第一章宇宙中的地球.1地球的宇宙環境

目標導航

課標要求素養目標運用資料，描述地球所處的宇宙環境。區域認知：運用天體系統示意圖，說明天體系統的層次，描述地球在宇宙中的位置。地理實踐力：通過觀測星空，辨別常見天體和太陽系行星。人地協調觀：了解地球上生命存在的條件，培養學生的人地協調觀。綜合思維：從結構特征、運動特征，說明地球是太陽系中一顆普通的行星；運用資料說明地球上或者其他星球存在生命的條件，樹立科學的宇宙觀。

問題情境

近幾十年來，人類探索地外生命的腳步從未停歇。20世紀--70年代，人類啟動了“旅行者號（原水手號）”項目，通過向太陽系外發射宇宙飛船來向外星智慧生命介紹地球，兩艘飛船各攜帶有一張特殊的鍍金唱片“地球之音”，上面錄制了有關人類的各種音像信息；60個語種向“宇宙人”的問候語（含普通話、粵語、吳語和閩南語)、35種自然界的聲音、27首古典名曲（含中國古琴演奏的《高山流水》曲目)、115幀照片。其中旅行者1號在探測兩顆太陽系行星后，被“甩出”太陽系行星軌道平面，飛到了太陽系“上方”，旅行者2號飛船繼續在途中近距離對太陽系的幾顆行星進行了觀測，目前已到達太陽系外緣。其他相繼開展的項目還有：“SETI項目”主要通過分析射電望遠鏡接收到的無線電信號來尋求外星文明存在的證據，“開普勒任務”主要通過觀測“行星凌星”現象來尋找系外“類地行星”，“METI項目”主要通過使用巨型無線電天線向外發射無線電信號來尋求外星人的回應。2019年，作為世界上最大的單口徑射電望遠鏡，“中國天眼”[500米口徑球面射電望遠鏡(FAST）]將鎖定太陽系外的太空，通過篩選恒星類型助力國際尋找類似太陽的恒星（利于形成穩定的行星系統的單一恒星，體積質量適中的中等恒星，處于輻射最為穩定的“中年”的恒星)，同時也在距離地球約100光年的范田內尋找與地球一樣擁有磁場的行星（磁場能避免地球大氣被太陽風吹走，能隔絕強烈宇宙射線保護生命免受其傷害），助力尋找地外生命。旅行者號（含1、2號飛船）軌跡圖及所攜帶的代表地球文明的唱片正面圖旅行者2號拍攝的某太陽系行星圖片聯系地外智慧生物的射電望遠鏡陣列世界最大單口徑射電望遠鏡——“中國天眼”（FAST）

問題探究1

在主動尋找地外碳基智慧生命（生命形式為蛋白質有機體）行動中，適宜碳基智慧生命生存的天體是科學家們致力于尋找的對象。指出這些天體類型，并推測其他天體類型不適宜碳基智慧生命存在的原因。(結合教材圖1.2）

問題探究2

旅行者號在從地球發射前屬于天體嗎？（結合教材第2頁第一自然段）

問題探究3

旅行者2號沿途所經歷的天體系統順序可能是什么？推測旅行者2號將來可能進入哪些天體系統。（結合教材第3頁內容)

問題探究4

旅行者2號沿途穿過了哪些天體的軌道？抵近觀測了哪些太陽系行星？這些行星分別屬于哪種行星類型？（結合教材第6頁第一自然段、圖1.4和前文情境材料的圖）

問題探究5

旅行者號所拍攝的行星照片形象地展示了各行星的特征，根據教材第6頁第一自然段，說明地球與其他類地行星的相似特征。

問題探究6

旅行者1號探測了2顆大陽系行星后受額外引力影響離開了航道，與地球繞日軌道面(黃道面）夾角達到了35°左右，被迫終止了探星任務，任務轉交給以近似平行于黃道面的方向向外飛行的旅行者2號，后者最終完成對其他行星的抵近觀測。這說明了含地球在內的太陽系各行星的繞日運動具有哪種相似特征？除此之外還有哪些相似的運動特征，使得科學家可以精確計算旅行者2號與被觀測行星的臨近交會時間？（可繪圖后就圖說明）

問題探究7

地球與其他大陽系行星相似的繞日運動特征為旅行者號的安全航行提供了什么樣的行星際環境？

問題探究8

抵近觀測可以發現，與體積、質量小的月球沒有大氣相反，巨行星由厚厚的大氣包圍，后經測算這些大氣以原始大氣（氦氣、氫氣、甲烷等）為主。由此判斷地球產生適宜碳基智慧生命呼吸的大氣與地球的什么特征有關。

問題探究9

探測的遠日行星溫度普遍較低，其中的一顆大氣溫度低至-224℃，由此判斷地球產生適宜碳基智慧生命的氣溫與地球的什么位置特征有關。

問題探究10

旅行者號還發現地外行星及其部分衛星有水的存在，但都以不適宜碳基智慧生命存在的相而存在，判斷這些星球水的主要存在的相（氣態、固態、液態)。

問題探究11

根據材料中“中國天眼〞在探索宇宙碳基生命時，必須先篩選尋找近似太陽的恒星的原理，說明大陽對地球生命產生的作用。

問題探究12

目前地球是已知的人類僅