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宇宙宇宙心臟星雲位在仙后座心臟星雲位在仙后座 (Cassiopeia)(Cassiopeia)內內，距離我們約有，距離我們約有75007500光年遠。光年遠。大綱大綱1.宇宙的組織與歷史宇宙的組織與歷史2.太陽系的歷史太陽系的歷史3.地球的形成和演變地球的形成和演變4.生命的演化生命的演化星星看起來有亮、有暗、有近、有遠星星看起來有亮、有暗、有近、有遠看來接近，實際差距何止萬里看來接近，實際差距何止萬里!人類把相近的星星相連在一起，形成星座人類把相近的星星相連在一起，形成星座天上星星何其多，只有夜晚看的清天上星星何其多，只有夜晚看的清哈伯望遠鏡宇宇 宙宙 的的 誕誕 生生宇宙是如何產生的？宇宙是如何產生的？宇宙究竟有多大呢？宇宙究竟有多大呢？宇宙存在有多久呢？宇宙存在有多久呢？天文學家利用觀測與理論，來探討這些問題！天文學家利用觀測與理論，來探討這些問題！透過觀測我們知道宇宙正在透過觀測我們知道宇宙正在繼續膨脹繼續膨脹中中人們自然的推測，如時間倒轉，多久之前，人們自然的推測，如時間倒轉，多久之前，所有的星体曾聚集在一起？所有的星体曾聚集在一起？簡化問題簡化問題：假設膨脹的速率一直沒有改變假設膨脹的速率一直沒有改變，那到底現宇宙是在多久前誕生的呢那到底現宇宙是在多久前誕生的呢？宇宙大約誕生於宇宙大約誕生於 1 1百多億年前百多億年前 。關於宇宙的誕生的說法，目前尚無定論，但其中關於宇宙的誕生的說法，目前尚無定論，但其中最有力的是膨脹宇宙論。最有力的是膨脹宇宙論。所有的事物所有的事物(含時空含時空)都是自某一時刻起突然出現。都是自某一時刻起突然出現。在這一刻以前在這一刻以前，稱之為虛無的世界，稱之為虛無的世界(不可思議的世界不可思議的世界)宇宙的歷史大霹靂爆炸原始火球大霹靂爆炸大霹靂爆炸不斷膨脹不斷膨脹現今宇宙現今宇宙仍繼續膨脹中仍繼續膨脹中 宇宙的宇宙的年齡年齡由觀測由觀測宇宙的大小宇宙的大小推算推算一百多億年前一百多億年前大霹靂與宇宙的誕生和過程大霹靂與宇宙的誕生和過程假設宇宙是在約假設宇宙是在約150150至至200200億年前，從一億年前，從一高溫高密度高溫高密度的狀態的狀態，爆炸產生爆炸產生，膨脹之後漸漸冷卻，形成星系。，膨脹之後漸漸冷卻，形成星系。宇宙論標準模型所描繪出的宇宙的歷史如下宇宙論標準模型所描繪出的宇宙的歷史如下 ：1.1.當時間為當時間為0 0時開始產生大爆炸。時開始產生大爆炸。2.2.當時間為當時間為4 4秒時，開始產生質子、中子、電子。秒時，開始產生質子、中子、電子。3.3.當時間為當時間為3 3分時，開始形成原子核，其中氫約佔分時，開始形成原子核，其中氫約佔75%75%，氦約佔氦約佔5%5%。此時氣體是游離的，宇宙到處充滿輻射。此時氣體是游離的，宇宙到處充滿輻射。大爆炸至此時期之前，合稱為輻射主控時代。大爆炸至此時期之前，合稱為輻射主控時代。4.4.當時間為當時間為106106年時，溫度約為年時，溫度約為3000 K3000 K，自由電子與氫、，自由電子與氫、氦原核結合成為氫原子氦原核結合成為氫原子 與氦原子。此時氣體是中性的與氦原子。此時氣體是中性的 ，從此進入物質主控時代。，從此進入物質主控時代。5.5.當時間為當時間為109109年時，星系形成年時，星系形成 。恆星恆星3.3.恆星死亡後，將物質散佈到太空中，形成碳恆星死亡後，將物質散佈到太空中，形成碳、氧氧、鐵鐵.元素含量比較豐富的元素含量比較豐富的星雲星雲。4.4.星雲有可能再形成恆星星雲有可能再形成恆星1.1.大霹靂十億年後大霹靂十億年後，宇宙主要元素仍為，宇宙主要元素仍為氫與氦氫與氦。2.2.恆星形成後，內部發生恆星形成後，內部發生核融合核融合反應，形成反應，形成碳碳、氧、鐵氧、鐵.元素。元素。我們身處的銀河系 我們身處的銀河系1.為星系之一，直徑大約為十萬光年的圓盤。2.銀河系由千千萬萬的恆星、星雲與星團組成的 （銀河系約有2000億顆恆星）3.圓盤外形如荷包蛋，中央較厚，四周纏繞著旋臂。4.太陽系位於銀河系的一隻旋臂上，大約處於離銀河 系外邊緣三分之一的位置上。(上圖黑點是太陽的位置上圖黑點是太陽的位置)(1)1A.U.(Average Unit)(1)1A.U.(Average Unit)地球到太陽的平均距離地球到太陽的平均距離 1 1天文單位天文單位=1.5=1.5*10101111(m)(m)(2)1L.Y.(Light Year)(2)1L.Y.(Light Year)光一年所走的距離光一年所走的距離 1 1光年光年=365.25=365.25*(24(24*6060*60)60)*(3(3*10108 8)(m)(m)=9.5=9.5*10101515(m)(m)距離單位距離單位光每秒走光每秒走3*108(m)相當於地球相當於地球7.5圈喔圈喔常見恆星的距離常見恆星的距離仳鄰星仳鄰星:4.3:4.3光年光年最近太陽系的最近太陽系的天狼星天狼星:8.7:8.7光年光年最亮的最亮的牛郎星牛郎星:17:17光年光年織女星織女星:26:26光年光年北極星北極星:800:800光年光年光速為光速為300,000公里公里/秒秒 這樣的距離相當於繞地球七圈半這樣的距離相當於繞地球七圈半 這樣的速度到月球只需一秒多一點這樣的速度到月球只需一秒多一點到太陽需約五百秒（到太陽需約五百秒（下課的時間）下課的時間）到仳鄰星須到仳鄰星須 4.3 4.3 年（年（讀大學的時間）讀大學的時間）由銀河的一端到另一端需由銀河的一端到另一端需 10 10 萬年萬年 宇宙的組織銀河系銀河系恆星恆星行星行星衛星衛星星系星系宇宙宇宙地球地球太陽太陽月亮月亮宇 宙 的 組 織 結 構對照目前生存環境500 億個星系億個星系星團星團星系團星系團太陽系的介紹太陽系的介紹 約在約在4646億年前億年前 太陽系開始形成太陽系開始形成 ，從一團氣體和塵埃從一團氣體和塵埃 的旋轉雲中形成太的旋轉雲中形成太 陽及九大行陽及九大行 星星 。有些科學家相有些科學家相 信信 ，這團雲氣的中心冷這團雲氣的中心冷 卻收縮形成太卻收縮形成太 陽陽 ，重力再從剩下的雲重力再從剩下的雲 氣中拉出行氣中拉出行 星星 。其餘的科學家則認其餘的科學家則認 為，塵埃先形成小為，塵埃先形成小 行星，再聚合成太行星，再聚合成太 陽和行星陽和行星 。太陽系的歷史1.1.約約四十六億年四十六億年前形成。前形成。2.2.太陽輻射太陽輻射與與太陽風太陽風將將輕的物質，吹至輕的物質，吹至外外圍。圍。類木行星類木行星 無岩石外殼無岩石外殼 體積龐大體積龐大 平均密度小平均密度小(似水似水)3.3.重的物質則留在重的物質則留在內內圈。圈。類地行星類地行星 有岩石外殼有岩石外殼 體積較小體積較小 平均密度大平均密度大(D=5)(D=5)(內部是鐵、鎳等重元素內部是鐵、鎳等重元素)（岩石地殼密度（岩石地殼密度D=2D=2 3 3）太陽系內的類地與類木行星太陽系內的類地與類木行星水星金星地球火星木星土星天王星海王星類地行星類木行星31.1.太陽系中最遠的太陽系中最遠的冥王星冥王星，不屬於類地、類木行星之中，不屬於類地、類木行星之中 2.2.地球是靠近太陽的第三顆行星，水星最近地球是靠近太陽的第三顆行星，水星最近 3.3.木星質量、體積最大木星質量、體積最大，冥王星質量、體積最小冥王星質量、體積最小成員成員組成組成成分成分質質量量體體積積密密度度公轉公轉週期週期衛星衛星數數類地類地行星行星水星、金星、水星、金星、地球地球、火星、火星岩石岩石金屬金屬小小小小4-54-5短短少少類木類木行星行星木星、木星、土星土星、天、天王星、海王星王星、海王星氣體氣體冰冰大大大大1-21-2長長多多九大行星可分為兩大族群比較表九大行星可分為兩大族群比較表註：註：沒有衛星沒有衛星 =：水星、金星；最多：水星、金星；最多衛星衛星：木星：木星密度最大密度最大 =地球地球 密度最小密度最小=土星土星有光環的行星：木星、土星、天王星有光環的行星：木星、土星、天王星 、海王星。、海王星。類地行星的內部結構類地行星的內部結構 類木行星的內部結構類地行星的相對大小類地與類木行星的相對大小太陽與各行星的相對大小太陽與各行星的相對大小太陽太陽目前太陽的成分中，氫約佔目前太陽的成分中，氫約佔75%75%的質量，而氦約佔的質量，而氦約佔25%25%。在太陽核心中的氫正逐漸轉變成氦，但這種轉變十分緩慢。在太陽核心中的氫正逐漸轉變成氦，但這種轉變十分緩慢。太陽核心的溫度高達約太陽核心的溫度高達約1,5001,500萬萬K K、壓力是、壓力是2,5002,500億大氣壓，其組成氣億大氣壓，其組成氣體離子體離子(電漿電漿)的密度的密度因而被壓縮成水的因而被壓縮成水的150150倍。倍。金星大氣層主要為二氧化碳大氣層主要為二氧化碳(佔約佔約96%)96%)，有很強的溫室效應，有很強的溫室效應 ，使得金星內部極為酷熱，表面溫度達，使得金星內部極為酷熱，表面溫度達470470度度。表面的大氣壓力為地球的表面的大氣壓力為地球的9090倍，是個高溫，高壓的環境倍，是個高溫，高壓的環境。地球的基本資料地球的基本資料與與 太陽的平均距離太陽的平均距離1 AU 150,000,000 km半徑半徑(km)6,380質量質量(kg)5.976*1024 kg密度密度(g/cm3)5.497表面溫度表面溫度()-50 至50公轉週期公轉週期365.26 days自轉週期自轉週期24 hours火星火星 大氣層主要為二氧化碳大氣層主要為二氧化碳(佔約佔約95%)95%)，但大氣壓力為，但大氣壓力為只有地球的百分之一只有地球的百分之一，表面冰冷，表面冰冷。火星的兩極有永凍的冰冠，冰冠主要是由乾冰火星的兩極有永凍的冰冠，冰冠主要是由乾冰 (固態二氧化碳固態二氧化碳)組成組成，呈現出由暗色塵沙與冰層交替的層狀結構。在北半球夏季，二氧，呈現出由暗色塵沙與冰層交替的層狀結構。在北半球夏季，二氧化碳會自冰層全部昇華至大氣中，只剩下水冰層；但是南極冰冠有化碳會自冰層全部昇華至大氣中，只剩下水冰層；但是南極冰冠有沒有水冰層就沒那麼清楚了，因為南極冰冠沒有水冰層就沒那麼清楚了，因為南極冰冠 (下圖下圖)的乾冰從未全部的乾冰從未全部消失過。消失過。地球大氣的演變階段階階 段段主成分主成分產生原因產生原因一一 氫、氦、甲烷、氨氫、氦、甲烷、氨(太陽系星雲的主成分太陽系星雲的主成分)氫、氦逸入太空（氫、氦逸入太空（輕輕）二二水氣、氮、二氧化碳水氣、氮、二氧化碳隕石撞擊、火山噴發、熔岩隕石撞擊、火山噴發、熔岩三三氮、二氧化碳氮、二氧化碳海洋形成，二氧化碳和鈣形海洋形成，二氧化碳和鈣形成成石灰岩石灰岩，減少了二氧化碳，減少了二氧化碳四四氮、氧氮、氧生命形成，光合作用將二氧生命形成，光合作用將二氧化碳轉成氧，氧含量增加化碳轉成氧，氧含量增加 地球形成時，已經具有原始成分的大氣(已有大氣層)生命如何在地球上發生？米勒實驗(1953)的啟示將水、氫氣、氨、甲烷放在一密閉容器中，模仿閃電加以電極，一星期之後，容器中竟然開始出現有機物質。但重復這個實驗有一定難度，以致部分科學家認為這一現象在原始大氣中不可能發生。有機物如何轉化為生命有機物如何轉化為生命，至今還是未知至今還是未知？所以生命如何發生的所以生命如何發生的，至今還是未解之謎至今還是未解之謎！地球生命的演化過程前寒武時期古生代中生代新生代46億35億藍綠藻6億多細胞 生物4億生物登陸2億恐龍出現6500萬恐龍滅絕200多萬原始人 (巧人)藻類光合作用（臭氧層形成）隕石撞擊說CO2 減少O2 增加（阻擋了紫外線阻擋了紫外線）恐龍恐龍的滅絕大隕石撞擊說地球的內部構造成因地球形成初期，由於隕石的撞擊與內部放射性物質放出大量熱能，使地球形成熔融狀態，其漸冷卻時，重的物質下沉。地核：鐵、鎳金屬（最重，核心）地函：次重物質（厚約3000公里）地殼：含矽、鋁氧化物（較輕，表層）地球內部構造圖地球內部構造圖 太陽約在四十六億年前形成，地球也在那時形成 地球的年齡 四十六億年地球半徑約6400公里3000Km
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