专题选读1宇宙膨胀与微波辐射背景 宇宙大爆炸模型
专题选读1 宇宙膨胀与微波辐射背景
宇宙膨胀与微波辐射背景 一、浩瀚的宇宙 太阳系的线度以冥王星的轨道范围计算，约为 1.2×1013m。 而太阳系只是银河系中大约101个恒星系之一。银 河系的线度为厚约10kl.y,直径约100kL.y。银河系 中大部分恒星分布在扁平的盘状空间中，盘的中心 有一球状隆起，称为核球。 没影的飘心 盘的外围呈旋臂 银河系。 状构造。太阳系 28 处在银河系的一 个旋臂上，离银 河系的中心约 太阳 10kly
宇宙膨胀与微波辐射背景 一、浩瀚的宇宙 太阳系的线度以冥王星的轨道范围计算，约为 1.2 ×1013 m 。 而太阳系只是银河系 中大约1011个恒星系之一。银 河系的线度为厚约10kl.y，直径约100kl.y。银河系 中大部分恒星分布在扁平的盘状空间中，盘的中心 有一球状隆起，称为核球 。 盘的外围呈旋臂 状构造。太阳系 处在银河系的一 个旋臂上，离银 河系的中心约 10k l.y
星系的空间分布不是 无序的，它也有成团 ·仙女座星系 现象。千余以上的星 ·之小熊座星系 系构成的大集团叫星 1200000L.y 。天龙座星系 系团。大部分星系只 狮子座Ⅲ星系 结成十几、几十或上 3000001.y. 百个成员的小团。以 撕子座【星系 天炉座 银河系 银河系、仙女星系等 星系 20余个星系构成了我 骑子座1星系 御夫座星系麦哲伦星云 们所在的本星系群。 迄今，已经观测到几千亿个大小、 结构和形状不同的星系。 本星系群 宇宙的可观测线度大约为1026m,年龄大约150亿年
星系的空间分布不是 无序的，它也有成团 现象。千余以上的星 系构成的大集团叫星 系团。大部分星系只 结成十几、几十或上 百个成员的小团。以 银河系、仙女星系等 20余个星系构成了我 们所在的本星系群 。 迄今，已经观测到几千亿个大小、 结构和形状不同的星系。 宇宙的可观测线度大约为1026 m ，年龄大约150亿年
二、哈勃定律与宇宙膨胀 早在1912年， 400 500 600700nm 施里弗(Slipher) 就得到了“星 云”的光谱， 其中许多光谱 都具有多普勒 (Doppler)红移 特征。表明这 些“星云”在朝 远离我们的方 向运动。 400 500 600 700nm 星系 与星系对应的光谱
二、哈勃定律与宇宙膨胀 早在1912年， 施里弗(Slipher) 就得到了 “ 星 云 ”的光谱， 其中许多光谱 都具有多普勒 (Doppler)红移 特征。表明这 些 “星云 ”在朝 远离我们的方 向运动。 星系 与星系对应的光谱 nm nm
20世纪20年代，美国科学家哈勃对星系进行了大 量的观测和分析，得到了一些星系到地球的距离和相 应的光谱多普勒频移。 30000 大部分 星系的多普 勒频移为红 20000 移，据此推 断这些星系 阚 都在远离地 10000 球而去。 100 200 300 400 500 距离 [Mpc]
速度 距离 20世纪20年代，美国科学家哈勃对星系进行了大 量的观测和分析，得到了一些星系到地球的距离和相 应的光谱多普勒频移。 大部分 星系的多普 勒频移为红 移，据此推 断这些星系 都在远离地 球而去
哈勃给出了星系退行速度y与星系到地球的距离r间的 关系（即哈勃定律）： y Hor H。一称为哈勃常数。 目前H的观测估计值为： H。=15(km/s)/M1.y 按照哈勃发现：不管往哪个方向看，远处的星系正急速 地远离我们而去。表明宇宙正在不断膨胀。由此可以反 推出早先星系相互之间更加靠近。所以哈勃的发现暗示 存在一个叫做大爆炸的时刻，当时宇宙无限紧密
哈勃给出了星系退行速度 v 与星系到地球的距离 r 间的 关系（即哈勃定律）： rHv = 0 H0 —称为哈勃常数。 15 y(km/s)/Ml. H0 = 目前H0的观测估计值为： 按照哈勃发现：不管往哪个方向看，远处的星系正急速 地远离我们而去。表明宇宙正在不断膨胀。由此可以反 推出早先星系相互之间更加靠近。所以哈勃的发现暗示 存在一个叫做大爆炸的时刻，当时宇宙无限紧密
从地球的角度来看，好象遥远的星系都正飞快地远 离我们而去。但是，这并不意味着地球就是宇宙的中心。 平均而言，宇宙不同地方的膨胀图像都是相同的。可以 说每一点都是中心，又没有一点是中心。 可以认为星系间的空间在增大或膨胀，而不是星系 在空间中运动一这与源于某一特定点的爆炸的理解角 度有所不同。 由0观测 由0观测 注：图中O为假想的爆炸中心的观测者，O'为任意星系 上的观测者。 哈勃的这个重大发现奠定了现代宇宙学的基础
从地球的角度来看，好象遥远的星系都正飞快地远 离我们而去。但是，这并不意味着地球就是宇宙的中心。 平均而言，宇宙不同地方的膨胀图像都是相同的。可以 说每一点都是中心，又没有一点是中心。 可以认为星系间的空间在增大或膨胀，而不是星系 在空间中运动——这与源于某一特定点的爆炸的理解角 度有所不同。 注：图中 O为假想的爆炸中心的观测者， O'为任意星系 上的观测者。 哈勃的这个重大发现奠定了现代宇宙学的基础
三、宇宙微波背景辐射 1964年，美国贝尔实验室两位年轻的工程师一彭齐 亚斯（A.A.Penzias)和威尔逊(R.Velson),在研究 “回声”卫星通讯的实验中调试喇叭形天线时，意外地接 收到一种无线电干扰噪声。该噪声在各个方向上的信号 强度相同，而且历时数月都如此。 开始他们怀疑是仪器本身出了毛病。他们把天线拆 开重新组装，依然接收到那种无法解释的噪声。他们分 析后认为，这种噪声肯定不是来自人造卫星，也不可能 来自太阳、银河系或某个河外星系射电源，因为在转动 天线时，噪声强度始终不变。后来，人们称之为宇宙背 景辐射
三、宇宙微波背景辐射 1964年，美国贝尔实验室两位年轻的工程师－彭齐 亚斯（A.A.Penzias）和威尔逊（R.Welson），在研究 “回声 ”卫星通讯的实验中调试喇叭形天线时，意外地接 收到一种无线电干扰噪声。该噪声在各个方向上的信号 强度相同，而且历时数月都如此 。 开始他们怀疑是仪器本身出了毛病。他们把天线拆 开重新组装，依然接收到那种无法解释的噪声。他们分 析后认为，这种噪声肯定不是来自人造卫星，也不可能 来自太阳、银河系或某个河外星系射电源，因为在转动 天线时，噪声强度始终不变。后来，人们称之为宇宙背 景辐射
1976年人们利用气球和U一2型飞机 在大气稀薄的高空进行了精密测量。 1989年，美国NASA发射了以探测宇 宙微波背景辐射为目的的探测器COBE (The Cosmic Background Explorer), 对0.33mm到100cm波长范围内的微波 背景辐射进行了精确的测量
1976年人们利用气球和U—2型 飞机 在大气稀薄的高空进行了精密测量。 1989年，美国NASA发射了以探测宇 宙微波背景辐射为目的的探测器COBE （The Cosmic Background Explorer）， 对 0.33mm 到 100cm 波长范围内的微波 背景辐射进行了精确的测量
COBE数据拟合图 COBE的测量结果与黑体辐射在2.736K时的辐射强 度分布吻合，现一般称之为3K宇宙微波背景辐射
COBE的测量结果与黑体辐射在2.736K时的辐射强 度分布吻合，现一般称之为3K宇宙微波背景辐射。 COBE数据拟合图