第一章宇宙中的地

从月球上看到的地球

地球是宇宙中一颗普通而又特殊的星球，经历了极其漫长的演变过程，形成了自身的圈层结构和今天的自然环境 。目前，地球是人类生活的唯一家园 。 为了人类的生存和发展，我们需要充分认识自己 所处的宇宙环境和自然环境 。

地球的内部圈层结构示意

思考：

地球所处的宇宙环境是怎样的？地球是如何演化的？

主要内容

课题1 制作太阳系等比例模型

模型是对客观实物、研究对象或理论进行抽象后的一种形象化表达方式，可以分为实物模型和虚拟模型 。 实物模型是根据相似性原理按比例制成的与实物相似的物体 。

在太阳系中 ， 各行星的大小相差悬殊 ， 如地球直径仅约为土星直径的十分之一 ，各行星距离太阳有近有远 ， 各行星的内部结构也各不相同 。

制作太阳系等比例模型是认识太阳系的一个好方法 。 瑞典有一个世界上最大的太阳系等比例模型 ， 比例是 1 : 10000000 模型中代表太阳(包含曰冕)的是位于斯德哥尔摩的球形体育馆 ， 其直径为 110 米 。 模型 一 直延伸到瑞典北部的基律纳，直线距离约 420 干米 ， 包含太阳 、 行星和部分卫星、彗星 、 小行星等各类天体 。

请你们在中国行政区划图上制作一个太阳系等比例模型，以位于北京的国家体育场代表太阳 ， 模型的比例定为 1:1500000。

课题目标

制作太阳系等比例模型 。

课题准备

为了完成这一课题 ， 你要做好以下准备 。

查阅资料 ， 找到八颗行星与太阳的实际距离 。

找一张中国行政区划图 。

检查进度

在学习本章内容的同时 ， 进行该课题的研究 。 为了按时完成课题，你要在以下各阶段检查课题研究的进度 。

第一节第 13 页 :以国家体育场代表太阳 ， 按既定比例计算太阳系八颗行星在国家体育场以南的距离 。

第二节第 18 页 :找出八个距离最接近的地点分别代表各行星，并标在中国行政区划图上 。

总结

本章结束时 ， 向全班展示自己制作的太阳系等比例模型作品。

第一节 地球所处的宇宙环境

探索：“先驱者十号”航天器

"先驱者10号"航天器是美国国家航空航天局于 1972 年 3 月 2 日发射的一艘非载人航天器，旨在研究小行星带、木星的周边环境、宇宙射线以及太阳系中最远能够 到 达的地方。它是人类历史土第一个安全通过小行星带，以及第一个近距离观测木星的航天器 。 1 983 年 6 月 13 日， "先驱者 10 号"航天器飞出海王星轨道，当时的速度高达每秒钟 14 千米 。 2003年 1 月 23 日， "先驱者10号" 航天器在距离地球 122.3 亿千米处与地球失去联络 。 目前，"先驱者10号"航天器仍在惯性作用下驶向距离地球 68 光年的恒星毕宿五。

思考

1. 按照每秒钟 14 千米的飞行速度计算， "先驱者10号"航天器现在距离地球多远 ? 目前"先驱者 10 号"航天器飞离太阳系了吗?

2. 请你思考我们的宇宙环境是怎样的。

学习指南

1、宇宙是由哪些物质组成的 ? 为什么说地球是宇宙中的一颗独特的行星？

2、太阳辐射对地球有什么影响？太阳活动对地球有什么影响？

提示：在阅读课文时，把课文中的天体进行归类 ， 总结地球在宇宙中所处的位置及其特殊性和太阳对地球的影响 。

本节的主要概念是宇宙环境

在晴朗无云的夜晚，我们仰望天空，看到满天星斗熠熠发光，产生无限的遐想:宇宙到底是什么样子呢?

宇宙

何谓宇宙? 中国古代哲人认为"四方上下曰宇，往古来今曰宙。"宇宙是时间和空间的统一，是万事万物的总称。

千百年来，人类一直在通过各种方式探索、认识宇宙，产生了各种观点和学说。直到20世纪60年代，依靠现代空间探测技术，人类才对宇宙空间有了比较清楚的认识。

宇宙由不同形态的物质组成，我们把这些物质统称为天体。有些天体是我们肉眼可以看到的。在北半球，我们肉眼能够看见的最遥远的天体系统是仙女星系，它距离地球200多万光年。有些天体需要借助望远镜或其他空间探测手段才能观测到，还有一些天体是现有技术无法观测到的。

科学家按照体积、质量、温度、成分、形态等物理和化学性质将宇宙中的天体划分为星云、恒星、行星、卫星、彗星、流星体和星际物质等。其中星云和恒星是宇宙中的基本天体，是构成宇宙的主要物质形态。

名词链接：光年 光年是长度单位，用来计量光在宇宙真空中沿直线传播了一年时间的距离。1广年约为9.46x1012千米

宇宙中的天体都在不停地运动着。邻近的天体相互吸引，形成了以质量大的天体为中心，其他天体围绕这个中心旋转的天体"集团"，科学家称它们为天体系统。天体系统的规模相差悬殊，在已发现的天体系统中，按其规模可分为可观测宇宙、星系、恒星系统和行星系统四个层次。

太阳系
太阳是一颗恒星。太 阳系 是 由 太阳和以太阳为中心 ， 受它的引力支配而环绕它运行的天体所构成的系统。太阳系成员包括太阳、八颗行星及其卫星、众多的小行星、彗星、流星体和行星际物质等。在太阳系中，太阳的质量最大，约占太阳系总质量的99.86% 。行星本身不发射可见光，靠反射太阳光而发亮。 地球是太阳系八颗行星之一。另外七颗行星按照距离太阳的远近，由近及远分别为水星、金星、火星、木星、土星、天王星和海王星，前五颗行星我们用肉眼可见，后两颗行星只有借助观测设备(天文望远镜)才能看到。

读表

按照距日远近、质量、体积等特征，通常将八颗行主分为类地行星(水星、金星、地球、火星)、巨行星(木星、土星)和远日行星(天王星、海王星)三类。读表1-1-1，分析这三类行星分别有哪些共同特征。

太阳系中的行星都围绕着太阳运行，卫星分别围绕各自的中心天体--行星运行，彗星则在扁长的椭圆形轨道上围绕太阳运行。

思考

比较金星、火星与太阳的距离和表面平均温度的关系。假如地球处在金星或火星的位置，其表面平均温度会发生什么变化?这适合生物的生存吗?

地球

地球是太阳系中一颗普通的行星，就体积和质量而言，在太阳系中并不突出。现代宇宙探测结果表明，地球是宇宙中目前已知的唯一有生物特别是存在着高级智慧生物的天体。由此可见，地球是宇宙中一颗十分独特的行星。

地球与太阳的距离适中，使地球表面保持着适宜的温度(近地表1.5米平均气温约15℃)，使水主要以液态的形式存在，有利于生命物质的形成和演化。

地球的体积和质量适中，保证了适当的引力，既可吸附大量气体包围在地球表面，又不会因引力过大而妨碍地球表面物质的运动。地球自身的体积、质量、结构和运动特征等“巧妙”地组合，为生命活动提供了理想的条件。

另外，太阳系中的行星几乎都在同一个平面上沿着各自的椭圆形公转轨道和相同的方向围绕太阳运行，互不干扰，这就为地球提供了一个安全的宇宙环境。

地球既具有适宜生物生存的温度、大气和水等条件，又具有安全的宇宙环境，这些都为生物的生存提供了保障。尽管科学家推测宇宙中可能还会有其他存在高级生命的天体，但到目前为止人们还没有找到它们。

太阳辐射对地球的影响

太阳表面温度约为6000K，核心温度可达15000000K，是个巨大的炽热气体球，主要成分是氢和氨。我们平时所看到的是太阳的大气层，即太阳的外部圈层，从里到外依次分为光球层、色球层和日冕层。

太阳内部在高温、高压状态下，发生核聚变反应，释放出巨大的能量。太阳辐射是指太阳源源不断地以电磁波的形式向宇宙空间放射能量。虽然只有约二十二亿分之一的太阳辐射到达地球，却给地球带来了不可估量的影响。

太阳辐射的电磁波波长范围主要在0.15~4.0微米，其中波长在0.4~0.76微米的称为可见光。太阳辐射能主要集中在可见光部分，约占太阳辐射总量的50%。

太阳为地球提供光和热。地球上的能量绝大部分直接或间接来自太阳，如煤炭、石油资源是地质时期储存的太阳能。太阳辐射维持着地表温度，为地球上的水循环、大气运动、生物和人类活动提供动力，是地理环境形成和变化的重要影响因素。

读图1-1-7，分析太阳辐射的纬度分布规律，试用太阳辐射的纬度分布来解释自然景观沿纬度方向的变化。

太阳活动对地球的影响

太阳活动是太阳大气各种活动和变化的总称。以太阳黑子、耀斑等为主要标志的太阳活动对地球和人类产生着巨大的影响。太阳黑子是太阳光球层上出现的暗黑斑点,它的温度比周围低所以显得暗一些。太阳黑子的大小和多少，反映了太阳活动的强弱。太阳黑子越多、越大，太阳活动越强。

太阳色球层上有些区域会突然出现增亮的斑块，这种现象被称为耀斑。耀斑能够释放出巨大的能量。耀斑与太阳黑子有密切的关系:太阳黑子变多、变大的时候，耀斑也频繁爆发;耀斑出现多的区域，也是太阳黑子比较集中的区域。

太阳活动强弱变化的平均周期约为11年。太阳活动的周期性变化会对地球上许多自然现象产生重要影响，也会不同程度地影响人类的生存环境。有些影响已经基本明确，有些影响的因果关系尚不明确。

太阳活动对地球气候的影响 地球上的气候变化与太阳黑子活动有一定的对应关系。研究发现，亚寒带许多高龄树木年轮的疏密变化规律，恰好与太阳黑子约11年的活动周期相吻合。据统计，凡是太阳黑子活动的峰年和谷年，地球上出现异常气候的概率就明显地增加；而在其他年份，地球上的气候状况相对比较正常。

太阳活动对地球电离层的影响7 耀斑爆发时会发射强烈的电磁波，这些电磁波以光速传播到地球，会强烈地干扰地球高空的电离层，导致短波通信、卫星通信、短波广播、航天航空等信号质量下降甚至中断。

电离层：在太阳光照射下，高空气体分子电离后，大气内形成了电子密度随高度变化的气层，称为电离层。

太阳活动对地球磁场的影响

当太阳活动增强时，来自太阳的高能带电粒子流——太阳风会干扰地球磁场，产生使磁针剧烈震动而无法正确指示方向的磁暴现象。磁暴的持续时间从几分钟到几十分钟不等，时间最长的磁暴曾持续1小时左右。当高能带电粒子流到达地球上空时，受到地球磁场的作用，分成两股，分别向地球南北极上空“吹”去。这些带电粒子“轰击”地球高层大气，使空气分子发生电离，导致大气发光，在南极和北极上空出现美丽的极光现象。

地球上很多较重大的自然环境变化都与太阳活动有关。因此，对太阳活动的观测和预报是十分必要的。

案例研究 空间天气

空间天气指太阳到距离地球表面30千米以上这个广袤的空间，由太阳活动引起的瞬时或短时间内发生的环境状态变化。空间天气有好、差和恶劣之分。好的空间天气指行星际空间处于相对平静的状态，有利于运载火箭正常发射、卫星正常运行等人类活动不受干扰；差的空间天气指行星际空间受到不同程度的扰动，但扰动的规模和强度都不大，不会造成严重的影响；恶劣的空间天气指行星际空间发生剧烈变化，如出现日冕物质抛射、大的耀斑爆发、磁暴等现象。恶劣的空间天气，会对人类造成广泛的多方面的影响，如卫星失效、通信中断、导航失灵、电网瘫痪等，由此导致的社会秩序混乱，则使灾害的后果更加难以预测。

思考

分析空间天气会对人类活动造成哪些影响。比较空间天气与日常天气的异同。

国家空间天气监测预警中心负责空间天气预报。空间天气预报的主要内容包括：一是太阳活动，如太阳黑子数、耀斑、高速太阳风等；二是行星际空间天气，如太阳风状态、行星际磁场的大小和方向等；三是地球空间天气，如磁暴、太阳风、极光现象、电离层状况等。预报的空间天气指数包括短波收听指数、信鸽飞行指数和卫星导航指数。

作业题

1.向同学们描述你所知道的与太阳活动有关的地理现象。

2.阅读材料并结合所学知识，简述使用太阳能光热电站给人们生活带来的利与弊。

太阳为地球源源不断地提供着光和热。随着科技的进步，人们开始利用太阳能资源。例如，太阳能光热电站是通过数以十万计的反光板聚焦太阳能，通过加热高塔顶端的锅炉，产生蒸气，进而驱动发电机发电。

3.根据给出的材料和“太阳黑子活动与关中平原旱涝年份的关系”图，完成下列各题。

我国学者通过对 1960-2010 年太阳黑子活动周期与陕西省关中平原旱涝年份关系的研究，分析出太阳黑子活动与关中平原发生旱涝灾害的时期有一定的关联。

(1)太阳黑子活动(用黑子相对数表示)呈现周期性变化，图中4个完整周期各是多少年?平均是多少年?

(2)上图中发生旱涝的年份与太阳黑子活动周期有什么关系?

课题 1：检查进度

以国家体育场代表太阳，按既定比例计算太阳系八颗行星在国家体育场以南的距离。

前言

怀着对大自然的好奇心，充满对未来社会的憧憬，我们迈入高中地理的科学殿堂。这本书讲述的是地球科学基础知识，指导我们开展自然地理实践，引导我们分析自然环境与人类活动的关系。

世界上的地理现象让人眼花缭乱，我们进行观察、识别、描述和解释，懂得欣赏，领悟奥秘，尊重自然、顺应自然、保护自然。

太空浩瀚，星河灿烂，探索宇宙的道路漫长而又曲折。上下四方为字，古往今来日宙，宇宙是无限的空间和时间。天体的来龙去脉，恒星的兴衰演化地球的宇宙环境，太阳对地球的影响，需要我们去深入探索。

太阳是对地球影响最大的天体，带来阳光雨露，推动江河奔腾，育芸芸众生。在浩渺的字宙中，地球既是一颗普通的行星，又是一颗神奇的智慧星球借助地质年代表，还有奇妙的化石，认识地层结构，纵览大地沧桑:冥古宙太古宙，元古宙，显生宙……

流水，风沙，喀斯特，冰川，海岸，各种地貌景观令人目不暇接。大气云蒸霞蔚，长空气象万千：风和日丽，高天流云，风霜雨雪，电闪雷鸣。大地的水循环犹如壮丽的交响乐：江河激荡，湖泊如梦，飞泻，百川归海；大海

深沉的奏鸣更是波澜壮阔，海水性质有温度、盐度、密度等，海水运动有波浪潮汐、洋流等。土壤异彩纷呈:红壤，黄壤，棕壤，黑土，水稻土……植被生机无限:热带雨林，温带荒漠，寒带苔原，萨瓦纳，泰加林……

然而，还有自然界那不和谐的颤音:地震，滑坡，泥石流，干旱，洪涝……人类社会的历史，就是与自然灾害抗争的历史。

人地协调观、区域认知、综合思维、地理实践力四个地理学科核心素养是我们学好地理的金钥匙。

走进地理学

地球，我的母亲！

我过去，现在，未来，

食的是你，衣的是你，住的是你，

我要怎么样才能够报答你的深恩?

——摘自郭沫若《地球，我的母亲!》

这首诗表达了人类与地球的关系，体现了我们对地球应有的态度。地球是我们每一个人的家园，我们应该珍惜她，爱护她，报答她，为此，必须认识她。地理学帮助我们认识地球。

地理学是什么

一般人以为地理学只是陈述什么地方(where)，产生什么现象(what )，这并没有错，我们以前学习的地理“知识”大致如此。然而，地理学还研究世界为什么会这样(why)和将会怎样(will be)，这就必须将地理知识系统化，探究其中的“道理”。所以地理学已不是“大地之描述”了，而是对作为人类家园的“地”球表层之道“理”的认识和发现。地球表层是由岩石圈、大气圈、水圈生物圈相互作用组成的复杂的巨系统。地理学是探究其中的道理和规律的一门博大精深的科学。

地理学按系统要素和内在规律分门别类地对其进行研究，形成了自身的学科体系。

二、地理学做什么

地理学能够回答这样的问题：人类生存的地理环境是怎样形成的？各种事物在一定的空间是以什么样的方式和秩序联系起来的？人类应当以怎样的态度来构建与环境之间的平衡关系，并与地球上的其他生命形式分享生存的权利？地理位置对政治、经济、社会有什么影响?……地理学在回答这些问题的同时，还对科学发展观、人与自然协调、区域协调、人才战略等重要方面提供解释和解决之道。

地理学能对区域规划、城市规划、产业布局、自然资源利用、环境保护等决策提供支持，能为经济重构、提高竞争力、制定能源政策、灾害防御、技术创新等方面提供科学依据，能在应对全球环境变化、全球经济与政治重构、饥荒等问题时作出特殊贡献。

人地关系是地理学研究的重点。人地关系是指地球表层作为地理环境对人类生存和发展的影响，以及人类活动对地理环境动态的作用。简而言之，人地关系即人类社会与地理环境的关系。地球表层在不断演化，人类社会在不断发展，新的认知领域也在不断出现。地理学的使命，就是深刻揭示和公理解决人类与地理环境所面临的问题，勇于开拓并科学认知新领域。

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地理学在浦东机场建设中发挥的作用

上海浦东国际机场位于浦东新区滨海地带，占地 40 平方千米，1999年建成，是上海两大国际机场之一。在该机场选址的过程中，地理学家发挥了重要作用。

上海长江口一带有大片滩涂，浩荡江流挟带的泥沙在此不断淤积，逐渐形成新的滩涂。经过地理学家的缜密论证，对滩涂实施加固工程，再修建飞机场，就能有效利用土地资源。机场主跑道由规划方案中的位置向海边平移了 700米，在滩涂上造地8.89 平方千米，这样就为寸土寸金的上海节省了 5.6 平方千米的宝贵用地。

该机场处于候鸟迁徙要冲，每年都有大量候鸟飞过。为了防止鸟类与飞机冲撞地理学家在机场附近进行了广泛的地理考察，最后确定在机场以东约 11千米的九段沙种青引鸟。经过多年的努力，生态引鸟工程获得成功，既保障了机场的飞行安全又改善了当地的生态环境。

三、地理学怎样做

地理学各分支都通过一定的方法和技术来进行研究。首先是观测技术，野外考察是最基本的观测，所以学习地理就有很多“行万里路”“融进大自然”的机会;此外，遥感、定点观测、实地调查实验等，也是重要的地理学观测技术。其次是分析和解释的技术包括分类、空间统计分析、相关分析、对比分析、归纳、演绎、模拟等。最后是表达技术，包括描述、地图、地理信息系统、地理可视化等。

近年来蓬勃发展的地球空间信息科学，是以地理信息系统Geographic Information System，简称GIS)、遥感(Remote Sensing，简称RS)、全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System，简称GNSS)等空间信息技术为主体内容，并以计算机技术和数字传输技术为技术支撑，用于获取、储存、处理和显示地理空间数据的一门科学。

地理信息系统是一种特定的信息系统，在计算机系统的支持下，对整个或部分地球表层空间的地理数据进行处理、分析、显示和描述。它主要应用于地图制作、空间分析、虚拟现实与地理模拟、基于位置的服务、空间地理建模等方面。

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遥感技术与资源普查

勘探矿产资源，调查生物资源和水资源，是遥感技术的重要应用领域蕴藏矿产的地方有许多是地质断裂带或特殊构造带。在没有资源卫星之前，人们只能依靠地质构造分析、野外踏勘取样来寻找矿苗，勘探人员长年风餐露宿，工作效率很低。现在，人们通过分析遥感图像，便可大致划定矿区范围，从而大大缩短探矿时间。

在对森林、草原、农作物的调查中，人们通过遥感技术，获取植被的类型、分布、健康状况、产量等信息，为农业、林业、环保等部门提供服务。例如，植物在遭受病虫害时，外观往往没有明显变化，但其本身发出的辐射会大量减少，表面温度也会随之降低。这种变化是人的肉眼无法观察到的，但红外传感器却能清楚地发现。人们借助遥感图像，就能及时发现病虫害，采取相应的防治措施。

遥感一般指在人造卫星或飞机上对地面进行观测，通过电磁波的传播与接收，感知目标的某些特性并加以分析利用的技术。现代遥感技术主要包括信息的获取、传输、存储和处理等环节。完成上述功能的全套系统称为遥感系统，其核心组成部分是获取遥感数据的传感器。遥感技术现已得到广泛应用，如资源普查、地图测绘天气预报、军事侦察、环境与灾害监测、城市与区域规划等。

全球卫星导航系统泛指所有的卫星导航系统，如我国的北斗卫星导航系统(BDS)、美国的全球定位系统(GPS)、俄罗斯的格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)等。全球卫星导航系统是以人造卫星作为导航台的星基无线电导航系统，为全球提供全天候、高精度的位置、速度和时间信息，广泛应用于交通运输、户外运动、大地测量、工程测量、航空摄影、资源勘查、农业生产等领域，并取得了良好的经济社会效益。

北斗卫星导航系统是我国自主建设独立运行的全球卫星定位与通信系统，是继美国、俄罗斯卫星导航系统之后的又一个全球卫星导航系统。

地理学分支学科可以通过评价和规划设计为实践服务。例如，自然资源评价、环境影响评价、区域发展条件评价等属于前者，土地利用规划、城市规划、旅游发展规划、风景名胜区规划、景观生态设计、土地整理规划等属于后者。当面对这些实际问题时，往往需要打破分支学科的界限，进行综合研究。

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地理信息技术在道路交通中的应用

地理信息技术能够查询道路通行状况，迅速定位事故地点，提供堵车疏解方案在道路规划中，地理信息技术能够叠加多种数据，为道路选线提供决策依据，确定最佳线路，减少工程造价。在道路建设中，地理信息技术能够帮助掌握工程进度控制工程质量。此外，地理信息技术还可以帮助路政部门统计道路长度、输出工程报表、绘制专题地图、查询路况信息，并为道路养护提供服务

当今世界，资源短缺、环境变化、人口激增、发展失衡等全球性问题日益尖锐。为了应对这些挑战，我们需要学习地理，以培养认识、处理这些问题的能力，树立因地制宜、扬长避短、全球化人与自然和谐共处、可持续发展等现代理念，获得应对各种地理问题的学科核心素养。

第一章 宇宙中的地球

在浩瀚的宇宙中，地球是一个普通的星球。与宇宙中的众多天体相比，地球在体积和质量上是微不足道的。但是，地球又是一个特殊的星球。地球有着适中的位置、和煦的阳光、适宜的温度、充足的水分、含氧的大气层……从而孕育了形态各异的生命种群，繁衍了有高度智慧的人类，缔造了灿烂辉煌的人类文明。

第一节 地球的宇宙环境

夏秋季节，无月的睛夜，我们仰望苍穹，在天空中可以看到一条气势磅礴的乳白色光带，犹如梦幻般的薄纱，天文学上称之为银河。神秘的银河引发了人们无穷无尽的遐想。直到望远镜问世后，云雾状的银河才被分解为点点繁星;由于它们太密集，距离又遥远，所以，肉眼望去就化为白茫茫的云雾状光带。恒星天文学创始人、英国天文学家威廉·赫歇尔(1738-1822)对恒星的分布进行了系统的研究他认为，密集分布在银河中的无数恒星，连同散布在天空各方的点点繁星，包括太阳系在内，都属于一个庞大的恒星系统，并称它为银河系。

1.议一议，我们所看到的银河是银河系的全貌吗?

2.我国古代把银河叫作天河、银汉等，民间还流传着牛郎、织女每年七夕在鹊桥相会的神话故事。白居易有诗云:“烟霄微月澹长空，银汉秋期万古同。几许欢情与离恨，年年并在此宵中。”(《七夕》)夏秋之交的黄昏，银河最为明显。观察银河找到牛郎星和织女星，领会诗人描绘的意境。

一、人类对宇宙的认识

人类认识宇宙的过程漫长而曲折。尽管人类对宇宙的知识积累得越来越多，但是，与茫茫的宇宙相比，目前人类对宇宙的认识，还只是沧海一粟。

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探索宇宙

人类很早就开始关注天文现象，探索星空奥秘。先民们编织了许多美妙的星空神话，留下了大量观察星空的记载，为我们揭开字宙奥秘提供了有益的启示。至今使用的一些星座和恒星的名称，都与精彩的星空神话有诸多联系

1957年，苏联发射了第一颗人造地球卫星，开创了从太空观测、研究地球和整个宇宙的新时代。自此，各种载人飞船、航天站、航天飞机先后进入太空，极大地丰富了人类关于太阳系和字宙的知识。目前，我国载人航天、探月探火取得重大成果。“嫦娥五号”携带月壤样本返回地球,“天问一号”火星探测器成功着陆火星并传回大量火星地表图像,“神舟十号”载人升空并成功与“天宫一号”对接等。随着科学技术的发展，人类的视野逐渐拓展，探索和开发宇宙的能力不断增强。

2016年9月，500米口径球面射电望远镜在贵州平塘的喀斯特洼坑中落成启用。它拥有 30个标准足球场大的接收面积，是目前世界最大单口径最为灵敏的射电望远镜，被誉为“中国天眼”。该望远镜成功运行后，其超强的灵敏度显著提高了人类探索宇宙的能力。

现代天文学认为，宇宙是所有时间、空间和物质的总和，是我们这个物质世界的整体。天文学家把人类已经观测到的有限宇宙，叫作“可观测宇宙”或“已知字宙”，其半径约 137 亿光年。

活动 Activity

阅读下列材料，完成相关任务。

光年是天文学中的距离单位，即光在真空中一年所传播的距离。在真空中，光速约3x10 千米/秒，所以1光年约等于9.4607x102千米。

1.可观测宇宙的半径约多少光年?折合多少千米?

2.日地平均距离约 1.5 亿千米。算一算，太阳光到达地球约需多少时间?可观测宇宙的半径约为日地乎均距离的多少倍?

多层次的天体系统

宇宙中的恒星、星云、行星、卫星等各种物质，通称天体。宇宙中的天体都在运动着。运动着的天体因互相吸引和互相绕转，形成天体系统。天体系统有不同的级别。

(一)银河系与河外星系

银河系与河外星系主要由恒星等比较大的天体组成。恒星之间的距离十分遥远，以光年为最小单位来计量。例如，距离太阳最近的恒星，与太阳之间的距离约 4.2 光年

银河系是由1000 多亿颗恒星等组成的天体系统，具有铁饼状的扁平外形扁盘密集部分的直径约10万光年，中心厚度约 1.2 万光年。银河系中所有的恒星都环绕共同的中心--银心旋转。太阳距离银心约 2.6万光年，绕银心运行一周约需 2.5 亿年。

银河系中除了大量的恒星以外，还有很多由尘埃和气体等组成的云雾状天体，称为星云。在银河系以外，有许许多多看似星云的天体，实际上是与银河系同级别的恒星系统，称为河外星系。迄今为止，人类观测到的河外星系有数百亿个。大多数河外星系由几十亿到上万亿颗恒星组成，直径从几千光年到几十万光年不等。

仙女星系距离地球 260万光年。如今我们看到的仙女星系，实际上是260万年前该星系的状况。

可观测宇宙是目前人类所知道的最高一级天体系统，包括银河系与现阶段所能观测到的河外星系。

(二)太阳系与地月系

太阳系 太阳系由太阳、行星、矮行星和卫星，以及小行星、彗星、流星体和行星际物质等太阳系小天体组成。太阳的质量约占整个太阳系质量的 99.86%。

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环绕太阳运行的天体

行星是指环绕太阳运行、质量足够大、呈球形或近似球形，并能通过引力清空轨道附近碎物的天体。行星本身一般不发光，以表面反射太阳光而发亮。太阳系中，按照与太阳的距离，由近及远依次有水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星八颗行星。从地球北极上空看，八大行星都按逆时针方向，即自西向东沿着近圆形的轨道绕日运行，它们的轨道大体在同一平面上。以地球的轨道为界，常把水星和金星称为地内行星，火星、木星、土星、天王星和海王星称为地外行星。木星和土星的体积与质量分别居第一、二位，称为巨行星。天王星和海王星距离太阳较远，称为远日行星。

矮行星环绕太阳轨道运行，质量足够大，呈球形或近球形，不是一颗卫星，也不能清空轨道附近的区域。冥王星为其代表。

太阳系小天体是指其他环绕太阳运行但不符合行星和矮行星条件的天体，主要包括小行星、彗星、流星体和行星际物质。小行星是一大批质量小得多、环绕太阳运行的天体，其运行轨道基本位于火星轨道和木星轨道之间。受木星、火星和地球引力的影响，小行星有时会运行到地球和火星之间，甚至会“闯入”地球的大气层与大气摩擦而持续燃烧，其残骸降落到地球表面，便是陨星。许多证据表明，大约6 600万年以前，一颗小行星撞击了地球，使地球环境发生了巨大变化，这可能是恐龙时代结束的重要原因。有些彗星沿着扁长的椭圆轨道绕日运行，周期长短悬殊当它们接近太阳的时候，外层物质会呈现为背向太阳的尾状(扫帚状)。著名的狮子座流星雨，就是名叫“坦善尔-塔特尔”的彗星尾部所留下的碎屑残留物质与地球大气摩擦而形成的。

地月系

地月系是指地球与其卫星月球组成的天体系统。月球在环绕地球公转的同时，也在自转。月球公转、自转的方向和周期完全一样，总是以一面对着地球。月球本身不发可见光，我们看到的月光是月球反射的太阳光。月球留给人们最深的印象是月亮的盈亏变化。

火星、木星、土星、天王星、海王星与它们各自的卫星，分别组成类似于地月系的天体系统。在太阳系之外，目前观测到的类似级别的天体系统十分有限。

活动 Activity

观察月相

从地球上看月亮，有时似一钩斜挂，有时如玉盘高悬。月亮盈亏变化而出现的各种形状，称为月相。月相的变化是有周期性的。从农历初一开始，观察一个月内月亮的形状及其在天空中位置的变化。

活动过程如下:

1.选择住所附近便于观察的场地。

2.了解当地每天月亮出没的大致时间，制订逐日观察计划。计划内容主要包括每日观察次数、时间，观察项目和相关器材等

3.逐日逐次观察并记录月亮在天空中的方位、地平高度(你可以用伸展手臂紧握拳头的方法来估测月亮的地平高度，高出地平线一拳为 10°，两拳为 20°，依此类推)和亮面凸出方向，绘出观察时的月相草图，并记下每次观察的农历日期、时刻及其他情况。

4.将观察记录整理成表格形式，向全班同学展示。表格应包括以下项目:每天月亮出没的大致时间;②一天中所观察到的月相、在天空中的方位、地平高度亮面凸出方向以及观察时间。

5.与同学一起交流，说一说在活动中你感到容易和困难的地方，以及你的发现如果要在另外一个月里观察月相，你的观察方法应做哪些改进?为什么要做这些改进?

三、特殊行星——地球

由于地球具备了生命存在的基本条件--充足的水分，恰到好处的大气厚度和大气成分，适宜的太阳光照和温度范围等，在地球上产生了目前所知道的唯一的高级智慧生命——人类。从这种意义上说，地球是宇宙中的一颗特殊行星。

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探索宇宙中的生命

太阳系是宇宙中一个普通的恒星系统。它的不同凡响之处在于:太阳系中的地

球，是迄今为止我们所知道的宇宙中唯一存在智慧生命的天体。地球之外是否存在生命?人们对此一直抱有巨大期冀。在目前观测所及的数百亿个星系中，每个星系有数亿乃至上万亿颗恒星，其中总有一些恒星与太阳相似即在这类恒星的周围，有环绕着恒星运行的行星，构成以恒星为中心的天体系统在这类天体系统中，很可能有一些行星具有与地球相类似的宇宙环境。也就是说在地球之外，高级生命存在的可能性极大，

寻找地外智慧生命，是人类探索未知世界的尝试，也是人类认知宇宙和生命的过程。

活动 activity

1. 收集人类进行宇宙探索，特别是在生命探索方面所取得的研究成果，读下表结合所学知识，完成相关任务。
   

(1)地球上拥有可供生物生存所需的液态水、适宜的温度和比较厚的大气层。这些条件被科学家称为“金锁链条件”。试从地球与太阳的距离及其体积、质量的大小等方面，分析地球具备这些有利条件的原因。

(2)除地球外，太阳系中可能存在生命的行星是哪个?简要阐述判断理由。(3)太阳周围的恒星际空间比较有利于太阳的稳定，而太阳的稳定又有利于地球上生命的产生和演化。假如太阳的光照条件变得极不稳定，地球上将会出现怎样的情形?试对你的答案作出解释。

2.选择一种你擅长的方式，比如写一篇短文，绘制一幅示意图，或者制作一段计算机动画等，向家人讲解地球所处的字宙环境。

第一单元

从宇宙中看地球

茫茫宇宙，浩瀚无垠；亿万星辰，交相辉映。它们之间存在怎样的关联？

地球以外还有适宜人类的居所吗？ 

炽热太阳，灿烂辉煌；万物生长，依赖阳光。太阳为什么会发光？

地球为什么没被灼伤？ 

奇妙地球，生机盎然；演化过程，复杂漫长。地球何时形成、如何演化？

何时具备适宜人类生存的环境？ 

让我们一起去探寻宇宙的奥秘，领略太阳的伟大和地球的神奇吧！

第一节 地球的宇宙环境

火星上是否存在着或存在过生命，一直是人们关注的热门话题。科学家研究认为，火星上存在水冰和有机物质。2018年11月27日美国国家航空与航天局（NASA）“洞察号”探测器登陆火星，进一步引起了人们对火星是否存在生命的关注。 

问题：作为太阳系中与地球最相似的行星，火星上真的存在生命吗？火星具备适宜人类生存的环境吗？

一、宇宙

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。宇宙中有多种多样的物质，例如星云、恒星、行星、卫星、彗星、流星体、星际物质等，这些物质统称为天体。其中，恒星和星云是最基本的天体。夜晚我们所见的满天繁星，绝大多数是恒星。太阳是距离地球最近的恒星。

恒星由炽热气体组成，质量庞大，自身能发出光和热。恒星之间相距非常遥远，古人认为其位置恒定不动，故称为恒星。实际上恒星处在不断运动之中。星云是由气体和尘埃物质组成的云雾状天体。星云的密度小，体积和质量都很大。一个普通星云的半径一般在10光年*【光年是一种计量天体距离的单位，即光在一年中传播的距离。1光年约等于94605亿千米】以上，质量至少相当于上千个太阳。

行星是指自己本身不发光，沿着固定的近圆形轨道围绕恒星运动的球状天体。地球是太阳系的一颗行星。运行于行星际空间的大大小小的尘粒和固体块叫流星体。当它们临近地球时，受地球引力作用，有些进入地球大气层，与大气摩擦生热而燃烧发光，形成流星。少数没有烧尽的残体落到地面，叫作陨星，其中石质陨星叫陨石，铁质陨星叫陨铁。

彗星是绕太阳运行的一种天体，体积大，密度很小，具有云雾状的外表。当彗星接近太阳时，彗核中的冰物质升华，形成云雾状的彗发。彗发中的气体和尘埃，通常在背向太阳的一面形成一条很长的扫帚状的彗尾。大部分彗星的运行轨道是扁长的椭圆形，它们绕太阳运行的周期差别很大。哈雷彗星的公转周期约为76年。

宇宙处在不停的运动和变化之中。天体之间相互吸引、相互绕转，构成不同级别的天体系统。地球与绕其公转的月球，组成地月系。太阳、地球 以及其他围绕太阳公转的行星等，共同组成太阳系。太阳系又和众多的其他天体系统组成银河系。银河系外还有许多同银河系类似的天体系统，称为河外星系，简称星系。银河系和数以亿计的星系合起来叫作可观测宇宙，它是人类目前所认识的最高级别的天体系统，也是人类已知的宇宙范围。

18世纪以前，人类认识的宇宙范围主要是太阳系，后来发现太阳系以外还有亿万颗恒星，它们共同组成银河系。此后，人类又发现了河外星系，认识到银河系只不过是宇宙大家庭中相当渺小的一员。20世纪60年代，天文望远镜的探测距离扩大到100亿光年，目前已扩大到137亿光年。

知识窗：我国对宇宙空间的探索与利用

1970年4月24日，我国自行设计、制造的第一颗人造地球卫星“东方红一号”发射成功。2003年10月15日，我国自行研制的“神舟五号”载人飞船发射成功，开启了载人航天的时代。

2008年9月28日，我国航天员翟志刚在顺利完成空间出舱任务后安全返回，实现了中国人第一次太空行走。

2016年8月16日，我国“墨子号”量子科学实验卫星发射成功，这是世界上第一颗量子科学实验卫星。

2016年9月25日，我国在贵州建设的世界最大单口径球面射电望远镜（FAST）落成启用。

2019年1月3日，“嫦娥四号”月球探测器成功着陆月球背面，实现了人类首次对月球背面的现场勘察。

2021年5月15日，“天问一号”火星探测器成功着陆火星，我国成为世界上第三个成功登陆火星的国家。

2021年10月14日，我国成功发射首颗太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”，正式步入“探日”时代。

2021年10月16日，“神舟十三号”载人飞船与空间站组合体完成自主快速交会对接。航天员翟志刚、王亚平、叶光富进驻天和核心舱，中国空间站开启了有人长期驻留的时代。

活动：查阅资料，说明载人航天精神的内涵及其对我们的启示。

二、太阳

太阳是太阳系的中心天体，其质量占太阳系总质量的99.86%。在太阳引力作用下，八大行星及其卫星，以及许多小行星、彗星等天体绕太阳运动。太阳向地球提供能量，维持地球上生物的生存与发展，地球上许多自然现象也与太阳密切相关。

太阳辐射

太阳是一个炽热的气体球，其核心物质在高温、高压条件下，经核聚变反应产生巨大能量，源源不断地向外辐射。太阳与地球之间的平均距离约1.5亿千米（天文学上称为1天文单位），太阳光到达地球的时间约为8分钟。虽然地球所接受到的太阳能量只占太阳辐射总能量的二十二亿分之一，但其对地表环境和人类的影响是巨大的。太阳辐射直接为地表提供光能和热能，维持地表温度，为生物繁衍生长、大气和水体运动等提供能量。地质历史时期形成的煤炭和石油，其能量也来自太阳辐射。太阳能作为一种新能源，因其丰富、廉价、清洁等特性，受到世界各国的重视。

活动

太阳活动

太阳大气层从内向外分为光球层、色球层和日冕层。人们肉眼所看见的太阳的光亮表面，为光球层。太阳大气层时常发生变化，有时较为剧烈，这些变化统称为太阳活动。太阳黑子和耀斑是太阳活动的重要标志。

光球层上常出现的暗黑斑点，叫太阳黑子。太阳黑子的寿命长短不一，短的只有几个小时，少数长的可超过一年。太阳黑子的面积和数量，在时间上表现出周期性变化的特点，最明显的周期平均约为11年。

色球层上有时出现局部区域突然增亮的现象，叫耀斑。一次耀斑爆发，在短短几分钟到几十分钟内，释放出相当于100亿颗百万吨级氢弹爆炸所产生的能量。耀斑往往与太阳黑子同时出现，并具有同样的变化周期。

太阳活动对地球的自然环境和人类活动具有一定的影响。剧烈的太阳活动会导致电离层的扰动，影响无线电短波通信。太阳活动产生的“磁暴”现象，会影响指南针指示方向的准确性，甚至使平时很善于识别方向的信鸽迷路。太阳活动对天气、气候也会产生一定的影响。

活动

读图1-1-15，比较太阳黑子相对数与三个地区降水量关系的差异。在此基础上，归纳太阳活动对气候的影响。

三、地球

地球是太阳系八大行星之一。它与其他七大行星一起围绕太阳公转。地球与水星、金星和火星都是类地行星，它们之间有许多相似之处。然而，地球与其他行星不同，它是目前人类发现的太阳系中唯一存在生命的天体。

为什么地球能够孕育和承载生命呢？这是由地球所处的宇宙环境、地球本身的条件等多种因素决定的。

太阳系中，地球与其他行星绕日公转的轨道均近似圆形，轨道面几乎在同一平面上，绕日公转的方向都是自西向东。大、小行星各行其道，互不干扰，地球处于一种比较安全的宇宙环境中。

地球与太阳的距离适中，接受到的太阳光热适量。目前，地球固体表面的平均温度约为22 °C，近地面平均气温约为15 °C。适宜的温度条件使地球表面的水可以以液态形式存在，为生命的产生和发展提供了基本条件。

地球的质量适中，其引力可以使适量气体聚集在地球周围，形成包围地球的大气层。地球大气经过漫长的演化过程，形成了以氮和氧为主的大气。大气层的存在，避免了地球上的生物遭受过多紫外线的伤害，减少了小天体对地球表面的撞击。此外，大气层的存在还使地表昼夜温差不至于过大，有利于生命活动。

地球自转和公转的周期适中，使地球表面温度的日变化和季节变化幅度都不太大，适宜于生命的新陈代谢，有利于生物的生长发育。

活动

1.读表1-1-1，地球的哪些物理性质有利于地球生命的存在？

2.进一步查阅相关资料，分析火星存在生命的可能性。