人类认识太阳的过程
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人类认识太阳的过程
●1858年，从太阳黑子在日面上的转动，发现太阳不是固体般自旋，而是象流体那样
在作“较差自旋” (英国卡林顿)。
●1858年，发现太阳黑子在日面上纬度分布的周期变化(德国斯波勒尔，英国卡林
顿)。
●1863—1864年，由恒星和星云的光谱分析，研究它们的化学组成，进而证实天体在
化学上的同一性(意大利赛奇，英国哈金斯)。
●1868年，发现太阳的中层大气——色球层，并发现太阳上的氦元素，以后也在地球
上发现氦(英国洛基尔)。
●1869年，刊布太阳光谱里一千条谱线的波长，并用新单位埃表示(瑞典埃格斯特
朗)。
●1871年，由太阳东西两边光谱线的位移，测定太阳的自转的速度(德国沃格耳)。
●1879年，应用黑体的辐射与温度间的经验公式，求得太阳表面温度为摄氏六千度(奥
地利斯忒藩)。
●1881年，应用电阻测热辐射计精确测定在地表热辐射的太阳常数值，开始了太阳辐
射的研究(美国兰格莱)。
●1891年，发明太阳分光照相仪，并获得太阳光谱图(美国赫耳，法国德朗达尔)。
●1912年，发现造父变星的周期——光度关系，为测定遥远天体的距离提供有效方法
(美国莱维脱)。
●1916年，发明求恒星距离的分光视差法(美国华·亚当斯，德国科耳许特)。
●1919年，首次利用日全食观测验证太阳引力场使星光偏折的效应(英国爱丁顿领
导日全食观察队)。
●1938年，提出太阳和恒星上氢是核燃料，碳是催化剂，氦是灰烬的热核反应的主要
机制，用以阐明它们的能源(美籍德国人贝蒂，美国克里齐菲尔德，德国冯·韦茨萨克)。
迈克尔逊——莫雷实验这个实验证明，光顺着地球运动和逆着地球运动的速度是完全一样的
●普朗克公式M bλ(T)=2πh(c^2)(λ^-5)*1/[e^(hc/λkT)-1]
●h=6.63×10^-34称为普朗克常数它是量子论中最基本的常数。
两条假设：
●(1)黑体是由带电谐振子组成(即把组成空腔壁的分子、原子的振动看做线性谐振
子)．这些谐振子辐射电磁波，并和周围的电磁场交换能量。
●(2)这些谐振子的能量不能连续变化，只能取一些分立值，这些分立值是最小能
量ε的整数倍，即ε，2ε，3ε，…，nε，… n为正整数，而且假设频率为ν的谐振子的最小能量为ε=hν称为能量子，h称为普朗克常数。
恒星的最后结局除太阳外的其他恒星，依据它们质量的不同，以不同的途径走向
死亡：质量小于1.4倍太阳质量的恒星最终都将成为白矮星，并逐渐暗淡到看不见；质量大于1.4倍太阳而小于3倍太阳质量的恒星,最终成为强力的超新星爆发（Ⅰ型）,爆发后,原来的超巨星完全解体,只剩下一个致密的核心——中子星；质量大于3倍太阳质量的晚期核心,经过更猛烈的强力超新星爆发（Ⅱ型），最终将变为黑洞
蟹状星云围绕着一颗每秒发射30次脉冲的中子星。
由它发出的冲击波和相伴随的内爆破可能产生引力波的很短的脉冲，而被地球上的人们探测到。
有三个办法间接发现黑洞
1、根据多普勒效应，离我们而去的恒星的光谱发生红移，向我们运动的恒星
的光谱发生兰移。
如果我们观测到某颗恒星的光谱有规律地交替发生兰
移或红移，就表明它可能是双星中的一颗，而它的伴星很可能是个“黑
洞”。
2、2、对于“密近双星”，如果其中一颗是黑洞，那么黑洞的强大引力
会把它伴星上的气体吸引过来。
这些气体掉进黑洞时温度急剧上升到1
亿K以上，从而使气体中的原子发射出X射线。
天文学家早先发现的天鹅
座X－1，就是这样一个X射线发射源,普遍认为天鹅座X－1很可能是一
个黑洞。
3、3、其中一个星为黑洞的密近双星系统。
图片中右侧为一颗黑洞，它把左
侧伴星中的大量物体吸向自己，形成一个逐渐增大的盘——积吸盘。
人们
可以从可观察到积吸盘推测黑洞的存在。
坍缩恒星变化的引力场会存在辐射,也就是量子力学中的“隧道效
应”，允许极少量的辐射从强大的黑洞引力陷阱中逃脱出来.。
人们称
此为“霍金蒸发”。
霍金不仅预言了这种现象，而且证明了这种辐射的
温度只与黑洞的质量有关，而且成反比关系------质量越大，温度越低。
大爆炸理论认为，今天所看到的膨胀的宇宙现象，如果逆着
时间追溯回去，应始于一次猛烈的大爆炸，爆炸时的宇宙是极其致密的，
而且处于一种超高温状态。
然后，宇宙一方面急剧膨胀，一方面又快速降
温。
当宇宙温度降到109K时，开始形成原子核；又过了一段时间，温度
继续降低，电子才和原子核结合形成原子和元素。
伽莫夫根据推论预言现今宇宙背景中应留有当初大爆炸遗留下来的热辐射，根据计算，早期宇宙遗留下来的背景辐射至今已经
很微弱了，其譜分布大体对应于绝对温度为5K的黑体辐射。
这个假说优雅地解释了宇宙为什么有大范围的光滑
和平坦的疑问。
80年代，美国麻省理工学院的理论工作者古思（Alan
Guth）和莫斯科大学的林德（Andrei Linde）等人提出暴涨宇宙图象，认
为宇宙在大爆炸极短的时间约10－35秒以后经历了一个急骤快速膨胀阶段。
在暴涨阶段，宇宙以指数膨胀，在这段时间里，在10-33秒中宇宙增长了
1050倍。
基本粒子主要指夸克和轻子和传递力的粒子。
夸克、轻子及与它们相对应的反物质粒子经常互相碰撞和湮灭，同时释放出能量。
两个碰撞的光子同样地也可以产生新的物质和反物质。
物质、反物质和辐射，以几乎相等的量存在，形成夸克汤。
中子是由两个下夸克和一个上夸克组成，质子由两个上夸克和一个下夸克组成
正物质世界来自电荷宇称不对称宇宙爆炸后，在重粒子的衰
变过程中物质与反物质是不对称的，大约是十亿零一比十亿* 在物质与反物质相撞时，只有非常少量的正粒子躲过了毁灭而存活下来，才有了今日的星系、恒星和行星
宇宙演化的过程
1.大爆炸后10-35～10-6秒，温度从1027K降至1013K，质子和中子得以保留；
2.大爆炸1秒后，温度降至1010K，电子得以保留；
3.大爆炸100秒后，温度降至109K，质子和中子结合形成原子核（氘核、氚核、氦核）；又过许多年后才加进了电子，形成原子、分子——最后变成了恒星的种子。
4.大爆炸后30万年～130万年，温度降至3000K，光子与物质分离，自由地在宇宙中穿行，宇宙逐渐变得清亮和透明起来。
这些巨量光子延续至今，成为“宇宙背景辐射”。
5.大爆炸后大约10亿年，第一个“星系”及组成这个星系的“恒星”诞生。
星系的平均距离是它们大小的20-40倍(而恒星的距离和大小的比例是数千万)，
因此星系发生碰撞的机会十分大。
即使星系发生碰撞，它们之间的恒星会发生碰撞的机会差不多等于零，但相互的引力作用会改变了恒星的分布。
大量恒星会随喷流拋出，而两个星系最终会结合为一，有些拥有多重星系核的星系，可能便是过去星系碰撞所造成的结果。
星系碰撞也会催生新的恒星
星系，在可以观察的宇宙中大约有1000亿个星系，当它们在太空里旅行时，引力又把它们束缚在一起形成星系团。
而更大的结构是超级星系团，每个超级星系团包括几千个星系，而且在太空中伸展绵延几亿光年，这些超级星系团排列得象纤维状或薄片状，在它们之间是巨大的空洞，那里边似乎什么都没有。
“纤维”、“薄片”、“长城”以及“空洞”等是宇宙的大尺度结构。
我们现在对宇宙的基本认识
●梯级分布和各向同性
1.在相对较小的时空内，宇宙中的物质依次聚集为星体、星系、星系团、超星系团、超超星系团……。
2.在相对较大的时空内，宇宙中的物质依次聚集为“纤维”、“薄片”、“长城”及“空洞” 。
●宇宙在大尺度上是膨胀着的
●宇宙的时空是柔性的
1.爱因斯坦指出：空间-时间不能离开物质而独立存在，物质的质量及其分布状况决定时空的结构。
反过来看，引力场是空间几何弯曲的表现，空间的曲率体现引力场的强度。
2.有人依据爱因斯坦的理论推论：在极强引力场，比如黑洞中，空间收缩为1维的，时间扩张为3维的；而超强理论又认为在极微观高能的世界中时空可能是11维的。
暗物质还是未解之谜
暗物质可能是黑洞和矮星，但暗物质中的绝大多数应该是一些不发光、不反光、不挡光的透明物质，科学家们有的说是重子物质、有的说是光子、有的说是中微子，总之，宇宙间的暗物质还是个未解之谜
宇宙
科学家精确计算出宇宙的年龄大约是137亿年，而且组成成分只有4%是原子，其余有23%为不知名的暗物质，73%为一种神秘的暗能量。
科学家同时还指出了第一代行星的星光是在大爆炸后2亿年就开始形成。
