第五节现代天文学的研究进展
天文学是研究天体运动、结构和演化规律的科学。

20世纪以来，各门科学，特别是数学、物理学、无线电电子学和空间技术的发展，为天文学的发展创造了条件。

人们在大量的观测资料和现代物理学的基础上，开始从整体上探索宇宙、天体的结构和演化。

其中，现代宇宙学的发展成为现代天文学发展的最重要成果。

－、宇宙概观
（一）宇宙的概念
宇宙的观念源远流长。

就字面的意义而言是指空间和时间的总和。

（二）宇宙的结构
1、银河系
2、河外星系
3、宇宙中的其他物质
4、观测宇宙
以上介绍的宇宙，可以称为观测宇宙。

观测宇宙是有限的，但这并不是观测设备能力的限制所造成的。

人们相信并已经证实，人们的观测宇宙不是静止不变的，而是处在不停地膨胀和演化的过程之中。

二、现代宇宙观的形成
（一）传统宇宙观及其不足
1、牛顿的经典无限宇宙观
由于牛顿力学的巨大成功，无限宇宙观念和牛顿力学体系很快占了统治地位。

然而，牛顿的无限宇宙模型存在一些难以克服的矛盾。

主要有以下三方面：
（１）引力佯谬也叫西里格尔佯谬
（２）热力学佯谬热寂说
（３）光度佯谬奥伯斯佯谬（夜空为什么是黑暗的）
２、爱因斯坦的有限无界静态宇宙
（二）动态宇宙观的形成
动态宇宙观即宇宙正处在膨胀之中这一现代宇宙观的形成，得益于天文观测的重要结果即星系红移现象的发现。

三、宇宙的起源和演化
（一）宇宙起源
１、宇宙大爆炸模型（ＢｉｇＢａｎｇ）
大爆炸宇宙模型最早是在20世纪40年代由伽莫夫（G.Gamov）、阿尔弗（R．Alpher）和赫尔曼（R.Herman）提出的。

他们假设宇宙是在100多亿年前由一个超高温、超高密的原始火球（亦称宇宙蛋）发生大爆炸而开始的，然后经过一段从热到冷、从密到稀的演化历史，发展成今日的宇宙。

现在把按照这种观点来研究宇宙中物性演化历史的学说，统称为大爆炸宇宙学。

２、大爆炸模型的天文观察证据
（１）伽莫夫的预言
（２）宇宙背景辐射的发现
（３）原初核合成问题
四、天体的起源和演化
天体是指宇宙间的各种星体。

天体的起源和演化包括星系、恒星、行星三个层次天体的
起源和演化。

由于星系和行星的起源和演化问题至今没有定论，需要进行更多更深入的探索，这里不作为考察的重点，着重探讨成熟的恒星演化理论。

（）星系的起源和演化
星系是比总星系低一级的天体系统，按其形状和结构的不同，可以把星系分为椭圆星系、旋涡星系、棒旋星系、不规则星系四类。

星系是怎样诞生和演化的，至今仍是一个谜。

一般认为星系的起源跟宇宙演化有不可分割的联系。

（二）恒星的起源和演化
1、恒星的起源
恒星起源的主要问题是回答恒星由什么物质形态转化而来，然而这个问题至今没有解决。

象星系起源一样，在恒星的起源问题上，也存在着两种不同的观点：星云说和超密说。

2、恒星的演化
恒星诞生后仍然处在收缩中。

随着内部温度不断上升，在其中心仅开始了以氢燃烧为龙头的一系列热核反应。

这些热核反应加剧了恒星上吸引和排斥这一个古老的两极对立，由此决定着恒星的演化进程并贯穿始终，推动着恒星从一个阶段过渡到另一个阶段。

这些阶段是：
第一，引力收缩阶段。

第二，主序星阶段。

第三，红巨星阶段。

第四，高密星阶段。

（三）行星系太阳系的起源
行星的起源问题很难作单独的研究，且与人类关系密切，这就有必要从整体上对行星系的起源和演化作一概述。

太阳刚形成时，自转很快，磁场很强，内部物质对流很强烈，大量物质被抛射出来，通过沙兹曼机制损失了绝大部分角动量，造成太阳的旋转变慢，角动量特殊分布。

太阳形成以后，对星云盘的演化产生了很大的影响。

在太阳引力垂直分力的作用下，星云盘的尘粒不断向赤道面下沉，于是在赤道面上逐渐形成一层薄薄的尘层，随着尘层密度的增大，就会因密度不匀而瓦解为粒子团，然后，粒子团的粒子经过吸积、碰撞等方式依次聚积为星子、星胎，最后形成行星。

五、现代天文学面临的问题
天文学在20世纪取得了巨大的进展，其中不仅包括对宇宙现状的一些定性的说明和解释，还有一些定量的预言被观察事实所验证。

20世纪提出的宇宙大爆炸模型，由于其在各方面的成功预言，已成为科学界广泛接受的科学理论，但是关于宇宙学仍存在许多问题有待解决。

（一）暗物质问题
（二）正反物质的不对称问题
（三）微观世界与宇宙的统一。