第二讲+无限的宇宙.ppt

第二讲 广阔无边的宇宙 宇宙到底有多大？ “天上一颗星，地上一凡人，凡人一口气，能数２４颗星，１颗星、２颗星、３颗星……” ------ 孩童时期的游戏 太阳最亮，月亮最大，星星最暗、最小、最多？ ------ 孩童时期的直觉 宇宙到底有多大？ 天上的星星确实最多，比地球上的人口多得多。但不是最暗、最小的。 数不清的星星，是与太阳一样能发光的恒星，许多比太阳大得多、亮得多。月亮是地球的一颗卫星，是最小的。 地球与水、金、火、木、土、天王、海王、（冥王）等行星和一些小行星及彗星围绕太阳运行。 除水星、金星外，其他行星都有卫星，有的多达几十颗。 这些行星、卫星、小行星和彗星与太阳一起构成太阳系。 太阳系中的所有天体都跟随太阳围绕银河中心运行。 太阳只是银河系中１千多亿颗恒星中的一颗。而宇宙中还有亿万个像银河系这样的星系。 宇宙到底有多大？ 地球直径约１２８００千米，周长约４００００千米。这太大了，没有人能看到它的表面是弯曲的，所以古时候的人多认为地球是方的或扁平的，等等。后来知道地球是圆的，从一个地方出发，绕地球一周后又可回到原来的地方。 由于地球太大了，使许多航海家闹出一些历史性的笑话来。如哥伦布于１４９２年从西班牙到美洲，他以为已到达了东西的印度，所以把那里的土著民族叫做印第安人，中美洲的群岛今天也叫东印度群岛。１５１９提麦哲伦从西班牙出发，他的船队于１５２２年回到其出发地，经过球一周，才证明地球确实是圆的。 宇宙到底有多大？ 地球虽大，可在太阳系中充其量是沧海一粟。 地球与最近天体月球间平均距离３８４４００千米，约是地球直径的３０倍； 地球与最近行星金星的距离，最近时４０００万千米； 地球到太阳的距离则有１.４９６亿千米； 地球与离太阳最远冥王星的距离最近时４０多亿千米。 这样的数字太大。为了方便起见，把太阳与地球的平均距离称为１天文单位，与水星为０.４天文单位，与金星为０.７天文单位，与冥王星为４０天文单位，等等。 宇宙到底有多大？ 太阳系虽大，可在银河系中，在宇宙中却非常渺小，远远达不到沧海一粟的比例。 地球离太阳最近的恒星——半人马座a星４３万亿千米。目前，观察到的最远的星星，是此数字的３０多亿倍。 这样的数字太大，即使用天文单位来表示也很不方便，于是采用新单位——光年。就是用光走一年的距离为１，来量度恒星之间的距离。光１秒钟走３０万千米，１年走的距离差不多是１０万亿千米。 宇宙到底有多大？ 太阳到半人马座a星的距离为４.３光年，与最亮的恒星天狼星为８.７光年，与牛郎星和织女星分别为１６.６３和２６.３光年，与有名的参宿七为８５０光年，银河系的跨度达１０万光年。到仙女座为２３０万光年。 目前人类探知的最遥远的星，距离地球１５０亿光年。这就是说，如果这种星体正好是１５０亿年前宇宙大爆炸时诞生的，那么，我们现在看到的是它刚刚诞生时发出的光。  宇宙航行 宇宙航行，就是在这样广袤的宇宙空间进行的，而我们现在的太空活动范围，远远不及海滨游泳池与大洋的比例。 著名科学家钱学森指出，宇宙航行应包括两个阶段，第一阶段为航天，就是人类在太阳系内的航行活动；第二阶段为航宇，就是冲出太阳系到银河系，乃至河外星系去航行。 科学技术必须再有几次飞跃，人类才能实现航宇的理想。 时间问题： 大多数人恐怕还没有到过４０千米以外的太空，而地球与月球的距离大约是４０千米的１万倍，地球与海王星的距离又是月球距离的１万倍，约４０亿千米。美国著名的“旅行者”号探测器整整走了１２年才到达海王星。离我们最近的恒星半人马座a星的距离，是到海王星距离的１万倍，约４０万亿千米，“旅行者”号要飞行１２００００年才能到达。如果按一代人工作６０年计算，则需要２０００代人连续工作才能实现。如果要返回的话，则时间还得加倍。 能源动力问题 飞船要达到每秒钟飞行７.９千米的速度才能克服地球引力，围绕地球飞行；要达到每秒钟飞行１１.２千米的速度，才能脱离地球引力，到行星际空间去旅行。 为了送阿波罗马飞船到月球上去，美国人制造了巨大的火箭“土星５”。它由三级组成，加上装在顶端的阿波罗飞船，有１１０米高，重３２００多吨，最大直径达１０米。它的第一级发动机只工作２分半钟，消耗燃料就有２０００多吨。按一辆汽车每天用油１０千克计算，这些燃料可供１辆汽车使用６００年！ 要飞出太阳系，飞船必须要达到每秒钟飞行１６.７千米的速度，这该要多大的火箭？需要多少燃料？实际上是不能用现在的火箭作航宇飞行的动力的，即使携带着巨燃料的火箭能够起飞，带来的问题也很多，而且速度也太慢。显然需要另想办法。 通信问题 从半人