1、备课资料一、固体地球的圈层结构 纵波：纵波是通过介质的体积变化即挤压和拉伸传播的，在固、液、气态介质中均可传播，速度最快。 横波：横波的震动方向与传播方向垂直，通过介质的形态变化而实现，又称作剪切波，只在固体中传播，速度较慢。横波的振动很强烈，它是引起建筑物破坏的重要原因。人们所感受到的振动是多种波共同作用的结果。 由于纵波在地球内部传播速度大于横波，所以地震时，纵波总是先到达地表，而横波总落后一步。这样，发生较大的近震时，一般人们先感到上下颠簸，过数秒到十几秒后才感到有很强的水平晃动。这一点非常重要，因为纵波给我们一个警告，告诉我们造成建筑物破坏的横波马上要到了，快点作出防备。 古登堡界面：
2、1914年，美国学者古登堡（Gutenberg）发现地下2900千米处存在地震波速的间断面，首先是发现距震中1150016000千米的范围内存在地震波的阴影区，解释为存在地核，其次是传播速度发生了明显的变化，纵波存在一次由13.6千米/秒突然降低的截面，而横波则突然消失了。后证实这是地核与地幔的分界层。该不连续面称为古登堡面。 莫霍界面：南斯拉夫地震学家莫霍洛维契奇1909年研究萨拉布地区一次地震时发现在地下33千米处地震波的波速发生了明显的变化，由原来的67千米/秒突变到8千米/秒，说明组成物质明显不同。持续研究发现，这一界面具有全球性，并经证实是地壳和地幔的分界线。因此，该不连续面称为莫霍
3、面。莫霍面在大陆地区深度约2070千米，大洋地区78千米。 地球并不是均一的整体，通过地震波记录获得的地球物理资料揭示固体地球是由不同圈层构成的。由地球的中心至地表可分为地核、地幔和地壳。地震波是地震震源释放的能量波。地震波分为面波和体波。记录地震波的仪器称为地震仪。面波是那些在外层围绕地球传播的波；体波是那些沿着一定传播路径穿过地球内部的波。面波的研究结果提供了大量有关地球的资料，但为测定地球内部结构，我们必须把研究工作转到体波方面来。 岩石圈是巴雷尔于1914年根据板块理论提出的地球圈层概念。岩石圈包括地壳和上地幔的上部。岩石圈的厚度是变化的，大洋部分在洋中脊的最新部分只有68千米，在最老
4、部分则有100千米；大陆岩石圈更厚一些，基本上在100400千米。 软流圈是巴雷尔（Barrell.Joseph）与岩石圈同时提出的地球圈层概念。它位于上地幔低速层之下至过渡层上部。软流层温度较高，但刚性较弱，能够长期缓慢变形，相对低温的、刚性的岩石圈可作为一个整体漂流在软流圈之上。 地壳是地球最表面的构造层，只占地球体积的0.8%。根据其性质可分大陆地壳和大洋地壳。地壳和地幔之间以莫霍面分界。 地幔位于地球金属地核之上的巨厚的硅酸盐圈层，是地球最重要的组成部分（占地球体积的82%），地幔受到放射性同位素衰变的加热，引起地幔内部的大规模物质对流，通常认为板块的运动是由这一对流驱动的。地幔与地核
5、的分界面称为古登堡面。根据波速在400千米和670千米深度上存在两个明显的不连续面，可将地幔分成由浅至深的三个部分：上地幔、过渡层和下地幔。 地核位于地下2900千米以下。地震地球物理资料表明地核可分为两个部分：内地核和外地核。二、水循环具有极其重要的作用 首先，地球各种水体通过蒸发（或蒸腾）、水汽输送、降水、下渗、径流等一系列过程和环节，把大气圈、水圈、岩石圈和生物圈联系起来，构成一个庞大的永不停息的大系统。 其次，各种水体不断运动、转化，使地球上各种水体不断更新，维护全球水的动态平衡。陆地水得以更新、补充。 再次，水循环是自然界最基本、最重要的物质循环之一。通过水的携带、溶解，促使自然界物
6、质的运动。对地表吸收的太阳辐射能起着吸收、转化、传输和调节的作用。从而实现了四大圈层之间物质的迁移和能量的转换。 最后，水循环不仅影响着全球的气候和生态，而且使水成为自然界最富动力作用的因子，通过物理、化学作用，不断塑造着各种地表形态。如：大气运动输送水汽，一股使沿海气候湿润，而内地干旱少雨；在全球形成两大多雨带（热带多雨带、温带多雨带）和两大少雨带（副热带少雨带、极地少雨带）。三、生物圈 生物圈也叫生态圈，它是由大气圈下层、水圈、土壤岩石圈以及活动于其中的生物组成的地球表面最大的生态系统。 地球在长期演化过程中，形成了大气圈、水圈、土壤岩石圈等不同的圈层，这三个相互重叠重迭、互相渗透、相互作
7、用，形成水中有气、气中有水、土中有水有气的适合生物生存的环境。生物依靠三个圈层提供的物质和太阳辐射能量生存发展，同时也在发展过程中，不断地改造各圈层的成分和性质。地球表面的三个无生命的物理圈层，只有出现了生物相互进行积极的生命渗透之后，才构成生物圈。 生物圈范围究竟有多大？从地球表面向上23千米的高空、向下11千米的深度（太平洋最深的海槽）都属于生物圈的范围。问题研究 月球基地应该是什么样子三维目标知识与技能1.在问题研究中初步学会探究学习。2.把前面学习的有关地球上存在生命的条件等知识应用到问题研究中，以理论指导实践，巩固所学知识。3.培养学生通过各种方式进行查找、收集、分析资料的能力。过程
8、与方法1.在所学知识的基础上大胆设想和创新，科学地尝试规划月球基地。2.运用探究学习的方式加强研究性学习课程的实施。情感、态度与价值观1.培养学生科学研究的素养和态度。2.培养学生的合作和团队精神。教学重点1.探究学习方式的初步体验。2.查找、收集、分析资料的能力培养。教学难点1.探究学习方式的初步体验。2.查找、收集、分析资料的能力培养。3.月球基地的整体规划。课时安排1课时 教学过程 导入新课 （放映）1969年7月美国“阿波罗”计划片段。 （投影）月球环形山图片（图1）。图1 几千年来，中华民族就流传着“嫦娥奔月”的美丽神话，1969年美国“阿波罗”11号在月球探测中取得最辉煌的成果，先
9、后有6次12名宇航员踏上月球，并向地面带回440千克的月岩样品。 科技大国美国、欧洲、中国、日本、加拿大和印度，最近都燃起了对月球的兴趣，计划在10年内派太空船到月球展开探索，并提出要建立月球基地。 2002年6月，科罗拉多开采学院土木工程师苏姗特就跟欧洲太空总署（ESA）旗下的欧洲太空研究及技术中心（ESTEC）合作，于荷兰举办了第一届欧洲月球基地设计工作坊，由来自16个国家13个学系和40名毕业生，构思出他们心目中的月球基地。结果，工作坊成功“开发出”数个独特的月球基地设计，每个基地都发挥特有的功能，如开采冰水研究、开发太阳能、用水研究、开采氦3等，同时也顾及在月球居住的社会和心理问题。
10、那么月球基地应该是什么样子呢？下面我们一起来探究这个问题。 推进新课 师我们首先来了解一下人类已经对月球做了哪些探测研究。 （投影） 就国际上的探月活动来说，从1958年至今，美国进行了9次载人月球探测，其中有6次为载人登月；前苏联、美国、日本和欧洲空间局向月球发射的无人探测器共计87个。 1969年7月，“阿波罗”11号实现了人类登月之梦，在月球探测中取得最辉煌的成果。这一年先后有12名宇航员踏上月球，并向地面带回440千克的月岩样品。 1972年美国“阿波罗计划”结束以后，月球探测一时有所降温，因为探月活动耗资巨大。 1990年日本发射了“飞天”月球探测器，正在研制“月神”月球探测器。 1
11、998年美国发射“月球勘探者”探测器，准备在2004年发射“破冰者”探测器。 2003年9月27日欧洲第一个月球探测器“SMART1号”在格林尼治时间顺利升空。 2004年2月我国公布了首次探月计划。 师再看看今后各国的探月计划。 （投影文本及图2） 美国：准备重返月球 图2 据美国媒体报道，虽然许多科学家担心美国重返月球的计划耗资太大，影响到其他科研项目的执行，但这些并没有影响到布什政府重返月球的雄心，美国国会已经批准了美国家航空航天局的预算。 执行重返月球计划的第一步骤是寻找合作厂商，本月初，美国家航空航天局已经签出总价值约10亿美元的70份合同，获得这些合同的都是美国著名的军事和科技设备
12、制造商，如诺斯罗普格鲁曼公司、波音公司等。这些合同项目包括建造一个机器人探测者，用于寻找一个适宜做月球基地的好地点，建造采掘月球资源的设备以及着陆器等。 美国家航空航天局曾在一份太空探索战略文件中建议，月球南极可能是最适宜人类驻扎的目的地。因为月球南极地区有冰冻水存在的迹象。这些冰冻水可用于饮用或分离为氢气和氧气作为燃料。这份文件还提议在20082011年间开展一系列月球无人探索任务，搜集数据并选择着陆地点。20112015年间，美国将为建立永久有人基地作准备。 （投影文本及图3）图3 NASA设想研制移动式月球基地 美国宇航局（NASA）正在积极研究新的月球计划，其中包括设计未来月球基地的研
13、究工作，不仅要研究固定式月球基地，而且还要研究移动式的。 目前，位于加州的NASA埃姆斯研究中心已成功研究出一种移动式月球基地的设计计划。该中心专家已在6月底提出移动式月球基地新构思，相应的计划由NASA研究员迈克尔科埃恩博士在新墨西哥州美国物理研究所举办的论坛上提出。 科埃恩博士指出，移动式月球基地具有一系列优点，其中一个主要优点是，移动式月球基地不会拴死在月球表面一个具体点上，借助于移动式月球基地将可以进行更广泛的研究，同时建造移动式月球基地的费用也不会太高。 科埃恩博士批评了传统的月球基地模型，为了确保长期考察队的安全，必须至少派3部车辆运送他们。这样，建造移动式月球基地要简单得多。除此
14、之外，移动式月球基地可以协同工作，连接成特殊的“列车”，然后再分散进入各自的研究区域。不过，研究月球移动式基地的设想暂时还处于起始阶段，到真正实施时也许会与现在讨论的方案完全不同。 （投影文本及图4）图4 俄罗斯：要建造月球基地 在美国大张旗鼓准备重返月球的同时，俄罗斯也准备实施相似的计划。早在2002年，俄罗斯航空航天局领导人就曾宣布，俄罗斯在一系列月球项目方面积累了丰富经验。许多专家也多次强调，俄罗斯可在近期实现月球飞行。 在美国公布重返月球计划后，俄罗斯航空航天局副局长莫伊谢耶夫22日宣布，俄罗斯将会在20202025年间在月球上建成一个自动化基地。莫伊谢耶夫当天在华盛顿参加美国航空航天
15、局组织的国际空间站项目问题研讨会上宣布，俄罗斯不排除近期在月球建设基地的可能性。 莫伊谢耶夫还告知其他国家的官员关于俄罗斯国际空间站的计划，包括旨在探索太阳系的先进研究，以及自动化航天器的应用。 （投影文本及图5）图5 欧洲版 “嫦娥工程”：（图为欧洲首颗月球探测器智慧一号） “SMART-1号”月球探测器于2003年9月发射升空，它是欧洲航天局名为“高级技术研究小规模任务”的系列低成本探测计划的第一步，该计划担负着为日后重大研究项目进行前期技术考察的任务。 “SMART-1号”拥有一套全新设计的动力推进系统：一种高效能离子驱动系统。在整个系统中，由太阳能电池板产生电力，以此使得氙气燃料加热后
16、电离化，产生的离子由探测器后部喷射出来，以此推动探测器向前飞行。据悉，整套系统比传统的火箭推进系统效率高出10倍。为建月球基地选址欧洲航天局表示，此次“SMART-1号”主要探测活动之一，是详细考察月球上一座名为“恒久光明之巅”的山峰。这座月球山峰山顶上由于能常年沐浴到太阳光照射，其温度在适宜人类活动的-20 左右，是人类建造月球基地的理想位置。同时由于其常年能接受到太阳能辐射，可以满足宇航员工作生活上对能源供给的要求，据初步估计在其附近环形山地带也许还有大量可供使用的水存在。作为“SMART-1号”探测器上X射线分光设备的主要负责人，来自英国牛津郡的拉塞弗德阿普尔顿实验室的曼纽尔格蓝迪博士称
17、：“月球上的南极地区很可能是建立人类月球基地的理想选址地区。” 绕月追寻月球身世 按照整个探测计划，从2005年1月开始，“SMART-1号”在环绕月球的轨道飞行中逐步测绘出月球表面等高线轮廓图、绘制月球上各种矿物质分布图，并进一步探索月球表面地层的进化线索。 其中最主要的任务，就是详细研究月球南极的“埃特肯盆地”区域。“埃特肯盆地”宽度接近2500千米，深度更达到13千米，是迄今为止太阳系内已知最大的冲击陨石坑。据称，埃特肯盆地几乎深达月球地幔内部，可以使科学家看清月球的内部构造，进一步了解到月球的过去。 （投影文本及图6）图6 日本：日本于1970年发射了第一颗人造卫星，此后的很长一段时间
18、内，日本都处于国际航天业的前列，1996年，当日本拿到为美国休斯公司发射30颗卫星的合同时，日本更是意气飞扬，认为是本国H2火箭计划的巨大成功。但不幸的事接踵而来，H2火箭接连4次发射失败，致使合同几乎全部被迫取消，虽然此后H2A火箭也有连续两次发射成功的成绩，但是日本火箭的信誉已经丧失殆尽。 早在13年前，日本就开始了研发“月神A”号的工作，并计划于1995年让其搭载M5火箭从位于日本鹿儿岛县的内之浦宇宙空间观测所发射升空。但是，受M5的开发延迟等因素影响，探月卫星的发射一推再推，如今已经是第7次推迟了。日本宇宙机构在去年发射“希望”号火星探测卫星失败后，决定对探月卫星“月神A”号进行全面检
19、查，结果发现仍有不少问题。据悉，宇宙开发委员会下个月将对该卫星进行重新评估，不排除终止探月卫星计划的可能。 发展探月十余年永久基地是目标。在上世纪六七十年代的探月热潮之后，90年代又掀起第二次高潮，当时拉开新一轮探月序幕的正是日本。 1990年1月24日，日本用M35-2型火箭成功发射了一颗“缪斯A”号科学卫星，这颗卫星进入太空后更名为“飞天”号。这是日本第一次发射接近月球的科学卫星，使日本成为继美苏之后，世界上第三个探测月球的国家。 1996年，日本提出了建造永久月球基地的计划，预计投资260多亿美元，在之后的30年之内建成月球基地，包括居住、氧和能源生产厂以及月球天文台等。将月球软着陆和自
20、主漫游车技术作为核心技术进行开发，计划2005年将漫游车送上月球。现在看来，这个愿望未能实现。 正在就日本几十年后的宇宙开发长远规划进行研究的日本宇宙航空研究开发机构完成了一份中期汇总方案，其核心内容是在月球表面建立无人太空基地，以及在比月球更远的地方建立“深层空间站”等。 方案中包括了利用机器人技术在月球表面建设无人基地，在不受大气影响的环境下进行天体观测，以及为载人太空活动积累技术经验等内容。 此外，还计划用30到50年的时间，在离地球大约150万千米处太阳和地球的重力保持平衡的特殊稳定空间内，悬浮一个无人的太空基地，以此构筑“深层空间站”。该空间站将可以用来设置望远镜观测宇宙，或是作为探
21、测火星和木星等行星时的中转站。 加拿大：10年内登月奔火星拟与印度共探月 加拿大航天局局长加内奥表示，加拿大有能力在今后10年内登上月球或火星。他还透露，加拿大已经开始与印度进行月球探测方面的合作。 加内奥在加拿大蒙特利尔的一次新闻发布会上说，如果有充分的经费保证，依加拿大现有的技术能力，加拿大完全可以在今后10年内登上月球或者火星。 加内奥指出，加拿大已经开始与印度进行月球探测方面的合作。他表示，在去年3月与印度方面进行会谈时，印度提出双方的合作可以先放下登月计划，而从发射月球轨道探测器开始。加拿大目前正在研究在印度的卫星上安装仪器的可行性。 印度：已准备好参与登月 据印度报业托拉斯报道，印
22、度空间研究组织（ISRO）主席奈尔在印度南部城市班加罗尔表示，印度希望参与美国“新登月计划”的实施，并已为此作好了准备。 奈尔对记者说，印度空间研究组织对布什讲话进行了认真研究，认为与美国在航天技术领域进行合作有利于印度空间技术的发展，也将大大推动印度自身的“登月计划”的实施。 奈尔表示，印度将在2007年或2008年用自行研制的运载火箭“PSLV”将重达530千克的无人驾驶飞船“月旅1号”送入月球轨道。此外，印度还计划发射一艘低空极地飞船，以探测地球上的各种自然资源。 据悉，印度空间研究组织官员将在班加罗尔与美国国家宇航局官员就两国在航天领域进行合作事宜继续进行磋商。 中国：早在1978年，
23、美国总统安全事务顾问布热津斯基就送给中国政府1克月球样品，中科院就曾组织全国力量对0.5克月球样品进行了初步研究，同时还利用月球陨石和其他途径开展了相应研究。 随着我国科技的发展和我国国力的增强，“嫦娥奔月”将这一神话变为现实的日子已经为期不远了。2004年1月，国务院正式批准绕月工程立项后，经绕月探测工程领导小组研究决定将我国的探月工程命名为“嫦娥工程”。我国第一颗绕月卫星命名为“嫦娥一号”，要在2007年打出去。 根据绕月探测工程研制总要求，月球探测卫星系统由卫星平台与有效载荷两部分组成。在“东方红”3号卫星平台及其他卫星成熟技术的基础上，研制月球探测卫星平台。卫星选用的有效载荷有：CCD
24、立体相机、激光高度计、成像光谱仪、微波探测仪、太阳高能粒子探测器、太阳风粒子探测器等。根据设计要求，月球探测卫星重量为2350千克，有效载荷总重量130千克，在轨运行寿命为1年。 按照计划，运载火箭系统选用“长征”3号甲作为月球探测卫星的运载火箭。发射场系统选用西昌卫星发射中心作为发射场，并进行必要的适应性改造，以完成月球探测卫星发射任务。 我国科学家已为在月球上建设科研基地作准备，将着重针对在月球上建立天文观测基地、对地球观测基地、深空探测基地、新材料研制与生产基地、人居基地等不同需要，提出并研究相关的科学技术课题。一个完整的月面基地包括用于人居生活、工业加工、农业栽培、观测研究，甚至旅游观
25、光等内容。 师（课前布置全体学生完成第一框的任务：分组收集资料，了解月球表面的自然状况） 这么多的国家对月球基地的建设感兴趣。月球基地可以通过开发月球资源来满足生存和发展的需要，那么建立月球基地需要满足哪些条件呢？我们可以按照以下思路展开研究。 生（课前整理资料，初步分析资料） 师大家收集并分析了很多资料，请你借鉴地球上有生命存在的条件来分析，月球需要哪些条件才能满足人类生存。请大家思考：月球上已经有哪些满足人类生存的基本条件？ 生月球上适合人类生存的条件有：引力，极地可能有冰、矿产资源等。 师很好。请大家再思考一个问题，如果在月球上生活，人类还需要创造哪些生存条件？ 生月球尚不具备、需要人类
26、自己解决的条件是：适合人类呼吸的大气、适宜的温度条件、可以饮用的液态水、防御宇宙辐射的措施等。 （投影图片）“生物圈”2号 师答得不错。再看资料“生物圈”2号和月球基地有哪些相同之处和不同之处？ 生都是人工建造的全封闭的模拟地球的生态环境。但“生物圈”2号是建立在地球上，而月球基地建立在表面引力只有地球1/6近乎真空的月球，“生物圈”2号失败了人还可以重新回到地球的自然环境，但月球基地一旦失败，人就不容易转移到地球上。 师答得很好。我们可以从“生物圈”2号实验中获取哪些经验和教训？ 生（1）模拟的生态系统毕竟不是自然的生态系统，其中的生态系统各个组成部分简单、生物种类少、食物链的复杂程度比农田
27、生态系统差，需要人为调节而不是自然调节。（2）种植绿色植物制造氧气但不能过多，否则二氧化碳和肥力不足；动物饲养不能太多，否则氧气消耗会增加；科学家要维持气候、大气成分、生物种类和数量平衡，创造适合生命生存的环境。（3）大气成分发生变化，内部气候没有调节好，粮食歉收，生态平衡被破坏等导致实验失败。（4）日本的“迷你地球”与20世纪90年代初期美国大力宣传的“生物圈”2号计划性质相同。氧气未能顺利循环正是导致“生物圈”2号失败的重要原因。由于土壤中的碳与氧气反应生成二氧化碳，部分二氧化碳又与建“生物圈”2号用的混凝土中的钙反应生成碳酸钙，导致其中氧气含量从21%降到了14%。到后期，“生物圈”2号
28、中的植物几乎灭绝，必须注入氧气才能维持人员生存。“迷你地球”没有使用土壤和依赖微生物，而是使用机器来人工分解和处理废料。这个人工支持部分占据了整个场地的1/4。支持系统的中心部分是复原氧气的处理机，使用高温和电解水的办法从二氧化碳中重新获得氧气。 师很好。“生物圈”2号实验能给你带来哪些启示？ 生“生物圈”2号实验说明人类建立起一个独立的人造生态系统是有可能的，这就为在月球上建立一个类似的人造生态系统提供了经验和教训。但实验失败则说明人类目前的科学与技术水平还有待提高。 自然界不同于人工控制系统，大而全的设计导致了顾此失彼。“生物圈”2号内的土壤均来自一个地方，不像地球那样不同地带有不同的土壤
29、类型。模拟的各类生态系统的空间分布格局及大小比例不合理。地球上生态系统内的生物间关系很复杂，目前人类还未全面了解生物间的协调性。 它最重要的启示在于：我们人类目前对地球的了解还是远远不够的，目前最好的办法还是保护和利用好地球，进行环境保护和生态恢复是实现人类可持续发展的必由之路。 师同学们思考得很深刻。下面看资料：月球资源，考虑两个问题：月球上具有哪些人类可以利用的资源？哪些月球资源可用于发展月球基地？ 生可以利用的资源包括月球上的空间资源、矿产资源、太阳能资源等。 （1）空间资源。月球是人类研究宇宙和地球本身的最佳平台。科学家认为，月球表面刻有能够追溯到数十亿年前被彗星和小行星碰撞的痕迹，而
30、在地球上这种记载已被大气层所化解。这种记录是人类的宝贵财富。通过对月面上没有人为改造和破坏的某些本来面目研究月球，有助于了解地球的远古状态、太阳系乃至整个宇宙的起源和演变，了解月球的成因、演变和构造等诸方面的信息，有助于搞清空间现象和地球自然系统之间的关系，可以极大地丰富人们对地球、太阳系以及整个宇宙起源和演变及其特性的认识，从中寻求有关地球上生命起源和进化的线索。 用月球作基地，进行深空探测活动。月球的引力只有地球的1/6，航天器从月球上起飞，可大大节省能源。 寂静的月球环境，是进行空间天文学研究得天独厚的场所。月球表面的地质构造极其稳定，月球直接承受太阳的辐射，没有大气层对光线和电波的吸收
31、、散射和折射等干扰，没有尘埃污染，没有磁场，月球的背面没有人造光源和射电的干扰，地震很微小。月球有漫长的黑夜，夜间温度极低。这种环境为建造高精度天文观测台提供了理想的场所。在那里架设望远镜可以进行全波段的天文观测，获得地面观测系统所无法得到的信息。总之，月球可以作为对太阳系、恒星系和银河系中的其他星体进行天文观测和研究的“风水宝地”，是进行天文物理学、重量波物理学、中微子物理学、生物科学和高能物理等观测和实验的理想场所。 同时，利用月球具有高真空、低重力的特殊环境，既能生产特殊强度、塑性性能优良的合金和钢材，还能生产诸如超高纯金属、单晶硅、光衰减率低的光导纤维和高纯度药品等。 （2）月球并非不
32、毛之地，而是一片未开垦的宝地。月球具有丰富的物质资源。据探测，月岩中含有地壳中的全部物质元素，约有60种矿藏。地球上常见的17种元素，在月球上都可以找到。在月球岩土中，具有丰富的氧、铁、镁、钙、硅、钛、钠、钾、锰等物质。月球表面平均有10厘米厚的沙土，共含有80000亿吨铁。月球研究者认为，如果不把碳氢化合物计算在内，月球上的物质能为人类制造出90%的所需物品。月球上有丰富的能源。月球表面覆盖着一层岩屑、粉尘、角砾岩和冲击玻璃组成的细小颗粒状物质。这层物质中富含由太阳风粒子积累所形成的气体，如氦、氖、氮等。这些气体在加热到700 时，就可以全部释放出来。尤其是月球上的氦-3，是地球上所没有的核
33、聚变反应的高效燃料，在月壤中的资源总量可以达到100万500万吨。30吨这样的尘埃，经热核反应产生的能源，可相当于美国一年生产能源的总和，如果每年从月球上开采1500吨氦-3，就能满足世界范围内能源的需要。利用氦-3进行热核反应，产生的放射性最低，具有经济、安全两大优点。另据计算，从月球中每提炼出1吨氦-3，还可以获得6300吨氢气、700吨氮气和1600吨含碳气体。所以，通过采取一定的技术，来获得这些气体，对于人类找到新的能源和维护永久性月球基地十分重要。 月岩土壤中氧占40%，可以就地生产推进剂和作为受控生态环境和生命保障系统的氧气来源。硅占20%，可以为航天器制作太阳电池阵，其他金属可以
34、为航天器制作各种部件设备。还可以用月球作中转站，为过往的航天器进行检修和补充燃料。（3）太阳能资源。由于月球表面几乎没有大气，太阳辐射可以长驱直入。计算表明，每年到达月球范围内的太阳光辐射能量大约为12万亿千瓦，相当于目前地球上一年消耗的各种能源所产生的总能量的2.5万倍。按太阳能能量密度为1.353千瓦/平方米计算，假设在月球上使用目前光电转化率为20的太阳能发电装置，则每平方米太阳能电池每小时可发电2.7千瓦时，若采用1000平方米的电池，则每小时可产生2700千瓦时的电能。 由于月球自转周期恰好与其绕地球公转周期的时间相等，所以月球的白天是14天半，晚上也是14天半，一天相当于地球一个月
35、的长度，这样它就可以获得更多的太阳能。科学家认为，如果在月球表面建立全球性的并联式太阳能发电厂，就可以获得极其丰富而稳定的太阳能，这不但解决了未来月球基地的能源供应问题，而且随着人类空间转换装置技术和地面接收技术的发展与完善，还可以用微波传输太阳能，为地球提供源源不断的能源。 月球上的空间资源、矿产资源、太阳能资源等都可用于发展月球基地 师非常好。要想在月球上建成永久性空间站，必须达到哪几个基本要求呢？ 生（1）那里要有生产太阳能所需要的充足阳光，能使空间站获取足够多的能源，以维持空间站的运行。（2）那里十分靠近一个很可能储存着丰富的冰的永久性阴影区，便于空间站人员获取水。这样一个初步的月球生
36、存体系就建立了，空间站的基础也就有了。（3）能够进行有效准确的空间天气预报。从太阳抛出的氢原子核和电子组成的等离子流，就是所谓的太阳风。太阳风的等离子流，由于地球磁场的屏障作用而对地球影响甚微，但是月球屏障作用弱，在月球空间站户外活动的空间站工作者却要经受高能粒子“雨”和等离子“风”以及磁爆的袭击。 地球上每平方厘米的面积上有1千克的大气，保护我们免遭宇宙射线的侵袭。然而，如果我们来到宇宙空间，便失去了大气这个保护伞。在这样残酷的宇宙气象环境中，要想积极地、安全地从事月球开发工作，就必须很好地了解和预测月球环境的变化情况。 在月球南极有一些区域接近于在太阳永久照射之下。以英国探险家沙克尔顿命名
37、的一座环形山的边缘，是一个优选地区，因为它有80%的时间处于阳光的照射之下，基本符合上述第一个条件。 在沙克尔顿环形山的内部，是一个永久性阴影区，有可能储存冰。该地区又符合上述第二个条件。 在这座环形山的边缘地区建立空间站，可以把生产电力的太阳能发电站架设在阳光充足的地方，并通过电缆或微波将电力传输到空间站去；同时，该空间站还能到环形山内部的阴影区采集冰块，从而获得必需的水源。 由于月球的引力只有地球的1/6，在那里发射太空探测火箭，所消耗的燃料将比从地球上发射少得多；再加上月球上有丰富的核燃料，因此，月球还是优良的航天发射基地。 师很好。我们再来了解美国温德尔门德尔的月球基地计划。希望对你们
38、能有一定的启发。 （投影文本） 20世纪90年代初，美国休斯敦航天中心负责人温德尔门德尔向白宫提出建设月球基地的设想，认为建立一个月球基地对支持在太空进一步大规模的开发是极其重要的。白宫批准了温德尔门德尔建设月球基地的设想，并命名为门德尔计划。 门德尔计划的第一阶段从1997年开始，先发射人造卫星，为基地的最佳地点作勘测。第二阶段从2005年开始，为施工阶段，将向月球运送起重挖掘等基建机械，并用微波对地基进行硬化处理。第三阶段为构件组装，采用21根直径6米，长18米的巨型管道，组成3个等边六角形，六角形中用高压充气建立18米高的巨大圆舱，人员设备皆可容纳在管道或圆舱中。第四阶段开采利用月岩中氧
39、、铝、铁、钛、硅等资源，制取生活用氧及扩建月球基地所需的金属、玻璃等原材料。 科学应用国际公司根据门德尔计划第四阶段作了相应的研究，其结果是令人乐观的：一座重量为1吨的小型试验型化工厂，在1年中可把10吨以上的月岩加工成氧、金属和玻璃。 门德尔的整个计划需耗资上千亿美元，人类必须不间断地努力100年才能完成。 课堂小结 可见，建设月球基地是非常不容易的事。但月球环境引力小、真空、无菌、磁场小、温差大、昼夜交替周期长，加上地质条件特殊、具备地球原材料资源等特点，月球基地有望成为人类在地球外星体上建立的第一个活动场所。预计在未来20年内人类将重返月球，利用空间航天基地进行地月轨道运输船的组装维护，
40、最终建成月球基地。 板书设计备课资料一、国际载人航天主要向5个方向发展 第一，国际空间站。1998年11月开始的以美、俄、日和欧洲国家为主的16国参与的国际空间站组建工作目前进展基本顺利，预计于2007年建成。 第二，天基航天。地球同步轨道具有的独特性质决定了利用这一类轨道的卫星对人类服务将提供最有效的应用。新的思路是，将大型空间站发展成为空间航天基地，在空间组装大型卫星，然后使用轨道机动飞行器将卫星送至地球同步轨道。 第三，月球基地。月球环境引力小、真空、无菌、磁场小、温差大、昼夜交替周期长，加上地质条件特殊、具备地球原材料资源等特点，月球基地有望成为人类在地球外星体上建立的第一个活动场所。
41、预计在未来20年内人类将重返月球，利用空间航天基地进行地月轨道运输船的组装维护，最终建成月球基地。 第四，载人火星登陆。自20世纪60年代人类就开始了载人火星飞行的研究工作。美国和俄罗斯等国家已达成联合进行火星探测的协议，并制定了载人火星飞行计划，目标是今后30年左右实现载人火星登陆。 第五，太空旅游。2001年4月28日，61岁的美国人蒂托飞往国际空间站，成为第一位太空旅游者。未来20年内，会有更多的人以旅游者的身份进入太空，太空旅游最终将成为一项产业。二、月球基地最佳位置已经选定 科学家对月球神秘的两极区域进行的迄今最详细的分析，为人类将来在月球上建立活动基地找到了最适宜的位置。 这个位于
42、以英国探险家沙克尔顿命名的一座环形山边缘的位置符合建立月球活动基地的两个基本要求：那里有生产太阳能所需的充足阳光；而且其位置非常靠近一个很可能储存着深冻冰的永久性阴影区。 冰不仅可以满足月球定居者的饮用水需要，还可以为太空飞船生产燃料。月球勘探者飞船一年多以前发现月球的南北两极有冰。这是一项重要的发现，科学家们根据这一发现制定了向月球移民的计划。 月球勘探者飞船还无法确定冰的确切位置。在过去四个星期中它降低了飞行轨道，以便进行更精确的观测。 关于月球上存在冰的确切位置的最新信息是根据前一次月球探测活动即根据克莱门坦探测飞船1994年对月球进行历时71天非常成功的探测过程收集的数据得出的。1.永
43、远的白天 克莱门坦探测飞船在两个月球日的时间里每隔10个小时对月球南极拍照。欧洲航天局的本伯西博士利用这些数据绘制了月面图，用以显示月球表面某一点在一个月球日受到阳光照射的时间。 从伯西绘制的月面图上可以看出，月球南极有一些区域接近于在太阳的永久照射之下。沙克尔顿环形山的边缘是一个特别令人感兴趣的区域，因为它有80%的时间处于阳光的照射之下。距离这个区域只有10千米的位置还有两个区域，总共有98%的时间处于阳光的照射之下。距离此处不远的环形山内部是一些永久性阴影区，那里储存的冰因为没有受到阳光的照射而不会融化。2.电力输送网 这里是建立第一个月球基地的理想区域。可以把生产电力的太阳能阵列放置在
44、阳光充足的区域，并通过微波或电缆与之相连。这样，位于沙克尔顿环形山边缘的区域就可以得到近乎源源不断的太阳能供应，而且能够很容易获取月球储存的冰资源。月球的北极比南极较为平坦，但是初步估计结果显示，那里有面积达1.3万平方千米的永久性阴影区。 克莱门坦飞船是沿着月球的极地轨道飞行的，因而获得了月球两极的第一批数字图像。在它之前的阿波罗飞船则是环绕月球的赤道飞行，以便于宇航员在发生紧急情况的时候比较容易返回地球。3.月球探测的漫长历程 自月球勘探者飞船去年早些时候在月球两极区域的表层下面发现有冰以后，月球再次成为人们感兴趣的目标。 许多科学家在规划月球探测活动。美国航天局计划继月球勘探者之后继续开
45、展月球探测；日本科学家已提出发射无人驾驶月球着陆器的方案。欧洲科学家正在设计一颗造价低廉的用于月球研究的小型卫星。这颗于2001年发射的月球研究卫星由专门从事小型卫星设计的萨里卫星技术公司与瑞典科学家共同承担。 制造小型月球研究卫星的初步设想始于1996年。那一年，欧洲15个国家的52名学生举行了一次题为“月球探测”的科学研讨会。尽管历次月球探测活动都是以科学技术为重点，但是小型月球研究卫星的主要作用是开展教育活动。三、月球基地计划 20世纪90年代初，美国休斯敦航天中心负责人温德尔门德尔向白宫提出建设月球基地的设想，认为建立一个月球基地对支持在太空进一步大规模的开发是极其重要的。白宫批准了温
46、德尔门德尔建设月球基地的设想，并命名为门德尔计划。 门德尔计划的第一阶段从1997年开始，先发射人造卫星，为基地的最佳地点作勘测。第二阶段从2005年开始，为施工阶段，将向月球运送起重挖掘等基建机械，并用微波对地基进行硬化处理。第三阶段为构件组装，采用21根直径6米，长18米的巨型管道，组成3个等边六角形，六角形中用高压充气建立18米高的巨大圆舱，人员设备皆可容纳在管道或圆舱中。第四阶段开采利用月岩中氧、铝、铁、钛、硅等资源，制取生活用氧及扩建月球基地所需的金属、玻璃等原材料。 科学应用国际公司根据门德尔计划第四阶段作了相应的研究，其结果是令人乐观的：一座重量为1吨的小型试验型化工厂，在1年中
47、可把10吨以上的月岩加工成氧、金属和玻璃。 门德尔的整个计划需耗资上千亿美元，人类必须不间断地努力100年才能完成。四、我国探月计划回报巨大 嫦娥奔月已指日可待 “嫦娥工程”是指我国整个探月工程，分“绕”“落”“回”三步走，都是无人的。绕是探月工程的第一步，“绕”是东北话，是环绕着月球进行科学探测；“落”是有个探测器落到月球表面上去，用软着陆而不是撞坏它，进行月面的探测；“回”就是要取采样返回。1.“嫦娥一号”2007年升空 根据绕月探测工程研制总要求，月球探测卫星系统由卫星平台与有效载荷两部分组成。在“东方红”3号卫星平台及其他卫星成熟技术的基础上，研制月球探测卫星平台。卫星选用的有效载荷有
48、：CCD立体相机、激光高度计、成像光谱仪、微波探测仪、太阳高能粒子探测器、太阳风粒子探测器等。根据设计要求，月球探测卫星重量为2350千克，有效载荷总重量130千克，在轨运行寿命为1年。 按照计划，运载火箭系统选用“长征”3号甲作为月球探测卫星的运载火箭。发射场系统选用西昌卫星发射中心作为发射场，并进行必要的适应性改造，以完成月球探测卫星发射任务。2.绕月工程的四大目标 四大科学目标三个是针对月球本身，另一个则是针对奔月过程。针对月球的三个目标分别是：获得月球表面的三维影像信息；探测月球表面存在人类可利用元素的分布情况；测出月壤厚度。从地球到月亮的距离是39万千米，“嫦娥一号”在奔月过程中，还
49、可以看看路上的“风景”。绕月工程的第四个科学目标，就是对地月空间的物理环境进行探测。3.国人登月会有时 随着我国科技的发展，特别是国力的增强，航天实力也大大增强，在发展人造卫星和载人航天之后，适时开展以月球探测为起点的深空探测是我国航天活动的必然选择，也是我国航天事业持续发展，有所创造、有所作为的重大举措。我国在完成无人航天器探月任务后，将研究载人登月发展规划，择机实施载人登月探测以及与有关国家合作共建月球基地。 月球具有可供人类开发和利用的各种独特资源，月球上特有的矿产和能源，是对地球资源的重要补充和储备，将对人类社会的可持续发展产生深远影响。月壤中特有的氦3资源是人类未来可长期使用的清洁、
50、高效、安全而廉价的新型核聚变燃料，并将改变人类社会的能源结构。每克黄金11美元，而每克氦3是400美元。据统计，月球上的氦3可以满足人类1万年以上的供电需求。五、有科学家认为月球基地将破解火星之旅10大难题 随着“勇气”号探测器在火星的成功登陆，美国的航天计划取得重大进展。而美国总统布什计划在近日宣布一系列重大的航天计划，包括再次进行载人登月，并在月球上建立一个永久性的太空基地，而载人登陆火星则被列为远景计划的一大目标。 美国为什么要耗费巨资在月球建立太空基地？为什么不直接将宇航员送往火星？美国广播公司（）在报道中援引科学家的分析说，目前人类的火星之旅还面临着10大难题，如果不能解决这些难题，
51、不仅火星探险计划的成功系数将大打折扣，而且连宇航员的生命安全都将很难保证。 正因为如此，在月球建立一个永久性的太空基地将为载人登陆火星提供一个“太空试验室”，宇航员可以在这里学习在陌生星球生存的各种本领，进行各种前期准备工作。而且月球毕竟距离地球较近，如果在试验中出现什么问题或者紧急情况，也可以利用各种办法撤回地球。 那么人类的火星之旅面临着哪些必须克服的难题呢？ 难题之一：抵达目的地。根据美国国家航空和航天局制定的计划，美国将利用核能推进设备将大量的物资和设备运送到月球，并在那里建立太空基地。但是要将宇航员顺利送到火星却并不是一件轻松的事，而且科学家还要尽量缩短宇航员抵达火星的时间，同时避免
52、他们在探险过程中遭受过度的辐射。 难题之二：辐射问题。无论是对于首批在月球长期居住的“太空居民”还是那些将前往火星探险的宇航员都将面临着遭受过量辐射的问题。太阳“风暴”以及宇宙射线“风暴”常常会持续数日之久，如果宇航员在那个时候暴露在射线之下，身体就很容易受到损伤。为了解决这个问题，科学家们需要加强预报太阳风暴等太空天气的能力，同时改进各种防护设备。一旦发出警告，宇航员可以躲进航空器的保护舱，或者在月球及火星的地下掩体中藏身。 问题之三：呼吸的空气。无论是在月球的太空基地还是火星上，人类可以呼吸的空气是必不可少的生存条件。保持空气供应的重要方法之一就是建立一个能够除去二氧化碳等废气的循环系统。
53、此外，科学家们还在研究如何从月球以及火星上提取矿物质，利用这些矿物质来制造氧气。 问题之四：充足的食品。在目前的太空短途旅行中，宇航员的食品都是航天器中携带的太空食品，但是如果要进行长途的火星之旅或者在月球基地上长期生活，宇航员就必须学会在太空中“生产”大部分所需食品，比如在温室中种植蔬菜，利用实验室的营养液来制造肉类产品。 问题之五：废物循环利用。在太空旅行中，处理人体垃圾和其他废弃物是一件非常棘手的事情，必须要使用相当先进的循环设备。目前在空间站的宇航员已经可以利用这些设备将自己的尿液和汗液加工成水。人体的固体排泄物则可以被加工成温室中所需的化肥。 问题之六：充足的饮用水。太空旅行中充足的
54、饮用水自然是必不可少。科学家们已经于1年在月球两极的永冻带中发现了可以加工成水的原料，目前还在火星上探测是否有类似的资源。此外，航天器使用的燃料电池系统工作中产生的副产品之一就是水。尽管如此，饮用水对太空旅行还是一大挑战，任何可以利用的水资源都不能被浪费，所以无论是宇航员的尿液还是其他液体在太空旅行中都是相当宝贵的原料。 问题之七：保持实时联系。在地球上，我们可以借助各种通讯工具保持实时联系，但是在太空旅行中保持这样的联系就变得非常困难。由于地球和火星之间漫长的距离，无线电信号在两个星球之间传输至少需要20分钟时间，这样一旦出现紧急情况，宇航员将无法及时获得地球控制中心的帮助，必须凭借自己的经
55、验和知识来解决这些问题。 问题之八：在微重力下生活。在太空站长期生活的宇航员都会出现肌肉松弛或者骨质变轻等现象，这是长期在微重力下生活的结果。对于那些需要在太空中生活更长时间的火星探险者来说，这一问题显得更加严峻。目前科学家们正在想方设法改进各种太空锻炼设备，保证宇航员的肌肉不会松弛，同时给人体的骨骼以足够的压力，使得骨质不会变轻。 问题之九：温度的急剧变化。月球表面的温度从华氏-233212 ，平均温度是华氏-7 ；而火星表面的温度从华氏-17017 ，平均温度为-76 。这些温度的急剧变化显然和地球的环境相差太远。对于那些要在月球基地长期生活以及在火星探险的宇航员来说，向他们提供稳定的工作和生活环境至关重要。所以科学家们认为有必要将月球基地和火星的探测营地建在地下，同时利用加热设备提供稳定的温度。 问题之十：能源需求。未来的月球居民和火星探险人员对能源的需求是非常大的，如何确保太空旅行的能源也是一个不容忽视的问题。目前通常的解决办法是利用太阳能电池板，但是其稳定性仍然令人担忧。此外，科学家们还考虑使用核能装置来长期提供稳定的能源。 当然，科学家们最希望的是在月球和火星上能够有“意外发现”，找到可以用来作为能源材料的矿物质，这样就可以解决太空探险中的一大难题。.w。w-w*k&s%5￥u高考资源网w。w-w*k&s%5￥u
