宇宙的起源与演化-复习课件

第1章宇宙的起源与演化

复习课件知识网络宇宙的起源与演化我们的宇宙宇宙天体系统宇宙的大尺度分布膨胀的宇宙星际航行和空间技术星际航行和航天器空间资源和空间开发恒星的一生宇宙的起源微波背景辐射宇宙的演化和将来热大爆炸宇宙模型形成中的恒星主序星和红巨星白矮星、中子星和黑洞超新星爆发第1节我们的宇宙温故知新1光年=㎞1、1天文单位=㎞2、地球的平均半径是㎞；赤道的周长是㎞；地球的表面积是㎞2；地球太阳的平均距离㎞。1.496×1089.46×10126371400005.1×1081.496×1083、月球的半径为㎞；月球地球的平均距离：㎞；月球绕地球公转与月球自转的周期都是日（因此，我们在地球上只能看到月球的一个面）。温故知新173838440027.34、太阳的半径是㎞；约是分之一光年；太阳表面的温度约为℃。温故知新7×10560001.35×1072.6万5、银河系的直径是光年；约是太阳直径的倍。太阳位于相距银河系中心光年的地方；银河系外有很多星系，称为星系，最远的离我们超过光年。8万5.4×1011河外100亿一、宇宙中的天体系统1、宇宙中的天体从小到大有：行星、一、宇宙中的天体系统1、宇宙中的天体从小到大有：行星、恒星、

恒星是在熊熊燃烧着的星球。一般来说，恒星的体积和质量都比较大。只是由于距离地球太遥远的缘故，星光才显得那么的微弱。恒星

在地球上遥望夜空，宇宙是恒星的世界。恒星在宇宙中的分布是不均匀的。从诞生的那天起，它们就聚集成群，交映成辉，组成双星、星团、星系……

一、宇宙中的天体系统1、宇宙中的天体从小到大有：行星、恒星、星团、星系等。

当遥望星空时，横贯天际、蔚为壮观的银河总能让人们欣然神往，思绪万千。仔细观察的话，我们也能看出银河实际上是由许许多多颗星星所组成的。在天文学中，我们把这种由千百亿颗恒星以及分布在它们之间的星际气体、宇宙尘埃等物质构成的，占据了成千上万亿光年空间距离的天体系统叫做“星系”。我们的太阳就是银河系中普通的一颗恒星。

星系

银河并不是宇宙中唯一的星系：通过各种方法，人们已经观察到的星系已经有好几万个了！不过，由于距离太遥远，它们看起来远不如银河那么壮丽。借助望远镜，它们看起来还只像朦胧的云雾。离咱们银河系最近的星系——大麦哲伦星云和小麦哲伦星云，距离我们银河系也有十几万光年。一般地，我们把除银河以外的星系，统称为“河外星系”。

3、离地球最近的是大麦哲伦星系（16万光年），目前能观察到的星系有100多亿光年。4、天体的分布非常松散，星系间的距离是大小的几十到几百倍。2、星系是宇宙的基本组成部分，宇宙中约有1000亿个星系，银河系只是其中的一员。二、宇宙的大尺度分布

当我们想知道宇宙在大尺度上的分布情况时，我们应该去观测星系还是恒星？

应该通过观测星系去了解宇宙在大尺度上的物质分布，因为宇宙在大尺度上的物质分布指的就是星系的分布。思考与讨论：1、宇宙在大尺度上物质的分布是均匀的。2、宇宙在大尺度上还是各向同性的。3、宇宙是无边的。站在铁道旁，当一列火车向我们开来时，听到的汽笛声会越来越高；

火车远去时，汽笛声又逐渐低下去。声音虽有高低，但汽笛声的频率没有变。这种现象是由奥地利科学家多普勒在1842年首先发现的，

物理学上叫多普勒效应。

多普勒效应：电磁波谱：宇宙射线→

γ射线→紫外线→可见光→红外线→无线电波（频率从高到低）X射线→

古代观察天空的工具是眼睛，现在的科学家呢？

哈勃太空望远镜在离地球表面580千米高空的轨道上运行，重达1.1万千克，镜面直径达240厘米。哈勃（EdwinPowellHubble）

美国天文学家1923至1924年在威尔逊天文台时，哈勃发现仙女座大星云的12颗造父变星，根据周光关系，推算出它们位于银河系以外，是与银河系一样的恒星系统，这一发现使哈勃成为星系天文学的奠基人。

1929年，在斯赖佛发现谱线红移现象的基础上，哈勃结合自己的观测资料，提出星系距离越远，红移越大，就是说，所有的星系都在离我们而去，星系离我们越远，运动的速度越快，星系间的距离在不断地扩大。这被称为“哈勃定律”。天文望远镜和射电望远镜发现1、所有的星系都在远离我们而去。哈勃太空望远镜还看到了什么？发现2、星系离我们越远，运动的速度越快；发现3、星系间的距离在不断地扩大。难道地球是宇宙的中心？探究实验如果某个点上有一只无知的细菌，看到所有的点离他而去，能说明它处在中心位置吗？如果你是某个点上的聪明的细菌，当看到所有的点和你的距离变大时，你能得出什么结论？讨论：哈勃的发现能让我们得出怎样的结论？如果宇宙在膨胀，星系就好比在气球表面上的红色标记。当气球膨胀时，两个星系远离对方的速度与它们之间的距离成正比。发现1、所有的星系都在远离我们而去。发现2、星系离我们越远，运动的速度越快；发现3、星系间的距离在不断地扩大。三、膨胀的宇宙1、河外星系的谱线红移，利用多普勒效应，可推断星系间正在相互退行远离。2、宇宙的膨胀是没有中心的膨胀。第2节热大爆炸宇宙模型一、宇宙的起源：2、宇宙起源于150亿年前的热大爆炸。（物质密度极大，温度极高始时刻爆炸。）3、宇宙大爆炸是没有中心的爆炸。1、伽莫夫提出了热大爆炸宇宙理论。天文观测站拍摄到由一颗巨大恒星爆炸毁灭。它残余就是“N63A”，位于大麦哲伦星云中。1948年，美国科学家阿尔弗（RalphAlpher）和赫尔曼（RobertHerman）预言，宇宙大爆炸产生的残系辐射，由于宇宙的膨胀和冷却，如今它所具有的温度约为绝对零度以上5开，或者说5K（绝对零度等于摄氏零下273度，即-273℃）。二、热大爆炸的证据——微波背景辐射

微波背景辐射为宇宙起源于热大爆炸提供了证据，3K（-270℃）就是热大爆炸留下的余温。彭齐亚斯和威尔逊1965年发现微波背景辐射；1978年因此获诺贝尔物理学奖。微波背景辐射最新研究进展：

2006年度诺贝尔物理学奖被授予了两名美国天体物理学家约翰·马瑟和乔治·斯莫特，以表彰他们发现宇宙微波背景辐射的黑体谱及其不同方向上极其微小差别（即各向异性）的杰出贡献。他们的研究基于宇宙背景探测卫星（COBE）进行的观测，它将现代宇宙学变成了一门精确测量的科学。宇宙微波背景辐射已是第二次获得诺贝尔奖了。三、宇宙的演化：快速阅读课本，找出：1、复合原子核出现的时间。2、原子出现的时间。3、星系和恒星出现的时间。4、太阳和地球诞生的时间。宇宙演化的证据呢？宇宙形成早期曾出现过“漫天雪花”（“氢雪”）瑞士日内瓦大学的丹尼尔·普芬宁格和苏黎世大学的丹尼斯·普尤经计算得出，在恒星和行星出现之前，宇宙中可能也曾“下过雪”（“氢雪”）★花絮：对撞实验引发霍金与希格斯两科学泰斗口水战。霍金称没“上帝粒子”，这次对撞实验要证实存在的希格斯玻色子（即“上帝粒子”）

.霍金甚至曾押注100美元，打赌“上帝粒子”不存在。希格斯反批霍金理论。批评霍金的学术理论“不够好”。霍金未获诺贝尔奖，但对撞实验若真能撞出小型黑洞，则霍金必获诺贝尔奖无疑。霍金，是当今最有知名度的科学家之一，他被称为继爱因斯坦之后最伟大的理论物理学家。霍金的不朽贡献地球人都知道的。其中包括“奇点定理”的证明和“黑洞理论”的建立。

霍金的《时间简史》更是有史以来最有影响力的物理学科普著作（除牛顿的《数学原理》），它被翻译成40多种语言，在全世界每750人中就有一本。《时间简史》（我校图书馆有中文版）。霍金来过中国，到过杭州。

四、宇宙的未来：（霍金观点）取决于宇宙密度。作业：

以第一人称自述宇宙的一生。（用最简洁的语言200字）第3节恒星的一生红巨星它极为明亮，肉眼看到的最亮的星中，许多都是红巨星。表面温度比太阳低，但红巨星的体积很大，它的半径一般比太阳大100倍。红巨星

行星状星云质量大于太阳质量1.4倍，外围的气体及冰粒便会以每秒数十公里的速度向外膨胀，外貌像土星的光环一样，天文学家叫行星状星云，而剩下的核心的光度会暗淡下去。行星状星云质量体积比太阳大，但亮度较暗。

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。白矮星是一颗已死亡的恒星，中心的热核反应已停止。

白矮星超新星超新星是大恒星在死亡前的一次大爆发，所释放的能量，发出的亮光相当于十亿颗太阳。

质量约是太阳1.44－2倍的恒星在超新星爆炸的过程，遗留下来的核心变成一颗体积很小，质量却很大的中子星，由中子构成，仅1cm3的质量就有全球人类那么重，直径仅为30km。中子星黑洞质量更大的恒星，在超新星爆炸后会形成“黑洞”。黑洞会把附近所有的物质都吸进去，就连光线也会被吞没，所以我们是看不见黑洞的。但是如果黑洞附近有另外一颗恒星，我们可以从这颗邻近恒星的物质被吸入黑洞时的情形，证明黑洞的存在。太阳的光和热是靠内部的氢核发生热核反应而产生的，太阳的内部能量可以维持100亿年，那么进入老年的太阳会怎么样呢？认识太阳根据对红巨星和白矮星的研究科学家描绘出了太阳未来的演变过程。读图：123456从1到6，太阳的形态发生了什么变化？成年的太阳1红巨星2、3、4白矮星5暗矮星6可以维持100亿年，现已步入中年。太阳的晚年期，可停留10亿年。体积极小，密度很高。完全“熄灭”，看不见、永存。太阳的一生星云太阳50亿年红巨星50亿年白矮星10亿年暗矮星漫长宇宙中还有许多比太阳质量大的多的恒星，它们将怎样演化？大质量恒星的演化大质量恒星超红巨星A超新星B中子星黑洞C1C2AC2C1B说一说大恒星衰老和消亡的过程和太阳有什么不同。读图：大质量恒星的归宿2、进入“超新星”阶段：超红巨星爆发，形成超新星；1、进入“超红巨星”阶段：星体急剧扩大，变成红色；3、进入“中子星”“黑洞”阶段。星云恒星红巨星超新星黑洞中子星大质量恒星的一生通过天文观测和发现逐步证实和完善了恒星的演化理论。恒星的一生星云收缩形成恒星恒星的演化太阳红巨星白矮星暗矮星大质量恒星超红巨星超新星中子星黑洞星云恒星红巨星超新星黑洞中子星新恒星的诞生当超新星爆炸时，会把大部分物质散落到太空中去，在这些物质特别密集的区域就会分别成群地凝聚，最后也将会渐渐形成孕育新一轮恒星的星云。“康德—拉普拉斯星云说”恒星来之于星云，又归之于星云。恒星最初是由星云碰撞形成的，恒星在最后时刻，也将渐渐形成孕育新一轮恒星的星云。恒星始于星云终结为星云，开始因爆炸又在爆炸中终结。进入成年的太阳大约可以稳定100亿年，再过＿＿＿年，太阳将进入晚年期，太阳将逐渐演化成＿＿＿。它将再活跃10亿年，然后成为一颗＿＿＿，并在缓慢中死去，最后作为一颗＿＿＿而永存。50亿白矮星红巨星暗矮星第4节星际航行和空间技术一、星际航行和航天器讨论：人类飞离地球需要解决哪些问题？2、第一宇宙速度：7.9km/s第二宇宙速度：第三宇宙速度：11.2km/s16.7km/s避免受到致命辐射保证人类生存所必须的供给克服地球的引力

安全保障1、人类飞离地球需要解决的问题阅读课文，回答以下问题：1、航天器的分类。2、无人航天器有哪几类？3、载人航天器有哪些？4、人造卫星的功能和分类，载人人造卫星与人造卫星的区别。5、什么是航天飞机？航天飞机的特点。6、什么是空间站？3、航天器的分类：无人航天器：人造卫星、空间探测器等载人航天器：载人航天飞船、航天飞机、空间站。4、人造卫星的分类：通讯类卫星（微波的中继站）对地观察类卫星5、人类的航天历程2007.10.24，中国的探月卫星“嫦娥1号”发射成功。1957.10.4苏联成功发射了第一颗人造卫星。1959.1.2苏联的“月球1号”第一次环月飞行。1969.7.20美国的“阿波罗11号”载人飞船首