二节宇宙起源和演化.ppt

1,第二节 宇宙的起源和演化,困扰人们数百年：,宇宙起源和演化的问题？ 宇宙在空间上究竟是有限还是无限？,2,一、一些相关知识,1. 电磁波,静电场,电荷,变化电场,电量变化,临近区域,变化磁场,较远区域,新的变化电场,更 远 区 域,新的变化磁场,变化的电场和磁场交替产生，由近及远，以有限的速度，在空间的传播过程，称为电磁波。,3,2. 电磁波谱,波长：（m）,频率： （Hz）, =,电磁波波长分布很广,长 几万米（无线电波） 微波 红外线 可见光 紫外线 X 射线,短 10-13米（ 射线）,传播子光子 E = h 大或 小，E 越大,C,4,3. 辐射,任何物体在任何温度下都发射电磁波，发射电磁波的过程称为辐射，辐射出的能量称为辐射能。,4. 光谱的红移、蓝移,物体相对于观测者静止不动，光谱波长是固定的； 物体相对于观测者运动，光谱波长有变化：,物 体,远离观测者而去,光谱波长向红端移动,红移,向观测者运动,光谱波长向蓝端移动,蓝移,5,二、目前所认识的宇宙,1. 宇宙,星系,恒星,每个星系,几十亿几千亿颗,气体尘埃,尺度150亿光年， 年龄100150亿年,总星系物质及运动分布，在统计上是均匀的，各向同性的,宇宙中物质含量：,氢（H2） 最多 氦（He） 其次 其它 少量,目前发现的约10亿个 （几百亿个）,尺度几千几十万光年不等,（总星系）,6,星系,漩涡星系,椭圆星系,不规则星系,2. 银河系,尺度,组成,发光部分直径 7 万光年,最大厚度 1 万光年,恒星 2000亿颗,气体、尘埃团块,7,3. 太阳系,尺度,组成,直径240亿千米,尺度 半径70万千米,位置 银河系轴3/5处,运动 250千米/ 秒绕轴运动,温度,内部 15000000K 表面 6000K,行星,9个,类地行星（Si、Fe）,卫星 34个,无卫星,有卫星,彗星 1600颗,流星,太阳 中心天体,水 金 地 火,木 土 天 海 冥,类木行星（H2、N2、NH3、CH4）,离太阳120亿千米,8,三、宇宙的起源和演化,宇宙开端150亿年前大爆炸,最重要证据：,星系光谱红移 星系彼此远离,宇宙在膨胀,极高密度状态,物质密度更高,奇点,大爆炸,9,1922年弗里德曼和1927年勒梅特，得到了动态宇宙模型。 20世纪20年代，发现多数星系发出的光谱发生红移。这意味着多数星系在向我们远离的方向上退行。 1948年伽莫夫等人，结合当时核物理的知识，提出了宇宙大爆炸理论。认为今天看到的宇宙膨胀逆着时间追溯回去，则起始于一次猛烈的大爆炸。,1929年哈勃总结出经验定律v=H0r V星系退行的速度 H0 哈勃常数，观测值为150千米/秒 千万光年 r星体的距离,10,观测支持和宇宙的热演化 大爆炸之后约10-2秒 大爆炸之后约1秒 大爆炸之后约10秒,宇宙温度约1011K，宇宙主要成分是电子、正电子、光子、中微子、反中微子等及少量核子。,宇宙温度下降为1010K，宇宙中的中子占24%，质子占76%,宇宙温度下降为3x109K，宇宙中的中子、质子可形成4He。而较重的原子核仍没有形成的机会。,11,到了3分钟，,宇宙温度下降为109K。中子衰变为质子，剩下的中子都可直接组合到氦核中，因此造成氦核的丰度为26%，其余的质子则只能成为氢核了。这与 是接近的。,到了约1012秒,宇宙继续冷却和膨胀，温度降为4x 103K。原子气体靠引力作用结团形成恒星和星系，而恒星和星系演化，其中的和聚变过程产生更重的原子核；脱离了热偶合的光子气体称为 ，温度下降到现在的2.7K。1964年彭齐亚斯和威尔逊发现这种背景辐射。,宇宙中氦和氢的丰度测量,这是宇宙大爆炸理论的一个重要的观测支持。,这是宇宙大爆炸理论的又一个重要的观测支持。,宇宙背景辐射,12,大 爆 炸,1 秒 钟 前,3 分 钟,3 分 钟 70 万 年,几 十 亿 年,T100亿K 质子、中子、电子、光子“宇宙汤”,T10亿K 质子 + 中子,氘核、氦核,T100万K 缓慢膨胀,T3000K,原子核+电子,原子,光子不再被电子散射,宇宙开始透明,原子 引力凝聚,原始星云,13,星系的形成,恒星的一生,（1）形成,（2）演化,14,三种,质量 太阳,白矮星（白色、小）,黑矮星,质量太阳,极猛烈爆发，在极短时间内亮度增至千万上亿倍“超新星爆发”,体积极小、密度极高星核 中子星,质量 太阳,超新星爆发,黑洞,恒星归宿,15,太阳系形成、演化,地球形成、演化,16,【复习思考题及习题】 1. 现代宇宙学是如何定义宇宙概念的？ 2. 从整体上看，我们的宇宙存在哪几个结构层次？ 3. 简述宇宙的形成和演化过程。 4. 简述太阳系的结构、形成和演化。 5. 地球有那些圈层结构？它们是如何形成的？,