TOEFL | 天文相关背景整理+习题精炼

宇宙 (Universe)

• 系外行星 (Exoplanet)：系外行星是太阳系之外的行星，它们围绕自己的主恒星(host stars) 旋转，系外行星大部分是气态行星(gas giants),但 也 存 在岩质行星(rocky planet)。当前研究系外行星的目的，是想发现主恒星附近可以支持生命存在的宜居带(habitable zone)。在宜居带里的系外行星需要满足下面的条件：

  • 适宜的温度，该温度可以支持液态水存在；
  • 行星以岩石为主要成分。

• 星系与星团 (Galaxies and Cluster)：星星聚集成星系，星系的分布是不均匀的 (not uniformly)。 具有一定亮度的、成群的星系会组成星团( cluster)。球形 (sphere shaped)、对 称(symmetrical) 的星团被称为规则星团(regular cluster)。一边倒 (lopsided)、 不对称 (asymmetrical) 的星团被称为不规则星团(irregular cluster)。

相关 TPO 篇目： TPO41-L4,TPO42-L2 重点词条：gas giant, cluster, galaxy, exoplane

太阳系 (Solar System)

● 太阳系的构成 根据与太阳的距离由近到远排列，太阳系中的行星包括： 水星(Mercury) 、金星(Venus) 、 地 球 ( Earth) 、 火 星 ( Mars) 、 木 星 ( Jupiter) 、 土 星 ( Saturn) 、 天 王 星 ( Uranus) 、 海 王 星 ( Neptune) , 行 星 间 的 距 离 符 合 伯 德 定 律 ( Bode’ s Law) 。 火星和木星之间的小行星带(asteroid belt)包 含太阳系中90%的小行星。 ● 行星的分类 小行星带里面称为内太阻系(inner solar system), 外面称为外太阻系(outer solar system)。 内太阳系中的行星，又称类地行星 (terrestrial planet)、岩态行星 ( rocky planet) , 例如：火 星、地球。这些行星基本由岩石 (rock) 和 金 属 (metal) 构成。 外太阳系中的行星，又称类木行星( Jovian planet)、气态行星( gas planet) , 例如：木星、土 星。这些行星基本由气体 (gas) 构成。 两类行星都是借助 一种围绕中心转动的结构 — — 吸积盘 (accretion disk), 通 过吸 积 作 用 (accretion) , 像滚雪球一般越滚越大形成。 ● 行星的常见特征

1. 金 星 (Venus): 金星被一层厚厚的云团覆盖，尽管大多数区域平坦，但是金星上有形似盾牌 的盾 形 火 山( s h i e l d olcano) 。
2. 地 球(Earth): 地球诞生于46亿年前，是目前太阳系中唯一存在生命的行星。
3. 火星(Mars): 火星上有于涸的河道(dry channel), 证明液态水的存在。
4. 木 星 (Jupiter): 木星是太阳系中最大的行星。
5. 土 星 (Saturn): 土星的独特之处在于土星环(Saturn ring), 土星环中的物质来自于小行星 (asteroid) 撞击等。 相关的TPO 篇 目 ：TPO2-L2,TPO13-L4,TPO38-L4,TPO53-L4 重点词条： asteroid belt, accretion, shield volcano

太阳 (Sun)

● 太阳的形成 (star formation) 所有的恒星，包括太阳，内部都会发生聚变(fusion)。 聚变指氢 (hydrogen) 原子核发生聚合，形成氦 (helium) 原子。 恒星形成的时间的越久，亮度就会越大。通过观察恒星的亮度可以大致确定恒星的形成时间。 但是有的初始恒星，比如太阳，在初期因为质量更大，所以其亮度也未必会比后期的亮度低。 ● 太阳风 (solar wind) 太阳通过太阳风释放出带电粒子流(stream of charged particles) 而损失质量 (mass), 其中主 要成分是氦的同位素 Helium-3。 地球的磁场 (magnetic field)在一定程度上保护地球，免受太阳风的影响。 ● 太阳黑子 (sunspots) 早期的科学家认为黑子是行星在太阳上留下的影子。伽利略 (Galileo) 通过望远镜 (telescope) 的观察，反对了这个说法。伽利略发现，黑子的形状不是圆的(circular), 而且形状还在发生改 变 。 事实上，太阳黑子的成因是太阳磁场减轻了太阳内部气体压力，使得该处的温度变低，在观测中 就显得更暗。 Astronomers eventually figured out what sunspots had to do with magnetic fields. And the fact that sunspots are magnetic fields accounts for their dark appearance. That’s because magnetic fields reduce the pressure exerted on the gases inside of them, making the spots cooler than the rest of the Sun’s surface. And since they are cooler, they are darker. 太阳黑子的活动周期(sunspots cycle) 是11年，和地球磁场活动( geomagnetic activity) 周期相 同 。 ● 日 冕 (corona) 日冕是太阳最外层的大气，可以通过日冕仪 (coronagraph) 观测。 当日冕活动剧烈时，会抛射大量带电粒子 (charged particles),这些粒子会撞击地球两极的大气 的原子，产生剧烈的极光 (aurora)。 ● 磁 场 (Magnetic Field) 太阳黑子是太阳上的 磁场(magnetic field) , 太阳磁场减轻太阳内部气体压力，使得此处的温度 变低，在观测中形成黑斑。 地球磁场保护地球上的生命，使其免受带有致命辐射粒子的太阳风(solar wind) 的影响；而太 阳风中的带电粒子(charged particles)被地球磁场拉扯到地球的南北两极，形成极光(aurora )。 除了保护作用，地球磁场 (Earth’s magnetic field) 还可以帮助盲眼鼹鼠、鸟类等动物导 航 (navigation) , 明确其前进的方向。 相关TPO 篇目： TPO18-L1,TPO35-L1,TPO36-L1,TPO55-L3 重点词条： sunspot, solar wind, aurora, helium

日心说 (Heliocentric Theory)

日心说认为太阳是宇宙中心，地球围绕太阳转。最先由公元前3世纪的Aristarchus 提出，在1543 年由波兰 (Polish) 天文学家哥白尼(Copernicus) 提出完整的日心说模型。 但是，日心说在提出后很长一段时间里都没有被大众所接受，主要有如下三个质疑： (1)如果地球以每小时几千公里的速度围绕太阳转，那么人的脚下应该有风 (wind blow), 可 是人们感受不到风； (2)如果地球围绕太阳高速旋转，应该受到离心力(centrifugal force)的影响，人和其他物体 应该被甩出去，可是一切都固定在地面上。 (3)即使有一种力量将地面上的物质固定在地球上，但是漂浮的大气 (atmosphere) 应该被离心 力甩开，但是大气并没有被甩开。 所以，当时人们普遍接受地心说(Geocentric Theory) , 认为地球是宇宙的中心。地球静止不动 (stationary), 其余星体围绕地球运转。 相关TPO 篇目： TPO22-L2,TPO21-L1,TPO55-L3 重点词条： heliocentric theory, geocentric theory, centrifugal force

月亮 (Moon)

大写首字母的Moon, 表示月亮，也就是地球的卫星。 而小写的 moon, 泛指一切卫星。 ● 月亮的起源 大冲撞(the giant-impact hypothesis)假说-认为月球的形成是因为一个大小类似于火星的小行星 撞击地球所产生。但是该说法很难解释为何撞击出去的月球可以形成一个圆形的轨道。 ● 月球的地表特征 月球表面有很多陨石坑(crater) , 最大的叫做艾特肯盆地 (South Pole-Aitken Basin), 直径2500 千米，平均深度12千米，这也是太阳系中最大的最古老的陨石坑。在陨石坑的中心一般有质量 密集区 (mascon)。 ● 月亮的贡献 月球稳定了地球自转的倾斜角度，从而创造了地球的季节。而金星和火星，因为没有类似月球这 样卫星的稳定作用，导致气候混乱。 月球因为没有磁场，所以会受到太阳风的侵袭，表面因此积累了大量来自太阳风的 Helium-3 。而 Helium-3 可能会成为人类将来能源的来源。 ● 月亮的周期 (lunar cycle) 古埃及人会借助月亮的月相(the phases of the Moon)变化来计时，用于推测尼罗河(Nile River) 的涨落 (rise and fall)。 月亮从新月 (the new moon)到 满 月 (the full moon)再到新月的完整的月相变化周期记录为一个 月份 (month)。 相关 TPO 篇目： TPO5-L2,TPO17-L3,TPO35-L2,TPO36-L1 *月亮起源的话题是GRE 阅读中常考的内容，可以参考 …… 重点词条： crater,moon phase

小行星 (Asteroid)

小行星是体积和质量都比行星(planet) 小得多的天体 (celestial body)。 大部分小行星位于火星(Mars) 和木星(Jupiter) 之间，这个区域被称之为小行星带(asteroids belt)。 和小行星相关的主要话题： -恐龙灭绝 生物的灭绝主要是源自于外因所导致的气候变化(比如突然变冷),大气成分变化(比如氧气含 量),以及人类当下的活动。 恐龙(dinosaur)灭绝普遍被认为是小行星撞击地球导致的。在恐龙灭绝之前，还有一场更大的生物 灭绝，被称之为二叠纪大灭绝 (Permian Extinction), 这场灭绝也被认为是因为小行星撞击地球 造成的。 小行星撞击地球后，被撞击地区因为密度增加，会导致该区域的重力相应增加。通过探测星体上 重力增加的反常现象，可以推测该地区可能为撞击点。 There was an earlier extinction far greater than the one that killed off the dinosaurs. It was what we call the Permian Extinction. At about 250 million years ago, the Permian Period ended with a rapid mass extinction, something happened that wiped out 75% of the land animals and over 95% of ocean life. 相关TPO 篇目： TPO2-L4,TPO35-L4 重点词条： asteroids belt, dinosaur,Permian Extinction

彗星 (Comet)

彗星和小行星 (asteroids) 一样，是围绕太阳运动的小于行星 (planet) 的天体，主要分布在木星 (Jupiter)轨道之外的太阳系外部。 彗星在成分上与气态行星 (gas giant planets) 相似，主要由冰和岩石颗粒组成。 In the outer solar system, beyond Jupiter’s orbit, temperatures are low enough to permit ices to form out of water and gases like methane and carbon dioxide. Loose collections of these ices and small rocky particles form into comets. So comets are similar in composition to the gas giants. 经过特定的时间围绕太阳转一圈的彗星被称为周期性轨道彗星(periodic - orbit comet), 例如著 名 的 哈 雷 彗 星 ( Halley’ s comet) 还有很多彗星是抛物型轨道彗星(parabolic - orbit comet) , 它们的轨道可能在远处是开放的 (open-ended), 也可能是闭合 (close) 的。不过闭合轨道运动周期会是上万年 (tens of thousands years)。 相关TPO 篇目： TPO26-L3 重点词条： come

流星体 (Meteoroid)

流星体是比彗星 (comet) 和小行星 (asteroid)更小的星际碎片 (interplanetary debris)。 进入地球的大气层的流星体被称为流星(meteor) , 大量的流星被称为流星雨 (meteor shower)。 成功穿越大气层并撞击地面的被称为陨石(meteorites) 。陨石从材质上通常被分为三类：石陨 石 (stones)、 铁陨石 (irons)、 石铁陨石 (stony irons)。 科学家通过金属探测器 (metal detector) 可以探测出铁陨石和石铁陨石，尽管它们的量仅占陨石 量的5 %。 相关TPO 篇 目 ：TPO13-L4 重点词条： meteor shower, meteorit

天文观察的两种方法

在天文学研究中，托福听力考到过两种观测天体的方法： ● 光学望远镜 (telescope) 光学 望远 镜可 以收 集观 测宇 宙中 的可 见 光 ( visible light) 。 城市街道上的路灯等产生的光污染(light pollution) 会影响光学望远镜的观测。 ● 射电望远镜 (radio telescope) 射电望远镜用来观测宇宙中天体发射的无线电波( radio wave) 。 地球上的无线电信号，例如手机、电台等产生的信号，会干扰空间电波。它们被称为电磁污染 (electrical gauge pollution), 会影响射电望远镜的工作。 相关TPO 篇目： TPO19-L2 重点词条： telescope,radio wave