第二节宇宙的起源和演化.pptVIP

* 第二节 宇宙的起源和演化 困扰人们数百年： 宇宙起源和演化的问题？ 宇宙在空间上究竟是有限还是无限？ 一、一些相关知识 1. 电磁波 静电场 电荷 变化电场 电量变化 临近区域 变化磁场 较远区域 新的变化电场 更 远 区 域 新的变化磁场 ● ● …… 变化的电场和磁场交替产生，由近及远，以有限的速度，在空间的传播过程，称为电磁波。 2. 电磁波谱 波长：λ（m） 频率： ν （Hz） λ = 电磁波波长分布很广 长 —— 几万米（无线电波） —— 微波 —— 红外线 —— 可见光 —— 紫外线 —— X 射线 短 —— 10-13米（γ 射线） 传播子光子 E = h ν ν 大或 λ 小，E 越大 C ν 3. 辐射 任何物体在任何温度下都发射电磁波，发射电磁波的过程称为辐射，辐射出的能量称为辐射能。 4. 光谱的红移、蓝移 物体相对于观测者静止不动，光谱波长是固定的； 物体相对于观测者运动，光谱波长有变化： 物 体 远离观测者而去 光谱波长向红端移动 红移 向观测者运动 光谱波长向蓝端移动 蓝移 二、目前所认识的宇宙 1. 宇宙 星系 恒星 每个星系 几十亿~几千亿颗 气体尘埃 尺度150亿光年， 年龄100~150亿年 总星系物质及运动分布，在统计上是均匀的，各向同性的 宇宙中物质含量： 氢（H2） 最多 氦（He） 其次 其它 少量 目前发现的约10亿个 （几百亿个） 尺度几千~几十万光年不等 （总星系） 星系 漩涡星系 椭圆星系 不规则星系 2. 银河系 尺度 组成 发光部分直径 7 万光年 最大厚度 1 万光年 恒星 2000亿颗 气体、尘埃团块 3. 太阳系 尺度— 组成 直径240亿千米 尺度 半径70万千米 位置 银河系轴3/5处 运动 250千米/ 秒绕轴运动 温度 内部 表面 6000K 行星 9个 类地行星（Si、Fe） 卫星 34个 无卫星 有卫星 彗星 1600颗 流星 太阳 中心天体 水 金 地 火 木 土 天 海 冥 类木行星（H2、N2、NH3、CH4） 离太阳120亿千米 三、宇宙的起源和演化 宇宙开端——150亿年前大爆炸 最重要证据： 星系光谱红移 星系彼此远离 宇宙在膨胀 极高密度状态 物质密度更高 奇点 大爆炸 1922年弗里德曼和1927年勒梅特，得到了动态宇宙模型。 20世纪20年代，发现多数星系发出的光谱发生红移。这意味着多数星系在向我们远离的方向上退行。 1948年伽莫夫等人，结合当时核物理的知识，提出了宇宙大爆炸理论。认为今天看到的宇宙膨胀逆着时间追溯回去，则起始于一次猛烈的大爆炸。 1929年哈勃总结出经验定律v=H0r V——星系退行的速度 H0 ——哈勃常数，观测值为150千米/秒 千万光年 r——星体的距离 观测支持和宇宙的热演化 大爆炸之后约10-2秒 大爆炸之后约1秒 大爆炸之后约10秒 宇宙温度约1011K，宇宙主要成分是电子、正电子、光子、中微子、反中微子等及少量核子。 宇宙温度下降为1010K，宇宙中的中子占24%，质子占76% 宇宙温度下降为3x109K，宇宙中的中子、质子可形成4He。而较重的原子核仍没有形成的机会。 到了3分钟， 宇宙温度下降为109K。中子衰变为质子，剩下的中子都可直接组合到氦核中，因此造成氦核的丰度为26%，其余的质子则只能成为氢核了。这与 是接近的。 到了约1012秒 宇宙继续冷却和膨胀，温度降为4x 103K。原子气体靠引力作用结团形成恒星和星系，而恒星和星系演化，其中的和聚变过程产生更重的原子核；脱离了热偶合的光子气体称为 ，温度下降到现在的2.7K。1964年彭齐亚斯和威尔逊发现这种背景辐射。 宇宙中氦和氢的丰度测量 这是宇宙大爆炸理论的一个重要的观测支持。 这是宇宙大爆炸理论的又一个重要的观测支持。 宇宙背景辐射 大 爆 炸 1 秒 钟 前 3 分 钟 3 分 钟 ~ 70 万 年 几 十 亿 年 T100亿K 质子、中子、电子、光子……“宇宙汤” T—10亿K 质子 + 中子 氘核、氦核 T—100万K 缓慢膨胀 T—3000K 原子核+电子 原子 光子不再被电子散射 宇宙开始透明 原子— 引力凝聚 原始星云 星系的形成 恒星的一生 （1）形成 （2）演化 三种 质量 太阳 白矮星（白色、小） 黑矮星 质量≈太阳 极猛烈爆发，