宇宙及其起源.doc

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1、137.98 0.37亿年前,宇宙蛋或原始火球(1万亿)大爆(宇宙蛋)炸,宇宙诞生。这次大爆炸的反应原理被物理学家们称为量子物理。1932年比利时数学家勒梅特首次提出现代宇宙大爆炸理论, 1946年美国物理学家伽莫夫正式提出大爆炸理论。大爆炸理论认为,宇宙起源于一个单独的无维度的点,即一个在空间和时间上都无尺度但却包含了宇宙全部物质的致密炽热的奇点(即宇宙蛋)。至少是在120150亿年以前,宇宙及空间本身由这个点爆炸形成。根据大爆炸宇宙学的观点,大爆炸的整个过程是:刚诞生的宇宙,空间从无到有并急剧猛增,仅仅1032秒后,就暴胀到大约1光年的直径。在1 秒钟时,因大爆炸产生的极强高能辐射均匀地充

2、满整个空间,宇宙成为100亿高温的熔炉,所有物质被熬成一锅基本粒子汤。物质密度相当大,整个宇宙体系达到平衡。宇宙间只有中子、质子、电子、光子和中微子等一些基本粒子形态的物质。紧接着,一场肆虐的原始宇宙风暴开始,基本粒子间发生猛烈撞击,中子熔质子形成氦核。此过程延续约3分钟,直至所有中子消耗殆尽为止。约22%质量的物质聚合成氦核,余下约78%的物质为没有聚合的质子,即氢核,仅有十万分之几属于同位素氦3和氘,百亿分之几归之于锂。原生物质氢核和氦核均匀分布在整个太空,它们之间的引力微弱,远不足以克服巨大的扩散压力和辐射压,因此无法凝聚成团。但因整个体系在不断膨胀,结果温度很快下降。(当温度降到10亿

3、度左右时,中子开始失去自由存在的条件,它要么发生衰变,要么与质子结合成重氢、氦等元素;化学元素就是从这一时期开始形成的。温度进一步下降到100万度后,早期形成化学元素的过程结束。宇宙间的物质主要是质子、电子、光子和一些比较轻的原子核。)30万年过去,宇宙温度隐降到4,000K,然而其均匀状态依然如故;1000万年过去,宇宙中高能辐射冷却变成微波背景辐射,氢核和氦核形成了各自的原子,原子间的引力也终于战胜扩散压力和辐射压,在它的作用下渐渐形成一个个物质密度较大的地区,并继续向中心收缩,原始星云就这样形成了。在宇宙诞生1,000万年后,由氢氦2种元素构成的巨大原始星云弥漫着太空,虽然非常稀薄,却表

4、明宇宙物质不再处于均匀分布的状态,这预示了宇宙星光灿烂的未来。原始星云由于自身引力而不稳定造成塌缩,在气体内部形成一个足以与自引力相抗衡的压力场,压力场最后制止引力塌缩,从而建立起一个新的力学平衡位形,称之为星坯,星坯再进一步形成恒星体系。宇宙是由空间、时间、物质和能量所构成的统一体。文子自然:“往古来今谓之宙,四方上下谓之宇。”把“宇宙”的概念与时间和空间联系在一起,体现了中国古代人民的独特智慧。天文学家对宇宙中恒星的数量一直有不同的估算。最著名的一个说法是美国天文学家卡尔萨根在其著作千亿的千亿中提出的猜测,认为宇宙中有1,000亿个星系,每个星系有1,000亿个恒星。据此天文学家进一步推测

5、各星系恒星数量约为1,000亿的一万亿倍。美国天文学家彼得范多昆和天体物理学家查理康罗伊对来自星系的光强度分析后认为大约有31023颗恒星。恒星是由炽热气体组成的能自己发光的大质量的球状或类球状天体。恒星的一生经历引力收缩阶段(至少10001500万年)、主序阶段、红巨星阶段、晚期阶段和临终阶段。恒星一生的90%的时间都是在核心以高温和高压将氢聚变成氦,并因此而发光。核聚变所释放的能量,从内部传输到表面,然后辐射至外太空。几乎所有比氢和氦更重的元素都是在恒星的核聚变过程中产生的。从零龄主序星开始,氦在核心的比率稳定增加,结果为维持在核心的核聚变,恒星会缓慢的增加温度和光度。每颗恒星都会吹出恒星

6、风将微粒持续送入太空中。对多数恒星,经由这样流失的质量可忽略不计,太阳每年流失的只有1014太阳质量,或是它一生所消耗质量的0.01%。但大质量恒星每年所流失的可能达到107至105太阳质量,开始时有50倍太阳质量的恒星可能会在主序带的阶段丧失一半的质量。质量不低于0.5太阳质量的恒星在核心的氢燃料耗尽后,外层的气体开始膨胀并冷却成为红巨星。如约50亿年后的太阳,当太阳成为红巨星时,其最大半经将是目前的250倍,太阳大约已失去目前质量的30%。恒星的核心区耗尽燃料后,小质量的恒星(7个太阳密度,即810M)外层的气体开始膨胀并冷却成为红巨星,然后会塌缩,变成白矮星,再成为黑矮星,最终消失;大质

7、量的恒星(7个太阳密度,即810M)的恒星则会变成超新星,再以超新星爆发的形式结束生命,其中塌缩的内核质量在太阳1.443.2倍的恒星最终成为中子星,塌缩的内核质量在太阳3.2倍以上的恒星最终成为黑洞(黑洞)。多数恒星的年龄在10100亿岁之间,有些恒星甚至接近观测到的宇宙年龄137亿岁。目前发现最老的恒星是HE 1523-0901,估计年龄是132亿岁。质量越大的恒星寿命越短,主要是因为质量越大的恒星核心的压力也越高,造成燃烧氢的速度也越快。许多大质量恒星平均只有100万年寿命,但质量最轻的恒星(红矮星)以很慢的速率燃烧其燃料,寿命至少有1万亿年。在大爆炸后最早诞生的那批恒星质量必然很大,或

8、许能达到太阳的300倍甚至更大,由于在它们的成分中完全没有比锂更重的元素,这一代超大质量的恒星应该已灭绝。船底座是已知质量最大的恒星之一,约为太阳的100150倍,故其寿命很短,最多只有数百万年。剑鱼座ABA的伴星剑鱼座ABC的质量只有木星的93倍,是已知质量最小,但核心仍能进行核聚变的恒星。依目前对最暗淡恒星的研究,发现尺寸最小的恒星质量似乎只有太阳的8.3%,或是木星质量的87倍。据计算,如一颗恒星的质量小于0.07个太阳质量,它便失去了作为恒星的资格。约136亿年前,银河系形成。银河系,古称银河、天河、星河、天汉、银汉等。银河系是由2,000多亿颗恒星、数千个星团和星云组成的中间厚、边缘

9、薄的扁平盘状恒星系统。侧看银河系,银河系象个中心略鼓的大圆盘。圆盘直径约10万光年。银盘是银河系的主要组成部分,直径约100,000光年,银盘中心隆起的球状部分称核球,核球中心有一个很小的致密区,称银核。鼓起部分为银心,是恒心密集区,从地球上看白茫茫的一片。银盘中间最厚的部分直径约1.2万光年、厚约1.5万光年,此区域由高密度的恒星组成,主要是年龄约100亿年以上的老年的红色恒星,很多证据表明,在中心区域存在着一个巨大黑洞,星系核的活动十分剧烈。银盘边缘厚约3,0006,000光年。银盘中的物质主要以恒星形式存在,占银河系总质量不到10%的星际物质绝大部分也散布在银盘内。星际物质中除含有电离氢

10、、分子氢及多种星际分子外,还有10%的星际尘埃。银盘外面是由稀疏的恒星和星际物质组成的球状体,称为银晕,银晕直径约9.8万光年。银晕外面有一巨大的呈球状的射电辐射区,称为银冕,银冕至少延伸到距银心32万光年远。银河系核在宇宙中的速度约为600多km/s。银河系总质量是太阳质量的1,400亿(1万亿?)倍,其中恒星约占90%,气体和尘埃组成的星际物质约占10%。银河系俯视像一个巨大的漩涡,由矩尺、半人马-盾牌、人马、英仙4个旋臂组成。银河系中心和4条旋臂都是恒星密集之地。太阳系位于半人马与英仙臂间的次旋臂猎户臂中。太阳距银河中心2.77万光年,约为银河系中心到边缘40%处。银河系中最亮的星发光一

11、天比太阳发2,000年的光还多,呈蓝色。最暗的恒星呈红色。最大的恒星如被放在太阳系的中心,其边缘触及土星,最小的恒星比夏威夷岛还小。老的恒星与银河系同龄,年轻的恒星有的正在银河系的旋臂“育儿室”中形成。与银河系相对的称之为河外星系。银河系至少统治一个范围超过百亿光年的王国,至少有10个小星系围绕着银河系运转,近的是含数十亿颗恒星的大麦哲伦星系和小麦哲伦星系,远的是离银河系中心89万光年远的一个含数百万颗恒星的矮星系。大麦哲伦星系和小麦哲伦星系属于银河系的伴星系,大麦哲伦星系距离银河系约16.3万光年,其规模约为银河系的10%,质量相当于银河系的1%;而小麦哲伦星系距离银河系约20万光年,质量是

12、大麦哲伦星云的2/3。银河系在自转,同时也有相对于邻近的星系的运动。约46亿年前,太阳系形成。星云假说理论认为,弥漫在宇宙中的一团尘埃气体云(原始太阳星云),受其他天体的引力扰动或邻近超新星(质量为太阳的810倍以上的大质量恒星,在核燃料耗尽后会发生极其猛烈的爆发,亮度在几天内突增千万倍甚至上亿倍)爆发的冲击波作用,使得重力得以克服内部气体的膨胀压力而发生坍缩,核心变成原始太阳,周围形成原太阳星云;太阳系内的所有天体均由原太阳星云内的物质组成。太阳系的大小约120亿km(以冥王星作边界)。太阳系是以太阳为中心,和所有受到太阳的引力约束天体的集合体:8颗行星、至少165颗已知的卫星、5颗已辨认出

13、来的矮行星(冥王星、谷神星、阋神星、妊神星和鸟神星)和数以亿计的太阳系小天体。此外还包括许许多多的彗星和无以计数的天外来客流星。太阳占太阳系总质量的99.86%。矮行星,即“侏儒行星”,体积介于行星和小行星之间,围绕太阳运转,质量足以克服固体应力以达到流体静力平衡(近于圆球)形状,没有清空所在轨道上的其他天体,同时不是卫星。彗星,俗称扫把星,是由冰构成的太阳系小天体,当它与太阳足够接近时,便会展示出彗发(稀薄、糢糊的临时性大气层),有时有彗尾。彗核由松散的冰、尘埃、和小的岩石颗粒组成,直径从数百米到数十公里不等。古人一般认为彗星是凶兆。彗星的轨道周期范围很大,从几年到几十万年。短周期彗星来自海

14、王星轨道之外的柯伊伯带,或是与离散盘有所关联。长周期彗星被认为起源于太阳系外缘。长周期彗星可能是受到太阳系外侧的大质量行星(木星、土星、天王星、和海王星)或是恒星经过时的引力摄动而朝向太阳前进。彗星和小行星的区别只是有无彗发或彗尾的存在。截至2011年1月已有4,185颗已知的彗星。绝大多数彗星都晦暗不明。流星,指运行在星际空间的流星体(通常包括宇宙尘粒和固体块等空间物质)在接近地球时因受到地球引力的摄动而被地球吸引,从而进入地球大气层,并与大气摩擦燃烧所产生的光迹。流星体原是围绕太阳运动的,经过地球附近时,受地球引力作用改变轨道,从而进入地球大气圈。流星有单个流星、火流星(特别明亮的流星)、

15、流星雨几种。大部分可见的流星体都和沙粒差不多,重量在1克以下。流星进入大气层的速度介于11km/s到72km/s之间。陨石,指起源于外太空,撞击到地球表面后残存的天然物体。当它还在太空时称为流星体。月球和火星上也发现了陨石。陨石因撞击或经过大气层时发光成为流星时被观测到而被寻获的称为坠落陨石,其它陨石都称为发现陨石。截至2010年2月,全世界收藏的坠落陨石标本约1,086颗,被认定的发现陨石有38,660颗。陨石分石陨石、铁陨石、石铁陨石。大型陨石撞击到地表会留下撞击痕迹,称陨石坑。沈阳陨石山上的古陨石曾是世界上发现的最大的陨石,体积1555060立方厘米,但1976年3月8日呈雨状陨落在吉林

16、市区的陨石总重量达2,700公斤,其中最大的1号陨石重1,770公斤,体积为1179384立方厘米,吉林陨石成为“世界陨石之最”。吉林陨石雨降落时未造成一人一畜一物的伤害,实属世界陨石雨降落历史中所罕见。太阳系8大行星:依照至太阳的距离,依序是类地行星水星、金星、地球、火星,巨行星木星、土星,远日行星天王星和海王星。8大行星按体积由大到小排序为木星、土星、天王星、海王星、地球、金星、火星、水星。8大行星公转时有共面性、同向性(逆时针)、近圆性特征。水星、地球、火星、木星、土星都有磁场,但只有水星是太阳系类地行星中除地球外唯一一颗拥有显著磁场的行星,但水星的磁场强度不到地球的1%。磁场帮助抵挡有害的太阳射线和其它宇宙射线,如无地球磁场,地球上的生命将很难出现和演化。太阳,在茫茫宇宙中,太阳只是一颗非常普通的恒星,其亮度、大小和物质密度都处于中等水平。其它离我们最近的恒星比太阳远(日全食肉眼看见太阳的日冕)27万倍。太阳几乎是热等离子体与磁场交织着的

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