我们认识的宇宙天文知识组图天文宇宙-爱华网

宇宙（Universe）是由空间、时间、物质和能量，所构成的统一体。是一切空间和时间的综合。一般理解的宇宙指我们所存在的一个时空连续系统，包括其间的所有物质、能量和事件。宇宙根据大爆炸宇宙模型推算，宇宙年龄大约138.2亿年。宇宙产生于140亿年前一次大爆炸中。大爆炸后30亿年，最初的物质涟漪出现。大爆炸后20亿-30亿年，类星体逐渐形成。大爆炸后90亿年，太阳诞生。38亿年前地球上的生命开始逐渐演化。大爆炸散发的物质在太空中漂游，由许多恒星组成的巨大的星系就是由这些物质构成的，我们的太阳就是这无数恒星中的一颗。原本人们想象宇宙会因引力而不再膨胀，但是，科学家已发现宇宙中有一种“暗能量”会产生一种斥力而加速宇宙的膨胀。“宇宙”两字连用，最早出自《庄子》这本书，同时，《庄子》一书还给出了一种更抽象的宇宙定义：“出无本，入无窍。有实而无乎处，有长而无乎本剽。有所出而无窍者有实。有实而无乎处者，宇也；有长而无本剽者，宙也。”现代学者张京华将其译为：“有实体存在但并不固定静止在某一位置不变叫做宇；有外在属性但并没有固定的度量可以衡量叫做宙。”此种宇宙定义与时空无关，与现代宇宙观有相似之处。但长期未被人们接受。《文子·自然》记载：“往古来今谓之宙，四方上下谓之宇。”在这种观念之下，“宇”代表上下四方，即所有的空间，“宙”代表古往今来，即所有的时间，“宇”：无限空间，“宙”：无限时间。所以“宇宙”这个词有“所有的时间和空间”的意思。把“宇宙”的概念与时间和空间联系在一起，体现了我国古代人民的独特智慧。根据大爆炸理论，宇宙的发展史可表示为一个右端开放的封闭曲面体。左端中心为爆炸奇点，向右延伸137亿光年。从左往右依次为：奇点、40万年的初期膨胀、近4亿年的黑暗期、出现恒星、星系和行星发展期、含有暗物质与暗能量的加速膨胀期。目前为科学界所普遍接受的宇宙起源理论认为，宇宙诞生于距今约137亿年前的一次“大爆炸”。宇宙微波背景辐射被认为是“大爆炸”的“余烬”，均匀地分布于整个宇宙空间。“大爆炸”之后的宇宙温度极高，之后30多万年，随着宇宙膨胀，温度逐渐降低，宇宙微波背景辐射正是在此期间产生的。欧洲航天局的“普朗克”探测器于2009年5月从法属圭亚那库鲁航天中心升空入轨，其主要任务是探测宇宙微波背景辐射，帮助科学家研究早期宇宙形成和物质起源的奥秘。这是2010年欧航局根据“普朗克”探测器传回的数据绘制了首幅宇宙全景图，此次公布的宇宙微波背景辐射全景图是在宇宙全景图的基础上绘成的。上面这幅图根据欧航局2009年发射的“普朗克”探测器在头15个半月内收集的数据绘制而成，比美国航天局此前发射的宇宙背景探索者（COBE）卫星和威尔金森微波各向异性探测器（WMAP）探测到的微波背景辐射更为精确，见证了宇宙诞生38万年后的情形。除了以前所未有的精确度很好地验证了宇宙标准模型外，这幅图还反映出一些与现有宇宙理论不同之处，修正了人们此前的认识。根据“普朗克”探测器收集的数据，科学家对宇宙的组成部分有了新的认识，宇宙中普通物质和暗物质的比例高于此前假设，而暗能量这股被认为是导致宇宙加速膨胀的神秘力量则比想象中少，占不到70%。此外，反映宇宙膨胀率的哈勃常数也被修正至67.15公里/（秒·百万秒差距），即一个星系与地球的距离每增加一百万秒差距（一秒差距约为3．26光年），其远离地球的速度每秒就增加67.15公里。这个数据意味着宇宙的年龄约为138.2亿年。科学家经常很难识别宇宙中遥远星系释放的明亮光源和近距离昏暗光源之间的差异，引力透镜回避了这一问题，能够提供远方光线传播的多样化线索。这些测量信息使研究人员可以测定宇宙的体积大小，并且天体物理学家可以用哈勃常数进行表达。公元前6世纪，毕达哥拉斯从美学观念出发，认为一切立体图形中最美的是球形，主张天体和我们所居住的大地都是球形的。这一观念为后来许多古希腊学者所继承，但直到1519～1522年，葡萄牙的F.麦哲伦率领探险队完成了第一次环球航行后，地球是球形的观念才最终被证实。地球卫星照片太阳系月球俯视图太阳系运行示意图公元2世纪，C.托勒密提出了一个完整的地心说。这一学说认为地球在宇宙的中央安然不动，月亮、太阳和诸行星以及最外层的恒星天都在以不同速度绕着地球旋转。为了说明行星运动的不均匀性，他还认为行星在本轮上绕其中心转动，而本轮中心则沿均轮绕地球转动。地心说曾在欧洲流传了1000多年。1543年，N.哥白尼提出科学的日心说，认为太阳位于宇宙中心，而地球则是一颗沿圆轨道绕太阳公转地普通行星。到16世纪哥白尼建立日心说后才普遍认识到：地球是绕太阳公转的行星之一，而包括地球在内的八大行星则构成了一个围绕太阳旋转的行星系──太阳系的主要成员。1609年，J.开普勒揭示了地球和诸行星都在椭圆轨道上绕太阳公转，发展了哥白尼的日心说，同年，伽利略·伽利雷则率先用望远镜观测天空，用大量观测事实证实了日心说的正确性。1687年，I.牛顿提出了万有引力定律，深刻揭示了行星绕太阳运动的力学原因，使日心说有了牢固的力学基础。在这以后，人们逐渐建立起了科学的太阳系概念。18世纪上半叶，由于E.哈雷对恒星自行的发展和J.布拉得雷对恒星遥远距离的科学估计，布鲁诺的推测得到了越来越多人的赞同。18世纪中叶，T.赖特、I.康德和J.H.朗伯推测说，布满全天的恒星和银河构成了一个巨大的天体系统。弗里德里希·威廉·赫歇尔首创用取样统计的方法，用望远镜数出了天空中大量选定区域的星数以及亮星与暗星的比例，1785年首先获得了一幅扁而平、轮廓参差、太阳居中的银河系结构图，从而奠定了银河系概念的基础。在此后一个半世纪中，H.沙普利发现了太阳不在银河系中心、J.H.奥尔特发现了银河系的自转和旋臂，以及许多人对银河系直径、厚度的测定，科学的银河系概念才最终确立。18世纪中叶，康德等人还提出，在整个宇宙中，存在着无数像我们的天体系统(指银河系)那样的天体系统。而当时看去呈云雾状的“星云”很可能正是这样的天体系统。此后经历了长达170年的曲折的探索历程，直到1924年，才由E.P.哈勃用造父视差法测仙女座大星云等的距离确认了河外星系的存在。近半个世纪，人们通过对河外星系的研究，不仅已发现了星系团、超星系团等更高层次的天体系统，而且已使我们的视野扩展到远达大约140亿光年的宇宙深处。中图：太阳系的主要成员：由左至右依次为（注：星体的大小与距离均未依照比例）海王星、天王星、土星、木星。木星与火星之间的小行星带、太阳、水星、金星、地球和月球、火星，在左边可以看见一颗彗星太阳系概念确立以后，人们开始从科学的角度来探讨太阳系的起源。1644年，R.笛卡尔提出了太阳系起源的旋涡说；1745年，G.L.L.布丰提出了一个因大彗星与太阳掠碰导致形成行星系统的太阳系起源说；1755年和1796年，康德和拉普拉斯则各自提出了太阳系起源的星云说。现代探讨太阳系起源z的新星云说正是在康德·拉普拉斯星云说的基础上发展起来。宇宙是有层次结构的、像布一样的、不断膨胀、物质形态多样的、不断运动发展的天体系统。行星是最基本的天体系统。太阳系中共有八颗行星：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。除水星和金星外，其他行星都有卫星绕其运转，地球有一个卫星月球，土星的卫星最多，已确认的有28颗。行星、小行星、彗星和流星体都围绕中心天体太阳运转，构成太阳系。太阳占太阳系总质量的99.86%，其直径约140万千米，最大的行星木星的直径约14万千米。太阳系的大小约120亿千米（以冥王星作边界）。有证据表明，太阳系外也存在其他行星系统。2500亿颗类似太阳的恒星和星际物质构成更巨大的天体系统——银河系。银河系中大部分恒星和星际物质集中在一个扁球状的空间内，从侧面看很像一个“铁饼”，正面看去则呈旋涡状。银河系的直径约10万光年，太阳位于银河系的一个旋臂中，距银心约3万光年。银河系外还有许多类似的天体系统，称为河外星系，常简称星系。现已观测到大约有10亿个。星系也聚集成大大小小的集团，叫星系团。平均而言，每个星系团约有百余个星系，直径达上千万光年。现已发现上万个星系团。包括银河系在内约40个星系构成的一个小星系团叫本星系群。若干星系团集聚在一起构成更大、更高一层次的天体系统叫超星系团。超星系团往往具有扁长的外形，其长径可达数亿光年。通常超星系团内只含有几个星系团，只有少数超星系团拥有几十个星系团。本星系群和其附近的约50个星系团构成的超星系团叫做本超星系团。太阳系运行示意图太阳系就是现在所在的恒星系统。由太阳、八颗行星（原先有九大行星，因为冥王星被剔除为矮行星）、66颗卫星（原有67颗，冥王星的卫星被剔除）以及无数的小行星、彗星及陨星组成的太阳系的主要成员：由左至右依次为（注：星体的大小与距离均未依照比例）海王星、天王星、土星、木星。木星与火星之间的小行星带、太阳、水星、金星、地球和月球、火星，在左边可以看见一颗彗星。当代关于太阳系起源学说认为，太阳系很可能是50亿年前银河系中的一团尘埃气体云(原始太阳星云)由于引力收缩而逐渐形成的。恒星是由星云产生的，它的一生经历了引力收缩阶段、主序阶段、红巨星阶段、晚期阶段和临终阶段。星系的起源和宇宙起源密切相关，流行的看法是：在宇宙发生热大爆炸后40万年，温度降到4000K，宇宙从辐射为主时期转化为物质为主时期，这时或由于密度涨落形成的引力不稳定性，或由于宇宙湍流的作用而逐步形成原星系，然后再演化为星系团和星系。在太阳系天体中，水星、金星表面温度约达700K，金星表面笼罩着浓密的二氧化碳大气和硫酸云雾，气压约50个大气压，水星、火星表面大气却极其稀薄，水星的大气压甚至小于2×10-9毫巴(和月球没什么两样)；类地行星(水星、金星、火星)都有一个固体表面，类木行星却是一个流体行星；土星的平均密度为0.70克/立方厘米，比水的密度还小，木星、天王星、海王星的平均密度略大于水的密度，而水星、金星、地球等的密度则达到水的密度的5倍以上；多数行星都是顺向自转，而金星是逆向自转；地球表面生机盎然，其他行星则是空寂荒凉的世界。太阳在恒星世界中是颗普遍而又典型的恒星。已经发现，有些红巨星的直径为太阳直径的几千倍。中子星直径只有太阳的几百万分之一；超巨星的光度高达太阳光度的数百万倍，白矮星光度却不到太阳的几十万分之一。红超巨星的物质密度小到只有水的密度的百万分之一，而白矮星、中子星的密度分别可高达水的密度的十万倍和百万亿倍。太阳的表面温度约为6000K，O型星表面温度达30000K，而红外星的表面温度只有约600K。太阳的普遍磁场强度平均为3500高斯，有些磁白矮星的磁场通常为几千、几万高斯，而脉冲星的磁场强度可高达十几万亿高斯。有些恒星光度基本不变，有些恒星光度在不断变化，称变星。有的变星光度变化是有周期的，周期从1小时到几百天不等。有些变星的光度变化是突发性的，其中变化最剧烈的是新星和超新星，在几天内，其光度可增加几万倍甚至上亿倍。图1.从太空中俯瞰地球图2.1969年阿波罗11号飞船月球背面环形山图3.月球背对地球的一面很神秘地球是太阳系从内到外的第三颗行星，也是太阳系中直径、质量和密度最大的类地行星。赤道半径为6378.2公里，其大小在太阳系的行星中排列第五位。地球有大气层和磁场，表面的71%被水覆盖，其余部分是陆地，是一个蓝色星球。地球是包括人类在内上百万种生物的家园，也是目前人类所知宇宙中唯一存在生命的天体。地球已有45亿岁，有一颗天然卫星月球围绕着地球以27.32天的周期旋转，而地球自西向东旋转，以近24小时的周期自转并且以一年的周期绕太阳公转。地球诞生于45.67亿年前，而生命诞生于地球诞生后的10亿年内。从那以后，地球的生物圈改变了大气层和其他环境，使得需要氧气的生物得以诞生，也使得臭氧层形成。臭氧层与地球的磁场一起阻挡了来自宇宙的有害射线，保护了陆地上的生物。地球的物理特性，和它的地质历史和轨道，使得地球上的生命能周期性地持续。地球预计将在15亿年内继续拥有生命，直到太阳不断增加的亮度灭绝地球上的生物圈。地球的表面被分成几个坚硬的部分，或者叫板块，它们以地质年代为周期在地球表面移动。地球表面大约71%是海洋，剩下的部分被分成洲和岛屿。液态水是所有已知的生命所必须的，但并不在所有其他星球表面存在。地球的内部仍然非常活跃，有一层很厚的地幔，一个液态外核和一个固态铁的内核。地球的内部分为三个部分：最外层是地壳（由岩石组成），中间是地幔（由岩浆组成），里面是地核（由岩浆组成）。地球会与外层空间的其他天体相互作用，包括太阳和月球。当前，地球绕太阳公转一周所需的时间是自转的366.26倍，这段时间被叫做一恒星年，等于365.26太阳日。地球的地轴倾斜23.4°（与轨道平面的垂线倾斜23.4°），从而在星球表面产生了周期为1恒星年的季节变化。月球是唯一的天然卫星，也是地球的卫星，诞生于45.3亿年前的月球，造成了地球上的潮汐现象，稳定了地轴的倾角，并且减慢了地球的自转。大约38到41亿年前，后期重轰炸期的小行星撞击极大地改变了表面环境。地球是一个两极略扁的不规则椭球体。地球自西向东自转，同时又围绕太阳公转。地球自转与公转运动的结合使其产生了地球上的昼夜交替和四季变化(地球自转和公转的速度是不均匀的)。同时，由于受到太阳、月球、和附近行星的引力作用以及地球大气、海洋和地球内部物质的等各种因素的影响，地球自转轴在空间和地球本体内的方向都要产生变化。月球，又称月亮，古称太阴，是环绕地球运行的一颗卫星。它是地球唯一的一颗天然卫星，也是离地球最近的天体（月球与地球之间的平均距离是38.4万千米）。1969年尼尔·阿姆斯特朗和巴兹·奥尔德林成为最先登陆月球的人类成员。1969年9月美国“阿波罗11号”宇宙飞船返回地球，美国“阿波罗”登月计划至阿波罗17号结束。月球的年龄大约有46亿年。月球与地球一样有壳、幔、核等分层结构。最外层的月壳平均厚度约为60-65公里。月壳下面到1000公里深度是月幔，它占了月球的大部分体积。月幔下面是月核，月核的温度约为1000度，很可能是熔融状态的。月球直径约3474.8公里，大约是地球的1/4、太阳的1/400，月球到地球的距离相当于地球到太阳的距离的1/400，所以从地球上看去月亮和太阳一样大。月球的体积大概有地球的1/49，质量约7350亿亿吨，差不多相当于地球质量的1/81左右，月球表面的重力约是地球重力的1/6。月球永远都是一面朝向我们，另外一面，除了在月面边沿附近的区域因天秤动而中间可见以外，月球的背面绝大部分不能从地球看见。当人造探测器运行至月球背面时，它将无法与地球直接通讯。上图2为阿波罗11号飞船在1969年绕月飞行时拍摄的月球背面环形山：“月亮瞬变现象”出现在有火山气体喷发的区域，这意味着月亮上的光斑可能就是一些火山活动时喷发出来的灰尘。月球上的环形山有放射性氡222气体，它们是铀238和钋210的衰变副产物。瞬变现象和放射性气体应该存在因果关系，它是月球上火山气体由内向外喷发的结果。上图3为月球背对地球的一面，它很神秘，在小行星数十亿年前撞击月球之前，可能是月球的背面在面向地球。月球西半球上的陨石坑数量要比东半球多大约30%。这是因为西半球总是面向月球轨道运行方向，从而使西半球更有可能被太空碎片所击中。据科学家们测算，上述撞击应发生在39亿年前。前苏联月神3号探测器于1959年首次拍下月球背面的图像，但人类直到1968年阿波罗8号飞船抵达月球时才让人类首次看到月球的背面。月球面向地球的这面有太阳系中已知的最大陨坑，叫南极艾肯盆地，其直径有2480公里，深12.8公里。月球本身并不发光，只反射太阳光。月球亮度随日、月间角距离和地、月间距离的改变而变化。平均亮度为太阳亮度的1/465000，亮度变化幅度从1/630000至1/375000。满月时亮度平均为-12.7等（见）。它给大地的照度平均为0.22勒克斯，相当于100瓦电灯在距离21米处的照度。月面不是一个良好的反光体，它的平均反照率只有7%，其余93%均被月球吸收。月海的反照率更低，约为6%。月面高地和环形山的反照率为17%，看上去山地比月海明亮。月球的亮度随而变化，满月时的亮度比上下弦要大十多倍。由于月球上没有大气，再加上月面物质的热容量和导热率又很低，因而月球表面昼夜的温差很大。白天，在阳光垂直照射的地方温度高达+127℃；夜晚，温度可降低到-183℃。银河系星云图（温馨提示：小图均可点击放大欣赏）银河系目视全景图。（2009年12月5日美国发表了绘制的最新红外银河系全景图，该图像是由80万张斯皮策太空望远镜拍摄的图片拼凑而成，全长37米）银河系是太阳系所在的恒星系统，包括一千二百亿颗恒星和大量的星团、星云，还有各种类型的星际气体和星际尘埃。它的直径约为100,000多光年，中心厚度约为12,000光年，总质量是太阳质量的1400亿倍。银河系是一个旋涡星系，具有旋涡结构，即有一个银心和四个旋臂，旋臂相距4500光年。太阳位于银河一个支臂猎户臂上，至银河中心的距离大约是26,000光年。银河系是一个巨型棒旋星系（漩涡星系的一种），Sb型，共有4条旋臂。包含1.2千亿颗恒星。银河系整体作较差自转，太阳处自转速度约220千米/秒，太阳绕银心运转一周约2.5亿年。银河系的目视绝对星等为－20.5等，银河系的总质量大约是我们太阳质量的1.4万亿倍，大致10倍于银河系全部恒星质量的总和。这是我们银河系中存在范围远远超出明亮恒星盘的暗物质的强有力证据。关于银河系的年龄，占主流的观点认为，银河系在宇宙大爆炸之后不久就诞生了，用这种方法计算出，银河系的年龄大概在145亿岁左右，上下误差各有20多亿年。而科学界认为宇宙大爆炸大约发生137亿年前。另一说法，银河直径约为8万光年。银河系在天空上的投影像一条流淌在天上闪闪发光的河流一样，所以古称银河或天河，一年四季都可以看到银河，只不过夏秋之交看到了银河最明亮壮观的部分。银河系的主要星座有：天鹅座、天鹰座、狐狸座、天箭座、蛇夫座、盾牌座、人马座、天蝎座、天坛座、矩尺座、豺狼座、南三角座、圆规座、苍蝇座、南十字座、船帆座、船尾座、麒麟座、猎户座、金牛座、双子座、御夫座、英仙座、仙后座和蝎虎座。银河在天空明暗不一，宽窄不等。最窄只4°-5°，最宽约30°。对北半球来说作为夏季星空的重要标志，是从北偏东地平线向南方地平线延伸的光带——银河，以及由3颗亮星，即银河两岸的织女星、牛郎星和银河之中的天津四所构成的“夏季大三角”。夏季的银河由天蝎座东侧向北伸展，横贯天空，气势磅磅极为壮美，但只能在没有灯光干扰的野外（极限可视星等5.5以上）才能欣赏到。冬季的那边银河（在猎户座与大犬座）很黯淡。恒星在空间常常聚集成双星或三五成群的聚星，它们可能占恒星总数的1/3。也有由几十、几百乃至几十万个恒星聚在一起的星团。宇宙物质除了以密集形式形成恒星、行星等之外，还以弥漫的形式形成星际物质。星际物质包括星际气体和尘埃，平均每立方厘米只有一个原子，其中高度密集的地方形成形状各异的各种星云。宇宙中除发出可见光的恒星、星云等天体外，还存在紫外天体、红外天体、X射线源、γ射线源以及射电源。星系按形态可分为椭圆星系、旋涡星系、棒旋星系、透镜星系和不规则星系等类型。60年代又发现许多正在经历着爆炸过程或正在抛射巨量物质的河外天体，统称为活动星系，其中包括各种射电星系、塞佛特星系、N型星系、马卡良星系、蝎虎座BL型天体，以及类星体等等。许多星系核有规模巨大的活动：速度达几千千米/秒的气流，总能量达1055焦耳的能量输出，规模巨大的物质和粒子抛射，强烈的光变等等。在宇宙中有种种极端物理状态：超高温、超高压、超高密度、超真空、超强磁场、超高速运动、超高速自转、超大尺度时间和空间、超流、超导等。为我们认识客观物质世界提供了理想的实验环境。央视版《了解宇宙如何运行》高清视频6集：《了解宇宙如何运行》6集《了解宇宙如何运行》播放：http://www.tudou.com/listplay/uhXHLxMeY-o/gGmiJ6oQ62Y.html视屏目录（点击进入播放）

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