第一章第一節(jié) 恒星和星系

第一章地球的宇宙環(huán)境恒星和星系太陽(yáng)和太陽(yáng)系天體的起源和演化宇宙尸佼的宇宙：四方上下，宇古往今來(lái)，宙民歌的宇宙：天似穹廬，籠罩四野霍金的宇宙：無(wú)邊界有限宇宙馬克思的宇宙：時(shí)空無(wú)限宇宙是普遍的永恒的物質(zhì)世界。宇宙是由物質(zhì)組成的。宇宙中的所有物質(zhì)都稱為天體。

常見(jiàn)的天體—恒星、星云、行星、衛(wèi)星、彗星、流星體及星際物質(zhì)等。

最主要的天體—恒星和星云

宇宙的構(gòu)成天體的概念及類型天體的概念宇宙中所有的物質(zhì)統(tǒng)稱為天體。天體的類型聚集態(tài)天體（各類星體）云霧狀天體（星云）星際物質(zhì)（星際氣體和星際塵埃）肉眼可見(jiàn)的天體類型自然天體人造天體可視天體不可視天體（暗物質(zhì)）天體系統(tǒng)聚集態(tài)天體太陽(yáng)、行星、衛(wèi)星星系小行星Ida和它的衛(wèi)星，伽利略號(hào)探測(cè)器攝于1993年8月28日云霧狀天體行星狀星云—環(huán)狀星云獵戶座大星云鷹狀星云人造天體行星狀星云—環(huán)狀星云獵戶座大星云鷹狀星云人造衛(wèi)星航天飛機(jī)火星探測(cè)器恒星星云行星行星及其衛(wèi)星流星體彗星肉眼可見(jiàn)的天體隕石2023/1/3110人馬座星云2023/1/3111蟹狀星云

大、小麥哲倫星云（星系）天體系統(tǒng)概念—天體系統(tǒng)是互有引力聯(lián)系的若干天體所組成的集合體。星系—大量恒星和星云構(gòu)成的巨大天體系統(tǒng)。主要星系（簡(jiǎn)介）常見(jiàn)的有：地月系、太陽(yáng)系、銀河系、河外星系等2023/1/3114地月系2023/1/3115太陽(yáng)系2023/1/3116銀河系2023/1/3117河外星系宇宙的構(gòu)成恒星、星云→星系、星團(tuán)→總星系→宇宙宇宙總星系總星系以外世界銀河系河外星系太陽(yáng)系恒星世界太陽(yáng)行星及衛(wèi)星小行星彗星流星體、行星際物質(zhì)各種恒星星云恒星及物質(zhì)地月系其他行星及衛(wèi)星第一節(jié)恒星和星系恒星星系星云一、恒星恒星的運(yùn)動(dòng)恒星的距離恒星的發(fā)光和光譜恒星的亮度和光度恒星的多樣性恒星的概念恒星是由熾熱氣體組成的、能夠自身發(fā)光的球形或類似球形的天體。

質(zhì)量巨大在自引力作用下，呈球形或類球形中心溫度很高，通過(guò)核反應(yīng)發(fā)射可見(jiàn)光

恒星的概念恒星的一般性狀1、恒星的成分（質(zhì)量）：H（71%），He（27%）其它（2%）2、恒星的直徑:為10-5—1800D⊙（太陽(yáng)直徑=140萬(wàn)km）例如：紅巨星103D⊙；白矮星10-2D⊙；中子星10-5D⊙

。 3、恒星的質(zhì)量:

為7%M⊙—120M⊙

（M⊙太陽(yáng)質(zhì)量）4、恒星的密度:

太陽(yáng)1.4；中子星1014；矮星107；巨星10-6恒星的運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)速度一般為幾十～幾百KM/S。

視向速度和切向速度

自行：由恒星運(yùn)動(dòng)引起的在地球上觀測(cè)角度的差異。

據(jù)測(cè)定，恒星的自行量均很小，最大的為巴納德星10.31″/年，相當(dāng)于從16KM外看3個(gè)硬幣的寬度。在已測(cè)定的30萬(wàn)顆恒星的自行中，>1″/年只有400余顆，一般<0.1″/年。視向速度和切向速度自行V視V切地球巴納德星（英語(yǔ)：Barnard‘sStar，）是一顆質(zhì)量非常小的紅矮星，位在蛇夫座β星附近，蛇夫座66星的西北側(cè)，距離地球僅約6光年遠(yuǎn)。美國(guó)天文學(xué)家愛(ài)德華·愛(ài)默生·巴納德在1916年測(cè)量出它的自行為每年10.3角秒，是已知相對(duì)太陽(yáng)自行最大的恒星。為紀(jì)念巴納德的發(fā)現(xiàn)，后來(lái)稱這顆恒星為巴納德星。巴納德星距離太陽(yáng)約1.8秒差距（6光年），是蛇夫座內(nèi)距離我們最近、宇宙中第二接近太陽(yáng)的恒星系統(tǒng)，也是第四接近太陽(yáng)的恒星，前三接近太陽(yáng)的恒星都是半人馬座α系統(tǒng)的成員。盡管它如此的接近地球，但是人類裸眼仍然看不見(jiàn)巴納德星。巴納德星1985-2005該星運(yùn)行示意圖圖2-2

北斗七星的自行及形狀變化恒星自行沒(méi)有統(tǒng)一的方向和速率。恒星的距離距離的測(cè)定

——周年視差法天文學(xué)上的距離單位恒星的距離天文單位(A.U)：光年(L.Y)：秒差距(P.C)：日地平均距離。光在真空中一年所走的距離。周年視差為1角秒的恒星距離。1A.U=1.496×108KM

1L.Y=9.5×1012KM

=63240AU1P.C=3.26LY=206265AU恒星距離（p.c）=1／周年視差（"）周年視差示意圖基線視差1"1p.c周年視差：地球軌道半徑對(duì)于恒星的最大張角。恒星的周年視差與距離（168）1、恒星的周年視差：是指地球軌道半徑（A）對(duì)于某恒星的最大張角（π）叫該恒星的周年視差。

2、天文距離：①天文單位（A）——日地平均距離≈1.496億km=1(A)②光年——光一年通過(guò)的路程≈94605億km 1光年=63240天文單位③秒差距(PC)——周年視差（π）為一角秒的恒星與太陽(yáng)的距離（D）定義為一秒差距。當(dāng)π角很小時(shí),π角所對(duì)的弧與弦近似相等。于是有：π（弧度）=A/D；將弧度化為角秒得：π″=206265A/D；或：D=206265A/π″當(dāng)π為1角秒時(shí)有：

D=206265A=1秒差距（PC）=3.2616光年☆⊙AπD日地恒星比鄰星π=0.76″3、恒星的視差測(cè)距（100PC內(nèi)適用）∵D=206265A/π″∴D=1/π″（秒差距）☆☆☆。?！铩铩铩铩铩铩铩铩铩铩铩铩铩?。半年前現(xiàn)在迭加后+=1.2″π該恒星周年視差為:π=0.6″D=1/π″=1/0.6=1.666秒差距該恒星的距離則為:

因?yàn)椋耗壳按笮屯h(yuǎn)鏡的分辨率百分之一個(gè)角秒。有關(guān)天體的距離最近的恒星：4.22光年（半人馬座α）牛郎星：16光年織女星：26光年北極星：682光年恒星的發(fā)光和光譜發(fā)光條件光譜型質(zhì)量大發(fā)展階段（某一階段）不同光譜型的差別主要在于星光顏色，而星光的顏色代表著恒星溫度的高低。

光譜型顏色溫度(K)O藍(lán)3～5萬(wàn)B藍(lán)白2萬(wàn)A白1萬(wàn)F黃白7500G黃6000K橙4500M紅3000紅橙黃綠青藍(lán)紫連續(xù)光譜：熾熱的固體、液體或高溫高壓下的氣體都可以發(fā)射各種波長(zhǎng)的光波，形成不間斷的連續(xù)光譜。明線光譜：在低壓條件下，稀薄熾熱的氣體或蒸汽不能產(chǎn)生連續(xù)的全部光譜，只能產(chǎn)生單色的、分離的明線狀光譜。吸收光譜：由產(chǎn)生連續(xù)光譜的光源發(fā)射的光，穿過(guò)低壓下稀薄氣體或蒸汽，就有吸收線（暗線）疊加在連續(xù)光譜上。這些吸收線就是這些氣體或蒸汽，在連續(xù)光譜的全部光譜中，有選擇的吸收了他自己在地發(fā)高溫條件下所發(fā)射的明顯譜線，即他對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的光線。

基爾霍夫提出了兩條定律：（1）每一種元素都有自己的光譜；（2）每一種元素都能吸收它能夠發(fā)射的譜線。恒星的光譜光譜：不同波長(zhǎng)的光波按波長(zhǎng)順序排列成的一條光帶。光譜具有不同的類型。

補(bǔ)圖2-2船底座η星區(qū)域物端棱鏡光譜

補(bǔ)圖2-3太陽(yáng)光譜

恒星的光譜信息1、根據(jù)恒星光譜的峰值波長(zhǎng)（λm

）推算其表面溫度T：

λm單位（A）；T單位（K）2、根據(jù)恒星的光譜線證認(rèn)其物質(zhì)成分。3、根據(jù)多普勒效應(yīng)測(cè)定恒星的視向速度當(dāng)λ＞λ。稱紅移（恒星背離我們運(yùn)動(dòng)）V視＞0

當(dāng)λ＜λ。稱紫移（恒星向著我們運(yùn)動(dòng)）V視＜04、根據(jù)塞曼效應(yīng)認(rèn)證恒星的磁場(chǎng)T=————2.9×107Aλm。波長(zhǎng)λ能量EOBAFGKMλm小λm大固體、液體發(fā)光為連續(xù)光譜氣體發(fā)光為明線光譜H光譜He光譜多普勒效應(yīng)——由于波源與觀察者之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致觀測(cè)波長(zhǎng)改變的現(xiàn)象。☆….★光速靜止光源λ。紅移（λ＞λ。）——恒星背離我們運(yùn)動(dòng)紫移（λ＜λ。）——恒星向著我們運(yùn)動(dòng)V視→(λ-λ。)C/λ。=λ。靜止光源某譜線的波長(zhǎng)（A）λ運(yùn)動(dòng)光源該譜線的波長(zhǎng)（A）。。λ0f0★→→Oh，BeAFineGirl，KissMe！光譜型OBAFGKM顏色藍(lán)藍(lán)白白黃白黃橙紅溫度（K）3-5萬(wàn)2萬(wàn)1萬(wàn)7500600045003000代表參宿三大熊η天琴α仙后β太陽(yáng)金牛α獵戶α恒星的光譜型恒星的亮度和光度亮度和視星等,m光度和絕對(duì)星等,M亮度指恒星看上去的明亮程度，光度是恒星本身的發(fā)光強(qiáng)度。影響亮度的因素：恒星的光度恒星的距離影響光度的因素：恒星的溫度恒星的體積E1／E2＝d22／d12絕對(duì)星等(標(biāo)準(zhǔn)距離)：恒星距離為10秒差距時(shí)的視星等。

絕對(duì)星等和視星等的換算視星等的由來(lái)古希臘學(xué)者喜帕恰斯根據(jù)肉眼觀測(cè)，將全天最亮的21顆星的亮度定為1等，將肉眼剛好能看到的星定為６等。介于其間的星按亮度大小分別定為2、3、4、5等。這便是古代的視星等。1２３４５6０-1…………7后人通過(guò)測(cè)定，１等星平均比６等星亮100倍。連續(xù)各個(gè)星等的亮度成幾何級(jí)數(shù)。設(shè)亮度比率為R，則有E0／E

＝2.512

ｍ－ｍ0假設(shè)兩顆恒星視星等為m和m0（m>m0）,亮度為E和E0的比率為光源的視亮度與其距離的平方成反比，距離增加1倍，亮度便減為1/4。單從亮度看不出恒星的真實(shí)亮度，必須把它們移到同一距離上，才能對(duì)比出它們的真實(shí)亮度（光度）。天文學(xué)規(guī)定：標(biāo)準(zhǔn)距離為10秒差距，相當(dāng)于0.1”角秒視差的距離，合32.6光年。絕對(duì)星等和視星等的換算設(shè)一顆星，其距離為ｄ秒差距，視星等為ｍ，亮度為Em當(dāng)其距離為10秒差距時(shí)，絕對(duì)星等為M，光度為EMEM／Em

＝2.512m－M

ＥM／Em

＝d2／102即：2.512m－M

＝d2／102（m－M）lg2.512＝lgd2

－lg1020.4（m－M）＝2lgd－2M＝ｍ＋５－５lgd兩邊取對(duì)數(shù)：光源的視亮度與其距離的平方成反比有關(guān)天體的視星等天體視星等太陽(yáng)-26.74月亮-12.7金星-4天狼星-1.45北極星2肉眼可見(jiàn)的最暗星6恒星的多樣性雙星和星團(tuán)變星巨星、超巨星、白矮星——組成數(shù)量的差異——光度的差異（光度的穩(wěn)定程度）——體積大小光度和溫度間的關(guān)系（赫羅圖）脈沖星和中子星——特殊性質(zhì)雙星和星團(tuán)雙星：空間距離接近，彼此之間具有力學(xué)上的聯(lián)系，相互環(huán)繞轉(zhuǎn)動(dòng)的兩顆星。星團(tuán)：許多恒星集中分布在一個(gè)較小的空間，彼此具有物理聯(lián)系的恒星集團(tuán)。

食雙星疏散星團(tuán)球狀星團(tuán)光學(xué)雙星：兩星在天球上位置很靠近，但實(shí)際上在視線方向上相距很遠(yuǎn)，并無(wú)物理上的聯(lián)系（視雙星或假雙星）。物理雙星：兩個(gè)子星空間距離接近，由于相互吸引而相互繞轉(zhuǎn)，是真正的雙星。若雙星繞轉(zhuǎn)的軌道平面平行于視線方向，還會(huì)發(fā)生周期性的相互掩蔽，從而發(fā)生亮度變化，叫做食雙星。北斗七星開陽(yáng)星的伴星名為“輔”。是第一顆被認(rèn)出的雙星。光譜觀測(cè)進(jìn)一步表明，開陽(yáng)實(shí)際是兩對(duì)雙星互相環(huán)繞組成的四合星系統(tǒng)半人馬座ａ（南門二）實(shí)際上是一顆三合星。它由A、B、C三星組成，其中的A和B是一對(duì)雙星，二者又同C星結(jié)成雙星。按目前的位置，C星比A、B二星更接近我們，它是現(xiàn)在的比鄰星。天狼星是一個(gè)雙星系統(tǒng)，當(dāng)中的兩顆白色恒星互相圍繞公轉(zhuǎn)，相距約20天文單位(1天文單位=1.49億千米)。較亮的一顆星，或稱天狼星A，是一顆A1V型主序星，估計(jì)表面溫度為9,940K，其伴星天狼星B，已經(jīng)度過(guò)了主序星的過(guò)程，是一顆白矮星。金牛座中的雙星（兩星彼此相距45天文單位）疏散星團(tuán)形態(tài)不規(guī)則包含幾十至二、三千顆恒星很容易用望遠(yuǎn)鏡區(qū)分巨蟹座疏散星團(tuán)金牛座昴星團(tuán)球狀星團(tuán)武仙座球狀星團(tuán)，250萬(wàn)顆恒星，2.5萬(wàn)光年半人馬座球狀星團(tuán)人馬座球狀星團(tuán)球形或扁球形包含1～1000萬(wàn)顆恒星星團(tuán)中央十分密集變星有些恒星的光度在短時(shí)期內(nèi)會(huì)發(fā)生明顯的、特別是周期性的變化，這樣的恒星叫變星。脈動(dòng)變星新星超新星恒星體積發(fā)生周期性膨脹和收縮引起的光度變化，膨脹時(shí)光度變大，收縮時(shí)光度變小。

亮度在短時(shí)間內(nèi)（幾小時(shí)至幾天）突然劇增，然后緩慢減弱的一類變星。

爆發(fā)規(guī)模更大的變星，亮度的增幅為新星的數(shù)百至數(shù)千倍。

周期：長(zhǎng)的可達(dá)幾年到十幾年，短的只有幾日甚至幾小時(shí)。分類：食變星(幾何變星)、脈動(dòng)變星和爆發(fā)變星（物理變星）爆發(fā)變星新星爆發(fā)1975年天鵝座新星爆發(fā)前后1992年天鵝座新星的爆發(fā)超新星爆發(fā)超新星1987A爆發(fā)前后1987A遺跡（1994.2）（圖中箭頭處的較亮恒星并不意味著超新星的前身）1054年金牛座超新星爆發(fā)“至和元年（1054年）五月，晨出東方，守天關(guān)，晝見(jiàn)如太白，芒角四出，色赤白，凡見(jiàn)二十三日?！?/p>

1731年，一位英國(guó)天文愛(ài)好者在這個(gè)位置上觀測(cè)到一個(gè)外形似螃蟹的天體，叫蟹狀星云。

超巨星巨星、超巨星、白矮星赫羅圖恒星類型赫茲普龍羅素光譜—光度坐標(biāo)圖溫度高低光度大小光譜絕對(duì)星等不同的恒星類型主序星巨星超巨星白矮星恒星的光度隨溫度的升高而增大溫度較低，但光度較同溫度的主序星大，說(shuō)明該星體積很大溫度高低不一，但光度都較大，說(shuō)明其體積均很大溫度很高，但光度較小，說(shuō)明其體積小

紅超巨星心宿二

紅超巨星心宿二球狀星團(tuán)M4

紅超巨星參宿七天津四藍(lán)超巨星藍(lán)超巨星從藍(lán)超巨星噴發(fā)的“星風(fēng)”白矮星脈沖星和中子星中子星由中子組成的恒星脈沖星實(shí)際上是具有強(qiáng)磁場(chǎng)的、快速自轉(zhuǎn)的中子星。周期性發(fā)出強(qiáng)烈的脈沖輻射脈沖星中子星與脈沖星（1）中子星——由中子組成的致密星體（30年代由郎道、奧本海墨預(yù)言存在的天體）。（2）脈沖星（PSR）——在無(wú)線電波段具有極短周期脈沖輻射的恒星。脈沖星是在1967年10月由英國(guó)劍橋大學(xué)休尹、貝爾發(fā)現(xiàn)，至今已測(cè)到380多顆，均為河內(nèi)星體，距離為100—2萬(wàn)秒差距不等。觀測(cè)特點(diǎn)①脈沖周期很短（0.03—4.3秒不等)。⑥直徑很?。?5公里）密度很大（1014）②脈沖周期非常穩(wěn)定（年變幅10-6—10-11

）③有穩(wěn)定的平均脈沖輪廓（多為單峰或雙峰型）④有極強(qiáng)的磁場(chǎng)（磁感強(qiáng)度108T特斯拉）⑤高速自轉(zhuǎn)（周期=0.03—4.3秒）形成磁脈沖推論（3）一般認(rèn)為脈沖星就是中子星脈沖星蟹狀(Crab)星云脈沖星(箭頭所指處)中子星仙后座超新星爆炸殘骸

中子星中子星超新星爆發(fā)后形成的中子星和爆發(fā)殘骸兩顆中子星碰撞發(fā)生劇烈的爆炸二、星云星云的特點(diǎn)星云的類型星云的概念用肉眼或小望遠(yuǎn)鏡可在天空中看到的呈現(xiàn)為云霧狀斑點(diǎn)的天體。星云的概念

物質(zhì)密度低，質(zhì)量很大（體積大），主要成分為氫，其次為氦等。星云的特點(diǎn)肉眼可見(jiàn)星云：獵戶座大星云星云的類型（按形狀分）1、行星狀星云：呈正圓或扁圓形，中央有很熱的恒星。（17%）代表：天琴座環(huán)狀星云成因：恒星演化到晚期拋出的物質(zhì)形成2、彌漫狀星云：形狀不規(guī)則（80%）代表：獵戶座大星云3、球狀體星云（3%）成因：可能是有星云凝聚形成中的恒星胚胎。星云的類型（按發(fā)光的性質(zhì)分）1、發(fā)射星云：被中心或附近的恒星激發(fā)后能夠自行發(fā)光的星云。

代表：獵戶座大星云2、反射星云：因中心或附近的恒星溫度較低，被激發(fā)的強(qiáng)度不夠，因而只能反射和散射星光的星云。代表：昴星團(tuán)星云（NGC1432），仙王座星云（NGC7023）3、暗星云：無(wú)光或光度不足以人眼（包括使用望遠(yuǎn)鏡）可見(jiàn)的星云。按發(fā)光的性質(zhì)，可把星云分為亮星云和暗星云，亮星云又分為發(fā)射星云與反射星云。行星狀星云組圖

環(huán)狀行星狀星云獵戶座大星云

a彌漫狀星云b馬頭星云

球狀星云三、星系

星系是由大量恒星和星云構(gòu)成的天體系統(tǒng)。銀河與銀河系河外星系星系命名星系分類星系命名按所在星座命名按星表序號(hào)命名梅西耶星表：M31星云星團(tuán)新總表：NGC224星云星團(tuán)新總表(NewGeneralCatalogue)簡(jiǎn)稱為NGC,共收錄7840個(gè)星云、星團(tuán)和星系。后面的數(shù)字是天體在該表中的編號(hào)。仙女座星系梅西耶星表梅西耶星云星團(tuán)表（Messiercatalogue）由法國(guó)天文學(xué)家梅西耶編制，收錄天體109個(gè)，簡(jiǎn)稱M。M后的數(shù)字是天體在該表中的編號(hào)，稱為梅西耶號(hào)數(shù)。CharlesMessier星系的哈勃分類外形呈正圓形或橢圓形，中心亮，邊緣漸暗。

外形呈旋渦結(jié)構(gòu)，有明顯的核心，有幾條旋臂。外形沒(méi)有明顯的核心和旋臂，呈不規(guī)則的形狀。

旋渦星系不規(guī)則星系橢圓星系橢圓星系按星系橢圓的扁率從小到大分別用E0-E7表示M87E1室女座M49E4室女座NGC205E6仙女座NGC3115E7六分儀座M89E0室女座旋渦星系中央無(wú)棒狀結(jié)構(gòu)的旋渦星系，用S表示中央有棒狀結(jié)構(gòu)的棒旋星系，用SB表示M65Sa獅子座M66Sb獅子座M51Sc獵犬座M95SBb獅子座M109SBc獅子座M58SBa室女座不規(guī)則星系不規(guī)則星系中含有更多的塵埃和氣體，用Irr表示大麥哲倫星系1、銀河“銀河”——在夏秋晴朗無(wú)月的夜晚，仰望星空，從東北方向越過(guò)頭頂再朝西南方向延伸，一條乳白色橫跨天空的光帶。中名又叫星河、銀漢、天河等；西方稱它為“牛奶道路（milkyway）”。銀河與銀河系有什么區(qū)別？“銀河”是指我們?cè)诘厍蛏峡吹降囊粭l光帶，是銀河系在天空上的投影，是肉眼所見(jiàn)到的部分銀河系。“銀河系”是指太陽(yáng)所在的整個(gè)星系，是比太陽(yáng)系更高層次的龐大天體系統(tǒng)，是由構(gòu)成銀河系的氣體、塵埃、恒星、星團(tuán)以及星云所組成的密集區(qū)。返回南天銀河。攝于美國(guó)佛羅里達(dá)州。銀河和城市燈光從右下角天蝎座(Scorpius)到左上角天鷹座(Aquila)這一段的銀河。2、銀河系銀河系結(jié)構(gòu)：核球、銀盤、銀暈約2000億顆恒星1400億倍太陽(yáng)質(zhì)量太陽(yáng)在銀河系中的位置和運(yùn)動(dòng)距銀心2.4萬(wàn)光年的銀道面附近（銀河中心大體平分天球）

250KM/S的速度繞銀心旋轉(zhuǎn)，周期為2.5億年

銀河系的運(yùn)動(dòng)銀河系對(duì)地球宇宙環(huán)境的影響銀河系結(jié)構(gòu)核球恒星最密集的區(qū)域直徑約1萬(wàn)光年核球銀盤核球周圍的扁狀圓盤直徑約8萬(wàn)光年銀盤銀暈銀盤周圍由較稀疏的恒星構(gòu)成的球體直徑10萬(wàn)光年以上銀暈銀道面2.4萬(wàn)ly銀河系—側(cè)視銀暈核球1.3萬(wàn)光年銀盤直徑10萬(wàn)光年2.4萬(wàn)光年太陽(yáng)銀核、銀心

側(cè)視銀河系，似鐵餅狀，又像兩頂草帽合在一起，中間厚兩邊薄。由于我們觀測(cè)者不處在銀心位置，故各方恒星投影在天空上呈現(xiàn)非均勻的光帶。銀河系的中心在人馬座方向，那里的恒星顯得十分密集。

補(bǔ)圖2.5銀河系的結(jié)構(gòu)（側(cè)視）補(bǔ)圖2.4銀河系的結(jié)構(gòu)（俯視）俯視銀河系的形狀，它是一個(gè)旋渦狀結(jié)構(gòu)的星系。它是由于恒星圍繞中心旋轉(zhuǎn)形成的。銀河系物質(zhì)分布不均勻，在銀盤上由核心向外延伸出4條旋臂（恒星密集區(qū)），分別為獵戶臂、英仙臂、人馬臂和三千秒差距臂。太陽(yáng)位于獵戶臂中。美國(guó)威斯康星州的兩名天文學(xué)家經(jīng)過(guò)6年研究2005年宣布：最新結(jié)論———銀河系的核心是一條由恒星組成的、角度傾斜的“星棒”。科學(xué)家們形容說(shuō)，銀河系的銀核部分呈細(xì)棒狀，由生成年數(shù)較久遠(yuǎn)的恒星組成的，長(zhǎng)度約為2.7萬(wàn)光年。這根“星棒”的長(zhǎng)度比原先預(yù)期的要長(zhǎng)7000光年。銀河系—最新推測(cè)的形狀銀河系的運(yùn)動(dòng)銀河系的自轉(zhuǎn)——整個(gè)銀河系繞中心軸線不停地旋轉(zhuǎn)，稱為銀河系的自轉(zhuǎn)。銀河系的自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)——銀河系所有的恒星除各自運(yùn)動(dòng)外，都有圍繞著銀河系中心的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)被稱為銀河系的自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。由于銀河系物質(zhì)分布與引力有關(guān)，因此各部分恒星的運(yùn)動(dòng)速度有所差異。整個(gè)銀河系在宇宙空間的運(yùn)動(dòng)，朝麒麟座方向以214km/s運(yùn)動(dòng)著，好像一個(gè)車輪子，自身不斷旋轉(zhuǎn)的同時(shí)又不停地向前進(jìn)（補(bǔ)圖2.6，補(bǔ)圖2.7）補(bǔ)圖2.6南天極區(qū)恒星的周日視運(yùn)動(dòng)返回補(bǔ)圖2.7中緯度地區(qū)所見(jiàn)的恒星周日視運(yùn)動(dòng)返回太陽(yáng)帶著太陽(yáng)系家族的成員在繞銀心運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，與鄰近恒星也有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即向武仙座方向運(yùn)行。太陽(yáng)在銀河系位置的判斷：①銀河——是銀河系的日心（地心）天球投影。②銀河的亮度差異③由此推斷太陽(yáng)偏離銀心約為三萬(wàn)光年。銀河系的運(yùn)動(dòng)——方向：麒麟座；速度：214km/s①太陽(yáng)繞銀心公轉(zhuǎn)：周期2.5億年;速度250km/s;方向天鵝座②太陽(yáng)相對(duì)附近恒星的運(yùn)動(dòng)冬至點(diǎn)附近最亮（人馬座）銀心方向夏至點(diǎn)附近最暗（雙子座）方向：武仙座速度：20km/s銀河系對(duì)地球宇宙環(huán)境的影響地球大冰期成因探討地球軌道的擴(kuò)張是太陽(yáng)系在運(yùn)行到離銀心較遠(yuǎn)的部位，太陽(yáng)繞銀心公轉(zhuǎn)的周期是2.5～3億年，在一個(gè)周期中，太陽(yáng)系遠(yuǎn)離銀心一次，可形成一次大冰期，而地球上已經(jīng)發(fā)生的三次大冰期——震旦紀(jì)大冰期、晚古生代大冰期和第四紀(jì)大冰期的間隔也正好是2.5～3億年，兩者吻合。河外星系銀河系之外其他星系的統(tǒng)稱星系團(tuán)：比星系群更加龐大的天體系統(tǒng)星系群：相互鄰近的星系結(jié)合而成本星系群總星系：目前觀測(cè)工具所能察覺(jué)到的宇宙空間（觀測(cè)到的宇宙）銀河系的近鄰美國(guó)天文學(xué)家哈勃

1924年，哈勃準(zhǔn)確測(cè)定出仙女座星云的距離，證明它是在銀河系之外的一個(gè)巨大、獨(dú)立的恒星集團(tuán)。從此,仙女座星云改稱仙女座星系。哈勃星系分類哈勃星系分類

（音叉圖）

補(bǔ)圖2.9仙女星系（M31）

河外星系幾個(gè)銀河系的近鄰大小麥哲倫星系

大麥哲倫星系小麥哲倫星系距離16萬(wàn)光年19萬(wàn)光年質(zhì)量1/20銀河系質(zhì)量1/100仙女座大星系，距離220萬(wàn)光年大麥哲倫星系獵犬座星系M51草帽星系M104星系群后發(fā)座星系團(tuán)地月系→太陽(yáng)系→銀河系→星系群→星系團(tuán)→超星系團(tuán)→總星系A(chǔ)、地月系由地球和月球組成，月地平均距離是384400Km。B、太陽(yáng)系由中心天體太陽(yáng)及其周圍小天體組成，太陽(yáng)到冥王星平均距離約40天文單位。C、銀河系是由約1500億顆恒星(包括太陽(yáng)在內(nèi))組成的恒星集團(tuán)、10萬(wàn)光年為直徑的天體系統(tǒng)。D、本星系群——以銀河系為中心，半徑為300萬(wàn)光年的空間，包含約40個(gè)星系組成的星系群體。除銀河系之外，仙女座大星系、三角星系、大小麥哲倫星系等，都是本星系群的成員。E、星系團(tuán)——比星系群更大的成團(tuán)的星系結(jié)構(gòu)。一個(gè)星系團(tuán)可由幾十個(gè)以至成百上千個(gè)星系聚集在一起組成。目前已發(fā)現(xiàn)約1萬(wàn)個(gè)星系團(tuán)。離我們最近的最著名的星系團(tuán)是室女座星系團(tuán)。F、超星系團(tuán)——包括本星系群在內(nèi)的2500個(gè)星系，比星系團(tuán)更高一級(jí)的星系結(jié)構(gòu)，其直徑可達(dá)2.3億光年。其中包括本星系群在內(nèi)的超星系團(tuán)又稱本超星系團(tuán)，它的中心是室女座星系團(tuán)，而銀河系所在的本星系群只處于邊緣。G、總星系——以120億光年為半徑的空間范圍內(nèi)所有星系的總稱?？傂窍档男窍禂?shù)目達(dá)10億個(gè)以上?？傂窍凳俏覀冇^測(cè)所及的宇宙范圍，是目前人類認(rèn)識(shí)到最高層次的天體系統(tǒng)，是現(xiàn)代宇宙學(xué)研究的重要對(duì)象。第二節(jié)天體起源與演化恒星演化宇宙起源地球末日？宇宙的起源與演化宇宙的含義宇宙演化模型大爆炸宇宙學(xué)簡(jiǎn)介哲學(xué)——無(wú)限的宇宙科學(xué)——有限的宇宙穩(wěn)恒態(tài)宇宙模型演化態(tài)宇宙模型伽莫夫1948年

演化過(guò)程

宇宙的未來(lái)

觀測(cè)證據(jù)宇宙1、定義：廣漠的空間和存在于其中的天體和彌漫的物質(zhì)。性質(zhì)：多樣性：物質(zhì)的表現(xiàn)形態(tài)

統(tǒng)一性：物質(zhì)性2、概念區(qū)分：

我們的宇宙和我們的宇宙以外的無(wú)限多的宇宙的區(qū)別：下一頁(yè)（1）我們的宇宙：a、是有限的宇宙，就是科學(xué)上的宇宙；b、是指“觀測(cè)到的宇宙”，即現(xiàn)在能夠觀測(cè)到的現(xiàn)象的總和，實(shí)質(zhì)上就是總星系；c、在空間上是有邊界的；d、在時(shí)間上是有起源的。（2）我們的宇宙以外的無(wú)限多的宇宙：a、是哲學(xué)上的宇宙；b、它沒(méi)有起源、沒(méi)有終結(jié)、沒(méi)有中心、沒(méi)有邊界，是無(wú)限的。

空間上的無(wú)限性：無(wú)邊無(wú)際，沒(méi)有中心時(shí)間上的無(wú)限性：無(wú)始無(wú)終，沒(méi)有起源3、為什么說(shuō)宇宙的有限和無(wú)限是不能截然分開的？因?yàn)椋?）隨著我們的宇宙的范圍不斷擴(kuò)大，愈來(lái)愈證明宇宙是無(wú)限的；（2）而且從有限的，我們的宇宙中得到的知識(shí)，可以在一定條件下，外推到無(wú)限的，尚未認(rèn)識(shí)的宇宙中去。（3）宇宙的有限與無(wú)限是辯證統(tǒng)一的。堅(jiān)持宇宙的有限和無(wú)限的統(tǒng)一，才能恰當(dāng)?shù)卦u(píng)價(jià)現(xiàn)代宇宙學(xué)的科學(xué)成果。大爆炸宇宙模型大爆炸演化過(guò)程100億度基本粒子10億度化學(xué)元素幾千度氣態(tài)物質(zhì)

宇宙的演化由熱到冷。在這個(gè)時(shí)期里，宇宙體系在不斷地膨脹，物質(zhì)密度從密到稀，如同一次規(guī)模巨大的爆發(fā)。大爆炸過(guò)程（1）基本粒子階段：宇宙早期，密度近于無(wú)窮大的狀態(tài)，溫度極高，在100億K以上，當(dāng)時(shí)宇宙只存在質(zhì)子、中子、電子、光子及中微子等基本粒子。（2）元素形成階段：隨著宇宙的絕熱膨脹，溫度下降很快。當(dāng)溫度降至10億K時(shí)，中子失去自由存在的條件，質(zhì)子與中子結(jié)合成氫、氦，各種化學(xué)元素開始形成。當(dāng)溫度下降到100萬(wàn)K時(shí)，早期形成的各種化學(xué)元素告一段落。（3）宇宙形成階段：宇宙繼續(xù)膨脹和冷卻，直到約1000萬(wàn)年以后，溫度下到3000K時(shí)，電子和核才組成穩(wěn)定的原子。輻射減退，宇宙間主要是氣態(tài)物質(zhì)，并逐漸凝聚成星云，再進(jìn)一步形成各種星系和恒星，成為我們今天觀測(cè)到的具有各種類型天體的宇宙。大爆炸理論的觀測(cè)證據(jù)天體年齡和哈勃定律宇宙背景輻射各種天體的年齡都小于200億年哈勃定律：遠(yuǎn)處的星系正急速地遠(yuǎn)離我們而去，且星系退行速度與它們的距離成正比（宇宙年齡約為140億年）

自大爆炸至今，宇宙剩余的溫度大約為3k。

原初元素豐度宇宙早期（大約3min）時(shí)，原初核合成停止，可從宇宙學(xué)模型推測(cè)出核合成停止后的元素豐度，并與早期天體的元素豐度的觀測(cè)進(jìn)行對(duì)比，吻合得非常好。宇宙的未來(lái)——取決于宇宙的質(zhì)量（平均密度）沒(méi)有足夠的引力阻止膨脹，宇宙膨脹將永無(wú)止境。質(zhì)量足夠大——閉宇宙產(chǎn)生的巨大的引力會(huì)使得膨脹最終停止并接下來(lái)收縮，最終回復(fù)到大爆炸發(fā)生時(shí)的極高密度和極高溫度狀態(tài)。質(zhì)量不夠大——開宇宙恒星的演化過(guò)程是恒星內(nèi)部物質(zhì)的吸引和排斥對(duì)立統(tǒng)一的過(guò)程，具體表現(xiàn)為恒星的收縮和膨脹過(guò)程。黑洞——巨大質(zhì)量高度集中在很小的體積內(nèi)，密度極大，引力大到任何物質(zhì)無(wú)法逃脫，輻射也被禁錮出不來(lái)的天體。黑洞不發(fā)光，但可根據(jù)其強(qiáng)大的引力場(chǎng)，推測(cè)它的存在。目前認(rèn)為可能是黑洞的天體是天鵝座X-1。恒星的演化星云在引力作用下，不斷收縮，逐漸聚集成團(tuán)，形成比較密集的氣體球。開始核反應(yīng)，發(fā)射可見(jiàn)光。恒星的特點(diǎn)取決于恒星的質(zhì)量。恒星中心區(qū)域的核反應(yīng)停止，外層的氫開始核反應(yīng)，恒星膨脹。核反應(yīng)完全中止，恒星迅速坍縮。依質(zhì)量不同，演化為矮星、中子星或黑洞恒星演化過(guò)程示意圖主序星階段巨星階段死亡階段原恒星階段恒星由星云（氣體和塵埃）凝聚而來(lái)。質(zhì)量對(duì)主序星的影響質(zhì)量大的恒星參加核反應(yīng)的物質(zhì)多，產(chǎn)生的能量大，故光度大，溫度高。大質(zhì)量恒星的核心溫度更高，核反應(yīng)消耗氫的速度比較快，因此其生命歷程相對(duì)來(lái)說(shuō)要短得多。影響恒星壽命的長(zhǎng)短影響恒星溫度的高低恒星的死亡較小質(zhì)量恒星較大質(zhì)量