宇宙的起源
关于宇宙的起源,民间有着很多美丽的传说:盘古开天、女娲补天、上帝造万物……但这些毕竟只是神话故事,并没有从科学的角度来研究和探索这一问题。随着科学技术的不断进步,对于宇宙的起源、宇宙的年龄、宇宙的运动等问题,科学家给出了新的答案。
大爆炸说
在现代宇宙学所有关于宇宙起源的学说中,大爆炸学说是最具影响力的一种。天文学家勒梅特认为,现在的宇宙是由一个“原始原子”爆炸形成的。美国天文学家伽奠夫在此观点的基础上,于1948年正式提出了大爆炸学说。
大爆炸学说认为,宇宙是由大约150亿年前发生的一次大爆炸形成的。在爆炸发生之前,宇宙内的物质和能量不断积聚并逐渐浓缩,当达到一定的温度和密度时就发生了大爆炸。大爆炸使物质四散而去,宇宙空间开始不断膨胀,温度也相应下降。后来,相继出现了星系、恒星、行星乃至生命,它们都是在这种膨胀冷却的过程中逐渐形成的。
宇宙的年龄
宇宙的年龄是指宇宙从某个特定时刻到现在的时间间隔。根据大爆炸理论,宇宙开始膨胀的时刻就是宇宙纪年的开始。按照哈勃定律,将星系的距离除以各自的速度,可估算出那一刻距今的时间约为200亿年。这段时间对所有星系来说是相同的,因为宇宙的开端就在200亿年前。按照这一推论结果,宇宙中一切天体的年龄都不应超过200亿年。
根据热核反应提供恒星能源的理论,人们估计最老恒星的年龄为100亿至150亿年。采用卢瑟福利用物质中放射性同位素含量测定其形成年代的方法,人们测定了地球上最古老的岩石、宇航员从月球上带回的岩石以及一些陨石样本,发现它们的年龄均不超过47亿年。两种方法得出的天体年龄竟与“宇宙的年龄范围”惊人的一致,这又增强了大爆炸理论的可信度。
宇宙海洋中的小岛——星系
恒星系又称星系,是宇宙中庞大的星星的“岛屿”,它也是宇宙中最大、最美丽的天体系统之一。到目前为止,人们已在宇宙中观测到了约一千亿个星系。它们中有的离我们较近,可以清楚地观测到它们的结构;有的非常遥远,日前所知最远的星系离我们有近两百亿光年。
按照宇宙大爆炸理论,第一代星系大概形成于大爆炸发生后十亿年。在宇宙诞生的最初瞬间,有一次原始能量的爆发。随着宇宙的膨胀和冷却,引力开始发挥作用,然后,幼年宇宙进人一个称为“暴涨”的短暂阶段。原始能量分布中的微小涨落随着宇宙的暴涨也从微观尺度急剧放大,从而形成了一些“沟”,星系团就是沿着这些“沟”形成的。
在多种星系分类系统中,天文学家哈勃于1925年提出的分类系统是应用得最广泛的一种。哈勃根据星系的形态把它们分成三大类:椭圆星系、旋涡星系和不规则星系。星系在大小、组成和结构等方面,彼此差别很大。但它们几乎全都排布成群或团,其每一个的成员星系,少者几个,多者可达万个。星系的直径通常以几万光年计。在一个星系团内,星系之间的平均距离约为100万至200万光年。星系团之间的间距可能再大上百倍。每个星系均由为数众多(大多是从几亿个到1万亿个以上)的恒星组成。在许多星系(如银河系)中,都能检测到由星际气体和尘粒组成的星云。
传说中的天河——银河
秋天,我们抬头仰望晴朗的夜空,可以看到有一条晶莹的“带子”横亘在整个夜空,它是山无数大大小小的恒星系和星云组成的天体系统,人们称它为银河系。
银河系中心厚,边缘薄,好像一面凸透镜。整个银河系的直径有10万光年,中心厚度有15万光年,总共大约有2000颗亦如太阳系那样的恒星系组成。按大爆炸假说,银河系是大爆炸出现的引力不稳定而逐步形成的。大约于公元前440年,古希腊哲学家德谟克利特提出银河实际上由大量的星星组成,这些星星无法被单个分辨开。但是它们聚集起来发出柔和的光。虽然这个观点没引起人们的重视,但是它恰恰是完全正确的。就在1609年,伽利略把第一架望远镜对准天空并发现银河容纳了极大数量的星星时,这个理论被证实了。
18世纪后期,成廉·赫歇耳用自制的反射望远镜进行了系统的恒星计数的观测,他计数了117600颗星,绘制了一幅扁而平、轮廓参差、太阳居其中心的银河系结构图。在近两个世纪内,天文学家用比赫歇耳所能用的好得多的仪器和技术探索了银河系,如今了解到银河系比赫歇耳所料想的要大得多。在长径力向上至少延伸出10万光年,可能拥有2000亿颗星。不过可以说,我们确认了银河系以及星星不是无数的而是可计算的。
庞大的太阳系
太阳系就是我们现在所在的恒星系统。它是以太阳为中心,和所有受到太阳引力约束的天体的集合体:8颗行星冥王星已被开除、至少165颗已知的卫星,和数以亿计的太阳系小天体。这些小天体包括小行星、柯伊伯带的天体、彗星和星际尘埃。广义上,太阳系的领域包括太阳、4颗像地球的内行星、由许多小岩石组成的小行星带、4颗充满气体的巨大外行星、充满冰冻小岩石、被称为柯伊伯带的第二个小天体区。在柯伊伯带之外还有黄道离散盘面、太阳圈和依然属于假设的奥尔特云。
形成和演化
太阳系的形成据信应该是依据星云假说,最早是在1’755年由康德和1796年由拉普拉斯各自独立提出的。这个理论认为太阳系是在46亿年前在一个巨大的分子云的塌缩中形成的。这个星云原本有数光年的大小,并且同时诞生了数颗恒星。研究古老的陨石追溯到的元素显示,只有超新星爆炸的心脏部分才能产生这些元素,所以包含太阳的星团必然在超新星残骸的附近。可能是来自超新星爆炸的震波使邻近太阳附近的星云密度增高,使得重力得以克服内部气体的膨胀压力造成塌缩,因而触发了太阳的诞生。
太阳系的主宰——太阳
太阳系的中心天体,直径为1392000千米的发光球体,是距地球最近、与地球关系最密切的一颗恒星。
太阳处于整个太阳系的中心,是太阳系里唯一自己发光发热的气体星球。它没有固体的星体或核心,不会像地球那样整体自转。
太阳的直径为1392万千米,是地球的109倍;体积为141亿立方千米,是地球的130万倍;质量近2000亿吨,是地球的33万倍,是太阳系所有行星质量总和的745倍,集中了太阳系99,8%的质量。
八大行星
从离太阳的距离从小到大依次为水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。1930年由美国天文学家汤博发现的冥王星曾被认为是大行星,但随着一颗比冥王星更大、更远的天体的发现,2006年8月24日召开的国际天文学联合会第26届大会将其定义为矮行星。
水星最接近太阳,是太阳系中最小最轻的行星。水星在直径上小于木卫三和土卫六。
金星,它有时是晨星,黎明前出现在东方天空,被称为“启明”;有时是昏星,黄昏后出现在西方天空,被称为“长庚”。金星是全天中除太阳和月亮外最亮的星,犹如一颗耀眼的钻石,于是古希腊人称它为阿佛洛狄忒一一爱与美的女神,而罗马人则称它为维纳斯——美神。
火星为距太阳第四远,也是太阳系中第七大行星。除地球外,火星是具有最多各种有趣地形的固态表面行星。其中不乏一些壮观的地形。
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