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3.3 人类对宇宙的探索 第2课时
浙教版七年级上册
新知导入
人们认识到宇宙由银河系等星系组成，银河系由几千亿颗像太阳一样的恒星组成。那么，银河系有多大？它的中心在哪里？地球位于银河系的何处？
新知讲解
星系是由单颗恒星、恒星系统、星团、尘埃和气体在引力作用下聚集在一起形成的大型天体系统。天文学家把大多数星系分为三类：旋涡星系、椭圆星系和不规则星系。
银河系和河外星系
银河系是一个旋涡星系。从侧面看，银河系呈扁圆盘状；从上往下看，能够看到银河系的漩涡结构。我们无法在地球上看到银河系的漩涡结构，因为太阳系位于银河系的一条旋臂上。
太阳
侧视：像个中间厚四周薄的铁饼。
俯视：像个大漩涡，四条悬臂从中心伸出
银河系是由众多恒星及星际物质组成的一个巨大星系，所有的恒星都围绕银河系的中心旋转。银河系的直径约为1.0×105光年，中心厚度约为1.2×104光年，自中心向边缘逐渐变薄。太阳只是银河系内几千亿颗恒星中的一颗普通恒星。太阳远离银河系的中心，它与银河系中心的距离约2.6×104光年，约2.4亿年绕银河系中心转一圈。
恒星彼此相距很远，离太阳最近的恒星是比邻星，与太阳相距4.22光年。
银河系虽然很大，但在整个宇宙中显得微不足道。银河系只是广阔深空中上千亿个星系中的一个普通星系。银河系和银河系外的河外星系构成了广阔无垠的宇宙。
1919年，哈勃用当时最大且最先进的天文望远镜，测定了仙女座大星云（星系）的距离，发现这个距离远大于银河系的直径。因此，哈勃推断仙女星系一定位于银河系之外。
探索活动：
1.面向北天星空，先找到大熊星座。北斗七星在天空中呈斗状，很容易认出。其斗柄在不同季节指向不同：在晚上八九点钟观测，春天斗柄朝东，夏天斗柄朝南，秋天斗柄朝西，冬天斗柄朝北。
秋
冬
夏
春
北斗星斗柄春夏秋冬对应东南西北
2.把北斗七星中斗前的两星连线，并朝斗口方向延伸5倍距离，就可以找到北极星。
天文学家估计，北斗七星范围内存在100多万个星系。今天，我们对宇宙的理解已跨越浩瀚的星际空间，延伸到了我们所见的整个宇宙。然而，这些发现，无论大小，都是无数科学家努力探索的成果，是一代代科学家智慧的结晶。
科学阅读：
“时光回溯”
遥远天体发出的光，有的需要几百万年甚至几十亿年才能到达地球。在能够“观察”得更远的望远镜的帮助下，科学家可以从事更早年代的宇宙研究。例如，仙女星系到地球的距离约为250万光年，即仙女星系发出的光需要传播250万年才能到达地球，也就是说，我们现在看到的仙女星系，是它们在250万年前发出的光，光信息记录的是250万年前仙女星系上发生的事件。
恒星
太阳
太阳是一颗恒星（正在发光发热的球状天体）。
太阳是银河系内一颗相当普通的恒星。每一颗恒星都有其诞生、演化和死亡的过程，这是一个十分缓慢的过程。
随着宇宙的膨胀，温度不断降低，出现了由中性原子构成的宇宙尘埃。宇宙尘埃在引力作用下，会变得更加密集，并越聚越大，形成气体状态的星云团。
随着星云团的收缩，温度不断升高，当温度变得非常炽热，星云团就开始发光。于是恒星诞生了。
当这颗恒星继续收缩升温，温度超过1×107℃时，将引发恒星内部的氢核发生聚变反应，生成氦并向外释放出能量，恒星就稳定下来，进入主序星阶段。
太阳的主序星阶段可持续约100亿年。太阳已存在约50亿年，它的主序星阶段还有50亿年。
探索活动：
1.图中展示了恒星的质量与它的寿命的
关系。恒星寿命指恒星在耗尽燃烧之前
能存在的时间。
2.一颗质量是太阳80%的恒星能存在多久？一颗质量是太阳1.7倍的恒星又能存在多久？
3.描述恒星的质量与它的寿命的一般关系。
约130亿年
约30亿年
一颗恒星寿命的长短取决于它的质量大小。质量越大，寿命越短；质量越小，寿命越长。
1 2 3 4 5 6
太阳的光和热是靠太阳内部的核聚变而产生的，太阳的内部在不断地消耗氢。成年阶段的太阳大约可以维持100 亿年的稳定状态。约50 亿年后，太阳将进入晚年期。进入晚年期后，当太阳中心缺少足够的氢时，太阳的球核将开始收缩，太阳外层的氢继续变成氦，星体急剧扩大，变成红色，形成红巨星。它将膨胀到接近火星轨道，这一过程将吞噬水星、金星、地球，预计太阳在红巨星阶段将大约持续10 亿年时间，亮度将升高到今天的近1 万倍。红巨星不断地把外层物质抛向太空，在星体周围形成行星状星云，它的核聚变过程中形成的一些物质将进入星际介质参与再循环，而球核进一步收缩，形成体积极小、密度很高的白矮星。最后，它将慢慢“熄灭”，形成一颗看不见的黑矮星，最终变成星云的一部分，进入新的循环。
如果恒星的质量是太阳的10～20倍，它的体积会急剧变大，形成红超巨星，随后爆发成超新星，最终演变成体积极小、密度极大得中子星。
如果恒星的质量是1～8倍太阳质量，它会演变成红巨星，最终演变成白矮星，即体积很小、质量不太小得恒星；
1054年，我国发现并记录的超新星爆发，史称“客星”。蟹状星云即在这次爆发后诞生，这是天文学中第一个被认证具有清晰历史观测记录的超新星遗迹。
当恒星的质量更大时，其内部将产生巨大压力，物质被“压”成了更为神奇的天体——黑洞。
黑洞的密度非常大，强大的引力使任何物质，甚至光都无法逃脱它的吸引。因此，远处的观测者无法看到来自黑洞的光。虽然人们看不见黑洞，但科学家能确定它的存在。
2019年，我国天文学家依托自主研制的国家重大科技基础设施郭守敬望远镜，发现了一个迄今为止质量最大的恒星级黑洞。
2016年，科学家宣布探测到黑洞的存在。
2022年5月，天文学家向人们展示了位于银河系中心的超大质量黑洞的首张照片。银河系中心黑洞距离地球约2.7×104光年之遥。
科学阅读：
中子星
中子星，是处于演化后期的恒星。当恒星的质量大于8倍太阳质量时，它就有可能变为中子星。中子星并不是恒星的最终状态，它还会进一步演化为不发光的黑矮星。
中子星小得出奇，典型的中子星直径只有20km，
但密度大得惊人，1cm3的质量达1亿吨甚至几十亿吨，
且由于巨大的质量产生了强大的引力。脉冲星（中子
星的一种）的中心压力可达到1×1028个大气压，比地
心压力大3×1021倍，比太阳中心压力大3×1016倍。
中子星的能量辐射是太阳的近100万倍，它在1s内辐射
的总能量若全部转化为电能，就够目前我们地球用几十亿年。中子星的表面温度可达到1×107℃，中心温度还要高数百万倍。
根据科学家估计，银河系内中子星的总数在20万颗以上。
课堂总结
人类对宇宙的探索（二）
一、银河系
①构成：由众由多恒星及星际物质组成。像太阳这样的恒星有2000多亿颗
②大小：天文学上用“光年”表示各恒星之间的距离（光年是指光在一年里通过的距离）。银河系的直径约10万光年
③形状：侧视：像个中间厚四周薄的铁饼。
俯视：像个大漩涡，四条悬臂从中心伸出
④太阳系位置：位于银河系的一条旋臂上，距银河系中心约3万光年。
二、恒星
星际气体　　　　　　　　　
收缩形成
中子星
黑洞
主序星
原恒星
主序星
太阳
红巨星
白矮星
黑矮星
大恒星
超红巨星
超新星
课堂练习
1．如图是我们熟悉的北斗七星10万年前、现在和10万年后的演变图，看了演变图后，我们可以得到的启示是(　　)
A．它们离地球太远了　　　　B．它们是会运动的行星
C．恒星也在运动　　 　　D．它们会变成小熊星座
C
2.直径比太阳大数十倍、亮度比太阳大得多的红色恒星是（ ）
A.超新星 B.超巨星 C.白矮星 D.黑洞
3.有关黑洞的描述，正确的是（ ）
A.黑洞是宇宙空间中某些黑色区域，这里什么物质也没有
B.黑洞不是恒星 C.黑洞的密度非常大
D.黑洞不断地向外面抛射着物质
B
C
4．“神舟”十号于2024年4月25日发射，我国对宇宙的探索又向前迈进了一大步。下列对宇宙的认识正确的是(　　)
A．月球表面有山、空气，但没有水
B．宇宙的大小结构层次为：宇宙→太阳→银河系→地月系
C．现在有许多证据证明宇宙是有边的、膨胀的
D．太阳是一颗能自行发光、发热的气体星球
D
谢谢
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