太陽系起源與演化示意圖 1.星際灰塵 2.(1)宇宙中低溫的星際灰塵逐漸凝聚 (2)形成碟狀構造 3.太陽的形成 5.今日的太陽系

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1 太陽系起源與演化示意圖 1.星際灰塵 2.(1)宇宙中低溫的星際灰塵逐漸凝聚 (2)形成碟狀構造 3.太陽的形成 5.今日的太陽系
現代科學的種種證據顯示，地球和太陽系的其他行星都是同時誕生的：天文學家追蹤行星的運動軌跡，發現各行星以相同的方向繞太陽公轉，運行軌道都近似圓形，而且幾乎在同一個平面上，這個平面也與太陽的赤道面相近似；太陽自轉的方向和九大行星公轉方向相像，可能承襲於太陽系生成之前的「氣塵雲」自轉方向。種種跡象顯示地球、太陽與其他行星是「同一夥的」，它們約略同時生成，只是彼此成分不同而已。 關於太陽系起源的假說，可以說是種類繁多。二十世紀以來，人們的天文學知識越來越豐富。並且認識到，在廣闊的宇宙中，發生恆星相遇情況的可能性極小。五十年代以後，又提出了許多新的學說，這些學說大部分都是以星雲假說為基礎的學說。歸納起來有以下六個學說的影響最大。 1、卡米隆（A.G.W.Cameron）學說。六十年代以來，卡米隆從力學、化學等方面對地球起源進行了認真探討，並用湍流粘滯理論計算了星雲盤的演化。 2、戴文賽學說。五十年代提出的一種角動量斥力圓盤理論。 3、薩夫隆諾夫和林忠四郎(C.Hayashi)的學說。湍流形成圓盤、環的理論。 4、普倫蒂斯（A.J.R.Prentice）—新拉普拉斯說。冷星雲湍流說。 5、烏爾夫遜（M.M.Wolfson）的浮獲說。小質量恆星天體相遇災變說。 6、阿爾文（H.Alfven）的電磁說。以太陽早期存在強磁場作用的行星形成理論。 太陽系起源雖然以上理論各具特色，但是都沒能得到公認。令人信服的太陽系起源說必需闡明下列主要問題：1、原始星雲的由來和特性。2、原始星雲或星子的形成過程。3、行星的形成過程。4、行星軌道的特性：共面性、同向性和近圓性。5、提丟斯—波得（Titius－Bode）定則。6、太陽系的角動量分佈。7、三類行星：類地、巨行、遠日行星的大小、質量、密度方面的差別。8、行星的自轉特性。9、衛星及環系的形成。10、小行星的起源。11、彗星的起源。12、地-月系統的起源。 我們現在掌握的天文學知識，對於恆星的起源、恆星的青年期、壯年期、老年期都有了非常清楚地認識。如果有人說，恆星是由星際星雲物質演化而來的。這在大多數有天文學知識的人來講，對這種說法都不會提出異議（天文學界有爭議）。 太陽也是由星雲物質演化來的，它處在距離銀河系中心2.7萬光年的獵戶旋臂上。 在46-50億年之前，星際瀰漫物質分佈不均勻，物質的密集區成為星際雲。在外界因素的觸發下，星際雲發生自吸引收縮。當密度足夠大時，星雲際雲出現不穩定，瓦解成為多個小星雲。其中獵戶臂上的一塊小星雲，質量約為1.03M⊙，該星雲就是以後演化成太陽系的星雲。該星雲中心溫度100K，其餘大部分的溫度均在10K以下。初始角動量2×1052～5×1052克·厘米2·秒-1。 對星雲演化階段的演化過程，大多數學者對其沒有太大的分歧。最具爭議的是外界觸發因素，一般認為有以下幾種星雲收縮觸發機制。 1、星雲間碰撞產生激波壓縮。 2、銀河螺旋密度波通過星際雲時產生的激波。 3、鄰近超新星爆發產生的激波。 4、其它強星雲收縮激發附近稠密的星雲。 許多人都認為是超新星爆發而激發太陽星雲收縮的。但是，在有千億顆恆星的銀河系裡，每年都會有不少顆恆星誕生。超新星激發而產生恆星的情況並不多見。而在銀河系旋臂附近的星際物質，有相對銀河系中心每秒幾百千米的速度動量，少許有一點波動或激波，就足以產生使太陽星雲收縮的自轉角動量。 太陽星雲演化階段的主要星雲物質所在範圍約為3～10萬個天文單位（天文單位：現在地球至太陽間的距離）。星雲演化階段的時間約為108年。 三、星子演化階段 當太陽星雲極度收縮，大多星雲物質範圍在1～3萬個天文單位，有98％以上的物質都已收縮到一個天文單位內時，太陽系星雲進入星子演化階段。 在這個演化階段，大多數太陽系起源理論,對星雲中心由星雲物質收縮成星子，再由星子聚集質點形成太陽的觀點沒有異議。而對太陽以外星子和星雲物質所在星盤的形成，提出各種觀點。 太陽系起源許多理論都認為在盤上形成了環。1、卡米隆學說，湍流粘滯環。2、魏茨澤克（C.F.Weizsaker）的流體力學漩渦環。3、戴文賽的離心力環。4、普倫蒂斯的力學環。等等。 還有理論認為全部星雲物質都形成了太陽。如，張伯倫的恆星相遇說，金斯的潮汐說，烏爾夫遜的俘獲說，阿爾文的電磁說等。 依據我們對各類星雲的觀測經驗，星雲形成環的可能性極小，而且太陽星雲初始運動也沒有促使其形成環的因素。不過，星雲盤收縮時形成旋臂是極常見的現象，旋臂使星雲的密度產生了疏密差異。密度大的地方星雲物質開始聚積成星子。 有人會問，誰說星雲不能生成環，土星不是有環嗎？在太陽沒有燃燒以前太陽完全可以有環。但是，土星的赤道環和太陽星雲盤形成的環差異太大。依據洛希極限（Roche』sLimit）原理，土星類相對星體距離也較近，而且像土星這樣的環不可能形成為一個星體。 對於太陽系星雲完全收縮為一個太陽的情況，無論從物理學的角度或是從天文學的角度看，都讓人難理解。因為星雲收縮為星雲盤，星盤再完全收縮成一個星球體，在盤上不留一點剩餘物質的情形也非常少見。 太陽星雲盤上也應該形成有旋臂。在星子演化階段的後期，在大約0.5天文單位處旋臂中心的星子，其直徑有大於1000千米的（這種星子也可以稱為星胚）。太陽星雲中心溫度已經超過300K，但是距太陽1個天文單位處的溫度不應該大於10K。這個演化階段所用的時間在106～107年內。 4.行星、衛星、小行星的形成

2 行星的逆行： 定義： 因地球由西向東繞太陽公轉，所以從地球往這些行星的方向看過去---金星、木星、水星、火星、土星等五顆行星以星座為背景，在黃道附近會由西向東移動。 但因這些星體移動速率不同，有時會出現行星從地球上看是由東向西移動，則稱為「逆行」 火星運動方向大致沿黃道由西向東，但也有逆行現象。

3 火星逆行 《延伸教材》 http://tian12.lamost.org/data/body/uranus.htm
從地球上觀察，行星在天空中運行的路徑會周期性的改變運動的方向。雖然所有的恆星和行星，在回應地球自轉的基礎下，看起來每夜都是由東向西運行的，但是在外側的行星都常都會相對於恆星緩緩的由西向東移動。這種運動是行星的正常運動，因此被認為是順行。但是，因為地球的軌道週期短於外側行星的軌道週期，因此會週期性的超越外側的行星，就像一輛速度較快的車在多條車道的高速公路上一樣。當發生這種情況時，原本向東運行的行星會先停下，然後後退像棟運行，然後當地球在軌道上超越行星之後，看起來又恢復正常由西向東的運動。內側的水星和金星也會在相同的機制下呈現逆行的運動，然而它們的退行週期也和太陽的會合週期結合在一起。解釋視退行運動的機制是和外行星一樣的，小行星和古柏帶天體（包括冥王星）都有展現出視退行運動。 有趣的是，伽利略在1612年12月28日的描繪圖中顯示首度觀測到海王星，在1613年1月27日又再度觀測到。在這兩次的機會中，海王星與木星在核的位置上，但因為位置的改變很小，以致伽利略沒有辨認出他是一顆行星，因此不能認定伽利略是海王星的發現者。在1612年12月，海王星在天空中式停滯不動的，因為它正要轉變成逆行的運動，這是當地球要超越一顆外行星之前，產生的視退行運動。因為海王星只是剛要開始年度內的退行運動，它的運動量是太小了，因此伽利略的小望遠鏡看不出它的位置改變。 距離越遠，退行的頻率越高： 火星每25.6個月退行72天。 木星每13.1個月退行121天。 土星每12.4個月退行138天。 天王星每12.15個月退行151天。 海王星每12.07個月退行158天。 順行和逆行的變化週期也是行星的會合週期。 從地球上觀察火星在2003年的逆行運動 這些是逆行令古代的天文學家非常困惑，而這也是這種天體被稱為行星的一個原因：行星這個名詞在希臘的原義是漫遊者。在以地球為中心的太陽系，是利用行星在週轉圓上的運動來解釋。直到哥白尼的時期之前，都因無法解釋而被視為一種幻覺 火星逆行

4 補充：行星的逆行 一、地心說:【本輪均輪模型來模擬行星逆行】
每個行星都沿著一個稱為「本輪」的小環移動，而這些小環則沿著一個稱為「均輪」的大環移動。

5 日心說 日心說來模擬行星逆行 從日心說解釋火星的逆行現象: 因火星距離太陽較遠，公轉週期較長，當地球運行到E4
前後，火星看起來會漸慢而停止，再向後移動一些（逆行） ，又停止一次後，再向前行。

6 的星點）在天空中卻發生所謂的「逆行」現象。請回答以下問題：
例一:右圖是2007年8月 至2008年4月一系列影 像經過數位疊加的結果 ，恆星的影像完全重疊 ，但火星（圖中較粗大 的星點）在天空中卻發生所謂的「逆行」現象。請回答以下問題： 1、由圖可知火星逆行發生在圖中哪一段時間？　(A)甲　(B)乙　(C)丙　(D)丁。 2、以下哪一個天體沒有「逆行」現象？　(A)月球　(B)水星　(C)金星　(D)土星。 (B). (A).

7 學習加油站 克卜勒行星運動定律 第一定律（橢圓軌道定律）：（下左圖） 第二定律（等面積定律）：（下右圖） 第三定律（週期定律）
第一定律：行星以橢圓形軌道繞行太陽，太陽位於橢圓的一個焦點處。 第二定律：相同時間內，行星與太陽的連線會掃過相同的面積。 第三定律：行星軌道週期的平方與橢圓軌道半長軸的立方成正比。

8 1.關於中國古代「蓋天說」與「渾天說」的比較，下列敘述何者正確？(A)兩者皆主張「天圓地方」　(B)兩者皆主張地球為球狀　(C)蓋天說主張地球為球狀，渾天說則主張「天圓地方」　(D)蓋天說主張「天圓地方」，渾天說則主張地球為球狀。 2.下列何者稱為「行星逆行」？　(A)行星自轉方向與地球相反　(B)行星繞日公轉方向與地球相反　(C)地球上觀察者發現行星相對恆星由西向東移動時　(D)地球上觀察者發現行星相對恆星由東向西移動時。 3.關於哥白尼「日心說」和托勒密「本輪均輪說」的比較，下列何者正確？(A)日心說可以解釋火星逆行現象，本輪均輪說則無法解釋(B)本輪均輪說可以解釋火星逆行現象，日心說則無法解釋　(C)兩者皆可以解釋火星逆行(D)兩者皆無法解釋火星逆行現象。 4.依照現代的天文觀念，「行星逆行」的主要原因為何？　 (A)行星繞太陽公轉的方向與地球繞日公轉方向相反時會發生逆行 (B)行星繞太陽公轉的週期與地球繞日公轉週期不同，故會發生逆行。 (C)有些行星沿著自身的本輪移動，再跟著本輪沿著均輪繞太陽移動。　 (D)地球繞日公轉軌道是橢圓形而非正圓，所以地球公轉速率不斷改 變，在靠近太陽時公轉速率加快而造成視覺上的行星逆行現象。 1(D) 、(D) 、 (C) 4、(B)

9 1-2地球形狀與大小 1、愈往北極走，看北極星的仰角愈高 (大) 北極星的仰角=人 所 在 的 緯 度。 2、西元前5、6百年
畢達哥拉斯─於海邊的高山，看著海上來的船，先看到船桅，才看到船身。（為最早提出球形地球的人） 西元前384年（最早的直接證據） 亞里斯多德─發現月食上地球的影子為圓弧形。 西元1522年 葡萄牙航海家麥哲倫─領導環球航隊繞地球一周。 西元前5、6百年：畢達哥拉斯於海邊的高山，看著海上來的船，先看到船桅，才看到船身，因此推測地球表面應是彎曲的。 是最早提出球形地球概念的人，主要理由為圓球是最完美幾何形體。 西元前384年：亞里斯多德發現月食上地球的影子為圓弧形的，因此推測地球是圓的。 20世紀 太空人加加林從太空船上回望，看見呈圓球狀的地球。

10 看見了! 看不見 赤道 往北行可見未曾見過的星星

11 不同緯度所見星空不同 北極星於各地所見仰角不同 (看北極星的仰角=＿＿＿＿＿) 當地緯度

12 1-2地球形狀與大小 1、愈往北極走，看北極星的仰角愈高 (大) 北極星的仰角=人 所 在 的 緯 度。 2、西元前5、6百年
畢達哥拉斯─於海邊的高山，看著海上來的船，先看到船桅，才看到船身。（為最早提出球形地球的人） 西元前384年（最早的直接證據） 亞里斯多德─發現月食上地球的影子為圓弧形。 西元1522年 葡萄牙航海家麥哲倫─領導環球航隊繞地球一周。 西元前5、6百年：畢達哥拉斯於海邊的高山，看著海上來的船，先看到船桅，才看到船身，因此推測地球表面應是彎曲的。 是最早提出球形地球概念的人，主要理由為圓球是最完美幾何形體。 西元前384年：亞里斯多德發現月食上地球的影子為圓弧形的，因此推測地球是圓的。 20世紀 太空人加加林從太空船上回望，看見呈圓球狀的地球。

13 　觀察遠方船隻來行， 　先見＿＿＿，後見＿＿＿。 船帆 船身

14 1-2地球形狀與大小 1、愈往北極走，看北極星的仰角愈高 (大) 北極星的仰角=人 所 在 的 緯 度。 2、西元前5、6百年
畢達哥拉斯─於海邊的高山，看著海上來的船，先看到船桅，才看到船身。（為最早提出球形地球的人） 西元前384年（最早的直接證據） 亞里斯多德─發現月食上地球的影子為圓弧形。 西元1522年 葡萄牙航海家麥哲倫─領導環球航隊繞地球一周。 西元前5、6百年：畢達哥拉斯於海邊的高山，看著海上來的船，先看到船桅，才看到船身，因此推測地球表面應是彎曲的。 是最早提出球形地球概念的人，主要理由為圓球是最完美幾何形體。 西元前384年：亞里斯多德發現月食上地球的影子為圓弧形的，因此推測地球是圓的。 20世紀 太空人加加林從太空船上回望，看見呈圓球狀的地球。

15 地球的大小 第一個測量地球大小的人 主角： 時間： 起因： 西元前3世紀(240~250年)
埃及 亞歷山大圖書館館長埃拉托色尼(厄拉多塞) 西元前3世紀(240~250年) 他從書中得知夏至時太陽直射賽恩城(北緯23.5°)的一口深井，而亞歷山大城卻沒有這種現象。 條件：(1)兩城距離約_____公里。 　　　(2)太陽光線視為平行。 過程：(1)夏至時於亞歷山大城量測塔影的長度。 (2)塔影長度與實際塔長計算可得圓心角7.2°。 (3)圓心角7.2°相當於圓周的1/50。 計算：假設亞歷山大到賽恩的距離為D，地球周長為L，則 亦即L = 50D。(比例關係)

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17 地球的大小 第一個測量地球大小的人 主角： 時間： 起因： 西元前3世紀(240~250年)
埃及 亞歷山大圖書館館長埃拉托色尼(厄拉多塞) 西元前3世紀(240~250年) 他從書中得知夏至時太陽直射賽恩城(北緯23.5°)的一口深井，而亞歷山大城卻沒有這種現象。 條件：(1)兩城距離約_____公里。 　　　(2)太陽光線視為平行。 過程：(1)夏至時於亞歷山大城量測塔影的長度。 (2)塔影長度與實際塔長計算可得圓心角7.2°。 (3)圓心角7.2°相當於圓周的1/50。 計算：假設亞歷山大到賽恩的距離為D，地球周長為L，則 亦即L = 50D。(比例關係)

18 厄拉多賽（Eratosthenes, BC275~194，古希臘）-- 測量地球的大小的方法
《圖表說明》 西元前三世紀希臘人測定地球圓周的方法示意圖 西元前三世紀時，埃及賽內（Syênê）附近有一口深水井頗負盛名，每年夏至（六月二十一日或六月二十二日）的中午，太陽光直射井底，招來許多沿河旅行的商旅到此一遊，觀看奇景。在水井北方約800公里的亞力山卓城（Alexandria），住了一位博學多聞的學者厄拉多賽（Eratosthenes, BC275~194，古希臘），他是圖書館的館長。 他在書中讀到上述現象，就想出一個絕頂聰明又十分簡單的方法來測定地球的大小。在夏至日的中午，他測量了圖書館旁一個高聳方尖塔的影子長度，而方尖塔的高度是已知的，於是他就有了一個直角三角形的底邊（塔的陰影）與高（塔高）的長度，再利用當時已經很發達的幾何學，即可算出太陽光與方尖塔之間的夾角是7°。因為太陽光是從很遠的地方照射過來，因此無論在賽內或是亞力山卓，太陽光都是平行的，太陽光在賽內能直井底，顯然當時正是「日正當中」，而在亞力山卓城卻能留下尖塔的陰影，這表示地球的表面並非在同一平面，而且地球表面的曲度則使兩地陽光照射的角度相差了7° 。當天中午陽光直射到賽內水井內，沿著陽光直線前進可到地心；另方面，沿著亞力山卓城方尖塔往下的鉛直線也可抵達地心，加上井口與塔底的連線，就構成一個三角形，三角形在地心的夾角等同於陽光與尖塔的夾角也是7°，所占整個圓周360 °的比例大約為五十分之一，而兩地間的距離約800公里，推算一下，地球的圓周有800 X 360/7 ≒41,143公里。這個估算與現代的測量結果（40,075公里）十分相近，只多了約1,000公里。

19 α＝7.2度 兩城距離=800公里 　　　　請同學想一想， 地球半徑為多少公里？

20 (1)同樣的鐘擺 (2)在巴黎和赤道附近蓋亞納兩地的擺動週期不同 (3)此現象引發科學家開始思索「地球並非正圓球體，所以導致各處重力不一致」的想法。 （補充資料： 單擺週期T、 擺 長L 重力加速度g 關係式：

21 WIN 英國橘子 vs. 法國香瓜 VS. 牛頓 卡西尼 經法國科學院測量隊測量之後…
牛頓：推測地球因每24小時自轉一周，赤道上的圓周大，離心作用大；愈向兩極，圓周愈小，離心作用愈小，所以地球應該是個兩極稍扁、赤道略鼓的橢圓球體（橘子）。 卡西尼：於法國南部和北部進行地球經線的測量，測得法國南部經線1°的弧長較北部長，因此斷言「地球順著旋轉軸伸長」，認為「地球形狀不像橘子，倒像香瓜」。 地球自轉因而使赤道所受離心力最大，南北及最小，如此造成赤道半徑＞兩極。應該是兩極稍扁、赤道略鼓的橢圓球體(橘子)。 地球順著旋轉軸伸長，形狀不像橘子，倒像香瓜。

22 計算地球質量的方法(一) 現代：運用克卜勒第三運動定律 由地球圓周長地球半徑 地球體積V 地球組成地球密度 地球質量 M＝D×V
地月之間的距離大約為384,400公里 月球繞地球一周約需27.32天 結果：地球質量大約6.0 × 1024公斤 《教材內容》 1.十七世紀初德國天文學家兼數學家克卜勒（Johannes Kepler， 1571～1630，德國），只要能觀測到衛星繞行某一行星一周所需的時間和它們之間的距離，就可以算出該行星的質量。以地球為例，我們只要知道月球繞地球一周所需要的時間以及月球與地球間的距離，就能算出地球的質量。登月太空人的任務之一就是在月球表面放置反光鏡，反射由地球發出的雷射光，藉由測量雷射光往返月球所需的時間，測得地球和月球之間的距離，誤差小於1公分。地月之間的距離大約為384,400公里，月球繞地球一周約需27.32天，計算結果顯示地球質量大約為6.0X1024公斤。 2.計算地球的質量也可以從重力的觀測著手，將在下一節中介紹。 第一行星運動定律: 行星運動的軌跡是一個以太陽為焦點的橢圓軌道. 第二行星運動定律: 相同時間內行星和太陽連線所掃過的面積相同. 第三行星運動定律: 橢圓軌道半長軸a的三次方和週期平方的比值為僅和太陽質量有關的常數.

23 高緯度地區緯度1度的弧長>赤道附近緯度1度的弧長 (2)證實了牛頓的觀點。 由地球自轉速率計算出地球的理論幾何表面
1735年，法國科學院派遣兩支測量隊分赴 南美洲赤道附近與芬蘭接近北極圈處測量： (1)發現 高緯度地區緯度1度的弧長>赤道附近緯度1度的弧長 (2)證實了牛頓的觀點。 由地球自轉速率計算出地球的理論幾何表面 即為地球橢球體面。 但地球的扁平率僅約1/300，由太空遠眺地球，地球的外觀仍然是個相當渾圓的球體。 補充資料：

24 現代測量重力的方法(三) 參考橢球體是用於大地測量計算的地球數學模型。 a代表赤道半徑 （長半徑），約為6378公里
b為極半徑 （短半徑），約為6357公里，極半徑比赤道半徑約短21公里 《圖表說明》 1.現代科學家利用人造衛星觀測已經可以精確地量測地球的重力大小，並且精確地量測地球的形狀和大小。人造衛星的觀測結果顯示地球是很接近正圓球體的一個橢球體。 2.為了方便測量計算，國際上通常會以一個理想的數學橢球體來代替實際地球，又稱為參考橢球體，並以橢球長半徑、短半徑、扁平率等參數來表達參考橢球的形狀及大小。地球南北極的半徑與赤道的半徑長度相差約21公里，因此地球的扁平率約為1/298，相當近似於正球體。不過地球表面仍有細部的起伏變化，例如我們可以觀察到的高山、海溝等地形便是在這個理想的參考橢球體上的起伏。 扁平率＝（a－b）/a，其值約為1/298。

25 地形面 vs. 地球橢球體面 vs. 大地水準面 種類 地球橢球體面 地形面 大地水準面 定義 起伏程度：
地形面 >大地水準面>地球橢球體面 大地水準面：地表重力會受距地心遠近和內部組成物質的密度影響，故大地水準面高度並不平滑。 假設地球側向是均勻的橢圓球，依地球自轉離心作用和重力平衡的條件，計算得到之地球表面。 實際見到的地球表面。 與海水面相同重力的高度面。

26 大地水準面與參考橢球體的差異(一) 受重力影響而形成的不規則的假想面稱為大地水準面。
《教材內容》 1.假設地球的海水面沒有受到潮汐、風、波浪及海流的影響而靜止不動，我們會發現：由於地球內部的組成不是均質的，各地地殼、地函及地心的組成物質密度不相同，海水面受到重力的影響，也會有明顯的起伏，最大可達200多公尺。 2.這個受重力影響而形成的不規則的假想面稱為大地水準面，它與地表實際起伏或參考橢球體都有明顯的差別，在地形的測量上非常重要，我們將在下一章詳細介紹。大地水準面可由觀測地球的重力求得，科學家利用已知的地球表面起伏、地球內部質量及密度的分布，建構地球的重力模型，以便預測在地表上任一位置的重力大小，可以廣泛運用在人造衛星軌道運行的調整和精密的測量。 地球表面的起伏、參考橢球體面和大地水準面的關連性示意圖。

27 發 現 : 普拉特分析喜馬拉雅山南麓大地測量的結果，發現實測的鉛垂線偏差值比由地形質量算得的數值小得多。 1-3地殼均衡說
　　普拉特分析喜馬拉雅山南麓大地測量的結果，發現實測的鉛垂線偏差值比由地形質量算得的數值小得多。 c：如果在地表平滑，重力均勻的地區使用擺錘，擺錘延長線應垂直地表。 a：因山脈突出地表，使此區質量較大，由理論計算擺錘應受引力吸引而有一偏角。 但實際測量卻如 b 所示，表示山的質量影響不如預期。(本圖所畫之偏角不代表實際角度)

28 鐘擺的時間變化(一) 小 大 扁平橢圓體 現象： 法國科學家發現：相同擺長的鐘擺，於低緯度的南美蓋亞那比巴黎的鐘擺每天＿＿兩分半鐘。
　　地球赤道的重力比其他地區＿＿ 。 　 　　地球赤道的半徑比其他地區＿＿ 。 　　地球為＿＿＿＿＿＿＿＿ 。 慢 小 大 扁平橢圓體

29 地殼均衡理論 VS 浮力原理(一) 將數塊密度相同但厚度不同的浮體放入水中，會發現厚度愈大者在水面上浮露的部分愈多，沉入水面以下的部分也愈厚。 《教材內容》 地殼均衡理論類似浮力原理，若將數塊密度相同但厚度不同的浮體放入水中，會發現厚度愈大者在水面上浮露的部分愈多，沉入水面以下的部分也愈厚，就像冰山浮在海水之上。根據此原理可解釋厚度不同的大陸地殼浮在地函之上的情形︰大陸地殼均由相似的地殼物質構成，密度相差不大，地殼愈厚的部分如高山和高原，其埋在下面的山根愈深。

30 論點 較受一般學者 所接受 ‧認為各地塊是浮在密度較大的物質上。 ‧地塊重量與底下的物質達浮力平衡。
【地殼均衡說】 ‧認為各地塊是浮在密度較大的物質上。 ‧地塊重量與底下的物質達浮力平衡。 ‧地表高低起伏的原因則分成以下兩種論點： 提出 普拉特 艾里 內容 1.所有地塊浮在同一深度的地層上。 2.各地塊密度不同，山愈高，密度愈小。 1.所有地塊浮在不同深度的地層上。 2.各地塊密度相同，山愈高，山根愈深。 補充：山根為高山地區地塊深入地函的部分。 較受一般學者 所接受

31 確立 地殼 岩石性質 平均厚度(km) 平均密度(g/cm3) 地殼均衡：岩石圈在軟流圈上達到浮力平衡。 大陸 花崗岩質 35~40 2.7
海洋 玄武岩質 7 3.0 地殼均衡：岩石圈在軟流圈上達到浮力平衡。 你注意到了嗎？ 　　不論是普拉特或是艾里的論點，都是將地殼視為「浮在」地函之上，就現代板塊理論而言，地殼均衡的想法應該改成岩石圈（板塊）「浮在」軟流圈之上較為合理。 地殼 地函 地殼分為： 大陸地殼—平均約35~40公里厚，由花岡岩質組成，平均密度約2.7g/cm3。 海洋地殼—平均約7公里厚，由玄武岩質組成，平均密度約3.0g/cm3。 依照現代對於地殼結構與組成的瞭解，地殼均衡應該是岩石圈（由地殼及最上層地函組成）在軟流圈上達到浮力平衡。 岩石圈 軟流圈

32 實證之1 【冰川與地殼均衡】 冰期時 冰融後 目前可以在許多地方找到地殼均衡的證據，如1萬年前曾被厚重冰層覆蓋的北歐及北美等地。
第一張上圖：冰期時，冰體的重量使岩石圈下沉，間接影響地函物質的外流。 第一張下圖：冰期結束，冰體融化，負重消失，地函物質回流，並抬升岩石圈，以達到大地均衡的狀態。 第二張圖：實例─位於北歐的斯堪地那維亞半島，因冰原融化所引起的地殼反彈，其隆起速率每百年可達100~900公釐(0.1~0.9公尺)。

33 實證之2 變地質分布的作用，也會對地殼的平衡造成影響。 根據地殼均衡理論，地表的侵蝕、沉積等改 【沉積物與地殼均衡】
　　根據地殼均衡理論，地表的侵蝕、沉積等改 變地質分布的作用，也會對地殼的平衡造成影響。 【沉積物與地殼均衡】 圖(A)：造山運動發生時，山的重量會使岩石圈沉陷。 圖(B)：侵蝕與搬運使大陸地殼重量減少，使地殼抬升。 圖(C)：海洋地殼上沉積物聚集，其增加的重量使海洋地殼沉陷。

34 名詞解釋: 逆行：當行星相對恆星由東向西移動時，即稱為逆行。 地心說：主張地球是宇宙中心且靜止不動，又稱為天動說。
日心說：主張地球繞太陽運轉，又稱為地動說。 太陽星雲說：主張早期構成太陽系的星雲因重力而塌縮，星雲中的氣體、塵 埃在塌縮過程中移動、碰撞形成旋轉的盤狀物；中心溫度逐漸提高形 成太陽，而行星也在繞行太陽旋轉的物質於碰撞過程中聚結形成。 地球橢球體面：假設地球側向是均勻的橢圓球體，依地球自轉離 心作用和重力平衡的條件，計算得到之地球表面。 大地水準面：將與海水面相同重力的高度面稱之。 地殼均衡說：地殼的各個地塊與地塊底下的物質達靜力平衡 大陸漂移說：主張各大陸在2億多年前曾經聯結形成一個盤古大 陸，後來因為大陸漂移而分開成今日所見到的地表各大陸。 海底擴張學說：主張地函內的岩漿因對流作用，沿中洋脊裂谷上 升到海底，中洋脊頂部造成新的海洋地殼，迫使在裂谷兩 側較老的海洋地殼遠離，由中洋脊向左右不 斷推移擴張。 板塊構造學說：主張地球表面的岩石圈裂開成為若干個地塊，稱 為板塊。板塊在軟流圈之上移動，彼此間發生分離、聚合、錯動等相對運動，而形成海底擴張、造山運動、火山、地震等現象。

35 地球的一些物理參數 極半徑 （b）：6357 公里 赤道半徑 （a）：6378公里 扁平率 （a－b）/a ：1/298
繞極圓周：40075公里 密度：5.5 公克/立方公分 質量：6.0×1024公斤 《教材內容》 表1-1地球的一些物理參數 極半徑 （b）：6357 公里 赤道半徑 （a）：6378公里 扁平率 （a-b）/a ：1/298 繞極圓周：40075公里 密度：5.5 公克/立方公分 質量：6.0x1024公斤

36 大地水準面與參考橢球體的差異(二) 喜馬拉雅山山體的引力，使得測量儀器鉛錘線的重錘被吸往山的方向，而發生偏移，造成鉛錘線不指向地心，
而且愈靠近喜馬拉雅山，偏移愈大。

37 地殻均衡假說 你贊同哪一個人的假說？ 起因：喜馬拉雅山重力測量值低於理論計算值。 普拉特（J. H. Pratt） 的想法
高山地區的岩石平均密度比地殻平均密度低，而深海地區的岩石平均密度比地殻平均密度高 艾里（G. B.Airy） 的想法 地殻的密度均勻 《教材內容》 1. 十九世紀中葉，普拉特（J. H. Pratt）與艾里（G. B.Airy）兩人為了解釋在印度北部測量時所發現「喜馬拉雅山重力值低於理論計算值」的現象，分別提出地形由地球內部構造補償的假說，稱之為地殻均衡。 2.普拉特認為在某一個深度以上的地球物質（岩石），其密度與整個岩石柱的高度（從該深度算起）成反比；根據這個說法，則高山地區的岩石平均密度比地殻平均密度低，而深海地區的岩石平均密度比地殻平均密度高。 3.艾里則認為地殻的密度均勻，但比地球深部物質的密度低，而地殼厚度則隨地形高低變化，地形高的地方地殻較厚，低處地殻較薄。換句話說，高山有較深的山根作為補償。 4.不論普拉特或艾里的說法，均符合地殻均衡的概念，也就是說在某一個固定深度以上，相同底面積的岩石柱，均具有相等的質量；而這個固定深度即稱為補償深度。普拉特的假說中，補償深度固定在同一深度，而艾里的假說中，補償深度則高低不同。根據地震波速的變化發現有莫荷面的存在，而且莫荷面的深度隨地形起伏而改變，地球科學家傾向於接受艾里的地殼均衡學說。 你贊同哪一個人的假說？

38 地殼均衡與補償深度(一) 普拉特假說

39 地殼均衡與補償深度(二) 艾里假說

40 地殼均衡的例子(一) 地表侵蝕作用及沉積作用會改變地殼的厚度，為使地殼漂浮在地函之上的狀態維持平衡，地殼的均衡作用會持續不斷的進行。

41 地殼均衡的例子(二) 另一個明顯的例證是冰原的消長引發的地殼運動。冰期時，隨著冰層加厚，在其覆蓋下的岩石圈層往下沉；冰原消退時，隨著冰層重量漸除，岩石圈層往上抬升。北歐及北美地區在一萬多年前上次冰期時為冰原所覆蓋，而目前這些地區大部分覆冰己融化，以每百年約 0.1至1公尺的速度抬升。

42 冰川的消退與成長(一) 冰期時冰原的重量使岩石圈下陷，也導致地函物質的流動。

43 冰川的消退與成長(二) 待冰期結束後，冰原融化，負載消失，地函物質流動亦受影響，促使岩石圈得以緩慢上升，最終達到平衡狀態。