2宇宙起源的探索.ppt

第二讲 宇宙起源的探索 1 同学们在学习《科学》之前，是否知道宇宙是怎么来的吗？ 有同学知道关于宇宙起源的内容吗？ 2 说到“宇宙的起源” 会有许多人认为宇宙应该是浩瀚的，是无穷无尽的，怎么可能有一个开端呢？ 那么,你知道科学家是怎样研究宇宙的起源吗？ 3 人类对于宇宙的认识是随着人类文明的进步和科学技术的发展而逐步加深的，并开始科学地探讨宇宙的起源。 4 美国天文学家爱德温·哈勃(Edwin P. Hubble)（1889-1953）是研究现代宇宙理论最著名的人物之一，是河外天文学的奠基人。他发现了银河系、外星系的存在及宇宙的不断膨胀，是提供宇宙膨胀实例证据的第一人。美国国家航空航天局（NASA）发射空间望远镜时，为了纪念哈勃的丰功伟绩，命名为“哈勃空间望远镜”。 5 哈勃空间望远镜以光学与近红外观测为主，哈勃空间望远镜长13.3米，直径4..3米，重11.6吨，造价近30亿美元，于1990年4月25日由美国航天飞机送上高590千米的太空轨道。哈勃空间望远镜以时速2.8万千米沿寂静的太空轨道运行，默默地窥探着太空的秘密。 6 哈勃空间望远镜的位置在地球的大气层之上，因此获得了地基望远镜所没有的好处-影像不会受到大气湍流的扰动，视相度绝佳又没有大气散射造成的背景光，还能观测会被臭氧层吸收的紫外线。 哈勃空间望远镜是有史以来最大、最精确的天文望远镜。其清晰度是地面天文望远镜的10倍以上，其观测能力能从1.6万千米外的地方看到一只萤火虫。 7 康普顿伽玛射线天文台 钱德拉X射线天文台 哈勃空间望远镜 斯皮策空间望远镜 8 大家知道，在丈量宇宙星体之间距离的单位是光年 1光年 = 30万公里/秒×3600秒× 24小时× 365天 = 94608亿公里 ≈10万亿公里 （太阳到地球的距 = 8光分 = ？公里 ） （太阳到地球的距 = 30万公里/秒×8分×60秒/分） = 1.44亿公里（平均距离） 9 用太空望远镜观察，银河系的直径约10万光年，恒星如此遥远意味着我们每晚看到的银河星光都是恒星数万年前发出的光线。 10 除银河系外，还有数不清的河外星系，目前发现了的约有100亿个河外星系！ 11 在观察恒星的运动中，恒星的横向的运动比较容易观察，可是怎么来观察恒星的径向运动呢？ （什么是星体的径向运动？） 12 在观察恒星的运动中，恒星的横向的运动比较容易观察，可是怎么来观察恒星的径向运动呢？ （什么是星体的径向运动？） 虽然可以根据远暗近亮的原理来观察恒星的径向运动。但由于河外星系离我们太遥远，几乎观测不到亮度的变化。 13 多普勒效应可以帮助我们观察到恒星的径向运动情况。 哪位同学知道什么是：多普勒效应？ 14 当我们站在铁路边，火车鸣笛经过时，我们会先听到尖锐的声音，火车离我们远去时又听到低沉的声音。这是声波的波长在传播中由于声源相对我们的运动而被压缩或拉伸的结果，叫多普勒效应。 多普勒效应 15 同样，光是一种电磁波，当恒星相对地球上的观察者径向运动时，光的频率也会改变。 恒星如果向地球而来，则光的频率增大，波长变短，光的波长向短波移动，称为蓝移。 若恒星远离地球而去，则光的频率下降，波长变长，光的波长向长波移动，称为红移。 这样，利用测量恒星光谱的蓝移或红移量，我们就可以知道恒星的运动方向和速度了。 光的多普勒效应： 16 下图为遥远的星系在可见光波段的光谱 离开我们而去的恒星发出的光线的光谱向红光光谱方向移动 频率减小，波长增加 频率增大，波长减小 17 根据光的多普勒效应推理： 如果宇宙是稳定的，恒星的运动应该是随机的，远离我们的恒星数目和向我们而来的恒星数目应该差不多，也就是说，观测到的发生蓝移和红移的恒星数量应该差不多。 科学家哈勃的观测结果表明： 绝大多数恒星都发生红移，而且距离越远的恒星远离的速度越快。这个发现非同小可，普遍的红移表明周围的恒星都在离我们远去。 18 所以，哈勃的发现告诉我们：所有星系都在远离的事实表明，我们的宇宙正在膨胀，而非原先以为宇宙是稳恒的。如果宇宙现在正在膨胀，那么沿时间回溯，以前宇宙肯定比现在小，也肯定有那么一个时刻，宇宙中所有东西都聚集在一起，也就是：宇宙必然有个起点！ 那么，从星系退行的速度和星系间的距离可以反推宇宙的年龄大概为140亿年左右。 19 根据这一理论，宇宙演化过程起始于大约140亿年前，宇宙从极端高温高密内的一个点起源，瞬间爆炸，随着体积的膨胀和温度得下降，以质子、中子等基本粒子形态存在的物质首先结合成氘、氚、氦等较轻的元素，随后