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此外，彗星也是太阳系家族的成员，彗星在接近太 阳时，在背离太阳的方向拖着长长的彗尾，在天空中显 得十分美丽壮观。彗星沿着一个偏心率很大的椭圆轨道 上运动。彗星在运动中如果受到附近的大行星的引力摄 动，也有可能与大行星相撞。
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行星： “八大”？“九大”？“十大”？ “十二大”？
许多科学家认为太阳系有可能还存在着第10颗大行 星。这种看法是有依据的，因为根据万有引力定律，算 出太阳系的引力范围达4500天文单位，而九大行星的范 围仅在50天文单位之内。难道说，在99% 的太阳系引 力范围内，就什么天体都不存在了吗？况且，冥王星的 质量只有地球的1/400，这么小质量的天体根本不足以 对天王星和海王星的运动产生那么大的摄动影响。所以 才推断出冥王星的外边还可能存在第10颗大行星。
1．大尺度的均匀和各向同性 这是大爆炸宇宙模型的基础，对宇宙大尺度结构的观 测结果已经证实宇宙学原理的正确性．即宇宙在大尺度上 一定是均匀各向同性，1989年发射的ＣＯＢＥ卫星对微波 背景辐射的精密测量进一步表明在１０-4精度内宇宙是各 向均匀、同性的．
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２．哈勃定律 从哈勃定律得到启示建立的大爆炸宇宙模型反过来可 以预言这种定律．它已被28000个星系的红移(或退行速度) 与距离的关系的观测数据所证实．
公共选修课
现代物理概论
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第二讲
宇宙、地球、生命的起 源与演化
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宇宙的起源结构和演化
宇宙:泛指天地万物.中文宇指空间,宙指时间.
银河系由群星和弥漫物质集成.银河系中有2000亿颗以上 的恒星,厚10 4Ly(光年),银河系发光部分距离约70000Ly,银 晕直径10 5 Ly. 银河系外还有数十亿的类似银河系的系统,称为河外星系. 河外星系大约含1.0 x 10 11颗恒星,质量约为1.0 x 10 11个地球. 几种典型的宇宙模型:
自转周期 /s 3.68×104
公转周期 /s
特点
9.31×10 太阳系家族中， 8 体积第二大
天王星 25900 (Uranus)
海王星 (Neptun e) 冥王星 (Pluto) 24750 1200
14.63
17.22 0.0024 7.92×106 5.51×106
2.65×10 自转轴与公转轨 9 道面平行
2.10×107 1.94×107 8.64×104 3.16×107 8.68×104 5.94×107 3.54×104 3.74×108
运动最快的星
除日月外，全天候 最亮的星 火红色 1．太阳系家族中， 体积第一 2．亮度仅次于金星
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半径 /km 土星 (Saturn) 60000
质量 /地球质 量 95.18
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三、大爆炸宇宙学模型的成就 宇宙早期的温度极高，今天的温度已降到极低(绝对温 度３Ｋ)．如此巨大的温度跨度是任何实验室条件都无法 办到的．但是人们可以把已有的关于粒子物理、核物理、 等离子体物理以及其他的物理知识应用于不同的宇宙演化 阶段来预言各种宇宙学效应．例如，大爆炸核合成及微波 背景辐射等．通过多年的天文观测，这些预言已逐渐被证 实，从而成为大爆炸宇宙模型的有力证据．
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4．大爆炸的核合成 大爆炸宇宙学认为最初的宇宙中，既没有分子，也没 有原子．第一批原子核是在大爆炸后１０－２秒到３分钟 这一时间内，由质子和中子组合而成并遗留至今的．因而 预言了宇宙中轻元素的丰度(如氦的丰度约为２５％，氢 的丰度约为７５％)．多年来人们对天体范围内的轻元素 丰度的观测结果，正好与大爆炸的预言相一致．从而成为 大爆炸宇宙学的最早证据． ５．微波背景辐射 大爆炸宇宙学模型认为温度降低到3000Ｋ左右时，中 性原子将大量形成，光子与他们失去耦合，从而作为宇宙 中的一个独立组分存留下来．伽莫夫预言，这种作为历史 遗迹的背景光子应当可以在今天观测到，并估计出大约温 度为１０Ｋ．
美国太空望远镜科学研究所发表的一份报告说，如果谷神 星表层25％由水构成，那么其淡水含量就比地球还多。 齐娜简介 据《中国日报》报道德国科学家最新的一项研究表明， 被天文学家称作太阳系第十大行星的“齐娜”比冥王星 的体积还要大。该研究报告发表在2日出版的《自然》 杂志上。 发现两年才被公布
美国加州技术研究所的科学家2003年在太阳系的边 缘发现了一颗行星，将其编号为UB313，命名“齐娜”， 直到2005年7月才向外界公布了这一发现。该行星与太 阳间的距离大约是冥王星和太阳间距离的3倍。发现者 从其亮度判断，这颗行星的体积应该比冥王星大，但由 27 于其位于太阳龄 宇宙既然是在一次大爆炸中诞生，那就可以谈论它的 年龄．大爆炸宇宙学预言宇宙今天的年龄约为150亿年， 宇宙中的结构，例如恒星、星系等，都是在宇宙形成以后 逐渐形成的，所以它们的年龄必须小于宇宙年龄．近年来， 人们通过采用多种不同的方式来测定星系和恒星的年龄， 例如测量放射性元素及其衰变产物在星体中的丰度等，最 后得到的结果是完全一致的．即星系和恒星的年龄，都在 几十亿年的数量级，这与宇宙的年龄是相容的．
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35分钟后，宇宙温度进一步下降到3亿摄氏度，核形成停 止了．氦和自由质子的质量之比大致保持在0.22～0.28这 一范围内．由于温度还很高，质子仍不能和电子结合起来 形成中性原子．中性原子大约是在大爆炸发生后30万年才 开始形成的，这时的温度已降到3 000摄氏度，化学结合 作用已足以将绝大部分自由电子束缚在中性原子中．到这 一阶段，宇宙的主要成份是气态物质，随着温度的进一步 降低，它们慢慢地凝聚成密度较高的气体云，到109年后， 进一步形成各种星系，1010年形成恒星系统．这些恒星系 统又经历了漫长的演化，才形成了我们今天所看到的宇 宙．
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根据哈勃定律和后来更多天体红移的测定，人们相信宇宙 在长时间内一直在膨胀，物质密度一直在变稀．由此反推， 宇宙的结构在某一时刻前是不存在的，它只能是演化的产 物．因而1948年伽莫夫等人首先提出了大爆炸宇宙学模 型． 二、大爆炸宇宙学模型 1948年，伽莫夫等在美国《物理评论》杂志上发表了 关于大爆炸宇宙学模型的文章：提出宇宙是由甚早期温度 极高且密度极大，体积极小的物质迅速膨胀形成的，这是 一个由热到冷、由密到稀，不断膨胀的过程，尤如一次规 模极其巨大的超级大爆炸．
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大爆炸宇宙学模型发展至今，特别是关于轻元素丰度的解 释和微波背景辐射的测量，说明大爆炸宇宙学模型正在走 向成熟．但这并不能说明该理论无可挑剔．相反，大爆炸 理论存在诸多包括视界问题、平坦性问题(现已被暴涨理 论所解释)、奇性问题、磁单极子问题、重子不对称问题、 暗物质问题和宇宙常数等困难，这些有待于进一步研 究．相信对这些问题的不断解决，必将进一步完善大爆炸 宇宙学模型．
1.爱因斯坦宇宙---静态有限无界(1917).根据广义相对 论.
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2.费理德曼(苏联)宇宙---膨胀;收缩膨胀的振荡(1922). 根据爱因斯坦场方程一组动态解(两类膨胀解和一类振 荡解). 3.费理德曼-梅特勒(比利时)宇宙---膨胀(1927).根据河 外星系光谱红移.
4.拜迪、霍伊尔和戈尔德(英国)宇宙---稳恒态(1948).根 据完全宇宙学原理.认为宇宙密度不变,由于膨胀密度 变小,必须在引力场方程中引进物质创生项.该理论没 有奇点(空间、时间曲率为无穷的点)困难,但不能对3K 微波背景辐射做出令人信服的解释. 5.伽莫夫、古斯等人热宇宙---大爆炸.
5.20×10
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7.83×10 离太阳最远，质 9 量最小的行星
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太阳系包括：太阳、九大行星及其卫星和众多的小行 星、彗星、流星以及弥漫的行星际物质。 太阳是太阳系的中心天体，它的质量占太阳系总质 量的99.87%。 太阳系家族的所有成员都围绕太阳，自西向东公 转。大多数大行星的自转方向和公转方向相同，也有 少数的相反，金星、天王星和冥王星就是这样的“另 类”。
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大爆炸宇宙
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九大行星
半径 /km 水星 2440 （Mercury） 金星(Venus) 地球(Earth) 火星(Mars) 木星 (Jupiter) 6073 6378 3395 71400 质量 /地球质 量 自转周期 /s 公转周期 /s
特点
0.05
0.80 1 0.08 318
5.07×106 7.60×106
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宇宙大爆炸理论介绍 宇宙是如何起源的?自古以来一直是人类最感兴趣和不懈 探索的问题．历史上曾经出现过各种各样的神话传说，但 宇宙的起源本身却是一个科学问题．20世纪以来，由于科 学技术的发展，人们在对宇宙观测中取得了越来越多的重 大发现，从而逐渐建立起科学的宇宙模型棗大爆炸宇宙学 模型．
一、提出大爆炸宇宙学模型的背景 20世纪20年代，美国天文学家斯莱弗在研究远处的旋 涡星云发出的光谱时，首先发现了光谱的红移，认识到了 旋涡星云正快速远离人们而去．1929年哈勃把这种退行红 移的测量与星系的距离的测量结合起来，总结出了著名的 哈勃定律：星系的退行速度v与它的距离r成正比，即v＝ Hr．
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谷神星简介
谷神星是火星与木星之间的小行星带中，人类发 现的第一颗小行星，这颗叫谷神星的小行星，是 1801年由意大利天文学家皮亚齐发现的，直径约 933公里，等于月球直径的1/4，质量约为月球的 1/50，又被称为1号小行星。初发现时被列为八大 行星之一。 据统计，太阳系中约有50万颗小行星和九大行星一 样绕着太阳公转，目前已登记在册的超过8000颗。 它们大多体积很小，最早发现的四大小行星(谷神 星(Ceres)、智神星(Pallas)、婚神星(Juno)和灶 神星(Vesta))中，谷神星是最大的一颗，通常被称 作『伟大的母亲』。这种称呼，就是来自那些遥远 的罗马神话。 25
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根据这一学说，在宇宙的最早期，即距今大约150亿年前， 今天所观测到的全部物质世界统统都集中在一个很小的范 围内，温度极高，密度极大．大爆炸开始后0.01秒，宇宙 的温度约为1000亿摄氏度，其物质的主要成分为轻粒子 (如光子、电子或中微子)，而质子和中子只占十亿分之 一．所有这些粒子都处于热平衡状态．由于整个体系在快 速膨胀，因此温度很快下降．大爆炸后0.1秒，温度下降 到300亿摄氏度，中子与质子之比从原来的1下降到 0．61．1秒钟后，温度已下降到100亿摄氏度．随着密度 的减小，中微子不再处于热平衡状态，开始向外逃逸．电 子棗正电子对开始发生湮没反应，中子与质子之比进一步 下降到0.3．但这时温度还太高，核子仍不足以把中子和 质子束缚在一起．大爆炸后13.8秒，宇宙温度下降到30亿 摄氏度．这时质子和中子已可形成像氘、氦那样稳定的原 子核．化学元素从这时候开始形成．