宇宙和银河系

宇宙和银河系第1页，课件共99页，创作于2023年2月Universe宇宙是什么宇宙中有些什么宇宙起源的理论第2页，课件共99页，创作于2023年2月TheUniversityofHawaiiInstituteforAstronomy'sPS1observatoryPhotobyStephenAlvarez什么是宇宙？“宇”者，上下四方“宙”者，古往今来——墨子天文单位：astronomicalunit(AU)光年：lightyear第3页，课件共99页，创作于2023年2月宇宙的组成星系、星云、恒星、行星、彗星、黑洞等等第4页，课件共99页，创作于2023年2月星云：星云是由星际空间的气体和尘埃结合成的形态多样的云雾状天体。主要成份是氢，其次是氮，还含有一定比例的金属元素和非金属元素，甚至还发现含有有机分子等物质。星云密度极低的，有些地方是真空的。星云的体积十分庞大，常常方圆达几十光年。星云和恒星有着“血缘”关系。恒星抛出的气体将成为星云的部分，星云物质在引力作用下压缩成为恒星。第5页，课件共99页，创作于2023年2月猎户星云OrionNebulaPhotographcourtesyU.S.SpaceTelescopeScienceInstitute第6页，课件共99页，创作于2023年2月猫眼星云第7页，课件共99页，创作于2023年2月LightEcho2002年红巨星突然爆发，形成外围云状层第8页，课件共99页，创作于2023年2月DyingStar"RedX"nebula1400年前爆发，形成外围星云第9页，课件共99页，创作于2023年2月QuintupletCluster——未来恒星的摇篮第10页，课件共99页，创作于2023年2月气泡状的星云由中间一颗超热的恒星喷发出来，绕着外围运行第11页，课件共99页，创作于2023年2月StarCluster小麦哲伦星云正在形成新的恒星第12页，课件共99页，创作于2023年2月星系：由许多恒星、行星、气体等组成的天体集合。在银河系之外的宇宙中，像银河这样的星系还有上亿个，它们统称为河外星系。1925年天文学家哈勃根据星系的形态把它们分成三大类：椭圆星系、旋涡星系和不规则星系。宇宙中的大部分大星系都是旋涡星系，其次是椭圆星系，不规则星系占的比较最小。E：椭圆星系S：漩涡星系SB：中心是棒状的漩涡星系第13页，课件共99页，创作于2023年2月漩涡星系SpiralGalaxy第14页，课件共99页，创作于2023年2月July21,2008,SpitzerSpaceTelescopeThePinwheelgalaxy红色部分缺乏有机物第15页，课件共99页，创作于2023年2月This2008illustrationshowsarevisedlookatourgalaxy,theMilkyWay.ScientistsstudyinginfraredimagesfromNASA'sSpitzerSpaceTelescopedeterminedourgalaxy'sspiralhastwomajorandtwominorarmsinsteadoffourmajorarms,aswaspreviouslythought.Thedemotedarmscanbeseenasfainttrailsbetweenthemajorarms,whichemanatefromtheendsoftheorangecentralbar.第16页，课件共99页，创作于2023年2月Twomerginggalaxieslocated140millionlight-yearsfromEarthresembleagiantcelestialmaskinthisfalse-colorimage.Theice-blueeyesareactuallythegalaxies'cores,andthemaskistheirspiralarms.Thegalaxies,calledNGC2207andIC2163,begantheirgravitationaltangoabout40millionyearsagoandwilleventuallymeldintoone.第17页，课件共99页，创作于2023年2月昂宿星团第18页，课件共99页，创作于2023年2月恒星：恒星由炽热气体组成的,能自己发光的球状或类球状天体.离地球最近的恒星是太阳。其次是处于半人马座的比邻星，它发出的光到达地球需要4.22年。恒星并非不动，只是因为离我们实在太远，不借助于特殊工具和方法，很难发现它们在天上的位置变化，因此古代人把它们认为是固定不动的星体，叫作恒星。第19页，课件共99页，创作于2023年2月恒星第20页，课件共99页，创作于2023年2月恒星的形成第21页，课件共99页，创作于2023年2月恒星的能量来源——核聚变反应H——He——N——C——O——Si——Fe第22页，课件共99页，创作于2023年2月行星：国际天文学联合会大会2006年8月24日通过了“行星”的新定义，这一定义包括以下三点：1.必须是围绕恒星运转的天体；2、质量必须足够大,它自身的吸引力必须和自转速度平衡使其呈圆球状；3、公转轨道范围内不能有比它更大的天体。第23页，课件共99页，创作于2023年2月OldestKnownPlanetabout13billionyearsold第24页，课件共99页，创作于2023年2月流星：分布在星际空间的细小物体和尘粒，叫做流星体。它们飞入地球大气层，跟大气摩擦发生了光和热，最后被燃尽成为一束光,这种现象叫流星。第25页，课件共99页，创作于2023年2月第26页，课件共99页，创作于2023年2月JacksonLake,Wyoming,1972火流星PhotobyJamesMBaker第27页，课件共99页，创作于2023年2月微玻陨石第28页，课件共99页，创作于2023年2月Oneoftheyoungestandbest-preservedimpactcratersonEarth,MeteorCraterformedabout50,000yearsagowhena100-foot-wide(30-meter-wide)meteorweighing100,000tonsslammedintotheArizonadesertatanestimated12miles(20kilometers)asecond.Theresultingexplosionexceededthecombinedforceoftoday'snucleararsenalsandcreateda0.7-mile-wide(1.1-kilometer-wide),650-foot-deep(200-meter-deep)crater.第29页，课件共99页，创作于2023年2月athree-quarter-mile-wideholeintheArizonadesertPhotobyStephenAlvarez第30页，课件共99页，创作于2023年2月140Ma前陨石撞击在澳大利亚形成的陨石坑PhotobyStephenAlvarez第31页，课件共99页，创作于2023年2月Justafter7a.m.onJune30,1908,anasteroidorcometexplodedaboveTunguska,Siberia,PhotobyTASSfromSovfoto第32页，课件共99页，创作于2023年2月彗星：太阳系天体，主要由气体、冰块和少量石质组成。当接近太阳是部分冰块融化、被太阳风推动形成长长的气体尾巴。第33页，课件共99页，创作于2023年2月第34页，课件共99页，创作于2023年2月太阳系中有数以千计的彗星，其中大约200个周期性回归的，哈雷慧星是其中之一，围绕太阳运行轨道周期为76年。下一次可以见到哈雷慧星的时间是2061年。哈雷慧星第35页，课件共99页，创作于2023年2月1996年Hyakutake彗星距离地球15millionkms，加利福尼亚地区大部分可以不借助望远镜看见。第36页，课件共99页，创作于2023年2月DeepImpact,2005Anartist'sconceptiondepictsthecollisionoftheDeepImpactprobewithcometTempel1.X-rayimagestakenafterthecollisionindicatethatthecometreleasedabout250,000tons(226,800metrictons)ofwaterintheformofice-covereddustgrains.IllustrationcourtesyNASA133.5millionkilometersfromEarth第37页，课件共99页，创作于2023年2月PhotographbyJohnDubinski,UniversityofToronto宇宙物质组成中超过90％都是暗物质itdistortsthelightcomingfromthebackgroundgalaxiessomewhat,likearippleofwaterpassingoverpebblesatthebottomofapond.第38页，课件共99页，创作于2023年2月哈勃望远镜发现暗物质环ThiscompositeimagetakenbytheHubbleSpaceTelescopeshowsaghostly"ring"ofdarkmatterinthegalaxyclusterCl0024+17.Astronomerssaythatthedarkringwasproducedfromacollisionbetweentwogiganticclustersandisthebestevidenceyetfortheexistenceofdarkmatter.ImagecourtesyNASA,ESA,M.J.JeeandH.Ford(JohnsHopkinsUniversity)Thistechniqueiscalled

gravitationallensing2.6millionlight-years第39页，课件共99页，创作于2023年2月科学家首次绘出宇宙暗物质

三维数字地图哈勃望远镜拍摄的照片中左边显示的是普通物质，右边显示的是暗物质第40页，课件共99页，创作于2023年2月DeepSpacePortrait内容最全面的一张深空照片，包括宇宙大爆炸后最初形成的星系第41页，课件共99页，创作于2023年2月科学家开始绘制迄今最大宇宙3D图2008年08月19日07:50新浪科技在这种宇宙不协调现象中，特殊之处在于喧嚣声波多于寂静的声波，这些喧嚣的声波仍幸存于现今，以星系群特有波长形式存在着。第42页，课件共99页，创作于2023年2月巨型星系碰撞SaraBenningtonMcPherson,forNationalGeographicNews,August7,2007这种巨大的碰撞类似装满沙子的货车高速撞在一起一样星系中的物质就像四处飞溅的沙子一样被抛射出去第43页，课件共99页，创作于2023年2月"DeathStar"GalaxyFoundBlastingSmallerNeighborTopimagebyx-ray:NASA/CXC/CfA/D.Evansetal.;optical/UV:NASA/STScI;radio:NSF/VLA/CfA/D.Evansetal.,STFC/JBO/MERLIN);bottomimagebyNASA/CXC/M.Weiss一个遥远星系中心的巨型黑洞喷发出超强能量引爆了它附近的一个邻居，这个现象为它获得了“死亡星系”的绰号。第44页，课件共99页，创作于2023年2月

黑洞：广义相对论预言的一种特别致密的暗天体。大质量恒星在其演化末期发生塌缩，其物质特别致密，它有一个封闭边界。黑洞中隐匿着巨大的引力场,因引力场特别强以至于包括光在内的任何物质只能进去而无法逃脱。形成黑洞的星核质量下限约3倍太阳质量。除了这种恒星级黑洞，也有其他来源的黑洞——所谓微型黑洞可能形成于宇宙早期，而所谓超大质量黑洞可能存在于星系中央。第45页，课件共99页，创作于2023年2月October15,2008--ESO‘s巨型望远镜拍摄到一个黑洞正从它附近的一个恒星吸引物质，形成一条小溪一样的物质流，呈环状围绕在黑洞边。这个黑洞和恒星之间的距离比水星与太阳之间距离近10倍。.From/news/2008/10/photogalleries/space-photos-week16/第46页，课件共99页，创作于2023年2月X-RayJet距地球120亿光年，由大爆炸残留的背景辐射进入黑洞产生第47页，课件共99页，创作于2023年2月>1,000个黑洞！March13,2007—X射线拍摄的星空图案。图中闪烁的并不是恒星，而是黑洞。Butthosearen'tstars;they'resupermassiveblackholeschurningawayatthecentersofdistantgalaxies.第48页，课件共99页，创作于2023年2月宇宙的起源大爆炸学说第49页，课件共99页，创作于2023年2月多普勒效应与光谱红移Dopplereffect第50页，课件共99页，创作于2023年2月Redshift多普勒效应与光谱红移第51页，课件共99页，创作于2023年2月第52页，课件共99页，创作于2023年2月红移速度与距离

关系——哈勃定律第53页，课件共99页，创作于2023年2月Thebigbantheory第54页，课件共99页，创作于2023年2月第55页，课件共99页，创作于2023年2月ProofofBigBangSeenbySpaceProbeImagecourtesyNASA/WMAPScienceTeam大爆炸后一百万分之一秒宇宙图像第56页，课件共99页，创作于2023年2月超微宇宙的瞬间暴胀

宇宙诞生10-44秒之后便急速展开,

10-34厘米的超微宇宙在仅仅10-34秒之内迅速膨胀了10100倍,称为暴胀(inflation）。

实际上提出了一个“从无到有”的宇宙起源模式，对于传统的“无始无终”宇宙观是一个冲击！

第57页，课件共99页，创作于2023年2月支持大爆炸学说的证据1.观测到河外天体有系统性的谱系红移现象。2.观测到各种天体上氦丰度大（30%）3.微波背景辐射的温度仅3K。符合大爆炸学说要求宇宙曾有从热到冷的演化史：4.天体年龄测定均<200亿年，符合大爆炸理论要求“所有恒星都产生于温度下降之后”前提。第58页，课件共99页，创作于2023年2月后宇宙大爆炸时刻表第59页，课件共99页，创作于2023年2月大爆炸前还存在一个孪生宇宙?2008年04月11日07:16新浪科技——美国《物理评论快报》第60页，课件共99页，创作于2023年2月Thedeathoftheuniversecouldrivalitsbirthinexplosivedramaifapuzzlingformofenergycontinuestoacceleratetheexpansionofspace-time.Sincethe1920sastronomershavethoughttheexpansionwasslowingdown,butrecentobservationsofdistantstarsrevealthatthestretchingofspaceisactuallyspeedingup.Ifitpicksupevenmore,theuniversecouldbeheadedfora"bigrip."Anartist'sconceptionofthisscenario—oneofmanypossiblefates—showshow,some20billionyearsfromnow,uncheckedexpansioncouldtearmatterapart,fromgalaxiesallthewaydowntoatoms.Thedeathoftheuniverse第61页，课件共99页，创作于2023年2月主星序第62页，课件共99页，创作于2023年2月恒星的诞生—ImagebyESO/APEX/DSS2/SuperCosmosNovember11,2008距地球4200光年外一团巨大的泡沫状气体中，一颗恒星正在形成。炽热的星体辐射出紫外线，将包裹在外面的红色气体电离。第63页，课件共99页，创作于2023年2月GravitationalcollapseSimplifiedcorecollapsescenario:(a)Amassive,evolvedstarhasonion-layeredshellsofelementsundergoingfusion.AninertironcoreisformedfromthefusionofSiliconintheinner-mostshell.(b)ThisironcorereachesChandrasekhar-massandstartstocollapse,withtheoutercore(blackarrows)movingatsupersonicvelocity(shocked)whilethedenserinnercore(whitearrows)travelsub-sonically;(c)Theinnercorecompressesintoneutronsandthegravitationalenergyisconvertedintoneutrinos.(d)Theinfallingmaterialbouncesoffthenucleusandformsanoutward-propagatingshockwave(red).(e)Theshockbeginstostallasnuclearprocessesdrainenergyaway,butitisre-invigoratedbyinteractionwithneutrinos.(f)Thematerialoutsidetheinnercoreisejected,leavingbehindonlyadegenerateremnant.第64页，课件共99页，创作于2023年2月EtaCarinae,一颗比太阳质量大100倍的恒星，在大量气体和尘埃的包围下温度正在升高，处于超新星爆发的临界点。第65页，课件共99页，创作于2023年2月LiftCycleoftheSun/wikipedia/commons/e/ea/Sun_Life.png第66页，课件共99页，创作于2023年2月处于主星序演化后期的恒星，内核收缩、外壳膨胀——燃烧壳层内部的氦核向内收缩并变热，而其恒星外壳则向外膨胀并不断变冷，表面温度大大降低。这个过程仅仅持续了数十万年，恒星在迅速膨胀中变为红巨星。第67页，课件共99页，创作于2023年2月LightEcho2002年红巨星突然爆发，形成外围云状层第68页，课件共99页，创作于2023年2月红巨星吞没地球?第69页，课件共99页，创作于2023年2月来自意大利那不勒斯、博洛尼亚和卡塔尼亚天文台的三位天文学家，经过7年时间通过18台望远镜的跟踪观测，终于发现了第一例与地球相似的行星在它的母恒星变成红巨星时免遭灭顶之灾。他们认为地球也可能做到。

这颗被称作“291-飞马座b”的行星距离地球4,500光年。当母恒星膨胀时，这个行星和母恒星的距离与地球和太阳的距离相似。

参与观测的一名天文学家说，“我们可以安全地预测，当太阳变成红巨星时，只有水星和金星被吞没。”第70页，课件共99页，创作于2023年2月SolarSystem'sFatePredictedbyNearbyWhiteDwarf?当太阳膨胀，它渐渐损失了一半的质量，引力削弱，使得火星以外的太阳系成员轨道半径变大，离太阳更远。JohnRoach,forNationalGeographicNews,December21,2006第71页，课件共99页，创作于2023年2月白矮星：是一种低光度、高密度、高温度的恒星。因为它的颜色呈白色、体积比较矮小，因此被命名为白矮星。白矮星是一种很特殊的天体，它的体积小、亮度低，但质量大、密度极高。它是一种晚期的恒星。根据现代恒星演化理论，白矮星是在红巨星的中心形成的。天狼星A天狼星B双星系J0806里的两颗白矮星这个距离地球大约1600光年的双星系产生了重力波，或者称时空曲率偏差。爱因斯坦的广义相对论首次预测到这一现象。第72页，课件共99页，创作于2023年2月表面引力场强度相当于地球的2×1012倍一汤匙中子星物质＝5×1012kg第73页，课件共99页，创作于2023年2月由于强大的引力使得光线发生偏差，通常只能看到一半的中子星第74页，课件共99页，创作于2023年2月中子星第75页，课件共99页，创作于2023年2月5万光年外的中子星，2004年爆发，释放出强伽马射线，使所有卫星的X射线仪器失灵第76页，课件共99页，创作于2023年2月美国宇航局揭示太空10大奇妙现象1.反物质：组成普通物质的粒子有另一面“反物质”。物质和反物质碰到一起会湮没，它们的质量会转换为纯粹的能量。一些未来的太空船设计将使用反物质引擎。第77页，课件共99页，创作于2023年2月美国宇航局揭示太空10大奇妙现象2.真空能量：

看似空旷的太空中其实充满转瞬即逝粒子，这些粒子在每立方厘米的空间中都贡献着特定的能量，产生反引力把空间推开。

第78页，课件共99页，创作于2023年2月美国宇航局揭示太空10大奇妙现象3.微型黑洞：有科学家提出，太阳系中分布着上千个微型黑洞，每个大小和原子核相仿，是宇宙大爆炸时留下的，影响着时空。第79页，课件共99页，创作于2023年2月美国宇航局揭示太空10大奇妙现象4.宇宙微波背景：20世纪60年代最初发现，好像是太空每个地方发出的无线噪音。宇宙微波背景被认为是大爆炸存在的最佳证据，它的温度是—270.15℃。

第80页，课件共99页，创作于2023年2月美国宇航局揭示太空10大奇妙现象5.暗物质：科学家认为暗物质占据宇宙的大部分空间，但是它既看不到，也无法利用当前的技术直接发现它。而一些科学家怀疑暗物质是否真实存在。

第81页，课件共99页，创作于2023年2月美国宇航局揭示太空10大奇妙现象6.太阳系外行星：天文学家已经识别出190多颗太阳系外行星。这些行星有的由庞大的气体组成，也有体积较小、运转轨道模糊的石质行星红矮星。第82页，课件共99页，创作于2023年2月美国宇航局揭示太空10大奇妙现象7.重力波：重力波以光的速度运行，但是它们非常微弱，只有在宇宙中发生重大撞击事件时才有望观察到。激光干预重力波观测台和激光干预仪太空天线是两个用来发现重力波的探测器第83页，课件共99页，创作于2023年2月美国宇航局揭示太空10大奇妙现象8.星系吞噬：星系也能相互“吞食”，并随着时间不断进化。目前，仙女座正在蚕食它的一颗卫星。有10多个星团分散在仙女座周围，宇宙通过星系相互蚕食不断壮大。第84页，课件共99页，创作于2023年2月美国宇航局揭示太空10大奇妙现象9.微中子：微中子是不带电的，是无质量的基本粒子，可以顺利通过数英里长的导线，这些粒子在燃烧的恒星火焰内部和在超新星爆炸中产生。第85页，课件共99页，创作于2023年2月美国宇航局揭示太空10大奇妙现象10.类星体：类星体释放比数百个星系加起来还要多的能量。1979年，人类拍到了类星体3C273的照片。第86页，课件共99页，创作于2023年2月MilkyWay第87页，课件共99页，创作于2023年2月银河系的旋臂Anartist'srenderingbasedontelescopedataoffersthebestmapyetoftheMilkyWaygalaxy,astronomersannouncedonJune3,2008.Thenewimageincludesthefindingthatourgalaxyhasnotfourbuttwomajorarms—ScutumCentarusandPerseus.NormaandSagittariushavebeendemotedtominorarms.ImagecourtesyNASA/JPL-Caltech两个主旋臂，两个次旋臂第88页，课件共99页，创作于2023年2月IllustrationcourtesyNASA/JPL-Caltech/R.Hurt(SSC/Caltech)BaratCenterofMilkyWay第89页，课件共99页，创作于2023年2月红外线拍摄的银河系中心，炽热气体尘埃中大量新的恒星正在形成第90页，课件共99页，创作于2023年2月MilkyWayThecenteroftheMilkyWaygalaxyblazesinthisx-raymosaic900light-yearsacross.Ourgalacticcenterisaturbulentregion,25,000light-yearsfromEarth,packedwithblackholes,whitedwarfs,neutronstars,andsupernovaeinaseaofmultimillion-degreegas.Chandra'sx-rayeyesshow—forthefirsttimewithsuchclarity—theinterplaybetweenstars,gas,anddust.Bydetectinghigh-energyradiation,ChandraoffersnewperspectivesonaclandestineuniverseX光拍摄下的银河系，图片宽度范围900光年。银河系的中心距地球2万5000光年，极不平静，充满黑洞、白矮星、中子星、超新星爆发。第91页，课件共99页，创作于2023年2月GiantGasLoopsFoundinCenterofMilkyWay,ScientistsSayTwogiantloopsthatextendabovetherotatingdiskofinterstellargasattheheartoftheMilkyWayhavebeenobservedbyJapaneseresearchers.Thetoptwopanelsrepresenteachindividualloop,whilethebottompanelshowswheretheloopsoccurinrelationtoeachotherandthegalacticplane.Image©Science第92页，课件共99页，创作于2023年2月银河系中心可能存在超巨型黑洞天文学家认为位于银河系中心的巨型黑洞可能是太空中神秘无线电辐射的来源。最新的证据表明人马座A（SagittariusA）

就是这样的一个黑洞，