题目

宇宙知识
越多越好!1

提问时间：2020-10-13

答案

　　【宇宙是否有限】
　　我们的先辈们曾认为宇宙是范围并不很大的球状天体,其中包含着地球以及其他一些形体较小的发光体.直至公元1700 年以前,这种理论在天文学界一直占据主导地位.即使在哥白尼发现地球并非宇宙的中心之后,人们仍持同样的观点,只是把“宇宙主宰”这一光环又赠给了太阳而已,而宇宙的基本定义仍未得到根本上的改变.天空仍旧是天上的“球”,里面有许多星星,不过,它包括的主体是太阳,相比之下,地球要逊色得多.
　　托勒密的“地心说”体系
　　哥白尼的“日心说”体系
　　开普勒的椭圆型轨道的思想废除了星体是“透明的球体”这一谬论,但是却仍然保留了星体是“最外层天体球”这一说法.感谢卡西尼的研究成果,他揭开了太阳系的真实面目,从而证明了太阳系比人们想象的要大得多,而这也只是将人们脑海中宇宙的边界扩大了而已.
　　直至哈雷于1718 年发现了恒星也是运动着的球体这一事实后,天文学家们才开始重新认真地认识宇宙.当然,即使所有星体都在移动,宇宙仍有可能是有限的,而所有的星体也都有可能在进行着极其缓慢的移动.但是为什么有的星体的运动速度之快足以被人们观察到,而正是这些星体才能发出比较明亮的光线呢?
　　关于这一问题,存在这样一种可能,即某个星体由于具有较大的形体,从而能放射出比较明亮的光线,同时由于其体积较大,造成宇宙对它的束缚产生了困难,从而导致了它的移动.当然,这只是一种特定的假设,但这种全新的设想对于解开有关谜团是具有创造性意义的——即使其很难在实验室条件下得到验证,或根本无法解决任何问题.
　　另一方面,有些星球与地球间的距离有可能相对来说比较近,因此看上去就可能显得比较亮一些.再者,如果所有星球移动的速度是相同的,那么距地球越近,往往就显得运动得更快一些.这一点与实验室条件下的实验结果是相符的.这一现象是以解释运动越快的星体其亮度越高的原因.那相对比较昏暗的星球其实也处于运动状态,但由于它与地球间距离实在太遥远了,因此即使经过几个世纪的观测也无法察觉到它的位置的变化,但这一变化却有可能在数千年的过程中被观测到,这的确需要人们一代一代不懈的努力.
　　如果各个星体与太阳系间的距离各不相同,那么宇宙就应该是无限的,而众多的星球则会像蜂群一样遍布于宇宙的各个角落.直至1718 年,人们才意识到这一点而摒弃了宇宙有限论,从此,一幅广阔无垠而壮丽非常的宇宙画卷终于展现在人们的眼前.
　　编辑本段【宇宙有中心吗?】
　　太阳是太阳系的中心,太阳系中所有的行星都绕着太阳旋转.银河也有中心,它周围所有的恒星也都绕着银河系的中心旋转.那么宇宙有中心吗?一个让所有的星系包围在中间的中心点?
　　看起来应该存在这样的中心,但是实际上它并不存在.因为宇宙的膨胀一般不发生在三维空间内,而是发生在四维空间内的,它不仅包括普通三维空间（长度、宽度和高度）,还包括第四维空间——时间.描述四维空间的膨胀是非常困难的,但是我们也许可以通过推断气球的膨胀来解释它.
　　我们可以假设宇宙是一个正在膨胀的气球,而星系是气球表面上的点,我们就住在这些点上.我们还可以假设星系不会离开气球的表面,只能沿着表面移动而不能进入气球内部或向外运动,在某种意义上可以说我们把自己描述为一个二维空间的人.
　　如果宇宙不断膨胀,也就是说气球的表面不断地向外膨胀,则表面上的每个点彼此离得越来越远.其中,某一点上的某个人将会看到其他所有的点都在退行,而且离得越远的点退行速度越快.
　　现在,假设我们要寻找气球表面上的点开始退行的地方,那么我们就会发现它已经不在气球表面上的二维空间内了.气球的膨胀实际上是从内部的中心开始的,是在三维空间内的,而我们是在二维空间上,所以我们不可能探测到三维空间内的事物.同样的,宇宙的膨胀不是在三维空间内开始的,而我们只能在宇宙的三维空间内运动.宇宙开始膨胀的地方是在过去的某个时间,即亿万年以前,虽然我们可以看到,可以获得有关的信息,而我们却无法回到那个时候.
　　【银河系 Milky Way galaxy 】
　　『概述』
　　银河系是地球和太阳所属的星系.因其主体部分投影在天球上的亮带被我国称为银河而得名.银河系约有2000多亿个恒星.银河系侧看像一个中心略鼓的大圆盘,整个圆盘的直径约为10万光年,太阳位于据银河中心2.3万光年处.鼓起处为银心是恒心密集区,故望去白茫茫的一片.银河系俯视像一个巨大的漩涡这个漩涡有四个旋臂组成.太阳系位于其中一个旋臂（猎户座臂）,逆时针旋转（太阳绕银心旋转一周需要2.5亿年）.
　　银河系呈旋涡状,有4条螺旋状的旋臂从银河系中心均匀对称地延伸出来.银河系中心和4条旋臂都是恒星密集的地方.从远处看,银河系像一个体育锻炼用的大铁饼,大铁饼的直径有10万光年,相当于946080000亿公里.中间最厚的部分约12000光年.太阳位于一条叫做猎户臂的旋臂上,距离银河系中心约2.3万光年.
　　银河系的发现经历了漫长的过程.望远镜发明后,伽利略首先用望远镜观测银河,发现银河由恒星组成.而后,T.赖特、I.康德、J.H.朗伯等认为,银河和全部恒星可能集合成一个巨大的恒星系统.18世纪后期,F.W.赫歇尔用自制的反射望远镜开始恒星计数的观测,以确定恒星系统的结构和大小,他断言恒星系统呈扁盘状,太阳离盘中心不远.他去世后,其子J.F.赫歇尔继承父业,继续进行深入研究,把恒星计数的工作扩展到南天.20世纪初,天文学家把以银河为表观现象的恒星系统称为银河系.J.C.卡普坦应用统计视差的方法测定恒星的平均距离,结合恒星计数,得出了一个银河系模型.在这个模型里,太阳居中,银河系呈圆盘状,直径8千秒差距,厚2千秒差距.H.沙普利应用造父变星的周光关系,测定球状星团的距离,从球状星团的分布来研究银河系的结构和大小.他提出的模型是：银河系是一个透镜状的恒星系统,太阳不在中心.沙普利得出,银河系直径80千秒差距,太阳离银心20千秒差距.这些数值太大,因为沙普利在计算距离时未计入星际消光.20世纪20年代,银河系自转被发现以后,沙普利的银河系模型得到公认.
　　银河系是一个巨型旋涡星系,Sb型,共有4条旋臂.包含一、二千亿颗恒星.银河系整体作较差自转,太阳处自转速度约220千米／秒,太阳绕银心运转一周约2.5亿年.银河系的目视绝对星等为－20.5等,银河系的总质量大约是我们太阳质量的1万亿倍,大致10倍于银河系全部恒星质量的总和.这是我们银河系中存在范围远远超出明亮恒星盘的暗物质的强有力证据.关于银河系的年龄,目前占主流的观点认为,银河系在宇宙诞生的大爆炸之后不久就诞生了,用这种方法计算出,我们银河系的年龄大概 在145亿岁左右,上下误差各有20多亿年.而科学界认为宇宙诞生的“大爆炸”大约发生200亿年前.
　　特征
　　『宇宙时间表』
　　一般认为,宇宙产生于150亿年前一次大爆炸中.大爆炸后30万年,最初的物质涟漪出现.大爆炸后20亿～30亿年,类星体逐渐形成.大爆炸后100亿年,太阳诞生.38亿年前地球上的生命开始逐渐演化.
　　『宇宙及其组成和结构 』
　　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,先看看它的组成和结构.
　　(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.
　　(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.
　　(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.
　　(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.
　　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