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第十章 从粒子到宇宙
第5节 宇宙探秘
人类的祖先第一次仰望星空，并且惊叹其中的玄妙时，人们就开始试图破译日月星辰等天文现象的奥秘。谁是宇宙的中心？
新知导入
1. 了解银河系。
2. 了解宇宙天体的结构层次。
3. 了解人类认识的空间尺度和时间尺度。
学习目标
1.银河系：
晴朗夜空中看到的横亘天际的光带，我们称为银河，实际上它是由无数星体集成的一个庞大的天体系统，叫作银河系。直径约为10万光年，最大厚度约1万光年。形状像一个中央突起、四周扁平的旋转铁饼。
太阳是银河系中的一颗普通恒星。银河系中有2000亿颗这样的恒星。除太阳外，距地球最近的恒星是比邻星。
01 银河系
新知学习
银河系中有非常多像太阳这样的恒星，除太阳以外，距地球最近的恒星是半人马座的比邻星。
比邻星与地球之间的距离约是40万亿km。光从比邻星出发大约需要4.2年才能到达地球。
2.河外星系：
银河系之外还有数以10亿计的类似星系，我们称之为河外星系。
仙女座河外星系是人类肉眼可见的最远天体。它与银河系相距220万光年。
仙女座河外星系
3.星系团：
许多星系还可以形成星系团。星系团的直径可达1000万光年以上。目前。望远镜能够观察至少130亿光年距离的天体。在所见范围之内，有无数的星系团、超星系团存在。
阿伯尔2218星系团
宇宙
银河系
仙女座河外星系
星系团、超星系团
太阳系
比邻星系
……
......
（1）现代宇宙观
现代宇宙观认为，宇宙是一个有层次的天体结构系统，如图所示。它是有起源的，并且是不断膨胀、演化的。
这些观点得到了越来越多观测证据的支持。
02 宇宙天体的结构层次
1948年，物理学家伽莫夫提出，宇宙起源于一次“大爆炸”，爆炸生成的“原始火球”不断膨胀而逐渐冷却下来,形成今天的还在膨胀着的宇宙。按照他的理论计算，作为这种膨胀过程的“遗迹”，目前的宇宙中应该普遍存在着温度约为 5 K 的电磁辐射。
（2）宇宙的起源
大爆炸理论认为，宇宙起始于一个“原始火球”。在“原始火球”里，温度和密度都高得无法想象，使得它所处的状态极不稳定，最终发生爆炸。这种爆炸是整体性的爆炸，包括宇宙中的能量、物质、空间以及时间。
爆炸导致宇宙空间处处膨胀，同时温度相应下降。温度降到一定程度时，逐步形成了原子、恒星、星系、星系团和超星系团等。
根据天文学的哈勃定律推断，银河系外的星系在不断远离我们而去（距离我们越远的星系，远离的速度越快），即宇宙是膨胀的。
（3）宇宙膨胀
气球膨胀时，任意两个小
颗粒间的距离都在增大
我们可用表面沾有小颗粒的气球类比宇宙，小颗粒可看成是宇宙中的星系。气球膨胀时，任意小颗粒周围的其他小颗粒都在离它远去。
1. 物质
“四方上下曰宇，古往今来曰宙。”宇宙是物质、能量、时间、空间的总称。小到微观粒子，大到宇宙天体，都是物质。它们的存在与变化，都是与时间和空间紧密联系的。
03 物质世界的时空尺度
2. 人类所认识的空间尺度
人类所认识的空间尺度范围：
原子直径10-10m~可观测宇宙的半径1026m.
3. 人类所认识的时间尺度
人类所认识的时间尺度范围：
μ子的寿命10-6s
~宇宙的年龄1017s.
宇宙探秘
银河系
宇宙天体的结构层次
物质世界的时空尺度
课堂小结
1. 关于“银河系”说法正确的是（ ）
A.银河系的半径约10亿光年
B.银河系最大厚度约1光年
C.银河系像一个中央凸起，四周扁平的旋转铁饼
D.除太阳外，距地球最近的恒星是比邻星，它与地球相距40亿千米
C
课堂练习
2. 科学家通过对星系光谱的研究发现，所有的星系都在远离我们而去，宇宙中星系间的距离在不断扩大，这说明( )
A.宇宙处在不断的膨胀中
B.银河系是一个庞大的天体系统
C.太阳是银河系的中心天体
D.太阳和太阳系最终也会走向“死亡”
A
3.在下列名词中，由大到小排列顺序正确的是(　　)
A．宇宙>太阳系>银河系>地球
B．宇宙>银河系>太阳系>地球
C．银河系>宇宙>太阳系>地球
D．太阳系>银河系>宇宙>地球
B

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