能够有效地吸收紫外线，因而对地面上的生物起保护作用。高空臭氧层的出现意味着陆上生物的生命有了保障。在距今4亿年前，绿色植物登陆成功，使生物从海洋登上陆地，陆地上出现了生物的大发展。生物的数量和种类开始了大幅度的增长，在陆地和海洋都出现了动植物的大繁荣，进而发展成为完善的地球生物圈，使地球的自然环境出现了重大变化。如今，110多万种动物和40多万种植物组成了瑰丽多彩的生物世界。
生物圈形成以后，整个地球仍然在发展变化着。特别是大约300万年前，作为高等动物的人类的出现，开始了地球发展演化的新阶段，这是影响地球自然环境的重大飞跃。
地外生命
到目前为止，我们只确知地球上有智慧生物。除此之外，我们应该到哪里去寻找地球的知音呢？现代天文科学的研究成果告诉我们，太阳系中再也不会有第二个地球了。于是，科学家们把目光投向了宇宙空间。
从太阳系来看，生命只出现在地球上。这说明，恒星的周围可能存在一个生命带。在这个生命带中，有适合生物生存的几个基本条件：第一，在这里，温度既不太高，又不太低，适合于液态水的存在。第二，处在生命带中的行星，质量和体积适中，其引力可以把大气层中的各种气体吸引住，不致逃逸。对恒星来说，小质量的恒星，这个生命带会很窄；大质量的恒星，这个生命带又会很宽。地球上形成今天这样一个文明社会，已经历了将近50亿年的时间，小质量和大质量恒星都不会有那么长的稳定期。只有像太阳这样的恒星，大小和温度都合适，才会提供良好的条件，使生命在其行星上出现。由此可见，要在宇宙中寻觅知音，应该去找发出的能量既不太大又不太小的单颗恒星。对于行星来说，也要找质量不太大不太小（能维持足够的大气）、距离恒星适中的行星。
为了寻找宇宙人，美国科学家先后在飞离太阳系的“先驱者号”和“旅行者号”飞船上装上了人类带给宇宙人的各种信息。
“先驱者10号”、“先驱者11号”携带了相同的地球名片——镀金铝板，上面刻着一男一女两个地球人的形象。
人类带给宇宙人的信息
下面的大圆圈表示太阳，其他小圆圈表示太阳系的九大行星（当时冥王星还在九大行星之列），箭头表示飞行器出发的地点。金属板的左上方，是描绘一个氢原子的能量变化图；中间是一个有14个脉冲符号的星球爆炸图和一个从银河系中心到太阳的距离图。“旅行者1号”和“旅行者2号”探测器各带有一套“地球之声”的铜盘唱片，收录了各种语言，有鸟兽鸣叫，有自然界风雨雷电的声音，还装有一些图表和照片，其中有一幅是中国八达岭长城和中国人家宴的图像。
第二节 地球及其运动
地球是一颗和我们关系最密切的星球，是地理环境的依附。地球表面各种地理因素的互相制约和相互联系，与地球本身的形状和运动有密切关系。
一、地理坐标
地球是一个两极稍扁、赤道略鼓的球体。地球的平均半径是6371千米，表面积5.1亿平方千米，体积10830亿立方千米，质量60万亿亿吨。
地球是什么形状？
上古人类用肉眼眺望大地，从感觉上得到地球是扁平的这一印象。中国西汉时就有“天圆如张盖，地方如棋局”的说法。古埃及人以为大地是个平坦的长方形桌子，古代俄罗斯人则认为扁平的大地是驮在三条鲸鱼背上的。少数哲学家则从纯理论的角度来推想地球的形状。公元前6世纪，希腊思想家毕达哥拉斯提出对称形式是事物的完美属性之一，人类居住的地球应该是最完美的，所以一定是个球形。亚里士多德发现月食时移过月面的地影是圆形的，为地圆说找到了证据。
16世纪的地理大发现时代，麦哲伦船队首次环游地球成功，证明了地球是圆的。现代人则可以从人造卫星给地球拍摄的照片上，直接观察到整个圆球形的地球。
人造卫星出现以后，地球的各种测量数据日趋精确。人们发现，地球并不是一个完美无缺的正圆球体，地球的赤道半径比极半径长，南北半球也不对称：北极略为凸出，南极则略为凹进。随着科学技术的发展，人们观察到的地球形状似乎越来越复杂。另外，地球以及地内物质始终处于运动中，地球的形状实际上也始终处在变化之中。
地球的赤道半径和极半径
地球的南北半球不对称
地球不断地绕日公转，它本身也不停地绕轴自转。太阳的东升西落，就是地球不停自西向东自转的一个明显证据。
（一）地轴、两极和赤道
在地球仪上，地轴是地球自转轴，它是通过地球中心连接南北两极的假想轴；地轴与地球表面相交的两点称为两极，其中对着北极星的一端叫北极，另一端叫南极；与南北两极距离相等的大圆则称为赤道。
极点、地轴和赤道是确定地理坐标的基本点、线、圈。根据这些最基本的点、线、圈，我们就可以作经纬网，从而达到确立地理坐标的目的。
经度和纬度
（二）经纬网
1.经线和经度
在地球仪上，连接南、北两极的线叫经线，也叫子午线。
子午线
经线又叫子午线，这是因为中国古代常用的罗盘上面，周围写着子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥十二个字，依次排列，“子”字代表北方，“午”字代表南方。所谓“子午线”，意思就是南北线。因为经线是连接地球南北两极、指示南北方向的，故经线又叫“子午线”。经线圈通过地球南北两极，是南北方向的，故经线圈亦称“子午圈”。
人们为区别不同经线而为每一条经线标注的度数，称为经度。国际上规定，把通过英国伦敦格林尼治天文台原址的经线定为0°经线，也叫本初子午线。从0°经线算起，向东、向西各分作180°，以东的180°属于东经，以西的180°属于西经。东经180°和西经180°同在一条经线上，那就是180°经线。
习惯上以东经160°和西经20°的经线圈平分地球为东、西两个半球，这条线基本上在大洋通过，可以避免把非洲和欧洲的一些国家分在两个半球上。中国位于东半球。
本初子午线
地球上的零度经线称为本初子午线，它是人为假定的，不像纬度有自然的起讫（赤道和两极）。对于零度经线的选择，各国曾陷入过各自为政的状态。
中国的北京、洛阳，法国的科沙裴多、巴黎，英国的伦敦，苏联的列宁格勒，希腊的雅典，丹麦的哥本哈根，西班牙的马德里，挪威的奥斯陆，土耳其的伊斯坦布尔，芬兰的赫尔辛基等，都曾一度作为各国自己规定的本初子午线。
1884年在华盛顿召开的国际经度学术会议上，正式确定以通过英国伦敦格林尼治天文台的经线作为零度经线，被公认为世界计算经度的起点线。
格林尼治位于泰晤士河畔，英国皇家天文台从1675年开始就设在这座小镇上。0°经线就以天文台的主要子午仪十字丝经线为标准。随着城市的发展，这座僻静的山村小镇成为喧嚣的城市，也就不具备设置天文台的环境条件。1953年，天文台搬迁到格林尼治东南方约70千米处的赫尔斯特蒙索城堡，即东经0°20′25″的地方。可是，多年规定的0°经线不能随便迁移。所以今天称本初子午线必须说清楚是通过格林尼治天文台的原址，以免产生误会。
2.纬线和纬度
在地球仪上，与赤道平行的线叫纬线。
为了区别每一条纬线，人们给纬线也标注了度数，称为纬度。纬度从赤道算起，将赤道定为0°，由赤道到北极、南极各分作90°。赤道以北是北纬，以南是南纬。北纬90°就是北极，南纬90°就是南极。赤道把地球平分成南、北两个半球。中国位于北半球。
太阳之路
厄瓜多尔位于南美洲的西北部，“厄瓜多尔”在西班牙语里就是“赤道之国”的意思。厄瓜多尔首都基多的北面，地面上有一条用来表示赤道位置的线。
大约七八百年前，当地的印第安人通过长期观察，认定基多城北的卡央贝一带，是太阳一年中两次经过地区的中心，便称它为“太阳之路”，并在这里设立了标志。
18世纪时，法国科学家到这里进行了长期的考察，正式测定了赤道的方位，证明这一带恰好是赤道经过的地方。1744年，在古印第安人建立的标志附近，建成了一座赤道纪念碑。这个纪念碑矗立在一个三面环山的高地上，全部用赭红色的岩石建成，连同底座有10米高。碑的顶部是一个石刻的地球仪。它和通常安放在底座上的地球仪不同，是北极朝北，南极朝南。碑的四面镌刻着分别代表东、西、南、北四个方向的拉丁文字母，碑身上还刻着——“这里是地球的中心”。地球仪的下面有一条表示赤道的白线，一直延伸到石阶上，这就是南、北半球的分界线了。到这里来的游客都喜欢面向东方，两足分立在白线的两旁，表示一脚踏在北半球，一脚踏在南半球，然后摄影留念。每一个游客还能得到一张证书，证明在何年何月何日来到南北半球的分界线上，作为永久的纪念。
3.经纬网
在地球仪上，经线和纬线相互交织，构成了经纬网。实际上地球并没有这些线和网，人们通过想象画出经纬网，是为了方便确定地球表面上任何一个地点的位置。
轮船在茫茫大海上航行，飞机在无边无际的天空中飞翔，无论到了什么地方，都可以利用经纬网确定位置。因此，经纬网在军事、航海、航空等方面用处很大。
二、地球的运动
宇宙中所有的天体都在不停地运动中。地球除了自身内部的物质运动外，它的绕地轴自转和绕日公转非常重要，不仅决定了地球上各自然要素的分布或运动特点，同时也间接地影响到人类的生产、生活等活动。
自转与公转图示比较
时间与历法
以地球自转为基础的时间计量系统称为世界时系统。日、月、年、世纪的时间计量属天文学中的历法范畴。以地球自转运动为基础的时间单位称为日，以月球绕地球公转运动为基础的时间单位称为月，以地球绕太阳公转运动为基础的时间单位称为年。
地球自转一周为一日。由于观测周期采用的参照点不同，有恒星日（23小时56分4秒）和太阳日（24小时）之分。地球自转一周360°，所需的时间是23时56分4秒。这叫做一个恒星日，即天空某一恒星连续两次经过上中天（天体每天经过观测者所在的子午圈平面两次，离天顶较近的一次叫上中天）的时间间隔，这是地球自转的真正周期。一天24小时，是太阳连续两次经过上中天的时间间隔，叫做一个太阳日。由于地球在自转的同时还在绕日公转，一个太阳日，地球要自转360°59′，比恒星日多出59′。所以，时间上比恒星日多3分56秒。
地球公转周期为一年，“年”的时间因参照点不同而有差别。恒星年是地球公转的真正周期，是太阳沿黄道运行一周天（360°）所需的时间，为365日6时9分9.5秒；回归年指地球从这一次春分日到下次春分日的平均时间间隔，为365日5时48分46秒。因为气候的变化以回归年为周期，所以天文学家把历年的平均长度安排得尽可能接近回归年的长度。地球在公转轨道上的位置，大致在1月3日左右最接近太阳，此时的位置称为近日点，日地距离约为1.47亿千米；大致在7月4日左右离太阳最远，此时的位置称为远日点，日地距离约为1.52亿千米。在近日点时公转线速度较快，在远日点时较慢。
（一）地球自转的地理意义
地球自转是地球绕地轴的旋转运动。自转方向为自西向东。但从北极上空观察呈逆时针方向旋转，从南极上空观察呈顺时针方向旋转。
由于地球自转而产生的自然现象有许多，其中对人类影响最大的有以下几种：
1.昼夜更替现象
由于地球是一个既不发光又不透明的球体，所以，在同一时间内，太阳只能照亮地球表面的一半，向着太阳的半球是白昼，背着太阳的半球是黑夜。地球不停地自转，昼夜也就不断地更替。
地球上昼夜更替的周期为一个太阳日，这使地面白昼升温幅度不至于过大，黑夜的温度也不至于降得太低，使地球上生命有机体能够生存和发展。昼夜更替使地表各种过程（如热量、气温、气压、蒸发、水汽凝结及有机界等）具有一昼夜的节奏。由于地球自转使地球上昼夜更替适中，地表增温和冷却不超过一定的限度，生物才得以生存。
金星
金星是太阳系家族中与地球轨道最靠近、大小和质量与地球最相似的一颗行星。人们曾热切地期望着在金星上存在“金星人”。但随着科学的发展，进一步观测的结果却令人失望。由于金星自转一周需要243天，漫长的白昼，太阳光可以把金星表面加热到590℃以上，而黑夜温度则在零下200℃以下，如此严酷的气温条件是生物形成的障碍。
2.地方时
地球不停地自转，昼夜不断更替，地球上不同经度的地方正午时刻不同，东边地点的时刻总比西边地点的时刻要早。这种因经度差异而不同的时刻，称为地方时。使用地方时在交通和通信方面造成了许多不便。
零时区和日界线
世界的时区
为了使全球有统一的时间标准，国际上采用了划分时区的办法。地球自转一周（360°）需要24小时，经度相隔15°时刻便相差1小时，于是规定每隔经度15°划为一个时区，把全球按经度划分为24个时区，每个时区统一采用本区中央经线的地方时作为全区共同使用的时刻，称为区时。以0°经线为中央经线的时区为中时区，也叫零时区。在中时区以东，依次划分为东一区至东十二区；在中时区以西，依次划分为西一区至西十二区。东十二区和西十二区各跨经度7.5°，合为一个时区，它的中央经线是180°经线。
相邻两个时区的区时，相差一个小时。在任意两个时区之间，相隔几个时区，区时便相差几个小时，其中较东的时区区时较早。
实际上，许多国家根据自己的需要来确定各自的标准时。时区的界线往往参照各国的行政区划或自然界线划分，而不是完全根据经线划定。例如，根据世界时区的划分，中国由西到东可划分为东五区、东六区、东七区、东八区和东九区五个时区，为了使用上的方便，中国大部分地区采用北京所在的东八区区时，这就是“北京时间”。新疆则采用东六区区时，称为“乌鲁木齐时间”。
世界上的一天从哪里开始？
哪里是世界上时刻最早的地方？世界上的一天从哪里开始？历来是人们追思求答的问题。早在3500年前，亚洲人就开始跨洋航海，来到太平洋岛屿中的斐济，寻找太阳升起的地方。在世纪之交的2000年，哪里最早进入21世纪曾是人们饶有兴趣的一个话题。
日界线是国际公认的地球上新的日期开始最早的地方，它是地球上一天的起点和终点。跨越赤道和国际日期变更线的太平洋岛国基里巴斯是世界上最早进入21世纪的国家；汤加的首都努库阿洛法，城中有个最豪华的旅馆叫“日界线饭店”，并自诩是“世界上最早升起太阳的地方”，其实，努库阿洛法位于西经175°20′，应属西十一区，也可称为“世界上最西的首都”。因为日界线为避免国家被分割开来，才把它划进东十二区。西萨摩亚首都阿皮亚位于西经171°41′，原属西十一区，调整后的日界线移到了阿皮亚的西侧，在这里，可以说能最后看到太阳沉入地平线。
尽管基里巴斯最早进入21世纪，但最早拥抱21世纪曙光的国家却是新西兰，你知道为什么吗？
地球上东、西方不仅有时刻的差异，还有日期上的差异。国际上习惯把180°经线作为划分日期的界线，称为国际日期变更线，简称日界线。越过日界线时就要调整日期。180°经线西侧（东十二区）的日期比东侧（西十二区）早一天。这样，从东侧的西十二区向西进入东十二区，日期要加上一天；从西侧的东十二区向东进入西十二区，日期要减去一天。为了照顾180°经线附近居民生活方便，日界线不完全在180°经线上，而是尽量避开陆地稍有曲折。
“谁偷走了这一天”？
麦哲伦和他的继承者用了近三年的时间，历尽艰辛，完成了第一次环球航行。正当幸存的十八位船员为踏上西班牙海岸而欢欣鼓舞的时候，却发现了一件惊人的事情：航海日记上明明写着这一天是1522年9月6日，而西班牙的日历上却是1522年9月7日。
这是怎么一回事呢？人们责备船员说：“你们被惊涛骇浪打蒙了，连日子都搞错了。”神甫责怪水手们：“你们记错了日子，过错了节日，在应该吃斋的日子里开了荤。”水手们却有苦难言，他们每度过一天，航海日记总是记录着这一天的大事，照理是不会错的。他们真不明白这一天究竟丢到哪儿去了。
其实，地球不停地由西向东自转，东边时刻总是比西边早些。麦哲伦船队在向西环绕地球航行时，每向西跨越1°经度，地方时便推迟4分钟，环绕地球一周，时刻便推迟24小时（1天）。反过来，人们向东绕地球航行一周后，日子就会多出1天来。
——《趣味地理》
3.地转偏向力
运动物体的水平偏向
由于地球自转偏向力及物体运动时存在的惯性的共同作用，地球上南、北半球水平运动的物体都会发生偏向。在北半球向右偏，在南半球向左偏，只有在赤道上，水平运动没有偏向的现象。
地球的自转偏向力使大气中的气流、大洋中的洋流都产生了偏向，从而对地表热量与水分的输送交换、全球热量与水量的平衡都产生着巨大的影响。
地转偏向力与生活
沿地表水平运动的物体在地转偏向力的作用下运动方向发生了偏移，使许多自然现象都受其影响，同时也影响着人类的生产和生活，请看下面五例（以北半球为例）：
水漩涡的形成当我们打开水龙头向塑料桶中注水时、水库放水（放水口在水下）时，水槽放水时等，都会看到在水面形成漩涡。注水时呈顺时针旋转，放水时呈逆时针旋转。当向桶中注水时，水从注水点向四周流动，北半球在地转偏向力的作用下右偏，漩涡呈顺时针方向旋转；南半球则呈逆时针方向旋转。放水时表面水都流向下层出水点，北半球在地转偏向力的作用下右偏，漩涡呈逆时针方向旋转；南半球则呈顺时针方向旋转。
车辆和行人靠右行不是所有的国家或地区的车辆和行人都靠右行，但靠右行是最为合理的。北半球车辆靠右行时，在地转偏向力的作用下右偏向路边，路边是司机开车注意力的集中点，司机会不断调整方向来保证行车安全。车辆靠右行导致人也靠右行，这样更安全些。由于长期习惯，所以人们无论在哪里行走都喜欢右行。
左右鞋磨损程度不同北半球左脚，重力作用于左侧，地转偏向力作用于右侧，受力相对均匀，磨损少些。北半球右脚，重力和地转偏向力都作用于右侧，受力不均匀，磨损多些。所以北半球的人们常发现右鞋磨损比左鞋要多些，而南半球的人们发现左鞋磨损比右鞋要多些。
跑道上逆时针跑行在跑道上跑行，人们总喜欢沿逆时针方向。在弯道处，由于地转偏向力向外，身体倾斜产生一个向内的向心力，二力方向相反，更易平衡，过弯道处不易跌倒。如果沿顺时针方向跑，地转偏向力和身体倾斜产生一个向内的向心力方向相同，不易平衡，过弯道处易跌倒。
机械设备都是顺时针旋转我们所见到的电扇、电机、柴油机、水轮机等都是顺时针旋转。在北半球顺时针旋转，地转偏向力指向轴心，有利于物质的向心作用，使机械设备更耐用、更牢固。而逆时针旋转时地转偏向力指向外，有利于物质的离心运动，机械设备易损坏，使用寿命缩短。
4.对地球形状的影响
地球自转所产生的惯性离心力，使得地球由两极向赤道逐渐膨胀，成为目前略扁的旋转椭球体的形状，扁率约为1/298.
（二）地球公转的地理意义
地球自转的同时，也绕太阳公转。公转的方向与自转一致，也是自西向东。地球绕太阳运转的路线叫公转轨道，称为黄道。公转一周的时间约为365天，也就是一年。地球公转的轨道平面与自转的轨道之间有一个交角，叫做黄赤交角。目前的黄赤交角是23°26′。地轴同轨道平面斜交的角度为66°34′，并且地轴在宇宙空间的方向不因季节而变化。
公历是如何制定的？
现在世界通用的公历，是根据地球绕太阳公转制定的，地球绕太阳运转一周定为一年，需时365天零5小时48分46秒。公元前46年，罗马独裁者儒略恺撒着手制订历法时，规定一年12个月，单月31天，双月30天，结果一年共366天，比地球绕太阳公转周期多出一天。那时被判死刑的人都在2月执行，所以就在2月扣去一天，成为29天。后来奥古斯都当了罗马的皇帝，发现儒略恺撒是7月份生的，而他自己是8月份生的，为了与儒略恺撒有同等的“尊严”，他就决定把8月份改为31天，同时把9月、11月改为小月，10月、12月改为大月，这样又多出来1天，所以又在“不吉利”的2月份扣去1天，于是2月份就只有28天了。
由于黄赤交角的影响，地球在绕太阳公转的过程中，太阳直射范围的最北界线为北回归线——北纬23°26′，最南是南回归线——南纬23°26′。6月22日前后，太阳直射北回归线，这一天是北半球的夏至日。此后，太阳直射点南移，9月23日前后直射赤道，这一天是北半球的秋分日。12月22日前后，太阳直射南回归线，这一天是北半球的冬至日。以后，太阳直射点北返，3月21日前后，太阳再次直射在赤道，这一天是北半球的春分日。6月22日前后太阳又直射北回归线。这样，地球以一年为周期绕太阳运转，太阳直射点也相应地在南北回归线间往返移动。
1.正午太阳高度的变化
太阳光线与地平面切线的交角，叫做太阳高度角，简称太阳高度。正午太阳高度是一天中最大的太阳高度，它的大小随着纬度不同和季节变化而有规律地变化着。
从全球范围看，太阳直射点上的正午太阳高度是90°，从直射点开始，正午太阳高度向南、向北降低。太阳直射点南北移动，引起正午太阳高度的变化，春秋二分，太阳直射赤道，赤道的正午太阳高度最大，由赤道向南北两极逐渐降低。夏至日，太阳直射北回归线，北回归线的正午太阳高度最大，正午太阳高度由北回归线向南北两方降低；冬至日，太阳直射南回归线，南回归线的正午太阳高度最大，由南回归线向南北两方降低。就季节变化而言，在北回归线以北的纬度带，每年6月22日前后，正午太阳高度达到最大值；每年12月22日前后达到最小值。在南回归线以南的纬度带，情况正好相反。
2.昼夜长短的变化
由于黄赤交角的存在，除了在赤道上和春、秋分日外，各地的昼、夜都不等长。
3月21日是北半球的春分日，太阳直射赤道，全球各地昼夜平分。3月21日至6月22日，太阳直射点从赤道逐渐移至北回归线，北半球白昼也越来越长，而且越往北方，白昼时间越长，极昼范围越来越大。6月22日是北半球的夏至日，这一天，北半球昼最长，夜最短，北纬66°34′（北极圈）以北，到处出现极昼现象；南半球则相反。
昼夜长短的变化
6月22日以后，随着太阳直射点南移，北半球白昼时间逐渐缩短，黑夜不断增长。9月23日，太阳直射点又回到赤道上，这一天是北半球的秋分日，全球各地又是昼夜平分。
9月23日以后，太阳直射点继续向南移动，北半球白昼越来越短，而且越往北方黑夜越长，极夜范围也越来越大。12月22日是北半球的冬至日，这一天，太阳直射南回归线，北半球白昼最短，夜最长，极夜范围最大，北极圈以内全部被黑夜笼罩；南半球则相反。
从12月22日至次年的3月21日，随着太阳直射点北移，北半球虽然黑夜时间仍比白昼长，但黑夜越来越短，白昼越来越长。3月21日，太阳直射赤道，全球各地又出现昼夜等长。
极昼极夜
位于北极圈内的瑞典北部，被称为“子夜太阳”的故乡，在每年的5月18日至7月14日的午夜12点，一团火球刚落在地平线上，随即立刻升起，光芒万丈，直射天空，观者皆啧啧称奇。这段时期内，该地没有黑夜，太阳每天24小时悬在天上，毫不吝啬地把光和热洒向大地。
中国于1989年在南极大陆建成了第一个南极考察站——中山站，它位于东南极大陆拉兹曼丘陵区，地理坐标为南纬69°22′，东经76°22′。1月17日中山站极昼结束后，久违的夜终于降临了，这一夜极为短暂，仅为28分钟，1月18日1时太阳刚刚落下，到1时28分太阳又再次升起。不过，夜的时间在逐步拉长，到2月10日，太阳从22时11分落下，到11日晨4时25分升起，夜已延长为6个小时，但这里的夜晚并非漆黑一片，在窗下可以照常看书，而远方南极大陆冰盖断崖边缘清晰可辨，天上的月儿却不明亮，只有一个苍白的轮廓。我们常常见到的满天星斗全不见了踪影，据说在南极是见不到亮星的。这里的夜空之所以明亮，主要是落下的太阳光的散射作用，以及冰雪反照的效果。
3.四季更替
太阳直射点在纬度上的周年变化，形成昼夜长短和太阳高度的季节变化，使地球大部分地区出现了四季更替。
从天文含义看四季，夏季就是一年内白昼最长、太阳高度角最大的季节；冬季就是一年内白昼最短、太阳高度角最小的季节。春、秋二季就是冬、夏两季的过渡季节。中国传统上以立春（2月4日或5日）、立夏（5月5日或6日）、立秋（8月7日或8日）、立冬（11月7日或8日）作为划分四季的起点，就是以天文上的太阳高度和昼夜长短变化为划分依据的。为了使季节与气候相结合，气候统计工作一般把3、4、5三个月划为春季，6、7、8三个月划为夏季，9、10、11三个月划为秋季，12、1、2三个月划为冬季。
廿四节气的划分
地球绕太阳公转一周形成了四季，这只不过是说明气候的大致变化情况。二分二至（春分、秋分，冬至、夏至）是地球上太阳正午直射点移动转折点的标志。但是这样粗略的划分对农业生产是不够的。因此，中国劳动人民在长期的农业生产实践中总结出一个气候变化的规律，这就是廿四节气。廿四节气代表一年中气候逐渐变化的过程，它由地球在公转轨道上的位置来决定，因此廿四节气在阳历上都是固定的日期，最多只有一日之差。
廿四节气图
廿四节气表示地球绕太阳在轨道上运行时到达的位置，不同的节气反映了不同的气候：立春、春分、立夏、夏至、立秋、秋分、立冬、冬至八个节气反映了季节的变化；大暑、小暑、处暑、小寒、大寒五个节气表示气温的变化；反映降水的有雨水、谷雨、白露、寒露、霜降、小雪、大雪共七个节气；反映农事活动的有惊蛰、清明、小满、芒种四个节气。
4.五带的划分
根据各地获得太阳光热的多少，人们把地球表面划分为五带：热带、北温带、南温带、北寒带、南寒带。
一年中，太阳直射点总是在北纬23°26′和南纬23°26′之间来回移动。只有在南、北回归线之间的地区，才能见到太阳直射头顶的景象。这个地区获得的太阳光热是全球最多的，称为热带。南极圈以南、北极圈以北地区，太阳高度很小，可以观察到极昼和极夜现象，得到的太阳热量极少，气温很低，称为寒带。南北回归线到南北极圈之间的地区，得到的光热介于热带和寒带之间，气温也较适中，一年四季分明，称为温带。
五带
位于南北纬23°26′之间的热带，面积占全球总面积的39.8%。在回归线上，一年有一次太阳直射现象，其他热带地区，一年内有两次直射，而且，这里正午太阳高度终年较高，变化幅度不大，因此，这一地带终年能得到强烈的阳光照射，气候炎热，称为热带。赤道上终年昼夜等长，从赤道到南、北回归线，昼夜长短变化的幅度逐渐增大。在回归线上，最长和最短的白昼相差2小时50分。由此可见，在热带范围内，天文现象的纬度差异是极小的。
由回归线到极圈范围内的南、北温带，是两个宽度最大、面积最广的纬度带，其面积占全球总面积的51.7%。温带范围内既没有太阳光直射的机会，也没有极昼极夜现象，正午太阳高度每年有一次最高，有一次最低；昼和夜每年有一次最长，一次最短，日期分别在夏至和冬至。昼夜长短的变化幅度，随纬度的增加而显著地扩大。温带的四季变化最为明显，纬度愈高，冬夏温差愈大。
南、北寒带是两个圆形的高纬地带，边缘是南、北纬66°34′，中心为90°（极点）。寒带的面积最小，仅占全球总面积的8.3%。从天文特征来看，这里有极昼极夜现象。除极点外，又都有昼夜分明的时期。极昼极夜时期，因纬度增加而加长。即使在昼夜分明和极昼的日子，正午太阳高度也是很低的。夏至这一天，太阳终日停留在地平圈以上23°26′的高度。寒带接受太阳光能最少，气温终年很低。
五带的划分
实际上，地球表面的水陆分布、地形分布都很不均匀，再加上大气环流、洋流等因素的影响，地球上各地的气候是很复杂的。现在划分气候带、气候类型的主要依据是该地的气候资料，这种划分反映了该地大自然的真实情况，也更有利于人类根据气候状况安排农业、工业等经济部门的生产。
思考与练习
1.根据地球存在生命物质的条件，谈谈你对地球宇宙环境的认识。
2.为什么说地球是一颗既普通又特殊的行星？
3.分析太阳对地球的影响。
4.叙述地球自转的地理意义。
5.叙述地球公转的地理意义。
6.读图回答：
①A点所在地的经度是，纬度是，这天昼长约为小时。
②B点在A点的方向，B点在C点的方向。
③某物体从A点向B点运动时，受地转偏向力的影响，先是向偏，然后向偏。
④B点和C点各是何月、何日、何时？
⑤B点和C点的白昼各有多少小时？