高中地理《地球的宇宙环境》素材1（鲁教版必修1）

1111、冥王星退出九大行星之列：2006-08-25晚上9点20分，国际天文学联合会大会投票5号决议，部分通过新的行星定义，冥王星被排除在行星行列之外，而将其列入“矮行星”。国际天文学联合会大会放弃将冥王星之外的太阳系八大行星称为“经典行星”的说法，从而确认太阳系只有8颗行星，冥王星被降级为入“矮行星”。此前盛传的第一种方案中提出了太阳系另外增加3颗二级行星的计划流产。 数十年来，科学家普遍认为太阳系有九大行星，但随着一颗比冥王星更大、更远的天体的发现，使得冥王星大行星地位的争论愈演愈烈。一是由于其发现的过程是基于一个错误的理论；二是由于当初将其质量估算错了，误将其纳入到了大行星的行列。因此在国际天文学联合会大会上，是否要给冥王星“正名”成为了大会的焦点，为此，天文学家给出了各种方案。1930年美国天文学家汤博发现冥王星，当时错估了冥王星的质量，以为冥王星比地球还大，所以命名为大行星。然而，经过近30年的进一步观测，发现它的直径只有2300公里，比月球还要小，等到冥王星的大小被确认，“冥王星是大行星”早已被写入教科书，以后也就将错就错了。冥王星是目前太阳系中最远的行星，其轨道最扁。冥王星的质量远比其他行星小，甚至在卫星世界中它也只能排在第七、第八位左右。冥王星的表面温度很低，因而它上面绝大多数物质只能是固态或液态。行星定义委员会最初提出的方案，在确定金星、土星、木星、水星、地球、 火星、天王星、海王星为经典行星之外，将冥王星降格为二级行星，同时增加谷神星、卡戎星和2003UB313为二级行星。2、宇宙到底有多大呢？“宇宙”一词，最早大概出自我国古代著名哲学家墨子（约公元前468-376）。他用“宇”来指东、西、南、北，四面八方的空间，用“宙”来指古往今来的时间，合在一起便是指天地万物，不管它是大是小，是远是近；是过去的，现在的，还是将来的；是认识到的，还是未认识到的总之是一切的一切。 从哲学的观点看。人们认为宇宙是无始无终，无边无际的。不过，对这个深奥的概念我们不打算做深入的探讨，还是留给哲学家们去研究。我们不妨把眼光缩小一些，讲一讲利用我们现有的科学技术所能了解和观测的宇宙，人们把它称为“我们的宇宙”或“总星系”。 从最新的观测资料看，人们已观测到的离我们最远的星系是130亿光年。也就是说，如果有一束光以每秒30万千米的速度从该星系发出，那幺要经过130亿年才能到达地球。这130亿光年的距离便是我们今天所知道的宇宙的范围。再说得明确一些，我们今天所知道的宇宙范围，或者说大小，是一个以地球为中心，以130亿光年的距离为半径的球形空间。当然，地球并不真的是什幺宇宙的中心，宇宙也未必是一个球体，只是限于我们目前的观测能力，我们只能了解到这一程度。 在这个以130亿光年为半径的球形空间里，目前已被人们发现和观测到的星系大约有1250亿个，而每个星系又拥有像太阳这样的恒星几百到几万亿颗。因此只要做一道简单的数学题，你就不难了解到，在我们已经观测到的宇宙中拥在多少星星。地球在如此浩瀚的宇宙中，真如沧海一粟，渺小得微不足道。3、宇宙是怎样形成的？在什么时候形成的？宇宙是如何起源的?自古以来一直是人类最感兴趣和不懈探索的问题。历史上曾经出现过各种各样的神话传说，但宇宙的起源本身却是一个科学问题。20世纪以来，由于科学技术的发展，人们在对宇宙观测中取得了越来越多的重大发现，从而逐渐建立起科学的宇宙模型枣大爆炸宇宙学模型。 一、提出大爆炸宇宙学模型的背景 20世纪20年代，美国天文学家斯莱弗在研究远处的旋涡星云发出的光谱时，首先发现了光谱的红移，认识到了旋涡星云正快速远离人们而去。1929年哈勃把这种退行红移的测量与星系的距离的测量结合起来，总结出了著名的哈勃定律：星系的退行速度v与它的距离r成正比，即vHr。 根据哈勃定律和后来更多天体红移的测定，人们相信宇宙在长时间内一直在膨胀，物质密度一直在变稀。由此反推，宇宙的结构在某一时刻前是不存在的，它只能是演化的产物。因而1948年伽莫夫等人首先提出了大爆炸宇宙学模型。 二、大爆炸宇宙学模型 1948年，伽莫夫等在美国物理评论杂志上发表了关于大爆炸宇宙学模型的文章：提出宇宙是由甚早期温度极高且密度极大，体积极小的物质迅速膨胀形成的，这是一个由热到冷、由密到稀，不断膨胀的过程，尤如一次规模极其巨大的超级大爆炸。 根据这一学说，在宇宙的最早期，即距今大约150亿年前，今天所观测到的全部物质世界统统都集中在一个很小的范围内，温度极高，密度极大。大爆炸开始后0.01秒，宇宙的温度约为1000亿摄氏度，其物质的主要成分为轻粒子(如光子、电子或中微子)，而质子和中子只占十亿分之一。所有这些粒子都处于热平衡状态。由于整个体系在快速膨胀，因此温度很快下降。大爆炸后0.1秒，温度下降到300亿摄氏度，中子与质子之比从原来的1下降到0。61。1秒钟后，温度已下降到100亿摄氏度。随着密度的减小，中微子不再处于热平衡状态，开始向外逃逸。电子枣正电子对开始发生湮没反应，中子与质子之比进一步下降到0.3。但这时温度还太高，核子仍不足以把中子和质子束缚在一起。大爆炸后13.8秒，宇宙温度下降到30亿摄氏度。这时质子和中子已可形成像氘、氦那样稳定的原子核。化学元素从这时候开始形成。35分钟后，宇宙温度进一步下降到3亿摄氏度，核形成停止了。氦和自由质子的质量之比大致保持在0.220.28这一范围内。由于温度还很高，质子仍不能和电子结合起来形成中性原子。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。 三、大爆炸宇宙学模型的成就 宇宙早期的温度极高，今天的温度已降到极低(绝对温度3K)。如此巨大的温度跨度是任何实验室条件都无法办到的。但是人们可以把已有的关于粒子物理、核物理、等离子体物理以及其他的物理知识应用于不同的宇宙演化阶段来预言各种宇宙学效应 。例如，大爆炸核合成及微波背景辐射等。通过多年的天文观测，这些预言已逐渐被证实，从而成为大爆炸宇宙模型的有力证据。 1、大尺度的均匀和各向同性 这是大爆炸宇宙模型的基础，对宇宙大尺度结构的观测结果已经证实宇宙学原理的正确性。即宇宙在大尺度上一定是均匀各向同性，1989年发射的COBE卫星对微波背景辐射的精密测量进一步表明在10-4精度内宇宙是各向均匀、同性的。 2、。哈勃定律 从哈勃定律得到启示建立的大爆炸宇宙模型反过来可以预言这种定律。它已被28000个星系的红移(或退行速度)与距离的关系的观测数据所证实。 3、宇宙的年龄 宇宙既然是在一次大爆炸中诞生，那就可以谈论它的年龄。大爆炸宇宙学预言宇宙今天的年龄约为150亿年，宇宙中的结构，例如恒星、星系等，都是在宇宙形成以后逐渐形成的，所以它们的年龄必须小于宇宙年龄。近年来，人们通过采用多种不同的方式来测定星系和恒星的年龄，例如测量放射性元素及其衰变产物在星体中的丰度等，最后得到的结果是完全一致的。即星系和恒星的年龄，都在几十亿年的数量级，这与宇宙的年龄是相容的。 4、大爆炸的核合成 大爆炸宇宙学认为最初的宇宙中，既没有分子，也没有原子。第一批原子核是在大爆炸后102秒到3分钟这一时间内，由质子和中子组合而成并遗留至今的 。因而预言了宇宙中轻元素的丰度(如氦的丰度约为25，氢的丰度约为75）。多年来人们对天体范围内的轻元素丰度的观测结果，正好与大爆炸的预言相一致。从而成为大爆炸宇宙学的最早证据。 5、微波背景辐射 大爆炸宇宙学模型认为温度降低到3000K左右时，中性原子将大量形成，光子与他们失去耦合，从而作为宇宙中的一个独立组分存留下来。伽莫夫预言，这种作为历史遗迹的背景光子应当可以在今天观测到，并估计出大约温度为10K 。 1964年就在物理学家们计划用辐射计观测这种背景辐射的时候，美国贝尔电话实验室的两位工程师，彭齐亚斯和威尔逊在安装调试卫星天线的过程中，发现天空各个不同方向上都存在一种不变的相当于3。5K的黑体辐射背景(即微波背景辐射)。他们因此获得了1978年的诺贝尔物理学奖。后来，1989年发射的COBE（宇宙背景探测者）卫星则最终测定出在104精度内宇宙背景辐射是各向同性的，且测得背景光子的温度为2。7K，于是从理论上预言的，在4105年时留下的遗迹终于被实测充分证实了，这也成为大爆炸宇宙学的最强有力的证据。 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。4、除了地球以外别的星球还有没有生命存在?关于外星人存在的假设 外星人的报道时常见诸报端，很多人声称见过飞碟，甚至见过外星人，同时他们也拍到了各种各样的有关飞碟的照片。这一切到底是真是假，外星人真的存在么？ 据自称见过外星人的人们描述，他们所见到的外星人大多是一些个子矮小，脑袋圆大、嘴巴窄长如裂缝、身穿紧身衣的类人生物。但也有人声称他们见到的外星人是高大的巨人、机器人状怪物、满身长毛的怪兽甚至美丽的裸女。对这种现象，有人认为这些外星人不止来自一个星球。另一些人则认为，地球上绝不可能有这么多不同种的外星人同时光临，这种混乱的描述正说明外星人的说法是不足为据的。还有一些人认为，这些确有相当一部分不足为信，但仍有一些可以确认是真实的。 另一些人则热心于寻找外星人在古代留下的痕迹。他们认为撒哈拉沙漠壁画上人物的圆形面具、复活节岛和南美的巨石建筑以及金字塔等种种无法解释的史前奇迹都与外星人有关。还有的学者提出人类是外星人的后裔，或人类中一些民族（如玛雅人）是外星人与地球人交配的后裔等种种观点。但这些也只能作为猜测和假说，其中大多数仍缺少足够的证据。 美国康奈尔大学的著名天文学家卡尔萨根曾指出，在整个银河系中差不多有二千亿颗恒星，这些恒星中有相当一部分带有行星。在这些行星中，与地球环境近似的，估计可能多达一百万颗。既然生命能够在地球上产生和演化，那也就可能同样在这些行星上产生和演化，并发展出智慧生物。而其中必定有一部分，要经现在的人类文明更为先进。因此，这些天文学家们认为，在地球以外的别的星球上出现智慧生命，完全是可能的。 但萨根却对世界各地常常有人遭遇外星人的消息嗤之以鼻。他认为，这些，都是把一些人类掌握的科技加到所谓外星人身上，所描述的外星人形象也大多是人类的变形。而在别的星球，生命进化过程千差万别，外星智慧生命的演化形态很可能与人类完全不同，其掌握的科学技术也会与人类完全两样。而且这些可能产生智慧生命的星球，离地球的距离都在几千或几万光年。因此以为每年甚至每天都有外星人来访的说法，更是完全不现实的。 萨根的看法，大致可以代表严肃的科学家们的意见。这就是说，外星智慧生命的存在，从理论上讲是完全可能的。但各种发现外星人的消息，却大都不足为信。然而仍有一些被认为可靠而目前科学界尚无法解释的事件，以至某些不可理解的史前奇迹，又是否与外星智慧生命有关呢？这一切仍然是个谜。 对于目前外星人的存在情况，科学家们提出了种种可能的设想，这些设想很大胆，现在看来也很离奇，但是谁又能责怪人类的想象力呢，也许这些幻想有一天会变成可观的存在。 地下文明说 记得看过一个漫画故事，说的是在地球上是人类进化的天堂，但是在地球内部却存在另一个由进化后的昆虫统治的文明世界，最终地下的昆虫为了地上的生存权与人类开始了战争。据悉，美国的人造卫星“查理7号”到北极圈进行拍摄后，在底片上竟然发现北极地带开了一个孔。这是不是地球内部的入口？另外，地球物理学者一般都认为，地球的重量有6兆吨的上百万倍，假如地球内部是实体，那重量将不止于此，因而引发了“地球空洞说”。一些石油勘探队员都在地下发现过大隧道和体形巨大的地下人。我们可以设想，地球人分为地表人和地内人，地下王国的地底人必定掌握着高于地表人的科学技术，这样，他们地表人的同星人，乘坐地表人尚不能制造的飞碟遨游空间，就成为顺理成章的事了。 杂居说 该观点认为，外星人就在我们中间生活、工作！研究者们用一种令人称奇的新式辐射照相机拍摄的一些照片中，发现有一些人的头周围被一种淡绿色晕圈环绕，可能是由他们大脑发出的射线造成的。然而，当试图查询带晕圈的人时，却发现这些人完全消失了，甚至找不到他们曾经存在的迹象。外星人就藏在我们中间，而我们却不知道他们将要做什么，但没有证据表明外星人会伤害我们。 人类始祖说 有这么一种观点：人类的祖先就是外星人。大约在几万年以前，一批有着高度智慧和科技知识的外星人来到地球，他们发现地球的环境十分适宜其居住，但是，由于他们没有带充足的设施来应付地球的地心吸引力，所以便改变初衷，决定创造一种新的人种由外星人跟地球猿人结合而产生的。他们以雌性猿人作为对象，设法使她们受孕，结果便产生了今天的人类。 平行世界说 我们所看到的宇宙（即总星系）不可能形成于四维宇宙范围内，也就是说，我们周围的世界不只是在长、宽、高、时间这几维空间中形成的。宇宙可能是由上下毗邻的两个世界构成的，它们之间的联系虽然很小，却几乎是相互透明的，这两个物质世界通常是相互影响很小的“形影”状世界。在这两个叠层式世界形成时，将它们“复合”为一体的相互作用力极大，各种物质高度混杂在一起，进而形成统一的世界。后来，宇宙发生膨胀，这时，物质密度下降，引力衰减，从而形成两个实际上互为独立的世界。换言之，完全可能在同一时空内存在一个与我们毗邻的隐形平行世界，确切地说，它可能同我们的世界相像，也可能同我们的世界截然不同。可能物理、化学定律相同，但现实条件却不同。这两个世界早在200-150亿年前就“各霸一方”了。因此，飞碟有可能就是从那另一个世界来的。可能是在某种特殊条件下偶然闯入的，更有可能是他们早已经掌握了在两个世界中旅行的知识，并经常来往于两个世界之间，他们的科技水平远远超出我们人类之上。 四维空间说 有些人认为，UFO来自于第四维。那种有如幽灵的飞行器在消失时是一瞬间的事，而且人造卫星电子跟踪系统网络在开机时根本就盯不住，可以认为，UFO的乘员在玩弄时空手法。一种技术上的手段，可以形成某些局部的空间曲度，这种局部的弯曲空间再在与之接触的空间中扩展，完成这一步后，另一空间的人就可到我们这个空间来了。正如各种目击报告中所说的那样，具体有形的生物突然之间便会从一个UFO近旁的地面上出现，而非明显地从一道门里跑出来。对于这些情况，上面的说法不失为一种解释。111