大学物理物质世界的结构层次.ppt
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意义：➢ 表征天体间的空间距离
➢ 表征携带信息的时间历史
哈勃半径150亿光年——从空间上得到了150 亿光年尺 度的横断面，时间上追溯到了150亿年前宇宙的历史。
第3页 共29页
二、宇宙的一般图景
大学物理
1. 天体的层次 人类对宇宙的认识由近到远，由现在到过去逐渐展开
星球
太阳系
恒星系 (银河系)
Байду номын сангаас
半径/pc
10-10 10-8
10
平均距离/pc 10-5
1
10
10 104 1010 103 106
质量/M日 10-6
1
103
106 1011 1021
平均密度 5.515 1 /(g/cm3)
中心温度/K 104 107
10-23 102
10-21 10-23 10-30
pc为秒差距 1pc = 3.261633光年=3.0856781016 m
第16页 共29页
大学物理
星际星云原始恒星主序星红巨星超新星 爆发（或白矮星）黑洞（或中子星、星际物质）
第17页 共29页
(3) 星系层次
大学物理
——连结哈勃定律的飞跃（20世纪）
1929年，发现所有 星系的光谱均有红移 现象，红移量与距离 r 成正比。
将红移量折合成星 系的运动速度，即
v H0r
第6页 共29页
太阳: 银河系中一颗普通恒星
大学物理
直径约1.510-7光年，表面温度6000K,中心温 度1.5107K, 质量相当于33.3万个地球。
第7页 共29页
地球: 一颗大行星, 年龄约40 ~ 50 亿年
大学物理
人类起源： ~100万年
中华文明史： 5000年以上
地球的内部结构 半径：平均6370km 外衣：地壳（平均厚度33km） 中间层：地幔(平均厚度2800多km) 核心：地核（内核、外核）
第8页 共29页
月球: 围绕地球运行的惟一颗卫星
大学物理
M月
1 81
M
地
R月 0.27R地
第9页 共29页
大学物理
彗星: 围绕太阳运行或行经太阳附近的云雾状 天体，由慧核、慧发、慧尾组成。
第10页 共29页
陨石: 流星体进入地球的大气 层中一般都能完全燃烧 气化，只有较大的流星 体燃烧不完，可以陨落 到地面上而被称为陨星。 90%为硅酸盐矿物的石 陨星称为陨石。
(1) 微波背景辐射
1965年，彭齐阿斯和威尔逊发现了消除不掉 的各向同性的微波段的噪声辐射。
1989年，宇宙背景探测卫星(COBE)对微波 背景辐射测量的结果，非常精确地符合温度为 2.2710.010K的黑体辐射谱。
第21页 共29页
(2) 天体的年龄
观测宇宙——人们用肉眼或仪器观测到的整个宇宙空间 及其各类天体的总称。（哈勃半径：150亿光年）
第2页 共29页
宇宙 —— 哲学意义上的概念 观测宇宙 —— 天文学研究的对象
大学物理
2.天体——宇宙间一切物质集团的总称
天空中的浮云、大气，山川、河流——气象现象
人造卫星，宇宙火箭等——人造天体
3.光年——光传播一年所经过的距离 1光年=1013km（3108 365 24 3600） 光1秒钟可以绕地球运行7圈，光从太阳传到地球只需
“富”星系团 河外星系
星球：有自身内部结构和特性，包括恒星、行星、卫 星、彗星、流星等。
行星：绕恒星运动的近似球形天体，本身不发光。 地球：本星系群 —— 银河系 —— 太阳系—— 一颗行星
第4页 共29页
各种天体的层次
大学物理
天体层次 行星 恒星 星际云 星团 星系 宇宙 (地球) (太阳) (平均) (球状)
第5页 共29页
(1) 太阳系 —— 以太阳为中心，以及由它的引力支大学物理 配而绕它运动的天体所构成的系统。
含有九大行星， 3000多个小行星， 66 个天然卫星， 为数众多的彗星、 流星、星际物质、 人造天体。
九星连珠：由于各行星绕太 阳运动的轨道大小、速度各 不相同，它们很难聚集在以 太阳为中心的扇形区域内。 这是1982年出现的九星连珠 现象
——连结开普勒定律的飞跃(17世纪)
弟谷: 积累大量资料, 达到前所未有的观测精度。
开普勒:发现开普勒行星运动三定律，适用于所有
行星的运动，给出行星理论的约束条件。
牛顿：将地面物体力学规律应用于天体运动，实
现物理学的第一次大综合。
第14页 共29页
大学物理
(2) 恒星层次——连结赫 -- 罗图的飞跃
同学们好！
第三节 宇宙
目标：了解宇观层次的物质结构 了解宇宙的起源
一、几个概念 1.宇宙——时间和空间联合 构成的统一整体
大学物理
近代物理观点：物质和它的运动 是统一的客观实在（空间广延、时间广延）
既不可能有脱离物质的运动，也不可能有脱离运动的物质。 而时间和空间也只能凭借物质及其运动的存在才能体现。
吉林1号陨石是目前世界 上最大的陨石，重1770kg。 于1976年3月8日陨落在吉 林省内。
大学物理 第11页 共29页
(2) 银河系
大学物理
扁平铁饼状结构，直径达10万光年 3000亿个恒星 + 星团 + 星云 太阳距银河系中心约3.3万光年
第12页 共29页
2. 宇宙学原理
大学物理
几条先验原则 —— 对称性思想的体现
哈勃常数：H0 2.1104 m s1/ 光年
第18页 共29页
2.大爆炸宇宙理论
大学物理
现代理论认为，宇宙起源于一次大爆炸，
大爆炸前全部粒子处于高温高密度状态。
第19页 共29页
大学物理
“大爆炸”启动了宇宙膨胀，后因膨胀、降温演 化成了现在的宇宙。
第20页 共29页
大学物理
支持大爆炸宇宙学说的主要实验事实：
1905 赫茨普龙 1913 罗素
发现恒星表面温度 与恒星光度之间的关 系，将纷杂现象纳入 统一模型，给出恒星 理论的约束条件：
第一，所有恒星最初均由氢、氦为主的原始气体凝聚 而成。 第二，发生在恒星核心的核聚变制约恒星演化过程。
第15页 共29页
大学物理
各恒星的区别：原始质量不同，“年龄”不同。
1) 宇宙间物质（及其发展规律）的统一性。
2) 人类在宇宙中不具有特殊的地位。
3) 宇宙间物质的无限性。
宇宙学原理：宇宙在整体上（能代表宇宙特
征的大尺度上）是均匀的，各向同性的。任何 一个典型星系上的观察者“看到”的物理规律 相同。
第13页 共29页
三、大爆炸宇宙模型
大学物理
1. 天文学历史上的三次飞跃 (1) 行星层次
意义：➢ 表征天体间的空间距离
➢ 表征携带信息的时间历史
哈勃半径150亿光年——从空间上得到了150 亿光年尺 度的横断面，时间上追溯到了150亿年前宇宙的历史。
第3页 共29页
二、宇宙的一般图景
大学物理
1. 天体的层次 人类对宇宙的认识由近到远，由现在到过去逐渐展开
星球
太阳系
恒星系 (银河系)
Байду номын сангаас
半径/pc
10-10 10-8
10
平均距离/pc 10-5
1
10
10 104 1010 103 106
质量/M日 10-6
1
103
106 1011 1021
平均密度 5.515 1 /(g/cm3)
中心温度/K 104 107
10-23 102
10-21 10-23 10-30
pc为秒差距 1pc = 3.261633光年=3.0856781016 m
第16页 共29页
大学物理
星际星云原始恒星主序星红巨星超新星 爆发（或白矮星）黑洞（或中子星、星际物质）
第17页 共29页
(3) 星系层次
大学物理
——连结哈勃定律的飞跃（20世纪）
1929年，发现所有 星系的光谱均有红移 现象，红移量与距离 r 成正比。
将红移量折合成星 系的运动速度，即
v H0r
第6页 共29页
太阳: 银河系中一颗普通恒星
大学物理
直径约1.510-7光年，表面温度6000K,中心温 度1.5107K, 质量相当于33.3万个地球。
第7页 共29页
地球: 一颗大行星, 年龄约40 ~ 50 亿年
大学物理
人类起源： ~100万年
中华文明史： 5000年以上
地球的内部结构 半径：平均6370km 外衣：地壳（平均厚度33km） 中间层：地幔(平均厚度2800多km) 核心：地核（内核、外核）
第8页 共29页
月球: 围绕地球运行的惟一颗卫星
大学物理
M月
1 81
M
地
R月 0.27R地
第9页 共29页
大学物理
彗星: 围绕太阳运行或行经太阳附近的云雾状 天体，由慧核、慧发、慧尾组成。
第10页 共29页
陨石: 流星体进入地球的大气 层中一般都能完全燃烧 气化，只有较大的流星 体燃烧不完，可以陨落 到地面上而被称为陨星。 90%为硅酸盐矿物的石 陨星称为陨石。
(1) 微波背景辐射
1965年，彭齐阿斯和威尔逊发现了消除不掉 的各向同性的微波段的噪声辐射。
1989年，宇宙背景探测卫星(COBE)对微波 背景辐射测量的结果，非常精确地符合温度为 2.2710.010K的黑体辐射谱。
第21页 共29页
(2) 天体的年龄
观测宇宙——人们用肉眼或仪器观测到的整个宇宙空间 及其各类天体的总称。（哈勃半径：150亿光年）
第2页 共29页
宇宙 —— 哲学意义上的概念 观测宇宙 —— 天文学研究的对象
大学物理
2.天体——宇宙间一切物质集团的总称
天空中的浮云、大气，山川、河流——气象现象
人造卫星，宇宙火箭等——人造天体
3.光年——光传播一年所经过的距离 1光年=1013km（3108 365 24 3600） 光1秒钟可以绕地球运行7圈，光从太阳传到地球只需
“富”星系团 河外星系
星球：有自身内部结构和特性，包括恒星、行星、卫 星、彗星、流星等。
行星：绕恒星运动的近似球形天体，本身不发光。 地球：本星系群 —— 银河系 —— 太阳系—— 一颗行星
第4页 共29页
各种天体的层次
大学物理
天体层次 行星 恒星 星际云 星团 星系 宇宙 (地球) (太阳) (平均) (球状)
第5页 共29页
(1) 太阳系 —— 以太阳为中心，以及由它的引力支大学物理 配而绕它运动的天体所构成的系统。
含有九大行星， 3000多个小行星， 66 个天然卫星， 为数众多的彗星、 流星、星际物质、 人造天体。
九星连珠：由于各行星绕太 阳运动的轨道大小、速度各 不相同，它们很难聚集在以 太阳为中心的扇形区域内。 这是1982年出现的九星连珠 现象
——连结开普勒定律的飞跃(17世纪)
弟谷: 积累大量资料, 达到前所未有的观测精度。
开普勒:发现开普勒行星运动三定律，适用于所有
行星的运动，给出行星理论的约束条件。
牛顿：将地面物体力学规律应用于天体运动，实
现物理学的第一次大综合。
第14页 共29页
大学物理
(2) 恒星层次——连结赫 -- 罗图的飞跃
同学们好！
第三节 宇宙
目标：了解宇观层次的物质结构 了解宇宙的起源
一、几个概念 1.宇宙——时间和空间联合 构成的统一整体
大学物理
近代物理观点：物质和它的运动 是统一的客观实在（空间广延、时间广延）
既不可能有脱离物质的运动，也不可能有脱离运动的物质。 而时间和空间也只能凭借物质及其运动的存在才能体现。
吉林1号陨石是目前世界 上最大的陨石，重1770kg。 于1976年3月8日陨落在吉 林省内。
大学物理 第11页 共29页
(2) 银河系
大学物理
扁平铁饼状结构，直径达10万光年 3000亿个恒星 + 星团 + 星云 太阳距银河系中心约3.3万光年
第12页 共29页
2. 宇宙学原理
大学物理
几条先验原则 —— 对称性思想的体现
哈勃常数：H0 2.1104 m s1/ 光年
第18页 共29页
2.大爆炸宇宙理论
大学物理
现代理论认为，宇宙起源于一次大爆炸，
大爆炸前全部粒子处于高温高密度状态。
第19页 共29页
大学物理
“大爆炸”启动了宇宙膨胀，后因膨胀、降温演 化成了现在的宇宙。
第20页 共29页
大学物理
支持大爆炸宇宙学说的主要实验事实：
1905 赫茨普龙 1913 罗素
发现恒星表面温度 与恒星光度之间的关 系，将纷杂现象纳入 统一模型，给出恒星 理论的约束条件：
第一，所有恒星最初均由氢、氦为主的原始气体凝聚 而成。 第二，发生在恒星核心的核聚变制约恒星演化过程。
第15页 共29页
大学物理
各恒星的区别：原始质量不同，“年龄”不同。
1) 宇宙间物质（及其发展规律）的统一性。
2) 人类在宇宙中不具有特殊的地位。
3) 宇宙间物质的无限性。
宇宙学原理：宇宙在整体上（能代表宇宙特
征的大尺度上）是均匀的，各向同性的。任何 一个典型星系上的观察者“看到”的物理规律 相同。
第13页 共29页
三、大爆炸宇宙模型
大学物理
1. 天文学历史上的三次飞跃 (1) 行星层次