⑴ 宇宙包括哪些
所處時空的一切物質都被宇宙包括。
一般理解的宇宙指人類所存在的一個時空連續系統,包括其間的所有物質、能量和時間。對於這一體系的整體解釋構成了宇宙論。
在中國古代就有「上下四方曰宇,往古來今曰宙」的說法,宇宙一詞也出自於「旁日月,挾宇宙」。
近數世紀以來,科學家根據現代物理學和天文學,建立關於宇宙的現代科學理論,稱為物理宇宙學。
根據相對論,信息的傳播速度有限,因此在某些情況下,例如在發生宇宙膨脹的情況下,距離我們非常遙遠的區域中我們將只能收到一小部分區域的信息,其他部分的信息將永遠無法傳播到我們的區域。可以被我們觀測到的時空部分稱為「可觀測宇宙」、「可見宇宙」或「我們的宇宙」。應該強調的是,這是由於時空本身的結構造成的,與我們所用的觀測設備沒有關系。
宇宙大約是由4.9%的普通物質,26.8%的暗物質和68.3%的暗能量構成。
宇宙里不光只有銀河系
在哥白尼的宇宙圖像中,恆星只是位於最外層恆星天上的光點。1584年,喬爾丹諾·布魯諾大膽取消了這層恆星天,認為恆星都是遙遠的太陽。18世紀上半葉,由於E.哈雷對恆星自行的發展和J.布拉得雷對恆星遙遠距離的科學估計,布魯諾的推測得到了越來越多人的贊同。18世紀中葉,T.賴特、I.康德和J.H.朗伯推測說,布滿全天的恆星和銀河構成了一個巨大的天體系統。弗里德里希·威廉·赫歇爾首創用取樣統計的方法,用望遠鏡數出了天空中大量選定區域的星數以及亮星與暗星的比例,1785年首先獲得了一幅扁而平、輪廓參差、太陽居中的銀河系結構圖,從而奠定了銀河系概念的基礎。在此後一個半世紀中,H.沙普利發現了太陽不在銀河系中心、J.H.奧爾特發現了銀河系的自轉和旋臂,以及許多人對銀河系直徑、厚度的測定,科學的銀河系概念才最終確立。
18世紀中葉,康德等人還提出,在整個宇宙中,存在著無數像我們的天體系統(指銀河系)那樣的天體系統。而當時看去呈雲霧狀的「星雲」很可能正是這樣的天體系統。此後經歷了長達170年的曲折的探索歷程,直到1924年,才由E.P.哈勃用造父視差法測仙女座大星雲等的距離確認了河外星系的存在。
河外星系離我們越來越遠
近半個世紀,人們通過對河外星系的研究,不僅已發現了星系團、超星系團等更高層次的天體系統,而且已使我們的視野擴展到遠達大約140億光年的宇宙深處。
當代天文學的研究成果表明,宇宙是有層次結構的、像布一樣的、不斷膨脹、物質形態多樣的、不斷運動發展的天體系統。
層次結構行星是最基本的天體系統。太陽系中共有八顆行星:水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。 除水星和金星外,其他行星都有衛星繞其運轉,地球有一個衛星月球,就如今的數據來看,木星的衛星數量最多。截止到2007年5月,已經發現的木星衛星為66顆,而土星為62顆,木衛三是太陽系中最大的衛星,其直徑大於水星,質量約為水星的一半。具體數據如下:
平均半徑:2631.2 km (地球的0.413倍)
表面積:87000000km2 (地球的0.171 倍)
體積:7.6×1010 km3 (地球的0.0704 倍)
質量:1.4819×1023 kg (地球的0.025 倍)
這幾年隨著觀測精度的不斷提高,大行星的衛星數量急劇攀升。所以當你看到一些稍微早一些的數據的時候,就會得出不同的結論。行星、小行星、彗星和流星體都圍繞中心天體太陽運轉,構成太陽系。太陽占太陽系總質量的99.86%,其直徑約140萬千米,最大的行星木星的直徑約14萬千米。太陽系的大小約120億千米(以冥王星作邊界)。有證據表明,太陽系外也存在其他行星系統。約2500億顆類似太陽的恆星和星際物質構成更巨大的天體系統——銀河系。銀河系中大部分恆星和星際物質集中在一個扁球狀的空間內,從側面看很像一個「鐵餅」,正面看去則呈旋渦狀。銀河系的直徑約10萬光年,太陽位於銀河系的一個旋臂中,距銀心約3萬光年。銀河系外還有許多類似的天體系統,稱為河外星系,常簡稱星系。現已觀測到大約有10億個。星系也聚集成大大小小的集團,叫星系團。平均而言,每個星系團約有百餘個星系,直徑達上千萬光年。現已發現上萬個星系團。包括銀河系在內約40個星系構成的一個小星系團叫本星系群。若干星系團集聚在一起構成更大、更高一層次的天體系統叫超星系團。超星系團往往具有扁長的外形,其長徑可達數億光年。通常超星系團內只含有幾個星系團,只有少數超星系團擁有幾十個星系團。本星系群和其附近的約50個星系團構成的超星系團叫做本超星系團。
據媒體報道,美國有線新聞網(CNN)科學空間頻道在2012年度評選出最壯觀的行星、衛星、星系以及星雲照片,這些都是令人驚嘆的宇宙空間照片,其中包括獵戶座星雲、土星的神秘而漂亮的環結構,還有地球北極地區美麗的極光以及火星上的沙塵暴天氣等。圖中顯示的獵戶座星雲圖像,由阿塔卡瑪探索者實驗望遠鏡在亞毫米波長上所拍攝,顯示了這片恆星形成區中正在形成新的恆星。
⑵ 宇宙的資料
宇宙是廣袤空間和其中存在的各種天體以及彌漫物質的總稱。宇宙起源是一個極其復雜的問題。 宇宙是物質世界,它處於不斷的運動和發展中。千百年來,科學家們一直在探尋宇宙是什麼時候、如何形成的。
直到今天,許多科學家認為,宇宙是由大約137億年前發生的一次大爆炸形成的。宇宙內的所存物質和能量都聚集到了一起,並濃縮成很小的體積,溫度極高,密度極大,瞬間產生巨大壓力,之後發生了大爆炸,這次大爆炸的反應原理被物理學家們稱為量子物理。
大爆炸使物質四散出去,宇宙空間不斷膨脹,溫度也相應下降,後來相繼出現在宇宙中的所有星系、恆星、行星乃至生命。
廣義的宇宙定義是萬物的總稱,是時間和空間的統一。狹義的宇宙定義是地球大氣層以外的空間和物質。「宇宙航行」的「宇宙」定義就是狹義的「宇宙」之定義,宇宙航行意思就是在大氣層以外的空間航行。
而宇宙本質,目前大致有三種概念。
唯心者的意識宇宙,唯物者的物質宇宙,和法則宇宙。
古代對宇宙的定義,有西漢的《淮南子》:「往古來今謂之宙,四方上下謂之宇」。
通過宇宙微波背景輻射的觀測發現我們的宇宙已經膨脹了138.2億年,最新的研究認為宇宙的直徑可達到920億光年,甚至更大。
人類所觀察到的部分宇宙的物件大約是由4.9%的普通物質(構成恆星、行星、氣體和塵埃的物質)或「重子」,26.8%的暗物質和68.3%的暗能量構成。重子物質構成星系際的「蛛網」。
在宇宙中,地球是目前人類所知唯一一顆有生命存在的星球。
宇宙大爆炸是描述宇宙誕生初始條件及其後續演化的宇宙學模型,這一模型得到了當今科學研究和觀測最廣泛且最精確的支持。宇宙學家通常所指的大爆炸觀點為:宇宙是在過去有限的時間之前,由一個密度極大且溫度極高的太初狀態演變而來的,並經過不斷的膨脹到達今天的狀態。
暗物質和暗能量分別通過對普通物質產生的引力作用和推動宇宙做加速膨脹而表明它們的存在。如果暗能量不存在,那麼物質間的萬有引力作用就會減慢宇宙的膨脹,但是天文觀測表明我們的宇宙在做加速膨脹運動。宇宙由一切天體組成。
當代天文學研究成果表明,宇宙是有層次結構的、不斷膨脹、物質形態多樣的、不斷運動發展的天體系統。
行星、小行星、彗星和流星盯攜體都圍繞中心天體太陽運轉,構成太陽系。
太陽系外也存在其他行星系統。約2500億顆類似太陽的恆星和星際物質構成更巨大的天體系統——銀河系。銀河系的直徑約10萬光年,太陽位於銀河系的一個旋臂中,距銀心約2.6萬光年。
銀河系外還有許多類似的天體系統,稱為河外星系,常簡稱星系。目前觀測到1000億個星系,科學家估計宇宙中至少有2萬億個星系。
星系聚集成大大小小的集團,叫星系團。平均而言,每個星系團約有百餘個星系,直徑達上千萬光年。現已發現上萬個星系團。包括銀河系在內約40個星系構成的一個小星系團叫本星系群。
若干星系團集聚在一起構成的更高一層次的天體系統叫超星系團。超星系團往往具有扁長的外形,其長徑可達數億光年。通常超星系團內只含有幾個星系團,只有少數超星系團擁有幾十個星系團。
本星系群和其附近的約50個星系團構成的超星系團叫做本超星系團。
根據可反映星系發展狀態的序列號對星系進行了分類,可以粗略地將星系劃分出橢圓星系、透鏡星系、漩渦星系、棒旋星系和不規則星系等五種。
爆炸之初,物質只能以中子、質子、電子、光子和中微子等基本粒子形態存在。宇宙爆炸之後的不斷膨脹,導致溫度和密度很快下降。
隨著溫度降低、冷卻,逐步形成原子、原子核、分子,並復合成為通常的氣體。氣體逐漸凝聚成星雲,星雲進一步形成各種各樣的恆星和星系,最終形成我們如今所看到的宇宙。
暴漲模型允許宇宙的物質和能量從無中產生。大統一理論認為,重子數允許不守恆,而宇宙中的引力能可粗略地說是負的,並精確地抵消非引力能,總能量為零,因此宇宙從無中演化是敏局可能的。
「無」並非是絕對的虛無,真空能恰恰是一種特殊的物質和能量形式。如果進一步說真空能起源於「無」,橋則讓那麼這個「無」也只能是一種未知的物質和能量形式。從現代物理學的觀點看,真空也可視為物質。
宇宙最冷之處最新一項研究表明,回力棒星雲或許是宇宙中最寒冷的地方,溫度僅有零下272攝氏度。回力棒星雲距離地球5000光年。
宇宙中最熱的行星開普勒70b是最熱的系外行星,溫度可能高達7000攝氏度,其軌道也非常接近其恆星,比水星到太陽之間的距離還短。
宇宙中最冷的行星OGLE-BLG-390L是迄今發現最寒冷的行星,其質量是地球的5倍,被認為是一顆岩石行星,它也是距離地球最遙遠的行星之一,距離地球大約28000光年。它表面溫度僅為零下220℃,低於液氮的沸點,接近於絕對零度(-273.15℃)。
宇宙最大恆星盾牌座UY是目前已知最大星體,是一顆位於盾牌座的紅色特超巨星。半徑是1708倍太陽半徑,也就意味著1708個太陽排成一排。它距離地球約9500光年。
宇宙中旋轉最快的恆星VFTS 102是迄今最快旋轉的超大質量恆星,該恆星赤道區域環繞軸心以每秒600公里的速度高速旋轉,由於離心力作用,如此之高的自轉速率幾乎將這顆恆星撕裂。它非常熾熱,是一顆高度發光恆星,是太陽亮度的10萬倍,位於大麥哲倫星雲中的蜘蛛星雲。