第一章 現代自然地理學課堂實驗指導

第一節 地球：地球概論實驗

一、月面及近地行星的觀測

（一）目的要求

1．觀察月球表面，月海、環形山、鏈狀山脈、月谷、溝紋（干涸的河流）和亮輻射紋等。

2．在夜空中識別并觀測木星、金星、土星等主要近地行星。

（二）實習用具

天鷹80/900型折射天文望遠鏡。

（三）原理

1．折射望遠鏡

光線透過天文望遠鏡的物鏡，經折射后成像的天文望遠鏡稱為折射天文望遠鏡。

2．放大倍數

以天鷹80/900型折射天文望遠鏡為例。該鏡物鏡焦距為900mm，配有20mm和9mm目鏡，放大倍數=物鏡焦距/目鏡焦距，因此如果使用20mm目鏡，則放大倍數為900/20=45倍；如果使用9mm目鏡，則放大倍數為900/9=100倍。

放大倍數并不是越大越好，而要取決于觀測條件和目標。一般地，放大倍數應不超過天文望遠鏡口徑的2倍，為了獲取最佳觀測效果，推薦最大倍數應不超過物鏡口徑的1.5倍。對于80/900型折射天文望遠鏡而言，即不超過120倍。

3．相對口徑

望遠鏡有效口徑D與焦距F之比，稱為相對口徑或相對孔徑A=D/F。

A也稱為光力，彗星、星云或星系等有視面天體的成像照度與 A2成正比；流星或人造衛星等所謂線性天體成像照度與A2/D成正比。80/900型折射天文望遠鏡的A=11.25。

4．分辨率

分辨率是天文望遠鏡最重要的技術指標之一，以角秒為單位，指能分辨開的兩點在焦距范圍內的張角，以W表示。

理論上天文望遠鏡的分辨極限W=140/D,80/900型折射天文望遠鏡的理論分辨率W =1.75″。

5．極限星等

指在晴朗無月的夜間，用天文望遠鏡能觀察到的天頂附近的星星的亮度等級，用MB表示，MB=6.9+5lg D,80/900型折射天文望遠鏡的極限星等MB=16.42。

常見天體星等：月亮9.7等；火星1.2等；北極星1.98等；人肉眼可見星等為6等。

（四）實習內容

1．腳架的安裝

將三腳架從箱中取出，分別從上而下伸至合適的長度，安裝并擰緊腳桿止緊旋鈕，通過三腳架基座連接三腳，裝上附件盤支架，支開三腳，平穩放在地面，調節至水平。

2．赤道儀的安裝

將赤道儀從箱中取出，把各種緊固裝置松開，將赤道儀尾端插入三腳架中心孔內，用赤道儀吊緊旋鈕伸入三腳基座內，自下而上將赤道儀吊緊。

將極軸維度螺釘旋入螺孔內，注意不要過于用力，將赤經微調桿、赤緯微調桿安裝上去（注意對應平槽），上緊螺絲。

將平衡桿裝入赤道儀赤緯軸下端，取下保護螺釘，松開平衡錘鎖緊旋鈕，裝入平衡錘，放置于平衡桿中下部，鎖緊平衡錘旋鈕，裝上保護螺釘，并再次確認把所有旋鈕旋緊。

3．主鏡的安裝

從主鏡上取下抱箍（呈抱合狀態），把抱箍安裝到赤道儀上端槽位，鎖緊連接槽旋鈕。旋開抱箍旋鈕，將主鏡筒安放在抱箍內，抱合并旋緊抱箍旋轉鈕。

取下主鏡末端調焦座的防塵蓋，將45°正像鏡（天頂鏡）插入主鏡筒末端旋緊止緊螺釘，插入目鏡（有20mm和9mm兩種），旋緊止緊螺釘。

4．尋星鏡的安裝和調節

取下尋星鏡固定螺母，將尋星鏡支架對準主鏡筒上兩根螺桿輕輕插入，旋緊尋星鏡固定螺母。

天文望遠鏡在使用前要先調節尋星鏡，使其與主鏡光軸一致。首先，將主鏡對準一個明顯的目標，如遠處一個塔尖上的燈；其次，調節尋星鏡的止緊螺釘，使尋星鏡的十字絲中心對準主鏡觀察的目標；第三，換一個短焦目鏡重復上述動作。調整后，用天文望遠鏡觀察其他目標時，只要先用尋星鏡將其定位，然后目標就會出現在主鏡的視場中。

5．觀測內容

天文望遠鏡裝置完畢后，可以進行以下觀測：

（1）月球的觀測 月球有環形山、鏈狀山脈、月海、月谷、溝紋（干涸的河流）和亮輻射紋。觀測月球最好的放大倍率是（1～1.5）×主鏡口徑。80/900型折射天文望遠鏡觀測月球的最好倍率為80～120倍。

（2）金星的觀測 觀測近地行星時所需的放大倍數是使望遠鏡視場內的行星小圓面與肉眼看到的滿月具有同樣的視場大小（31″），所以觀測金星時放大倍數需大于70倍，物鏡口徑需達到80mm。金星是除了太陽和月亮外肉眼看到的最明亮的天體。由于金星是地內行星，所以金星也有類似月球的盈虧現象，同時由于金星靠太陽較近，只有在日出和日落前后的幾個小時才能看到。觀測金星的最佳時間是在它“大距”時。

（3）木星的觀測 木星是太陽系中的小巨人，巨大的體積和氣體的外層使得它的亮度常常達到2等。觀測木星時放大倍數需大于40倍，物鏡口徑需達到50mm。通過望遠鏡，可以看到木星的外圍有4顆小星，即木星的4顆衛星，同時還可以看到木星表面的好幾條深色的條紋。

（4）土星的觀測 土星是太陽系中最美麗的行星。觀測土星時放大倍數需大于100倍。通過望遠鏡可以看到土星的光環，使用小倍率目鏡就可以看見土星光環中間細細的裂縫，即著名的卡西尼環縫。

二、日地關系及地月關系的演示

（一）目的要求

1．了解并掌握地球的自轉、公轉、晨昏線及四季的變化。

2．了解并掌握月球的公轉、圓缺變化以及日食、月食。

（二）實習用具

J342-B型三球儀。

（三）原理

利用J342-B型三球儀能模擬日、地、月三者在宇宙空間中的相對位置，并能形象地表明地球和月球的運動狀態，科學地解釋由此產生的各種自然現象。

在三球儀中，太陽由紅色的塑料圓球代表，它的中心與地球中心等高；地球儀上能觀察到七大洲、四大洋、南北極圈、南北回歸線、赤道及國際日期變更線；月球由白色的塑料球代表，其中心平均高度與地球中心等高；太陽儀下方為四季盤，代表四季和二十四個節氣名稱、次序和日期，四季盤上的指針表示地球上的季節和節氣；地球儀下方為月相盤，表示月相的位置及地球上的晝夜。

（四）實習內容

1．地球的自轉和公轉

轉動推柄，使地球不停地自西向東圍繞自己的軸自轉的同時圍繞太陽公轉。自轉一周為一晝夜，公轉一周為一年。

2．月球的公轉

在演示地球自轉和公轉的同時，可以觀察月球圍繞地球逆時針旋轉，稱為月球的公轉（環繞一周為一望朔月）。月球公轉的同時跟隨地球圍繞太陽公轉。

3．同一地方的晝夜晨昏

當某地從黑暗轉向光明時即“早晨”，正對太陽為“正午”，離開太陽轉入黑暗是“黃昏”，從早晨到黃昏這段時間就是“白天”。進入黑暗直至重見光明這段時間便是夜晚。

4．同一時刻的晝夜晨昏

當地球自轉時，在同一時刻里對著太陽的地方是白天，背著太陽的地方是黑夜，有的地方是早晨或黃昏。南北極除春分、秋分前后外都有半年的白天或黑夜。

5．晝夜長短

由于地球始終傾斜著公轉或自轉，北半球冬季晝短夜長，夏季晝長夜短。而南半球相反。

6．四季和寒暑變化

對于北半球，夏至時陽光直射在北回歸線上，而且見光部分多，背光部分少，故而晝長夜短，氣候炎熱；冬至時陽光斜射南回歸線，而且見光部分少，背光部分多，故晝短夜長，氣候寒冷。南半球則相反，在春分、秋分時陽光直射在赤道上，南北半球光照情況類似，介于冬夏之間，故晝夜平分，且氣候溫和。

7．月亮圓缺變化

月球本身不會發光，我們能看到的月亮是被太陽照著的一面，它和地球一樣，無論何時（月食時除外）總有一半被太陽照亮。因為它不斷地繞地球旋轉，照亮的部分有時全對著我們，有時全背著我們，所以就產生陰晴圓缺的變化，叫“月相交替”。做此實驗時，先接通電源，讓月球轉至太陽和地球中間的位置，月球背光一面朝著地球，這時的月相叫作“朔”（農歷初一）。繼續讓月球轉到“朔”、“上弦”中間位置，陽光逐漸照亮它向著地球的半球邊緣部分，能看到形如蛾眉的“新月”（相當于農歷初三、初四）。再轉到上弦、望、下弦，則相繼能看到上弦的半月面的西邊（農歷初七、初八），農歷月半的整圓月，農歷二十二、二十三的東半月面等月相交替。

8．日食和月食

當月球運行至日地之間，并在一條直線上時，便會產生“日食”，其發生時間基本上在農歷月初，即“朔”時；當地球運行至日月之間，并在同一直線時，便會產生“月食”，時間在農歷月中，即“望”時。

9．二十四節氣

地球圍繞太陽公轉，從春分點起，每移動15°便是一個節氣，移動一周即二十四節氣。在地球公轉時，可以看指針，了解二十四節氣的變化。