天文学概论：第一章 宇宙概观
《宇宙学概论》课件
星系和银河系的形成与演化
了解宇宙中存在的各种微观粒子， 了解物质如何形成，构成恒星和 星系。
了解不同类型的星系，银河系的 演变和成分组成，了解银河系如 何与其他星系相互作用。
宇宙学中的重要原理和概念
相对论和广义相对论
掌握相对论，重力效应对宇宙的影响。了解广义 相对论是如何解释时间、空间弯曲，和其在宇宙 学中的应用和意义。
结语
1 宇宙学的意义和未来发展趋势
深入了解宇宙学的意义和未来发展的新趋势，以及它对我们的生活和未来的影响。
2 对人类认识宇宙的启示和帮助
探究宇宙科学的重要意义和为人类提供的启示和帮助，确保我们能够更好地理解我们周 围的世界。
暗物质和暗能量
深入了解暗物质和暗能量的概念与测量方法，这 是用于解释宇宙学谜题的关键成分。
宇宙学原理和宇宙学红移
了解宇宙学原理是如何用来描述宇宙的动力学特 征，以及红移测量的物理学原理。
奇点和黑洞
探讨宇宙末日的“宇宙奇点”到普遍的黑洞形成。
天文观测与宇宙研究方法
1
望远镜和射电望远镜
了解现代天文学发展中成像的技术，学
《宇宙学概论》PPT课件
欢迎来到《宇宙学概论》课程! 那么，你想知道这个神秘而充满未知的宇宙是 如何形成的吗？我们将探索从宇宙的起源到现代宇宙学的最前沿研究领域的 每个方面。
宇宙的起源和组成
宇宙的大爆炸理论
深入了解对宇宙诞生的理解，大 爆炸是怎么发生的？它如何改变 了宇宙的形状识地貌？
宇宙中的物质组成
宇宙微波背景辐射和宇宙 纪元
理解宇宙学和天文学的诞生，以 及早期宇宙中的秘密。探讨宇宙 的进化、电离与重构、再电离和 星系形成的方法。
暗物质、暗能量和宇宙加 速膨胀
宇宙概观知识点总结大全
宇宙概观知识点总结大全一、宇宙的起源与发展1. 大爆炸理论大爆炸理论被广泛接受为宇宙起源的最主流理论。
该理论认为，宇宙曾经处于一个高度热密度、高度能量的状态，然后在一次大规模的爆炸中迅速膨胀并冷却，形成了我们所知的宇宙。
2. 宇宙演化在大爆炸后，宇宙经历了漫长的演化历程。
从最初的高能量高温状态到今天的不断膨胀的宇宙，形成了各种星系、恒星、行星等天体。
3. 宇宙膨胀宇宙的膨胀是目前被广泛接受的宇宙演化模型。
根据观测数据和理论模型，宇宙的膨胀是一种不断加速的现象，这一发现被认为是宇宙学中的一大突破。
4. 星系的形成与演化星系是宇宙中的重要组成部分，其形成与演化是宇宙学研究的重要课题。
星系的形成多与宇宙初期的结构形成和引力作用有关，而星系的演化主要受到恒星生成、超新星爆发等因素的影响。
二、宇宙结构与成分1. 宇宙中的星系星系是由恒星、行星、星际物质等组成的天体系统。
在宇宙尺度上，星系以各种形式存在，包括螺旋星系、椭圆星系、不规则星系等。
2. 星际物质星际物质是指填充在星系之间的物质，包括气体、尘埃、暗物质等。
星际物质对星系的形成和演化具有重要影响，同时也是宇宙中的重要物质来源。
3. 恒星恒星是宇宙中的光源，其形成与演化是天文学研究的重要内容。
不同类型的恒星对宇宙结构和化学元素的形成都有重要影响。
4. 行星与卫星行星和卫星是围绕恒星或其他天体运转的天体，它们的形成与演化也是宇宙学中的重要课题。
地球、木星、土星等行星及其卫星都是我们熟悉的星体。
5. 黑洞黑洞是宇宙中一种极端的天体，其引力极大，甚至连光都无法逃离其范围。
黑洞是宇宙中许多重要现象的产生地，如宇宙射线、喷流等。
6. 宇宙中的暗物质和暗能量暗物质和暗能量是宇宙学中的两大谜团。
暗物质是宇宙中的一种未知物质，其存在可以解释一些天体运动的规律性。
暗能量则是一种未知力量，其作用被认为是导致宇宙加速膨胀的原因。
三、宇宙中的物理现象与事件1. 宇宙射线宇宙射线是宇宙中产生的高能粒子，其来源可能包括超新星爆发、活动星系核、黑洞等。
第1篇第1章宇宙的起源与演化
• 是先有鸡呢，还是先有蛋? • 何物创生宇宙，又是何物创生该物呢？ • 宇宙演化的问题是问宇宙是恒定不变的，还 是永恒变化的呢？
现代科学技术导论-第1篇第1章宇宙的起源和演化
宇宙
泛指天地万物，亦即在浩瀚的空间中运 动和变化着的全部物质世界的总称。 迄今人们对宇宙的认识，已经从地球到 太阳系，再由太阳系扩展到银河系、河外星 系、星系团、乃至观测所及的宇宙深处。
现代科学技术导论-第1篇第1章宇宙的起源和演化
火 箭 发 射 全 过 程
火 箭 进 入 轨 道
启 动 太 空 舱
现代科学技术导论-第1篇第1章宇宙的起源和演化
航天员的太空活动
现代科学技术导论-第1篇第1章宇宙的起源和演化
第一节 宇宙概观
• 哥白尼的“太阳中心说”使自然科学从神学 中解放出来，牛顿创立了天体力学，而量子 力学、相对论、高能物理学奠定了现代宇宙 学的基础。 • 大口径天文望远镜的落成，光子计数照相机 和电荷耦合探测器的使用，天文光谱测量技 术的发展，空间飞行器的天文探测等等，使 人类对宇宙的认识逐渐深化和日臻完善。
现代科学技术导论-第1篇第1章宇宙的起源和演化
一、宇宙概观
• 我们×108km。 • 而太阳系又仅仅定居于银河系巨大旋臂的一侧； • 而银河系，在宇宙所有星系中，也许很不起眼 … … • 宇宙是由数十亿个类似银河系的庞大天体系统所 组成。
现代科学技术导论-第1篇第1章宇宙的起源和演化
现代科学技术导论-第1篇第1章宇宙的起源和演化
• 《齐物论》中说：四维上下曰宇，古往今来 曰宙。然而它们又不绝对，含有包容和流转 的意义，故宇宙可指时空中所含变化的万有。 又“宇之表无极，宙之端无穷”(张衡《灵宪 》) • 西方的“宇宙”基本上是个空间概念，有两 个重要词表达，一是Cosmos来自希腊文， 本意是秩序，意指作为秩序体系的整个宇宙； 二是Universe，来自拉丁文，本意是万有， 意指包罗万象的宇宙。
天文学导论_宇宙概观
• (μ ) micro = 0.00 000 1 = 10-6
中国特有的词冠
• 万 = 104 = 10 K (thousands) • 亿 = 108 = 100 Millions • “Billion = 109 = Giga = 10 亿” • Trillion = 1012 = Tera = 10,000 亿
长度单位Length Units :光年 light year
• 恒星和星系之间的距离是非常遥远的，所 以使用天文单位有的时候也不是很方便。 • c=300,000 km/s = 3 x105 km (in vacuum) • 测出光通过某段距离的时间，也就知道了 这个距离。
Examples: 月亮Moon: 光秒
几个概念
• Light year (ly 光年) – 光在一年里走过的距 离 (about 10 trillion (10 万亿) km) • Star 恒星–由炽热气体组成的、能自己发光 的球状或类球状天体。离地球最近的恒星 是太阳。其次是半人马座比邻星，它发出 的光到达地球需要4.22年。 • Planet 行星 – 在椭圆轨道上环绕太阳运行 的、近似球形的天体。行星本身一般不发 射可见光，而以表面反射太阳光而发亮。
光分Light minute
• A Light Year (ly) is the distance light travels in a year 1 ly = 9.4604x1015 metres (63,000 AU)
科学表示法 Scientific Notation
• 当我们在处理天文学数据的时候，如果按平时的 习惯来书写，我们会感到很tiresome ，因为有 Too many zeros… • 所以我们采用科学表示法，指数给出了零的个数。
2第二讲 宇宙、地球、生命的起源与演化
以上这些问题中部分问题的答案正在逐渐变得清晰。大致 而言，宇宙的前途有三种可能：封闭、平直和开放。对封闭宇 宙猛烈的攻击始于1969年Martin Rees（现在是英国皇家天文 学家）的一篇开创性的文章。而后，Iamal Islam 和Freeman Dyson推动了开放和平直宇宙模型的长远发展。
在此，根据Rees, Islam, Dyson 的理论以及现在人类对 物理和天文的最新理解，为大家描绘出遥远未来宇宙的一幅图 象。正象我们的描述与前人的描述在一些细节上有所不同一样， 随着天文ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ和物理学的发展，这些描述同样也会被重写。
在天文学家们的日常工作中，经常讨论一些也许多少亿年也 不会发生的事情。比如，根据恒星演化的理论，在大约11亿年以 后，我们的太阳将变得非常热，被煎熬的地球由于不再适于生命 的存在而变得一片荒凉。70亿年以后，它将成为一个庞大的红巨 星。接着在随后的几亿年的时间里，它将耗尽自己的核能，外壳 变暗成为一颗白矮星，进而开始了一个漫长的逐渐暗淡的过程。
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子．中性原子大约是在大爆炸发生后30万年才开始形成的，这 时的温度已降到3 000摄氏度，化学结合作用已足以将绝大部分 自由电子束缚在中性原子中．到这一阶段，宇宙的主要成份是 气态物质，随着温度的进一步降低，它们慢慢地凝聚成密度较 高的气体云，到109年后，进一步形成各种星系，1010年形成恒 星系统．这些恒星系统又经历了漫长的演化，才形成了我们今 天所看到的宇宙． 大爆炸宇宙学模型发展至今，特别是关于轻元素丰度的解释和 微波背景辐射的测量，说明大爆炸宇宙学模型正在走向成 熟．但这并不能说明该理论无可挑剔．相反，大爆炸理论存在 诸多包括视界问题、平坦性问题(现已被暴涨理论所解释)、奇 性问题、磁单极子问题、重子不对称问题、暗物质问题和宇宙 常数等困难，这些有待于进一步研究．相信对这些问题的不断 解决，必将进一步完善大爆炸宇宙学模型． 理论物理学家已经提出了一些看似可行的观点来解释宇宙的开 始。一般认为存在许多次大爆炸，而非一次，不断地从以前形 成的时空中产生出来，每次大爆炸，宇宙都迅速涨大，并从产
宇宙概论
宇宙概论作者少羽（牛成）篇一黑洞类似于婴儿脐带宇宙的诞生类似母性的哺乳与分娩，母性的哺乳期即婴儿在母亲卵巢中汲取自身成长所需要一切营养。
可以这样说宇宙出生于黑洞，黑洞诞生于宇宙中，宇宙是黑洞形成的特定条件，黑洞是宇宙形成的必要条件。
我们称在宇宙中所诞生黑洞为子黑洞，这个宇宙则称为母本宇宙。
黑洞在母本宇宙中诞生这是一约说，实则是母本宇宙中大我们称之为太阳的恒星的八倍的恒星即超新星，超新星在其生命的最后一瞬间产生爆炸，称为超新星爆炸，超新星爆炸产生引理的奇迹黑洞。
产生于母本宇宙中的黑洞就像婴儿一样无时无刻都在吸收着来自母本为自己成长所必须的物质。
母本无私的奉献着婴儿无所顾忌吮吸着，黑洞就像一条连接着婴儿于母本的脐带。
黑洞这个脐带因其巨大的引力无时无刻都在吞噬着母本中的一切所需的物质，黑洞的引力是无可置疑的，被它所吸收物质就连光都无法逃脱，正是由于这种强大到不可思议的引力故而使得被它的引力所吸收的一切物质不断地凝聚在其内部产生着复杂到无可想象的剧烈反应，而光正是这种剧烈反应的催化剂，当黑洞吸收的物质的量达到了一个临界值，这是我们称这个临界值为零点即被黑洞的引力无限压缩所吸收进来的所有物质的最终压缩临界零点。
这个零点内所有物质站在了同一起跑线上，零点内的一切成为了一种及其奇特的状态，没有时间没有空间，一切的一切都只是原点。
然而黑洞是不会就此而停止对母本宇宙物质的吸收的，最终在黑洞无所畏惧的吸收下物质运动所产生能量突破了零点临界值，巨大的爆炸开始了。
2005年7月2005年7月随着零点的爆炸一个温度高到不可思议零点在爆炸的瞬间膨胀中，在这个膨胀的过程中温度下降，能量演化成物质且与此同时引力不断的收缩，膨胀的宇宙的力量抗拒着引力的收缩，大爆炸产生的力与引力的对抗是宇宙形成时的最危险的时机，由于这种对抗才使得宇宙度过了最危险的时刻，就是从引力的收缩中逃脱出来。
正由于宇宙大爆炸和引力的抗衡才是的物质被均匀的分布在空间中的各个角落，如果没有这个大爆炸宇宙将很难成为一个结构，引力将毁灭一切，所以宇宙必须膨胀，所有物质必须在一个恰到好处的平衡对抗力中才能得到最充分地演化。
宇宙概观知识点总结归纳
宇宙概观知识点总结归纳宇宙是人类永恒的追问，也是人类了解的最后的未知。
它包含了无数星球、行星、卫星、恒星、星系和宇宙射线等无数天体，构成了这个广袤无垠的宇宙空间。
宇宙的奥秘吸引着人们的好奇心，也激发了科学家们的探索欲望。
在长期的观测和研究中，我们逐渐认识到了宇宙的构成和演化规律，积累了许多前沿知识。
下面，我们将对宇宙的概况、起源、结构、演化等方面进行总结和归纳。
一、宇宙概况1.宇宙的定义宇宙是指包含了时间、空间和一切物及能量的无限广漠的空间。
它是我们所知晓的所有物质、能量以及物质与能量的演化过程的总和。
2.宇宙的起源宇宙的起源是一个重大的科学问题。
在宇宙大爆炸理论的支持下，人们认为，宇宙大约在138亿年前的一个极短的时间内，从一个微小、高度密集、高度热的状态中，经历了一个膨胀的过程，从而膨胀成为一个无限广漠的空间。
3.宇宙的构成宇宙由无限广漠的空间、孕育着无数恒星、行星、星系和星云的宇宙空间构成。
此外，还有一些我们所不知道的暗物质和暗能量。
暗物质和暗能量的性质与作用是当前宇宙学领域的一大难题，也是未来研究的重点之一。
4.宇宙的演化宇宙的演化是一个复杂的过程。
它包括了宇宙膨胀、星系的形成与演化、恒星的形成与演化、以及最终的宇宙膨胀愈发加速的演化趋势等。
这些过程涉及了宇宙学、天体物理学、高能物理学、粒子物理学、等多个学科，对宇宙演化规律的研究对于了解宇宙的本质和起源具有重要意义。
二、宇宙的起源1.宇宙大爆炸理论宇宙大爆炸理论是目前最被广泛接受的一种关于宇宙起源的理论。
它认为，大约在138亿年前，宇宙是一个极度炽热、极度密集的状态，然后经历了一个膨胀的过程，形成了我们今天所看到的宇宙。
这一理论得到了大量观测事实的支持，也已成为宇宙学的基本理论之一。
2.宇宙微波背景辐射宇宙微波背景辐射是宇宙大爆炸之后产生的一种辐射。
这种辐射被认为是宇宙大爆炸的直接证据，并且由于经历了宇宙膨胀，已经变成了微波波段的辐射，成为了我们观测宇宙起源的关键证据。
宇宙概观知识点归纳总结
宇宙概观知识点归纳总结一、宇宙的起源和演化1. 大爆炸理论：宇宙在约138亿年前由一个非常高密度、高温的点爆炸而形成，至今不断膨胀扩散。
2. 宇宙的膨胀：宇宙的膨胀是指宇宙中所有物质不断远离彼此，宇宙空间的膨胀导致宇宙中的星系不断远离，形成了“宇宙膨胀论”。
3. 宇宙的演化：宇宙起源于大爆炸，经历了宇宙暴涨、宇宙热时期、宇宙冷却等阶段，最终演化成今天的宇宙。
二、宇宙的结构和组成1. 星系：宇宙中的星系是由星球、恒星、行星、行星卫星、星云等天体组成的庞大系统。
其中银河系是地球所在的星系，包含了数百亿颗星星。
2. 星云：星云是宇宙中由气体和尘埃组成的大片区域，包括行星状星云、发射星云和反射星云等。
3. 恒星：恒星是宇宙中由氢气和氦气等星际物质形成的球状天体，包括红巨星、白矮星、中子星、黑洞等不同类型的恒星。
4. 星际物质：宇宙中的星际物质包括氢气、氦气、重元素、尘埃等，这些物质构成了宇宙中的星系、恒星和行星等天体。
三、宇宙中的物理现象和现象1. 引力：宇宙中的引力是万有引力定律所描述的，体现了物质之间的相互吸引力，是宇宙中星系和恒星形成、运动的重要因素。
2. 光速：光速是宇宙中所有物体运动的极限速度，是宇宙物理学中一个重要的常数。
3. 熵增原理：宇宙中的熵增原理是指宇宙中的熵（混乱度）不断增加，宇宙的熵趋于最大，这是宇宙演化中的重要物理现象。
4. 宇宙微波背景辐射：宇宙微波背景辐射是宇宙起源于大爆炸后形成的宇宙射线，是宇宙学中的一个重要证据。
四、宇宙的未来命运1. 大冲击：宇宙的未来可能会发生大冲击，宇宙中的星系和恒星不断远离，最终导致宇宙的热寂状态。
2. 天体碰撞：宇宙中的天体碰撞可能会导致宇宙中的行星、恒星、星系等天体发生碰撞，这是宇宙演化中的一种可能情景。
3. 黑洞蒸发：宇宙中的黑洞可能会在极长时间内蒸发殆尽，这是宇宙中可能发生的一种情景。
4. 太阳系命运：太阳系中的行星包括地球等行星的未来可能会受到太阳的变化和宇宙中的其他天体的影响，这是宇宙中一个重要的未来命运。
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第一章 宇宙概观
1.1 太阳系 1.2 恒星世界 1.3 银河系及河外星系
1.1
1.1.1 太阳 1.1.2 太阳系行星 1.1.3 地球 1.1.4 日月食 1.1.5 太阳系的物质分布
1.1.1 太阳
太阳大气（the Solar Atmosphere）
日冕
只有在日食 期间可观测 到
Magnetic South Poles
In sun spots, magnetic field lines emerge out of the photosphere.
磁力线（Magnetic Field Lines）
Magnetic South Pole
Sun Spots are related to magnetic activity on the photosphere
太阳黑子 (3)
Magnetic field in sunቤተ መጻሕፍቲ ባይዱspots is about 1000 times stronger than average.
Magnetic North Poles
Only appear dark against the bright sun. Would still be brighter than the full moon when placed on the night sky!
太阳黑子（2）
Active Regions
Visible
Ultraviolet
Visible in Ha emission.
Each one lasting about 5 – 15 min.
太阳大气层
Visible Photosphere
Sun Spot Regions
Corona
Ultraviolet Chromosphere
Coronal activity, seen in visible
太阳表面
Solar Activity, seen in soft X-rays
黑子中的磁场
（Magnetic Fields in Sun Spots）
Magnetic fields on the photosphere can be measured through the Zeeman effect
Computer model of the magnetic carpet
太阳风（the Solar Atmosphere）
Constant flow of particles from the sun.
Velocity ≈ 300 – 800 km/s
Sun is constantly losing mass: 107 tons/year
• Visible, UV, and X-ray lines from highly ionized gases
• Temperature increases gradually from ≈ 4500 oK to ≈ 10,000 oK, then jumps to ≈ 1 million oK
Filaments
light
日冕磁场
• Corona contains very low-density, very hot (1 million oK) gas
• Coronal gas is heated through motions of magnetic fields anchored in the photosphere below (“magnetic carpet”)
日冕
光球的能力传输
Energy generated in the sun’s center must be transported outward.
In the photosphere, this happens through
对流
Cool gas （Convection）
sinking down
= analysis of vibration patterns visible on the solar surface:
Approx. 10 million wave patterns!
太阳黑子（Sun Spots）
Cooler regions of the photosphere (T ≈ 4240 K).
Transition region
Chromospheric structures visible in Ha emission (filtergram)
针状体
Spicules: Filaments of cooler gas from the photosphere, rising up into the chromosphere.
Bubbles of hot
gas rising up
≈ 1000 km
Bubbles last for ≈ 10 – 20 min.
米粒组织（Granulation）
… is the visible consequence of convection
色球（Chromosphere）
• Region of sun’s atmosphere just above the photosphere.
(≈ 10-14 of its mass per year)
日震（Helioseismology）
The solar interior is opaque (i.e. it absorbs light) out to the photosphere.
Only way to investigate solar interior is through Helioseismology
色球
人眼看到的太阳
光球
Heat Flow
太阳内部
光球（photosphere）
• Apparent surface layer of the sun • Depth ≈ 500 km • Temperature ≈ 5800 oK • Highly opaque (H- ions)
• Absorbs and re-emits radiation produced in the solar interior