第一章 现代自然地理学课堂实验指导
第一节 地球：地球概论实验
一、月面及近地行星的观测
（一）目的要求
1．观察月球表面，月海、环形山、链状山脉、月谷、沟纹（干涸的河流）和亮辐射纹等。
2．在夜空中识别并观测木星、金星、土星等主要近地行星。
（二）实习用具
天鹰80/900型折射天文望远镜。
（三）原理
1．折射望远镜
光线透过天文望远镜的物镜，经折射后成像的天文望远镜称为折射天文望远镜。
2．放大倍数
以天鹰80/900型折射天文望远镜为例。该镜物镜焦距为900mm，配有20mm和9mm目镜，放大倍数=物镜焦距/目镜焦距，因此如果使用20mm目镜，则放大倍数为900/20=45倍；如果使用9mm目镜，则放大倍数为900/9=100倍。
放大倍数并不是越大越好，而要取决于观测条件和目标。一般地，放大倍数应不超过天文望远镜口径的2倍，为了获取最佳观测效果，推荐最大倍数应不超过物镜口径的1.5倍。对于80/900型折射天文望远镜而言，即不超过120倍。
3．相对口径
望远镜有效口径D与焦距F之比，称为相对口径或相对孔径A=D/F。
A也称为光力，彗星、星云或星系等有视面天体的成像照度与 A2成正比；流星或人造卫星等所谓线性天体成像照度与A2/D成正比。80/900型折射天文望远镜的A=11.25。
4．分辨率
分辨率是天文望远镜最重要的技术指标之一，以角秒为单位，指能分辨开的两点在焦距范围内的张角，以W表示。
理论上天文望远镜的分辨极限W=140/D,80/900型折射天文望远镜的理论分辨率W =1.75″。
5．极限星等
指在晴朗无月的夜间，用天文望远镜能观察到的天顶附近的星星的亮度等级，用MB表示，MB=6.9+5lg D,80/900型折射天文望远镜的极限星等MB=16.42。
常见天体星等：月亮9.7等；火星1.2等；北极星1.98等；人肉眼可见星等为6等。
（四）实习内容
1．脚架的安装
将三脚架从箱中取出，分别从上而下伸至合适的长度，安装并拧紧脚杆止紧旋钮，通过三脚架基座连接三脚，装上附件盘支架，支开三脚，平稳放在地面，调节至水平。
2．赤道仪的安装
将赤道仪从箱中取出，把各种紧固装置松开，将赤道仪尾端插入三脚架中心孔内，用赤道仪吊紧旋钮伸入三脚基座内，自下而上将赤道仪吊紧。
将极轴维度螺钉旋入螺孔内，注意不要过于用力，将赤经微调杆、赤纬微调杆安装上去（注意对应平槽），上紧螺丝。
将平衡杆装入赤道仪赤纬轴下端，取下保护螺钉，松开平衡锤锁紧旋钮，装入平衡锤，放置于平衡杆中下部，锁紧平衡锤旋钮，装上保护螺钉，并再次确认把所有旋钮旋紧。
3．主镜的安装
从主镜上取下抱箍（呈抱合状态），把抱箍安装到赤道仪上端槽位，锁紧连接槽旋钮。旋开抱箍旋钮，将主镜筒安放在抱箍内，抱合并旋紧抱箍旋转钮。
取下主镜末端调焦座的防尘盖，将45°正像镜（天顶镜）插入主镜筒末端旋紧止紧螺钉，插入目镜（有20mm和9mm两种），旋紧止紧螺钉。
4．寻星镜的安装和调节
取下寻星镜固定螺母，将寻星镜支架对准主镜筒上两根螺杆轻轻插入，旋紧寻星镜固定螺母。
天文望远镜在使用前要先调节寻星镜，使其与主镜光轴一致。首先，将主镜对准一个明显的目标，如远处一个塔尖上的灯；其次，调节寻星镜的止紧螺钉，使寻星镜的十字丝中心对准主镜观察的目标；第三，换一个短焦目镜重复上述动作。调整后，用天文望远镜观察其他目标时，只要先用寻星镜将其定位，然后目标就会出现在主镜的视场中。
5．观测内容
天文望远镜装置完毕后，可以进行以下观测：
（1）月球的观测 月球有环形山、链状山脉、月海、月谷、沟纹（干涸的河流）和亮辐射纹。观测月球最好的放大倍率是（1～1.5）×主镜口径。80/900型折射天文望远镜观测月球的最好倍率为80～120倍。
（2）金星的观测 观测近地行星时所需的放大倍数是使望远镜视场内的行星小圆面与肉眼看到的满月具有同样的视场大小（31″），所以观测金星时放大倍数需大于70倍，物镜口径需达到80mm。金星是除了太阳和月亮外肉眼看到的最明亮的天体。由于金星是地内行星，所以金星也有类似月球的盈亏现象，同时由于金星靠太阳较近，只有在日出和日落前后的几个小时才能看到。观测金星的最佳时间是在它“大距”时。
（3）木星的观测 木星是太阳系中的小巨人，巨大的体积和气体的外层使得它的亮度常常达到2等。观测木星时放大倍数需大于40倍，物镜口径需达到50mm。通过望远镜，可以看到木星的外围有4颗小星，即木星的4颗卫星，同时还可以看到木星表面的好几条深色的条纹。
（4）土星的观测 土星是太阳系中最美丽的行星。观测土星时放大倍数需大于100倍。通过望远镜可以看到土星的光环，使用小倍率目镜就可以看见土星光环中间细细的裂缝，即著名的卡西尼环缝。
二、日地关系及地月关系的演示
（一）目的要求
1．了解并掌握地球的自转、公转、晨昏线及四季的变化。
2．了解并掌握月球的公转、圆缺变化以及日食、月食。
（二）实习用具
J342-B型三球仪。
（三）原理
利用J342-B型三球仪能模拟日、地、月三者在宇宙空间中的相对位置，并能形象地表明地球和月球的运动状态，科学地解释由此产生的各种自然现象。
在三球仪中，太阳由红色的塑料圆球代表，它的中心与地球中心等高；地球仪上能观察到七大洲、四大洋、南北极圈、南北回归线、赤道及国际日期变更线；月球由白色的塑料球代表，其中心平均高度与地球中心等高；太阳仪下方为四季盘，代表四季和二十四个节气名称、次序和日期，四季盘上的指针表示地球上的季节和节气；地球仪下方为月相盘，表示月相的位置及地球上的昼夜。
（四）实习内容
1．地球的自转和公转
转动推柄，使地球不停地自西向东围绕自己的轴自转的同时围绕太阳公转。自转一周为一昼夜，公转一周为一年。
2．月球的公转
在演示地球自转和公转的同时，可以观察月球围绕地球逆时针旋转，称为月球的公转（环绕一周为一望朔月）。月球公转的同时跟随地球围绕太阳公转。
3．同一地方的昼夜晨昏
当某地从黑暗转向光明时即“早晨”，正对太阳为“正午”，离开太阳转入黑暗是“黄昏”，从早晨到黄昏这段时间就是“白天”。进入黑暗直至重见光明这段时间便是夜晚。
4．同一时刻的昼夜晨昏
当地球自转时，在同一时刻里对着太阳的地方是白天，背着太阳的地方是黑夜，有的地方是早晨或黄昏。南北极除春分、秋分前后外都有半年的白天或黑夜。
5．昼夜长短
由于地球始终倾斜着公转或自转，北半球冬季昼短夜长，夏季昼长夜短。而南半球相反。
6．四季和寒暑变化
对于北半球，夏至时阳光直射在北回归线上，而且见光部分多，背光部分少，故而昼长夜短，气候炎热；冬至时阳光斜射南回归线，而且见光部分少，背光部分多，故昼短夜长，气候寒冷。南半球则相反，在春分、秋分时阳光直射在赤道上，南北半球光照情况类似，介于冬夏之间，故昼夜平分，且气候温和。
7．月亮圆缺变化
月球本身不会发光，我们能看到的月亮是被太阳照着的一面，它和地球一样，无论何时（月食时除外）总有一半被太阳照亮。因为它不断地绕地球旋转，照亮的部分有时全对着我们，有时全背着我们，所以就产生阴晴圆缺的变化，叫“月相交替”。做此实验时，先接通电源，让月球转至太阳和地球中间的位置，月球背光一面朝着地球，这时的月相叫作“朔”（农历初一）。继续让月球转到“朔”、“上弦”中间位置，阳光逐渐照亮它向着地球的半球边缘部分，能看到形如蛾眉的“新月”（相当于农历初三、初四）。再转到上弦、望、下弦，则相继能看到上弦的半月面的西边（农历初七、初八），农历月半的整圆月，农历二十二、二十三的东半月面等月相交替。
8．日食和月食
当月球运行至日地之间，并在一条直线上时，便会产生“日食”，其发生时间基本上在农历月初，即“朔”时；当地球运行至日月之间，并在同一直线时，便会产生“月食”，时间在农历月中，即“望”时。
9．二十四节气
地球围绕太阳公转，从春分点起，每移动15°便是一个节气，移动一周即二十四节气。在地球公转时，可以看指针，了解二十四节气的变化。