奇石地質(zhì)講壇|第一講：地球在宇宙中的位置

奇石地質(zhì)講壇

地球只是太陽(yáng)系中一顆普通而特殊的行星，具有典型圈層構(gòu)造（外部圈層、內(nèi)部圈層），其中地球最外部圈層是大氣圈，而地殼則是固體地球最外部的層圈。礦產(chǎn)是人類賴以生存和發(fā)展的重要資源，它賦存于地殼之中。地質(zhì)作用是塑造地殼面貌的自然作用。地殼中各種礦產(chǎn)資源的形成都與地球表面以及地球內(nèi)部的地質(zhì)作用有關(guān)。地質(zhì)作用的能量既有來(lái)自地球內(nèi)部的能量（內(nèi)動(dòng)力地質(zhì)作用），也有來(lái)自地球外部的太陽(yáng)能及宇宙能（外動(dòng)力地質(zhì)作用）。

第一講 地球在宇宙中的位置

德國(guó)哲學(xué)家黑格爾（圖1）曾經(jīng)說(shuō)：一個(gè)民族只是關(guān)心腳下的事情，那是沒(méi)有未來(lái)的；一個(gè)民族有一些關(guān)注天空的人，他們才有希望。

圖1 黑格爾(Hegel)“人非其所是，是其所非”的人生觀

宇宙是由空間、時(shí)間、物質(zhì)和能量，所構(gòu)成的統(tǒng)一體。地球處于廣袤無(wú)垠的宇宙之中，是太陽(yáng)系的一個(gè)行星，而太陽(yáng)又是銀河系中的一顆普通恒星，宇宙則是由許許多多像銀河系甚至更龐大的星系團(tuán)所組成。因此，要正確認(rèn)識(shí)地球應(yīng)首先了解宇宙中的天體。宇宙間物質(zhì)的存在形式包括自然天體（恒星、行星、衛(wèi)星、星云、流星、彗星、星際物質(zhì)（氣體和塵埃））和人造天體（太空中運(yùn)行的人造衛(wèi)星、宇宙飛船、航天飛機(jī)等）。

宇宙中的天體

宇宙是指我們周圍的物質(zhì)世界?！段淖印ぷ匀弧分袑懙溃骸巴艁?lái)今謂之宙，四方上下謂之宇。”《尸子》提出：“上下四方曰宇，往古來(lái)今曰宙?！坝睢笔菬o(wú)限空間的概念，“宙”是無(wú)限時(shí)間的概念，所以，“宇宙”是萬(wàn)物的總稱，一切空間和時(shí)間的綜合（統(tǒng)一體）。一般理解的宇宙是指所存在的一個(gè)時(shí)空連續(xù)系統(tǒng)，包括其間的所有物質(zhì)、能量和事件。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)范圍不斷擴(kuò)大，目前我們所觀測(cè)到的宇宙范圍稱為總星系（圖2），半徑約100億光年，年齡為150億年量級(jí)?？傂窍祪?nèi)的星體并不是均勻分布的，一群一群的恒星組成旋渦狀、橢圓狀、透鏡狀以及其他不規(guī)則形狀，稱為星系。關(guān)于總星系的形成有兩種觀點(diǎn)，一是，200億年以前在一次大爆炸中形成的。這種大爆炸宇宙學(xué)解釋了不少觀測(cè)事實(shí)（元素的豐度、微波背景輻射、紅移等）；二是，由更大的系統(tǒng)坍縮后形成的，但并不能解釋微波背景輻射。

總星系中約有十億個(gè)星系，星系大小不一，小的由幾萬(wàn)個(gè)恒星組成，大的則由上千億個(gè)恒星組成。星系與星系之間平均距離約為1.6億光年。

太陽(yáng)所在的星系叫銀河系，銀河系以外的星系叫河外星系。

圖2 總星系與其他星系從屬關(guān)系示意圖

銀河系

銀河系呈扁球體，具有巨大的盤面結(jié)構(gòu)，中央是較大質(zhì)量的黑洞。由明亮密集的核心、兩條主要的旋臂和兩條未形成的旋臂組成。中央?yún)^(qū)域多數(shù)為老年恒星（以白矮星為主），外圍區(qū)域多數(shù)為新生和年輕的恒星。太陽(yáng)位于銀河一個(gè)支臂獵戶臂上，至銀河中心的距離大約是2.6萬(wàn)光年。

從地球看銀河系呈環(huán)繞天空的銀白色的環(huán)帶，包括1000~4000億顆恒星和大量的星團(tuán)、星云以及各種類型的星際氣體和星際塵埃，通過(guò)緩慢的吞噬周邊的矮星系使自身不斷壯大。2015年3月，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)銀河系體積比之前認(rèn)為的要大50%；2019年3月，科學(xué)家估算出銀河系質(zhì)量約為1.5萬(wàn)億太陽(yáng)質(zhì)量。

天體相互吸引、相互繞轉(zhuǎn)形成天體系統(tǒng)。天體系統(tǒng)的包容關(guān)系、層次感非常清楚、明了（圖3）。

圖3 天體系統(tǒng)層次關(guān)系

太陽(yáng)系

太陽(yáng)系是銀河系中由中心天體太陽(yáng)及受其引力控制并環(huán)繞它運(yùn)行的八顆行星（水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星）（圖4）（早年的九大行星中冥王星已于2006年8月24日，經(jīng)布拉格會(huì)議討論開(kāi)除，正式降格為矮行星。）和衛(wèi)星（大于165顆，如月球）、小行星、彗星、流星體和行星際塵埃物質(zhì)所組成的天體系統(tǒng)（恒星系統(tǒng)）。廣義上，太陽(yáng)系的領(lǐng)域包括太陽(yáng)、4顆像地球的內(nèi)地行星、由許多小巖石組成的小行星帶、4顆充滿氣體的巨大類木行星、充滿冰凍小巖石、被稱為柯伊伯帶的第二個(gè)小天體區(qū)。在柯伊伯帶之外還有黃道離散盤面、太陽(yáng)圈和依然屬于假設(shè)的奧爾特云。

圖4 八大行星