宇宙中有什么,宇宙的基本组成部分是什么?
导读:本文介绍了宇宙中的一些星体,包括太阳系内的行星、恒星、卫星、小行星、彗星、流星、陨星和快速自转的中子星。一些恒星集体,如双星和聚星。文章还介绍了一些亮度会发生变化的星,称为变星。文章一些星云,包括银河星云和河外星云。如下为有关宇宙中有什么,宇宙的基本组成部分是什么?的文章内容,供大家参考。
1、宇宙中有什么
放开眼界,环顾整个宇宙,浩瀚无垠。宇宙中都有些什么呢?
我们居住的地球是太阳的一个大行星。太阳系中的九个大行星以太阳为中心由内向外排列的顺序是:水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星。其中除了水星和金星外,其余七颗行星都有自己的卫星,目前,太阳系中已发现的卫星有近50颗。在太阳系中,还有为数众多的小行星、彗星、流星和陨星等。那么,在太阳系之外,还有什么呢?
在晴朗的夜晚,天空布满了星星,其中,恒星占绝对多数。恒星,就是像太阳一样自己能够发光的天体。我们银河系就有上千亿颗恒星。恒星的体积、光度、质量和密度等都有很大差别。有的星星很亮,光度比太阳大上百倍到一万倍,这种星叫巨星。有的星星,光度比太阳亮上万倍到几百万倍,半径可超过太阳的一千倍,叫做超巨星。还有一种光度低、体积小而密度极大的白色星叫白矮星。
有的白矮星光度小到只有太阳的几万分之一,体积只有地球的几十分之一大,而密度却大到每立方厘米几百公斤、几吨甚至上千吨。目前已经发现的白矮星就有1000多颗,据估计,光我们银河系的白矮星就有100亿颗。1967年,人们发现了一种快速自转的中子星,又叫脉冲星。中子星是恒星中最小的侏儒,大多数中子星的直径只有10公里左右,可是它的密度却大得惊人,每立方厘米达1亿吨,如果用万吨巨轮来拖,中子星上1立方厘米的物质需要1万艘才能拖得动。已发现的中子星有300多颗。
恒星除了以单个的形式存在于宇宙空间外,还有由两颗或两颗以上至10颗左右的恒星在一起组成的具有物理联系的恒星集体,它们分别称为双星和聚星。现已了解到,仅就太阳系附近的空间来说,属于双星和聚星的恒星数目,就有一半之多。还有由几十颗到几十万颗恒星组成的恒星集团,称为星团。银河系里已发现的星团有1000多个,还有很多没有发现的,估计有18000个。
在恒星世界里,还有一些亮度会发生变化的星,称为变星。它们的变化有的很有规律,有的没有什么规律。有时候,在天空中某个地方会突然出现一颗很亮的星,它的亮度变化非常突然而且剧烈,在两、三天的时间内迅速增加,以后再慢慢减弱,在几年或几十年之后才恢复原来的亮度。由于这种星离我们比较远,比较暗,所以在没有变亮的时候,一般看不到。变亮时光度突然增加几万、几十万甚至几百万倍,才被我们看到,因此称为新星,我国古代叫“客星”或“暂星”。还有一种亮度增加得更厉害的恒星,叫“超新星”,它的实际亮度比太阳还要亮几千万倍到几亿倍。目前在银河系中发现的新星有150多颗,超新星只有8颗,而在河外星系里发现的超新星已超过500颗。
通过望远镜观测或拍摄照片,可以看到一些会发光的云雾状的天体,叫做“星云”。最初人们把星云分成两大类,一类是银河星云,或河内星云,一类是河外星云。银河星云就是在银河系范围以内的星云,是由极其稀薄的气体和尘埃组成。银河星云包括行星状星云和弥漫星云两大类。行星状星云是一种呈圆盘状的、淡淡发光的天体,从外貌上看很像遥远的行星的样子。在行星状星云的中央,常有一个很小的核心,那是一颗高温恒星。有些行星状星云呈圆环形状,天琴座环状星云就是一个有名的典型行星状星云。已发现的行星状星云有1000多个,估计在整个银河系中约有4-5万个。弥漫星云的形状很不规则,而且没有明显的边界。弥漫星云比行星状星云大得多,也暗得多。它的密度极小极小。“河外星云”与银河星云的本质是完全不同的。在大型天文望远镜建造使用后,人们发现“河外星云”并不是星云,而是由几亿、几百亿甚至几千亿颗恒星组成的与银河系同级的庞大的恒星系统。因此,现在一律改称“河外星云”为“河外星系”,简称“星系”。“河外星系”距离我们实在太遥远了,以至看起来就像小小的、发光的斑点。现在已经能够观测到的河外星系有10亿个以上,但用肉眼能够看到的只有大、小麦哲伦星云和仙女座星云。星系的聚集方式和恒星非常相似,孤立的星系是极个别的,绝大多数星系都是属于各种类型星系集团中的一员。两个星系聚集在一起,组成了双重星系。三个以上到十几个星系聚集在一起的,称为星系群。上百个至上万个星系聚集在一起的星系集团,则称为星系团。60年代以来还发现了一种像星星一样的光点,它的光度、质量和星系一样,我们叫它类星体。目前已发现的类星体有1500多个。
在没有恒星又没有星云的广阔的星际空间里,还有些什么呢?是绝对真空的吗?人们通过观测发现,星光在穿过星际空间以后,被大大减弱了,这一现象证实了星际空间并不是真空的,而是存在着物质。不过那里的物质极其稀薄,平均每立方厘米的空间内仅有0.1-1个原子。若按地球上的标准来衡量,这够得上标准的真空了。甚至地球上的高标准真空实验室都赶不上它。尽管星际空间物质密度如此稀薄,但它却像雾一样遮住了天文学家观测的视野,使他们难以辨别远方的星星。观测结果表明,这些物质90%是气体,另有10%是极小固体尘埃。气体中90%是氢,10%是氦;尘埃中有水和甲烷的结晶以及石墨、二氧化硅及铁镁等物质。1969年发现了其中还有甲醛这样复杂的有机分子。此外,在广阔的星际空间里还存在有宇宙线和极其微弱的星际磁场。
前面谈到的各种天体系统包括行星、太阳系、恒星、星团、星云、星系、星系群、星系团、星际物质等,都不是孤立地存在的,也不是固定不变的,而是在不断地运动、变化和互相转化。所有这些天体,构成了现在我们可以观测到的宇宙。根据目前仪器的能力,它的范围可达100多亿光年。我们把它们的总体叫做总星系。总星系之外还有些什么,是什么样子,随着科学技术的发展,今后将会逐步了解。
2、宇宙的基本组成部分是什么?
宇宙由宇宙空间,物质,物质运动,时间组成。
宇宙空间即是一种空,一种无。宇宙空间无限。
宇宙空间中客观存在物质。
宇宙中的物质客观是运动的。
宇宙中时间是物质运动(距离)段。宇宙物质在宇宙空间中运动,物质在空间中运动一段称作一段时间。
宇宙中并不存在象物质一样客观存在的时间。
宇宙中不存在时间,宇宙中无(或没有真正存在的)时间。
把时间看作宇宙中的一种客观存在,这种时间是不存在的。
宇宙中的时间是宇宙物质在宇宙空间中运动距离段,物质在宇宙空间中运动一段称作一段时间
广漠空间和其中存在的各种天体以及弥漫物质的总称。宇宙是物质世界。它处于不断的运动和发展中,在空间上无边无界,在时间上无始无终。宇宙是多样而又统一的。它的多样性在于物质的表现形态;它的统一性在于其物质性。《淮南子·原道训》注:“四方上下曰宇,古往今来曰宙,以喻天地。”宇宙,一般当作天地万物的总称。人类对宇宙的认识,从太阳系到银河系,再扩展到河外星系、星系团乃至总星系。人们的视野已达到一百多亿光年的宇宙深处。有人把总星系称为“观测到的宇宙”、“我们的宇宙”;也有人把总星系称为宇宙。宇宙天体呈现出多种多样的形态:有密集的星体状态,有松散的星云状态,还有辐射场的连续状态。各种星体千差万别,它们的大小、质量、密度、光度、温度、颜色、年龄、寿命也不相同。天体不是同时形成的。球状体是在形成中的星体,O型星、B型星是年轻恒星,主序星(包括太阳)是中年恒星,白矮星和中子星是老年恒星。每个天体都有它的发生、发展、衰亡的历史,但作为总体的宇宙则不生不死,无始无终
“宇宙是有限的还是无限的?有没有中心有没有边?有没有生老病死有没有年龄?“这些恐怕是自从有人类的活动以来一直被关心的问题。为了有一个更清楚的答案,让我们先来看看它的组成和结构吧。宇宙中的天体绚丽多彩,表现出了极高的层次性。
(1) 行星
我们居住的地球是太阳系的一颗大行星。太阳系一共有九颗大行星:水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星。除了大行星以外,还有60多颗卫星、为数众多的小行星、难以计数的彗星和流星体等。他们都是离我们地球较近的,是人们了解的较多的天体。那么,除了这些以外,茫茫宇宙空间还有一些什么呢?
(2) 恒星和星云
晴夜,我们用肉眼可以看到许多闪闪发光的星星,他们绝大多数是恒星,恒星就是象太阳一样本身能发光发热的星球。我们银河系内就有1000多亿颗恒星。恒星常常爱好“群居“,有许多是“成双成对“地紧密靠在一起的,按照一定的规律互相绕转着,这称为双星。还有一些是3颗、4颗或更多颗恒星聚在一起,称为聚星。如果是十颗以上,甚至成千上万颗星聚在一起,形成一团星,这就是星团。银河系里就发现1000多个这样的星团。
在恒星世界中还有一些亮度会发生变化的星-变星。它们有的变化很有规律,有的没有什么规律。现在已发现了2万多颗变星。有时侯天空中会突然出现一颗很亮的星,在两三天内会突然变亮几万倍甚至几百万倍,我们称它们为新星。还有一种亮度增加得更厉害的恒星,会突然变亮几千万倍甚至几亿倍,这就是超新星。
除了恒星之外,还有一种云雾似的天体,称为星云。星云由极其稀薄的气体和尘埃组成,形状很不规则,如有名的猎户座星云。
在没有恒星又没有星云的广阔的星际空间里,还有些什么呢?是绝对的真空吗?当然不是。那里充满着非常稀薄的星际气体、星际尘埃、宇宙线和极其微弱的星际磁场。随着科学技术的发展,人们必定可以发现越来越多的新天体。
(3) 银河系及河外星系
随着测距能力的逐步提高,人们逐渐在越来越大的尺度上对宇宙的结构建立了立体的观念。这里第一个重要的发展,是认识了银河。它包含两重含义,一是了解了银河的形状,二是认识了河外天体的存在。
银河系是太阳所属的一个庞大的恒星集团,约包括1011颗恒星。这种恒星集团叫星系。银河系中大部分恒星分布成扁平的盘状。盘的直径为25kpc(千秒差距,1秒差距=3。26光年=3。09亿亿米),厚度约为2kpc。盘的中心有一球状隆起,称为核球。盘的外部由几条旋臂构成。太阳位于其中一条旋臂上,距离银心约7kpc。银盘上下有球状的延展区,其中恒星分布较稀疏,称为银晕。晕的总质量约占整体的10%,直径约为30kpc。我们的太阳,就其光度,质量和位置讲,都只是银河系中一个极普通的成员。
此外重要的是,并非天穹上一切发光体都是银河系的一部分。设想有一个类似银河系的恒星集团,处于500kpc的距离上(银河自身大小为30kpc)。其表观亮度与2pc远处一颗类似太阳的恒星是一样的。因此对天穹上的某个光点,只有测定它的距离,才能区分它是银河系内的恒星还是银河系外的另一个星系。实际上,天穹上的大多数光点是银河系的恒星,但也有相当大量的发光体是与银河系类似的巨大恒星集团,历史上曾被误认为是星云,我们称它们为河外星系,现在已知道存在1000亿个以上的星系,著名的仙女星系、大小麦哲伦星云就是肉眼可见的河外星系。星系的普遍存在,表明它代表宇宙结构中的一个层次,从宇宙演化的角度看,它是比恒星更基本的层次。
星系的质量差别很大。银河系的质量约为1011M⊙(太阳质量单位)。在明亮的星系中,这是典型的大小。质量很小的星系太暗,不易看到。小星系的质量可低达106M⊙。星系的典型尺度为几十千秒差距。若对视星等在23等以内的星系作统计,星系总数在109以上。
20世纪60年代以来,天文学家还找到一种在银河系以外象恒星一样表现为一个光点的天体,但实际上它的光度和质量又和星系一样,我们叫它类星体,现在已发现了数千个这种天体。
(4) 星系团
当我们把观测的尺度再放大,宇宙可看成由大量星系构成的“介质“,而恒星只是星系内部细致结构的表现。这样,为了了解宇宙结构,需关心星系在空间的分布规律。
星系的空间分布不是无规的,它也有成团现象。上千个以上的星系构成的大集团叫星系团。大约只有10%星系属于这种大星系团。大部分星系只结成十几、几十或上百个成员的小团。可以肯定的是,星系团代表了宇宙结构中比星系更大的一个新层次。这层次的尺度大小为百万秒差距,平均质量是星系平均质量的100倍。
(5) 大尺度结构
今天人们把10Mpc以上的结构称为宇宙的大尺度结构(目前观测到的宇宙的大小是104Mpc)。至今大尺度上的观测事实远不是十分明确的。有趣的是,有迹象表明,星系在大尺度上的分布呈泡沫状。即有许多看不到星系的“空洞“区,而星系聚集在空洞的壁上,呈纤维状或片状结构。这一层次的结构叫超星系团。它的典型尺度为几十兆秒差距。
从演化理论来考虑,尺度大到一定程度,应不再有结构存在。这是否符合事实,以及这尺度多大,都是十分重要,并需要有大尺度观测来回答的问题。现今对宇宙在50Mpc以上是否还有显著的结构现象存在,正是人们热烈争论中的焦点。
总之,若把星系看成宇宙物质的基本单元,那么星系的分布状况就是宇宙结构的表现。现在看来,直至50Mpc的尺度为止,星系的分布呈现有层次的结构。这就是我们对宇宙面貌的基本认识。
3、关于宇宙学的知识
宇宙学是从整体的角度来研究宇宙的结构和演化的天文学分支学科。
在中国古代,关于宇宙的结构主要有三派学说,即盖天说、浑天说和宣夜说。盖天说认为大地是干坦的,天像一把伞覆盖着大地;浑天说认为天地具有球状结构,地在中心,天在周围;宣夜说则认为天是无限而空虚的,星辰就悬浮在空虚之中。
在古代希腊和罗马,从公元前六世纪到公元一世纪,关于宇宙的构造和本原有过许多学说。如毕达哥拉斯学派的中心火焰说(设想宇宙中心有一团大火焰);赫拉克利特的日心说;柏拉图的正多面体宇宙结构模型等等。
进入中世纪后,宇宙学被纳入经院哲学体系,地心说占据正统的地位。十六世纪哥白尼倡导日心说。到十七世纪,牛顿开辟了以力学方法研究宇宙学的途径,建立了经典宇宙学。二十世纪以来,在大量的天文观测资料和现代物理学的基础上,产生了现代宇宙学。
从历史上看,随着时代的发展,作为宇宙学研究对象的天体系统,在深度和广度上不断扩展。古代自然哲学家所讨论的天文学的宇宙,不外乎大地和天空。哥白尼在《天体运行论》一书中说“太阳是宇宙的中心”,意味着宇宙实质上就是太阳系。
十八世纪天文学家引进“星系”一词,当时这个词在一定意义上说只不过是宇宙的同义语。二十世纪以来,天文观测的尺度大大扩展,达到上百亿年和上百亿光年的时空区域。现代宇宙学所研究的课题,就是现今观测直接或间接所及的整个天区的大尺度特征,即大尺度时空的性质、物质运动的形态和规律。
现代宇宙学包括密切联系的两个方面,即观测宇宙学和理论宇宙学。前者侧重于发现大尺度的观测特征,后者侧重于研究宇宙的运动学和动力学以及建立宇宙模型。
观测宇宙学已经发现,在目前观测所及的天区上,存在着一些大尺度的系统性特征,比如:河外天体谱线红移;微波背景辐射;星系的形态;天体时标;氦丰度等。
除了几个近距星系之外,河外天体谱线大都有红移,而且绝大多数是一致红移,即各种谱线的红移量是相等的。此外,在星系团尺度上,对于不同类型的星系,在各自的红移量与视星等之间、红移与星系角径之间存在着系统性的关系。它们反映着红移量与距离之间的规律。
在整个背景辐射中,微波波段比其他波段都强,谱型接近温度为3K的黑体辐射。微波背景辐射大致是各向同性的。这种辐射的小尺度起伏不超过千分之二。三:大尺度的起伏则更小一些。
河外星系的形态虽有多种,但绝大多数星系都可归纳为不多的几种类型,即椭圆星系、旋涡星系、棒旋星系、透镜型星系和不规则星系。而且,各种类型星系的物理特征,弥散范围不算太大。
从球状星团的赫罗图形状可以判断,较老的球状星团的年龄差不多都达到100亿年左右。按照同位素年代学计算,太阳系中某些重元素是在50亿到 100亿年前形成的,即最老天体的年龄都不超过200亿年。
在宇宙中,氢和氦是最丰富的元素,二者丰度之和约占99%。而且氢和氦的丰度比在许多不同的天体上均约为三比一左右。
这些大尺度上的现象,反映出大尺度天体系统具有特别的性质。它的结构、运动和演化并非小尺度天体系统的简单延长。现代宇宙学正是以研究这一系列大尺度上所固有的特征而与其他天文分支学科相区别的。
宇宙模型主要包括三方面的问题,即大尺度上天体系统的结构特征、运动形态和演化方式。关于大尺度上天体系统的结构,有两种不同的模型。一种是均匀模型,另一种是等级模型。前者认为在大尺度上天体分布基本上是均匀各向同性的,或者说,在大尺度上没有任何形式的中心,没有任何形式的特殊点,这种假定常常称为宇宙学原理。等级模型则认为在任何尺度上,物质分布都具有非均匀性,即天体分布是逐级成团的。
河外天体的系统性红移现象与大尺度的运动形态有密切关系。说明红移现象的各种理论,都要涉及这个问题。大致说来,这些理论分为两种类型:
第一种理论认为系统性红移是系统性运动的反映,各种膨胀宇宙模型都属于这一类。第二种理论认为红移现象不是系统性运动的结果,而是由另外的机制形成的。例如假定光子在传播过程中,能量慢慢衰减;或者假定红移是由天体本身结构不同而引起的,等等。
演化问题的探讨自从红移发现之后就开始了,但是大量的研究还是在微波背景辐射发现之后才进行的。根据微波背景辐射的黑体谱,可以用某个温度来标志大尺度天区的性质。问题是:背景辐射从何而来?这个温度是怎样变化的?温度变化对天体系统的状态有什么影响?这就是宇宙模型要回答的问题。
按照大尺度特征变化与否来区分,有稳恒态宇宙模型和演化态模型。前者认为大尺度上的物质分布和物理性质不随时间变化;后者则认为随着时间的推移基本特征有明显变化。
按照与温度有关的演化方式来区分,则有热模型和冷模型。前者主张温度是从高到低,后者主张温度是从低到高发展的。
按照物质组成来区分,有“正”物质模型和“正—反”物质模型。前者主张宇宙全由“正”物质组成,后者主张由等量的“正”物质和“反”物质组成。
在已有的各种宇宙模型中,以热大爆炸宇宙模型最有影响,因为与其他模型相比,它能说明的观测事实最多。
宇宙学理论概要(来源: 宇宙学 南丰公益书院 )
宇宙学(或宇宙论) 译自英文之Cosmology,这个词源自于希腊文的κοσμολογία(cosmologia, κόσμος (cosmos) order + λογια (logia) discourse)。宇宙学是对宇宙整体的研究,并且延伸探讨至人类在宇宙中的地位。虽然宇宙学这个词是最近才有的,人们对宇宙的研究已经有很长的一段历史,牵涉到科学、哲学、esotericism以及宗教。
学科
在最近,物理学与天文物理学在目前所谓的物理宇宙学(藉由科学观察与实验来了解宇宙)的发展上扮演了核心的角色。这个学科专注在宇宙最为巨观且最早期的面向,一般被理解为由大爆炸起头,大爆炸指的是空间的膨胀,而宇宙被认为约於137亿年前由此膨胀产生。从宇宙剧烈的发生直至它的结束,科学家认为宇宙的整个历史是一个有秩序的、且在物理定律支配之下的进程。
物理宇宙学
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大爆炸
The shape of the universe in big bang theory
宇宙背景辐射
Beyond the standard Big Bang model
Quasi 恒稳态理论
宇宙暴涨
宇宙的最终命运
宇宙的大尺度结构 - few 100 Mpc - a few percent of the horizon
星系的形成和演进
暗物质
暗能量
Topological defects
Cosmic variance
According to the proposed extreme circumstances during the first minutes of the universe‘s history, Big Bang cosmologists often co-operate with scientists from areas such as Particle physics。
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4、如果地球是宇宙的中心有那些现象不能解释
1、星体中地球的年龄不是最老的。(同位素、光谱法可证明。)
2、银河系的“气旋眼”为何会“跑偏“?(应该在地球的位置上的呀。)
3、我们的科普读物上,都不宣传,甚至抵制“地心说”。
唉,太多了,真麻烦。
别的就让后辈们补充了。
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