《宇宙的奥秘》ppt课件

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1、宇宙的奧秘,宇 宙 的 介 紹 一,現 有 的 宇 宙 宇 宙 中 有 上 千 億 的 星 系 ， 平 均 每 一 星 系 亦 約 有 上 千 億 的 恆 星 及 各 類 天 體 。相 對 的 天 文 學 家 也 有 較 多 的 “樣 品”，可 以 拼 湊 出 有 關 恆 星 與 星 系 的 完 整 理 論 。 但 是 以 我 們 現 在 的 所 知 ， 要 建 構 一 個 合 理 的 宇 宙 論 並 不 容 易 ， 在 的 宇 宙 論 最 為 大 家 接 受 的 大 爆 炸 學 說 ， 仍 然 有 許 多 尚 未 解 決 的 難 題 。 天 文 學 家 提 出 膨 脹 理 論 ， 解 釋 了

2、部 份 宇 宙 論 標 準 模 型 的 困 難 ， 但 終 極 的 宇 宙 論 仍 然 在 建 構 之 中 。,宇 宙 的 誕 生 根 據 哈 伯 定 律 宇 宙 各 星 系 正 相 互 遠 離 ， 相 距 愈 遠 的 星 系 ，相 互 遠 離 的 速 度 愈 大 。而 由 這 個 現 象 ， 人 們 很 自 然 的 推 測 ， 如 時 間 倒 轉 ，多 久 之 前 ，所 有 的 星 系 曾 聚 集 在 一 起 ？假 設 膨 脹 的 速 度 一 直 沒 有 改 變 ，那 到 底 現 宇 宙 是 在 多 久 前 誕 生 的 呢 ？根 據 現 存 的 計 算 ，我 們 的 宇 宙 大 約 誕 生

3、於 一 百 五 十 億 年 前 。,宇 宙 介 紹 二,宇 宙 大 爆 炸 假 設 宇 宙 是 在 約 150 - 200 億 年 前 ， 從 一 個 高 溫 高 密 度 的 狀 態 ， 開 始 爆 炸， 膨 脹 之 後 漸 漸 冷 卻 ， 形 成 星 系 。膨 脹 是 發 生 在 每 一 處 。 宇 宙 論 標 準 模 型 所 描 繪 出 的 宇 宙 的 歷 史 如 下 ：1. 當 時 間 為 0 時 開 始 產 生 大 爆 炸 。2. 當 時 間 為 4 秒 時 ，開 始 產 生 質 子、 中 子、 電 子。3. 當 時 間 為 3 分時，開 始 形 成 原 子 核， 其 中 氫 (H)

4、約 佔 75%， 氦 (He) 約 佔 5% 。此 時 氣 體 是 游 離 的 ， 自 由 電 子 與 光 散 射 ， 光 無 法 跑 遠 就 被 散 射 掉， 宇 宙 到 處 充 滿 輻 射 。 大 爆 炸 至 此 時 期 之 前 ，合 稱 為 輻 射 主 控 時 代 。4. 當 時 間 為 106年 時 ， 溫 度 約 為 3000 K ， 自 由 電 子 與 氫 、 氦 原 核 結 合 成 為 氫 原 子 與 氦 原 子 。 此 時 氣 體 是 中 性 的 ， 使 得 光 子 可 以 在 宇 宙 中 自 由 行走 ， 亦 即 宇 宙 變 透 明 了 ， 從 此 進 入 物 質 主 控 時

5、 代 。 5. 當 時 間 為 109年時 星 系 形 成 。,左圖大 爆 炸 膨 脹 之 後 漸 漸 冷 卻 ， 形 成 星 系的圖片,地 球 的 形 成,1地 球 形 成 地 球 的 放 射 性 能 造 成 地 表 融 化，較 輕 的 礦 物 漂 浮 在 表 面，鐵 鎳 等 較 重 的 元 素 下 沉 形 成 地 核 。,2地 殼 約 在 40 億 年 前，地 殼 開 始 形 成。冷 卻 的 固 態 岩 石 塊，漂 浮 在 熔 融 的 岩 石 層 上。這 些 岩 石 有 時 會 下 沉 融 化，最 後 還 會 浮 到 地 表。,3製 造 大 氣 地 殼 逐 漸 加 厚，數 百 萬 年 來

6、從 火 山 噴 出 的 氣 體 形 成 大 氣，水 蒸 汽 凝 結. 成 海 洋。,4陸 地 形 成 約 在 35 億 年 前，地 殼 形 成 大 型 陸 塊，稱 之 為 原 大 陸，和 今 日 的 大 陸 外 形 差 異 很大。,5今 天 的 地 球 地 球 獨 特 的 條 件 供 養 了 各 式 各 樣 的 生 命。不 過 地 球 仍 在 改 變，構 成 地 殼 的 巨 大 板 塊 也 持 續 移 動，拉 扯 著 大 陸 分 分 合 合。,左圖是現在的地球,太 陽 探 索,太 陽 風 從 太 陽 不 斷 地 發 射 高 能 量 的 粒 子 ， 這 種 微 粒 子 ， 在 地 球 附 近 平

7、 均 每 秒 有 四 百 公 里 速 度 ， 這 種 由 太 陽 發 射 的 微 粒 子 稱 為 太 陽 風 。 太 陽 風 的 存 在 可 以 從 彗 星 的 尾 巴 流 向 太 陽 的 相 反 方 向 而 預 想 得 知 ， 但 事 實 上 是 利 用 行 星 觀 測 用 火 箭 而 知 道 的 。地 球 擁 有 一 個 大 磁 鐵 的 性 質 ， 因 此 有 一 條 磁 力 線 貫 穿 車 南 北 極 之 間 。 包 圍 在 地 球 周 圍 的 磁 力 線 的 形 狀 ， 面 向 太 陽 的 一 方 ， 因 和 太 陽 風 衝 突 而 形 成 圓 形 的 衝 擊 波 面 。 背 向 太

8、陽 的 一 方 ， 磁 力 線 隨 著 太 陽 風 ， 延 伸 到 月 球 的 軌 道 上 。太 陽 的 微 粒 子 不 能 夠 橫 切 磁 力 線 ， 因 為 對 地 球 上 的 我 們 沒 有 直 接 的 影 響 。 如 果 沒 有 這 磁 力 線 ， 地 球 表 面 直 接 暴 露 在 太 陽 風 下 ， 這 太 陽 風 的 放 射 能 將 地 表 的 所 有 生 物 全 部 毀 滅 。 太 陽 風 經 常 會 出 現 ， 但 是 其 速 度 和 密 度 並 沒 有 固 定 。 太 陽 上 如 果 出 現 大 的 黑 子 ， 在 其 上 層 的 彩 層 地 方 ， 會 產 生 爆 炸 事

9、 件 ， 稱 之 為 閃 焰 閃 焰 發 生 時 微 粒 子 到 處 亂 飛 ， 擾 亂 地 球 磁 場 性 質 的 磁 暴 或 電 離 層 因 而 混 亂 ， 而 發 生 收 不 到 短 波 的 電 波 障 礙 南 、 北 極 更 出 現 極 光 。從 大 氣 層 圈 外 ， 用 X 光 線 觀 測 日 冕 ， 會 發 現 日 冕 上 有 暗 洞 ， 稱 之 為 日 冕 洞 。 這 個 日 冕 洞 一 出 現 ， 太 陽 風 每 秒 加 速 到 700 - 800 公 里 ， 地 球 磁 場 的 強 度 也 因 而 混 亂 。 以 上 這 些 才 是 明 瞭 的 。此 外 ， 由 近 年 來

10、 先 鋒 號 (Pioneer) 和 航 海 家 號 (Voyager) 等 觀 測 衛 星 的 探 測 我 們 知 道 太 陽 風 能 吹 到 木 星 和 土 星 。以 前 ， 認 為 行 星 和 行 星 之 間 是 什 麼 都 沒 有 的 ， 現 在 由 於 觀 測 和 研 究 知 道 了 ， 行 星 和 行 星 間 到 處 滿 著 可 怕 的 太 陽 風 。,恆 星 的 一 生 一,主 序 星 階 段 的 演 化 由 原 恆 星 塌 縮 成 主 序 星 的 過 程 中 ， 基 本 上 恆 星 的 物 質 成 分 並 無 變 化 。 所 以 零 齡 主 序 星 仍 然 含 有 3/4 的

11、氫 以 和 1/4 的 氦 及 極 少 量 的 重 元 素 。在 主 序 星 階 段 ， 恆 星 最 主 要 是 靠 重 力 塌 縮 所 產 生 的 向 內 壓 力 ， 與 輻 射 所 產 生 向 外 膨 脹 的 壓 力 達 成 平 衡 來 維 持 穩 定 。 當 然 核 心 物 質 的 氣 壓 ， 與 電 離 氣 體 的 庫 侖 斥 力 所 生 的 壓 力 ， 對 抵 抗 重 力 塌 縮 也 都 有 小 量 的 貢 獻 。,主 序 星 的 演 化 恆 星 核 心 的 氫 融 合 ， 不 管 是 依 循 氫 至 氫 鍊 或 是 碳 氮 氧 循 環 ， 其 淨 反 應 皆 是 將 四 個 氫 融

12、 合 成 一 個 氦 ， 所 以 在 恆 星 核 心 物 質 的 總 數 逐 漸 減 少 。 每 一 氫 融 合 反 應 後 ， 所 生 成 的 氦 原 子 核 對 星 核 氣 壓 的 貢 獻 與 氫 原 子 核 相 當 ， 但 原 子 核 的 總 數 下 降 ， 導 致 氣 壓 也 略 微 降 低 ， 重 力 壓 將 星 核 稍 微 壓 縮 。當 星 核 收 縮 ， 核 心 的 溫 度 上 昇 ， 氫 融 合 反 應 的 速 率 升 高 ， 產 生 更 多 的 輻 射 能 ， 恆 星 也 變 得 更 亮 。 增 加 的 能 量 向 外 傳 遞 ， 使 恆 星 的 外 層 膨 脹 且 表 面

13、溫度 下 降 。 故 恆 星 在 進 入 主 序 帶 後 ， 隨 著 星 齡 增加 ， 體 積 會 緩 慢 增 加 ， 亮 度 逐 漸 升 高 ， 但 表 面 溫 度 反 而 下 降 。,恆 星 的 一 生 二,不 均 勻 的 主 序 星 所 以 主 序 星 的 核 心 區 ， 氫 與 氦 的 比 例 會 隨 著 年 齡 逐 漸 發 生 改 變 。 除 此 之 外 ， 恆 星 能 量 產 生 的 狀 態 與 能 量 傳 輸 的 方 式 ， 也 都 會 發 生 變 化 。 受 到 上 述 因 素 的 影 響 ， 主 序 星 的 性 質 會 隨 星 齡 而 略 有 變 化 。 在 H-R 圖 上

14、主 序 星 的 分 佈 並 不 是 呈 線 狀 ， 而 是 分 佈 在 一 個 帶 狀 的 區 域 上 主 序 帶 。在 主 序 帶 上 ， 零 齡 主 序 星 是 在 主 序 帶 的 下 端 ， 隨 著 星 齡 的 增 加 ， 逐 漸 向 右 上 方 移 動 。 當 主 序 星 移 至 主 序 帶 的 上 緣 時 ， 星 核 的 氫 燃 料 已 經 耗 盡 ， 核 心 的 氫 核 融 合 反 應 也 終 止 了 ， 恆 星 即 將 離 開 主 序 帶 ， 並 走 上 死 亡 之 旅 。,演 化 歷 程 主 序 星 白 矮 星 黑 矮 星恆 星 無 輻 射 層 ， 以 對 流 的 方 式 傳

15、輸 能 量 ， 因 此 恆 星 物 質 的 分 佈 很 均 勻 。 氫 融 合 反 應 速 率 非 常 緩 慢 ， 恆 星 的 主 序 星 生 命 期 非 常 長 ， 宇 宙 誕 生 初 期 所 產 生 的 這 類 型 恆 星 ， 尚 在 主 序 帶 上 。這 類 低 質 量 恆 星 ， 星 核 氫 融 合 反 應 終 止 後 ， 會 進 行 重 力 塌 縮 ， 重 力 位 能 轉 成 核 心 熱 能 ， 但 未 高 到 能 夠 觸 發 氦 核 融 合 的 溫 度 。 當 重 力 位 能 耗 盡 後 ， 黑 矮 星 是 這 類 恆 星 演 化 的 終 點 。,流 星 介 紹,流星雨通常是指彗星

16、或小行星經過地球軌道附近並留下塵埃，當地球經過塵埃帶就形成流星雨(如下圖)。地球公轉所經過的軌道上，有著數不盡的宇宙塵埃，被地球吸引後進入地球大氣層，因產生高熱而燃燒，於是我們有時候可以看到流星拖著長長的尾巴。大部份的流星都會在大氣層燃燒完畢，但塵埃若是過大無法燃燒完畢便會掉到地面上，此時就稱為隕石。流星雨的發生時間每年差異不大，但數量不易預測，不過通常彗星回歸的第一年比較壯觀，而後每年遞減，直到再次回歸時又會突然增加，以獅子座流星雨來說，他的母彗星週期為33年，最近一次回歸是在1998年，所以1998年11月及1999年11月的獅子座流星雨將會十分壯觀。,宇 宙 中 黑 洞 一,甚 麼 是 黑 洞 ? 黑 洞 是 一 個 時 空 的 黑 暗 區 ， 由 一 些 質 量 頗 大 的 星 體 經 重 力 塌 縮 後 所 剩 餘 的 東 西 。 它 的 基 本