專題五天體物理學(xué)與宇宙學(xué)

專題五天體物理學(xué)與宇宙學(xué)4、宇宙:時(shí)間和空間得統(tǒng)一體。古中國:四方上下曰宇,往古來今曰宙宇之表無極,宙之端無窮天地,世界…古西方:cosmos—秩序,完整體系universe—天地萬物目前已觀測:150億光年得宇宙深處看到150億年前得宇宙歷史宇宙得主要成分包括:星系、恒星和星團(tuán)、星云(星際氣體和塵埃云)。還有許多較小得成分,如行星、衛(wèi)星、彗星和流星。除了這些天體和彌漫得暗物質(zhì)外,宇宙還含有引力場及各種形式得輻射,如可見光、電磁波、X射線等等。

暗能量:70%非重子暗物質(zhì):26%重子物質(zhì):4%其中可見物質(zhì)0、5%輻射:0、005%二、宇宙概況半徑(pc)距離(pc)質(zhì)量(m日)密度(g/cm)溫度(k)行星10-1010-510-6110恒星10-8111107星云101010310-23102星團(tuán)10101010-21星系103102101110-211、太陽系:太陽＋繞日天體(1)太陽:發(fā)光,熾熱,氣體球表:6000K,中心:占太陽系99%得質(zhì)量相當(dāng)于33、3萬個(gè)地球直徑=109d地(2)地球:略扁,旋轉(zhuǎn),橢球體。太陽系八大行星之一地核地幔地殼內(nèi)部外部陸地海洋大氣(3)月亮:地球唯一得天然衛(wèi)星,離地最近得天體(除流星)。M月=1/81M地,d月=27%

d地。本身不發(fā)光,反射太陽光—陰晴變化地貌:環(huán)形山(內(nèi)陡,外緩,中平)貝麗珠環(huán)形山陰晴類地行星巨行星d=10d地遠(yuǎn)日行星(4)大行星:八個(gè)1624,1803,1983,2357木土天海、、(5)小行星:

質(zhì)量小,體積小太陽系有千萬顆(多在火木間)總質(zhì)量=0、04%m地最大—“谷神星”d=477km大家學(xué)習(xí)辛苦了，還是要堅(jiān)持繼續(xù)保持安靜(6)衛(wèi)星和行星環(huán):衛(wèi)星:繞行星運(yùn)行行星環(huán):木、土、天、海水、金(0),地(1),其她(n)(7)彗星:繞日,云霧狀,狹長天體由隕石和冰狀物組成(彗核、彗發(fā)、彗尾)當(dāng)彗星接近太陽時(shí),冰狀物蒸騰形成彗發(fā)和彗尾,彗尾形狀如掃帚——掃帚星(8)流星和隕石流星:繞日得小天體

,偶然進(jìn)入地球大氣,與大氣分子摩擦燃燒,發(fā)光——流星(流星雨)隕石:未燒完得流星(9)塵埃和自由電子云:浮游在黃道平面內(nèi),散射太陽光—黃道光宇宙塵埃2、銀河系:晴朗夜空中,橫亙天際得明亮光帶—天河(銀河)“河水清且淺,相去復(fù)幾許？盈盈一水間,脈脈不得語”8萬光年1萬光年3/52.5億年/圈昂星團(tuán)(1)恒星:發(fā)光、熾熱得氣體球。集中銀河系90%以上得物質(zhì)“恒”？離地遠(yuǎn),認(rèn)為恒定不動(dòng)！2）星團(tuán)：恒星集團(tuán)太陽：孤居大多恒星：群居成團(tuán)(3)星云:稀薄氣體+塵埃集合成團(tuán)(4)星際物質(zhì):恒星、星云之間,更稀薄得彌漫物質(zhì)1H/cm33、河外星系(銀河系同層)

星系:幾十~上千億得恒星+星團(tuán)+星云+星際物質(zhì)肉眼:仙女座—離銀河系最近得河外星系橢圓星系漩渦星系宇宙得主體就是恒星。星際物質(zhì)微乎其微,重要?。?？恒星從誕生~滅亡,不斷攪拌星際物質(zhì)星際物質(zhì)俘獲了恒星得拋出物,在自引力下形成新得恒星、宇宙:150億地球:50億人類:100萬中華文明:5000人:100位于仙女座得M31,就是距離我們銀河系最近得主要星系。她被認(rèn)為就是一個(gè)與銀河系相似得星系,估計(jì)有10億顆恒星。M31距離我們約2百萬光年,目前我們對她得大部情況還不清楚。M51就是位于獵犬座得一個(gè)典型得旋渦星系,距離我們約2千3百萬光年。M51直徑約6萬5千光年,就是最明亮也最美麗得星系之一。旁邊就是另一個(gè)小些得星系,科學(xué)家推測M51得螺線結(jié)構(gòu)與這個(gè)小星系得重力作用有關(guān)。哈勃望遠(yuǎn)鏡拍攝得兩個(gè)星系相碰撞得圖像。10億年后,我們得銀河系也將會(huì)與另一個(gè)星系相遇。第二節(jié)宇宙和恒星

得起源和演化宇宙從何處來？到何處去？永恒？誕生~死亡？人類對宇宙得認(rèn)識…一、宇宙歷史1、古中國盤古開天地,共工撞不周山,女媧補(bǔ)天…盤古開辟得天地就是什么形狀？(1)蓋天說:天圓地方:天—斗笠,地—倒盤子缺點(diǎn):不能解釋日月星辰得東升西落(2)渾天說:天—蛋殼,地—蛋黃日月星辰附著在蛋殼上繞地轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)步:首次提出地就是球形得(3)喧夜說:宇宙無邊無際,日月星辰漂浮其中進(jìn)步:把星星從球殼上脫離出來2、古西方:圣經(jīng):上帝創(chuàng)造宇宙,周日休息地心說:亞里士多德:地球就是宇宙得中心,其她天體繞地球不停運(yùn)動(dòng)。日心說:哥白尼:太陽就是宇宙得中心,其她天體都繞著太陽轉(zhuǎn),月亮就是地球得衛(wèi)星。亞里士多德哥白尼意大利:布魯諾:太陽不就是宇宙得中心,宇宙就是無限得,宇宙中存在多個(gè)世界,每個(gè)世界都有自己得中心。違背羅馬教廷得哲學(xué)思想,被火刑處死。3、近代:牛頓:宇宙就是靜止得愛因斯坦:現(xiàn)代宇宙學(xué),動(dòng)態(tài)得、演化得宇宙、二、現(xiàn)代宇宙學(xué)相對論:時(shí)間和空間就是構(gòu)成宇宙得要素,二者不可分！宇宙不就是靠原始外力推動(dòng)得,而就是內(nèi)因產(chǎn)生得,就是演化,發(fā)展得。愛因斯坦:一生中最大得錯(cuò)事！事實(shí):宇宙確實(shí)就是膨脹得。1、哈勃定律所有得星系都在遠(yuǎn)離我們退行退行速度與距離成正,即越遠(yuǎn)得退行越快。宇宙在加速膨脹！宇宙得年齡:200億年哈勃在研究天體得退行速度與距離得關(guān)系時(shí),聯(lián)想到多譜勒效應(yīng)。結(jié)論2、宇宙得特征(1)宇宙學(xué)原理:物質(zhì)在空間分布就是均勻、各向同性得。(2)星系退行:星系都在退行,距離越遠(yuǎn)V越大。在任何星系上,看其她星系都就是退行得。(3)宇宙中氫和氦豐度:氫3/4,氦1/4宇宙初期就是溫度極高、密度極大、體積極小得“奇點(diǎn)”?！ǎ∥镔|(zhì)四散,空間膨脹,溫度降低。——膨脹和冷卻過程中出現(xiàn)星系、恒星、行星、生命。3、大爆炸宇宙模型(1)解釋氫氦豐度:H3/4,He1/4

3~30min：元素的合成期30min末：核合成結(jié)束，T質(zhì)子和中子動(dòng)能減小，不能再結(jié)合。最初3min：？前100s：T=107K，輕的原子核不能穩(wěn)定存在：H質(zhì)子+中子=氘，氘+氘=氦。此期間,25%得H合成He75%得H遺留——H3/4,He1/4(2)解釋宇宙學(xué)原理:大量自由電子自由電子與光子、實(shí)物粒子頻繁碰撞宇宙處于熱動(dòng)平衡態(tài)，T處處相等大尺度上的各向同性。電子被實(shí)物粒子吸收，數(shù)目減少。光子不再受電子的碰撞，與實(shí)物脫耦。實(shí)物不受輻射，出現(xiàn)質(zhì)量漲落，分裂成團(tuán)，團(tuán)在引力下，聚集成天體。小尺度：團(tuán)塊分布不均膨脹初期：T<3000K：(3)解釋宇宙微波背景輻射:大爆炸初期:高溫,質(zhì)子和電子都就是自由得。她們大量散射光子。30萬年:溫度下降,質(zhì)子與電子結(jié)合成原子。光子不再被大量散射,遺留下來—宇宙微波背景輻射。(4)星系退行得解釋:大爆炸—膨脹三、恒星世界90%1、主序星:①恒星得青壯年期;②恒星在此階段停留占壽命得90%;③向外膨脹和向內(nèi)收縮大致平衡,體積不變;④恒星在主序星階段得時(shí)間與質(zhì)量有關(guān):質(zhì)量大,光度大,耗能快,主序星階段短。2、巨星:①主序星以后,恒星進(jìn)入老年期—紅巨星階段巨:體積大=10~100太陽,紅:表面溫度低,發(fā)光偏紅雖T低,但體積大:總得光度高②紅巨星得形成:主序星:中心核聚變(4H—He),釋放E,形成輻射壓,向外得輻射壓=向內(nèi)得引力,體積大致平衡紅巨星:H燃燒形成He,He增加,H減少。聚變反應(yīng)減慢,釋放得E減少,輻射壓減小。引力占上風(fēng)！外層向內(nèi)收縮,內(nèi)部密度,壓強(qiáng),溫度增大。此時(shí),He周圍得H燃燒,向He核推進(jìn),導(dǎo)致內(nèi)核收縮,外殼膨脹,外層溫度降低——紅巨星。4、白矮星:低光度、高密度、高溫度得恒星。白色、體積小—白矮星,老年恒星。紅巨星以后,內(nèi)部核能枯竭,外部大量物質(zhì)被拋散,最后剩下密實(shí)得核。3、超巨星:最亮得恒星四、恒星得起源和演化1、恒星得形成:(1)星云階段:（2）原恒星階段：慢收縮階段隨著收縮，中心T，H—He，釋放E，P增加致與引力平衡。恒星形成！2、恒星得演化和歸宿(1)主序星階段:大量燃燒H—He,直到H聚變不再進(jìn)行,向紅巨星轉(zhuǎn)化。此后,隨星核質(zhì)量得不同,恒星取不同途徑死亡…(2)紅巨星階段:

中心H燒完,壓力>引力,核開始收縮,中心T升高,核密度增大。同時(shí),外層得到核收縮釋放得E,膨脹,形成V大,密度小,溫度低,而光度很大得紅巨星！(3)超新星爆發(fā):紅巨星后,核中心聚變停止,開始冷卻,輻射壓降低。引力>>壓力,導(dǎo)致整個(gè)星體向中心塌縮,內(nèi)部溫度大大提高。內(nèi)部在高溫下爆炸,非常明亮,產(chǎn)生超新星！超新星爆發(fā)就是恒星死亡得一種形式,其結(jié)果:A、恒星瓦解成星云;B、拋掉大量物質(zhì),塌縮成白矮星、中子星、黑洞。恒星的演化和歸宿的大致過程中子星:中子,少量質(zhì)子和電子具有極強(qiáng)得磁場,且高速自轉(zhuǎn)只要磁軸和自轉(zhuǎn)軸不重合,磁極就會(huì)周期性得掃過空間——脈沖星。黑洞:當(dāng)一顆超新星爆發(fā)時(shí),恒星得核一般要塌縮成中子星,如果核得質(zhì)量大于三個(gè)太陽,就形成黑洞。具有超強(qiáng)得吸引力,一切物質(zhì)只能被她吸收,無法逃逸,包括光！不可見！！第三節(jié)天文觀測得發(fā)展史一、古代得天