奇石地质讲坛|第一讲：地球在宇宙中的位置

奇石地质讲坛

地球只是太阳系中一颗普通而特殊的行星，具有典型圈层构造（外部圈层、内部圈层），其中地球最外部圈层是大气圈，而地壳则是固体地球最外部的层圈。矿产是人类赖以生存和发展的重要资源，它赋存于地壳之中。地质作用是塑造地壳面貌的自然作用。地壳中各种矿产资源的形成都与地球表面以及地球内部的地质作用有关。地质作用的能量既有来自地球内部的能量（内动力地质作用），也有来自地球外部的太阳能及宇宙能（外动力地质作用）。

第一讲 地球在宇宙中的位置

德国哲学家黑格尔（图1）曾经说：一个民族只是关心脚下的事情，那是没有未来的；一个民族有一些关注天空的人，他们才有希望。

图1 黑格尔(Hegel)“人非其所是，是其所非”的人生观

宇宙是由空间、时间、物质和能量，所构成的统一体。地球处于广袤无垠的宇宙之中，是太阳系的一个行星，而太阳又是银河系中的一颗普通恒星，宇宙则是由许许多多像银河系甚至更庞大的星系团所组成。因此，要正确认识地球应首先了解宇宙中的天体。宇宙间物质的存在形式包括自然天体（恒星、行星、卫星、星云、流星、彗星、星际物质（气体和尘埃））和人造天体（太空中运行的人造卫星、宇宙飞船、航天飞机等）。

宇宙中的天体

宇宙是指我们周围的物质世界。《文子·自然》中写道：“往古来今谓之宙，四方上下谓之宇。”《尸子》提出：“上下四方曰宇，往古来今曰宙。“宇”是无限空间的概念，“宙”是无限时间的概念，所以，“宇宙”是万物的总称，一切空间和时间的综合（统一体）。一般理解的宇宙是指所存在的一个时空连续系统，包括其间的所有物质、能量和事件。

随着科学技术的发展，人类对宇宙的认识范围不断扩大，目前我们所观测到的宇宙范围称为总星系（图2），半径约100亿光年，年龄为150亿年量级。总星系内的星体并不是均匀分布的，一群一群的恒星组成旋涡状、椭圆状、透镜状以及其他不规则形状，称为星系。关于总星系的形成有两种观点，一是，200亿年以前在一次大爆炸中形成的。这种大爆炸宇宙学解释了不少观测事实（元素的丰度、微波背景辐射、红移等）；二是，由更大的系统坍缩后形成的，但并不能解释微波背景辐射。

总星系中约有十亿个星系，星系大小不一，小的由几万个恒星组成，大的则由上千亿个恒星组成。星系与星系之间平均距离约为1.6亿光年。

太阳所在的星系叫银河系，银河系以外的星系叫河外星系。

图2 总星系与其他星系从属关系示意图

银河系

银河系呈扁球体，具有巨大的盘面结构，中央是较大质量的黑洞。由明亮密集的核心、两条主要的旋臂和两条未形成的旋臂组成。中央区域多数为老年恒星（以白矮星为主），外围区域多数为新生和年轻的恒星。太阳位于银河一个支臂猎户臂上，至银河中心的距离大约是2.6万光年。

从地球看银河系呈环绕天空的银白色的环带，包括1000~4000亿颗恒星和大量的星团、星云以及各种类型的星际气体和星际尘埃，通过缓慢的吞噬周边的矮星系使自身不断壮大。2015年3月，科学家发现银河系体积比之前认为的要大50%；2019年3月，科学家估算出银河系质量约为1.5万亿太阳质量。

天体相互吸引、相互绕转形成天体系统。天体系统的包容关系、层次感非常清楚、明了（图3）。

图3 天体系统层次关系

太阳系

太阳系是银河系中由中心天体太阳及受其引力控制并环绕它运行的八颗行星（水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星）（图4）（早年的九大行星中冥王星已于2006年8月24日，经布拉格会议讨论开除，正式降格为矮行星。）和卫星（大于165颗，如月球）、小行星、彗星、流星体和行星际尘埃物质所组成的天体系统（恒星系统）。广义上，太阳系的领域包括太阳、4颗像地球的内地行星、由许多小岩石组成的小行星带、4颗充满气体的巨大类木行星、充满冰冻小岩石、被称为柯伊伯带的第二个小天体区。在柯伊伯带之外还有黄道离散盘面、太阳圈和依然属于假设的奥尔特云。

图4 八大行星