《地球的宇宙環(huán)境》文字素材5（湘教版必修1）

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教學(xué)無憂http://jiaoxue5u.taobao.com/專注中小學(xué) 教學(xué)事業(yè)！ 《地球的宇宙環(huán)境》 一、宇宙的形成 1、大爆炸理論——宇宙是150億年前從一個極小的點(diǎn)（奇點(diǎn)，集聚巨大物質(zhì)和能量的無限小的點(diǎn)。）誕生的，從那里誕生了時間和空間、質(zhì)量和能量，從而由物質(zhì)小微粒聚集成大團(tuán)的物質(zhì)，最終形成星系、恒星和行星等。在大爆炸發(fā)生前，宇宙中沒有物質(zhì)，沒有能量，甚至沒有生命。但是，大爆炸理論無法回答現(xiàn)在的宇宙在大爆炸發(fā)生之前到底是什么樣，或者說發(fā)生這次大爆炸的原因是什么？按照大爆炸理論，宇宙沒有開端。CMB是從各個方向襲擊地球的持續(xù)的電磁聲波。這些遙遠(yuǎn)的聲音是大爆炸之后的遺留輻射。CMB也叫做宇宙背景輻射和微波宇宙背景。 2、宇宙膨脹理論——天文觀測到的所有星系都在四散離開，彼此之間間隔在擴(kuò)大，所以假設(shè)宇宙整體在持續(xù)膨脹。 3、平行宇宙——并非一種比喻?？臻g似乎是無限的。如果真是這樣，一切可能會發(fā)生的事情必然會發(fā)生，不管這些事有多荒唐。在比我們天文觀測能企及范圍遠(yuǎn)得多的地方，有和我們一摸一樣的宇宙。 二、宇宙的形狀 1.宇宙為球形：光是由物質(zhì)發(fā)出的球面波，在宇宙大爆炸瞬間，由奇點(diǎn)發(fā)出的第一列球面光波，以30萬公里/秒的光速向周圍傳播，至今已經(jīng)150億年了。由于光速是一切物質(zhì)運(yùn)動速度的最大極限，因此大爆炸產(chǎn)生的第一列光所到之處便是宇宙的邊緣，結(jié)論：宇宙的形狀為，大爆炸產(chǎn)生的第一列光籠罩下的好大一個圓球！ 2.宇宙半徑約為1.41912*10的19次方萬公里： 由于宇宙是個圓球，只要我們計(jì)算出它的半徑便知道宇宙有多大。宇宙半徑指得是，發(fā)生大爆炸的奇點(diǎn)至第一列光所到之處的直線距離。根據(jù)距離=速度*時間的公式，宇宙半徑=光速*宇宙形成時間=1.41912*10的19次方萬公里。 3、一組科學(xué)家指出該結(jié)果與一個有限大小的足球形狀的宇宙吻合。如果宇宙是有限的，光由一點(diǎn)發(fā)出沿很多方向都會最終回到出發(fā)點(diǎn)。這種效應(yīng)將會產(chǎn)生宇宙的重復(fù)鏡象，就象我們在一個充滿鏡子的房間中看到的那樣。這樣就給出了驗(yàn)證宇宙是否為有限的一個判據(jù)。（平行宇宙） 宇宙的有限無限 1、有許多證據(jù)表明，宇宙還在繼續(xù)膨脹。目前我們探測到的最遠(yuǎn)天體，已超過150億光年，但那里仍然不是宇宙的盡頭，宇宙似乎有無限的空間。不過，多數(shù)科學(xué)家趨向于認(rèn)為，“宇宙有限，但無盡頭”。因?yàn)槿绻钪娲_實(shí)是由大爆炸從“無”膨脹起來的，它不可能是無限的，只能是一個有限的三維空間，就像膨脹的氣球總有一個一定的體積，威力巨大的氫彈爆炸總有一個可算出的影響范圍一樣。但是，宇宙確實(shí)沒有盡頭，我們找不到宇宙的邊緣。 2、科學(xué)家們從宇宙的形狀上去解開“宇宙有限，但無盡頭”之謎。以球形的地球表面來說，從任何一點(diǎn)出發(fā)一直往前走，我們找不到地球的邊緣，但可以回到原來的出發(fā)點(diǎn)。這說明二維空間的地球表面沒有盡頭，但卻是有限的。如果宇宙是一個三維空間的球體，那么，在這個球體中的任何一點(diǎn)，不管從上下左右前后哪個方向前進(jìn)，我們找不到邊緣，但可以回到原來的出發(fā)點(diǎn)。不過，科學(xué)家們認(rèn)為，宇宙不一定是一個球體，也可能是輪胎形、克萊因瓶形或其它什么形狀。 三、宇宙的組成 1、天體與人造天體 1、一個脫口而出的答案是：由那些亮晶晶的星星組成的。但在最近幾十年中，科學(xué)家越來越發(fā)現(xiàn)這個答案是不正確的。天文學(xué)家認(rèn)為，組成恒星、行星、星系——當(dāng)然還有我們——的物質(zhì)，或者叫普通物質(zhì)，只占宇宙總質(zhì)量的不到5％。他們估計(jì)，另外25％，可能是由尚未發(fā)現(xiàn)的粒子組成的暗物質(zhì)。剩下的70％呢？天文學(xué)家認(rèn)為那可能是暗能量——讓宇宙加速膨脹的力量。暗物質(zhì)和暗能量的本質(zhì)是什么？科學(xué)家正在用加速器和望遠(yuǎn)鏡尋找這些問題的答案，如果找到了，其意義肯定是宇宙級的。 2、暗能量是宇宙的斥力大于引力后導(dǎo)致宇宙加速向外擴(kuò)張；而黑洞則使物質(zhì)集聚，連光都不可逃逸。 3、行星：我們居住的地球是太陽系的一顆大行星。太陽系一共有九顆大行星：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星。除了大行星以外，還有60多顆衛(wèi)星、為數(shù)眾多的小行星、難以計(jì)數(shù)的彗星和流星體等。他們都是離我們地球較近的，是人們了解的較多的天體。 4、恒星和星云：晴夜，我們用肉眼可以看到許多閃閃發(fā)光的星星，他們絕大多數(shù)是恒星，恒星就是象太陽一樣本身能發(fā)光發(fā)熱的星球。我們銀河系內(nèi)就有1000多億顆恒星。 5、恒星常常愛好"群居"，有許多是"成雙成對"地緊密靠在一起的，按照一定的規(guī)律互相繞轉(zhuǎn)著，這稱為雙星。還有一些是3顆、4顆或更多顆恒星聚在一起，稱為聚星。如果是十顆以上，甚至成千上萬顆星聚在一起，形成一團(tuán)星，這就是星團(tuán)。銀河系里就發(fā)現(xiàn)1000多個這樣的星團(tuán)。 6、在恒星世界中還有一些亮度會發(fā)生變化的星-變星。它們有的變化很有規(guī)律，有的沒有什么規(guī)律?，F(xiàn)在已發(fā)現(xiàn)了2萬多顆變星。有時侯天空中會突然出現(xiàn)一顆很亮的星，在兩三天內(nèi)會突然變亮幾萬倍甚至幾百萬倍，我們稱它們?yōu)樾滦?。還有一種亮度增加得更厲害的恒星，會突然變亮幾千萬倍甚至幾億倍，這就是超新星。 7、星云：星云由極其稀薄的氣體和塵埃組成，形狀很不規(guī)則，如有名的獵戶座星云。在沒有恒星又沒有星云的廣闊的星際空間里，還有些什么呢？是絕對的真空嗎？當(dāng)然不是。那里充滿著非常稀薄的星際氣體、星際塵埃、宇宙線和極其微弱的星際磁場。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們必定可以發(fā)現(xiàn)越來越多的新天體。 8、流星：行星際空間小而暗的塵粒和固體物質(zhì)。當(dāng)闖入地球大氣層時，與大氣發(fā)生劇烈摩擦而發(fā)光，產(chǎn)生短暫而明亮的光跡，稱之謂流星。流星分偶發(fā)流星和流星群兩類。偶發(fā)流星是單個的、零星的、彼此無關(guān)的，出現(xiàn)時間和方向沒有規(guī)律，一般下半夜流星多于上半夜，而且亮一些。流星群是指集合在同一軌道上圍繞太陽旋轉(zhuǎn)的流星體群，它們可能是彗星瓦解后的破碎物，在軌道上分布不均勻。當(dāng)?shù)厍虼┻^這些流星群的密集部分時，流星從天空的某一點(diǎn)向四周放射而出，好像下雨一般，人們稱這種流星群為“流星雨”。英仙座、獅子座與其他星座相比，“流星雨”較多，是著名的流星群星座。 9、彗星是一種繞太陽運(yùn)行、質(zhì)量較小的云霧狀小天體。為紀(jì)念英國天文學(xué)家哈雷，首次利用萬有引力定律推算一顆彗星的軌道，并預(yù)言它將以76年為周期繞太陽運(yùn)轉(zhuǎn)，而命名這顆彗星為哈雷彗星。彗星由彗頭和彗尾構(gòu)成，彗頭包括彗核、彗發(fā)和氫云，彗核由比較密集的固體塊和質(zhì)點(diǎn)組成，其周圍的云霧狀光輝叫彗發(fā)，氫原子云分布在彗頭的外圍。彗尾由極稀薄的氣體和塵埃組成，當(dāng)彗星接近太陽時，組成彗尾的物質(zhì)，受太陽風(fēng)的輻射壓力，朝著背向太陽的方向延伸，形狀像掃帚，因此，彗星俗稱掃帚星，我國古代稱它為“妖星”。 10、銀河系及河外星系：隨著測距能力的逐步提高，人們逐漸在越來越大的尺度上對宇宙的結(jié)構(gòu)建立了立體的觀念。這里第一個重要的發(fā)展，是認(rèn)識了銀河。它包含兩重含義，一是了解了銀河的形狀，二是認(rèn)識了河外天體的存在。 銀河系是太陽所屬的一個龐大的恒星集團(tuán)，約包括1011顆恒星。這種恒星集團(tuán)叫星系。銀河系中大部分恒星分布成扁平的盤狀。盤的直徑為25kpc（千秒差距，1秒差距＝3.26光年＝3.09億億米），厚度約為2kpc。盤的中心有一球狀隆起，稱為核球。盤的外部由幾條旋臂構(gòu)成。太陽位于其中一條旋臂上，距離銀心約7kpc。銀盤上下有球狀的延展區(qū)，其中恒星分布較稀疏，稱為銀暈。暈的總質(zhì)量約占整體的10%，直徑約為30kpc。我們的太陽，就其光度，質(zhì)量和位置講，都只是銀河系中一個極普通的成員。 四、太陽和太陽系 （一）太陽系的組成： 太陽系家族是由太陽、九大行星、幾十顆衛(wèi)星、成千上萬顆小行星和為數(shù)眾多的彗星、數(shù)不清的流星體以及充滿太陽系空間的行星際物質(zhì)等構(gòu)成的天體系統(tǒng)。 　　太陽系疆域極為遼闊。如以冥王星作為太陽系邊界的話，它到太陽的距離是４０天文單位，約合６０億千米。假如乘坐時速１５００千米的高速飛機(jī)，從太陽到冥王星要連續(xù)飛行４５７年！ 　　太陽是太陽系的中心天體，太陽系所有的成員都圍繞著太陽旋轉(zhuǎn)。 　　九大行星距離太陽由近及遠(yuǎn)的順序是：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星和冥王星。木星個頭最大，是行星中的“老大哥”。而冥王星最小，是行星中的“小弟弟“。除水星和金星以外，另外七顆行星都有自己的衛(wèi)星。衛(wèi)星中以土衛(wèi)六直徑最大，約５８００千米，比水星還大。 　　彗星是太陽系中形狀最為奇特，多變的一員。接近太陽時，彗頭直徑有的大到１０萬千米以上，彗尾更是長達(dá)上千萬千米甚至更長， 真是一個龐然大物，然而它的平均密度竟比人造真空低得多。10億顆，每年僅見幾顆或幾十顆。 　　流星體平?？床灰姡挥挟?dāng)它們闖入地球大氣層時，與大氣摩擦并燃燒，就在天空中留下了一道耀眼的亮光，這就是我們看到的流星。每年落到地面的沒有燃盡的流星體不下２０萬噸，絕大多 數(shù)只有針尖般大小，有些質(zhì)量較大的流星體， 沒燒完就落下來，這就是隕星。 　　行星際物質(zhì)極為稀薄，它們大多集中在黃道附近。 （二）太陽系的起源：太陽系形成至今至少有46億年。這一點(diǎn)已被公認(rèn)，然而，太陽系的成因尚屬探討中的問題。太陽系由何而來？至今已有五十多種不同的學(xué)說或假設(shè)，但就其實(shí)質(zhì)而言，大致可歸結(jié)為兩大陣壘--災(zāi)變說和星云說。災(zāi)變說的實(shí)質(zhì)是認(rèn)為太陽系大體是在一次突然的巨大的劇變中產(chǎn)生的，太陽先于行星和衛(wèi)星形成；星云說則主張整個太陽系包括太陽都是由同一塊星云物質(zhì)凝聚而成的。從最近半個世紀(jì)的發(fā)展看來，星云說取得了很大的進(jìn)展，占據(jù)了主導(dǎo)地位。 1、最早的災(zāi)變說是法國動物學(xué)家布豐（George Louis Leclerc de Buffon）在1745年提出的。他認(rèn)為，太陽比行星先形成，太陽形成后，曾經(jīng)有一個彗星“掠碰”（擦邊而過）到它，使太陽自轉(zhuǎn)起來，同時碰出了不少物質(zhì)。這些物質(zhì)一部分落回太陽，一部分脫離太陽的引力飛走了，還有一部分則繞太陽旋轉(zhuǎn)起來，后來形成了行星。根據(jù)我們現(xiàn)在對彗星的認(rèn)識，這種觀點(diǎn)顯然是不成立的，但在布豐的時代，彗星被認(rèn)為是質(zhì)量巨大的天體。 2、大約５０億年前，太陽系還是一團(tuán)彌漫的緩慢轉(zhuǎn)動的氣體云。由于其他天體的引力擾動或鄰近超新星爆發(fā)的沖擊波，這塊氣體云開始坍縮，稠密的核心變?yōu)樵继?，周圍旋轉(zhuǎn)的塵粒和氣體原子，形成一個薄盤--原太陽星云。如同原始星系云會分裂為眾多恒星一樣，類似的物理過程也會將原太陽星云分裂為大量引力束縛的團(tuán)塊（星子），星子具有小行星的尺度，其中一部分就是今天的小行星和彗核，另一部分通過碰撞合并長大成星胚。這些星胚繼續(xù)吸積周圍的物質(zhì)，像滾雪球一樣最后變?yōu)榇笮行羌捌湫l(wèi)星。 （三）太陽： 1、 太陽是一顆普通恒星, 銀河系中共有約1億顆這樣的恒星。直徑: 1,390,000 千米.質(zhì)量: 1.989e30 千克 溫度: 5800 開 （表面)15,600,000 開 (核心) 太陽是太陽系中最大的物體. 它擁有全部太陽系質(zhì)量的99.8% (木星具有剩余的大部分質(zhì)量)。 太陽的質(zhì)量由75%氫和25%氦組成(原子數(shù)量的92.1%為氫，7.8%為氦); 其他物質(zhì) (“金屬”)的數(shù)量總合僅為0.1%。在太陽核心區(qū)氫轉(zhuǎn)化為氦，而這些量的改變很慢。 2、太陽的外表面被稱作光球，溫度約為5800開。太陽黑子屬于太陽上“涼爽”的地方，僅為3800開（它們之所以看起來比較暗是因?yàn)榕c周圍地區(qū)比較的緣故）。太陽黑子可以很大，直徑可達(dá)50,000公里。太陽黑子的產(chǎn)生是由于復(fù)雜且目前又不為人所掌握的來自太陽磁力區(qū)的作用所產(chǎn)生的。 3、處在光球之上的一個小范圍被稱作色球。在色球之上即闊又稀的物質(zhì)稱為日暈，向太空綿延數(shù)百萬公里，日暈的內(nèi)部溫度超過1,000,000開。 4、太陽的磁場作用力極大（按地球標(biāo)準(zhǔn)）并且十分復(fù)雜。它的磁層范圍甚至大大超過了冥王星。 5、除了光和熱，太陽也發(fā)散一種低密度的粒子流（多半為電子和質(zhì)子）形成太陽風(fēng)，以450公里/秒的速度在太陽系中傳播。太陽風(fēng)和高能量粒子在太陽上閃光時發(fā)射，會對地球上的潮浪及無線電通訊造成影響，并會由此產(chǎn)生極光。 最近從Ulysses號飛船上傳回的數(shù)據(jù)顯示由兩極發(fā)散的太陽風(fēng)移動速度翻了一倍，達(dá)750公里/秒， 6、太陽光球就是我們平常所看到的太陽園面，通常所說的太陽半徑也是指光球的半徑。光球的表面是氣態(tài)的，其平均密度只有水的幾億分之一，但由于它的厚度達(dá)500千米，所以光球是不透明的。光球?qū)拥拇髿庵写嬖谥ち业幕顒?，用望遠(yuǎn)鏡可以看到光球表面有許多密密麻麻的斑點(diǎn)狀結(jié)構(gòu)，很象一顆顆米粒，稱之為米粒組織。它們極不穩(wěn)定，一般持續(xù)時間僅為5～10分鐘，其溫度要比光球的平均溫度高出300～400℃。目前認(rèn)為這種米粒組織是光球下面氣體的劇烈對流造成的現(xiàn)象。 光球表面另一種著名的活動現(xiàn)象便是太陽黑子。黑子是光球?qū)由系木薮髿饬餍郎u，大多呈現(xiàn)近橢圓形，在明亮的光球背景反襯下顯得比較暗黑，但實(shí)際上它們的溫度高達(dá)4000℃左右，倘若能把黑子單獨(dú)取出，一個大黑子便可以發(fā)出相當(dāng)于滿月的光芒。日面上黑子出現(xiàn)的情況不斷變化，這種變化反映了太陽輻射能量的變化。太陽黑子的變化存在復(fù)雜的周期現(xiàn)象，平均活動周期為11.2年。 7、 緊貼光球以上的一層大氣稱為色球?qū)?，平時不易被觀測到，過去這一區(qū)域只是在日全食時才能被看到。當(dāng)月亮遮掩了光球明亮光輝的一瞬間，人們能發(fā)現(xiàn)日輪邊緣上有一層玫瑰紅的絢麗光彩，那就是色球。色球?qū)雍窦s8000千米,它的化學(xué)組成與光球基本上相同，但色球?qū)觾?nèi)的物質(zhì)密度和壓力要比光球低得多。日常生活中，離熱源越遠(yuǎn)處溫度越低，而太陽大氣的情況卻截然相反，光球頂部接近色球處的溫度差不多是4300℃，到了色球頂部溫度竟高達(dá)幾萬度，再往上，到了日冕區(qū)溫度陡然升至上百萬度。人們對這種反常增溫現(xiàn)象感到疑惑不解，至今也沒有找到確切的原因。 8、在色球上人們還能夠看到許多騰起的火焰，這就是天文上所謂的“日珥”。日珥是迅速變化著的活動現(xiàn)象，一次完整的日珥過程一般為幾十分鐘。同時，日珥的形狀也可說是千姿百態(tài)，有的如浮云煙霧，有的似飛瀑噴泉，有的好似一彎拱橋，也有的酷似團(tuán)團(tuán)草叢，真是不勝枚舉。天文學(xué)家根據(jù)形態(tài)變化規(guī)模的大小和變化速度的快慢將日珥分成寧靜日珥、活動日珥和爆發(fā)日珥三大類。最為壯觀的要屬爆發(fā)日珥，本來寧靜或活動的日珥，有時會突然“怒火沖天”，把氣體物質(zhì)拼命往上拋射，然后回轉(zhuǎn)著返回太陽表面，形成一個環(huán)狀，所以又稱環(huán)狀日珥。 9、在日全食時的短暫瞬間，常常可以看到太陽周圍除了絢麗的色球外，還有一大片白里透藍(lán)，柔和美麗的暈光，這就是太陽大氣的最外層── 日冕。日冕的范圍在色球之上，一直延伸到好幾個太陽半徑的地方。日冕里的物質(zhì)更加稀薄，它還會有向外膨脹運(yùn)動，并使得熱電離氣體粒子連續(xù)地從太陽向外流出而形成太陽風(fēng)。 10、太陽看起來很平靜，實(shí)際上無時無刻不在發(fā)生劇烈的活動。太陽表面和大氣層中的活動現(xiàn)象，諸如太陽黑子、耀斑和日冕物質(zhì)噴發(fā)等，會使太陽風(fēng)大大增強(qiáng)，造成許多地球物理現(xiàn)象──例如極光增多、大氣電離層和地磁的變化。太陽活動和太陽風(fēng)的增強(qiáng)還會嚴(yán)重干擾地球上無線電通訊及航天設(shè)備的正常工作，使衛(wèi)星上的精密電子儀器遭受損害，地面電力控制網(wǎng)絡(luò)發(fā)生混亂，甚至可能對航天飛機(jī)和空間站中宇航員的生命構(gòu)成威脅。 客服唯一聯(lián)系qq 1119139686 歡迎跟我們聯(lián)系