四、地球的結(jié)構(gòu)
地球由于不同的化學(xué)成分與地震性質(zhì)被分為不同的巖層（深度：千米）：
0～40 地殼
40～ 400 Upper mantle 上地幔
400～ 650 Transition region 過渡區(qū)域
650～2700 Lower mantle 下地幔
2700～2890 D'' layer D'層
2890～5150 Outer core 外核
5150～6378 Inner core 內(nèi)核
地殼的厚度不同，海洋處較薄，大洲下較厚。內(nèi)核與地殼為實體；外核與地幔層為流體。不同的層由不連續(xù)斷面分割開，這由地震數(shù)據(jù)得到；其中最有名的要數(shù)地殼與上地幔間的莫霍面－不連續(xù)斷面。地球的大部分質(zhì)量集中在地幔，剩下的大部分在地核；我們所居住的只是整體的一個小部分（下列數(shù)值×10e24千克）:
大氣 = 0.0000051
海洋 = 0.0014
地殼 = 0.026
地幔 = 4.043
外地核 = 1.835
內(nèi)陸核 = 0.09675
地核可能大多由鐵構(gòu)成（或鎳/鐵），雖然也有可能是一些較輕的物質(zhì)。地核中心的溫度可能高達(dá)7500K，比太陽表面還熱；下地幔可能由硅，鎂，氧和一些鐵，鈣，鋁構(gòu)成；上地幔大多由olivene，pyroxene(鐵/鎂硅酸鹽)，鈣，鋁構(gòu)成。我們知道這些金屬都來自于地震；上地幔的樣本到達(dá)了地表，就像火山噴出巖漿，但地球的大部分還是難以接近的。地殼主要由石英（硅的氧化物）和類長石的其它硅酸鹽構(gòu)成。就整體看，地球的化學(xué)元素組成為：
34.6% 鐵
29.5% 氧
15.2% 硅
12.7% 鎂
2.4% 鎳
1.9% 硫
0.05% 鈦
地球是太陽系中密度最大的星體。
其它的類地行星可能也有相似的結(jié)構(gòu)與物質(zhì)組成，當(dāng)然也有一些區(qū)別：月球至少有一個小內(nèi)核；水星有一個超大內(nèi)核（相當(dāng)于它的直徑）；火星與月球的地幔要厚得多；月球與水星可能沒有由不同化學(xué)元素構(gòu)成的地殼；地球可能是唯一一顆有內(nèi)核與外核的類地行星。值得注意的是，我們的有關(guān)行星內(nèi)部構(gòu)造的理論只是適用于地球。
不像其它類地行星，地球的地殼由幾個實體板塊構(gòu)成，各自在熱地幔上漂浮。理論上稱它為板塊說。它被描繪為具有兩個過程：擴(kuò)大和縮小。擴(kuò)大發(fā)生在兩個板塊互相遠(yuǎn)離，下面涌上來的巖漿形成新地殼時?？s小發(fā)生在兩個板塊相互碰撞，其中一個的邊緣部份伸入了另一個的下面，在熾熱的地幔中受熱而被破壞。在板塊分界處有許多斷層（比如加利福尼亞的San Andreas斷層），大洲板塊間也有碰撞（如印度洋板塊與亞歐板塊）。目前有八大板塊：
北美洲板塊－北美洲，西北大西洋及格陵蘭島
南美洲板塊－南美洲及西南大西洋
南極洲板塊－南極洲及沿海
亞歐板塊－東北大西洋，歐洲及除印度外的亞洲
非洲板塊－非洲，東南大西洋及西印度洋
印度與澳洲板塊－印度，澳大利亞，新西蘭及大部分印度洋
Nazca板塊－東太平洋及毗連南美部分地區(qū)
太平洋板塊－大部分太平洋（及加利福尼亞南岸）
還有超過廿個小板塊，如阿拉伯，菲律賓板塊。地震經(jīng)常在這些板塊交界處發(fā)生。繪成圖使得更容易地看清板塊邊界。
地球的表面十分年輕。在50億年的短周期中（天文學(xué)標(biāo)準(zhǔn)），不斷重復(fù)著侵蝕與構(gòu)造的過程，地球的大部分表面被一次又一次地形成和破壞，這樣一來，除去了大部分原始的地理痕跡（比如星體撞擊產(chǎn)生的火山口）。這樣一來，地球上早期歷史都被清除了。地球至今已存在了45到46億年，但已知的最古老的石頭只有40億年，連超過30億年的石頭都屈指可數(shù)。最早的生物化石則小于39億年。沒有任何確定的記錄表明生命真正開始的時刻。71％的地球表面為水所覆蓋。地球是行星中唯一一顆能在表面存在有液態(tài)水（雖然在土衛(wèi)六的表面存在有液態(tài)乙烷與甲烷，木衛(wèi)二的地下有液態(tài)水）。我們知道，液態(tài)水是生命存在的重要條件。海洋的熱容量也是保持地球氣溫相對穩(wěn)定的重要條件。液態(tài)水也造成了地表侵蝕及大洲氣候的多樣化，目前這是在太陽系中獨(dú)一無二的過程（很早以前，火星上也許也有這種情況）。
地球的大氣由77％的氮，21％氧，微量的氬、二氧化碳和水組成。地球初步形成時，大氣中可能存在大量的二氧化碳，但是幾乎都被組合成了碳酸鹽巖石，少部分溶入了海洋或給活著的植物消耗了?，F(xiàn)在板塊構(gòu)造與生物活動維持了大氣中二氧化碳到其它場所再返回的不停流動。大氣中穩(wěn)定存在的少量二氧化碳通過溫室效應(yīng)對維持地表氣溫有極其深遠(yuǎn)的重要性。溫室效應(yīng)使平均表面氣溫提高了35℃（從凍人的-21℃升到了適人的14℃）；沒有它海洋將會結(jié)冰，而生命將不可能存在。
豐富的氧氣的存在從化學(xué)觀點(diǎn)看是很值得注意的。氧氣是很活潑的氣體，一般環(huán)境下易和其它物質(zhì)快速結(jié)合。地球大氣中的氧的產(chǎn)生和維持由生物活動完成。沒有生命就沒有充足的氧氣。
地球與月球的交互作用使地球的自轉(zhuǎn)每世紀(jì)減緩了2毫秒。當(dāng)前的調(diào)查顯示出大約在9億年前，一年有481天又18小時。
地球有一個由內(nèi)核電流形成的適度的磁場區(qū)。由于太陽風(fēng)的交互作用，地球磁場和地球上層大氣引發(fā)了極光現(xiàn)象。這些因素的不定周期也引起了磁極在地表處相對地移動；北磁極現(xiàn)正在北加拿大。
五、地球的質(zhì)量
地球并非是很規(guī)則的正球體。它的表面可以用一個扁率不大的旋轉(zhuǎn)橢球面來極好地逼近。扁率e為橢球長短軸之差與長軸之比，是表示地球形狀的一個重要參量。經(jīng)過多年的幾何測量、天文測量以至人造地球衛(wèi)星測量，它的數(shù)值已經(jīng)達(dá)到很高的精度。這個橢球面不是真正的地球表面，而是對地面的一個更好的科學(xué)概括，用來作為全球各地大地測量的共同標(biāo)準(zhǔn)，所以也叫做參考橢球面。按照這個參考橢球面，子午圈上一平均度是111.1千米，赤道上一平均度是111.3千米。在參考橢球面上重力勢能是相等的，所以在它上面各點(diǎn)的重力加速度是可以計算的，公式如下：
g0＝9.780318（1＋0.0053024sin2j－0.0000059sin2j）米／秒2，式中g0是海拔為零時的重力加速度，j是地理緯度。知道了地球形狀、重力加速度和萬有引力常數(shù)G＝6.670×10-11牛頓·米2／千克2，可以計算出地球的質(zhì)量M為 5.976×1027克。
地球的赤道半徑ra=6378137m≈6.378×106m，極半徑rb=6356752m≈6.357×106m，扁率e=1/298.257,忽略地球非球形對稱，平均半徑r=6.371×106m。在赤道某海平面處重力加速度的值ga=9.780m/s2,在北極某海平面處的重力加速度的值gb=9.832m/s^2，全球通用的重力加速度標(biāo)準(zhǔn)值g=9.807m/s2，地球自轉(zhuǎn)周期為23小時56分4秒（恒星日），即T=8.616×104s。
六、地球的運(yùn)動
(一)地球自轉(zhuǎn)
地球沿著貫串北極至南極的一條軸自西向東旋轉(zhuǎn)一周（1個恒星日）平均需要花時23小時56分4.09894秒。這就是為什么在地球上主要天體（大氣中的流星和低軌道衛(wèi)星除外）一日內(nèi)向西的視運(yùn)動是15°/小時（即15'/分鐘）－即2分鐘一個太陽或月亮的視直徑的大小。
在慣性參考坐標(biāo)系中，地軸運(yùn)動還包括一個緩慢的歲差運(yùn)動。這個運(yùn)動的大周期大約是25800年一個循環(huán)，每一次小的章動周期是18.6年。對處于參考坐標(biāo)系中的地球、太陽與月亮對地球的微小吸引在這些運(yùn)動的影響下造成地球赤道隆起，并形成類橢圓形的扁球。
地球的自轉(zhuǎn)也是有輕微的擾動的。這稱為極運(yùn)動。極運(yùn)動是準(zhǔn)周期性的，所謂的準(zhǔn)周期包括一個一年的晃動周期和一個被稱為錢德勒擺動的14個月周期。自轉(zhuǎn)速度也會相應(yīng)改變。這個現(xiàn)象被稱為日長改變。
(二)地球公轉(zhuǎn)
公轉(zhuǎn)周期為365.2564個平太陽日（即1個恒星年）。地球的公轉(zhuǎn)使得太陽相對其它恒星的視運(yùn)動大約是1°/日－這就相當(dāng)于每12小時一個太陽或月亮直徑的大小。公轉(zhuǎn)造成的視運(yùn)動效果與自轉(zhuǎn)造成的正好相反。
地球公轉(zhuǎn)軌道速度是30 km/s，即每7分鐘經(jīng)過一個地球直徑，每4小時經(jīng)過一個地月距離。
七、地球衛(wèi)星
月球俗稱月亮，也稱太陰。在太陽系中是地球中唯一的天然衛(wèi)星。月球是最明顯的天然衛(wèi)星的例子。在太陽系里，除水星和金星外，其它行星里面都有天然衛(wèi)星。月球的年齡大約有46億年。月球有殼、幔、核等分層結(jié)構(gòu)。最外層的月殼平均厚度約為60-65公里。月殼下面到1000公里深度是月幔，它占了月球的大部分體積。月幔下面是月核，月核的溫度約為1000度，很可能是熔融狀態(tài)的。月球直徑約3476公里，是地球的1/4。體積只有地球的1/49，質(zhì)量約7350億億噸，相當(dāng)于地球質(zhì)量的1/81，月球表面的重力差不多是地球重力的1/6。
月球表面有陰暗的部分和明亮的區(qū)域。早期的天文學(xué)家在觀察月球時，以為發(fā)暗的地區(qū)都有海水覆蓋，因此把它們稱為“海 ”。著名的有云海、濕海、靜海等。而明亮的部分是山脈，那里層巒疊嶂，山脈縱橫，到處都是星羅棋布的環(huán)形山。位于南極附近的貝利環(huán)形山直徑295公里，可以把整個海南島裝進(jìn)去。最深的山是牛頓環(huán)形山，深達(dá)8788米。除了環(huán)形山，月面上也有普通的山脈。高山和深谷疊現(xiàn)，別有一番風(fēng)光。
月球的正面永遠(yuǎn)都是向著地球。另外一面，除了在月面邊沿附近的區(qū)域因天秤動而中間可見以外，月球的背面絕大部分不能從地球看見。在沒有探測器的年代，月球的背面一直是個未知的世界。月球背面的一大特色是幾乎沒有月海這種較暗的月面特征。而當(dāng)人造探測器運(yùn)行至月球背面時，它將無法與地球直接通訊。
月球約一個農(nóng)歷月繞地球運(yùn)行一周，而每小時相對背景星空移動半度，即與月面的視直徑相若。與其它衛(wèi)星不同，月球的軌道平面較接近黃道面，而不是在地球的赤道面附近。
相對于背景星空，月球圍繞地球運(yùn)行(月球公轉(zhuǎn))一周所需時間稱為一個恒星月；而新月與下一個新月（或兩個相同月相之間）所需的時間稱為一個朔望月。朔望月較恒星月長是因為地球在月球運(yùn)行期間，本身也在繞日的軌道上前進(jìn)了一段距離。
因為月球的自轉(zhuǎn)周期和它的公轉(zhuǎn)周期是完全一樣的，地球上只能看見月球永遠(yuǎn)用同一面向著地球。自月球形成早期，地球便一直受到一個力矩的影響引致自轉(zhuǎn)速度減慢，這個過程稱為潮汐鎖定。亦因此，部分地球自轉(zhuǎn)的角動量轉(zhuǎn)變?yōu)樵虑蚶@地公轉(zhuǎn)的角動量，其結(jié)果是月球以每年約38毫米的速度遠(yuǎn)離地球。同時地球的自轉(zhuǎn)越來越慢，一天的長度每年變長15微秒。
月球?qū)Φ厍蛩┑囊κ浅毕F(xiàn)象的起因之一。月球圍繞地球的軌道為同步軌道，所謂的同步自轉(zhuǎn)并非嚴(yán)格。由于月球軌道為橢圓形，當(dāng)月球處于近日點(diǎn)時，它的自轉(zhuǎn)速度便追不上公轉(zhuǎn)速度，因此我們可見月面東部達(dá)東經(jīng)98度的地區(qū)，相反，當(dāng)月處于遠(yuǎn)日點(diǎn)時，自轉(zhuǎn)速度比公轉(zhuǎn)速度快，因此我們可見月面西部達(dá)西經(jīng)98度的地區(qū)。這種現(xiàn)象稱為經(jīng)天秤動。
嚴(yán)格來說，地球與月球圍繞共同質(zhì)心運(yùn)轉(zhuǎn)，共同質(zhì)心距地心4700千米（即地球半徑的2/3處）。由于共同質(zhì)心在地球表面以下，地球圍繞共同質(zhì)心的運(yùn)動好像是在“晃動”一般。從地球北極上空觀看，地球和月球均以迎時針方向自轉(zhuǎn)；而且月球也是以迎時針繞地運(yùn)行；甚至地球也是以迎時針繞日公轉(zhuǎn)的。
很多人不明白為甚么月球軌道傾角和月球自轉(zhuǎn)軸傾角的數(shù)值會有這么大的變化。其實，軌道傾角是相對于中心天體（即地球）而言的，而自轉(zhuǎn)軸傾角則相對于衛(wèi)星。
月球的軌道平面（白道面）與黃道面（地球的公轉(zhuǎn)軌道平面）保持著5.145 396°的夾角，而月球自轉(zhuǎn)軸則與黃道面的法線成1.5424°的夾角。因為地球并非完美球形，而是在赤道較為隆起，因此白道面在不斷進(jìn)動（即與黃道的交點(diǎn)在順時針轉(zhuǎn)動），每6793.5天（18.5966年）完成一周。期間，白道面相對于地球赤道面（地球赤道面以23.45°傾斜于黃道面）的夾角會由28.60°（即23.45°+ 5.15°）至18.30°（即23.45°- 5.15°）之間變化。同樣地月球自轉(zhuǎn)軸與白道面的夾角亦會介乎6.69°（即5.15° + 1.54°）及3.60°（即5.15° - 1.54°）。月球軌道這些變化又會反過來影響地球自轉(zhuǎn)軸的傾角，使它出現(xiàn)±0.002 56°的擺動，稱為章動。
白道面與黃道面的兩個交點(diǎn)稱為月交點(diǎn)－－其中升交點(diǎn)（北點(diǎn)）指月球通過該點(diǎn)往黃道面以北；降交點(diǎn)（南點(diǎn)）則指月球通過該點(diǎn)往黃道以南。當(dāng)新月剛好在月交點(diǎn)上時，便會發(fā)生日食；而當(dāng)滿月剛好在月交點(diǎn)上時，便會發(fā)生月食。
月球背面的結(jié)構(gòu)和正面差異較大。月海所占面積較少，而環(huán)形山則較多。地形凹凸不平，起伏懸殊最長和最短的月球半徑都位于背面，有的地方比月球平均半徑長4公里，有的地方則短5公里（如范德格拉夫洼地）。背面未發(fā)現(xiàn)“質(zhì)量瘤”。背面的月殼比正面厚，最厚處達(dá)150公里，而正面月殼厚度只有60公里左右。
月球本身并不發(fā)光，只反射太陽光。月球亮度隨日、月間角距離和地、月間距離的改變而變化。平均亮度為太陽亮度的1/465000，亮度變化幅度從1/630000至1/375000。滿月時亮度平均為 -12.7等（見）。它給大地的照度平均為0.22勒克斯，相當(dāng)于100瓦電燈在距離21米處的照度。月面不是一個良好的反光體，它的平均反照率只有7％，其余93％均被月球吸收。月海的反照率更低，約為 6％。月面高地和環(huán)形山的反照率為17％，看上去山地比月海明亮。月球的亮度隨而變化，下表以滿月亮度為100，列出不同月齡時的亮度值。從中可以看出，滿月時的亮度比上下弦要大十多倍。
由于月球上沒有大氣，再加上月面物質(zhì)的熱容量和導(dǎo)熱率又很低，因而月球表面晝夜的溫差很大。白天，在陽光垂直照射的地方溫度高達(dá)+127℃；夜晚，溫度可降低到-183℃。這些數(shù)值，只表示月球表面的溫度。用射電觀測可以測定月面土壤中的溫度，這種測量表明，月面土壤中較深處的溫度很少變化，這正是由于月面物質(zhì)導(dǎo)熱率低造成的。
從月震波的傳播了解到月球也有殼、幔、核等分層結(jié)構(gòu)。最外層的月殼厚60～65公里。月殼下面到1,000公里深度是月幔，占了月球大部分體積。月幔下面是月核。月核的溫度約1,000℃，很可能是熔融的，據(jù)推測大概是由Fe-Ni-S和榴輝巖物質(zhì)構(gòu)成。
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