天體物理選修課論文

1、淺談天文學宇宙中有第二個地球嗎？宇宙是如何形成的？為什么地球能產生生命？太陽的運動對 地球有什么影響？瑪雅人為什么會消失？天文學中的十萬個為什么總能勾起人們的求知欲 望！天文學是自然科學中的一門基礎學科，它和人類歷史同樣悠久。天文學的研究內容和許 多概念總是伴隨著人類社會的文明和進步而不斷發(fā)展的。在望遠鏡發(fā)明以前，天文觀測采用的是目視方法，直接觀測天體在天空的視位置和視運 動，另外也粗略的估計星星的亮度和顏色。17世紀以后相繼有了望遠鏡、分光鏡和光度計， 不僅提高了天體位置觀測的準確度，而且擴大了人們對宇宙的認識。到了20世紀，由于大 口徑望遠鏡的問世，使得人類探測宇宙的深度和廣度與日俱增，不

2、少模型、學說由觀測得到 證實，新天體、新發(fā)現大量涌現。20世紀30年代以后，人們越來越廣泛的使用無線電方法 研究天體和宇宙間的輻射，從而誕生了射電天文學。20世紀50年代人造地球衛(wèi)星發(fā)射成功， 人類把觀測范圍由地面擴展到地外空間，天文學家可以自由地探測天體的各種輻射。現代， 天文空間探測已經有了長足的發(fā)展，人類不僅把望遠鏡送上天，而且借助太空飛行器踏上月 球，或把儀器送到其他行星上進行直接觀測或實驗。我一直都覺得天文學是一門很神秘的學科，尤其在觀看課堂的視頻后，真是不得不感嘆 天文學的魅力，以及現在科學的強大。對于天文學，我最感興趣的是以下幾個方面：一、宇宙大爆炸宇宙大爆炸(Big Bang)

3、是一種學說，是根據天文觀測研究后得到的一種設想。大約在 150億年前，宇宙所有的物質都高度密集在一點，有著極高的溫度，因而發(fā)生了巨大的爆炸。 大爆炸以后，物質開始向外大膨脹，就形成了今天我們看到的宇宙。比利時牧師、物理學家喬治勒梅特首先提出了關于宇宙起源的大爆炸理論，但他本人 將其稱作“原生原子的假說”。這一模型的框架基于了愛因斯坦的廣義相對論，并在場方程 的求解上作出了一定的簡化。描述這一模型的場方程由蘇聯物理學家亞歷山大弗里德曼于 1922年將廣義相對論應用在流體上給出。1929年，美國物理學家埃德溫哈勃通過觀測發(fā) 現從地球到達遙遠星系的距離正比于這些星系的紅移，這一膨脹宇宙的觀點也在19

4、27年被 勒梅特在理論上通過求解弗里德曼方程而提出，這個解后來被稱作弗里德曼-勒梅特-羅伯遜 -沃爾克度規(guī)。哈勃的觀測表明，所有遙遠的星系和星團在視線速度上都在遠離我們這一觀 察點，并且距離越遠退行視速度越大。如果當前星系和星團間彼此的距離在不斷增大，則說 明它們在過去的距離曾經很近。從這一觀點物理學家進一步推測：在過去宇宙曾經處于一個 極高密度且極高溫度的狀態(tài)，在類似條件下大型粒子加速器上所進行的實驗結果則有力地支 持了這一理論。2003年2月12日，美國宇航局公布了探測器拍到的宇宙“嬰兒期照片”，為宇宙大 爆炸理論提供了新的依據。根據這張照片科學家還精確地測量出了宇宙的實際年齡是137 億

5、年。圖片中的微波光線來自宇宙大爆炸后的38萬年，大約是在130多億年前。美國宇航 局的科學家說，這張照片中可以觀測到的輻射是一種電磁波，它充滿了整個宇宙。電磁波 里包含的微觀模型信息，顯示了形成星系以及我們周圍一切結構的萌芽的特征。這次公開的 宇宙“嬰兒期照片”清晰地顯示了這個遺跡的存在，有力地支持了宇宙大爆炸理論。另外， 圖片還顯示宇宙中最早的恒星誕生于宇宙大爆炸發(fā)生的2億年后，比許多科學家認為的要早 得多。宇宙起初是由不斷相互影響的粒子和射線所構成的一團熾熱且無定形的云狀物組成 的：大爆炸后又過了40萬年，宇宙膨脹和冷卻到一定程度時，電子和質子結合成中性原子， 它們再與周圍的射線相互影響。

6、經過科學研究，目前被絕大多數人接受的結論是：宇宙誕生之前，沒有時間，沒有空間， 也沒有物質和能量。大約150億年前，在這片四大皆空的“無”中，一個體積無限小的點爆 炸了。時空從這一刻開始，物質和能量也由此產生，這就是宇宙創(chuàng)生的大爆炸。但，若真是 四大皆空的狀態(tài)，那么宇宙為何會爆炸？爆炸后的物質又是從哪里來的？不是說自然界的一 切物質都是守恒的，那么這個宇宙大爆炸是如何無中生有的呢？二、黑洞黑洞(blackhole)是由一個只允許外部物質和輻射進入而不允許物質和輻射從中逃離 的邊界即視界所規(guī)定的時空區(qū)域。根據第七節(jié)課影片的介紹，黑洞的產生過程類似于中子星的產生過程；恒星的核心在自 身重量的作用下

7、迅速地收縮，發(fā)生強力爆炸。當一顆恒星衰老時，它的熱核反應已經耗盡了 中心的燃料(氫)，由中心產生的能量已經不多了。這樣，它再也沒有足夠的力量來承擔起 外殼巨大的重量。所以在外殼的重壓之下，核心開始坍縮，直到最后形成體積小、密度大的 星體，重新有能力與壓力平衡。物質將不可阻擋地向著中心點進軍，直至成為一個體積很小、 密度趨向很大。而當它的半徑一旦收縮到一定程度，巨大的引力就使得即使光也無法向外射 出，從而切斷了恒星與外界的一切聯系一一“黑洞”誕生了。2010年11月16日凌晨1點 30分，美國宇航局宣稱，科學家通過美國宇航局錢德拉X射線望遠鏡在距地球5000萬光年 處發(fā)現了僅誕生30年的黑洞。這

8、是有史以來所發(fā)現的最年輕的黑洞。據科學家揣測，銀河系的中心是一個超巨型黑洞。超巨黑洞位于星系中心，據推測每個 星系都有，質量一般約為星系總質量的0.5%。目前，關于超巨黑洞的形成主要有兩種理論。 一種觀點認為，它可能是隨著星系的誕生一次性產生的。但也有推測說，超巨黑洞是以質量 更小的黑洞為基礎形成的，后者就好比是一些“種子”，隨著時間的推移進化成了巨型黑洞。因為所有的能量都是守恒的，科學家們提出設想，既然宇宙中有黑洞，那么一定存“白 洞”。黑洞可以用強大的吸力把任何物體都吸進去，而白洞可以把這些東西都吐出來?？茖W 家們設想，黑洞與白洞是連在一起的，黑洞把物質吸進去，物質在里面會經過一個叫做“奇

9、 異點”的東西，然后物質就到達了白洞的“管轄范圍”，會被白洞“吐”出來。然后物質就 到達了另一個宇宙（第一平行宇宙到達第二平行宇宙）。但是，如果白洞存在，所有的物體 將會以極快的速度離開。這會是我們這個宇宙形成的原因嗎？我們是否就生活在被白洞所拋 出的物質至上呢？三、太陽活動與農業(yè)生產太陽活動主要是指周期為11年左右的太陽黑系活動和太陽爆發(fā)活動，它們將對地球上 的水文、氣候、地震活動以及無線電通訊、衛(wèi)星運行和人類健康有極大的影響。對太陽黑子 的活動，我國早在2000多年前（公元前4 3年漢光帝永光元年）漢書中就有“日 中黑子，大如彈丸”的記載。1 8 4 4年德國天文學家許瓦培首先提出太陽黑子

10、活動具有周 期性變化，其平均長度約為111年。后經國際規(guī)定，從資料比較可靠的1755年那次黑子數 量最低年起作為第一個周期。從1755年到1976年，即第一周到2 1周始，從1 9 8 6年 起太陽黑子活動使進入第22周，1990年太陽活動進人高峰期，黑子活動和太陽耀斑活動頻 繁。在太陽黑子活動的每個周期中，太陽黑子數通常從極小直徑經34年后達到黑子數的 極大值，到極大值后黑子數下降較慢，大約要經78年后才降到黑子數的極小值，然后開 始下一周期。峰年間隔最長17.1年（第4周），最短7.3年（第7周），平均周期為11.1 年。黑子極大年又稱“太陽活動峰年”。太陽活動周期的氣候變化。太陽輻射是地

11、球上能量的主要源泉，也是支配地球氣候的 外因中重要的因素之一。反映在太陽黑子數的變化是，當太陽黑子數增多時，太陽活動增強， 結果使地球氣溫升高；當太陽黑子數出現特多時，有時太陽輻射反而減弱，使地球氣溫下 降。氣象學家從長期的氣候變化規(guī)律中觀測到，太陽黑子活動周期的單數周與雙數周氣候變 化存在著明顯的差異。在太陽黑子活動周期數的單數周，氣候一般都是由冷轉暖；在雙數 周氣候一般都是由暖變冷。研究指出，在太陽發(fā)生耀斑大爆發(fā)后的一個月內，一些地方的 地面溫度有明顯的升高。黑子峰年和谷年或峰年、谷年附近，會出現大范圍氣溫偏低，春 寒，夏韶之氣候。我國著名氣象學家竺可楨等人曾利用大量的歷史資料，發(fā)現太陽活

12、動頻繁， 我國往往是南澇北早，1 9 8 0年，1 9 9 1年正是太陽活動峰年，長江中、下游出現了 嚴重的洪澇災，莊稼被淹，而北方卻千旱，伏雨奇映。太陽活動峰年與氣候異常。根據統計分析資料表明，天氣和氣候異常與太陽黑子活動似 乎有一定相關性。太陽活動峰年，大氣徑向（南北向）環(huán)流加強、發(fā)展，有利于南北冷暖空 氣交換，造成溫帶氣旋活動次數增多，高空多大槽大脊活動，多暴風雪、大到暴雨、雷陣雨、 冰雹等強對流性天氣。同時。當冷空氣頻繁南下時，天氣寒冷，暖空氣北上時，回暖快，升 溫多。在冬春季節(jié)常有寒潮、降溫，冷雨濕雪，春寒夏涼的天氣。太陽活動與農業(yè)生產的關 系極為密切，這種相關的科學依據，目前科技界

13、還只能作一些粗淺的研究和分析。我們只有 掌握和利用太陽活動規(guī)律，合理安排生產，方可奪取農業(yè)豐收。四、瑪雅預言關于瑪雅人預言的2012世界末日是我最感興趣的一個部分。地球上有多處跡象表明瑪 雅人曾經生活在這個地球上過，可是他們?yōu)槭裁聪Я?？在過去的時間里，也曾有許多關于 世界末日的說法，但當所被預言的那一刻真正到來時，所有的預言就不攻自破了。那么瑪雅 預言也是這樣嗎？隨著2012的漸漸來臨，關于瑪雅預言的有關事跡、傳聞、猜測越來越多。 瑪雅預言受到了前所未有的關注！根據瑪雅歷法的預言傳說，我們所生存的世界，共有五次毀滅和重生周期一一每一周期 即所謂的“太陽紀”。按照這一傳說，現在我們正處在第四個

14、“太陽紀”，而2012年左右將 是“第5太陽紀”的開始；并且，當時的瑪雅人認為，在每一紀結束時，都會在我們生存的 家園上演一出驚心動魄的毀滅悲劇?，斞蓬A言為何會受到如此多的關注呢？瑪雅人認為一個月等于20天，一年等于18個月，再加上每年之中有5未列在內的忌日： 一年實際的天數為365天，這正好與現代人對地球自轉時程的認識相吻合?，斞琶褡逶谔煳?學方面的成就是十分突出的。瑪雅古國有五大預言：1：瑪雅文明的終結。也就是他自己的末日，自己預測到了。卻改變不了。2：汽車，飛機，火箭的出現時期。3：大魔頭（希特勒）的出生和死亡的大致時期。4：毀滅性戰(zhàn)爭的爆發(fā)時期（一二戰(zhàn)）。5： 2012年12月21日太

15、陽落下以后。將不會出現。這五大預言中的前四個都已準確的實現，如今就差世界末日這一預言。它會像前四個預 言一樣準確的實現嗎？科學家對瑪雅預言并不信以為然，他們首先利用瑪雅歷法來揭穿所謂的“世界末日”預 言?，斞艢v法并沒有結束于2012年，因此瑪雅人自己也沒有把這一年當作是世界的末日。 不過，2012年12月21日（冬至）肯定是瑪雅人的一個重要日子。美國科爾蓋特大學考古 天文學家安東尼-阿維尼是一名瑪雅文化研究專家。阿維尼表示，“在瑪雅歷法中，1872000 天算是一個輪回，即5125.37年?！爆斞湃藢τ跁r間的計算比其他許多文化都要精細。阿維尼介紹說，瑪雅人曾經發(fā)明了所 謂的“長歷法”，這種歷法

16、把最初的計算時間一直追溯到瑪雅文化的起源時間，即公元前3114 年8月11日。根據“長歷法”，到2012年冬至時，就意味著當前時代的時間結束，即完成 了 5125.37年的一個輪回。長歷法于是重新開始從“零天”計算，又開始一個新的輪回。阿 維尼認為，“這僅僅是一個重新計時的思想，與我們每年元旦或周一早上重新開始一年或一 周生活完全一樣?！币灿幸环N這樣的說法，地球環(huán)境正在遭受前所未有的破壞，2012世界末日說純粹是為 了提醒人類保護地球的重要性。最近世界總是不太平靜，地震、暴雨不停侵襲著人類的家園， 造成人類巨大的損失。無論2012是否真的存在，我們都應該珍惜每一天的美好生活！五、外星文明茫茫宇

17、宙中，地球上的人類建立的文明是微不足道的。因為地球文明是如此短暫，人類 開始創(chuàng)造文明才不過幾萬年，發(fā)展科學技術不過幾百年，探索航天技術不過幾十年，這和地 球年齡的46億年、銀河系年齡100億至150億年相比，何異于滄海一粟。因此，我始終堅 信外星人是真實存在的，他們就在我們的周圍，在某一個星球上，只是我們的科學技術還不 夠發(fā)達，我們無法發(fā)現對方。早在19世紀，人們就在想辦法和外星文明聯系上。在20世紀的四分之一的時間中，我 們已在不停地用電波轟擊太空，現在電波在所有方向上已經傳播了70光年，覆蓋了數千個 恒星系統。我們可以設想，某個星球上的智慧生命，現在已經打開收音機，正在收聽地球上 的一些流

18、行歌曲。目前科學家一直不懈的努力著、假設著外星人的一切，外星人居住的環(huán)境或許與地球相 似，但由于大氣比例不同，他們生活的星球或許比地球高溫，或許比地球潮濕，或許比地球 壓強大。或許那個存在生物的星球的環(huán)境真的會像視頻中那樣，有飛鯨、跟蹤鳥、氣球草。天文學的一切以其未知性和不確定性不停的勾起人們的求知欲望。人們不停假設、不停 研究，想要知道宇宙是如何形成的？黑洞究竟是怎么一回事？外星文明是否存在？外星人是 什么模樣？天文學的研究對于我們的生活有很大的實際意義，對于人類的自然觀有很大的影響。本 學期我選修了天體物理概觀這門課程，向老師繪聲繪色的講課、播放有趣的天文短片， 都讓我收獲了很多關于天文學的知識，也有了不少感想，使我對天文學的定義、研究方向、 研究領域、研究理論以及矮行星和中子星等重要的天體有了系統的了解，也豐富了我 的知識體系，拓寬了我的知識面。我期待天文學取得更大的進展，也期待我國的科學 事業(yè)的發(fā)展越來越好。最后，祝老師身體健康，萬事如意！參考文獻： HYPERLINK /view/20776.htm /view/20776.htm HYPERLINK /wiki/%E5%A4%A9%E6%96%87%E5%AD%B8 /wiki/%E5%A4%A9%E6%96%87%E5%AD%B8 HYPERLINK /gp/feature.html