第一節 宇宙天體

宇宙的由來

宇宙是指整個物質世界，它處于不斷的運動和發展中。即宇宙是廣漠空間和其中存在的各種天體以及彌漫物質的總稱。科學家們研究發現，宇宙是由大約150億年前發生的一次大爆炸形成的。

在爆炸發生之前，宇宙內所存物質和能量都聚集到了一起，并且宇宙空間到處充滿著雜音電波。迅猛的大爆炸使物質四散出來，宇宙空間不斷膨脹，輻射溫度不斷降低，后來相繼出現的宇宙中的所有星系乃至生命，都是在這種不斷膨脹冷卻的過程中逐漸形成的。

宇宙大爆炸理論認為，宇宙是從既無空間也無時間的“虛無”之中以驚人的速度瞬間誕生的。并且，宇宙總是周而復始地從誕生到消亡、再誕生、再消亡。

知識小鏈接：宇宙會繼續膨脹下去嗎

目前宇宙正在以30千米/秒左右的速度不斷地膨脹著，它是否會繼續膨脹下去將取決于宇宙的平均密度。若宇宙物質的平均密度大于臨界密度值，則宇宙物質之間的引力將阻止宇宙的進一步膨脹，并將迫使星系逐漸彼此靠攏，即變膨脹為收縮。反之，則將繼續膨脹下去。

地球的由來

地球是人類誕生、勞動、生息、繁衍的地方，它是我們共有的家園，那么地球是如何形成的呢？

隨著科學技術的發展，人類對太陽系的認識也逐漸深刻。18世紀以來，相繼出現了很多假說。近數十年來，天體物理學等近代科學的發展、天文學的進步、宇航事業的興起等為地球演化的研究提供了更多的幫助，下面介紹幾種假說供參考。

星云說：星云說是由法國數學家和天文學家拉普拉斯（1749～1827年）于1796年發表的《天體力學》及后來的《宇宙的敘述》中提出太陽系成因的。他認為太陽是太陽系中最早存在的星體，最初的太陽是由一團灼熱的稀薄物質組成，內部較致密，周圍是較稀薄的氣體圈，形狀是一個中心厚而邊緣薄的餅狀體，始終不停地緩慢旋轉。經過長時間的不斷冷卻和本身的引力作用，星云愈加致密，體積逐漸縮小，旋轉速度加快，故愈來愈扁。因此位于它邊緣的物質，特別是赤道部分，當離心加速度超過中心引力加速度時，便離開原始太陽，形成無數同心圓狀輪環（如同現在土星周圍的環帶），相當于現在各行星的運行軌道位置。由于環帶性質不均一，并且帶有一些聚集凝結的團塊，在引力作用下，環帶中殘余物質都被凝固吸引，形成大小不一的行星，地球就是其中之一。各輪環中心最大的凝團，便是太陽，其余圍繞太陽旋轉。由于行星自轉，因此也可以產生衛星，例如地球的衛星——月亮，這樣地球便隨太陽系的產生而產生了。

災難學派的假說：英國物理學家金斯在1930年提出氣體潮生說，他推測原始太陽為一灼熱球狀體，由非常稀薄的氣體物質組成。一顆質量比它大得多的星體，從距離不遠處快速掠過，在引力的作用下，原始太陽出現了凸出部分，凸出部分在引力的繼續作用下被拉成如同雪茄煙一般的長條。較大星體一去不復返，漸漸地，太陽獲得新的平衡，一些長條狀稀薄氣流從太陽中分離出來，并逐漸冷卻凝固而分成許多部分，每一部分再聚集成一個行星。被拉出的氣流，中間厚，密度最大，形成較大的木星和土星；兩端薄，形成較小的行星，如水星、冥王星、地球等。

隕石論：也稱施密特假說。前蘇聯學者施密特根據銀河系的自轉和隕石星體的軌道是橢圓的理論，認為太陽系星體軌道是一致的，所以隕星體也應是太陽系成員。因此他于1944年提出了新假說：在遙遠的古代，原始太陽作為一顆孤寂的恒星存在于太陽系中，在銀河系廣闊的天際沿自己的軌道運行。約在60～70億年前，當它穿過巨大的黑暗星云時，與密集的隕石顆粒、塵埃質點相遇，它便開始用引力把大部分物質捕獲過來，其中一部分與它結合；而另一些按力學的規律，聚集起來圍繞著它運轉，直至走出黑暗星云，這時這個旅行者不再是一顆孤星了。它在運行中不斷吸收宇宙中的隕體和塵埃團，由于數不清的塵埃和隕石質點相互碰撞，于是便使塵埃和隕石質點相互焊接起來，大的吸小的，體積逐漸增大，最后形成幾個龐大行星。行星在發展中又以同樣方式捕獲物質，形成衛星。

綜上所述，一般認為施密特的假說，即隕石論是較為科學和進步的。根據這一學說，地球在天文期大約有兩個階段：

（1）行星萌芽階段：即星際物質（塵埃、隕體）圍繞太陽相互碰撞，開始形成地球的時期。

（2）行星逐漸形成階段：在這一階段中，地球形體基本形成，重力作用相當顯著，地殼外部空間保持著原始大氣（CH·NH4，H2O，CO2，等等）。由于放射性蛻變釋熱，內部溫度產生分異，重的物質向地心集中，又因為地球物質不均勻分布，引起地球外部輪廓及結構發生變化，亦即地殼運動形成，伴隨灼熱熔漿溢出，形成熔巖侵入活動和火山噴發活動。

知識小鏈接：地球內部有什么

地球有好多層。最外面的一層叫做地殼，它是由石英和類長石的其他硅酸鹽構成的，其平均厚度為35千米。地殼以下到2900千米深處的一層是地幔，地幔的主要構成物質是橄欖石——一種由鐵和鎂構成的礦物硅酸鹽。地幔以下到地球中心的部分是地核，其中心溫度可高達7500K，比太陽表面還要熱。

月球的由來

關于月球的起源，目前主要有以下幾種說法：

第一，分裂說。這種假說認為月球起初只是地球赤道的隆起部分，在太陽的引力和地球的快速自轉作用下，月球“飛”了出去，分裂為衛星。但是地球的慣性離心力要達到把月球拋出去的程度是不可能的，而且兩者的化學構成也有很大差別。

第二，俘獲說。這種假說認為月球原先是太陽系里的一顆普通的小行星，在一次偶然的機會中它行近地球時被俘獲，而成為地球的衛星。但是軌道問題卻無法解釋。如果小行星從地球旁經過，它只能略微改變一下其軌道，是不可能被地球俘獲過來的。

第三，碰撞論。該假說認為地球是先存在的一個星球，后來一個小星球以每秒11公里的速度成斜角碰撞了地球，從而拋出許多霧化巖石物質繞地球旋轉，這些霧化物逐漸凝聚成了月球。

現代的許多研究表明，月球的形成比較大的可能性是傾向于共同形成說。共同形成說認為地球和月球是源于同一塊原始星云塵埃的，只是月球形成的時間晚于地球。地球形成時已把含鐵等金屬元素較多的粒子聚集成“地球胎”，所以月球是由殘余在地球周圍的非金屬物質聚集而成的。

知識小鏈接：人類首次登月

1969年7月20日美國時間22時56分，3名美國宇航員叩開了冷寂的月宮大門。兩名宇航員走下太空艙，雙腳踏上了月球表面，這是人類有史以來第一次對月球進行的最偉大的探險。

日食的由來

農歷初一時，月球繞地球轉到太陽和地球中間，即日食。若太陽、月球、地球三者正好排成或接近一條直線，月球擋住了射向地球的太陽光，月球身后的黑影正好落到地球上，這時就會發生日食現象。在地球上，月影里的人們開始看到陽光逐漸減弱，圓圓的黑影將太陽面遮住，天色轉暗。當太陽面被黑影全部遮住時，天空中最亮的恒星和行星便清晰可見，幾分鐘后，從月球黑影邊緣逐漸露出陽光，開始生光、復圓。因為月球比地球小，所以只有在月影中的人們才能看到日食。月球把太陽全部擋住時發生日全食，遮住一部分時發生日偏食，遮住太陽中央部分發生日環食。發生日全食的延續時間不超過7分58秒。

仔細觀察，在全食即將開始或結束時，太陽圓面被月球的黑影遮住，只剩下一個細細的圓環時，往往會出現一串發光的亮點，像是一串晶瑩剔透的珍珠。這是由于月球表面高低不平的山峰像鋸齒一樣把太陽發出的光線切斷造成的。英國天文學家倍利于1838年和1842年首先描述并研究了這種現象，所以這種現象被稱為“倍利珠”。

我國早在公元前一千多年已有確切的日食記錄，是世界上最古老的日食記錄。

知識小鏈接：日食的“季節”

當新月和滿月出現在黃白交點的一定界限之內時就會發生日、月食，這個界限就叫做“食限”。計算表明，對日食而言，如果新月在黃道和白道的交點附近18度左右的范圍內，日食就可能發生；如果新月在黃道和白道的交點附近16度左右的范圍內，則日食一定會發生。

日食的一個食季有36天，而一個朔望月的平均長也不過29.53天。所以在一個日食的食季內必定會發生一次日食，也可能有兩次日食發生。因為一年之中有兩個日食食季，所以在一年之內至少有兩次日食發生，也可能有四次日食發生，前提是如果每個食季中都包含兩個朔日。

月食的由來

月食是自然界的一種現象，當太陽、地球、月球三者恰好或近乎在同一條直線上時（地球在太陽和月球之間），太陽到月球的光線便會部分或完全被地球掩蓋，產生月食現象。

月食發生時間不定，一般在農歷十五前后，即“望”，這是因為月食的時候，對地球來說，太陽和月球的方向相差180°。要注意的是，黃道（太陽在天空的軌道）與白道（月球在天空的軌道）并不在同一個平面上，而是約有5°的交角，故只有太陽和月球分別位于黃道和白道的兩個交點附近，才有機會形成一條直線，產生月食。

月食可分為月偏食、月全食及半影月食三種。當月球只有部分進入地球的本影時，就會出現月偏食；當整個月球進入地球的本影時，就會出現月全食。至于半影月食，是指月球只是掠過地球的半影區，造成月面亮度極輕微的減弱，肉眼很難看出差別，所以人們很少注意。

知識小鏈接：月食的過程

月食的過程分為初虧、食既、食甚、生光、復圓五個階段。

初虧：月球剛接觸地球本影，標志月食開始。

食既：月球的西邊緣與地球本影的西邊緣內切，月球剛好全部進入地球本影內。

食甚：月球的中心與地球本影的中心最近。

生光：月球東邊緣與地球本影東邊緣相內切，這時全食階段結束。

復圓：月球的西邊緣與地球本影東邊緣相外切，這時月食全過程結束。

流星雨的由來

所謂“流星群”，是指沿著同一軌道繞太陽運行的大群流星體。當流星群與地球相遇時，人們會看到天空某一區域在一定時間范圍內流星數目顯著增多，大大超過通常偶然出現的流星數，如同下雨一般，這種現象稱為流星雨。在發生流星雨時，可高達每小時幾千條甚至幾萬條。

流星雨主要是由彗星引起的。當某彗星繞日運行經過其軌道近日點附近時，受太陽熱輻射作用，溫度升高后噴發出的大量碎塊隨著彗星的運行而在其軌道上形成碎塊密集區。當地球穿過該區域時受地球引力作用，大量碎塊高速進入大氣層并發生激烈摩擦，溫度急劇升高而使碎塊燒毀并發出明亮光線。當流星的輻射點（所有流星運動軌跡反向延長線的交匯點）處于某星座天區時就稱為某星座流星雨，如獅子座流星雨、天秤座流星雨、獵戶座流星雨等。

知識小鏈接：我國有關獅子座流星雨最早的記錄

天文學家通常以流星雨輻射所在天空區域中的星座給流星命名來區別來自不同方向的流星雨。獅子座流星雨就是流星雨輻射點在獅子座中。

我國最早有關獅子座流星雨的記錄，見于新舊《五代史》。后唐明宗長興二年九月丙戌（公元931年10月16日），晚上約十點多，天空中有小流星出現，黎明前數目大量增加，在中天和四方可見百余顆流星“流注交橫”的壯觀景象。當晚，也曾出現兩次大顆的火流星：其中之一，大如半升容器，此一火球初小后大，光亮足以照亮夜空，它以極快的速度劃至奎宿而滅，尾跡凝結在天，屈曲似云；另一顆火流星的大小則如大桃般。次日晚上，仍然可以看到“眾星交流而殞”的現象。

黑洞的由來

“有入無出”的黑洞是如何產生的呢？原來，當一顆質量相當大的星體之核能耗盡后，即超新星爆發時，殘骸質量比太陽質量高3倍的恒星核心會演化成黑洞。在黑洞中，沒有任何向外力能維持與重力的平衡，故核心會一直塌縮下去，于是形成黑洞。天文學家們成功地觀測到了兩個密度極大的質子星相撞后誕生了一個密度相對小的黑洞。星體相撞的地點距離地球220萬光年，所以實際上相撞事件發生在22億年前，而撞擊產生的伽馬射線直到2005年5月9日才到達地球。這些伽馬射線的余暉是在9日夜里被美國航空航天局X射線觀測衛星“褐雨燕”（Swift）發現的。“褐雨燕”衛星于2004年11月進入太空，其主要任務是通過觀察宇宙伽馬射線爆發來探究黑洞的起源。

知識小鏈接：黑洞的含義

黑洞，是廣義相對論所預言的一種特殊天體。它的基本特征是具有一個封閉的視界，視界就是黑洞的邊界。外來的物質和輻射可以進入視界以內，而視界內的任何物質都不能跑到外面。

太空氣泡的由來

“太空氣泡”這個概念離我們的生活似乎比較遙遠，但酷愛天文的朋友們對此一定不會陌生。所謂“太空氣泡”，是指宇宙中的氣體因受到強大粒子風和輻射的沖擊而形成的空洞。以往由哈勃天文望遠鏡所發現的氣泡，都是由很大的恒星或星團噴射出的強大粒子風和輻射形成的，而近年來所發現的這個由一個孤立的年輕恒星形成的氣泡，可以說是一個例外。