第二章 第一部分 地球的起源与演化.ppt

第二章 地球的起源与演化 一. 天体系统和星系 地球是太阳系中一颗普通的行星，以30千米/秒的速度绕太阳公转。 太阳系（携带地球）以220千米/秒的速度绕银河系中心运动，旋转一周需2.8亿年。 银河系中存在1500-2000亿颗恒星。 在可见宇宙范围内（半径150亿光年）存在500亿个类似银河系的星系。 太 阳 系 与 地 球 太阳系：由太阳、行星、卫星、小行星、彗星、流星体和行星际物质构成的天体系统。 行 星 1998年火星探陆者号 木星 月球车在月面上考察 太阳系的其他星体 小行星 位于火星和木星之间，编号命名的已有3000多颗，最大一颗直径约1003km，一般认为是太阳系形成时由于某种原因，未能积聚成大行星。小行星可能蕴涵着太阳系形成的信息。 彗星 沿扁率很大的椭圆轨道运行，由岩石碎块和气体组成，密度很小。著名的哈雷彗星每76年光顾地球一次，其质量是地球的六亿分之一，慧尾的密度极小，仅为10-17g/cm3 左右。 陨星 是宇宙中漂浮的石质或铁质的小天体，未发现地球中没有的元素。 绵绵不尽的时间长河，谁会想到有一个源头？浩瀚无垠的宇宙空间，谁能想到是从“无”到有？地球的形成与演化，正是在这一无尽延续的时间中，无穷拓展的空间里，所发生的无数科学传奇之一。 ——多普勒效应 轰鸣的火车驶近我们时声波频率增强，声调变高；驶离时则声波频率降低，声调也变低，这就是多普勒效应。与此同理，发光体接近观察者时，见到的光谱线向频率高的蓝光方向移动，称为蓝移；当离开观察者时，向频率低的红光方向移动，称为红移。这也是多普勒效应。 可见光区 无线电波 微波 红外线 紫外线 X r 1、稳态理论 ?? 若干世纪以来，很多科学家认为宇宙除去一些细微部分外，基本没有什么变化。Thomas Gold，Herman Bondi及Fred Hoyle于40年代后期提出，物质正以恰当的速度不断创生着，这一创生速度刚好与因膨胀而使物质变稀的效果相平衡，从而使宇宙中的物质密度维持不变。宇宙在任何时候，平均来说始终保持相同的状态。 2、宇宙大爆炸 宇宙始于大爆炸的证据：20世纪初天文学家斯里非尔（V. M. Slipher）在观察银河系外的大星云（仙女座）时，据光谱资料分析研究，推断河外星云具有高速退行的运动规律，即离地球行星越来越远。继而，哈勃在1929年据观测的资料也提出了河外星系运行的速度和它离我们的距离成正比，即“红移现象”。这些事实支持了周围的星系正以高速四散离开，即宇宙正在膨胀。宇宙膨胀是在星际团之间发生的空间增大。 膨胀的原因—大爆炸（Big Bang）。 从各个方向上观测到的星体都在离我们而去 ☆大爆炸：比利时天文学家勒梅特（G.E.Lemwtre）1927年设想：最初宇宙的全部物质是集中在一起的，异常紧密、温度极高（1032 K）的“原始原子”里。由于温度极高，不能保持永久的平衡，一旦失去平衡，就会发生大爆炸（Fig.1），原始原子迅速膨胀，逐渐演变成今天的宇宙。在高温下处于基本粒子的物质，随着温度的降低，聚合成各类原子。首先电子和质子合成氢原子，再合成氦（He）其它元素从轻到重依次合成。太阳系是大爆炸100亿年后才产生的。 宇宙大爆炸 时间的“零点” 与宇宙的“奇点” 时间和空间的起点，肇始于160亿年前。一次开天辟地的大爆炸中，诞生了早期宇宙。 　大爆炸后的10亿亿亿亿分之一秒（10-34秒）内，早期宇宙的体积“从无到有”，急剧暴胀了10100倍； 　大爆炸后的1秒钟内，宇宙温度高达100亿K以上。此时还没有原子和分子，只有电子、质子和中子等基本粒子； 　3分钟后，宇宙温度降至10亿K以下，质子和中子聚变为原子核，形成了最初的四种物质。其中氢占78%，氦约22%，另有极少量氘和锂； 　10亿年后，膨胀较慢的区域发生局部收缩，星系开始形成； 　50亿年后出现首批恒星； 　100亿年后，太阳系诞生； 　距今46亿年前，地球形成。 2003年公布的宇宙胚胎图 宇宙的起源 宇宙产生于160（137？）亿年前的奇点中，大爆炸1秒基本粒子相互作用，50万-100万年后产生氢原子，1-2亿后年形成天体星系。 大爆炸的证据 恒星是在温度下降后产生的，应小于２００亿年。各种天体年龄的测量证明了这一点。 1927年哈勃观测到河外天体有系统性的谱线红移，而且红移与距离大体成正比。证实宇宙膨胀。 恒星核反应