“宇宙中的地球”值得注意的幾個概念

金子興

（浙江省衢州第二中學, 浙江 衢州 324000）

“宇宙中的地球”值得注意的幾個概念

金子興

（浙江省衢州第二中學, 浙江 衢州 324000）

湘教版高中地理必修Ⅰ“宇宙中的地球”一章是高中地理教學的難點之一。該章不僅需要學生有較強的抽象思維能力和空間想象能力，而且還需要學生有一定的邏輯推理能力。本章出現有許多的概念，而概念是構建學科邏輯體系的起點，是清晰有序呈現知識的必要條件。厘清這些概念在一定程度上有助于對本節內容的學習，有利于對教材中地理原理和規律的理解。而湘教版高中地理必修Ⅰ“宇宙中的地球”部分，有些概念存在表述不清或缺少文本的現象，給教師和學生的學習與理解造成了一定困難。筆者從“星云和星系”“太陽輻射和太陽活動”“日珥、耀斑、太陽風”“磁暴”“地球公轉軌道和黃道”幾組概念的區分出發，以期給教材編寫者改版和一線教師在教學過程中對相關內容的教學處理以借鑒。

一、星云和星系

湘教版教材中指出：銀河系及河外星系主要是由恒星等比較大的天體組成的……銀河系和河外星系都是星系，所有的星系合在一起，構成了最大的天體系統，稱為總星系?？梢钥闯鲂窍抵饕怯珊阈墙M成的天體系統。而星云呢？湘教版教材中不僅指出“宇宙間的星云、恒星、行星、衛星等各種物質通稱為天體”，還認為“星云是很多由塵埃和氣體等組成的云霧狀天體”。人教版教材中也認為“星云是由氣體和塵埃組成的呈云霧狀外表的天體，主要物質是氫”?？梢钥闯?，星云是一種天體類型，而不是天體系統，是星系里一個重要的組成部分。

問題在于湘教版教材中，出現了“圖1-2類似于銀河系的仙女座大星云”并配以照片。從照片上看，好象是一個星系，但從圖名上看，卻是大星云。仙女座大星云是星系還是星云呢？其實，仙女座星系，是一個巨型旋渦星系，也是離銀河系最近的巨大星系。那為什么稱星云呢？這和人類早期觀察仙女座星系有關。最早的仙女座星系觀測紀錄可能出自波斯的天文學家阿爾蘇飛，他描述它是“小云”，星圖上的標記在那個時代也是“小云”。在那個時代，人們觀測星空的手段比較落后，是人類沒有看清楚的原因。但這種稱呼一直傳承下來。因此，筆者認為，為了消除學生困惑，一是教師在教學中要精心設計教學，通過與銀河系的比較，讓學生去判斷仙女座是星云還是星系，二是在新版的教材中，建議將圖1—2的圖名正名為“類似于銀河系的仙女座星系”。

二、太陽輻射和太陽活動

這兩個概念是學生最容易混淆的。那么這兩個概念有哪些區別與聯系呢？

太陽輻射是太陽以電磁波的形式向宇宙空間放射的能量。從概念上看，太陽輻射的本質是放射能量，能量釋放的形式為電磁波。從產生的影響上看，太陽輻射是地球大氣運動、水循環的主要能源。太陽輻射本身以及大氣運動、水循環等，也為人類提供了源源不斷的能源。

太陽活動，是指太陽釋放能量的不穩定性所導致的一些明顯現象。從概念上看，太陽活動的本質是太陽不穩定釋放能量引起的一種現象。從成因上看，是太陽不穩定釋放能量所致。從影響上看，不同的太陽活動對地球產生的影響是不同的。

因此，太陽輻射和太陽活動相比，前者是穩定的釋放能量，后者是不穩定釋放能量產生的現象。前者的能量主要集中在0.15—4微米之間，分為可見光、紅外線和紫外線三部分；而不穩定釋放能量主要集中在紫外線及波長更短的電磁波?？梢钥闯?，太陽釋放能量有兩部分，一部分是穩定的太陽輻射，另一部分是不穩定的太陽輻射，是太陽急劇釋放能量，這一部分能量，由于是急劇的釋放，因此給地球帶來更多的不利影響。

三、日珥、耀斑和太陽風

1.日珥與耀斑

日珥和耀斑都是發生在色球上的太陽活動。湘教版教材沒有對這兩個名詞進行解釋。人教版教材中指出：色球的某些區域有時會突然出現大而亮的斑塊，人們稱為耀斑，又叫做色球爆發。人教版的教材中沒有出現日珥這個概念。湘教版的教材里雖然沒有文字說明，但卻配以“圖1—9太陽外部結構示意圖”，對日珥和耀斑這兩種現象進行了標注。

什么是日珥？色球層表面跳動著鮮紅的火舌，這種火舌狀物體就叫做日珥?？梢钥闯?，兩者都是色球層上太陽能量的突然爆發。

那么兩者有什么區別呢？從概念上看，耀斑是太陽色球上的斑塊，而日珥是舌狀物體，從側視的角度可以看到形如耳朵，故稱日珥。倘若我們從正面看日珥和耀斑，那兩者都會表現為大而亮的斑點，因而很難區別是日珥或耀斑。湘教版圖1—9側視的日珥和正視的耀斑十分醒目，而人教版教材里的圖1.12太陽耀斑，以正視的形式出現，也是相當明亮。

兩者又有什么聯系呢？耀斑和日珥都是太陽熾熱的氣體爆發，規模有一個行星般大。從太陽急劇釋放能量的空間上看，日珥中的太陽氣體最終回歸太陽，而耀斑卻脫離色球層，飛往宇宙空間?？梢钥闯?，耀斑是脫離太陽的日珥。

由于太陽活動的主要標志是黑子和耀斑，因而人教版的教材側重介紹這兩者，忽略日珥。筆者認為人教版教材的做法是合理的。而湘教版教材中，只出現名詞，雖有圖示的形式出現兩者的區別，但少了連續性文本的解讀，顯示在編寫的過程中略顯粗糙。建議編寫者在新版本的教材中要么忽略日珥，要么添加概念為盼。

2.耀斑與太陽風

湘教版教材里，側重介紹了日冕層里高速的帶電粒子流脫離太陽而形成太陽風。而人教版教材里以案例的形式介紹了太陽風暴?！疤柋砻嫘滦纬傻木薮蠛谧尤汉痛笠?，噴射出的大量氣體、電磁波和帶電粒子流，會以每小時300千米以上的速度向宇宙空間噴射，形成太陽風暴”。湘教版又說，“在太陽活動高峰年，太陽風的強度相應增大，特別是在耀斑爆發時，太陽風格外強烈”。

從兩種版本教材文本看，湘教版認為太陽風發生在日冕層里，人教版認為太陽風暴則是由大耀斑形成的，而大耀斑則產生于色球層中?？梢娞栵L和太陽風暴是兩個概念。正好像地球表面，“風”與“風暴”一樣。筆者認為，太陽風誕生于日冕層里，而當光球層上的黑子增多時，其正對應的色球上空，耀斑也會突然增多，這樣太陽拋出的高能帶電粒子流也會同時增加，形成太陽風暴。也即太陽風是常有的，而太陽風暴則不常有?？梢妰煞N版本的教材對太陽拋出的高能帶電粒子流的描述，各有側重，這給一線教師的教學帶來了困難。因此在很多教師不理解的情況下，在教學中產生了照本宣科的現象，給學生對知識的理解帶來了很大的難度。

四、什么是磁暴？

人教版和湘教版兩個版本的教材對磁暴的表述完全不同。

湘教版的教材中是這樣表述的：耀斑……以射電爆發和高能粒子噴發等方式放出輻射能，這些輻射能到達地球，引起大氣電離層中強烈的電磁擾動——磁暴。

人教版的教材中卻是這樣表述的：太陽大氣拋出的高能帶電粒子流會擾亂地球磁場，使地球磁場突然出現“磁暴”現象，導致羅盤針劇烈顫動，不能正確指示方向。同時，人教版教材中，將“當太陽黑子和耀斑增多時，其發射的電磁波進入地球大氣層，會引起大氣層擾動，使地球上無線短波通信受到影響，甚至出現短暫的中斷”與“磁暴”并列。從人教版教材的編寫文本上看，兩者是并列關系。

那么什么是磁暴呢？

金祖孟先生認為“高能粒子流（速度可達每秒數百或近千km）到達地球附近時，擾亂了地球磁場，引起磁針劇烈顫動，就像地球磁場突然卷起一場風暴，稱為磁暴”[1]。

維基百科是這樣解釋的：耀斑爆發時會輻射出X射線、紫外線、可見光及高能量的質子和電子束，其中的帶電粒子（質子、電子）形成的電流沖擊地球磁場，引起電離層的變化，同時引起地球磁場的強度和方向發生急劇不規則變化，稱為磁暴。

中國科學院網絡化科學傳播平臺中的中國天文科普網里，報道了一則消息：最新太陽活動或引發地球磁暴。美國航天局2013年1月31日發表聲明稱，該局的觀測表明，美國東部時間當天2時9分（北京時間15時9分），太陽爆發了一次面向地球的日冕物質拋射。日冕物質拋射是太陽爆發的一種，這種現象發生時，太陽大氣層中會有數十億噸的物質被高速拋射到太空中，如果拋射方向正好朝向地球，一般會在地球大氣層中引發強烈磁暴，從而破壞電力系統、通信設施等。這種劇烈的太陽活動還會損壞地球同步衛星，使得太空中的宇航員暴露在強烈的輻射之下。

從報道中可以看出，中科院的觀點和維基百科基本相似。人教版教材中的觀點和金老先生的觀點一致。湘教版教材把“大氣電離層中強烈的電磁擾動”稱為磁暴，筆者認為教材編寫專家一定有科學的依據。但是人教版教材觀點和金祖孟先生的觀點一致，也應得到尊重。至少在在新版的湘教版教材里應吸收人教版的觀點，將兩種現象統一稱為“磁暴”。在教材沒有修訂之前，一線教師應該補充人教版教材中對磁暴理解的相關知識，讓學生對磁暴現象有一個系統的認識。

五、地球公轉軌道與黃道

湘教版教材中，對地球公轉軌道是這樣表述的：地球繞太陽運行叫公轉，其路徑叫公轉軌道。地球公轉軌道面叫黃道面。并認為地球的赤道面與黃道面之間的夾角，叫黃赤交角，約為23.5°的夾角。

而人教版則認為，地球繞太陽的運動，叫做地球公轉，公轉的軌跡叫做公轉軌道。地球公轉軌道平面稱為黃道平面。赤道平面與黃道平面之間存在一個交角，叫做黃赤交角。目前的黃赤交角是23°26′。教材中并以注記的形式進行了標注，其注解為“黃赤交角并不是固定的。從1984年起，天文學上用的黃赤交角的數值是23°26′21″”。

可見兩種版本的教材對地球公轉軌道的敘述，大同小異。兩種教材中也沒有介紹什么是黃道，只說“地球公轉的軌道平面稱為黃道平面”，為什么稱為黃道平面，教材也沒有作明確的介紹。什么是黃道呢？金祖孟先生認為“地球在自轉的同時，還繞太陽公轉。地球公轉的方向與其自轉方向相同，都是向東。這種運動同樣是不能被感覺到的。在地球上的觀測者看來，倒是像太陽在繞地球運動……地球公轉一周，太陽則以相同的方向（向東）和周期（1年）在眾星間巡天一周。這叫太陽周年視運動，其視行路線被叫做黃道”[2]。

黃道與地球公轉軌道不是同一概念。后者是地球在宇宙空間繞日的軌跡，而前者是地球上的觀察者看到的太陽周年視運動軌跡。但兩者都在同一個平面上?！包S道面”在教材中既然出現，卻沒有有關黃道的解釋，顯得相當突兀。教材中如果沒有明確的解釋，學生在學習的過程中，會出現概念的混淆，導致學生在學習這一部分內容時出現難上加難的現象。也許是出于版面，兩種教材都沒有對黃道作出詮釋，筆者認為不妥。只有清楚了黃道，才有黃道面，才會有后面的黃赤交角。因此，筆者認為，有關黃道的概念必須在教材里出現。在教材沒有作出修訂之前，教師也要根據實際情況，補充一個概念。

對于黃赤交角的大小。由于黃道面位置的改變，使黃赤交角有長期的變化。當前，由于黃極正在向天極靠近，黃赤交角每世紀減少47″，但這種變化是周期性，約為40000年。因此筆者認為人教版的表述符合黃赤交角的本質特征，用詞準確，其說法是合理的。而湘教版的說法，值得一線教師警惕。本教材中約為23.5°的表述，不僅存在著數值偏大的現象，并且沒有用任何詞語表示其大小是變化的，不是一個固定值。在此，建議湘教版教材編寫者，在新版教材中，需作出科學的修正為盼。

[1][2] 金祖孟原著,陳自悟修訂.地球概論[M].北京：高等教育出版社,1997.