3.3人類對宇宙的探索

3.3人類對宇宙的探索1、清楚地心說到日心說的發(fā)展歷程，及現(xiàn)在宇宙觀的形成2、清楚宇宙的組成：銀河系與河外星系。3、清楚恒星的演化，及大質(zhì)量恒星的演化過程。2023年9月21日，“天宮課堂”第四課在中國空間站開講，航天員為少年帶來一堂精彩的太空科普課，并通過視頻與地面課堂師生進(jìn)行實(shí)時(shí)互動(dòng)交流。“天宮課堂”對于培養(yǎng)青少年科學(xué)精神、激發(fā)探索浩瀚宇宙的興趣其有獨(dú)特優(yōu)勢。人類為什么孜孜不倦地探索字宙？探索字宙有哪些發(fā)現(xiàn)？一、從地心說到日心說1．“地心說”宇宙體系學(xué)說(1)創(chuàng)立：公元2世紀(jì)，希臘科學(xué)家托勒密在總結(jié)前人學(xué)說的基礎(chǔ)上創(chuàng)立了“地心說”。(2)主要內(nèi)容：地球是一個(gè)球體，位于宇宙中心靜止不動(dòng)，太陽和其他天體(如月亮、水星、金星等)都繞著地球轉(zhuǎn)動(dòng)。2．“日心說”宇宙體系學(xué)說(1)創(chuàng)立：公元16世紀(jì)，波蘭天文學(xué)家哥白尼依據(jù)大量精確的觀測資料，建立了“日心說”。伽利略對哥白尼學(xué)說的發(fā)展與傳播起到了很大作用，留下了不可磨滅的印記。1609年，伽利咯用自制的望遠(yuǎn)鏡觀測天空，為“日心說”提供了新的觀測證據(jù)。伽利略發(fā)現(xiàn)：太陽上有黑子，說明太陽并不完美；圍繞著木星的有4顆衛(wèi)星，說明并非所有天體都在繞地球運(yùn)行。木星有衛(wèi)星運(yùn)轉(zhuǎn)的事實(shí)為哥白尼學(xué)說提供了強(qiáng)有力的證據(jù)。金星的位相變化也說明金星并不是圍繞地球公轉(zhuǎn)的。(2)主要內(nèi)容：太陽是宇宙的中心，地球和行星繞太陽轉(zhuǎn)動(dòng)。二、現(xiàn)代宇宙學(xué)說1．星系運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)——哈勃的發(fā)現(xiàn)(1)所有的星系都在遠(yuǎn)離我們而去。(2)星系離我們越遠(yuǎn)，它的退行速度越大。V=Hd，其中v為星系退行速度，d為星系到觀察者的距離，H為哈勃常數(shù)。(3)星系間的距離在不斷地?cái)U(kuò)大。2．大爆炸宇宙論大爆炸宇宙論認(rèn)為，大約137億年前，我們所處的宇宙全部以極高的密度和溫度，被擠壓在一個(gè)“原始火球”中。宇宙就是在這個(gè)大火球的爆炸中誕生的。爆炸引起的宇宙膨脹一直延續(xù)至今，并仍將延續(xù)下去。大爆炸宇宙論是目前被人們廣為接受的一種宇宙起源學(xué)說。大爆炸宇宙論的主要依據(jù)是現(xiàn)代天文觀測中發(fā)現(xiàn)的星系運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，即宇宙中星系間的距離在不斷擴(kuò)大，說明宇宙正處在不斷膨脹之中，如果能將時(shí)間倒退，宇宙中的星系就會(huì)聚在一起(一點(diǎn))，所以就認(rèn)為宇宙起源于這個(gè)點(diǎn)，這個(gè)點(diǎn)發(fā)生大爆炸就誕生了宇宙。三、銀河系和河外星系1、銀河系：銀河系由眾多恒星和星際物質(zhì)組成。銀河系直徑約為10萬光年，太陽與銀河系的中心相距約為3萬光年。銀河系的形狀，側(cè)視像是一個(gè)中間厚、邊緣薄的鐵餅，俯視像是一個(gè)大漩渦2、河外星系：銀河系外存在著大約千億個(gè)同銀河系類似的天體系統(tǒng)，這些天體系統(tǒng)稱為河外星系。天文學(xué)家很早就意識(shí)到銀河系外有其他星系。1919年，哈勃用當(dāng)時(shí)最大且最先進(jìn)的天文望遠(yuǎn)鏡，測定了仙女座大星云（星系）的距離，發(fā)現(xiàn)這個(gè)距離遠(yuǎn)大于銀河系的直徑。因此，哈勒推斷仙女星系一定位于銀河系之外。所有的星系構(gòu)成了廣闊無垠的宇宙。宇宙河外星系宇宙河外星系銀河系太陽系其他恒星系其他行星系地月系地球月球四、恒星一顆恒是壽命的長短取決于它的質(zhì)量大?。嘿|(zhì)量越大，壽命越短：質(zhì)量越小，壽命越長科學(xué)家描繪出了太陽未來的演變過程天約50億年后，太陽中心缺少足多的氫時(shí)，太陽的球核將開始收銷，太陽外層的氫繼續(xù)變成氦，星體急劇擴(kuò)大，變成紅色，形成紅巨星。當(dāng)太陽澎脹到接近火星軌道時(shí)，將吞噬水星、金星、地球，預(yù)計(jì)太陽在紅巨星階段持續(xù)10億年時(shí)間，亮度升高到今天的近1萬倍。紅巨星不斷地把外層物質(zhì)拋向太空，在星體周圍形成行星狀星云，它的核聚變過程中形成的一些物質(zhì)將迸人星際介質(zhì)參與再循環(huán)，而球核進(jìn)一步收縮，形成體積極小、密度很大的白矮星。最后，太陽將慢慢“熄滅”，形成一顆看不見的黑矮星，變成星云的一部分，留在宇宙中，進(jìn)入新的循環(huán)。恒星的演化如果恒星的質(zhì)量介于1~8倍太陽質(zhì)量，它會(huì)演變成紅巨星，最終演變成白矮星，即體積很小、質(zhì)量不太小的恒星；如果恒星的質(zhì)量是太陽質(zhì)量的10~20倍，它的體積會(huì)急劇變大，形成紅超巨星，隨后爆發(fā)成超新星(supernova),最終演變成體積極小、密度極大的中子星，1054年，我國發(fā)現(xiàn)并記錄的超新星爆發(fā)，史稱“客星”。蟹狀星云即在這次燥發(fā)后誕生，這是天文學(xué)中第一個(gè)被認(rèn)證具有清晰歷史觀測記錄的超新星遺跡。當(dāng)恒星的質(zhì)量更大時(shí)，其內(nèi)部將產(chǎn)生巨大壓辦，物質(zhì)被“壓”成了更為神奇的天體一黑洞(blackhole)黑洞的密度非常巨大，強(qiáng)大的引力使任何物質(zhì)，甚至光都無法逃脫它的吸引。因此，遠(yuǎn)處的觀測者無法看到來自黑洞的光。雖然人們看不見黑洞但種影家能確定它的存在。題型1宇宙觀（2024?寧波自主招生）大爆炸理論認(rèn)為，宇宙起源于137億年前的一次大爆炸。除開始瞬間外，在演化至今的大部分時(shí)間內(nèi)，宇宙都是膨脹的。若標(biāo)志宇宙大小的宇宙半徑R和宇宙年齡t的關(guān)系如圖所示，圖中AB為直線，BC為向上彎曲的曲線，則（）A．AB和BC均說明宇宙在勻速膨脹 B．AB和BC均說明宇宙在加速膨脹 C．AB說明宇宙在勻速膨脹，BC說明宇宙在加速膨脹 D．AB說明宇宙在勻速膨脹，BC說明宇宙在減速膨脹【解答】解：圖象中的縱坐標(biāo)宇宙半徑R可以看作是星球發(fā)生的位移x，因而其切線的斜率就是宇宙半徑增加的快慢程度。由題意，宇宙加速膨脹，其半徑增加的速度越來越大。故選：C。解答本題應(yīng)掌握：宇宙大爆炸理論的內(nèi)容。

宇宙大爆炸僅僅是一種學(xué)說，是根據(jù)天文觀測研究后得到的一種設(shè)想。大約在150億年前，宇宙所有的物質(zhì)都高度密集在一點(diǎn)，有著極高的溫度，我們稱之為“原始火球”，“原始火球”不穩(wěn)定，因而發(fā)生了巨大的爆炸。大爆炸以后，物質(zhì)開始向外大膨脹，就形成了今天我們看到的宇宙。關(guān)于地心說和日心說的下列說法中，正確的是（）A．地心說的參考系是地球 B．日心說的參考系是地球 C．地心說和日心說只是參考系不同，兩者具有等同的價(jià)值 D．日心說是由開普勒提出來的【解答】解：地心說認(rèn)為地球是宇宙的中心，以地球?yàn)閰⒖枷担珹正確。日心說認(rèn)為太陽是宇宙的中心，以太陽為參考系，B錯(cuò)誤。與地心說相比，日心說具有更高的價(jià)值，C錯(cuò)誤。日心說是由哥白尼提出的，D錯(cuò)誤。故選：A。地心說和日心說的區(qū)別在于（）A．地心說認(rèn)為地球繞太陽轉(zhuǎn)，日心說認(rèn)為太陽繞地球轉(zhuǎn) B．地心說認(rèn)為太陽繞地球轉(zhuǎn)，日心說認(rèn)為地球繞太陽轉(zhuǎn) C．地心說因?yàn)椴环峡茖W(xué)觀測的結(jié)果所以與教會(huì)的觀點(diǎn)不合 D．日心說一提出來就被廣大人民接受，因?yàn)樗欠峡茖W(xué)的【解答】解：地心說認(rèn)為太陽及其它天體圍繞地球運(yùn)動(dòng)，日心說認(rèn)為太陽是銀河系的中心，而不是地球，地球繞太陽轉(zhuǎn)，因此A錯(cuò)誤，B正確。由于古代入缺乏足夠的宇宙觀測數(shù)據(jù)，以及懷著以人為本的觀念，因此他們誤認(rèn)為地球就是宇宙的中心，而其他的星體都是繞著她而運(yùn)行的。天主教教會(huì)接納此為世界觀的“正統(tǒng)理論”，故C錯(cuò)誤。日心說一提出來就受到人們及教會(huì)的抵觸，認(rèn)為他是邪說，故D錯(cuò)誤。故選：B。（2023春?定海區(qū)校級(jí)月考）我們利用如圖的氣球做了關(guān)于星系運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)的模擬實(shí)驗(yàn)，以下各實(shí)驗(yàn)步驟所描述的星系運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)中，錯(cuò)誤的是（）A．在氣球表面畫上的這些小圓，是模擬宇宙中的星系 B．給氣球充氣，使氣球不斷地脹大，是模擬宇宙的膨脹 C．觀察氣球脹大過程中各圓點(diǎn)間距離的變化感知星系運(yùn)動(dòng) D．氣球脹大時(shí)，對甲圓點(diǎn)而言，乙圓點(diǎn)的分離速度比丙快一些【解答】解：A、用氣球做關(guān)于星系運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)的模擬實(shí)驗(yàn)，用畫的小圓模擬宇宙中的星系，故A正確；B、給氣球充氣，使氣球不斷地脹大，用來模擬宇宙膨脹，故B正確；C、各個(gè)小圓點(diǎn)之間的距離變化，說明了星系距離在變大，說明星系運(yùn)動(dòng)，故C正確；D、充氣時(shí)氣球以球狀脹大，對甲圓點(diǎn)而言，乙圓點(diǎn)的分離速度小于丙，故D錯(cuò)誤。故選：D。題型2宇宙的組成（2024?嘉興二模）如圖，在北半球用照相機(jī)對著北極星附近的星空長時(shí)間曝光拍攝，可以得到以北極星為圓心的星跡影像，原因是（）A．地球繞著北極星運(yùn)動(dòng) B．北極星位于銀河系中心 C．恒星都繞著北極星公轉(zhuǎn) D．地球的自轉(zhuǎn)軸正對著北極星【解答】解：A.地球繞著太陽運(yùn)動(dòng)，故A錯(cuò)誤；B.太陽位于銀河系中心，故B錯(cuò)誤；C.恒星都繞著太陽公轉(zhuǎn)，故C錯(cuò)誤；D.地球的自轉(zhuǎn)軸正對著北極星，北極星位于北極點(diǎn)，故D正確。故選：D。

北極星指示正北方向，而相機(jī)對準(zhǔn)北極星，附近星辰軌跡則是以北極星為中心的同心圓。（2024?越城區(qū)校級(jí)一模）科學(xué)家發(fā)現(xiàn)一顆名為開普勒62E的宜居行星。如圖所示為該行星與其繞轉(zhuǎn)的恒星所組成的天體系統(tǒng)，該天體系統(tǒng)相當(dāng)于宇宙結(jié)構(gòu)層次中的（）A．地月系 B．太陽系 C．銀河系 D．河外星系【解答】解：一顆行星在一顆恒星附近，因此該星系相當(dāng)于宇宙結(jié)構(gòu)層次中的太陽系。故選：B。（2024?寧波模擬）我們的宇宙蘊(yùn)藏著無窮的奧秘。下列說法錯(cuò)誤的是（）A．河外星系譜線紅移可以推斷星系之間正在相互退行遠(yuǎn)離 B．從側(cè)面看，銀河系的主體像一個(gè)中間凸起的大透鏡 C．太陽黑子、日珥等太陽活動(dòng)對人類的生產(chǎn)、生活沒有影響 D．“天宮二號(hào)”、“天舟一號(hào)”等都是探索宇宙奧秘的航天器【解答】解：A、宇宙由物質(zhì)構(gòu)成，紅移現(xiàn)象更加說明了物質(zhì)處于不停地運(yùn)動(dòng)和發(fā)展之中，星系正在離我們而去，觀點(diǎn)正確，不符合題意。B、從側(cè)面看，銀河系的主體中間比邊緣厚，所以像一個(gè)凸起的大透鏡，觀點(diǎn)正確，不符合題意。C、太陽黑子實(shí)際上是太陽表面一種熾熱氣體的巨大漩渦，太陽是地球上光和熱的源泉，它的一舉一動(dòng)，都會(huì)對地球產(chǎn)生各種各樣的影響，黑子是太陽上物質(zhì)的一種激烈的活動(dòng)現(xiàn)象，所以對地球的影響很明顯，觀點(diǎn)錯(cuò)誤，符合題意。D、“天宮二號(hào)”、“天舟一號(hào)”等都是探索宇宙奧秘的航天器，觀點(diǎn)正確，不符合題意。故選：C。題型3恒星宇宙中的天體都?xì)v經(jīng)誕生、成長、成熟到衰老、死亡的緩慢演化過程。如圖是人類首次拍攝到的黑洞照片。下列說法錯(cuò)誤的是（）A．黑洞是客觀存在的天體 B．黑洞是一種密度極小的天體 C．光在內(nèi)的所有物質(zhì)都逃脫不了黑洞的引力作用 D．演化的最后階段可能變成黑洞的天體是恒星【解答】解：A、黑洞是客觀存在的天體，A正確；B、黑洞是一種密度極大的天體，B錯(cuò)誤；C、光在內(nèi)的所有物質(zhì)都逃脫不了黑洞的引力作用，C正確；D、演化的最后階段可能變成黑洞的天體是恒星，D正確；故選：B。當(dāng)一顆恒星衰老時(shí)，它的熱核反應(yīng)已經(jīng)耗盡了中心的燃料，由中心產(chǎn)生的能量已經(jīng)不多了。這樣，它再也沒有足夠的力量來承擔(dān)起外殼巨大的重量。所以在外殼的重壓之下，核心開始坍縮，物質(zhì)將不可阻擋地向著中心點(diǎn)進(jìn)軍，直到最后形成體積接近無限小、密度幾乎無限大的星體。而當(dāng)它的半徑一旦收縮到一定程度，質(zhì)量導(dǎo)致的時(shí)空扭曲使得即使光也無法向外射出“黑洞”就誕生了。（2021?南潯區(qū)二模）關(guān)于恒星演化的不同階段，發(fā)光、發(fā)熱消耗的能量說法錯(cuò)誤的是（）A．主序星核能 B．白矮星核能 C．紅巨星核能 D．形成中的恒星引力勢能【解答】解：A、主序星：氫燃燒、也就是氘核聚變?yōu)楹ず酸尫拍芰?，故A正確；B、白矮星是靠溫度降低釋放內(nèi)能，故B錯(cuò)誤；C、發(fā)光紅巨星：氦聚變、碳聚變、氧聚變等，故C正確。D、形成中的恒星：引力勢能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能發(fā)熱、發(fā)光，故D正確。故選：B。下列關(guān)于太陽的說法中，正確的是（）A．太陽位于銀河系的中心 B．太陽是銀河系中的一顆行星 C．太陽是一顆熊熊燃燒著的固體星球 D．太陽是地球上一切生命活動(dòng)的主要能量來源【解答】解：太陽是太陽系的中心，不是銀河系的中心，A錯(cuò)誤。太陽能夠發(fā)光、發(fā)熱，是一顆恒星，B錯(cuò)誤。太陽是一顆熾熱的氣體球，C錯(cuò)誤。太陽產(chǎn)生的太陽輻射是地球上一切生命活動(dòng)的主要能量來源，D正確。故選：D。2022年10月，我國科學(xué)家利用中國天眼（FAST）在致密星系群——“斯蒂芬五重星系”及周圍天區(qū)發(fā)現(xiàn)了1個(gè)尺度約為200萬光年的巨大原子氣體系統(tǒng)，該系統(tǒng)比銀河系大20倍，為研究宇宙打開了一個(gè)嶄新的窗口。關(guān)于宇宙，下列說法正確的是（）A．光年作為時(shí)間單位，可以衡量銀河系的直徑 B．熱大爆炸導(dǎo)致宇宙空間處處膨脹，且溫度相應(yīng)下降 C．宇宙的結(jié)構(gòu)層次是：太陽系→銀河系→河外星系→宇宙 D．“地心說”宇宙體系在科學(xué)發(fā)展史上的作用是發(fā)展“日心說”宇宙體系【解答】解：光年是光在真空中行進(jìn)一年所經(jīng)過的距離，是長度單位，A錯(cuò)誤。熱大爆炸導(dǎo)致宇宙空間處處膨脹，且溫度相應(yīng)下降，B正確。宇宙包含銀河系和河外星系，銀河系包含太陽系，C錯(cuò)誤?！暗匦恼f”宇宙體系在科學(xué)發(fā)展觀上的作用是打破了天圓地方的宇宙觀，建立了宇宙空間的觀念，D錯(cuò)誤。故選：B。關(guān)于宇宙大爆炸，下列說法錯(cuò)誤的是（）A．大爆炸引起的宇宙膨脹一直延續(xù)至今，并將延續(xù)下去 B．大爆炸宇宙模型認(rèn)為，“原始火球”的溫度極高、密度極大 C．“原始火球”的爆炸導(dǎo)致宇宙空間處處膨脹，溫度則相應(yīng)下降 D．宇宙誕生于距今約137年前的一次原始火球大爆炸【解答】解：宇宙大爆炸理論認(rèn)為宇宙形成于“原始火球”的大爆炸，該“原始火球”密度極大、溫度極高，爆炸后宇宙溫度逐漸下降，宇宙空間處處膨脹，且該膨脹一直延續(xù)至今并將持續(xù)下去，ABC說法正確，不符合題意。宇宙大爆炸理論認(rèn)為宇宙誕生于距今150億年前的一次大爆炸，D說法錯(cuò)誤，符合題意。故選：D。大爆炸理論認(rèn)為，我們的宇宙起源于137億年前的一次大爆炸。除開始瞬間外，在演化至今的大部分時(shí)間內(nèi)，宇宙基本上是勻速膨脹的。上世紀(jì)末，對1A型超新星的觀測顯示，宇宙膨脹情況發(fā)生了變化。有人根據(jù)宇宙的膨脹，畫出大致反映宇宙大小的宇宙半徑R和宇宙年齡t的關(guān)系的圖像（如圖），則目前宇宙的膨脹趨向（）A．勻速膨脹 B．減速膨脹 C．加速膨脹 D．沒有變化【解答】解：圖象中的縱坐標(biāo)宇宙半徑R可以看作是星球發(fā)生的位移x，因而其切線的斜率就是宇宙半徑增加的快慢程度。由圖可知，其半徑增加的速度越來越大，宇宙加速膨脹，所以C準(zhǔn)確。故選：C?；鹦鞘侨祟愖罡信d趣的行星之一，隨著各種探測器靠近或登陸火星，人們對火星的認(rèn)識(shí)有了很大的提高：火星大氣中95%是二氧化碳，還有少量的氮?dú)狻錃?，大氣壓?﹣7百帕，還找到火星上有液態(tài)水存在過的證據(jù)．根據(jù)以上認(rèn)識(shí)，下列推斷中正確的是（）A．鋼鐵在火星上容易生銹 B．火星上一定存在生命 C．聲音不能在火星大氣中傳播 D．火星上可形成風(fēng)【解答】A.鐵生銹的條件：同時(shí)直接與氧氣、水接觸，火星主要成分是二氧化碳，少量的氮?dú)?、氫氣，沒有氧氣，故鋼鐵在火星上不容易生銹，故A錯(cuò)誤；B.一般生命沒有氧氣不能存活，但并不是所有生命的存在都需要氧氣，火星上可能存在生命，故B錯(cuò)誤；C.聲音可以在氣體中傳播，火星上有氣體存在，故聲音可以在火星大氣中傳播，故C錯(cuò)誤；D.氣體流動(dòng)形成風(fēng)，火星上有氣體，就會(huì)有流動(dòng)，火星上可形成風(fēng)，故D正確；故選：D。觀察太陽系九大行星，可發(fā)現(xiàn)沒有巖石外殼、體積龐大、平均密度較小的巨行星，如：木星、土星；遠(yuǎn)日行星，如：天王星、海王星等，常處于太陽系的最外圍，造成此種行星處于較外圍的奇特現(xiàn)象，可能原因是（）A．行星形成前，組成物質(zhì)較輕的，受太陽風(fēng)吹至外圍 B．行星形成時(shí)，會(huì)互相碰撞，缺乏巖石外殼的較易被擠撞至外圍 C．行星形成后，質(zhì)量較輕的，受到的太陽引力較小而移至外圍 D．行星形成后，體積較大的，易受隕石撞擊移至外圍【解答】解：行星形成前，組成物質(zhì)較輕的，受太陽風(fēng)吹至外圍，變成類木行星的原始材料，而較重的物質(zhì)則留在太陽系內(nèi)圈，變成類地行星的材料；故選：A。（2023春?開化縣期末）仰望星空，宇宙中有兩顆小行星，一顆是“袁隆平星”，一顆是“吳孟超星”，兩位科學(xué)家的貢獻(xiàn)將永遠(yuǎn)為世人所銘記。下列有關(guān)行星等天體描述不正確的是（）A．太陽系中的小行星集中分布在火星和木星軌道之間 B．太陽系是由太陽、地球和月球組成的星系 C．從側(cè)視圖看，銀河系像個(gè)中間厚、四周薄的鐵餅 D．宇宙是由各種不同的天體系統(tǒng)組成的【解答】解：A.太陽系中的小行星集中分布在火星和木星軌道之間，觀點(diǎn)正確，不符合題意。B.太陽系是以太陽為中心和所有受到太陽的引力約束天體的集合體。包括八大行星（由離太陽從近到遠(yuǎn)的順序：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星）、以及至少173顆已知的衛(wèi)星、5顆已經(jīng)辨認(rèn)出來