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第十章 從粒子到宇宙
第5節(jié) 宇宙探秘
人類(lèi)的祖先第一次仰望星空，并且驚嘆其中的玄妙時(shí)，人們就開(kāi)始試圖破譯日月星辰等天文現(xiàn)象的奧秘。誰(shuí)是宇宙的中心？
新知導(dǎo)入
1. 了解銀河系。
2. 了解宇宙天體的結(jié)構(gòu)層次。
3. 了解人類(lèi)認(rèn)識(shí)的空間尺度和時(shí)間尺度。
學(xué)習(xí)目標(biāo)
1.銀河系：
晴朗夜空中看到的橫亙天際的光帶，我們稱(chēng)為銀河，實(shí)際上它是由無(wú)數(shù)星體集成的一個(gè)龐大的天體系統(tǒng)，叫作銀河系。直徑約為10萬(wàn)光年，最大厚度約1萬(wàn)光年。形狀像一個(gè)中央突起、四周扁平的旋轉(zhuǎn)鐵餅。
太陽(yáng)是銀河系中的一顆普通恒星。銀河系中有2000億顆這樣的恒星。除太陽(yáng)外，距地球最近的恒星是比鄰星。
01 銀河系
新知學(xué)習(xí)
銀河系中有非常多像太陽(yáng)這樣的恒星，除太陽(yáng)以外，距地球最近的恒星是半人馬座的比鄰星。
比鄰星與地球之間的距離約是40萬(wàn)億km。光從比鄰星出發(fā)大約需要4.2年才能到達(dá)地球。
2.河外星系：
銀河系之外還有數(shù)以10億計(jì)的類(lèi)似星系，我們稱(chēng)之為河外星系。
仙女座河外星系是人類(lèi)肉眼可見(jiàn)的最遠(yuǎn)天體。它與銀河系相距220萬(wàn)光年。
仙女座河外星系
3.星系團(tuán)：
許多星系還可以形成星系團(tuán)。星系團(tuán)的直徑可達(dá)1000萬(wàn)光年以上。目前。望遠(yuǎn)鏡能夠觀察至少130億光年距離的天體。在所見(jiàn)范圍之內(nèi)，有無(wú)數(shù)的星系團(tuán)、超星系團(tuán)存在。
阿伯爾2218星系團(tuán)
宇宙
銀河系
仙女座河外星系
星系團(tuán)、超星系團(tuán)
太陽(yáng)系
比鄰星系
……
......
（1）現(xiàn)代宇宙觀
現(xiàn)代宇宙觀認(rèn)為，宇宙是一個(gè)有層次的天體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，如圖所示。它是有起源的，并且是不斷膨脹、演化的。
這些觀點(diǎn)得到了越來(lái)越多觀測(cè)證據(jù)的支持。
02 宇宙天體的結(jié)構(gòu)層次
1948年，物理學(xué)家伽莫夫提出，宇宙起源于一次“大爆炸”，爆炸生成的“原始火球”不斷膨脹而逐漸冷卻下來(lái),形成今天的還在膨脹著的宇宙。按照他的理論計(jì)算，作為這種膨脹過(guò)程的“遺跡”，目前的宇宙中應(yīng)該普遍存在著溫度約為 5 K 的電磁輻射。
（2）宇宙的起源
大爆炸理論認(rèn)為，宇宙起始于一個(gè)“原始火球”。在“原始火球”里，溫度和密度都高得無(wú)法想象，使得它所處的狀態(tài)極不穩(wěn)定，最終發(fā)生爆炸。這種爆炸是整體性的爆炸，包括宇宙中的能量、物質(zhì)、空間以及時(shí)間。
爆炸導(dǎo)致宇宙空間處處膨脹，同時(shí)溫度相應(yīng)下降。溫度降到一定程度時(shí)，逐步形成了原子、恒星、星系、星系團(tuán)和超星系團(tuán)等。
根據(jù)天文學(xué)的哈勃定律推斷，銀河系外的星系在不斷遠(yuǎn)離我們而去（距離我們?cè)竭h(yuǎn)的星系，遠(yuǎn)離的速度越快），即宇宙是膨脹的。
（3）宇宙膨脹
氣球膨脹時(shí)，任意兩個(gè)小
顆粒間的距離都在增大
我們可用表面沾有小顆粒的氣球類(lèi)比宇宙，小顆粒可看成是宇宙中的星系。氣球膨脹時(shí)，任意小顆粒周?chē)钠渌☆w粒都在離它遠(yuǎn)去。
1. 物質(zhì)
“四方上下曰宇，古往今來(lái)曰宙。”宇宙是物質(zhì)、能量、時(shí)間、空間的總稱(chēng)。小到微觀粒子，大到宇宙天體，都是物質(zhì)。它們的存在與變化，都是與時(shí)間和空間緊密聯(lián)系的。
03 物質(zhì)世界的時(shí)空尺度
2. 人類(lèi)所認(rèn)識(shí)的空間尺度
人類(lèi)所認(rèn)識(shí)的空間尺度范圍：
原子直徑10-10m~可觀測(cè)宇宙的半徑1026m.
3. 人類(lèi)所認(rèn)識(shí)的時(shí)間尺度
人類(lèi)所認(rèn)識(shí)的時(shí)間尺度范圍：
μ子的壽命10-6s
~宇宙的年齡1017s.
宇宙探秘
銀河系
宇宙天體的結(jié)構(gòu)層次
物質(zhì)世界的時(shí)空尺度
課堂小結(jié)
1. 關(guān)于“銀河系”說(shuō)法正確的是（ ）
A.銀河系的半徑約10億光年
B.銀河系最大厚度約1光年
C.銀河系像一個(gè)中央凸起，四周扁平的旋轉(zhuǎn)鐵餅
D.除太陽(yáng)外，距地球最近的恒星是比鄰星，它與地球相距40億千米
C
課堂練習(xí)
2. 科學(xué)家通過(guò)對(duì)星系光譜的研究發(fā)現(xiàn)，所有的星系都在遠(yuǎn)離我們而去，宇宙中星系間的距離在不斷擴(kuò)大，這說(shuō)明( )
A.宇宙處在不斷的膨脹中
B.銀河系是一個(gè)龐大的天體系統(tǒng)
C.太陽(yáng)是銀河系的中心天體
D.太陽(yáng)和太陽(yáng)系最終也會(huì)走向“死亡”
A
3.在下列名詞中，由大到小排列順序正確的是(　　)
A．宇宙>太陽(yáng)系>銀河系>地球
B．宇宙>銀河系>太陽(yáng)系>地球
C．銀河系>宇宙>太陽(yáng)系>地球
D．太陽(yáng)系>銀河系>宇宙>地球
B

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