第二章 行星地球(第一节 第二讲 地球的宇宙环境)

2.1.1.3 总星系（了解） 2.1.1.3.2 总星系
天体系统层次：地月系 太阳系 银河系 星系群 星系团 超星系团 总星系 地月系-太阳系 银河系-星系群 星系团-超星系团 总星系； 地月系 太阳系-银河系 星系群-星系团 超星系团-总星系 地月系：地球、月球，平均距离：384400km； 太阳系：太阳、周围小天体，最大30天文单位； 银河系：1500亿颗恒星、直径10万光年 银河星系群：以银河系为中心、半径300万光年、40个星系组成的星系群体 星系团：几十个以至成百上千个星系聚集组成星系团，室女座星系团 超星系团：比星系团更高一级、直径达2-3亿光年的星系结构 总星系：以120亿光年为半径 亿光年为半径的空间范围内所有星系的总称。星系数目达10亿 亿光年为半径 个以上。
2.1.1.1.4 恒星的演化
恒星的光谱：由连续光谱和吸收线组成。由于不同恒星的温度、密度、磁场 和化学成分的差异，导致了不同的恒星光谱型。 恒星的光谱型 光谱型 O B A F G K M 颜色 蓝 蓝、白 白 黄、白 黄 橙 红 表面温度 40000-25000 25000-11000 11000-7500 7500-6000 60006000-5000 5000-3500 3500-2500 典型星 参宿一、参宿二 参宿二、参宿七 天狼、织女 老人、南河三 太阳、 太阳、南门二 大角、北河三 参宿四、心宿二
知识回顾 1、宇宙中有哪些天体？
知识回顾 2、什么是恒星？有哪些特点？
由炽热气体 炽热气体构成的，能自行发光发热的球状或类球状 自行发光发热的球状或类球状天体。 炽热气体 自行发光发热的球状或类球状 特点（1）质量巨大 （2）在高温高压下，内部进行热核反应，外部抛射物质； （3）数量最多、最重要的天体。
史 匹 哲 望 远 镜
Persueus Arm 英仙臂
Sagittarius arm 人马臂
猎户臂 Orion arm
Scutum-Centaurus Arm 盾牌 半人马臂 盾牌-半人马臂
3kpc arm 三千秒差距臂 Norma arm 矩尺臂
2.1.1.2.3 银河系的运动 银河系的自转运动：银河系所有的恒星除各自运动外，都有围绕 着银河系中心的旋转运动； 银河系运动方向及速度：朝麒麟座方向，以214km/s运动 朝麒麟座方向， 运动； 朝麒麟座方向 运动
2.1.1.2 银河系 2.1.1.2.1 银河和银河系的区别 银河：指人类在地球上看到的一条从东北方向向西南方线延伸 东北方向向西南方线延伸 的乳白色的光带； 的乳白色的光带 银河系：指太阳所在的整个星系，是比太阳系更高层次的庞大 天体系统，是由构成银河系的气体、尘埃、恒星、星团以及星 云所组成的密集区。 银河和银河系的联系：银河是银河系在天空上的投影，是肉眼 银河和银河系的联系 所见到的部分银河系 部分银河系。 部分银河系
第二阶段：主序星阶段 第二阶段：主序星阶段——壮年期 壮年期 红外星因引力收缩使其内部温度不断增高，当中心温度达到80万K以上 时，恒星内部开始出现热核反应 热核反应，当中心温度升高到700万K，热核反应所 热核反应 万 热核反应所 产生的热量和向外辐射消耗的热量，达到相对平衡，星体不再收缩，引力 产生的热量和向外辐射消耗的热量，达到相对平衡 与斥力处于平衡，此时恒星进入壮年期 壮年期。 壮年期 第三阶段：红巨星阶段 第三阶段：红巨星阶段——中年期 中年期 恒星的温度和密度越向中心越增加，致使中心部分氢氦聚变反应进行的 最快。当中心区氢消耗到一定程度时，热核反应减弱，产生的能量供应不足， 而在中心区外围，氢核聚变反应继续进行，恒星内部斥力和引力的相对平 斥力和引力的相对平 衡及其稳定状态遭破坏，内部又开始收缩。由于收缩释放出来的能量，使 衡及其稳定状态 恒星外壳急剧膨胀，变成体积大、密度小、表面温度低、光度仍然很强的 体积大、 体积大 密度小、表面温度低、 红巨星。恒星内部继续收缩，温度不断升高，当达到1亿K时，就产生新的 红巨星 热核反应，由三个氦核聚变成一个碳核，再次产生巨大的能量，恒星内部压 力增高，斥力与引力再度相对平衡，恒星又稳定下来，渡过它的中年期。
秒差距：恒星周年视差 周年视差为1“时的恒星距离被称为秒差距。 秒差距 周年视差 1秒差距 秒差距：当星日连线和星地连线 星日连线和星地连线的最大张角为1“时，该星的 秒差距 星日连线和星地连线 日距离长度定义为1秒差距。 周年视差：地球轨道半径对于某恒星的最大张角就是该恒星的 周年视差。（周年视差对应的角度） 。（周年视差对应的角度 。（周年视差对应的角度）
2.1.1.5 宇宙的起源 宇宙起源的假说，1948年美国天体物理学家伽莫夫提出的大 爆炸宇宙说。 基本观点：该学说认为，宇宙早期是一个超高密度、超高温的 基本观点 “宇宙蛋”。在某种物理条件下，发生迅猛的大爆炸，于是便开 始不断膨胀起来，结果物质也随着时空膨胀而从密到稀、从热到 冷地演化着，在演化过程中逐渐形成各种恒星体系。
大爆炸的过程： 大爆炸的过程 宇宙早期，密度近于无穷大 无穷大的状态，温度极高，在100亿K以 无穷大 亿 上，当时宇宙只存在质子、中子、电子、光子及中微子 质子、 质子 中子、电子、光子及中微子等基本粒 子。 随着宇宙的绝热膨胀，温度下降很快。当温度降到10亿K时， 亿 中子失去自由存在的条件，质子与中子结合成氢、氦，各种化学 质子与中子结合成氢、 质子与中子结合成氢 元素开始形成。当温度下降到100万K时，早期形成的各种化学元 100 K 素告一段落。 宇宙继续膨胀和冷却，直到约1000万年以后，温度下降到 3000K时，电子和核才组成稳定的原子。辐射减退，宇宙间主要 是气态物质，并逐渐凝聚成星云，再进一步形成各种星系和恒星， 成为我们今天观测到的具有各种类型天体的宇宙。
第四阶段：白矮星、中子星、黑洞阶段 第四阶段：白矮星、中子星、黑洞阶段——晚年期 晚年期 红巨星内部在进行着剧烈的氦-碳核反应，温度愈来愈高。当内部温度 达到60亿k时，产生极强的辐射，向外放射着极强的能量，使其本身光度突 然增高几万倍甚至几亿倍，形成新星或超新星。 新星和超新星外层的物质大量抛向宇宙空间，又成为孕育新恒星的星际 物质。内部高密度的核心部分，成为爆炸后的残骸。 恒星的质量不同，残骸的表现形式也不一样： 质量小于太阳质量的1.44倍的恒星，可演化成白矮星 白矮星； 白矮星 质量介于太阳质量1.44-2倍之间的恒星，内部物质急剧坍缩成超高密的 中子星； 中子星 质量大于太阳质量2倍恒星，内部物质更加急剧坍缩，成为密度更大的 坍缩星，或成为黑洞 黑洞。 坍缩星 黑洞 黑洞是巨大质量高度集中在很小的体积内，密度极大，引力大到任何物 质无法逃脱，辐射也被禁锢出不来的天体，黑洞不发光，但可以根据其强大 的引力场，推测它的存在。
主要观测事实： 主要观测事实
• 多数河外星系存在谱线红移现象 谱线红移现象。星系距离愈远，红移愈大，符合哈勃定律， 谱线红移现象 因此，哈勃红移是宇宙膨胀的反映； • 所有天体都是在温度下降后的产物。 理论上，任何天体年龄都应比大爆炸温 度下降之间的200亿年时间短，现今天体的年龄都不超过200亿年； • 宇宙中各天体氦丰度约占30%。银河系（29%）、大麦哲伦星系（25 % ）、 小麦哲伦星系（29% ）； • 宇宙存在各向同性的相当于3K热辐射微波段的背景辐射。1965年，在微波波 段上发现了3K的微波辐射。
2.1.1.4 无限的宇宙（了解） “我们的自然科学的极限，直到今天仍然是我们的宇宙，而 在我们的宇宙以外的无限多的宇宙，是我们认识自然界时所用不 着的。” 恩格斯所阐述的宇宙的无限观，是把我们的宇宙和我们宇宙 以外的无限多的宇宙区别开来。 宇宙的有限和无限，是不能截然分开的，因为随着我们的宇宙 范围不断扩大，愈来愈证明宇宙是无限的；而且从有限的，我们 的宇宙中得到的知识，可以在一定条件下，外推到无限的，尚未 认识到的宇宙中去。这就是宇宙的有限与无限的辩证统一。
光度：恒星的真正发光能力叫做光度，其等级用绝对星等（M） 光度 来表示 绝对星等：将恒星移到距地球10秒差距（32.6光年）处，恒星 所具有的星等。 m, M 和r的关系 2.512m-M=r2/102 如何得出？ 如何得出？ M=m+5-4lgr
2.1.1.1.3 特殊的 恒星 变星：在较短时间内（几年或更短），亮度发生明显变化的恒 变星 星； 三种类型： 几何变星：两颗星的几何位置 几何位置发生变化，即二者相互遮掩而引 几何变星 几何位置 起的亮度变化的星，又称为食变星。 脉动变星：由于恒星的体积作周期性的膨胀和收缩 周期性的膨胀和收缩而引起亮度 脉动变星 周期性的膨胀和收缩 变化的变星，约2/3变星属于此类。 爆发变星：是由于恒星本身的爆发 恒星本身的爆发现象而引起亮度的突然变化 爆发变星 恒星本身的爆发 的变星，如新星和超新星。
2.1.1.1.4 恒星的演化
恒星的演化过程，具体表现为恒星的收缩和膨胀过程，可以划分为四个 阶段： 第一阶段：引力吸收阶段 第一阶段：引力吸收阶段——幼年期 幼年期 宇宙空间弥漫着密度极小的星际物质，数量级约为10-24g/cm2。星际物 质在密度较大处可成为引力中心，形成了星际云 星际云。星际云在自身引力作用 星际云 下进一步收缩，引力动能部分转化为热能，使内部温度升高，演化成恒星胚 胎，最后逐渐成为向外辐射红外线的红外星。红外星是幼年期的恒星。 在这过程中，引力收缩起支配作用，引力动能为其主要热源。 引力收缩起支配作用，引力动能为其主要热源。 引力收缩起支配作用
脉冲星和中子星：
在很短周期内发射出强烈的无线电脉冲 无线电脉冲的恒星被称为脉冲星 脉冲星； 无线电脉冲 脉冲星 由中子组成的恒星就是中子星 中子星； 中子星 中子星是如何形成的呢？ 中子星是如何形成的呢？ 恒星演化到后期，发生超新星爆发现象，爆发后核心部分急剧收缩，内 部物质在高温高压情况下，把电子挤入原子核内，电子与质子结合成中子， 从而形成中子星。 中子星的特征： 中子星的特征 • 具有恒星般的质量（质量可以达到太阳的两倍） • 具有行星般的体积（直径一般仅10km） • 具有极强的磁场，磁感应强度可以高达108特拉斯