宇宙學簡介 2012.10.09 地球科學旗艦計畫 教師:山馥嫻

創意科學課程大綱 10/09 宇宙學簡介 10/30 氣象學簡介 11/20 地球科學與生態環境的關係

宇宙介紹

宇宙的結構 星系群＞星系＞星團

歐特雲 柯伊柏帶 太陽系

不同風貌的太陽 太陽表面的電漿活動 太陽風與地球磁場 太陽的紫外線照片 太陽的X光照片 光球與黑子 這組圖片原檔案與說明，可至NASA網站下載。http://solarsystem.nasa.gov/multimedia/download-detail.cfm?DL_ID=262 太陽的紫外線照片 太陽的X光照片 光球與黑子 5

八大行星與冥王星 請學生比較地球與木星大紅斑的大小，察覺各個行星體積大小的差異。 按實際大小比例尺 6

太陽系八大行星圖 穀神星 冥王星 鬩神星 類地行星 類木行星 矮行星 類地行星 類木行星 穀神星 冥王星 鬩神星 矮行星 影像版權：The International Astronomical Union/Martin Kornmesser

行星分類 共同特徵： 公轉為逆時針方向，軌道面接近黃道面。 自轉方向大多為逆時針，金星、天王星例外。 水星、金星、地球、火星 距太陽 密度 質量 組成 行星環 衛星數 類地行星 近 大 小 金屬 岩石 無 無或少 類木行星 遠 氫 氦 有 多 木星、土星、天王星、海王星

太陽

太陽是一團高溫氣體，直徑約140萬公里，約是地球的110倍，主要組成元素為氫和氦。 太陽中心區域進行核融合反應，在此過程中，氫融合形成氦，以輻射與對流方式將能量向外傳遞。

太陽黑子 黑子是光球上磁場較強的區域，溫度比周圍低，顏色較暗，會隨著太陽自轉而數量改變。

藉由黑子，發現太陽赤道附近自轉一圈約需25天，中緯度約需27天，緯度愈低，自轉速度愈快。 將不同時間個別黑子出現的緯度標示出來，形成蒙德蝴蝶圖。

由人造衛星的X射線影像可看出太陽表面黑子活動逐漸增強。

太陽與地球的相對關係

地球自轉 自古便以太陽作為天的依據，有的古文明是以兩次日出間的間隔為一天，有的則是以太陽連續兩次通過天空中最高點的時間間隔為一天 。

地球的公轉 23.5° 23.5° 23.5° 23.5° 地球軌道為橢圓形，地球於一月運行至近日點，七月時運行至遠日點。 秋分 9/22 or 23 陽光直射赤道 23.5° 地球公轉軌道 23.5° 23.5° 冬至 12/21 or 22 陽光直射南回歸線 夏至 6/21 or 22 陽光直射北回歸線 23.5° 春分 3/20 or 21 陽光直射赤道 地球軌道為橢圓形，地球於一月運行至近日點，七月時運行至遠日點。 黃道與赤道夾角 23.5°，每日陽光直射緯度不同。

夏至日（6/21 或 22） 陽光直射北回歸線 對北回歸線地區而言 正午陽光位於天頂 晝長夜短 北半球為夏季半球

冬至日（12/21 或 22） 陽光直射南回歸線 對北回歸線地區而言 正午陽光位天頂南方 晝短夜長 北半球為冬季半球

北半球不同緯度的太陽視運動

天球與四季 1.赤道延伸與天球的交線稱天球赤道，太陽在天球上的運行軌跡稱為黃道，兩者夾23.5°。 2.黃道與天球赤道有兩個交點，分別是春分點與秋分點。 3.約為3月21日，太陽直射地球赤道，因此太陽在天球上的位置通過天球赤道，在春分點。 4.約為6月21日直射北回歸線，太陽的位置抵達天球赤道北方23.5°的夏至點。 5.約9月21日再次直射赤道，太陽的位置在秋分點。 6.冬至時直射南回歸線，太陽的位置則在天球赤道南方23.5°的冬至點。 21

得天獨厚的地球 與太陽距離適中的位置，早期火山爆發產生大量水氣和二氧化碳，水氣凝結成海洋，使二氧化碳溶於水，不致有嚴重的溫室效應。 液態水孕育了生命，海中植物產生氧氣，形成足量的臭氧層以阻隔太陽紫外線。 地表溫度也使水可以三態共存於自然界，藉由水循環調節溫度與氣候。

曆法的起源 從前現代的人們想要知道時間，只要看看時鐘或手錶，十分便利；若想要知道日期，翻翻日曆或打開電腦也可獲得答案。 但是在沒有鐘錶的古代，要怎麼知道時間和日期？而所謂的時間和日期又是怎麼決定的呢？ 第一章 地球古今談 1-1 地球的起源與看法演變 1-2 地球的形狀與大小 1-3 地殼均衡理論 1-4 曆法與日月地相對運動 1-5 晝夜長度與季節變化

古埃及與天狼星 古埃及土地貧瘠，但藉著尼羅河一年一度的氾濫，可為當地帶來肥沃的養分而得以耕種。 如果在即將日出前看到天狼星由東方地平面升起，不久之後尼羅河的水位便會開始上漲。 在埃及曆中，將清晨能看到天狼星與太陽幾乎同時從地平線升起的這一天， 定義為一年的開始。

計時的方法與工具 早期人們藉由影子在一年中的改變情形，配合氣候變化，將一年分為24個節氣，成為當時生活與農耕的重要參考，而這樣的器具就是圭表及日晷。 不同季節時，太陽直射地表上的不同區域，因此圭表與日晷需隨著緯度而校正。 使用原理： 依據太陽光下竿影的位置和高低的不同，推算太陽位置具有週期性變化，藉此推測時間

二十四節氣 二十四節氣示意圖，以春分為起點 （0度），每 15 度置一節氣，共 24 個節與氣。

二十四節氣 古人立竿計時、比較晝夜長短：古人立竿計時及比較晝夜長短，發現每日正午竿影長度及晝夜長度變化呈規律變化，於是訂出春分、秋分、冬至、夏至四大節氣，再細分24節氣 節氣 　 　、 　 與　 、 定義 正午竿影 最短的那天 最長的那天 一年中有兩天 晝夜等長 夏至 冬至 春分 秋分 本節選單 28

計時的方法與工具 古代中國及歐洲計時工具介紹： ：歐洲古建築上的日晷﹐如現代的時鐘﹐利用日影的位置判斷時間 圭表 中國 日晷 ：把竿垂直立起稱為表﹐而測量影長使用的尺則為圭。將石柱直立﹐利用其影子的變化來判斷時辰﹐為計時工具 日晷 歐洲 本節選單 29

計時的方法與工具 位於中國紫金山天文臺的圭表 把竿垂直立起，稱為表；而量測影長時使用的尺，則是圭 (wiki) 30

(2)由盤面數字分布判斷，此日晷可能設置為下列何地？(A)歐洲 法國 (B)南美洲 智利 (C)澳洲 (D)非洲 南非 講義2-2頁 31

小組實驗 (一)觀測及描繪太陽黑子 第一章 地球古今談 1-1 地球的起源與看法演變 1-2 地球的形狀與大小 1-3 地殼均衡理論 1-4 曆法與日月地相對運動 1-5 晝夜長度與季節變化

1.在白紙上畫一個圓，標出東西方向，然後將紙夾在硬質的紀錄板上。 2.將紙板中央按鏡筒口徑大小挖一個洞。將紙板蓋在鏡筒上，留一個鏡筒由挖開的洞透光。紙板會遮住透光鏡筒周圍的光線，造成陰影，使太陽投影的觀察較為容易。 3. 將望遠鏡固定在三腳架上。 4.把雙筒望遠鏡筒直直地朝向太陽。注意望遠鏡背後的地面，如果有明亮的區域投影到地上時，就差不多了。或觀察紙板的投影，當紙板影子愈小時，代表望遠鏡筒和太陽愈接近一直線。

5. 將紀錄板放在望遠鏡後約50公分，垂直鏡筒延長線處，讓明亮區投射在白紙上。調整望遠鏡焦距，盡量使影像清晰。如果投影在白紙上的不是完整的圓，請調整望遠鏡的方向，至出現一個完整圓形的太陽影像為止。 6.將紙上圓的東西方向線調整成平行太陽移動的方向。 7.隔幾分鐘太陽會跑出視野外，需要常常調整望遠鏡，將太陽影像移回視野中。 8.將所看到的黑子描繪下來，尤其是靠近盤面中央的大型黑子要特別記錄。 9.在紀錄紙上註明觀察時間及日期。 10.過一兩天後，再重覆步驟1～9，觀察同一黑子的位置是否有變化，並將其描繪在同一張紀錄紙上。

雙筒望遠鏡 天文望遠鏡 肉眼 倍率 較大 最大 較小 解析度 較佳 最佳 較差 星體亮度 較亮 最亮 較暗 視野 最小

小組實驗 (一) 日晷的觀測 第一章 地球古今談 1-1 地球的起源與看法演變 1-2 地球的形狀與大小 1-3 地殼均衡理論 1-4 曆法與日月地相對運動 1-5 晝夜長度與季節變化

地平式日晷 晷針 晷面和 地面平行 晷面 國立清華大學

赤道式日晷 北京紫禁城 晷面 晷針 晷面和 赤道平行 晷面

http://science. edu. tw/ListTContent. ShowItemListState. do http://science.edu.tw/ListTContent.ShowItemListState.do?SelectedContent=C0006007005

水平式日晷 http://science.edu.tw/ListTContent.ShowItemListState.do?SelectedContent=C0006007005

水平式日晷

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