【自然地理1】认识地球

自然地理学的第一课是认识我们所生活的星球——地球。这不仅仅是我们每日生活的地方，它还承载了人类的过去、现在和未来。所以，学习自然地理学，首先要从了解地球开始。

文章目录

地球的基本认知

我们对地球的了解经历了一个漫长的过程，从最初的感性认知到理性分析。主要有三个方面：地球在宇宙中的位置、地球的形状和地球的大小。今天我们就来详细讨论一下这些内容。

地球在宇宙中的位置

首先，谈到地球的位置，我们要从宇宙的概念说起。宇宙是一个大约在137.99 ± 0.21亿年前的“大爆炸”中形成的巨大空间，广阔到我们需要用光年来度量天体之间的距离。光年，简单来说，就是光在一年中传播的距离，约为九万四千六百零五亿千米。

图1 根据大爆炸理论，宇宙是由一个极紧密、极炽热的奇点膨胀到现在的状态。

图2 大爆炸后的时间与空间

Planck Collaboration et al. Planck 2015 results. XIII. Cosmological parameters. Astronomy and Astrophysics 594, A13 (2016).

大爆炸 - 维基百科，自由的百科全书 (wikipedia.org)

物理所电子期刊 (iphy.ac.cn)

宇宙中有许多天体，根据它们的特征可以分为恒星、行星、卫星、流星、彗星等。我们的地球，正是这些无数天体中的一颗行星。

图3 World in the Universe of All Celestial Bodies (47) by HispaniolaNewGuinea on DeviantArt

地心说与日心说

古代人类由于感知不到地球的运动，只能看到太阳、月亮和星星在“绕着”地球运动，因此认为地球是宇宙的中心，这就是“地心说”。这一观点由米利都学派提出，并由亚里士多德和托勒密等人进一步发展。

图4 地心说示意图（Geocentric Model | How Far Away Is It Wiki | Fandom ）

然而，随着人类认知的进步，1543年，哥白尼发表了《天体运行论》，提出了与地心说对立的“日心说”，认为太阳才是宇宙的中心。这一观点解放了天文学，也彻底改变了人类对宇宙的理解。

在这里插入图片描述

图5 Copernicus’s revolutionary ideas reorganized the heavens

How Copernicus put the sun at the center of the cosmos (nationalgeographic.com)

现代的宇宙观

如今，我们知道宇宙中并没有真正的中心，地球是太阳系中的一颗普通行星，而太阳系也只是银河系中的一小部分。太阳系包含八大行星、67颗卫星、至少50万个小行星，还有一些彗星等天体。

图6 Infographics - Solar System Planets, Their Moons and Properties

这八大行星分别是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星。它们可以分为两类：类地行星和类木行星。

类地行星（Terrestrial planets）体积小、密度大、自转速度慢、卫星数量少。
类木行星（Jovian planets）体积大、密度小、自转速度快、卫星数量多。

图7 类地 vs. 类木（Planetary Science (astronomynotes.com) ）

行星的条件

要成为太阳系的行星，需要满足三个条件：

能清除轨道附近的其他天体，成为该区域最大的天体。
具有足够大的质量，使其形状接近球形。
不能发生核聚变反应。

2006年国际天文学联合会的会议上，冥王星被降级，因为它在轨道上无法清除其他更大的天体，因此不再被视为行星。

图8 冥王星（Dwarf Planet Pluto | Facts, Images, Surface | GO ASTRONOMY (go-astronomy.com)）

矮行星、小行星和彗星

除了八大行星，太阳系中还有矮行星、小行星和彗星等。彗星和小行星在太阳的引力作用下绕太阳运动，而卫星则是围绕行星和矮行星运动的天体。

矮行星（dwarf planet）

矮行星指行星系中不完全符合行星定义但也不是卫星的行星质量天体。太阳系中的矮行星直接环绕着太阳公转，其自身的质量和重力足以达成流体静力平衡的球体形状，但其质量不足以像九颗标准行星一般能独占轨道。

图9 8颗（最有可能的候选）矮行星与其发现年份

矮行星 - 维基百科，自由的百科全书 (wikipedia.org)

彗星（Comet）

彗星是在万有引力作用下绕太阳运动的一类质量很小的天体。彗星大多由彗核，彗发，彗云和彗尾组成。

小行星（Asteroid）

小行星（希腊语：Αστεροειδής，英语：Asteroid）为微型行星的一种。以太阳系而言，小行星属于太阳系小天体（SSSB），和行星一样环绕太阳运动，但体积和质量比行星小得多。广义的小行星大小介于流星体和矮行星之间，直径可从数米至1,000公里不等，包括在这个尺寸下太阳系里非彗星的所有小天体。但大部分的小行星都分布于内太阳系，加上外太阳系小天体（如半人马群和海王星外天体）的物理特性和内太阳系小天体有所差异，因此“小行星”一词更常被用于专指内太阳系非彗星的小天体。

小行星 - 维基百科，自由的百科全书 (wikipedia.org)

月球：地球的唯一卫星

卫星本指围绕行星和矮行星公转的天体，近30年也用以称呼围绕行星和卫星（如月球）运动的人造天体。太阳系除水星和金星外，其它行星都有卫星，土星的卫星最多。

月球是地球唯一的卫星，对地球环境有着重要的影响，特别是潮汐现象。月球没有大气层，也没有水，因此无法支持生命，但它的存在对地球的自然现象有着深远的影响。

月球外部没有大气层，造成三种直接后果：

月空永远黑暗，没有风云雷雨等天气现象；
月面温度变幅巨大；
在缺乏大气层保护的情况下月面经常遭受陨石撞击。

潮汐是地球上的海洋表面受到太阳和月球的万有引力（潮汐力）作用引起的涨落现象。

潮汐 - 维基百科，自由的百科全书 (wikipedia.org)

地球的形状

人类对地球形状的认识经历了一个漫长的过程。最初，许多古文明认为地球是平的，比如中国古代的“天圆地方”说。然而，随着科学技术的发展，地球是球形的观点逐渐形成。

图10 天坛圆地坛方

趣说北京 | 古代祭祀场所有讲究，天地日月可不能拜错了 _光明网 (gmw.cn)

地球的形状：从球体到椭球体

毕达哥拉斯在公前500年左右提出了地球是圆形的想法，后来亚里士多德通过观察月食推断地球是球形。随着科学技术的进步，人们进一步认识到地球并非完美的球体，而是一个赤道隆起、两极稍微扁平的椭球体。

20世纪末的精确测量显示，地球的形状其实略呈梨形，但这一差异微不足道，通常我们仍将地球视为一个球体。

图11 地球

地球的形状及其地理意义

通常所说的地球形状就是大地水准面的形状。

大地水准面是指一种以平均海平面表示的平滑封闭曲面。是在地球重力场中，与处于自由静止状态的平均海水面相重合或最为接近的重力等位面。

图12 EGM96模型给出的全球大地水准面高分布图，红、蓝两色分别表示高于和低于椭球面

大地水准面 - 维基百科，自由的百科全书 (wikipedia.org)

地理意义：

（1）日地平均距离为14 960×104 km，这样，就可以将投射到地面的太阳光线视为平行光线。当平行光线射到地球表面时，不同纬度地区的正午太阳高度角将各不相同。

太阳高度角是指对地球上的某个地点太阳光入射方向和地平面的夹角。

太阳高度角_百度百科 (baidu.com)

（2）太阳辐射使地表增暖的程度不同，造成地球上热量的带状分布和与地表热状况相关的自然现象的地带性分布

图13 太阳高度随着地方时和太阳直射纬度的变化而变化。

地理知识 | 太阳高度角与正午太阳高度角区别_纬度 (sohu.com)

地球的大小

对地球大小的认识也经历了一个漫长的过程。埃拉托色尼在两千多年前精确测量了地球的周长，这个测量结果与现代测量数据非常接近。

(PDF) 埃拉托色尼测量地球周长的实验 (Eratosthene’s Experiment to Measure the Circumference of the Earth) (researchgate.net)

如今，我们已经能够非常准确地测量地球的大小。地球赤道的半径约为6378千米，极半径约为6356千米，总面积约为5.1亿平方千米，总质量约为5.98×10^27克。

地球的巨大质量使得它能够吸附周围的大气，形成我们赖以生存的大气圈。没有这个大气圈，地球将无法形成海洋、河流，也不可能有生命存在。

总结

今天我们讨论了地球在宇宙中的位置、地球的形状和地球的大小。我们从古代的地心说、日心说，发展到现代的宇宙无中心论；从地球形状的球形认知，逐步认识到地球其实是一个椭球体；我们还了解了地球的巨大质量对于大气层的重要作用。

希望这篇文章能帮助大家更好地理解我们的星球——地球。谢谢大家！

致谢

感谢西北大学的李书恒教授的自然地理学课程，通俗易懂深入浅出！

感谢up主“农夫CC”的搬运，好人！

感谢up主“晴风Aries”的提取b站字幕的教程，简洁明了，膜拜大神！

感谢本文所有引用图片的作者，你们制作的优美清晰的图片，是“一图胜千言”的最好诠释！

李书恒-西北大学城市与环境学院 (nwu.edu.cn)

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今天的文章【自然地理1】认识地球分享到此就结束了，感谢您的阅读。