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第一單元 浩瀚的宇宙 1.1宇宙概觀 相關(guān)素材 宇宙結(jié)構(gòu)觀念的發(fā)展 遠(yuǎn)古時(shí)代，人們對(duì)宇宙結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)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(duì)宇宙的構(gòu)造作了幼稚的推測(cè)。在中國(guó)西周時(shí)期，生活在華夏大地上的人們提出的早期蓋天說(shuō)認(rèn)為，天穹像一口鍋，倒扣在平坦的大地上；后來(lái)又發(fā)展為后期蓋天說(shuō)，認(rèn)為大地的形狀也是拱形的。公元前7世紀(jì) ，巴比倫人認(rèn)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(fù)在幾只大象上，而象則站在巨大的龜背上，公元前7世紀(jì)末，古希臘的泰勒斯認(rèn)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(rèn)為，地球只是一只龜上的一片甲板，而龜則是站在一個(gè)托著一個(gè)又一個(gè)的龜塔... 　　 古人想象的宇宙 　　最早認(rèn)識(shí)到大地是球形的是古希臘人。公元前6世紀(jì)，畢達(dá)哥拉斯從美學(xué)觀念出發(fā)，認(rèn)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(lái)許多古希臘學(xué)者所繼承，但直到1519～1522年，葡萄牙的F.麥哲倫率領(lǐng)探險(xiǎn)隊(duì)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(shí)。 　　公元2世紀(jì)，C.托勒密提出了一個(gè)完整的地心說(shuō)。這一學(xué)說(shuō)認(rèn)為地球在宇宙的中央安然不動(dòng)，月亮、太陽(yáng)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(shuō)明行星運(yùn)動(dòng)的不均勻性，他還認(rèn)為行星在本輪上繞其中心轉(zhuǎn)動(dòng)，而本輪中心則沿均輪繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)。地心說(shuō)曾在歐洲流傳了1000多年。1543年，N.哥白尼提出科學(xué)的日心說(shuō)，認(rèn)為太陽(yáng)位于宇宙中心，而地球則是一顆沿圓軌道繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的普通行星。到16世紀(jì)哥白尼建立日心說(shuō)后才普遍認(rèn)識(shí)到：地球是繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的行星之一，而包括地球在內(nèi)的八大行星則構(gòu)成了一個(gè)圍繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)的行星系── 太陽(yáng)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(yáng)公轉(zhuǎn)，發(fā)展了哥白尼的日心說(shuō)，同年，伽利略伽利雷則率先用望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)天空，用大量觀測(cè)事實(shí)證實(shí)了日心說(shuō)的正確性。1687年，I.牛頓提出了萬(wàn)有引力定律，深刻揭示了行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的力學(xué)原因，使日心說(shuō)有了牢固的力學(xué)基礎(chǔ)。在這以后，人們逐漸建立起了科學(xué)的太陽(yáng)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(diǎn)。1584年，喬爾丹諾布魯諾大膽取消了這層恒星天，認(rèn)為恒星都是遙遠(yuǎn)的太陽(yáng)。18世紀(jì)上半葉，由于E.哈雷對(duì)恒星自行的發(fā)展和J.布拉得雷對(duì)恒星遙遠(yuǎn)距離的科學(xué)估計(jì)，布魯諾的推測(cè)得到了越來(lái)越多人的贊同。18世紀(jì)中葉，T.賴特、I.康德和J.H.朗伯推測(cè)說(shuō)，布滿全天的恒星和銀河構(gòu)成了一個(gè)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(jì)的方法，用望遠(yuǎn)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(yáng)居中的銀河系結(jié)構(gòu)圖，從而奠定了銀河系概念的基礎(chǔ)。在此后一個(gè)半世紀(jì)中，H.沙普利發(fā)現(xiàn)了太陽(yáng)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(duì)銀河系直徑、厚度的測(cè)定，科學(xué)的銀河系概念才最終確立。 　　18世紀(jì)中葉，康德等人還提出，在整個(gè)宇宙中，存在著無(wú)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(dāng)時(shí)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(zhǎng)達(dá)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(cè)仙女座大星云等的距離確認(rèn)了河外星系的存在。 　　近半個(gè)世紀(jì)，人們通過(guò)對(duì)河外星系的研究，不僅已發(fā)現(xiàn)了星系團(tuán)、超星系團(tuán)等更高層次的天體系統(tǒng)，而且已使我們的視野擴(kuò)展到遠(yuǎn)達(dá)200億光年的宇宙深處。 　　宇宙演化觀念的發(fā)展在中國(guó)，早在西漢時(shí)期，《淮南子俶真訓(xùn)》指出： “有始者，有未始有有始者，有未始有夫未始有有始者”，認(rèn)為世界有它的開辟之時(shí)，有它的開辟以前的時(shí)期，也有它的開辟以前的以前的時(shí)期。《淮南子天文訓(xùn)》中還具體勾畫了世界從無(wú)形的物質(zhì)狀態(tài)到渾沌狀態(tài)再到天地萬(wàn)物生成演變的過(guò)程。在古希臘，也存在著類似的見(jiàn)解。例如留基伯就提出，由于原子在空虛的空間中作旋渦運(yùn)動(dòng)，結(jié)果輕的物質(zhì)逃逸到外部的虛空，而其余的物質(zhì)則構(gòu)成了球形的天體，從而形成了我們的世界。 　　太陽(yáng)系概念確立以后，人們開始從科學(xué)的角度來(lái)探討太陽(yáng)系的起源。1644年，R.笛卡爾提出了太陽(yáng)系起源的旋渦說(shuō)；1745年，G.L.L.布豐提出了一個(gè)因大彗星與太陽(yáng)掠碰導(dǎo)致形成行星系統(tǒng)的太陽(yáng)系起源說(shuō)；1755年和1796年，康德和拉普拉斯則各自提出了太陽(yáng)系起源的星云說(shuō)?，F(xiàn)代探討太陽(yáng)系起源z的新星云說(shuō)正是在康德-拉普拉斯星云說(shuō)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)。 　　1911年，E.赫茨普龍建立了第一幅銀河星團(tuán)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(gè)恒星從紅巨星開始，先收縮進(jìn)入主序，后沿主序下滑，最終成為紅矮星的恒星演化學(xué)說(shuō)。1924年 ，亞瑟斯坦利愛(ài)丁頓提出了恒星的質(zhì)光關(guān)系；1937～1939年，C.F.魏茨澤克和貝特揭示了恒星的能源來(lái)自于氫聚變?yōu)楹さ脑雍朔磻?yīng)。這兩個(gè)發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致了羅素理論被否定，并導(dǎo)致了科學(xué)的恒星演化理論的誕生。對(duì)于星系起源的研究，起步較遲，目前普遍認(rèn)為，它是我們的宇宙開始形成的后期由原星系演化而來(lái)的。 　　1917年，A.阿爾伯特愛(ài)因斯坦運(yùn)用他剛創(chuàng)立的廣義相對(duì)論建立了一個(gè)“靜態(tài)、有限、無(wú)界”的宇宙模型，奠定了現(xiàn)代宇宙學(xué)的基礎(chǔ)。1922年，G.D.弗里德曼發(fā)現(xiàn)，根據(jù)阿爾伯特愛(ài)因斯坦的場(chǎng)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(duì)應(yīng)于開放的宇宙，后者對(duì)應(yīng)于閉合的宇宙。1927年，G.勒梅特也提出了一個(gè)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(duì)膨脹宇宙模型的有力支持。20世紀(jì)中葉，G.伽莫夫等人提出了熱大爆炸宇宙模型，他們還預(yù)言，根據(jù)這一模型，應(yīng)能觀測(cè)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(shí)了伽莫夫等人的預(yù)言。從此，許多人把大爆炸宇宙模型看成標(biāo)準(zhǔn)宇宙模型。1980年，美國(guó)的古斯在熱大爆炸宇宙模型的 基礎(chǔ)上又進(jìn)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(cè)事實(shí)。 　　宇宙圖景 當(dāng)代天文學(xué)的研究成果表明，宇宙是有層次結(jié)構(gòu)的、像布一樣的、不斷膨脹、物質(zhì)形態(tài)多樣的、不斷運(yùn)動(dòng)發(fā)展的天體系統(tǒng)。 　　層次結(jié)構(gòu) 行星是最基本的天體系統(tǒng)。太陽(yáng)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(yùn)轉(zhuǎn)，地球有一個(gè)衛(wèi)星 月球，土星的衛(wèi)星最多，已確認(rèn)的有26顆。行星 小行星 彗星和流星體都圍繞中心天體太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)，構(gòu)成太陽(yáng)系。太陽(yáng)占太陽(yáng)系總質(zhì)量的99.86％，其直徑約140萬(wàn)千米，最大的行星木星的直徑約14萬(wàn)千米。太陽(yáng)系的大小約120億千米（以冥王星作邊界）。有證據(jù)表明，太陽(yáng)系外也存在其他行星系統(tǒng)。2500億顆類似太陽(yáng)的恒星和星際物質(zhì)構(gòu)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(gè)扁球狀的空間內(nèi)，從側(cè)面看很像一個(gè)“鐵餅”，正面看去則呈旋渦狀。銀河系的直徑約10萬(wàn)光年，太陽(yáng)位于銀河系的一個(gè)旋臂中，距銀心約3萬(wàn)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(jiǎn)稱星系?，F(xiàn)已觀測(cè)到大約有10億個(gè)。星系也聚集成大大小小的集團(tuán)，叫星系團(tuán)。平均而言，每個(gè)星系團(tuán)約有百余個(gè)星系，直徑達(dá)上千萬(wàn)光年?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)上萬(wàn)個(gè)星系團(tuán)。包括銀河系在內(nèi)約40個(gè)星系構(gòu)成的一個(gè)小星系團(tuán)叫本星系群。若干星系團(tuán)集聚在一起構(gòu)成更大、更高一層次的天體系統(tǒng)叫超星系團(tuán)。超星系團(tuán)往往具有扁長(zhǎng)的外形，其長(zhǎng)徑可達(dá)數(shù)億光年。通常超星系團(tuán)內(nèi)只含有幾個(gè)星系團(tuán)，只有少數(shù)超星系團(tuán)擁有幾十個(gè)星系團(tuán)。本星系群和其附近的約50個(gè)星系團(tuán)構(gòu)成的超星系團(tuán)叫做本超星系團(tuán)。目前天文觀測(cè)范圍已經(jīng)擴(kuò)展到200億光年的廣闊空間，它稱為總星系。 教學(xué)資源網(wǎng) www.jb1000.com 高考學(xué)習(xí)網(wǎng)－中國(guó)最大高考學(xué)習(xí)網(wǎng)站Gkxx.com 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