宇宙的基本結構和天體演化

宇宙的基本結構和天體演化第一頁，共六十九頁，2022年，8月28日什么是宇宙？宇宙有多大？如何知道？第二頁，共六十九頁，2022年，8月28日什么是宇宙？中國戰(zhàn)國時期，

“四方上下曰宇，古往今來曰宙”現(xiàn)代天文學，

宇宙是(時間、)空間、物質的總和。第三頁，共六十九頁，2022年，8月28日第四頁，共六十九頁，2022年，8月28日1、天體的距離單位▲

1天文單位(a.u.)=太陽到地球的平均距離

1.5108公里（1.5億公里）▲

1光年(ly)0.951013公里光在1年里走過的路程

▲

1秒差距(pc)31013公里

1秒差距3.26光年~20萬天文單位

1千秒差距

=103

秒差距(星系尺度) 1兆秒差距

=106秒差距(宇宙尺度)宇宙有多大？第五頁，共六十九頁，2022年，8月28日2、宇宙的結構宇宙圖景

當代天文學的研究成果表明，宇宙是有層次結構的、物質形態(tài)多樣的、不斷運動發(fā)展的天體系統(tǒng)。層次結構

人類認識宇宙的歷程第六頁，共六十九頁，2022年，8月28日第七頁，共六十九頁，2022年，8月28日①行星是最基本的天體系統(tǒng)地—月系

如何知道地球是圓的？如何說明地球是運動的？月球對地球的影響？月球形成的假設第八頁，共六十九頁，2022年，8月28日第九頁，共六十九頁，2022年，8月28日大潮小潮第十頁，共六十九頁，2022年，8月28日②行星小行星彗星和流星體都圍繞中心天體太陽運轉，構成太陽系太陽占太陽系總質量的99.86％，其直徑約140萬千米，最大的行星木星的直徑約14萬千米。太陽系的大小約120億千米。如何知道太陽的組成大行星分類大行星和小行星的形狀差別第十一頁，共六十九頁，2022年，8月28日第十二頁，共六十九頁，2022年，8月28日第十三頁，共六十九頁，2022年，8月28日第十四頁，共六十九頁，2022年，8月28日第十五頁，共六十九頁，2022年，8月28日1917年，美國天文學家沙普利通過對銀河系內天體分布的分析，確認太陽并不位于銀河系的中心，而是處于相對說來比較靠近銀河系邊緣的地方。太陽只是銀河系中一顆毫無特殊地位可言的普通恒星，地球更談不到了。第十六頁，共六十九頁，2022年，8月28日銀河系中大部分恒星和星際物質集中在一個扁球狀的空間內，從側面看很像一個“鐵餅”，正面看去則呈旋渦狀。銀河系的直徑約10萬光年，太陽位于銀河系的一個旋臂中，距銀心約3萬光年。銀河系外還有許多類似的天體系統(tǒng)，稱為河外星系，常簡稱星系?，F(xiàn)已觀測到大約有10億個。如何知道銀河系的形狀?不同形狀的星系天體距離的測定方法③2500億顆類似太陽的恒星和星際物質構成更巨大的天體系統(tǒng)——銀河系第十七頁，共六十九頁，2022年，8月28日第十八頁，共六十九頁，2022年，8月28日第十九頁，共六十九頁，2022年，8月28日迄今為止，天文學中精確測定的最遠天體距離：銀河系英仙臂與太陽的距離為1.95千秒差距，約6360光年第二十頁，共六十九頁，2022年，8月28日視差法：

在地球公轉不同位置處觀測同一天體在天球上的坐標,經過計算得出視差A，也就得到距離D=Des/(A/2)。（適用于銀河系內）第二十一頁，共六十九頁，2022年，8月28日20世紀初，美國威爾遜山天文臺建成了當時世界上最大口徑的2.5米天文望遠鏡。1923年10月6日，美國天文學家哈勃利用這臺望遠鏡拍攝了仙女星云的照片，推算出仙女星云的距離為225萬光年，遠遠超出銀河系范圍。第二十二頁，共六十九頁，2022年，8月28日仙女星云m31第二十三頁，共六十九頁，2022年，8月28日半人馬座中的一個星系第二十四頁，共六十九頁，2022年，8月28日第二十五頁，共六十九頁，2022年，8月28日不同形狀的星系旋渦星系橢圓星系棒旋星系第二十六頁，共六十九頁，2022年，8月28日平均而言，每個星系團約有百余個星系，直徑達上千萬光年?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)上萬個星系團。包括銀河系在內約40個星系構成的一個小星系團叫本星系群。④星系也聚集成大大小小的集團，叫星系團。第二十七頁，共六十九頁，2022年，8月28日本星系群（LocalGroup）銀河系所屬的數(shù)十個星系的集合，尺度約數(shù)百萬光年第二十八頁，共六十九頁，2022年，8月28日星系團(ClusterofGalaxies)數(shù)十至數(shù)千個星系的集合，星系團的尺度約數(shù)千萬光年：

室女座星系團第二十九頁，共六十九頁，2022年，8月28日超星系團往往具有扁長的外形，其長徑可達數(shù)億光年。通常超星系團內只含有幾個星系團，只有少數(shù)超星系團擁有幾十個星系團。大的超星系團也稱為宇宙的大尺度結構。把10Mpc以上的結構稱為宇宙的大尺度結構（目前觀測到的宇宙的大小是104Mpc）。至今大尺度上的觀測事實遠不是十分明確的。有跡象表明，星系在大尺度上的分布呈泡沫狀。即有許多看不到星系的"空洞"區(qū)，而星系聚集在空洞的壁上，呈纖維狀或片狀結構。它的典型尺度為幾十兆秒差距。⑤若干星系團集聚在一起構成更大、更高一層次的天體系統(tǒng)叫超星系團。第三十頁，共六十九頁，2022年，8月28日超星系團:若干星系團的集合體第三十一頁，共六十九頁，2022年，8月28日星系分布的大尺度結構第三十二頁，共六十九頁，2022年，8月28日在宇宙大尺度結構的研究方面，情況就更復雜一些。從遙遠的背景星系傳播來的光線不只是被單個天體所彎曲，實際上這是一種被連續(xù)彎折的效應，這樣的情況處理起來更復雜，但為天文學家們研究宇宙的大尺度結構提供了非常寶貴的觀測信息第三十三頁，共六十九頁，2022年，8月28日⑥目前天文觀測范圍已經擴展到137億光年的廣闊空間，它稱為總星系，

即宇宙第三十四頁，共六十九頁，2022年，8月28日觀測宇宙目前發(fā)現(xiàn)的最遠天體：137億光年

半徑137億光年室女座超星系團第三十五頁，共六十九頁，2022年，8月28日科學家們描繪的宇宙構造示意圖第三十六頁，共六十九頁，2022年，8月28日哲學宇宙：宇宙無限；空間無限：無邊無際(無邊界，形狀和中心)

時間無盡：無始無終(無起源，年齡和壽命)科學宇宙：指總星系時間上有起源，空間上有邊界；大爆炸宇宙學。第三十七頁，共六十九頁，2022年，8月28日宇宙的結構層次（從大到?。┛傂窍敌窍祱F星系恒星系恒星行星第三十八頁，共六十九頁，2022年，8月28日宇宙天體的空間尺度地球107

米太陽 109

米太陽系（恒星）1013

米星系（銀河系）1021

米(十萬光年)星系團 1023

米(百萬光年)超星系團 1025

米(億光年)大尺度結構大于3億光年觀測宇宙>1026

米(百億光年)第三十九頁，共六十九頁，2022年，8月28日人類是如何知道的？人類認識宇宙的歷程伴隨著科技的進步肉眼觀測光學望遠鏡射電望遠鏡空間探測第四十頁，共六十九頁，2022年，8月28日古代觀象儀第四十一頁，共六十九頁，2022年，8月28日光學望遠鏡第四十二頁，共六十九頁，2022年，8月28日第四十三頁，共六十九頁，2022年，8月28日第四十四頁，共六十九頁，2022年，8月28日第四十五頁，共六十九頁，2022年，8月28日第四十六頁，共六十九頁，2022年，8月28日第四十七頁，共六十九頁，2022年，8月28日射電望遠鏡第四十八頁，共六十九頁，2022年，8月28日第四十九頁，共六十九頁，2022年，8月28日第五十頁，共六十九頁，2022年，8月28日太空探測第五十一頁，共六十九頁，2022年，8月28日宇宙從何而來？宇宙如何變化？最終會怎樣？第五十二頁，共六十九頁，2022年，8月28日第五十三頁，共六十九頁，2022年，8月28日第五十四頁，共六十九頁，2022年，8月28日第五十五頁，共六十九頁，2022年，8月28日第五十六頁，共六十九頁，2022年，8月28日太陽的一生--100億年星云.太陽.50億年.紅巨星.40億年.白矮星.10億年暗矮星.漫長.第五十七頁，共六十九頁，2022年，8月28日/newscenter/archive/releases/galaxy/interacting/2000/34/image/a/第五十八頁，共六十九頁，2022年，8月28日國際天文學聯(lián)合會大會2006。8。２４日投票決定，不再將傳統(tǒng)九大行星之一的冥王星視為行星，而將其列入“矮行星”。大會通過的決議規(guī)定，“行星”指的是圍繞太陽運轉、自身引力足以克服其剛體力而使天體呈圓球狀、能夠清除其軌道附近其他物體的天體。在太陽系傳統(tǒng)的“九大行星”中，只有水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星符合這些要求。冥王星由于其軌道與海王星的軌道相交，不符合新的行星定義，因此被自動降級為“矮行星”。第五十九頁，共六十九頁，2022年，8月28日恒星光譜

恒星光譜的形態(tài)決定于恒星的物理性質、化學成分和運動狀態(tài)。光譜中包含著關于恒星各種特性的最豐富的信息。迄今關于恒星本質的知識，幾乎都是從光譜研究中得到的。

恒星光譜的研究內容異常廣泛，但從觀測角度來看，主要有三條途徑。第一是證認譜線和確定元素的豐度。第二是測量多普勒效應引起的譜線位移和變寬(見譜線的形成和致寬)，由此來研究天體的運動狀態(tài)和譜線生成區(qū)。第三是測量恒星光譜中能量隨波長的變化，包括連續(xù)譜能量分布、譜線輪廓和等值寬度等。這些特性同恒星大氣中的溫度、壓力、運動、電磁過程以及輻射轉移過程有關，是恒星大氣理論的主要觀測依據(jù)。

第六十頁，共六十九頁，2022年，8月28日地球半徑r=C/d=(A-B)/d第六十一頁，共六十九頁，2022年，8月28日觀察月食時地影的弧度而得知地影的大小,即AE.

AE/RE=AM/RM

月球的半徑RM=(RE)(AM)/AE

月地距離,DEMapproximately=RM/AM

第六十二頁，共六十九頁，2022年，8月28日日地距離半月的時候,日月地球的相對位置如圖，DES=DEM/cosASM

第六十三頁，共六十九頁，2022年，8月28日恒星與地球的距離

(A/2)(DSS)=DES

DSS)=2DES/A

第六十四頁，共六十九頁，2022年，8月28日天體距離的測定方法1)幾何方法：在地球公轉不同位置處觀測同一天體在天球上的坐標,經過計算得出視差π，也就得到距離D。D=206,265a.u./π"