二節(jié)宇宙起源和演化課件

第二節(jié)宇宙的起源和演化困擾人們數(shù)百年：宇宙起源和演化的問題？宇宙在空間上究竟是有限還是無限？2021/3/81第二節(jié)宇宙的起源和演化宇宙起源和演化的問題？2021一、一些相關(guān)知識1.電磁波

靜電場

電荷變化電場電量變化臨近區(qū)域變化磁場較遠區(qū)域新的變化電場更遠區(qū)域新的變化磁場●●……變化的電場和磁場交替產(chǎn)生，由近及遠，以有限的速度，在空間的傳播過程，稱為電磁波。2021/3/82一、一些相關(guān)知識1.電磁波靜電場電荷變化電場電量變化臨2.電磁波譜波長：λ（m）頻率：

ν

（Hz）λ=電磁波波長分布很廣長——幾萬米（無線電波）——微波——紅外線——可見光——紫外線——X射線短——<10-13米（γ射線）傳播子光子E=hνν大或λ小，E越大Cν2021/3/832.電磁波譜波長：λ（m）頻率：ν（Hz）λ=電磁波3.輻射任何物體在任何溫度下都發(fā)射電磁波，發(fā)射電磁波的過程稱為輻射，輻射出的能量稱為輻射能。4.光譜的紅移、藍移物體相對于觀測者靜止不動，光譜波長是固定的；物體相對于觀測者運動，光譜波長有變化：物體遠離觀測者而去光譜波長向紅端移動紅移向觀測者運動光譜波長向藍端移動藍移2021/3/843.輻射任何物體在任何溫度下都發(fā)射電磁波，二、目前所認識的宇宙1.宇宙星系恒星每個星系幾十億~幾千億顆氣體塵埃尺度150億光年，年齡100~150億年總星系物質(zhì)及運動分布，在統(tǒng)計上是均勻的，各向同性的宇宙中物質(zhì)含量：氫（H2）最多氦（He）其次其它少量目前發(fā)現(xiàn)的約10億個（幾百億個）尺度幾千~幾十萬光年不等（總星系）2021/3/85二、目前所認識的宇宙1.宇宙星系恒星每個星系幾十億~幾千億星系漩渦星系橢圓星系不規(guī)則星系2.銀河系尺度組成發(fā)光部分直徑7萬光年最大厚度1萬光年恒星2000億顆氣體、塵埃團塊2021/3/86星系漩渦星系橢圓星系不規(guī)則星系2.銀河系尺度組成發(fā)光部分直3.太陽系尺度—組成直徑240億千米尺度半徑70萬千米位置銀河系軸3/5處運動250千米/秒繞軸運動溫度內(nèi)部15000000K表面6000K行星9個類地行星（Si、Fe）衛(wèi)星34個無衛(wèi)星有衛(wèi)星彗星1600顆流星太陽中心天體水金地火木土天海冥類木行星（H2、N2、NH3、CH4）離太陽120億千米2021/3/873.太陽系尺度—組成直徑240億千米尺度半徑70萬千米三、宇宙的起源和演化宇宙開端——150億年前大爆炸最重要證據(jù)：星系光譜紅移星系彼此遠離宇宙在膨脹極高密度狀態(tài)物質(zhì)密度更高奇點大爆炸2021/3/88三、宇宙的起源和演化宇宙開端——150億年前大爆炸最重要證據(jù)1922年弗里德曼和1927年勒梅特，得到了動態(tài)宇宙模型。20世紀20年代，發(fā)現(xiàn)多數(shù)星系發(fā)出的光譜發(fā)生紅移。這意味著多數(shù)星系在向我們遠離的方向上退行。1948年伽莫夫等人，結(jié)合當時核物理的知識，提出了宇宙大爆炸理論。認為今天看到的宇宙膨脹逆著時間追溯回去，則起始于一次猛烈的大爆炸。1929年哈勃總結(jié)出經(jīng)驗定律v=H0rV——星系退行的速度H0——哈勃常數(shù)，觀測值為150千米/秒千萬光年r——星體的距離2021/3/891922年弗里德曼和1927年勒梅特，得到了動態(tài)宇宙模型。1觀測支持和宇宙的熱演化大爆炸之后約10-2秒大爆炸之后約1秒大爆炸之后約10秒宇宙溫度約1011K，宇宙主要成分是電子、正電子、光子、中微子、反中微子等及少量核子。宇宙溫度下降為1010K，宇宙中的中子占24%，質(zhì)子占76%宇宙溫度下降為3x109K，宇宙中的中子、質(zhì)子可形成4He。而較重的原子核仍沒有形成的機會。2021/3/810觀測支持和宇宙的熱演化宇宙溫度約1011K，宇宙主要成分是電到了3分鐘，宇宙溫度下降為109K。中子衰變?yōu)橘|(zhì)子，剩下的中子都可直接組合到氦核中，因此造成氦核的豐度為26%，其余的質(zhì)子則只能成為氫核了。這與是接近的。到了約1012秒宇宙繼續(xù)冷卻和膨脹，溫度降為4x103K。原子氣體靠引力作用結(jié)團形成恒星和星系，而恒星和星系演化，其中的和聚變過程產(chǎn)生更重的原子核；脫離了熱偶合的光子氣體稱為，溫度下降到現(xiàn)在的2.7K。1964年彭齊亞斯和威爾遜發(fā)現(xiàn)這種背景輻射。宇宙中氦和氫的豐度測量這是宇宙大爆炸理論的一個重要的觀測支持。這是宇宙大爆炸理論的又一個重要的觀測支持。宇宙背景輻射2021/3/811到了3分鐘，宇宙溫度下降為109K。中子衰變?yōu)橘|(zhì)子，剩下的中大爆炸1秒鐘前3分鐘3分鐘~70萬年幾十億年T>100億K質(zhì)子、中子、電子、光子……“宇宙湯”T—10億K質(zhì)子+中子氘核、氦核T—100萬K緩慢膨脹T—3000K原子核+電子原子光子不再被電子散射宇宙開始透明原子—引力凝聚原始星云2021/3/812大133幾T>100億K質(zhì)子、中子、電子、光子……“宇宙星系的形成恒星的一生（1）形成（2）演化2021/3/813星系的形成恒星的一生（1）形成（2）演化2021/3/813三種質(zhì)量<太陽白矮星（白色、?。┖诎琴|(zhì)量≈太陽極猛烈爆發(fā)，在極短時間內(nèi)亮度增至千萬~上億倍—“超新星爆發(fā)”體積極小、密度極高星核—中子星質(zhì)量>>太陽超新星爆發(fā)黑洞恒星歸宿2021/3/814三種質(zhì)量<太陽白矮星（白色、小）黑矮星質(zhì)量≈太陽極猛烈太陽系形成、演化地球形成、演化2021/3/815太陽系形成、演化地球形成、演化2021/3/815【復(fù)習(xí)思考題及習(xí)題】1.

現(xiàn)代宇宙學(xué)是如何定義宇宙概念的？2.

從整體上看，我們的宇宙存在哪幾個結(jié)構(gòu)層次？3.

簡述宇宙的形成和演化過程。4.