《宇宙起源的探索》PPT课件

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哈勃空间望远镜以光学与近红外观测为主 ，哈勃空间望远镜长13.3米，直径4..3米， 重11.6吨，造价近30亿美元，于1990年4月 25日由美国航天飞机送上高590千米的太空 轨道。哈勃空间望远镜以时速2.8万千米沿 寂静的太空轨道运行，默默地窥探着太空的 秘密。
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哈勃空间望远镜的位置在地球的大气层之上，因此获得了地 基望远镜所没有的好处-影像不会受到大气湍流的扰动，视相 度绝佳又没有大气散射造成的背景光，还能观测会被臭氧层 吸收的紫外线。
= 94608亿公里 ≈10万亿公里
（太阳到地球的距 = 8光分 = ？公里 ）
（太阳到地球的距 = 30万公里/秒×8分×60秒/分） = 1.44亿公里（平均距离）
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用太空望远镜观察，银河系的直径约10万光年， 恒星如此遥远意味着我们每晚看到的银河星光都 是恒星数万年前发出的光线。
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除银河系外，还有数不清的河外星系，目前发现了的 约有100亿个河外星系！
科学家哈勃的观测结果表明： 绝大多数恒星都发生红移，而且距离越远的恒星远离的速 度越快。这个发现非同小可，普遍的红移表明周围的恒星 都在离我们远去。
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所以，哈勃的发现告诉我们：所有星系都在远离的事 实表明，我们的宇宙正在膨胀，而非原先以为宇宙是 稳恒的。如果宇宙现在正在膨胀，那么沿时间回溯， 以前宇宙肯定比现在小，也肯定有那么一个时刻，宇 宙中所有东西都聚集在一起，也就是：宇宙必然有个 起点！
哈勃空间望远镜是有史以来最大 、最精确的天文望远镜。其清晰 度是地面天文望远镜的10倍以上 ，其观测能力能从1.6万千米外的 地方看到一只萤火虫。
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康
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玛 射 线 天 文 台
射 线 天 文 台
哈 勃 空 间 望 远 镜
斯 皮 策 空 间 望 远 镜
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大家知道，在丈量宇宙星体之间距离的单位是光年 1光年 = 30万公里/秒×3600秒× 24小时× 365天
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从星系到恒星到地球到人类……漫长的140亿年，终于 成就了今天的人类，人类是只有短短几百万年历史的生物 种群。据最新考古发现，非洲有可能是最早出现人类痕迹 的地方，但即使如此，与宇宙的历史相比，人类也只不过 是沧海一粟。
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对于宇宙的演化，我们可以注意到，不只是宇宙空 间的演化，还应包括宇宙所含内容的演化。如恒星 、行星以及各种天体的运动，地球上各种生物种群 的不断演化，分子、原子的运动，各种基本粒子的 产生与湮灭，我们日常生活中所能看到的各种运动 与变化等等。
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多普勒效应可以帮助我们观察到恒星的径 向运动情况。 哪位同学知道什么是：多普勒效应？
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多普勒效应 当我们站在铁路边，火车鸣笛经过时，我们会 先听到尖锐的声音，火车离我们远去时又听到 低沉的声音。这是声波的波长在传播中由于声 源相对我们的运动而被压缩或拉伸的结果，叫 多普勒效应。
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光的多普勒效应：
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在观察恒星的运动中，恒星的横向的运动比较容易观 察，可是怎么来观察恒星的径向运动呢？ （什么是星体的径向运动？）
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在观察恒星的运动中，恒星的横向的运动比较容易观 察，可是怎么来观察恒星的径向运动呢？ （什么是星 体的径向运动？） 虽然可以根据远暗近亮的原理来观察恒星的径向运动 。但由于河外星系离我们太遥远，几乎观测不到亮度 的变化。
那么，从星系退行的速度和星系间的距离可以反推宇 宙的年龄大概为140亿年左右。
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根据这一理论，宇宙演化过程起始于大约140亿年前，宇宙从 极端高温高密内的一个点起源，瞬间爆炸，随着体积的膨胀 和温度得下降，以质子、中子等基本粒子形态存在的物质首 先结合成氘、氚、氦等较轻的元素，随后进一步冷却，形成 恒星。在恒星内部合成碳、氧、硅、铁等更重的元素，再抛 射到周围形成行星，最后在如地球这样条件适合的行星上演 化出生命，成为目前的宇宙。
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通过以上内容，我们看到了科学家是如何对天体 进行观察和研究的。科学家利用光的多普勒效应 ，不仅解决了恒星在径向运动时难以观察的问题 ，还发现了恒星的蓝移和红移现象，并通过假设 ，得出宇宙正在膨胀的结论，反推出宇宙起源的 年限，推翻了原来关于宇宙永恒不变的说法，为 人类正确地认识自然，更好地了解我们生存的地 球奠定了基础。
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下图为遥远的星系在可见光波段的光谱
频率增大，波长减小
频率减小，波长增加
离开我们而去的恒星发出的光线的光谱 向红光光谱方向移动
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根据光的多普勒效应推理： 如果宇宙是稳定的，恒星的运动应该是随机的，远离我们 的恒星数目和向我们而来的恒星数目应该差不多，也就是 说，观测到的发生蓝移和红移的恒星数量应该差不多。
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第二讲 宇宙起源的探索
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同学们在学习《科学》之前，是否知道宇 宙是怎么来的吗？ 有同学知道关于宇宙起源的内容吗？
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说到“宇宙的起源” 会有许多人认为宇 宙应该是浩瀚的，是无穷无尽的，怎么 可能有一个开端呢？ 那么,你知道科学家是怎样研究宇宙的 起源吗？
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人类对于宇宙的认识是随着人类文明的进步和科学技 术的发展而逐步加深的，并开始科学地探讨宇宙的起 源。
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美国天文学家爱德温·哈勃(Edwin P. Hubble)（1889-1953）是研究 现代宇宙理论最著名的人物之一，是河外天文学的奠基人。他发现了 银河系、外星系的存在及宇宙的不断膨胀，是提供宇宙膨胀实例证据 的第一人。美国国家航空航天局（NASA）发射空间望远镜时，为了纪 念哈勃的丰功伟绩，命名为“哈勃空间望远镜”。
同样，光是一种电磁波，当恒星相对地球上的观察者径向运动时， 光的频率也会改变。 恒星如果向地球而来，则光的频率增大，波长变短，光的波长向短 波移动，称为蓝移。 若恒星远离地球而去，则光的频率下降，波长变长，光的波长向长 波移动，称为红移。 这样，利用测量恒星光谱的蓝移或红移量，我们就可以知道恒星的 运动方向和速度了。