基础类宇宙演化与微波背景辐射PPT优秀课件

多 普 勒 效 应 原 理 图
声源的移动导致波长变化 波长变长为红移，变短为兰移
（观测波长－真正波长）/真正波长＝v/c 可以求出速度V
Baidu Nhomakorabea移（Z）和速度的关系
z /
1＋z1v/c1/2 1v/c
在天体的速度远比光速小时
zv/c
多普勒效应：恒星远离我们而去,谱线产生红移 由上式可以求出视向速度V
星系红移量Z的测量和速度到达估计
哈勃计算出M31和M33的距离都约为 90万光年，而当时已知银河系的直径 为10万光年。由此哈勃确认M31和M33 都是远在银河系以外的独立的星系。
这一结果很快得到公认。
16世纪哥白尼提出了日心说后，人 们对太阳系有了一个正确的认识。
400年后，哈勃确认河外星系的存 在，导致了人类认识宇宙的又一次大 飞跃。
星云”，而另一类则往往具有旋涡状 的结构（旋涡星云），它们是什么？ 令人费解。
仙女座大星云M31是什么？
1920年4月26日，美国国家科学院为 这个问题专门举行了一次题为 “ 宇宙尺度”的辩论会。 A：仙女座大星云不是银河系以内的天 体，是和银河系那样的宇宙岛。 B：仙女座大星云根本不是由恒星构 成，而是真正的星云状天体。
所有星系（后来还有类星体）的谱线都是红移， 正好说明宇宙是在膨胀之中。
宇宙早期的辐射（150亿光年以前）为什么 在射电微波波段？
一個遥远的星系，由於它的光线需要更長的時間 才能到达地球，在光线進行的時間裡，宇宙的膨脹 会把光子的波長拉長。
宇宙早期的辐射（150亿光年以前）到今天我们观 测到的辐射，其波长已变得非常长了。变为射电波段 的微波辐射了。（见图）
没有结论
解开旋涡星云之谜
年青的哈勃对这个令人困惑的难题 很感兴趣。他1910年在芝加哥大学天 文系毕业，1919年到威尔逊山天文台 工作，直至1953年去世。
当时世界最大的望远镜给哈勃帮了 大忙。找到这个星云的恒星，继而从 这些恒星中他找出造父变星。
1922年开始，他利用造父变星测距 法，测定仙女座大星云中造父变星的 距离。
红移Z为0.03 哈勃常数取60公里/（秒·百萬秒差距） 距离则为150百萬秒差距。
3，膨胀的宇宙和 大爆炸宇宙学
宇宙学
宇宙是什么时候誕生的？ 如何誕生？ 何時死亡？ 如何死亡？ 宇宙之外是甚麼？
哈勃定律告诉我们宇宙在膨胀。 那么造成宇宙膨胀的原因是什么？ 这种膨胀又是从什么时候开始的 呢？
热大爆炸宇宙模型
第三阶段 复合期
大爆炸后的40万年期间，温度很高，辐射很强， 光子充满了宇宙空间，这时宇宙中也充满了带电 粒子，如质子、电子、氦核等。光子和带电粒子 之间的相互作用非常强，使光子不能传播出来， 因此我们不可能观测到这个时期的辐射。
宇宙继续膨胀，当温度降到几千度时，进入第 三阶段。这个阶段的时间最长，200来亿年的时间 主要属于这个阶段，由于温度的降低，辐射减退。 宇宙间主要是气态物质，气体逐渐凝聚成气云， 再进一步形成各种各样的恒星体系。
伽莫夫在20世纪中期提出： 宇宙曾有一段从密到稀、从热到冷、不断膨 胀的过程。约200亿年以前有一个处于极高温度 和极大密度下的“ 原始火球”，发生了一次规 模巨大的爆炸，此后，宇宙空间不断膨胀，温 度不断下降，逐渐的形成宇宙间的万物。
为什么观测到的河外星系和类星体 都是远离我们而去？
宇宙的演化好比烘葡萄乾面包，随着面包不断脹 大，葡萄干的距离亦不断增加。在任何一个葡萄干 上看，其它葡萄干都是远离而去。
九， 宇宙演化与微波背景辐射
1，河外星系的发现 2，哈勃定律 3，膨胀的宇宙和大爆炸宇宙学 4，微波背景辐射的发现 5，威尔孙和彭齐亚斯获1978年
诺贝尔物理学奖
1，河外星系的发现 18 世纪中叶，德国哲学家康德曾猜 想在整个宇宙中存在着无数个与银河 系类似的天体系统，他认为，天空中 那些云雾状的“ 星云”很可能就是 这样的天体系统。 人们发现这些云雾状天体中有一类 是银河系以内的天体，称为“ 银河
大爆炸宇宙论根据目前宇宙膨 胀的速度推算出宇宙大爆炸应该发 生在大约150～200亿年以前。宇宙 150～200亿年来的演化过程分为三 个阶段。
第一阶段：极早期
1，在大爆炸的极早期，也就是宇宙 诞生最初的10-36秒产生了物质世界 各种各样的粒子，光子、电子、中微 子、质子、中子等。
极早期是这么短的时间，似乎很离 奇。其实，那时温度比1010K还高，效 率奇高，足以完成。
哈勃发现的“ 星系速度（红移）和距离的关系”， 距离越远速度越大。
哈勃定律
哈勃于1928年测定40多个星系的红移 和距离，发现：
视向速度（公里/秒）和距离（兆秒 差距）成正比
Vr Hr
H是哈勃常数：50～100公里/(秒·兆秒差距）
求星系的距离（天体速度比光速小很多时可用）
Vr Hr
Z0 Vr 0 c
关于宇宙早期时标
为什么如此之短，到不可思议的程度。原因 是那时的温度和密度都极端的高，因此效率也 极高。这是符合物理学理论和实验的。
完成一个反应基于碰撞，常温下，一切反应 都慢吞吞的。高温高密时，碰撞极为频繁，效 率极高。
可以说早期的效率是一秒等于一百亿年！
第二阶段：元素合成
在最初的的3分钟，温度和密度特 别高，这时很容易生成氦，成为核合 成时代，足以把宇宙中大约1/3的物 质（氢）变为氦。
观测发现星系的谱线都有红移，也就是谱线的波长 都变长了。
例如某星系的某一谱线波長为515納米，但在地球上， 同一谱线的波長为500納米，那么波長的变化為15納米， 原本波長為500納米，所以紅移量z等於0.03 。由红移Z ＝ 0.03，求出星系退行速度為每秒九千公里。
如果星系运动的方向是随机的，那 么应该有一半的星系正在远离我們， 另一半則接近我們。但哈勃的观测結 果表明，絕大部分星系的谱线都是红 移，表明都在远离我們。
从地球到太阳系，从太阳系到银河 系，从银河系再到河外星系，这就是 我们所看到的宇宙。
2,哈勃定律
哈勃发现星系的谱线红移和距离的关系 到1929年为止，哈勃测得18个星系的距离 以及室女座星系团四个成员的距离。 哈勃对这批星系的数据进行了反复的研究， 发现河外星系的距离越远，其谱线红移越大。 红移是由星系视向运动的多普勒效应产生的。