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第一單元 浩瀚的宇宙 1.1宇宙概觀 相關素材 宇宙結構觀念的發(fā)展 遠古時代，人們對宇宙結構的認識處于十分幼稚的狀態(tài)，他們通常按照自己的生活環(huán)境對宇宙的構造作了幼稚的推測。在中國西周時期，生活在華夏大地上的人們提出的早期蓋天說認為，天穹像一口鍋，倒扣在平坦的大地上；后來又發(fā)展為后期蓋天說，認為大地的形狀也是拱形的。公元前7世紀 ，巴比倫人認為，天和地都是拱形的，大地被海洋所環(huán)繞，而其中央則是高山。古埃及人把宇宙想象成以天為盒蓋、大地為盒底的大盒子，大地的中央則是尼羅河。古印度人想象圓盤形的大地負在幾只大象上，而象則站在巨大的龜背上，公元前7世紀末，古希臘的泰勒斯認為，大地是浮在水面上的巨大圓盤，上面籠罩著拱形的天穹。 也有一些人認為，地球只是一只龜上的一片甲板，而龜則是站在一個托著一個又一個的龜塔... 　　 古人想象的宇宙 　　最早認識到大地是球形的是古希臘人。公元前6世紀，畢達哥拉斯從美學觀念出發(fā)，認為一切立體圖形中最美的是球形，主張?zhí)祗w和我們所居住的大地都是球形的。這一觀念為后來許多古希臘學者所繼承，但直到1519～1522年，葡萄牙的F.麥哲倫率領探險隊完成了第一次環(huán)球航行后 ，地球是球形的觀念才最終被證實。 　　公元2世紀，C.托勒密提出了一個完整的地心說。這一學說認為地球在宇宙的中央安然不動，月亮、太陽和諸行星以及最外層的恒星天都在以不同速度繞著地球旋轉(zhuǎn)。為了說明行星運動的不均勻性，他還認為行星在本輪上繞其中心轉(zhuǎn)動，而本輪中心則沿均輪繞地球轉(zhuǎn)動。地心說曾在歐洲流傳了1000多年。1543年，N.哥白尼提出科學的日心說，認為太陽位于宇宙中心，而地球則是一顆沿圓軌道繞太陽公轉(zhuǎn)的普通行星。到16世紀哥白尼建立日心說后才普遍認識到：地球是繞太陽公轉(zhuǎn)的行星之一，而包括地球在內(nèi)的八大行星則構成了一個圍繞太陽旋轉(zhuǎn)的行星系── 太陽系的主要成員。1609年，J.開普勒揭示了地球和諸行星都在橢圓軌道上繞太陽公轉(zhuǎn)，發(fā)展了哥白尼的日心說，同年，伽利略伽利雷則率先用望遠鏡觀測天空，用大量觀測事實證實了日心說的正確性。1687年，I.牛頓提出了萬有引力定律，深刻揭示了行星繞太陽運動的力學原因，使日心說有了牢固的力學基礎。在這以后，人們逐漸建立起了科學的太陽系概念。 　　在哥白尼的宇宙圖像中，恒星只是位于最外層恒星天上的光點。1584年，喬爾丹諾布魯諾大膽取消了這層恒星天，認為恒星都是遙遠的太陽。18世紀上半葉，由于E.哈雷對恒星自行的發(fā)展和J.布拉得雷對恒星遙遠距離的科學估計，布魯諾的推測得到了越來越多人的贊同。18世紀中葉，T.賴特、I.康德和J.H.朗伯推測說，布滿全天的恒星和銀河構成了一個巨大的天體系統(tǒng)。弗里德里希威廉赫歇爾首創(chuàng)用取樣統(tǒng)計的方法，用望遠鏡數(shù)出了天空中大量選定區(qū)域的星數(shù)以及亮星與暗星的比例，1785年首先獲得了一幅扁而平、輪廓參差、太陽居中的銀河系結構圖，從而奠定了銀河系概念的基礎。在此后一個半世紀中，H.沙普利發(fā)現(xiàn)了太陽不在銀河系中心、J.H.奧爾特發(fā)現(xiàn)了銀河系的自轉(zhuǎn)和旋臂，以及許多人對銀河系直徑、厚度的測定，科學的銀河系概念才最終確立。 　　18世紀中葉，康德等人還提出，在整個宇宙中，存在著無數(shù)像我們的天體系統(tǒng)(指銀河系)那樣的天體系統(tǒng)。而當時看去呈云霧狀的“星云”很可能正是這樣的天體系統(tǒng)。此后經(jīng)歷了長達170年的曲折的探索歷程，直到1924年，才由E.P.哈勃用造父視差法測仙女座大星云等的距離確認了河外星系的存在。 　　近半個世紀，人們通過對河外星系的研究，不僅已發(fā)現(xiàn)了星系團、超星系團等更高層次的天體系統(tǒng)，而且已使我們的視野擴展到遠達200億光年的宇宙深處。 　　宇宙演化觀念的發(fā)展在中國，早在西漢時期，《淮南子俶真訓》指出： “有始者，有未始有有始者，有未始有夫未始有有始者”，認為世界有它的開辟之時，有它的開辟以前的時期，也有它的開辟以前的以前的時期?！痘茨献犹煳挠枴分羞€具體勾畫了世界從無形的物質(zhì)狀態(tài)到渾沌狀態(tài)再到天地萬物生成演變的過程。在古希臘，也存在著類似的見解。例如留基伯就提出，由于原子在空虛的空間中作旋渦運動，結果輕的物質(zhì)逃逸到外部的虛空，而其余的物質(zhì)則構成了球形的天體，從而形成了我們的世界。 　　太陽系概念確立以后，人們開始從科學的角度來探討太陽系的起源。1644年，R.笛卡爾提出了太陽系起源的旋渦說；1745年，G.L.L.布豐提出了一個因大彗星與太陽掠碰導致形成行星系統(tǒng)的太陽系起源說；1755年和1796年，康德和拉普拉斯則各自提出了太陽系起源的星云說?，F(xiàn)代探討太陽系起源z的新星云說正是在康德-拉普拉斯星云說的基礎上發(fā)展起來。 　　1911年，E.赫茨普龍建立了第一幅銀河星團的顏色星等圖；1913年，伯特蘭?阿瑟?威廉?羅素則繪出了恒星的光譜-光度圖，即赫羅圖。羅素在獲得此圖后便提出了一個恒星從紅巨星開始，先收縮進入主序，后沿主序下滑，最終成為紅矮星的恒星演化學說。1924年 ，亞瑟斯坦利愛丁頓提出了恒星的質(zhì)光關系；1937～1939年，C.F.魏茨澤克和貝特揭示了恒星的能源來自于氫聚變?yōu)楹さ脑雍朔磻?。這兩個發(fā)現(xiàn)導致了羅素理論被否定，并導致了科學的恒星演化理論的誕生。對于星系起源的研究，起步較遲，目前普遍認為，它是我們的宇宙開始形成的后期由原星系演化而來的。 　　1917年，A.阿爾伯特愛因斯坦運用他剛創(chuàng)立的廣義相對論建立了一個“靜態(tài)、有限、無界”的宇宙模型，奠定了現(xiàn)代宇宙學的基礎。1922年，G.D.弗里德曼發(fā)現(xiàn)，根據(jù)阿爾伯特愛因斯坦的場方程，宇宙不一定是靜態(tài)的，它可以是膨脹的，也可以是振蕩的。前者對應于開放的宇宙，后者對應于閉合的宇宙。1927年，G.勒梅特也提出了一個膨脹宇宙模型.1929年 哈勃發(fā)現(xiàn)了星系紅移與它的距離成正比，建立了著名的哈勃定律。這一發(fā)現(xiàn)是對膨脹宇宙模型的有力支持。20世紀中葉，G.伽莫夫等人提出了熱大爆炸宇宙模型，他們還預言，根據(jù)這一模型，應能觀測到宇宙空間目前殘存著溫度很低的背景輻射。1965年微波背景輻射的發(fā)現(xiàn)證實了伽莫夫等人的預言。從此，許多人把大爆炸宇宙模型看成標準宇宙模型。1980年，美國的古斯在熱大爆炸宇宙模型的 基礎上又進一步提出了暴漲宇宙模型。這一模型可以解釋目前已知的大多數(shù)重要觀測事實。 　　宇宙圖景 當代天文學的研究成果表明，宇宙是有層次結構的、像布一樣的、不斷膨脹、物質(zhì)形態(tài)多樣的、不斷運動發(fā)展的天體系統(tǒng)。 　　層次結構 行星是最基本的天體系統(tǒng)。太陽系中共有八顆行星：水星 金星 地球 火星 木星土星 天王星 海王星。 （冥王星目前已被從行星里開除，降為矮行星）。除水星和金星外，其他行星都有衛(wèi)星繞其運轉(zhuǎn)，地球有一個衛(wèi)星 月球，土星的衛(wèi)星最多，已確認的有26顆。行星 小行星 彗星和流星體都圍繞中心天體太陽運轉(zhuǎn)，構成太陽系。太陽占太陽系總質(zhì)量的99.86％，其直徑約140萬千米，最大的行星木星的直徑約14萬千米。太陽系的大小約120億千米（以冥王星作邊界）。有證據(jù)表明，太陽系外也存在其他行星系統(tǒng)。2500億顆類似太陽的恒星和星際物質(zhì)構成更巨大的天體系統(tǒng)——銀河系。銀河系中大部分恒星和星際物質(zhì)集中在一個扁球狀的空間內(nèi)，從側面看很像一個“鐵餅”，正面看去則呈旋渦狀。銀河系的直徑約10萬光年，太陽位于銀河系的一個旋臂中，距銀心約3萬光年。銀河系外還有許多類似的天體系統(tǒng)，稱為河外星系，常簡稱星系?，F(xiàn)已觀測到大約有10億個。星系也聚集成大大小小的集團，叫星系團。平均而言，每個星系團約有百余個星系，直徑達上千萬光年?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)上萬個星系團。包括銀河系在內(nèi)約40個星系構成的一個小星系團叫本星系群。若干星系團集聚在一起構成更大、更高一層次的天體系統(tǒng)叫超星系團。超星系團往往具有扁長的外形，其長徑可達數(shù)億光年。通常超星系團內(nèi)只含有幾個星系團，只有少數(shù)超星系團擁有幾十個星系團。本星系群和其附近的約50個星系團構成的超星系團叫做本超星系團。目前天文觀測范圍已經(jīng)擴展到200億光年的廣闊空間，它稱為總星系。 教學資源網(wǎng) www.jb1000.com 高考學習網(wǎng)－中國最大高考學習網(wǎng)站Gkxx.com | 我們負責傳遞知識！