《飛出地球》 完整版課件

飛出地球

宇宙的起源

宇宙是廣漠空間和其中存在的各種天體以及彌漫物質(zhì)的總稱。宇宙是物質(zhì)世界，它處于不斷的運(yùn)動和發(fā)展中。

《淮南子.原道訓(xùn)》注：“四方上下曰宇，古往今來曰宙，以喻天地。”即宇宙是天地萬物的總稱。

千百年來，科學(xué)家們一直在探尋宇宙是什么時候、如何形成的。直到今天，科學(xué)家們才確信，宇宙是由大約150億年前發(fā)生的一次大爆炸形成的。

在爆炸發(fā)生之前，宇宙內(nèi)的所存物質(zhì)和能量都聚集到了一起，并濃縮成很小的體積，溫度極高，密度極大，之后發(fā)生了大爆炸。

大爆炸使物質(zhì)四散出擊，宇宙空間不斷膨脹，溫度也相應(yīng)下降，后來相繼出現(xiàn)在宇宙中的所有星系、恒星、行星乃至生命，都是在這種不斷膨脹冷卻的過程中逐漸形成的。

然而，大爆炸而產(chǎn)生宇宙的理論尚不能確切地解釋，“在所存物質(zhì)和能量聚集在一點(diǎn)上”之前到底存在著什么東西？

“大爆炸理論”是伽莫夫于1946年創(chuàng)建的。它是現(xiàn)代宇宙系中最有影響的一種學(xué)說，又稱大爆炸宇宙學(xué)。與其他宇宙模型相比，它能說明較多的觀測事啊實。它的主要觀點(diǎn)是認(rèn)為我們的宇宙曾有一段從熱到冷的演化史。在這個時期里，宇宙體系并不是靜止的，而是在不斷地膨脹，使物質(zhì)密度從密到稀地演化。這一從熱到冷、從密到稀的過程如同一次規(guī)模巨大的爆發(fā)。

根據(jù)大爆炸宇宙學(xué)的觀點(diǎn)，大爆炸的整個過程是：在宇宙的早期，溫度極高，在100億度以上。物質(zhì)密度也相當(dāng)大，整個宇宙體系達(dá)到平衡。宇宙間只有中子、質(zhì)子、電子、光子和中微子等一些基本粒子形態(tài)的物質(zhì)。但是因為整個體系在不斷膨脹，結(jié)果溫度很快下降。當(dāng)溫度降到10億度左右時，中子開始失去自由存在的條件，它要么發(fā)生衰變，要么與質(zhì)子結(jié)合成重氫、氦等元素；化學(xué)元素就是從這一時期開始形成的。溫度進(jìn)一步下降到100萬度后，早期形成化學(xué)元素的過程結(jié)束。

宇宙間的物質(zhì)主要是質(zhì)子、電子、光子和一些比較輕的原子核。當(dāng)溫度降到幾千度時，輻射減退，宇宙間主要是氣態(tài)物質(zhì)，氣體逐漸凝聚成氣云，再進(jìn)一步形成各種各樣的恒星體系，成為我們今天看到的宇宙。

宇宙及其組成和結(jié)構(gòu)

宇宙是有限的還是無限的？有沒有中心有沒有邊？有沒有生老病死有沒有年齡？"這些恐怕是自從有人類的活動以來一直被關(guān)心的問題。為了有一個更清楚的答案，讓我們先來看看它的組成和結(jié)構(gòu)吧。宇宙中的天體絢麗多彩，表現(xiàn)出了極高的層次性。1.行星

我們居住的地球是太陽系的一顆大行星。太陽系一共有九顆大行星：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星。除了大行星以外，還有60多顆衛(wèi)星、為數(shù)眾多的小行星、難以計數(shù)的彗星和流星體等。他們都是離我們地球較近的，是人們了解的較多的天體。那么，除了這些以外，茫茫宇宙空間還有一些什么呢？2.恒星和星云

晴夜，我們用肉眼可以看到許多閃閃發(fā)光的星星，他們絕大多數(shù)是恒星，恒星就是象太陽一樣本身能發(fā)光發(fā)熱的星球。我們銀河系內(nèi)就有1000多億顆恒星。恒星常常愛好“群居”，有許多是“成雙成對”地緊密靠在一起的，按照一定的規(guī)律互相繞轉(zhuǎn)著，這稱為雙星。還有一些是3顆、4顆或更多顆恒星聚在一起，稱為聚星。如果是十顆以上，甚至成千上萬顆星聚在一起，形成一團(tuán)星，這就是星團(tuán)。銀河系里就發(fā)現(xiàn)1000多個這樣的星團(tuán)。

在恒星世界中還有一些亮度會發(fā)生變化的星-變星。它們有的變化很有規(guī)律，有的沒有什么規(guī)律。現(xiàn)在已發(fā)現(xiàn)了2萬多顆變星。有時侯天空中會突然出現(xiàn)一顆很亮的星，在兩三天內(nèi)會突然變亮幾萬倍甚至幾百萬倍，我們稱它們?yōu)樾滦?。還有一種亮度增加得更厲害的恒星，會突然變亮幾千萬倍甚至幾億倍，這就是超新星。

除了恒星之外，還有一種云霧似的天體，稱為星云。星云由極其稀薄的氣體和塵埃組成，形狀很不規(guī)則，如有名的獵戶座星云。

在沒有恒星又沒有星云的廣闊的星際空間里，還有些什么呢？是絕對的真空嗎？當(dāng)然不是。那里充滿著非常稀薄的星際氣體、星際塵埃、宇宙線和極其微弱的星際磁場。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們必定可以發(fā)現(xiàn)越來越多的新天體。3.銀河系及河外星系

隨著測距能力的逐步提高，人們逐漸在越來越大的尺度上對宇宙的結(jié)構(gòu)建立了立體的觀念。這里第一個重要的發(fā)展，是認(rèn)識了銀河。它包含兩重含義，一是了解了銀河的形狀，二是認(rèn)識了河外天體的存在。

銀河系是太陽所屬的一個龐大的恒星集團(tuán)，約包括1011顆恒星。這種恒星集團(tuán)叫星系。銀河系中大部分恒星分布成扁平的盤狀。盤的直徑為25kpc（千秒差距，1秒差距＝3.26光年＝3.09億億米），厚度約為2kpc。盤的中心有一球狀隆起，稱為核球。盤的外部由幾條旋臂構(gòu)成。太陽位于其中一條旋臂上，距離銀心約7kpc。銀盤上下有球狀的延展區(qū)，其中恒星分布較稀疏，稱為銀暈。暈的總質(zhì)量約占整體的10%，直徑約為30kpc。我們的太陽，就其光度，質(zhì)量和位置講，都只是銀河系中一個極普通的成員。

此外重要的是，并非天穹上一切發(fā)光體都是銀河系的一部分。設(shè)想有一個類似銀河系的恒星集團(tuán)，處于500kpc的距離上（銀河自身大小為30kpc）。其表觀亮度與2pc遠(yuǎn)處一顆類似太陽的恒星是一樣的。因此對天穹上的某個光點(diǎn)，只有測定它的距離，才能區(qū)分它是銀河系內(nèi)的恒星還是銀河系外的另一個星系。實際上，天穹上的大多數(shù)光點(diǎn)是銀河系的恒星，但也有相當(dāng)大量的發(fā)光體是與銀河系類似的巨大恒星集團(tuán)，歷史上曾被誤認(rèn)為是星云，我們稱它們?yōu)楹油庑窍?，現(xiàn)在已知道存在1000億個以上的星系，著名的仙女星系、大小麥哲倫星云就是肉眼可見的河外星系。星系的普遍存在，表明它代表宇宙結(jié)構(gòu)中的一個層次，從宇宙演化的角度看，它是比恒星更基本的層次。

星系的質(zhì)量差別很大。銀河系的質(zhì)量約為1011M⊙(太陽質(zhì)量單位)。在明亮的星系中，這是典型的大小。質(zhì)量很小的星系太暗，不易看到。小星系的質(zhì)量可低達(dá)106M⊙。星系的典型尺度為幾十千秒差距。若對視星等在23等以內(nèi)的星系作統(tǒng)計，星系總數(shù)在109以上。

20世紀(jì)60年代以來，天文學(xué)家還找到一種在銀河系以外象恒星一樣表現(xiàn)為一個光點(diǎn)的天體，但實際上它的光度和質(zhì)量又和星系一樣，我們叫它類星體，現(xiàn)在已發(fā)現(xiàn)了數(shù)千個這種天體。4.星系團(tuán)

當(dāng)我們把觀測的尺度再放大，宇宙可看成由大量星系構(gòu)成的"介質(zhì)"，而恒星只是星系內(nèi)部細(xì)致結(jié)構(gòu)的表現(xiàn)。這樣，為了了解宇宙結(jié)構(gòu)，需關(guān)心星系在空間的分布規(guī)律。

星系的空間分布不是無規(guī)的，它也有成團(tuán)現(xiàn)象。上千個以上的星系構(gòu)成的大集團(tuán)叫星系團(tuán)。大約只有10%星系屬于這種大星系團(tuán)。大部分星系只結(jié)成十幾、幾十或上百個成員的小團(tuán)?？梢钥隙ǖ氖?，星系團(tuán)代表了宇宙結(jié)構(gòu)中比星系更大的一個新層次。這層次的尺度大小為百萬秒差距，平均質(zhì)量是星系平均質(zhì)量的100倍。5.大尺度結(jié)構(gòu)

今天人們把10Mpc以上的結(jié)構(gòu)稱為宇宙的大尺度結(jié)構(gòu)（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(yuǎn)不是十分明確的。有趣的是，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(jié)構(gòu)。這一層次的結(jié)構(gòu)叫超星系團(tuán)。它的典型尺度為幾十兆秒差距。

從演化理論來考慮，尺度大到一定程度，應(yīng)不再有結(jié)構(gòu)存在。這是否符合事實，以及這尺度多大，都是十分重要，并需要有大尺度觀測來回答的問題?，F(xiàn)今對宇宙在50Mpc以上是否還有顯著的結(jié)構(gòu)現(xiàn)象存在，正是人們熱烈爭論中的焦點(diǎn)。

總之，若把星系看成宇宙物質(zhì)的基本單元，那么星系的分布狀況就是宇宙結(jié)構(gòu)的表現(xiàn)?，F(xiàn)在看來，直至50Mpc的尺度為止，星系的分布呈現(xiàn)有層次的結(jié)構(gòu)。這就是我們對宇宙面貌的基本認(rèn)識。銀河和銀河系

我們?nèi)庋劭匆姷乃泻阈?，以及許許多多因為太暗而肉眼看不見的恒星，還包括我們的太陽和太陽系在內(nèi)，都屬于一個巨大的恒星系統(tǒng)，即銀河系。銀河系中還包括許多星團(tuán)、星際介質(zhì)和星云。

銀河和銀河系

“不識廬山真面目，只緣身在此山中。“我們身處銀河系之中，能夠看到的是一條橫貫夜空的銀河。這是一條朦朧不清的光帶，綿延天空一整周。平均寬度約為20度。銀河是由許多遙遠(yuǎn)的恒星組成的，表明了銀河系的恒星在這一帶非常密集。在銀河中還可以看待許多暗帶，說明在銀河的方向上有大量的星際介質(zhì)和暗星云存在。

現(xiàn)已知道，銀河系的中心有一個突起的核球，半徑有一萬多光年，里面的物質(zhì)非常密集，充滿了濃厚的星際介質(zhì)和星云。銀河系還有一個扁平的盤，稱為銀盤。硬盤中恒星很密集，還有各種星際介質(zhì)和星云及星團(tuán)。銀盤的直徑有10多萬光年，厚度只有幾千光年。我們看到的銀河，就是銀盤中遙遠(yuǎn)的恒星密集在一起形成的。銀盤一個非常引人注目的結(jié)構(gòu)是有旋渦狀的旋臂，因此銀河系屬于旋渦星系。

銀河系除了核球和銀盤以外，還有一個很大的暈，稱為銀暈。銀暈中的恒星很稀少，還有為數(shù)不多的球狀星團(tuán)。銀暈的半徑可能伸展到30萬光年之遠(yuǎn)。銀河系的結(jié)構(gòu)、大小和運(yùn)動

銀河系具有自轉(zhuǎn)運(yùn)動，但不像我們地球這樣整體轉(zhuǎn)動。銀河系自轉(zhuǎn)的速度，起先隨離開銀河系中心的距離增大而增大，但達(dá)到幾十萬光年后就停止增加，直到銀暈中很遠(yuǎn)處都大致保持不變。

太陽在銀河系中位于銀盤之內(nèi)，離開銀河系中心約2.6萬光年。太陽參加銀河系自轉(zhuǎn)的速度每秒200多千米。假定銀河系中的恒星質(zhì)量都與太陽相同(這并不是事實)，那么可以推算出，在銀河系中，大約有1000多億顆恒星。地球概況地球基本參數(shù)平均赤道半徑:ae=6378136.49米

平均極半徑:ap=6356755.00米

平均半徑:a=6371001.00米

赤道重力加速度:ge=9.780327米/秒2

平均自轉(zhuǎn)角速度:ωe=7.292115×10-5

弧度/秒

扁率:f=0.003352819

質(zhì)量:M⊕=5.9742×1024

公斤地心引力常數(shù):GE=3.986004418×1014

米3/秒2

平均密度:ρe=5.515克/厘米3

太陽與地球質(zhì)量比:S/E=332946.0

太陽與地月系質(zhì)量比:S/(M+E)=328900.5

回歸年長度:T=365.2422天

離太陽平均距離:A=1.49597870×1011

米

逃逸速度:v=11.19公里/秒

表面溫度:t=-30～+45

表面大氣壓:p=1013.250毫巴大氣圈

大氣圈是地球外圈中最外部的氣體圈層，它包圍著海洋和陸地。大氣圈沒有確切的上界，在2000～16000公里高空仍有稀薄的氣體和基本粒子。在地下，土壤和某些巖石中也會有少量空氣，它們也可認(rèn)為是大氣圈的一個組成部分。地球大氣的主要成份為氮、氧、氬、二氧化碳和不到0.04％比例的微量氣體。地球大氣圈氣體的總質(zhì)量約為5.136×1021克，相當(dāng)于地球總質(zhì)量的百萬分之0.86。由于地心引力作用，幾乎全部的氣體集中在離地面100公里的高度范圍內(nèi)，其中75％的大氣又集中在地面至10公里高度的對流層范圍內(nèi)。根據(jù)大氣分布特征，在對流層之上還可分為平流層、中間層、熱成層等。水圈

水圈包括海洋、江河、湖泊、沼澤、冰川和地下水等，它是一個連續(xù)但不很規(guī)則的圈層。從離地球數(shù)萬公里的高空看地球，可以看到地球大氣圈中水汽形成的白云和覆蓋地球大部分的藍(lán)色海洋，它使地球成為一顆"藍(lán)色的行星"。地球水圈總質(zhì)量為1.66×1024克，約為地球總質(zhì)量的3600分之一，其中海洋水質(zhì)量約為陸地（包括河流、湖泊和表層巖石孔隙和土壤中）水的35倍。如果整個地球沒有固體部分的起伏，那么全球?qū)⒈簧钸_(dá)2600米的水層所均勻覆蓋。大氣圈和水圈相結(jié)合，組成地表的流體系統(tǒng)。生物圈

由于存在地球大氣圈、地球水圈和地表的礦物，在地球上這個合適的溫度條件下，形成了適合于生物生存的自然環(huán)境。人們通常所說的生物，是指有生命的物體，包括植物、動物和微生物。據(jù)估計，現(xiàn)有生存的植物約有40萬種，動物約有110多萬種，微生物至少有10多萬種。據(jù)統(tǒng)計，在地質(zhì)歷史上曾生存過的生物約有5－10億種之多，然而，在地球漫長的演化過程中，絕大部分都已經(jīng)滅絕了?，F(xiàn)存的生物生活在巖石圈的上層部分、大氣圈的下層部分和水圈的全部，構(gòu)成了地球上一個獨(dú)特的圈層，稱為生物圈。生物圈是太陽系所有行星中僅在地球上存在的一個獨(dú)特圈層。中國首枚人造地球衛(wèi)星東方紅1號1970年4月24日，中國第一顆人造地球衛(wèi)星從酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心升空，在太空晝夜不停地向全球播放“東方紅”樂曲和遙測信號，向全世界宣布中國已進(jìn)入宇宙空間。我國首次載人航天大回放：非凡21小時中國首位航天員楊利偉

楊利偉，男，漢族，遼寧綏中縣人，中共黨員，大學(xué)文化。1965