自治区中小学教材书:宇宙演化全过程

来源:百度文库 编辑:偶看新闻 时间:2024/04/28 08:09:39
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宇宙及其组成和结构
"宇宙是有限的还是无限的?有没有中心有没有边?有没有生老病死有没有年龄?"这些恐怕是自从有人类的活动以来一直被关心的问题。为了有一个更清楚的答案,让我们先来看看它的组成和结构吧。宇宙中的天体绚丽多彩,表现出了极高的层次性。    (1) 行星
我们居住的地球是太阳系的一颗大行星。太阳系一共有九颗大行星: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,还有60多颗卫星、为数众多的小行星、难以计数的彗星和流星体等。他们都是离我们地球较近的,是人们了解的较多的天体。那么,除了这些以外,茫茫宇宙空间还有一些什么呢?
(2) 恒星和星云
晴夜,我们用肉眼可以看到许多闪闪发光的星星,他们绝大多数是恒星,恒星就是象太阳一样本身能发光发热的星球。我们银河系内就有1000多亿颗恒星。恒星常常爱好"群居",有许多是"成双成对"地紧密靠在一起的,按照一定的规律互相绕转着,这称为双星。还有一些是3颗、4颗或更多颗恒星聚在一起,称为聚星。如果是十颗以上,甚至成千上万颗星聚在一起,形成一团星,这就是星团。银河系里就发现1000多个这样的星团。
在恒星世界中还有一些亮度会发生变化的星-变星。它们有的变化很有规律,有的没有什么规律。现在已发现了2万多颗变星。有时侯天空中会突然出现一颗很亮的星,在两三天内会突然变亮几万倍甚至几百万倍,我们称它们为新星。还有一种亮度增加得更厉害的恒星,会突然变亮几千万倍甚至几亿倍,这就是超新星。
除了恒星之外,还有一种云雾似的天体,称为星云。星云由极其稀薄的气体和尘埃组成,形状很不规则,如有名的猎户座星云。
在没有恒星又没有星云的广阔的星际空间里,还有些什么呢?是绝对的真空吗?当然不是。那里充满着非常稀薄的星际气体、星际尘埃、宇宙线和极其微弱的星际磁场。随着科学技术的发展,人们必定可以发现越来越多的新天体。
(3) 银河系及河外星系
随着测距能力的逐步提高,人们逐渐在越来越大的尺度上对宇宙的结构建立了立体的观念。这里第一个重要的发展,是认识了银河。它包含两重含义,一是了解了银河的形状,二是认识了河外天体的存在。
银河系是太阳所属的一个庞大的恒星集团,约包括1011颗恒星。这种恒星集团叫星系。银河系中大部分恒星分布成扁平的盘状。盘的直径为25kpc(千秒差距,1秒差距=3.26光年=3.09亿亿米),厚度约为2kpc。盘的中心有一球状隆起,称为核球。盘的外部由几条旋臂构成。太阳位于其中一条旋臂上,距离银心约7kpc。银盘上下有球状的延展区,其中恒星分布较稀疏,称为银晕。晕的总质量约占整体的10%,直径约为30kpc。我们的太阳,就其光度,质量和位置讲,都只是银河系中一个极普通的成员。
此外重要的是,并非天穹上一切发光体都是银河系的一部分。设想有一个类似银河系的恒星集团,处于500kpc的距离上(银河自身大小为30kpc)。其表观亮度与2pc远处一颗类似太阳的恒星是一样的。因此对天穹上的某个光点,只有测定它的距离,才能区分它是银河系内的恒星还是银河系外的另一个星系。实际上,天穹上的大多数光点是银河系的恒星,但也有相当大量的发光体是与银河系类似的巨大恒星集团,历史上曾被误认为是星云,我们称它们为河外星系,现在已知道存在1000亿个以上的星系,著名的仙女星系、大小麦哲伦星云就是肉眼可见的河外星系。星系的普遍存在,表明它代表宇宙结构中的一个层次,从宇宙演化的角度看,它是比恒星更基本的层次。
星系的质量差别很大。银河系的质量约为1011M⊙(太阳质量单位)。在明亮的星系中,这是典型的大小。质量很小的星系太暗,不易看到。小星系的质量可低达106M⊙。星系的典型尺度为几十千秒差距。若对视星等在23等以内的星系作统计,星系总数在109以上。
20世纪60年代以来,天文学家还找到一种在银河系以外象恒星一样表现为一个光点的天体,但实际上它的光度和质量又和星系一样,我们叫它类星体,现在已发现了数千个这种天体。
(4) 星系团
当我们把观测的尺度再放大,宇宙可看成由大量星系构成的"介质",而恒星只是星系内部细致结构的表现。这样,为了了解宇宙结构,需关心星系在空间的分布规律。
星系的空间分布不是无规的,它也有成团现象。上千个以上的星系构成的大集团叫星系团。大约只有10%星系属于这种大星系团。大部分星系只结成十几、几十或上百个成员的小团。可以肯定的是,星系团代表了宇宙结构中比星系更大的一个新层次。这层次的尺度大小为百万秒差距,平均质量是星系平均质量的100倍。
(5) 大尺度结构
今天人们把10Mpc以上的结构称为宇宙的大尺度结构(目前观测到的宇宙的大小是104Mpc)。至今大尺度上的观测事实远不是十分明确的。有趣的是,有迹象表明,星系在大尺度上的分布呈泡沫状。即有许多看不到星系的"空洞"区,而星系聚集在空洞的壁上,呈纤维状或片状结构。这一层次的结构叫超星系团。它的典型尺度为几十兆秒差距。
从演化理论来考虑,尺度大到一定程度,应不再有结构存在。这是否符合事实,以及这尺度多大,都是十分重要,并需要有大尺度观测来回答的问题。现今对宇宙在50Mpc以上是否还有显著的结构现象存在,正是人们热烈争论中的焦点。
总之,若把星系看成宇宙物质的基本单元,那么星系的分布状况就是宇宙结构的表现。现在看来,直至50Mpc的尺度为止,星系的分布呈现有层次的结构。这就是我们对宇宙面貌的基本认识。
我们的祖先仰望天空,观察宇宙,寻找起源,希望弄清楚太阳系所发生的一切。我们所了解的太阳系的诞生是一个非常狂暴的过程,几乎就像一场星球弹球游戏。太阳系的形成简直就是一个终极版劫后余生的故事。

太阳系的诞生 上  时长:26:10

太阳系的诞生 下  时长:26:18
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九大行星
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水星。夜空中的金星。火星。火星。24英寸Clark折射望远镜摄于美国亚利桑那州的Flagstaff。

火星北极区域的三维图像,也是火星第一张三维图像。火星的南极或北极将是火星基地的首选地点,因为那里土壤的含冰成份高,可以用作火箭燃料或饮用水。NASA拍摄。火星南极冠。木星。木星的光环。离木星中心约12.8万公里,宽9000公里,厚度只有几公里左右,弥散透明,由亮环、暗环和晕组成。夏威夷Infrared Telescope Facility摄于1994年。

木星和森林之火。摄于1994年7月4日。木星和木卫一。10英寸望远镜摄于1998年9月4日美国佛罗里达州的Coconut Creek。木星的卫星木卫一。它离木星的平均距离约42万公里,直径约3640公里。"伽里略"号(Galileo)探测器拍摄。木星的卫星木卫二。照片表面布满网状的明、暗线,明线是山脉,暗线是浅谷。"旅行者"2号(Voyager 2)探测器拍摄。

木星的卫星木卫三。它是木星16颗卫星中最大的一颗卫星,体积大于水星,表面呈黄色。"伽里略"号(Galileo)探测器摄于1999年3月4日。木星的卫星木卫四,它的表面布满穴坑。木星(左)和它的卫星们。图中木星的大红斑清晰可见,从上到下依次为木卫一、木卫二、木卫三和木卫四。土星。10英寸望远镜摄于1999年9月4日美国佛罗里达州。

土星。土星。天王星的光环。由20条细环组成,宽度约10万公里。天王星的光环。

海王星及其卫星。太阳系中的九大行星。九大行星中冥王星是最小的,它比海王星、木星、地球的卫星还小,但比10000多个已知的小行星中的任何一个都大。图中从小到大的天体依次为最大的小行星谷神星Ceres(直径933.2公里)、冥王星的卫星Charon(直径1206.8公里)、土星的卫星Rhea(直径1528.6公里)、天王星的卫星Titania(直径1576.8公里)、冥王星(直径2413.5公里)、海王星的卫星Triton(直径2703.1公里)、木星的卫星Europa(直径3137.6公里)、月球(直径3475.4公里)、木星的卫星lo(直径3636.3公里)、木星的卫星Callisto(直径4794.8公里)以及水星(直径4875.3公里)。NASA拍摄。太阳系成员(示意图)。

金星和月亮。金星和月亮。摄于1996年10月5日早晨。金星和月亮。摄于澳大利亚悉尼。金星和日偏食。摄于奥地利萨尔茨堡。

火星和月亮。摄于美国圣地亚哥的Bay。火星和月亮。1998年5月1日摄于美国明尼苏达州的Willmar。蛾眉月旁的水星和金星。1996年10月9日凌晨摄于美国蒙大拿州的Pompeyspillar。金星、木星和月亮。1999年2月19日傍晚6点45分摄于美国科罗拉多州的Oak Greek。

月亮、金星、火星和木星。摄于美国亚利桑那州的Superstition山脉。金星和木星。1999年2月24日摄于美国加利福尼亚的南部。金星、木星和水星。摄于1999年2月23日。日落时的金星、木星和水星。摄于1999年2月23日。

金星、木星和水星。摄于1999年2月24日。水星、金星、木星和土星。
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关于地球的20个事实[图]

对于我们天天生活在上面的地球,你也许认为自己已经很了解了,可是未必,有一些神奇的事实你也许不知道,或者一时想不起来,下面就是一些地球的事实问题,你试着回答一下,看看对地球知道多少,一天永远会是24小时吗?
10多亿年前,地球的一天只有18小时,地球自转越来越慢,今天的一天是24小时,据科学家估算,在遥远的未来,地球上的一天将会是960小时!而10亿年前,月球离地球更近,那时一个月才20天。目前,月球仍以每年4厘米的距离远离地球。

地球的表面积是多少?地球的表面积是51010万平方公里.地球上的沙漠面积多大?

地球内部温度有多高?
每向地球里面走1公里温度就会增加摄氏20度,据科学家推算,在地球的中心地区,温度高达摄氏3870度。

河流是活的吗?
当然,我们所说的“活”不是传统意义上的生命生长,但河流却像所有的有生命的生物一样有寿命。它们出生后会慢慢长大,这是指在流域面积方面在扩大,然后随着年龄的增长也会死亡。

每秒钟发生多少次闪电?
也许你现在所在的地方晴空万里,但别的地方却在雷雨交加,据科学家测算,平均每秒钟会发生100次闪电,不过这只是击中地面的闪电。任何一分钟里,围绕着我们的地球都有1000多次雷暴,引起6000多次闪电,它们中的许多只发生在云层里。

岩石会生长吗?
是的,岩石会生长。有一种铁锰岩石在海底的山脉中生长,这种岩石壳慢慢地吸收海水中沉淀的矿物质,每100万年增长约1毫米,而人的手指甲在两周的时间里就会长出这么多。

岩石会生长吗?
是的,岩石会生长。有一种铁锰岩石在海底的山脉中生长,这种岩石壳慢慢地吸收海水中沉淀的矿物质,每100万年增长约1毫米,而人的手指甲在两周的时间里就会长出这么多。

世界上最大的湖是哪个?
就面积而言,里海是世界上最大的湖,它位于东南欧和西亚之间。

如果南极的冰盖融化,海平面到底能升高多少?
南极洲的冰盖占地球上冰的存量的近90%,地球上淡水量的70%就储存在南极冰盖中。如果整个南极冰盖全部融化,那么海平面将会上升220英尺,或者说有20层大楼高。科学家透露,南极的冰在逐渐融化,据联合国报告说,按照全球气温上升的趋势,最坏的情况是,到2100年,海平面将会上升3英尺(约1 米)。

淡水主要存在什么地方?
任何时候,世界上的淡水主要是地下水,地下水的储量是所有淡水湖储量的30倍,是河流总量的3000倍。全世界的人每年要消耗4000亿加仑淡水

地球上储存的淡水有多少?
地球上储存着200多万立方英里的淡水,近一半接近地面的半英里以内。火星上近表也有许多水,但到目前为止探测到的水都以固体形式存在,没有人确切知道那里到底有多少水。

地球上最容易发生地震和火山爆发的地区在哪里?
大部分的地震和火山爆发发生在地球上12个板块的边界处,它们都或多或少地在地球表面移动。不过,最活跃的板块之一是太平洋板块,围绕着这个板块的边界地区经常发生地震和火山爆发,所以又被称为太平洋火山地震带,从日本到阿拉斯加再到南美,这个地区范围很广。

地球的内核是固体的吗?
据信,地球的核心部分是固体的,但地核的外围却因为温度太高而融化了,我们从来没有到达地球的中心,所以科学家也不能肯定准确的组成。最近有科学家提出了一个好莱坞式的大胆的想法,挺有意思,就是把地球钻出一条缝,让一个探测器钻进去探测更多的内部情况。

速度最快的地表风纪录是多少?
地球表面最快的“正常的”风速达到372公里/小时,这是1934年4月12日在美国新罕布尔什州的华盛顿山记录的,但是1999年5月在俄克拉荷马州发生的一次龙卷风中,研究人员测到的最快风速达到了513公里/小时,作为比较,海王星上的风带最快可达1448公里/小时。

五颜六色的烟火是怎么形成的?
在节日里放的烟火五颜六色,这是地球上的矿物质制造出的颜色,锶会产生深红色,铜产生蓝色,纳产生黄色,铁屑和木炭会产生金色的火花,明亮的闪光和响亮的声音则来自于铝粉。

世界上共出产了多少黄金?
全世界一共出产了19.3万多公吨(4.25亿磅)黄金,如果把这些黄金都堆积在一起,能够堆出一个方形的7层楼高的结构。南非和美国是两个黄金出产国,南非年产5300公吨黄金,美国年产3200多公吨。

地球上最热最冷的地方在哪里?
如果你认为美国加利福尼亚的死亡谷是世界上最热的地方可就错了,一年有许多天那里非常热,但有纪录的最热的地方却是在利比亚的阿齐济亚,1922年9 月13日,那里的气温达到了摄氏57.8度,这是有气温记录以来的最高值。1913年7月10日,死亡谷的最高气温达到了华氏134度。世界上温度最低的地方是南极洲的东方站,1983年7月21日的气温是摄氏零下89度。

雷是怎么产生的?
如果你认为是闪电引起的,也没错,不过准确的说法是闪电周围的空气温度急剧上升,大约是太阳温度的5倍,突然的加热让空气以比音速还快的速度膨胀,这会压缩附近的空气形成冲击波,我们就会听到雷声

地球永远存在下去吗?
天文学家知道,再过几十亿年,太阳将会极度膨胀,会把地球包围起来,如果那时我们还生活在地球上的话,我们就会被烤焦了,地球也会被蒸发掉了。不过事情将会发生变化,太阳的质量会发生变化,将会让地球远离太阳,在一个合适的轨道上运行。据科学家进行数学推算,理论上,人类也能够在地球毁灭前找出让地球远离太阳的办法。