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托福听力天文学讲义亲子伴读网

Trinity/2022-07-29/来源:亲子伴读网/ 分类:网友分享/阅读:
托福听力天文学基础知识介绍,词汇列表 ...

the sun.jpg

 

 

天文学讲义

 

太阳的内部结构:

Core:核反应区

Radioactive zone:辐射区

Convective zone:对流层

太阳的外部结构:光球层(photosphere),色球层(chromosphere),日冕(solar corona)。光球层即我们平时看到的太阳的圆面,色球层指的是紧贴光球的大气,而日冕是太阳大气的最外层。所以在发生日全食(solar eclipse)的时候,我们可是看到的是色球层和日冕。

图片2.jpg

太阳黑子(sunspots)是存在于光球层的短暂现象,是太阳表面温度相对较低而显得较黑的区域,与地球磁场的周期(cycle)一样都是11年。太阳黑子实际上是太阳表面一种炽热气体的巨大漩涡,黑子本身并不黑,之所以看得黑是因为比起光球层,它的温度要低一、二千度,在更加明亮的光球衬托下,它就成为看起来像是没有什么亮光的暗黑的黑子了。

太阳风(solar wind),太阳风是太阳放射出的电子流(a stream of charged particles),在太阳风和地球磁场(magnetic field)的的交互作用中就产生了极光(aurora)。

 

从科学家的探索当中,太阳存在两个理论问题(theoretical problems):[if !supportLists]

1.     [endif]Faint Young Sun Paradox 黯淡太阳悖论 (TPO 22 lecture 2)

早期太阳的热量输出要比今天低25%到30%。换算成地球的平均表面温度,就会比现在低20℃左右,大概比水的冰点还要低10度,所以早期的太阳不足以将地球温暖成一个适宜生命存在的行星。但是地球上液态水(liquid water)的历史,却几乎可以一直追溯到地球形成之初。The Young Sun was 75% as bright as it is today. A weak star cannot sustain liquid water on Earth’s surface.

TPO22 L2当中提出了两种解释,第一种解释是虽然一开始阳光比较微弱(faint),但某种温室气体(greenhouse gas)让早期地球的大气能够囚禁更多热量。当时空气中的二氧化碳(carbon dioxide) 的含量的确比现在更高,但是还是不足以去弥补(compensate)缺乏的热量。后来,天文学家又提出另一种温室气体,氨气(ammonia)的含量也可以帮助提升热量,但是氨气会被紫外线(ultra-violet light )破坏掉,所以也不可能。 第二种解释是光亮太阳解释(Bright Young Sun Solution),早期太阳的质量(mass)实际上比理论中要更大一些,由于太阳风(solar wind)会导致太阳失去质量,太阳风可能比理论中更严重,导致失去的质量比我们所估计的更大。讲座中,professor是比较认可和相信第二种解释的。[if !supportLists]

2.     [endif]Corona heating problem 日冕加热理论

按照理论来说,离核反应区越近温度应该越高,但是光球层的温度在6,000开尔文( kelvins)而太阳的大气层、即日冕的温度却在1,000,000到2,000,000开尔文。为什么离核区更远的日冕区域的温度要高于太阳表面?这是一个未解之谜(Unsolved problem)。Why is the Sun's Corona so much hotter than the Sun's surface?

目前有两种存在的可能的解释是:声波加热(wave heating),磁场重连(Magnetic re-connection theory)等造成日冕层更热。

Tpo22

 

月球是地球的唯一的自然卫星(natural satellite)。月球的地形主要分为:月球高地即月陆(highland),环形山(crater),月海(maria),穹丘(domes),皱岭(wrinkle ridges)等。月海并不是真的海,而是只是平原,比高地地势低。月球质量小,产生不了足够的引力,无法将气体分子吸附在月球的表面,被认为是真空环绕的。

 

月球的背面(far side),从地球上始终不能完全看见,月球两个半球的特征有着显著的不同,正面有许多巨大的月海;另一边受到撞击,有着密集的陨石坑(meteor crater/impact crater),而南极-艾托肯盆地(South Pole-Aitken basin)是月球上最大的撞击坑。它也是被公认在月球上最大,最古老和最深的盆地。

 

此外,环形山(crater)也是月球表面的显著特征,几乎布满整个月球,环形山这个名字是伽里略(Galileo)起的。环形山的形成有两种说法:“撞击说”(meteorite impact hypothesis)与“火山说”(volcanoes hypothesis)。“撞击说” 指的是月球因被其他行星撞击而有现今人类所看到的环形山。“火山说”指的是月球上本有很多火山,最后火山爆发(eruption)而形成的环形山。

Tpo 05

 

图片3.png

 

类地行星 (Terrestrial planets)

 

类地行星包含水星 (Mercury)、 金星(Venus)、地球(Earth)、火星(Mars)。类地行星主要组成成分是rock 和metal。金星、地球、火星表面都覆盖一层大气层atmosphere。所有类地行星表面都有陨石坑(impact craters)和一些表面构造特征(tectonic surface features)比如裂谷(rift valleys),火山(volcanoes)。

火星 (Mars)

火星是太阳系中第二小的行星,天文学中把地球与火星称为兄弟行星,自转轴倾角(axial tilt)、自转周期(rotation period)均与地球相近,公转(revolution around the sun)一周约为地球公转时间的两倍。火星表面富含氧化铁(iron oxide),这使它表面看起来是微红的(reddish)。所以在听力中我们也经常听到使用“red planet”来代指火星。火星大气层主要含有二氧化碳(carbon dioxide)。火星表面布满火山(volcanoes)、裂谷(rift valleys)。 火星有两个小型的自然卫星(natural satellites/moons),火卫一(Phobos)与火卫二(Deimos)。

 

图片4.png

地球和火星         

 

火星的轨道 (orbit) 是椭圆形(oval, elliptical)。火星的大气密度(density)只有地球的大约1%,非常干燥,温度低,表面平均温度零下55℃,水和二氧化碳易冻结(freeze)。但由于缺少地球的板块运动(tectonic plate movement),火星无法使二氧化碳再次循环到它的大气中,从而无法产生意义重大的温室效应(green house effect)。因此,即使把它拉到与地球距太阳同等距离的位置,火星表面的温度仍比地球上的冷得多。

关于火星是否存在液态水,是否存在生命的问题一直是天文学界的热议话题,同时也是托福考试的高频话题。2013年12月9日,美国“好奇”号火星着陆探测器(robotic rover Curiosity)有重大发现科学家想象中的火星液态水,在火星上发现了存在古湖泊的证据,湖里的水可能是可以饮用的淡水。这是当地曾经长期存在湿润环境,并有简单生命出现的证据。2015年9月28日,美国航天局NASA由火星勘测轨道飞行器(MRO,Mars Reconnaissance Orbiter)提供的强有力的数据表明,目前在火星表面存在流动的流动水(flowing water)。火星侦察轨道器环绕火星运行,对火星进行化学分析。人们发现有深色条斜坡纹线季节性出现在图像里,对黑色条纹进行化学分析后发现,这是从火星的山上留下的盐水。盐水会在深春出现,流过夏季,在秋季消失。

Tpo30 L3

 

图片5.png

金星 (Venus)

金星没有自然卫星。 大小和地球差不多,和地球一样有含铁核心 (iron core) ,很厚的硅酸盐地幔 (silicate mantle),极厚的大气层 (substantial atmosphere) ,其中96%是二氧化碳,少量的氮气Nitrogen。金星在夜空中亮度仅次于月球,排第二。它有时清晨出现在东方天空,被称为"启明星"。

金星大气层中的二氧化碳carbon dioxide和含有二氧化硫的厚云thick cloud of sulfur dioxide产生强烈的温室效应greenhouse effect,这使金星表面温度超过400摄氏度,成为太阳系中温度最高的行星。所以科学家认为,金星曾经可能有水,但由于后期剧烈的温室效应导致温度变高而蒸发掉了。所以金星上现在是没有地表水(surface water)的。金星上地质特征也很丰富,有峡谷(canyons),山谷(ripped valleys),陨石坑(craters),火山(volcanoes)。

 

金星没有自然卫星。 大小和地球差不多,和地球一样有含铁核心 (iron core) ,很厚的硅酸盐地幔 (silicate mantle),极厚的大气层 (substantial atmosphere) ,其中96%是二氧化碳,少量的氮气Nitrogen。金星在夜空中亮度仅次于月球,排第二。它有时清晨出现在东方天空,被称为"启明星"。

金星大气层中的二氧化碳carbon dioxide和含有二氧化硫的厚云thick cloud of sulfur dioxide产生强烈的温室效应greenhouse effect,这使金星表面温度超过400摄氏度,成为太阳系中温度最高的行星。所以科学家认为,金星曾经可能有水,但由于后期剧烈的温室效应导致温度变高而蒸发掉了。所以金星上现在是没有地表水(surface water)的。金星上地质特征也很丰富,有峡谷(canyons),山谷(ripped valleys),陨石坑(craters),火山(volcanoes).

 

金星没有像地球那样的可移动的板块构造(moving tectonic plate),但是却有大量的有规律的火山喷发(volcanic eruption)遍布金星表面。金星上可谓火山密布,是太阳系中拥有火山数量最多的行星。火山造型各异,除了较普遍的盾状火山,这里还有很多复杂的火山特征,和特殊的火山构造。盾状火山(shield volcanoes),因其形状看着像战士的盾牌shield而得名。TPO24 Lecture4 当中就对此进行了考查,盾形火山是由于岩浆反复从一个地方喷出地表而形成的。并且强调了magma 和 lava的区别,magma是在地下热的熔化了的岩石,流出地表后称为lava。并与地球的火山进行了对比,地球上火山分布比较集中,而金星上火山分布十分随机(randomly scattered),这说明金星没有移动的地质板块。而地球上也存在盾形火山,在太平洋的夏威夷岛。并且科学家无法肯定金山上的火山是否是活火山(active volcano),因为目前为止没有人真正的见到过金星的火山爆发。

Tpo 24 L4

 

 

 

 

 

 

气体巨行星(Gas Giants)

气体巨行星又称类木行星(Jovian planets), 类木行星的体积和质量要比类地行星大很多,类木行星的主要成分是气体(gas)。 木星(Jupiter),土星(Saturn)主要由氢气(Hydrogen)和氦气(Helium)组成。

天王星Uranus,海王星Neptune主要由甲烷Methane和氨气Ammonia组成,并且主要以冰ice的形式存在,所以也称为ice giants.类木行星都有环 (rings) ,其中土星Saturn的环可以从地球上明显观察到。

图片6.png

土星(Saturn)

土星周围有一圈环状物rings,气体组成成份和木星类似,主要由氢气Hydrogen和氦气Helium组成。环状物rings主要包含一些小冰块和岩石颗粒 (rock particles)。土星的卫星(moon)总共有62颗,其中土卫六(Titan)是土星系统中最大和太阳系中第二大的卫星。土卫六上的表面重力极低,和月球相当,但又拥有浓厚大气层。土卫六比水星还要大很多,有着广阔的大气层,主要成分是氮气(nitrogen)和一点点甲烷(methane) 和乙烷(ethane), 所以需要用雷达观测它。在它的表面,科学家发现了湖泊,但是这块地方并不是液态水,它实际上是甲烷。

人类研究发现,土卫六就是45亿年前的地球。 泰坦具有两个生命偏爱的特征,那就是沸腾的有机化合物和浓密的有保护性的大气层(atmosphere)。泰坦(Titan)是太阳系唯一拥有合格大气层的卫星(moon),也是太阳系4个仅有的有着浓密大气层的岩石质星球之一,其它几个分别是地球、火星和金星。在某些方面,泰坦的大气层最像地球。它的大气主要由氮气组成,气压略高于地球。它上面甚至有云,只是这些云的成分是甲烷和其它碳氢化合物,而不是水。很多太空生物学家渴望把土卫六大气作为地球大气的原型去研究,希望能够发现地球生命出现前,复杂有机分子是怎样产生的。

土卫六上的氰和烃在一定情况下可生成腈,再被星球上的水冰水解,生成羧酸和胺类物质,而这两者还可以生成具有重大意义的氨基酸 (amino acid)。不过,土卫六上也存在制约生命存在的重要因素。一是温度过低,二是尚未发现液态水 (liquid) 的存在,三是土卫六没有磁场(magnetic field)的保护,所以当它有时运行在土星的磁气层外时,便直接暴露在太阳风之下,辐射可能使生命无法存在。

 

 

图片7.png

小行星带(Asteroid Belt)与彗星(Comets)

小行星带坐落于火星Mars和木星Jupiter之间,小行星的成分和类地行星相似,由rock和metal组成。谷神星Ceres是小行星带中最大的一颗,现在被称为矮行星dwarf planet。Ceres在1801年发现的时候被误认作行星planet,1850年的时候被重新归为小行星,2006年的时候被划为矮行星。

图片8.png

彗星(Comets)与小行星类似,但是组成成分中所含甲烷或氨等冰质比较多,所以整个结构比较松散。

比小行星小的太空岩石碎屑一般统称为流星体(meteoroids),流星体根据他们进入地球的状态又分为流星(meteors)与陨石(meteorite),在TPO13lecture4 与TPO26Lecture3中进行了考查:

流星(meteors):主要是指我们在夜晚星空中看到的流星体进入地球大气后,与大气摩擦生热的现象,而不是指流星体本身。

陨石(meteorites):如果流星体的一部分碎屑熬过地球大气的煎熬,最终着陆于地球,这些坠落的石块碎屑称为陨石。

 

 


标签: 托福听力
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