幾種天文學說

幾種天文學說制作：黃河目錄1黑洞 12黑子·日珥·耀斑 23宇宙的年齡 24地心說 35日心說 36大爆炸說 47星云說 48蓋天說 59渾天說 610宣夜說 61黑洞HYPERLINK返回目錄黑洞相信大家都聽說過吧，但是，黑洞到底是什么一個東西？它背后隱藏著什么秘密呢？現在讓我來揭開它神秘的面紗吧。黑洞和宇宙中的眾多行星、恒星一樣是一種天體，它實際上也是星體而不是一個“洞”。那么我們?yōu)槭裁捶Q它為黑洞而不叫黑星呢？其實黑洞是一個很形象的名稱，因為黑洞不能反射出任何光線（根據光學知識可知不反射光線的物體是黑色的）而且，在它旁邊經過的任何物體都會掉進這個“無底洞”，所以科學家就形象地稱它為黑洞。那黑洞是怎樣使附近的物體掉進去的呢？我們知道現在我們能站在地上是因為有地球的引力，其實，任何有質量的物體都會對其他物體產生引力，而物體的質量越大，它產生的引力也越大。黑洞是一種質量大得我們難以想象的天體，我們熟悉的太陽跟它比起來簡直只是滄海一粟。就因為它有如此大的質量，所以它能產生的巨大引力把附近的物體都吸進它的肚里。能把附近的物體吸引其實不是黑洞的最大特征，有很多巨大的天體都能擁有這種能力，而黑洞最大的特征是它根本不反射光線。我們知道光線射到物體會反射回眼睛，那么我們就能看見那個物體。但是黑洞不反射光線，故我們不能看見黑洞。那為什么黑洞不反射光線呢？其實這也是因為它巨大的引力。光也是一種物質，可是它的速度是宇宙最大的，而質量又幾乎為零，所以太陽這些恒星對它的影響幾乎是不可察覺的。但對于黑洞的巨大引力它是無法逃脫的，所以凡是射到黑洞的光線都被吸引住不能反射出來。所謂的黑洞其實就是一些質量很大足以把光線吸引住，使它不能反射的天體。2黑子·日珥·耀斑HYPERLINK返回目錄太陽表面的活動現象非常復雜，也相當豐富多彩，其中最引人注目的有太陽黑子、日珥和耀斑爆發(fā)。太陽黑子是人們最早發(fā)現也是人們最熟悉的一種太陽表面活動。明亮的太陽光球表面，經常出現一些小黑點，這就是太陽黑子。我國的古書中有許多關于太陽黑子的記載，《漢書·五行志》中記載得很明確：“日出黃，有黑氣，大如錢，居日中”，這是得到世界公認的最早的有關太陽黑子的記錄。在西方，直到1611年，伽利略才使用望遠鏡確認了太陽黑子的存在。太陽黑子其實并不黑，只不過由于它比周圍的溫度低，看起來顯得黑些罷了。黑子的大小相差懸殊，大的直徑可達20萬千米，比地球的直徑還要大得多；小的直徑只有1000千米。黑子的壽命也很不相同，最短的小黑子壽命只有兩三個小時，最長的大黑子壽命大約有幾十天。日珥是發(fā)生在太陽色球層的一種活動現象。日全食的時候，可以看到在“黑太陽”的周圍有一個紅色的光環(huán)，那就是太陽的色球層。色球層上時常會竄出一束束很高的火柱，這些火柱就叫做日珥。日珥綽約多姿，變化萬千，有的像圓環(huán)，有的似彩虹，十分美麗壯觀。日珥分為寧靜的、活動的以及爆發(fā)的三大類。寧靜日珥變化緩慢，可在日面存在幾天甚至幾十天?；顒尤甄砜傇诓煌５刈兓駠娙粯訌娜彰鎳姵龊芨?，又慢慢地落回到日面。爆發(fā)日珥以每秒700多千米的高速，將物質噴發(fā)到幾十萬甚至上百萬千米的高空，蔚為壯觀。耀斑是太陽上的強烈的活動現象。耀斑的最大特點是來勢猛、能量大，發(fā)生很突然、消失又很快。耀斑-般只存在幾分鐘、十幾分鐘，極個別的能持續(xù)幾個小時。在短短的一二十分鐘內，耀斑釋放出的能量，相當于地球上十萬至百萬次強火山爆發(fā)的能量總和，真可謂驚天動地。耀斑產生在日冕的低層，下降到色球層。耀斑與太陽黑子存在密切關系，在大的黑子群上面，很容易出現耀斑。小型耀斑伴隨著太陽黑子的出現經常能見到；但特大耀斑只有在太陽活動峰年時才可能出現。3宇宙的年齡HYPERLINK返回目錄所謂“宇宙的年齡”，就是宇宙誕生至今的時間。可是誰知道宇宙誕生在什么時候呢？我們不能重現它的過去，但卻可以從它的現在推知它的過去。美國天文學家哈勃發(fā)現：宇宙誕生以來一直在急劇地膨脹著，這就使天體間都在相互退行，并且其退行的速度還與距離成正比。這個比例常數就叫“哈勃常數”。而它的倒數就是宇宙年齡。只要測出了天體的退行速度和距離，就測出了哈勃常數。顯然，測得的哈勃常數越大，宇宙年齡就越小。原則是簡單的，但得出的結果卻相去甚遠，大致在100~200億年的范圍內眾說不上。為什么？這是因為天體退行速度的測定通常由紅移取得，比較一致，而天體距離的測定就各顯神通了。通常是以測定某個星系中“造父變星”來推知星系的距離的，但它只適用于近距星系。用此法測得宇宙年齡約2的億年。而這種方法對遙遠星系卻不適用，但要精確地測定退行速度，遙遠星系則更合適。如何測定它們的距離呢？一是利用比“造父變星”更亮的“行星狀星云”，或者利用超新星爆炸。用這些方法得出的宇宙年齡為80～120億年。有人認為早期的宇宙膨脹比現在快，這樣推得的宇宙年齡只有60-70億年。但低值宇宙年齡的正確性值得懷疑，因為作為宇宙組成部分的球狀星團的年齡至少已有130億年。宇宙年齡的最高推測值竟有340億年，其根據是宇宙膨脹的不均衡性。4地心說HYPERLINK返回目錄地心說是長期盛行于古代歐洲的宇宙學說。它最初由古希臘學者歐多克斯提出，后經亞里多德、托勒密進一步發(fā)展而逐漸建立和完善起來。托勒密認為，地球處于宇宙中心靜止不動。從地球向外，依次有月球、水星、金星、太陽、火星、木星和土星，在各自的圓軌道上繞地球運轉。其中，行星的運動要比太陽、月球復雜些：行星在本輪上運動，而本輪又沿均輪繞地運行。在太陽、月球行星之外，是鑲嵌著所有恒星的天球——恒星天。再外面，是推動天體運動的原動天。地心說是世界上第一個行星體系模型。盡管它把地球當作宇宙中心是錯誤的，然而它的歷史功績不應抹殺。地心說承認地球是“球形”的，并把行星從恒星中區(qū)別出來，著眼于探索和揭示行星的運動規(guī)律，這標志著人類對宇宙認識的一大進步。地心說最重要的成就是運用數學計算行星的運行，托勒密還第一次提出“運行軌道”的概念，設計出了一個本輪均輪模型。按照這個模型，人們能夠對行星的運動進行定量計算，推測行星所在的位置，這是一個了不起的創(chuàng)造。在一定時期里，依據這個模型可以在一定程度上正確地預測天象，因而在生產實踐中也起過一定的作用。地心說中的本輪均輪模型，畢竟是托勒密根據有限的觀察資料拼湊出來的，他是通過人為地規(guī)定本輪、均輪的大小及行星運行速度，才使這個模型和實測結果取得一致。但是，到了中世紀后期，隨著觀察儀器的不斷改進，行星位置和運動的測量越來越精確，觀測到的行星實際位置同這個模型的計算結果的偏差，就逐漸顯露出來了。但是，信奉地心說的人們并沒有認識到這是由于地心說本身的錯誤造成的，卻用增加本輪的辦法來補救地心說。起初這種辦法還能勉強應付，后來小本輪增加到80多個，但仍不能滿意地計算出行星的準確位置。這不能不使人懷疑地心說的正確性了。到了16世紀，哥白尼在持日心地動觀的古希臘先輩和同時代學者的基礎上，終于創(chuàng)立了“日心說”。從此，地心說便逐漸被淘汰了。5日心說HYPERLINK返回目錄1543年，波蘭天文學家哥白尼在臨終時發(fā)表了一部具有歷史意義的著作——《天體運行論》，完整地提出了“日心說”理論。這個理論體系認為，太陽是行星系統的中心，一切行星都繞太陽旋轉。地球也是一顆行星，它上面像陀螺一樣自轉，一面又和其他行星一樣圍繞太陽轉動。日心說把宇宙的中心從地球挪向太陽，這看上去似乎很簡單，實際上卻是一項非凡的創(chuàng)舉。哥白尼依據大量精確的觀測材料，運用當時正在發(fā)展中的三角學的成就，分析了行星、太陽、地球之間的關系，計算了行星軌道的相對大小和傾角等，“安排”出一個比較和諧而有秩序的太陽系。這比起已經加到80余個圈的地心說，不僅在結構上優(yōu)美和諧得多，而且計算簡單。更重要的是，哥白尼的計算與實際觀測資料能更好地吻合。因此，日心說最終代替了地心說。在中世紀的歐洲，托勒密的地心說一直占有統治地位。因為地心說符合神權統治理論的需要，它與基督教會所渲染的“上帝創(chuàng)造了人，并把人置于宇宙中心”的說法不謀而合。如果有誰懷疑地心說，那就是褻瀆神靈，大逆不道，要受到嚴厲制裁。日心說把地球從宇宙中心驅逐出去，顯然違背了基督教義，為教會勢力所不容。為了捍衛(wèi)這一學說，不少仁人志士與黑暗的神權統治勢力進行了前仆后繼的斗爭，付出了血的代價。意大利思想家布魯諾，為了維護日心說，最終被教會用火活活燒死；意大利科學家伽利略，也因為支持日心說麗被宗教法庭判處終身監(jiān)禁；開普勒、牛頓等自然科學家，都為這場斗爭作出過重要貢獻。6大爆炸說HYPERLINK返回目錄1929年，天文學家哈勃公布了一個震驚科學界的發(fā)現。這個發(fā)現在很大程度上導致這樣的結論：所有的河外星系都在離我們遠去。即宇宙在高速地膨脹著。這一發(fā)現促使一些天文學家想到：既然宇宙在膨脹，那么就可能有一個膨脹的起點。天文學家勒梅特認為，現在的宇宙是由一個“原始原子”爆炸而成的。這是大爆炸說的前身。美國天文學家伽莫夫接受并發(fā)展了勒梅特的思想，于1948年正式提出了宇宙起源的大爆炸學說。伽莫夫認為，宇宙最初是上個溫度極高、密度極大的由最基本粒子組成的“原始火球”。根據現代物理學，這個火球必定迅速膨脹，它的演化過程好像一次巨大的爆發(fā)。由于迅速膨脹，宇宙密度和溫度不斷降低，在這個過程中形成了一些化學元素（原子核），然后形成由原子、分子構成的氣體物質.氣體物質又逐漸凝聚起星云，最后從星云中逐漸產生各種天體，成為現在的宇宙。這種學說一般人聽起來非常離奇，不可思議。在科學界，也由于這個學說缺乏有力的觀測證據，因而在它剛剛問世時，并未予以普遍的響應。到了1965年，宇宙背景輻射的發(fā)現使大爆炸說重見天日。原來，大爆炸說曾預言宇宙中還應該到處存在著“原始火球”的“余熱”，這種余熱應表現為一種四面八方都有的背景輻射。特別令人驚奇的是，伽莫夫預言的“余熱”溫度竟恰好與宇宙背景輻射的溫度相當。另一方面，由于有關天文學數據已被改進，因此根據這個數據推算出來的宇宙膨脹年齡，已從原來的50億年增到100－200億年，這個年齡與天體演化研究中所發(fā)現的最老的天體年齡是吻合的。由于大爆炸說比其他宇宙學說能夠更多、更好地解釋宇宙觀測事實，因此愈來愈顯示出它的生命力。現在，大多數天文學家都接受了大爆炸說的基本思想，不少過去不能解釋的問題正在逐步解決，它是最有影響、最有希望的一種宇宙學說。7星云說HYPERLINK返回目錄太陽系究竟是怎樣產生的，這個問題直到現在仍然沒有令人完全滿意的答案.長期以來，人們?yōu)榱私鉀Q這個問題，曾經提出過許多學說，其中“星云說”是提出最早，也是在當代天文學上最受重視的一種學說。最初的星云說是在一18世紀下半葉由德國哲學家康德和法圍天文學家拉普拉斯提出來的。由于他們的學說在內容上大同小異，因而人們一般稱之為康德一拉普拉斯星云說。他們認為：太陽系是由一塊星云收縮形成的，先形成的是太陽，然后剩余的星云物質進一步收縮演化形成行星。星云說出現以前，人們把天體的運動變化看作是上帝發(fā)動起來的，稱之為“第一次推動”?？档乱焕绽沟男窃普f，用自然界本身演化的規(guī)律性來說明行星運動的一些性質，無疑對這種荒謬的觀點是一個有力的打擊，也為天文學的發(fā)展建立了不朽的功勛。不過，康德一拉普拉斯星云說只是初步地說明了太陽系的起源問題，還有許多觀測事實卻難以用它來解釋。所以，星云說在很長時間里陷入了窘境。直到本世紀，隨著現代天文學和物理學的進展，特別是近幾十年里，恒星演化理論的日趨成熟，星云說又換發(fā)出了新的活力。現代觀測事實證明，恒星是由星云形成的。太陽系的形成在宇宙中并不是一個獨特的偶然的現象，而是普遍的必然的結果。另外，關于太陽系的許多新發(fā)現也有力地支持了星云說。在這樣的背景下，現代星云說逐漸完善起來了。當然，星云具體是怎樣演化的，這一點還有不少分歧的意見。有一種觀點認為：形成太陽系的是銀河系里的下團密度較大的星云，這塊星云繞銀河系的中心旋轉著，當它通過旋臂時受到壓縮，密度增大，達到一定密度時，星云就在自身引力的作用下，逐漸收縮。收縮過程中，一方面使星云中央部分內部增溫，最后形成原始太陽，當原始太陽中心溫度達到700萬攝氏度時，氫聚變?yōu)楹さ臒岷朔磻c火，于是，現代太陽便真正誕生了。另一方面，由于星云體積縮小，因而自轉加快，離心力增大，逐漸在赤道面附近形成一個星云盤。星云盤上的物質在疑柔和吞并過程中，最后演化為行星和其他小天體?？傊F在人們己能用星云說比較詳細地描述太陽系的起源過程，但還有很多具體問題未能很好解決，還有待完善和充實。8蓋天說HYPERLINK返回目錄“蓋天說”是我國古代最早的宇宙結構學說。這一學說認為，天是圓形的，像一把張開的大傘覆蓋在地上；地是方形的，像一個棋盤，日月星辰則像爬蟲一樣過往天空，因此這一學說又被稱為“天圓地方說”?！疤靾A地方說”雖然符合當時人們粗淺的觀察常識，但實際上卻很難自圓其說。比如方形的地和圓形的天怎樣連接起來，就是一個問題。于是，天圓地方說又修改為：天并不與地相接，而是像一把傘高懸在大地上空，中間有繩子縛住它的樞紐，四周還有八根柱子支撐著。但是，這八根柱子撐在什么地方呢？天蓋的傘柄插在哪里？扯著大帳篷的繩子又拴在哪里？這些也都是天圓地方說無法回答的。到了戰(zhàn)國末期，新的蓋天說誕生了。新蓋天說認為，天像覆蓋著的斗笠，地像覆蓋著的盤子，天和地并不相交，天地之間相距8萬里。盤子的最高點便是北極。太陽圍繞北極旋轉，太陽落下并不是落到地下面，而是到了我們看不見的地方，就像一個人舉著火把跑遠了，我們就看不到了一樣。新蓋天說不僅在認識上比天圓地方說前進了一大步，而且對古代教學和天文學的發(fā)展產生了重要的影響。在新蓋天說中，有一套很有趣的天高地遠的數字和一張說明太陽運行規(guī)律的示意圖——七衡六間圖。古代許多圭表都是高8尺，這和新蓋天說中的天地相距8萬里有直接關系。蓋天說是一種原始的宇宙認識論，它對許多宇宙現象不能作出正確的解釋，同時本身又存在許多漏洞。到了唐代，天文學家一行等人通過精確的測量，徹底否定了蓋天說中“日影千里差一寸”的說法后，蓋天說從此便破產了。9渾天說HYPERLINK返回目錄日月星辰東升西落，它們從哪里來，又到哪里去了呢？日月在東升以前和西落以后究竟停留在什么地方？這些問題一直使古人困惑不解。直到東漢時，著名的天文學家張衡提出了完整的“渾天說”思想，才使人們對這個問題的認識前進了一大步。渾天說認為，天和地的關系就像雞蛋中蛋白和蛋黃的關系一樣，地被天包在當中。渾天說中天的形狀，不像蓋天說所說的那樣是半球形的，而是一個南北短、東西長的橢圓球。大地也是一個球，這個球浮在水上，回旋漂蕩；后來又有人認為地球是浮于氣上的。不管怎么說，渾天說包含著樸素的“地動說”的萌芽。用渾天說來說明日月星辰的運行出沒是相當簡潔而自然的。渾天說認為，日月星辰都附著在天球上，白天，太陽升到我們面對的這邊來，星星落到地球的背面去；到了夜晚，太陽落到地球背面去，星星升上來。如此周而復始，便有了星辰日月的出沒。渾天說把地球當作宇宙的中心，這一點與盛行于歐洲古代的“地心說”不謀而合。不過，渾天說雖然認為日月星辰都附在一個堅固的天球上，但并不認為天球之外就一無所有了，而是說那里是未知的世界。這是渾天說比地心說高明的地方。渾天說提出后，并未能立即取代蓋天說，而是兩家各執(zhí)