主题一 地球宇宙环境 讲义 2026-2027学年高一上学期地理中图中华地图版必修一

主题一地球的宇宙环境讲义 一、走进天文观测：从“中国天眼”说起 宇宙由空间、时间、物质和能量构成，天地万物在不断地运动、变化、发展。天文学是人类最古老的科学之一，主要研究天体的位置、分布、运动、形态、结构、化学组成、物理状态和演化规律。 我国自主设计建造的500米口径球面射电望远镜（FAST，Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope），被称为“中国天眼”。它位于贵州省平塘县大窝凼洼地，2016年9月25日落成启用，2020年1月通过国家验收并正式开放运行。FAST是目前世界上单口径最大的射电望远镜，能够接收来自宇宙深处的微弱射电信号，帮助人类探索宇宙的起源、演化与结构。 【思考】射电望远镜“看”到的不是可见光，而是天体发出的无线电波。这说明了什么？（提示：人类对宇宙的认识受观测手段的限制，观测工具每前进一步，视野就拓展一分。） 二、宇宙中的地球 （一）宇宙的物质性——天体 宇宙是时间和空间的统一体，是运动、发展和变化着的物质世界。组成宇宙的物质，通称为天体。 天体的类型：恒星（如太阳）、星云、行星（如地球、火星）、卫星（如月球）、流星体、彗星、星际物质等。 天体的判读：①必须是宇宙空间中的物质；②必须独立运行。故地球是天体，而待发射的人造卫星不是天体。 自然天体与人为天体：自然形成的是自然天体；人类发射并进入宇宙空间的飞行器（人造卫星、宇宙飞船、空间站等）是人为天体。 （二）宇宙的运动性——天体系统 天体之间相互吸引、相互绕转，形成不同级别的天体系统。地球所处的天体系统，按级别从低到高依次为：地月系 → 太阳系 → 银河系（及河外星系）→ 可观测宇宙。 地月系：由地球和月球组成。地球是中心天体，月球围绕地球运动，是地球唯一的天然卫星，月地平均距离约38.4万千米。 太阳系：由太阳、行星及其卫星、小行星、彗星和行星际物质等构成。太阳质量占整个太阳系质量的99.86%，以其强大引力约束其他天体沿轨道绕其运转。地球距太阳约1.5亿千米。 银河系：由数千亿颗恒星、大量星云和星际物质组成的旋涡状星系，直径约10万光年（部分资料为20万光年量级），太阳位于银河系的一条旋臂（猎户臂）上，距银心约2.6万光年。 可观测宇宙：又称总星系，是银河系与所有河外星系的总称，目前可观测半径约465亿光年，这是人类现阶段所能认识的宇宙范围。 （三）太阳系的八大行星 图1 太阳系八大行星公转轨道示意图（未按实际比例） 按与太阳的距离，八大行星依次为：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。其中，小行星带位于火星与木星轨道之间。 分类： 类地行星：水星、金星、地球、火星——体积小、密度大、中心有铁核、卫星少。 巨行星（气态行星）：木星、土星——体积质量大，主要由氢、氦组成，卫星多。 远日行星：天王星、海王星——温度低、体积较大，主要由冰物质组成。 运动特征：同向性（绕日公转方向一致）、共面性（轨道面几乎在同一平面上）、近圆性（轨道近似圆形）。表1 八大行星主要轨道参数（天文单位：1 AU≈1.5亿千米） 行星 与日距离（天文单位） 公转周期 水星 0.39 88日 金星 0.72 225日 地球 1.00 1年 火星 1.52 1.88年 木星 5.20 11.86年 土星 9.54 29.46年 天王星 19.18 84.01年 海王星 30.06 164.8年 三、太阳对地球的影响 （一）太阳辐射：地球的能量源泉 太阳是一颗巨大、炽热的气体星球，中心温度约1500万℃，表面温度约6000 K。太阳源源不断地以电磁波的形式向外释放能量，这称为太阳辐射。 太阳辐射对地球的意义： 为地球提供光和热，维持地表温度，是大气运动、水循环和生命活动的主要能量来源。 煤、石油、天然气等化石燃料，本质上是地质历史时期固定下来的太阳能。 人类可直接利用太阳能（光热发电、光伏发电等），是重要的可再生清洁能源。 太阳辐射的纬度分布：由低纬向高纬递减，赤道地区获得的年太阳辐射总量最多。 【拓展】影响某地太阳辐射强度的因素：纬度（正午太阳高度）、海拔、天气状况（云量）、日照时数、大气透明度等。我国年太阳辐射总量最丰富的地区是青藏高原，最贫乏的是四川盆地。 （二）太阳活动：太阳的“不稳定性” 太阳大气由内向外分为光球层、色球层、日冕层。太阳释放能量的不稳定性所产生的一些明显现象，称为太阳活动，主要出现在太阳外部大气层。表2 太阳大气分层与对应太阳活动 太阳大气层 位置 主要太阳活动 光球层 最内层 太阳黑子 色球层 中间层 耀斑、日珥 日冕层 最外层 太阳风（日冕物质抛射） 太阳黑子：光球层表面温度较周围低的暗黑斑点，温度约4500 K。黑子数量变化以约11年为周期；黑子最多的年份为太阳活动峰年，最少的年份为谷年。黑子群常伴生耀斑。 耀斑：色球层某些区域短时间内突然增亮的现象，又称太阳色球爆发。耀斑释放巨大能量，常随黑子增多而增多，周期同为约11年。 日珥：色球层向外猛烈喷射出的高达几万至几十万千米的红色火焰状物质。 太阳风：日冕层的带电粒子流（高速质子、电子等）持续向外扩散形成，在地球两极地区可形成美丽的极光。 图2 太阳黑子群与耀斑活动（NASA 太阳动力学天文台观测） （三）太阳活动对地球的影响 扰动电离层：耀斑释放的电磁波（约8分钟到达地球）引起电离层扰动，影响短波无线电通信。 产生磁暴：高能带电粒子流扰乱地球磁场，产生“磁暴”，影响指南针指向、电网与管道系统。 极光现象：带电粒子受地磁场引导，在两极上空激发大气分子，形成极光。 影响航天与气候：威胁航天器、宇航员安全；统计上可能与某些地区的降水、天气变化存在相关性。 四、月球与月相变化 月球是地球唯一的天然卫星，本身不发光，只能反射太阳光。月球被太阳照亮的半球（昼半球）与未被照亮的半球（夜半球）始终各占一半；从地球上看，这两个半球可见部分的比例不断变化，于是产生月相的盈亏。 （一）月相变化规律 图3 月相变化八阶段示意图（太阳光自右侧照射） 上半月（农历初一至十五）：月相由缺到圆，亮面朝西，见于上半夜西半天。 下半月（农历十五至月末）：月相由圆到缺，亮面朝东，见于下半夜东半天。 口诀记忆：“上上上西西，下下下东东”——上弦月出现在上半月上半夜、西天、亮面朝西；下弦月出现在下半月下半夜、东天、亮面朝东。 月相 农历日期 同太阳出没比较 可见时段 新月（朔） 初一 同升同落 彻夜不见 蛾眉月 初三、初四 迟升后落 日落后见于西天 上弦月 初七、初八 迟升后落 上半夜见于西半天 满月（望） 十五、十六 此升彼落 整夜可见 下弦月 二十二、二十三 早升先落 下半夜见于东半天 五、地球是太阳系中一颗既普通又特殊的行星 （一）地球的普通性 就运动特征而言，地球与太阳系其他行星一样，具有同向性、共面性、近圆性；就结构特征而言，地球的质量、体积、平均密度等物理性质在类地行星中并不特殊。因此地球是太阳系中一颗普通的行星。 （二）地球的特殊性——存在生命 地球是目前已知宇宙中唯一存在高级智慧生命的星球，其特殊性源于自身及宇宙环境的多方面条件。 条件类别 具体条件 对生命的意义 外部条件 安全的宇宙环境 太阳系中大、小行星各行其道，互不干扰 外部条件 稳定的光照 太阳处于壮年期，光热稳定，利于演化 自身条件 适宜的温度 日地距离适中，自转周期适中 自身条件 适宜呼吸的大气 体积、质量适中，引力足以吸引并保存大气 自身条件 液态水 温度适宜，水能以液态形式存在 【归纳】地球适合生命存在的条件可概括为“三个适中”：日地距离适中、自转周期适中、体积质量适中，正是这“三个适中”造就了适宜的温度、大气和液态水，使地球成为太阳系中特殊的行星。 图4 在贵州的喀斯特洼地中，“中国天眼”正静静聆听宇宙（新华社 欧东衢 摄） 六、知识整合 天体 vs 天体系统：天体是宇宙中的物质，天体系统则是天体之间相互吸引、绕转形成的系统。 太阳辐射 vs 太阳活动：前者是稳定的能量释放（电磁波），是地球能量的根本来源；后者是不稳定的现象（黑子、耀斑等），会扰动地球环境。 恒星日 vs 太阳日、恒星月 vs 朔望月：朔望月约29.53天，是月相变化周期；恒星月约27.32天，是月球绕地球公转的真正周期。 第 页 学科网（北京）股份有限公司 $