⑴ 宇宙包括哪些
所处时空的一切物质都被宇宙包括。
一般理解的宇宙指人类所存在的一个时空连续系统,包括其间的所有物质、能量和时间。对于这一体系的整体解释构成了宇宙论。
在中国古代就有“上下四方曰宇,往古来今曰宙”的说法,宇宙一词也出自于“旁日月,挟宇宙”。
近数世纪以来,科学家根据现代物理学和天文学,建立关于宇宙的现代科学理论,称为物理宇宙学。
根据相对论,信息的传播速度有限,因此在某些情况下,例如在发生宇宙膨胀的情况下,距离我们非常遥远的区域中我们将只能收到一小部分区域的信息,其他部分的信息将永远无法传播到我们的区域。可以被我们观测到的时空部分称为“可观测宇宙”、“可见宇宙”或“我们的宇宙”。应该强调的是,这是由于时空本身的结构造成的,与我们所用的观测设备没有关系。
宇宙大约是由4.9%的普通物质,26.8%的暗物质和68.3%的暗能量构成。
宇宙里不光只有银河系
在哥白尼的宇宙图像中,恒星只是位于最外层恒星天上的光点。1584年,乔尔丹诺·布鲁诺大胆取消了这层恒星天,认为恒星都是遥远的太阳。18世纪上半叶,由于E.哈雷对恒星自行的发展和J.布拉得雷对恒星遥远距离的科学估计,布鲁诺的推测得到了越来越多人的赞同。18世纪中叶,T.赖特、I.康德和J.H.朗伯推测说,布满全天的恒星和银河构成了一个巨大的天体系统。弗里德里希·威廉·赫歇尔首创用取样统计的方法,用望远镜数出了天空中大量选定区域的星数以及亮星与暗星的比例,1785年首先获得了一幅扁而平、轮廓参差、太阳居中的银河系结构图,从而奠定了银河系概念的基础。在此后一个半世纪中,H.沙普利发现了太阳不在银河系中心、J.H.奥尔特发现了银河系的自转和旋臂,以及许多人对银河系直径、厚度的测定,科学的银河系概念才最终确立。
18世纪中叶,康德等人还提出,在整个宇宙中,存在着无数像我们的天体系统(指银河系)那样的天体系统。而当时看去呈云雾状的“星云”很可能正是这样的天体系统。此后经历了长达170年的曲折的探索历程,直到1924年,才由E.P.哈勃用造父视差法测仙女座大星云等的距离确认了河外星系的存在。
河外星系离我们越来越远
近半个世纪,人们通过对河外星系的研究,不仅已发现了星系团、超星系团等更高层次的天体系统,而且已使我们的视野扩展到远达大约140亿光年的宇宙深处。
当代天文学的研究成果表明,宇宙是有层次结构的、像布一样的、不断膨胀、物质形态多样的、不断运动发展的天体系统。
层次结构行星是最基本的天体系统。太阳系中共有八颗行星: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,其他行星都有卫星绕其运转,地球有一个卫星月球,就如今的数据来看,木星的卫星数量最多。截止到2007年5月,已经发现的木星卫星为66颗,而土星为62颗,木卫三是太阳系中最大的卫星,其直径大于水星,质量约为水星的一半。具体数据如下:
平均半径:2631.2 km (地球的0.413倍)
表面积:87000000km2 (地球的0.171 倍)
体积:7.6×1010 km3 (地球的0.0704 倍)
质量:1.4819×1023 kg (地球的0.025 倍)
这几年随着观测精度的不断提高,大行星的卫星数量急剧攀升。所以当你看到一些稍微早一些的数据的时候,就会得出不同的结论。行星、小行星、彗星和流星体都围绕中心天体太阳运转,构成太阳系。太阳占太阳系总质量的99.86%,其直径约140万千米,最大的行星木星的直径约14万千米。太阳系的大小约120亿千米(以冥王星作边界)。有证据表明,太阳系外也存在其他行星系统。约2500亿颗类似太阳的恒星和星际物质构成更巨大的天体系统——银河系。银河系中大部分恒星和星际物质集中在一个扁球状的空间内,从侧面看很像一个“铁饼”,正面看去则呈旋涡状。银河系的直径约10万光年,太阳位于银河系的一个旋臂中,距银心约3万光年。银河系外还有许多类似的天体系统,称为河外星系,常简称星系。现已观测到大约有10亿个。星系也聚集成大大小小的集团,叫星系团。平均而言,每个星系团约有百余个星系,直径达上千万光年。现已发现上万个星系团。包括银河系在内约40个星系构成的一个小星系团叫本星系群。若干星系团集聚在一起构成更大、更高一层次的天体系统叫超星系团。超星系团往往具有扁长的外形,其长径可达数亿光年。通常超星系团内只含有几个星系团,只有少数超星系团拥有几十个星系团。本星系群和其附近的约50个星系团构成的超星系团叫做本超星系团。
据媒体报道,美国有线新闻网(CNN)科学空间频道在2012年度评选出最壮观的行星、卫星、星系以及星云照片,这些都是令人惊叹的宇宙空间照片,其中包括猎户座星云、土星的神秘而漂亮的环结构,还有地球北极地区美丽的极光以及火星上的沙尘暴天气等。图中显示的猎户座星云图像,由阿塔卡玛探索者实验望远镜在亚毫米波长上所拍摄,显示了这片恒星形成区中正在形成新的恒星。
⑵ 宇宙的资料
宇宙是广袤空间和其中存在的各种天体以及弥漫物质的总称。宇宙起源是一个极其复杂的问题。 宇宙是物质世界,它处于不断的运动和发展中。千百年来,科学家们一直在探寻宇宙是什么时候、如何形成的。
直到今天,许多科学家认为,宇宙是由大约137亿年前发生的一次大爆炸形成的。宇宙内的所存物质和能量都聚集到了一起,并浓缩成很小的体积,温度极高,密度极大,瞬间产生巨大压力,之后发生了大爆炸,这次大爆炸的反应原理被物理学家们称为量子物理。
大爆炸使物质四散出去,宇宙空间不断膨胀,温度也相应下降,后来相继出现在宇宙中的所有星系、恒星、行星乃至生命。
广义的宇宙定义是万物的总称,是时间和空间的统一。狭义的宇宙定义是地球大气层以外的空间和物质。“宇宙航行”的“宇宙”定义就是狭义的“宇宙”之定义,宇宙航行意思就是在大气层以外的空间航行。
而宇宙本质,目前大致有三种概念。
唯心者的意识宇宙,唯物者的物质宇宙,和法则宇宙。
古代对宇宙的定义,有西汉的《淮南子》:“往古来今谓之宙,四方上下谓之宇”。
通过宇宙微波背景辐射的观测发现我们的宇宙已经膨胀了138.2亿年,最新的研究认为宇宙的直径可达到920亿光年,甚至更大。
人类所观察到的部分宇宙的物件大约是由4.9%的普通物质(构成恒星、行星、气体和尘埃的物质)或“重子”,26.8%的暗物质和68.3%的暗能量构成。重子物质构成星系际的“蛛网”。
在宇宙中,地球是目前人类所知唯一一颗有生命存在的星球。
宇宙大爆炸是描述宇宙诞生初始条件及其后续演化的宇宙学模型,这一模型得到了当今科学研究和观测最广泛且最精确的支持。宇宙学家通常所指的大爆炸观点为:宇宙是在过去有限的时间之前,由一个密度极大且温度极高的太初状态演变而来的,并经过不断的膨胀到达今天的状态。
暗物质和暗能量分别通过对普通物质产生的引力作用和推动宇宙做加速膨胀而表明它们的存在。如果暗能量不存在,那么物质间的万有引力作用就会减慢宇宙的膨胀,但是天文观测表明我们的宇宙在做加速膨胀运动。宇宙由一切天体组成。
当代天文学研究成果表明,宇宙是有层次结构的、不断膨胀、物质形态多样的、不断运动发展的天体系统。
行星、小行星、彗星和流星盯携体都围绕中心天体太阳运转,构成太阳系。
太阳系外也存在其他行星系统。约2500亿颗类似太阳的恒星和星际物质构成更巨大的天体系统——银河系。银河系的直径约10万光年,太阳位于银河系的一个旋臂中,距银心约2.6万光年。
银河系外还有许多类似的天体系统,称为河外星系,常简称星系。目前观测到1000亿个星系,科学家估计宇宙中至少有2万亿个星系。
星系聚集成大大小小的集团,叫星系团。平均而言,每个星系团约有百余个星系,直径达上千万光年。现已发现上万个星系团。包括银河系在内约40个星系构成的一个小星系团叫本星系群。
若干星系团集聚在一起构成的更高一层次的天体系统叫超星系团。超星系团往往具有扁长的外形,其长径可达数亿光年。通常超星系团内只含有几个星系团,只有少数超星系团拥有几十个星系团。
本星系群和其附近的约50个星系团构成的超星系团叫做本超星系团。
根据可反映星系发展状态的序列号对星系进行了分类,可以粗略地将星系划分出椭圆星系、透镜星系、漩涡星系、棒旋星系和不规则星系等五种。
爆炸之初,物质只能以中子、质子、电子、光子和中微子等基本粒子形态存在。宇宙爆炸之后的不断膨胀,导致温度和密度很快下降。
随着温度降低、冷却,逐步形成原子、原子核、分子,并复合成为通常的气体。气体逐渐凝聚成星云,星云进一步形成各种各样的恒星和星系,最终形成我们如今所看到的宇宙。
暴涨模型允许宇宙的物质和能量从无中产生。大统一理论认为,重子数允许不守恒,而宇宙中的引力能可粗略地说是负的,并精确地抵消非引力能,总能量为零,因此宇宙从无中演化是敏局可能的。
“无”并非是绝对的虚无,真空能恰恰是一种特殊的物质和能量形式。如果进一步说真空能起源于“无”,桥则让那么这个“无”也只能是一种未知的物质和能量形式。从现代物理学的观点看,真空也可视为物质。
宇宙最冷之处最新一项研究表明,回力棒星云或许是宇宙中最寒冷的地方,温度仅有零下272摄氏度。回力棒星云距离地球5000光年。
宇宙中最热的行星开普勒70b是最热的系外行星,温度可能高达7000摄氏度,其轨道也非常接近其恒星,比水星到太阳之间的距离还短。
宇宙中最冷的行星OGLE-BLG-390L是迄今发现最寒冷的行星,其质量是地球的5倍,被认为是一颗岩石行星,它也是距离地球最遥远的行星之一,距离地球大约28000光年。它表面温度仅为零下220℃,低于液氮的沸点,接近于绝对零度(-273.15℃)。
宇宙最大恒星盾牌座UY是目前已知最大星体,是一颗位于盾牌座的红色特超巨星。半径是1708倍太阳半径,也就意味着1708个太阳排成一排。它距离地球约9500光年。
宇宙中旋转最快的恒星VFTS 102是迄今最快旋转的超大质量恒星,该恒星赤道区域环绕轴心以每秒600公里的速度高速旋转,由于离心力作用,如此之高的自转速率几乎将这颗恒星撕裂。它非常炽热,是一颗高度发光恒星,是太阳亮度的10万倍,位于大麦哲伦星云中的蜘蛛星云。