天體物理選修課論文

1、淺談天文學(xué)宇宙中有第二個(gè)地球嗎？宇宙是如何形成的？為什么地球能產(chǎn)生生命？太陽的運(yùn)動對 地球有什么影響？瑪雅人為什么會消失？天文學(xué)中的十萬個(gè)為什么總能勾起人們的求知欲 望！天文學(xué)是自然科學(xué)中的一門基礎(chǔ)學(xué)科，它和人類歷史同樣悠久。天文學(xué)的研究內(nèi)容和許 多概念總是伴隨著人類社會的文明和進(jìn)步而不斷發(fā)展的。在望遠(yuǎn)鏡發(fā)明以前，天文觀測采用的是目視方法，直接觀測天體在天空的視位置和視運(yùn) 動，另外也粗略的估計(jì)星星的亮度和顏色。17世紀(jì)以后相繼有了望遠(yuǎn)鏡、分光鏡和光度計(jì)， 不僅提高了天體位置觀測的準(zhǔn)確度，而且擴(kuò)大了人們對宇宙的認(rèn)識。到了20世紀(jì)，由于大 口徑望遠(yuǎn)鏡的問世，使得人類探測宇宙的深度和廣度與日俱增，不

2、少模型、學(xué)說由觀測得到 證實(shí)，新天體、新發(fā)現(xiàn)大量涌現(xiàn)。20世紀(jì)30年代以后，人們越來越廣泛的使用無線電方法 研究天體和宇宙間的輻射，從而誕生了射電天文學(xué)。20世紀(jì)50年代人造地球衛(wèi)星發(fā)射成功， 人類把觀測范圍由地面擴(kuò)展到地外空間，天文學(xué)家可以自由地探測天體的各種輻射?，F(xiàn)代， 天文空間探測已經(jīng)有了長足的發(fā)展，人類不僅把望遠(yuǎn)鏡送上天，而且借助太空飛行器踏上月 球，或把儀器送到其他行星上進(jìn)行直接觀測或?qū)嶒?yàn)。我一直都覺得天文學(xué)是一門很神秘的學(xué)科，尤其在觀看課堂的視頻后，真是不得不感嘆 天文學(xué)的魅力，以及現(xiàn)在科學(xué)的強(qiáng)大。對于天文學(xué)，我最感興趣的是以下幾個(gè)方面：一、宇宙大爆炸宇宙大爆炸(Big Bang)

3、是一種學(xué)說，是根據(jù)天文觀測研究后得到的一種設(shè)想。大約在 150億年前，宇宙所有的物質(zhì)都高度密集在一點(diǎn)，有著極高的溫度，因而發(fā)生了巨大的爆炸。 大爆炸以后，物質(zhì)開始向外大膨脹，就形成了今天我們看到的宇宙。比利時(shí)牧師、物理學(xué)家喬治勒梅特首先提出了關(guān)于宇宙起源的大爆炸理論，但他本人 將其稱作“原生原子的假說”。這一模型的框架基于了愛因斯坦的廣義相對論，并在場方程 的求解上作出了一定的簡化。描述這一模型的場方程由蘇聯(lián)物理學(xué)家亞歷山大弗里德曼于 1922年將廣義相對論應(yīng)用在流體上給出。1929年，美國物理學(xué)家埃德溫哈勃通過觀測發(fā) 現(xiàn)從地球到達(dá)遙遠(yuǎn)星系的距離正比于這些星系的紅移，這一膨脹宇宙的觀點(diǎn)也在19

4、27年被 勒梅特在理論上通過求解弗里德曼方程而提出，這個(gè)解后來被稱作弗里德曼-勒梅特-羅伯遜 -沃爾克度規(guī)。哈勃的觀測表明，所有遙遠(yuǎn)的星系和星團(tuán)在視線速度上都在遠(yuǎn)離我們這一觀 察點(diǎn)，并且距離越遠(yuǎn)退行視速度越大。如果當(dāng)前星系和星團(tuán)間彼此的距離在不斷增大，則說 明它們在過去的距離曾經(jīng)很近。從這一觀點(diǎn)物理學(xué)家進(jìn)一步推測：在過去宇宙曾經(jīng)處于一個(gè) 極高密度且極高溫度的狀態(tài)，在類似條件下大型粒子加速器上所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)結(jié)果則有力地支 持了這一理論。2003年2月12日，美國宇航局公布了探測器拍到的宇宙“嬰兒期照片”，為宇宙大 爆炸理論提供了新的依據(jù)。根據(jù)這張照片科學(xué)家還精確地測量出了宇宙的實(shí)際年齡是137 億

5、年。圖片中的微波光線來自宇宙大爆炸后的38萬年，大約是在130多億年前。美國宇航 局的科學(xué)家說，這張照片中可以觀測到的輻射是一種電磁波，它充滿了整個(gè)宇宙。電磁波 里包含的微觀模型信息，顯示了形成星系以及我們周圍一切結(jié)構(gòu)的萌芽的特征。這次公開的 宇宙“嬰兒期照片”清晰地顯示了這個(gè)遺跡的存在，有力地支持了宇宙大爆炸理論。另外， 圖片還顯示宇宙中最早的恒星誕生于宇宙大爆炸發(fā)生的2億年后，比許多科學(xué)家認(rèn)為的要早 得多。宇宙起初是由不斷相互影響的粒子和射線所構(gòu)成的一團(tuán)熾熱且無定形的云狀物組成 的：大爆炸后又過了40萬年，宇宙膨脹和冷卻到一定程度時(shí)，電子和質(zhì)子結(jié)合成中性原子， 它們再與周圍的射線相互影響。

6、經(jīng)過科學(xué)研究，目前被絕大多數(shù)人接受的結(jié)論是：宇宙誕生之前，沒有時(shí)間，沒有空間， 也沒有物質(zhì)和能量。大約150億年前，在這片四大皆空的“無”中，一個(gè)體積無限小的點(diǎn)爆 炸了。時(shí)空從這一刻開始，物質(zhì)和能量也由此產(chǎn)生，這就是宇宙創(chuàng)生的大爆炸。但，若真是 四大皆空的狀態(tài)，那么宇宙為何會爆炸？爆炸后的物質(zhì)又是從哪里來的？不是說自然界的一 切物質(zhì)都是守恒的，那么這個(gè)宇宙大爆炸是如何無中生有的呢？二、黑洞黑洞(blackhole)是由一個(gè)只允許外部物質(zhì)和輻射進(jìn)入而不允許物質(zhì)和輻射從中逃離 的邊界即視界所規(guī)定的時(shí)空區(qū)域。根據(jù)第七節(jié)課影片的介紹，黑洞的產(chǎn)生過程類似于中子星的產(chǎn)生過程；恒星的核心在自 身重量的作用下

7、迅速地收縮，發(fā)生強(qiáng)力爆炸。當(dāng)一顆恒星衰老時(shí)，它的熱核反應(yīng)已經(jīng)耗盡了 中心的燃料(氫)，由中心產(chǎn)生的能量已經(jīng)不多了。這樣，它再也沒有足夠的力量來承擔(dān)起 外殼巨大的重量。所以在外殼的重壓之下，核心開始坍縮，直到最后形成體積小、密度大的 星體，重新有能力與壓力平衡。物質(zhì)將不可阻擋地向著中心點(diǎn)進(jìn)軍，直至成為一個(gè)體積很小、 密度趨向很大。而當(dāng)它的半徑一旦收縮到一定程度，巨大的引力就使得即使光也無法向外射 出，從而切斷了恒星與外界的一切聯(lián)系一一“黑洞”誕生了。2010年11月16日凌晨1點(diǎn) 30分，美國宇航局宣稱，科學(xué)家通過美國宇航局錢德拉X射線望遠(yuǎn)鏡在距地球5000萬光年 處發(fā)現(xiàn)了僅誕生30年的黑洞。這

8、是有史以來所發(fā)現(xiàn)的最年輕的黑洞。據(jù)科學(xué)家揣測，銀河系的中心是一個(gè)超巨型黑洞。超巨黑洞位于星系中心，據(jù)推測每個(gè) 星系都有，質(zhì)量一般約為星系總質(zhì)量的0.5%。目前，關(guān)于超巨黑洞的形成主要有兩種理論。 一種觀點(diǎn)認(rèn)為，它可能是隨著星系的誕生一次性產(chǎn)生的。但也有推測說，超巨黑洞是以質(zhì)量 更小的黑洞為基礎(chǔ)形成的，后者就好比是一些“種子”，隨著時(shí)間的推移進(jìn)化成了巨型黑洞。因?yàn)樗械哪芰慷际鞘睾愕模茖W(xué)家們提出設(shè)想，既然宇宙中有黑洞，那么一定存“白 洞”。黑洞可以用強(qiáng)大的吸力把任何物體都吸進(jìn)去，而白洞可以把這些東西都吐出來?？茖W(xué) 家們設(shè)想，黑洞與白洞是連在一起的，黑洞把物質(zhì)吸進(jìn)去，物質(zhì)在里面會經(jīng)過一個(gè)叫做“奇

9、 異點(diǎn)”的東西，然后物質(zhì)就到達(dá)了白洞的“管轄范圍”，會被白洞“吐”出來。然后物質(zhì)就 到達(dá)了另一個(gè)宇宙（第一平行宇宙到達(dá)第二平行宇宙）。但是，如果白洞存在，所有的物體 將會以極快的速度離開。這會是我們這個(gè)宇宙形成的原因嗎？我們是否就生活在被白洞所拋 出的物質(zhì)至上呢？三、太陽活動與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)太陽活動主要是指周期為11年左右的太陽黑系活動和太陽爆發(fā)活動，它們將對地球上 的水文、氣候、地震活動以及無線電通訊、衛(wèi)星運(yùn)行和人類健康有極大的影響。對太陽黑子 的活動，我國早在2000多年前（公元前4 3年漢光帝永光元年）漢書中就有“日 中黑子，大如彈丸”的記載。1 8 4 4年德國天文學(xué)家許瓦培首先提出太陽黑子

10、活動具有周 期性變化，其平均長度約為111年。后經(jīng)國際規(guī)定，從資料比較可靠的1755年那次黑子數(shù) 量最低年起作為第一個(gè)周期。從1755年到1976年，即第一周到2 1周始，從1 9 8 6年 起太陽黑子活動使進(jìn)入第22周，1990年太陽活動進(jìn)人高峰期，黑子活動和太陽耀斑活動頻 繁。在太陽黑子活動的每個(gè)周期中，太陽黑子數(shù)通常從極小直徑經(jīng)34年后達(dá)到黑子數(shù)的 極大值，到極大值后黑子數(shù)下降較慢，大約要經(jīng)78年后才降到黑子數(shù)的極小值，然后開 始下一周期。峰年間隔最長17.1年（第4周），最短7.3年（第7周），平均周期為11.1 年。黑子極大年又稱“太陽活動峰年”。太陽活動周期的氣候變化。太陽輻射是地

11、球上能量的主要源泉，也是支配地球氣候的 外因中重要的因素之一。反映在太陽黑子數(shù)的變化是，當(dāng)太陽黑子數(shù)增多時(shí)，太陽活動增強(qiáng)， 結(jié)果使地球氣溫升高；當(dāng)太陽黑子數(shù)出現(xiàn)特多時(shí)，有時(shí)太陽輻射反而減弱，使地球氣溫下 降。氣象學(xué)家從長期的氣候變化規(guī)律中觀測到，太陽黑子活動周期的單數(shù)周與雙數(shù)周氣候變 化存在著明顯的差異。在太陽黑子活動周期數(shù)的單數(shù)周，氣候一般都是由冷轉(zhuǎn)暖；在雙數(shù) 周氣候一般都是由暖變冷。研究指出，在太陽發(fā)生耀斑大爆發(fā)后的一個(gè)月內(nèi)，一些地方的 地面溫度有明顯的升高。黑子峰年和谷年或峰年、谷年附近，會出現(xiàn)大范圍氣溫偏低，春 寒，夏韶之氣候。我國著名氣象學(xué)家竺可楨等人曾利用大量的歷史資料，發(fā)現(xiàn)太陽活

12、動頻繁， 我國往往是南澇北早，1 9 8 0年，1 9 9 1年正是太陽活動峰年，長江中、下游出現(xiàn)了 嚴(yán)重的洪澇災(zāi)，莊稼被淹，而北方卻千旱，伏雨奇映。太陽活動峰年與氣候異常。根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析資料表明，天氣和氣候異常與太陽黑子活動似 乎有一定相關(guān)性。太陽活動峰年，大氣徑向（南北向）環(huán)流加強(qiáng)、發(fā)展，有利于南北冷暖空 氣交換，造成溫帶氣旋活動次數(shù)增多，高空多大槽大脊活動，多暴風(fēng)雪、大到暴雨、雷陣雨、 冰雹等強(qiáng)對流性天氣。同時(shí)。當(dāng)冷空氣頻繁南下時(shí)，天氣寒冷，暖空氣北上時(shí)，回暖快，升 溫多。在冬春季節(jié)常有寒潮、降溫，冷雨濕雪，春寒夏涼的天氣。太陽活動與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的關(guān) 系極為密切，這種相關(guān)的科學(xué)依據(jù)，目前科技界

13、還只能作一些粗淺的研究和分析。我們只有 掌握和利用太陽活動規(guī)律，合理安排生產(chǎn)，方可奪取農(nóng)業(yè)豐收。四、瑪雅預(yù)言關(guān)于瑪雅人預(yù)言的2012世界末日是我最感興趣的一個(gè)部分。地球上有多處跡象表明瑪 雅人曾經(jīng)生活在這個(gè)地球上過，可是他們?yōu)槭裁聪Я耍吭谶^去的時(shí)間里，也曾有許多關(guān)于 世界末日的說法，但當(dāng)所被預(yù)言的那一刻真正到來時(shí)，所有的預(yù)言就不攻自破了。那么瑪雅 預(yù)言也是這樣嗎？隨著2012的漸漸來臨，關(guān)于瑪雅預(yù)言的有關(guān)事跡、傳聞、猜測越來越多。 瑪雅預(yù)言受到了前所未有的關(guān)注！根據(jù)瑪雅歷法的預(yù)言傳說，我們所生存的世界，共有五次毀滅和重生周期一一每一周期 即所謂的“太陽紀(jì)”。按照這一傳說，現(xiàn)在我們正處在第四個(gè)

14、“太陽紀(jì)”，而2012年左右將 是“第5太陽紀(jì)”的開始；并且，當(dāng)時(shí)的瑪雅人認(rèn)為，在每一紀(jì)結(jié)束時(shí)，都會在我們生存的 家園上演一出驚心動魄的毀滅悲劇?，斞蓬A(yù)言為何會受到如此多的關(guān)注呢？瑪雅人認(rèn)為一個(gè)月等于20天，一年等于18個(gè)月，再加上每年之中有5未列在內(nèi)的忌日： 一年實(shí)際的天數(shù)為365天，這正好與現(xiàn)代人對地球自轉(zhuǎn)時(shí)程的認(rèn)識相吻合?，斞琶褡逶谔煳?學(xué)方面的成就是十分突出的?，斞殴艊形宕箢A(yù)言：1：瑪雅文明的終結(jié)。也就是他自己的末日，自己預(yù)測到了。卻改變不了。2：汽車，飛機(jī)，火箭的出現(xiàn)時(shí)期。3：大魔頭（希特勒）的出生和死亡的大致時(shí)期。4：毀滅性戰(zhàn)爭的爆發(fā)時(shí)期（一二戰(zhàn)）。5： 2012年12月21日太

15、陽落下以后。將不會出現(xiàn)。這五大預(yù)言中的前四個(gè)都已準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)，如今就差世界末日這一預(yù)言。它會像前四個(gè)預(yù) 言一樣準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)嗎？科學(xué)家對瑪雅預(yù)言并不信以為然，他們首先利用瑪雅歷法來揭穿所謂的“世界末日”預(yù) 言?，斞艢v法并沒有結(jié)束于2012年，因此瑪雅人自己也沒有把這一年當(dāng)作是世界的末日。 不過，2012年12月21日（冬至）肯定是瑪雅人的一個(gè)重要日子。美國科爾蓋特大學(xué)考古 天文學(xué)家安東尼-阿維尼是一名瑪雅文化研究專家。阿維尼表示，“在瑪雅歷法中，1872000 天算是一個(gè)輪回，即5125.37年?！爆斞湃藢τ跁r(shí)間的計(jì)算比其他許多文化都要精細(xì)。阿維尼介紹說，瑪雅人曾經(jīng)發(fā)明了所 謂的“長歷法”，這種歷法

16、把最初的計(jì)算時(shí)間一直追溯到瑪雅文化的起源時(shí)間，即公元前3114 年8月11日。根據(jù)“長歷法”，到2012年冬至?xí)r，就意味著當(dāng)前時(shí)代的時(shí)間結(jié)束，即完成 了 5125.37年的一個(gè)輪回。長歷法于是重新開始從“零天”計(jì)算，又開始一個(gè)新的輪回。阿 維尼認(rèn)為，“這僅僅是一個(gè)重新計(jì)時(shí)的思想，與我們每年元旦或周一早上重新開始一年或一 周生活完全一樣。”也有一種這樣的說法，地球環(huán)境正在遭受前所未有的破壞，2012世界末日說純粹是為 了提醒人類保護(hù)地球的重要性。最近世界總是不太平靜，地震、暴雨不停侵襲著人類的家園， 造成人類巨大的損失。無論2012是否真的存在，我們都應(yīng)該珍惜每一天的美好生活！五、外星文明茫茫宇

17、宙中，地球上的人類建立的文明是微不足道的。因?yàn)榈厍蛭拿魇侨绱硕虝海祟?開始創(chuàng)造文明才不過幾萬年，發(fā)展科學(xué)技術(shù)不過幾百年，探索航天技術(shù)不過幾十年，這和地 球年齡的46億年、銀河系年齡100億至150億年相比，何異于滄海一粟。因此，我始終堅(jiān) 信外星人是真實(shí)存在的，他們就在我們的周圍，在某一個(gè)星球上，只是我們的科學(xué)技術(shù)還不 夠發(fā)達(dá)，我們無法發(fā)現(xiàn)對方。早在19世紀(jì)，人們就在想辦法和外星文明聯(lián)系上。在20世紀(jì)的四分之一的時(shí)間中，我 們已在不停地用電波轟擊太空，現(xiàn)在電波在所有方向上已經(jīng)傳播了70光年，覆蓋了數(shù)千個(gè) 恒星系統(tǒng)。我們可以設(shè)想，某個(gè)星球上的智慧生命，現(xiàn)在已經(jīng)打開收音機(jī)，正在收聽地球上 的一些流

18、行歌曲。目前科學(xué)家一直不懈的努力著、假設(shè)著外星人的一切，外星人居住的環(huán)境或許與地球相 似，但由于大氣比例不同，他們生活的星球或許比地球高溫，或許比地球潮濕，或許比地球 壓強(qiáng)大?；蛟S那個(gè)存在生物的星球的環(huán)境真的會像視頻中那樣，有飛鯨、跟蹤鳥、氣球草。天文學(xué)的一切以其未知性和不確定性不停的勾起人們的求知欲望。人們不停假設(shè)、不停 研究，想要知道宇宙是如何形成的？黑洞究竟是怎么一回事？外星文明是否存在？外星人是 什么模樣？天文學(xué)的研究對于我們的生活有很大的實(shí)際意義，對于人類的自然觀有很大的影響。本 學(xué)期我選修了天體物理概觀這門課程，向老師繪聲繪色的講課、播放有趣的天文短片， 都讓我收獲了很多關(guān)于天文學(xué)的知識，也有了不少感想，使我對天文學(xué)的定義、研究方向、 研究領(lǐng)域、研究理論以及矮行星和中子星等重要的天體有了系統(tǒng)的了解，也豐富了我 的知識體系，拓寬了我的知識面。我期待天文學(xué)取得更大的進(jìn)展，也期待我國的科學(xué) 事業(yè)的發(fā)展越來越好。最后，祝老師身體健康，萬事如意！參考文獻(xiàn)： HYPERLINK /view/20776.htm /view/20776.htm HYPERLINK /wiki/%E5%A4%A9%E6%96%87%E5%AD%B8 /wiki/%E5%A4%A9%E6%96%87%E5%AD%B8 HYPERLINK /gp/feature.html