甘肃广播电视大学文本第五章现代宇宙学、地球科学与空间技术重点内容_科学与技术.doc_大学文库

《科学与技术》第五章重点内容第五章现代字宙学、地球科学与空间技术一、内容提要现代字宙学、地球科学是当今自然科学前沿的重要科学领域，分别研究字宙的起源、结构和演化，地球圈层的形成，特狂等何题。空间技术是探索开发和利用太空以及地球以外的天体的棕合性技术，也是现代技术革命的主要组成部分。二，重点内容 1,什么是字宙？字宙是天地万物。是广该空间和其中存在的各种天体以及弥漫物质的总称。天文学上通常将天文观测所及的整个时空范围称为"可观测宇宙”，有时又调“我们的字宙”，或简称“字市”。现代科学的基本观含之一，就是可夏测字宙也像其他事物一样，有它廷生发展的历史。据现代字宙学说估算，字宙年拾是极其漫长的，约为150亿岁：可观测的全部字宙空间是极为鹿大的，已观测到的最远的星系距离我们大约150亿光年。字宙中最主要的天体是恒星和星云，因为它们相有巨大的质量，饭最是由炽热气态物质组成，能自行发热发光的球形或接近球形的天体。星云是由极其稀海的气体和尘埃组成的，影状很不规则。以云雾状的天体由无数恒星和星际物质构成的巨大集合体称为星系。它们的尺度可以从儿千到几十万光年。星系或称恒星系，是字宙系统中的重要一环。人们把目前所认识到的字宙部分，包括已观测到的所有星系，称为总星系。 2,关于大刚炸理论 “宇宙大爆炸理论”是现代字宙学中最著名、也是影响最大的一种学说，它是到目前为止关于学诸起源最科学的一种解释，大爆炸理论的主要观点是认为整个字宙最初繁集在一个“原始原子”中，然后突然发生大爆炸。使物质密度和整体温度发生极大的变化，宇宙从密到稀、从热到冷、不断膨胀，形成了我们的字宙。最初椰次无与伦比的得发就被称为大爆 1

1 《科学与技术》第五章重点内容第五章现代宇宙学、地球科学与空间技术一、内容提要现代宇宙学、地球科学是当今自然科学前沿的重要科学领域，分别研究宇宙的起源、结构和演化，地球圈层的形成、特征等问题。空间技术是探索开发和利用太空以及地球以外的天体的综合性技术，也是现代技术革命的主要组成部分。二、重点内容 1、什么是宇宙？宇宙是天地万物，是广漠空间和其中存在的各种天体以及弥漫物质的总称。天文学上通常将天文观测所及的整个时空范围称为“可观测宇宙”，有时又叫“我们的宇宙”，或简称“宇宙”。现代科学的基本观念之一，就是可观测宇宙也像其他事物一样，有它诞生发展的历史。据现代宇宙学说估算，宇宙年龄是极其漫长的，约为 150 亿岁；可观测的全部宇宙空间是极为庞大的，已观测到的最远的星系距离我们大约 150 亿光年。宇宙中最主要的天体是恒星和星云，因为它们拥有巨大的质量。恒星是由炽热气态物质组成，能自行发热发光的球形或接近球形的天体。星云是由极其稀薄的气体和尘埃组成的，形状很不规则，似云雾状的天体。由无数恒星和星际物质构成的巨大集合体称为星系。它们的尺度可以从几千到几十万光年。星系或称恒星系，是宇宙系统中的重要一环。人们把目前所认识到的宇宙部分，包括已观测到的所有星系，称为总星系。 2、关于大爆炸理论 “宇宙大爆炸理论” 是现代宇宙学中最著名、也是影响最大的一种学说，它是到目前为止关于宇宙起源最科学的一种解释。大爆炸理论的主要观点是认为整个宇宙最初聚集在一个“原始原子”中，然后突然发生大爆炸，使物质密度和整体温度发生极大的变化，宇宙从密到稀、从热到冷、不断膨胀，形成了我们的宇宙。最初那次无与伦比的爆发就被称为大爆

炸，这一关于字宙起源的理论则被称为字宙大爆炸理论。根据大爆炸宇宙学模型的观点，字曹150亿年的演化过程分为三个阶仅，大得年的整个过程大致是这样的：第一个阶段：是字宙的极早期“太初第一秒”。这个阶段的时阿特别短，短到以秒米计。宇宙处于一种极高祖、高密的状志，除氢核一一质子外。没有任何别的化学元素，只由质子，中子、电子、光子等基本粒子混合而成。随着学宙迅速影胀，温度急速下降第二个阶段大约经历了数千年，是化学元素形成阶段，此时字害间的物质主要是氯，氢等比较轻的原子核和质子、电子、光子等，光辐射很强，但没有星体存在。整个字宙体系不断密账，温度根快下降第三个阶段：是字害形成的主体阶段，至今我门仍生活在这一阶段中，字宙继续整张，温度不断降低。半宙先后形成了各级天体：宇宙同的气志物质逐渐凝聚成星云，并逐渐演化成星系、恒星和行星，再进一步形成各种各样的恒星体系，成为我们今天所看到的五影缤纷的星空世界。字宙大爆炸理论在它藏生前后得到了一系列天文观测事实的支持，是有实际依据的。例如：星系红移、微波青景辐射、字宙元素的丰度，宇宙的年龄等，成为大爆非理论的重要证据，尤其星系红移就是字宙影胀的反陕，微被背景辐射是字宙大爆炸高祖的直接道迹。这些观测事实都使字宙大爆炸理论越来越受到世人的关注。 3、恒限的特征夜晚星空所见的绝大多数是恒星。恒星是指由炽热气态物质组成，能自行发热发光的球形或接近球形的天体。关干恒星的特征强调儿点： (1)恒星发光的能力：是有强有弱的，恒屋表面的温度也有高有低。由于每颗恒星的表面温度不同，它发出的光的顾色也不一样。一般说来，恒星表面的温度越低，它的光越偏红：温度越高，光则越偏蓝。因此，观察到的恒最有不同的顾色。例如，太阳看上去的黄颜色的。它的表面温度是600摄氏度：织女星发出白色光，它的表面温度是1万摄氏度。 (2)相最的寿命：恒星有形成，发展、先亡和再生的过程，相星的寿命长短是不一致的，这取决于星的质量。大黄量恒星中心的度比小质量恒星高的多，其随晨的能量薄耗也快。因而存在时间短，而小质量恒屋的寿角则要长得多。恒星形成是由星云并进一步收缩成黑恒星的：再发展为主序星，主序星是恒星一生中最长的黄金阶段，当恒最变成红巨星时就进入了晚年， 2

2 炸，这一关于宇宙起源的理论则被称为宇宙大爆炸理论。根据大爆炸宇宙学模型的观点，宇宙 150 亿年的演化过程分为三个阶段。大爆炸的整个过程大致是这样的：第一个阶段：是宇宙的极早期“太初第一秒”。这个阶段的时间特别短，短到以秒来计。宇宙处于一种极高温、高密的状态，除氢核——质子外，没有任何别的化学元素，只由质子、中子、电子、光子等基本粒子混合而成。随着宇宙迅速膨胀，温度急速下降。第二个阶段大约经历了数千年，是化学元素形成阶段。此时宇宙间的物质主要是氦、氢等比较轻的原子核和质子、电子、光子等，光辐射很强，但没有星体存在。整个宇宙体系不断膨胀，温度很快下降。第三个阶段：是宇宙形成的主体阶段，至今我们仍生活在这一阶段中。宇宙继续膨胀，温度不断降低。宇宙先后形成了各级天体：宇宙间的气态物质逐渐凝聚成星云，并逐渐演化成星系、恒星和行星，再进一步形成各种各样的恒星体系，成为我们今天所看到的五彩缤纷的星空世界。宇宙大爆炸理论在它诞生前后得到了一系列天文观测事实的支持，是有实际依据的。例如：星系红移、微波背景辐射、宇宙元素的丰度、宇宙的年龄等，成为大爆炸理论的重要证据，尤其星系红移就是宇宙膨胀的反映，微波背景辐射是宇宙大爆炸高温的直接遗迹。这些观测事实都使宇宙大爆炸理论越来越受到世人的关注。 3、恒星的特征夜晚星空所见的绝大多数是恒星。恒星是指由炽热气态物质组成，能自行发热发光的球形或接近球形的天体。关于恒星的特征强调几点：（1）恒星发光的能力：是有强有弱的，恒星表面的温度也有高有低。由于每颗恒星的表面温度不同，它发出的光的颜色也不一样。一般说来，恒星表面的温度越低，它的光越偏红；温度越高，光则越偏蓝。因此，观察到的恒星有不同的颜色，例如，太阳看上去的黄颜色的，它的表面温度是 6000 摄氏度；织女星发出白色光，它的表面温度是 1 万摄氏度。（2）恒星的寿命：恒星有形成、发展、死亡和再生的过程，恒星的寿命长短是不一致的，这取决于恒星的质量。大质量恒星中心的温度比小质量恒星高的多，其蕴藏的能量消耗也快，因而存在时间短，而小质量恒星的寿命则要长得多。恒星形成是由星云并进一步收缩成原恒星的；再发展为主序星，主序星是恒星一生中最长的黄金阶段，当恒星变成红巨星时就进入了晚年

太阳就是一颗典型的处在主序星阶段的小质量恒星，太阳的主序星阶段长达10 亿年，在该阶段它己经存在50亿年，在这一阶段还有S0亿年，恒最的归宿也与其初始质量有美：有三种不同的结局，即白矮星、中子星和黑洞：初始质量小一些的恒星主要演化成白顿显，质量比较大的恒星就有呵能形成中子星，质量更大的恒星则可能形成黑割： (3》恒星的分布：是不均匀的。许多恒星聚集在一起。分为：双星，两顺面星紧靠在一起。并互相饶转着：聚星，是3、4颗成更多颗恒星聚集在一起：星团。指10颗以上，甚至成千上万顿星聚集在一起成团.例如银河系中心方向的武仙座球状星团由大约250万颗恒星组成， (4)星空的划分：为便干说明恒星在天空中的位置，人们把天空的星斗划分为若干区域。128年国际天文学联合会确定，全天空分为就个星座。以动物成神话中的人物为星隆命名，例如大能隆、斯子座、仙女座等，星座的大小相差悬殊，各个星座内所包含的肉眼可见星数也各不相等。 4,太闲系的特征太阳是恒星的典型代表。太阳系是由受太阳引力约束的天体组成的系统，太阳系的成员包括：太阳（恒星）、九大行星（包括地球）、无数小行星、众多卫星（包括月球），还有鞋屋、流最体以及大量全埃物质和稀薄的气态物质。关于太阳系的特征强调以下儿点： (1)太阳是中心天体。在太阳系中，太阳的质量占太阳系总质量的99.8%，其它天体的总和不到总质量的02%。太阳的引力控制着整个太阳系，使它天体绕太阳公转。 (2)太阳系有九大行最。包括水屋，金星、地球、火原、木最，土星，天王星、海王星、冥王星，都在接近月一平面的近圆轨道上，沿同一方向绕太阳公转：九大行星按物理性质可分为两类：第一类是类地行星，以地球为代表，包括水星、金星，地球和火显。离太阳的距离近，共同特点是由石质和铁质构成，半径和质量较小，但密度较高：第二类是类木行星，以木星为代表，包括木星、土星，天王星和海王星，距离太阳较远，共同特点是主要由氢，氯，冰，甲烷，氢等构成。石质和铁质只占极小的比例，它们的质量和半径均远大于地球，但密度却较低。此外，以行星距离太阳的远近，又将九大行星分为外行屋和内行星。 (3)九大行星饶日运动都连循着一定的规律，它们的轨道具有近圆性，共面性和同向性特点，近置性指所有行星轨道的偏心率军很小，几乎近于圆形。共面性是说所有行星的公转轨道面都是比较接近的，。大体在一个平面上，与地球轨道面的交角都不大。月向性指行星饶日公转的方向是相同的，也同太阳自转的方向一致

3 太阳就是一颗典型的处在主序星阶段的小质量恒星，太阳的主序星阶段长达 100 亿年，在该阶段它已经存在 50 亿年，在这一阶段还有 50 亿年。恒星的归宿也与其初始质量有关：有三种不同的结局，即白矮星、中子星和黑洞。初始质量小一些的恒星主要演化成白矮星，质量比较大的恒星就有可能形成中子星，质量更大的恒星则可能形成黑洞。（3）恒星的分布：是不均匀的。许多恒星聚集在一起，分为：双星，两颗恒星紧靠在一起，并互相绕转着；聚星，是 3、4 颗或更多颗恒星聚集在一起；星团，指 10 颗以上，甚至成千上万颗星聚集在一起成团。例如银河系中心方向的武仙座球状星团由大约 250 万颗恒星组成。（4）星空的划分：为便于说明恒星在天空中的位置，人们把天空的星斗划分为若干区域。 1928 年国际天文学联合会确定，全天空分为 88 个星座。以动物或神话中的人物为星座命名，例如大熊座、狮子座、仙女座等，但星座的大小相差悬殊，各个星座内所包含的肉眼可见星数也各不相等。 4、太阳系的特征太阳是恒星的典型代表。太阳系是由受太阳引力约束的天体组成的系统，太阳系的成员包括：太阳（恒星）、九大行星（包括地球）、无数小行星、众多卫星（包括月球），还有彗星、流星体以及大量尘埃物质和稀薄的气态物质。关于太阳系的特征强调以下几点：（1）太阳是中心天体。在太阳系中，太阳的质量占太阳系总质量的 99.8%，其它天体的总和不到总质量的 0.2%。太阳的引力控制着整个太阳系，使其它天体绕太阳公转。（2）太阳系有九大行星。包括水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星，都在接近同一平面的近圆轨道上，沿同一方向绕太阳公转。九大行星按物理性质可分为两类：第一类是类地行星，以地球为代表，包括水星、金星、地球和火星，离太阳的距离近，共同特点是由石质和铁质构成，半径和质量较小，但密度较高；第二类是类木行星，以木星为代表，包括木星、土星、天王星和海王星，距离太阳较远，共同特点是主要由氢、氦、冰、甲烷、氨等构成，石质和铁质只占极小的比例，它们的质量和半径均远大于地球，但密度却较低。此外，以行星距离太阳的远近，又将九大行星分为外行星和内行星。（3）九大行星绕日运动都遵循着一定的规律。它们的轨道具有近圆性、共面性和同向性特点。近圆性指所有行星轨道的偏心率都很小，几乎近于圆形。共面性是说所有行星的公转轨道面都是比较接近的，大体在一个平面上，与地球轨道面的交角都不大。同向性指行星绕日公转的方向是相同的，也同太阳自转的方向一致

5、地像的圈图层结构具有国层结构是地球曼重要的特征。圈层结构是脂地球从核心到外部由不同的国层构成，每个圈层都有各自的物质成分，物质运动特点和物理化学等性质，厚度也各不相同。但都以地心为共同的球心，又被称为同心圈层。以因体的地球表面为界，整个地球主要划分为外部圈层和内部圈层两大部分，即内三圈和外三周，内三圈指固体地球内部的主要分层，由地表到地心依次分为地壳，地幔、地核：其中地壳及地幔项部是由呈硬的岩石所组成的。又称为岩石圈。外三圈指地球外部离地表平均800千米以内的图层，包括大气圈、水圈和生物圈： 6、地球的外部图园地球的外部各圈层之间设有明显的分界，特别在底层大气圈、水圈、生物圈相互交错： (1)大气圈是地球外园中最外部的气体圈层，存在于整个地球外层。大气园是地球海陆表面到星际空间的过菠圈层，没有明显的上限，一直可以廷铁到80千米高度以上。大气圈的底层是对流层，其厚度在两极是9千米，赤道附近为17千米，大气总顺量的0%一？5%集中在这一层内。天气变化和气候变异以及温室效应主要都发生在对流层。大气圈对生物的形成、发育和保护有很大的作用。由于大气圈的存在，挡住绝大多数飞向地球的顾石，拦截下太阳幅射中的大部分紫外线和米自宇宙的高能粒子流，保护了地球生命，免遭外来的打击。因此，大气圈是地球表面和生命的盾牌。 (2)水圈是指连续包围地球表面的水层，包括海洋、江河、湖泊、沼泽，冰川和地下水等，它是一个连线但不很规则的圈层。既有液老水，也包括气态水和周态水，海洋水是水图的主体，约占全球总水量的%。5%，陆地水大部分是固老水，即覆盖两极的冰原和高山浓川，而存在于河流湖沼的地表水是有限的。水圈是地球特有的环境优势。水圈的运动和循环影响了地球上各种环境条件的变化，影响各个圈层，使地球处在不斯地变换之中。更重要的是水对亿万种生命以及人类能在地球上生存和发展，具有决定性的意义。 (3)生物圈是太阳系所有行星中仅在地球上存在的一个独特圈层。生物圈是指地球表层生物有机体及其生存环境的总称，是一个有生命的特殊圈层。现存的生物瓷生活在岩石圈的上层、大气圆的下层和水圈的全部，其上限一般为 7000米一8000米，其下限在大洋中的深度为10000米，在陆地上深度一般为百余米，生物国是一个和大气圆、水圈甚百地壳交织在一起的圈层，是有机体话动和影响的范围。有机界的组成除了人类以外，还有植物、动物和微生物，是极其丰富多彩的。现有生存的植物约有 4

4 5、地球的圈层结构具有圈层结构是地球最重要的特征。圈层结构是指地球从核心到外部由不同的圈层构成，每个圈层都有各自的物质成分、物质运动特点和物理化学等性质，厚度也各不相同。但都以地心为共同的球心，又被称为同心圈层。以固体的地球表面为界，整个地球主要划分为外部圈层和内部圈层两大部分，即内三圈和外三圈。内三圈指固体地球内部的主要分层，由地表到地心依次分为地壳、地幔、地核；其中地壳及地幔顶部是由坚硬的岩石所组成的，又称为岩石圈。外三圈指地球外部离地表平均 800 千米以内的圈层，包括大气圈、水圈和生物圈； 6、地球的外部圈层地球的外部各圈层之间没有明显的分界，特别在底层大气圈、水圈、生物圈相互交错。（1）大气圈是地球外圈中最外部的气体圈层，存在于整个地球外层。大气圈是地球海陆表面到星际空间的过渡圈层，没有明显的上限，一直可以延续到 800 千米高度以上。大气圈的底层是对流层，其厚度在两极是 9 千米，赤道附近为 17 千米，大气总质量的 70％～75％集中在这一层内。天气变化和气候变异以及温室效应主要都发生在对流层。大气圈对生物的形成、发育和保护有很大的作用。由于大气圈的存在，挡住绝大多数飞向地球的陨石，拦截下太阳辐射中的大部分紫外线和来自宇宙的高能粒子流，保护了地球生命，免遭外来的打击。因此，大气圈是地球表面和生命的盾牌。（2）水圈是指连续包围地球表面的水层，包括海洋、江河、湖泊、沼泽、冰川和地下水等，它是一个连续但不很规则的圈层。既有液态水，也包括气态水和固态水。海洋水是水圈的主体，约占全球总水量的 96．5％。陆地水大部分是固态水，即覆盖两极的冰原和高山冰川，而存在于河流湖沼的地表水是有限的。水圈是地球特有的环境优势。水圈的运动和循环影响了地球上各种环境条件的变化，影响各个圈层，使地球处在不断地变换之中。更重要的是水对亿万种生命以及人类能在地球上生存和发展，具有决定性的意义。（3）生物圈是太阳系所有行星中仅在地球上存在的一个独特圈层。生物圈是指地球表层生物有机体及其生存环境的总称，是一个有生命的特殊圈层。现存的生物就生活在岩石圈的上层、大气圈的下层和水圈的全部，其上限一般为 7000 米～8000 米，其下限在大洋中的深度为 10000 米，在陆地上深度一般为百余米，生物圈是一个和大气圈、水圈甚至地壳交织在一起的圈层，是有机体活动和影响的范围。有机界的组成除了人类以外，还有植物、动物和微生物，是极其丰富多彩的。现有生存的植物约有

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