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第十章 從粒子到宇宙
第5節(jié) 宇宙探秘
在我們生活著的地球之外，是一個廣闊無邊的世界，被稱為“宇宙”。宇宙，自古以來就是人類關(guān)注、困惑、探索的焦點，今天我們就來了解一些宇宙的知識。
新知引入
1. 了解銀河系。
2. 了解宇宙天體的結(jié)構(gòu)層次。
3. 了解我國航天事業(yè)的進展。
4. 了解人類認識的空間尺度和時間尺度。
學習目標
（1）光速：3×108m/s
1. 描述宇宙常用的天文單位
（2）光年（l.y.）
天體之間相距遙遠，用米、千米作為距離單位很不方便。為此，天文學中采用了一些特殊的長度做距離單位。
例如，人們將光在真空中傳播一年所經(jīng)過的距離作為長度單位，稱為1光年（l.y.）。
1 l.y.=9.46×1015 m.
織女星離地球的距離約24.5光年，即光從織女星到地球要走24.5年。
新知學習
知識點一：銀河系
浩瀚的宇宙令人神往。仰望蒼穹，我們可以觀察到許多明亮的星星，它們的相對位置似乎保持不變，人們稱這些星星為恒星，太陽就是一顆恒星。實際上，恒星也是運動的。
2. 恒星
如圖所示，晴朗的夜空，可見一條橫亙天際的光帶，它是由群星和彌漫的星際物質(zhì)集合而成的一個龐大的天體系統(tǒng)——銀河系。它好似一個中央凸起、四周扁平的旋轉(zhuǎn)鐵餅，直徑大約為10萬光年。
3. 銀河系
1. 河外星系
在銀河系之外，還有許許多多類似銀河系的天體系統(tǒng)，銀河系只是其中的普通一員。
河外星系是與銀河系是平級的天體，位于銀河系之外，是銀河系的兄弟姐妹，由幾十億至幾千億顆恒星、星云和星際物質(zhì)組成的天體系統(tǒng)。河外星系比銀河系大，星系的總數(shù)在千億個以上。
新知學習
知識點二：宇宙天體的結(jié)構(gòu)層次
（1）人們?nèi)庋劭梢姷暮油庑窍?br/>在夜空中，人們?nèi)庋劭梢姷暮油庑窍狄还灿兴膫€：仙女座星系、三角座星系、大麥哲倫星系和小麥哲倫星系。
仙女座星系
三角座星系
小麥哲倫星系
大麥哲倫星系
（1）現(xiàn)代宇宙觀
現(xiàn)代宇宙觀認為，宇宙是一個有層次的天體結(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。
這些觀點得到了越來越多觀測證據(jù)的支持。
2. 宇宙天體的結(jié)構(gòu)層次
關(guān)于宇宙的起源，大多數(shù)宇宙科學家都認定：宇宙誕生于約138億年前的一次大爆炸。大爆炸理論認為，宇宙起始于一個“原始火球”。
（2）宇宙的起源
大爆炸理論認為，宇宙起始于一個“原始火球”。在“原始火球”里，溫度和密度都高得無法想象，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)、空間以及時間。
爆炸導致宇宙空間處處膨脹，同時溫度相應下降。溫度降到一定程度時，逐步形成了原子、恒星、星系、星系團和超星系團等。
根據(jù)天文學的哈勃定律推斷，銀河系外的星系在不斷遠離我們而去（距離我們越遠的星系，遠離的速度越快），即宇宙是膨脹的。
（3）宇宙膨脹
氣球膨脹時，任意兩個小
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比宇宙，小顆粒可看成是宇宙中的星系。氣球膨脹時，任意小顆粒周圍的其他小顆粒都在離它遠去。
我國的載人航天工程
自1992年我國立項實施載人航天工程以來，我國航天人先后突破了航天器建造材料的選擇與研制、空間環(huán)境下的人體防護、運載火箭的推力提升等一系列關(guān)鍵核心技術(shù)，形成了“特別能吃苦、特別能戰(zhàn)斗、特別能攻關(guān)、特別能奉獻”的載人航天精神。
1. “神舟五號”飛船
2003年，楊利偉搭乘“神舟五號”飛船，成為我國首位圓夢太空的航天員。2008年，翟志剛搭乘“神舟七號”飛船，實現(xiàn)了我國航天史上的第一次“太空行走”。截至2024年10月30日“神舟十九號”載人飛船發(fā)射成功，我國共有 24名航天員（38人次）進入太空。
2. 載人飛船和空間飛行器的交會對接技術(shù)實現(xiàn)新突破
2012 年，“神舟九號”飛船與“天宮一號”目標飛行器成功交會對接，這標志著我國已完整掌握空間交會對接技術(shù)，向著建設(shè)自己的空間站邁出了一大步。
天宮一號與神舟九號交會對接
2016—2017 年，隨著“神舟十一號”載人飛船和“天舟一號”貨運飛船與“天宮二號”交會對接的順利完成，我國載人飛船和空間飛行器的交會對接技術(shù)實現(xiàn)新突破。
此后，“天和”核心艙、“問天”實驗艙和“夢天”實驗艙接連發(fā)射成功。2022年，中國空間站“T”字基本構(gòu)型組裝完成，如圖所示。
在浩瀚的太空，中國人終于擁有了自己的太空家園。中國空間站將在微重力物理科學、空間科學等領(lǐng)域的研究中發(fā)揮重要作用。
中國空間站示意
1. 物質(zhì)
“四方上下曰宇，古往今來曰宙。”宇宙是物質(zhì)、能量、時間、空間的總稱。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，都是與時間和空間緊密聯(lián)系的。
新知學習
知識點三：物質(zhì)世界的時空尺度
2. 人類所認識的空間尺度
人類所認識的空間尺度范圍：
原子直徑10-10m~可觀測宇宙的半徑1026m.
3. 人類所認識的時間尺度
人類所認識的時間尺度范圍：
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
我國的載人航天工程歷程
物質(zhì)世界的時空尺度
課堂小結(jié)
1.織女星離地球的距離約24.5光年，我們在地球上所看到的織女星的星光是織女星( )
A．現(xiàn)在所發(fā)的光
B．約24.5h前發(fā)的光
C．約24.5d前所發(fā)的光
D．約24.5y前所發(fā)的光
D
隨堂練習
2.若有一天小明乘坐宇宙飛船從地球出發(fā)去探索太空，將先后飛離( )
A.太陽系、銀河系、地月系 B.地月系、太陽系、銀河系
C.銀河系、太陽系、地月系 D.地月系、銀河系、太陽系
B

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