Transcript 7-1我們的宇宙
第七章 運動中的天體 7-1 我們的宇宙 宇宙的誕生 大霹靂 學說：又稱「宇宙大爆炸」學說。 科學家相信今日的宇宙，是由一個溫度極 高 、密度極 大 、體積極 小 的點，經由 大爆炸後，再經 一百多億 年的膨脹與演化 而形成的。 (1)大霹靂初期，先形成結構最簡單的物質 氫 和 氦 。 宇宙的誕生 (2)在大霹靂 10億 年後，大致已形成目前的 宇宙結構，宇宙中絕大多數的物質仍然是以 氫 和 氦 為主，只有極微量的其他元素。 (3)早期形成的恆星，比氦重的元素極少，但 恆星內部 核融合 反應可形成碳、氧、鐵等 元素。有些恆星死亡後發生爆炸，將物質散 布到太空中，成為富含碳、氧、鐵等元素的 氣體塵埃，稱為 星雲 。 宇宙的誕生 (4)星雲未來可能再形成 恆星 ，甚至 行星 例如： 太陽 。 宇宙的誕生 宇宙膨脹 論：西元1929年美國的天文學家 哈伯 發現所有的星系都有「紅位移」現象， 顯示星系之間正在互相遠離，越遠的星系遠 離速度越快，整個宇宙正在膨脹擴大中，於 是提出了『哈伯定律』，即20世紀偉大理論 之一的『宇宙膨脹論』，成為「大霹靂學說」 的重要證據之一。著名的「哈伯太空望遠鏡」 即為感佩哈伯的貢獻而命名(哈伯事蹟請參 閱課本延伸閱讀)。 距離單位 光年 ：光行進一年的 距離 (光速30萬公 里∕秒×86400秒∕天×365天≒ 9.46×1012公 里)，約 1013 公里。適用於恆星間、星系 間的距離單位。 (1)月球與地球相距38萬公里，月光只要 1.3 秒就可傳到地球。 (2)太陽距地球相距1.5億公里，所以要 500 秒才能到達地球。 距離單位 (3)離太陽系最近的恆星(人馬星座中的毗鄰星) 距離地球 4.3 光年。 (4)天狼星距地球約為 8.7 光年；織女星約 26 光年。 【註：我們看到的太陽是500秒前的太陽、8.7 年前的天狼星、26年前的織女星。】 距離單位 天文單位 ：以 地球 和 太陽 的平均距離 ＝ 1.5×108 公里為1天文單位 （Astronomical Unit，簡寫為 AU )。 國際單位制(SI制)縮寫為ua（源自法文 unité astronomique）。 宇宙年齡：以目前所能觀測的宇宙最遠 距 離 ，來估計宇宙的最低年齡。 宇宙的組織 宇宙：由 星系 與 星系 團 所組成。 星系群：許多鄰近的 星 系 所構成的的巨大集團， 又稱為 星系團 。如：我 們的銀河系與鄰近的仙女 座大星系、大麥哲倫星系、 小麥哲倫星系等共五十多 個大小星系，合稱為 本 星系群 。 宇宙的組織 星系：由 星團 、 星雲 、 恆星 組成， 如： 銀河系 。目前 估計約有1000億個星 系。 星團：由數百~數十 萬顆 恆星 構成的星 體。 宇宙的組織 恆星：由星際空間中 的氣體塵埃凝聚而成， 以 氫 氣、 氦 氣為 主。其內部核心不斷 以 核融合 的方式進 行核反應產生能量、 發光、發熱。如： 太陽 。目前估計約 有1000億顆恆星。 宇宙的組織 (1)因為幾千年來星座的形狀幾乎都沒有改變， 古代中國人便以為構成星座的星體是恆久不 動的，因而稱之「恆星」。事實上恆星皆會 移動，只是距地球太遠，需數萬年後才能明 顯察覺位置改變，如：右圖北斗七星的形狀 變化。 宇宙的組織 (2)夜空中看到的星星，其實都是跟太陽一樣 自行發光發熱的 恆星 。 (3) 恆星 是宇宙的基本成員，夜晚肉眼能見 的恆星約有6000多顆，構成全天空 88 個星 座。(每顆星其實有近有遠，人們對天空只 有平面的感覺，分不出遠近。星座的形狀純 粹是人們的想像，多數恆星之間並無關聯。) 宇宙的組織 行星：繞著 恆星 運 轉，本身 不會 發光， 只能接受或反射恆星 的光和熱。如： 八 大行星。 小行星：零散、不完 整的石塊。 宇宙的組織 衛星：繞著 行星 運 轉，本身 不會 發光 如： 月亮 。 彗星：由 冰雪 、 微塵 、稀薄氣體組 成，本身 不會 發光 銀河系 太陽系所在的星系稱為 銀河系 ，屬於螺旋 星系。 側面看為 扁平 而 中央凸起 的圓盤，狀似 荷包蛋 。 10萬光年 其他星系 銀河系 蛋黃所在是銀河系的核心，稱為 銀核 ，厚 度約1.5萬光年，是由眾多、密集、且年齡 較 老 的恆星所組成；旋臂上的恆星較核心 的 年輕 。 俯視銀河系，是由數條 螺旋 狀的旋臂組成 盤面，圓盤直徑約為 10萬 光年。 銀河系 太陽系位於其中一條旋臂上，距核心約有 3 萬 光年。 我們所熟知的牛郎星、織女星、北極星、天 狼星等，都是屬於銀河系內的恆星。 太陽系的成員 太陽系的誕生：大約在 46億 年前，一團星 際雲氣與微塵逐漸凝聚盤旋，形成一個扁平 的圓盤系統。在中心的太陽誕生時，圍繞太 陽的各類天體也逐漸成形，構成了太陽系。 八大行星：依據距離太陽遠近，由近到遠依 序為 水 星、 金 星、 地球 、 火 星、 木 星、 土 星、 天王 星、 海王 星。 太 陽 系 的 形 成 太陽系的成員 太陽系的成員 (1)當位於中心的太陽 核融合 啟動瞬間，強 大的 太陽風 將周圍的氣體與微塵往外吹， 大部分較輕的物質(例如氫、氦等)被吹至 外圍 ，形成類似木星的行星，稱為 類木行 星 。而較重的物質則保留在內圈，形成類 似地球的行星，稱為 類地行星 。(行星的 各項詳細數據見課本表7-1) 太陽系的成員 (2)類地行星及類木行星的比較： 類 別 成員 類地 行星 水 星、 金 星 地球 、 火 星 類木 行星 木 星、 土 星 天王星、海王星 平均 密度 成分 衛 星 小 大 岩石 金屬 少 無 近 短 大 小 氣體 冰 多 有 遠 長 體積 質量 光 距離太陽 & 環 彼此間距 公轉 週期 太陽系的成員 (3)原九大行星的第九顆 冥王星 ，因為體 積太小(比月球還小)，運行軌道會與海王星 交會，成分與其他行星不太一樣(岩石和冰 構成)，因此不屬於類地行星也不屬於類木 行星。西元2006年8月24日國際天文學聯合 會(簡稱IAU)，為「行星」下了新的定義， 另外定義了新的「矮行星」類別，將冥王星 歸類為矮行星，太陽系九大行星正式減為八 大行星。 太陽系的成員 (4)八大行星之最： 距離太陽最近的是 水 星。 質量、體積最大的是 木 星。 密度最小的行星是 土 星。 表面溫度最高的是 金 星。 衛星數目最多的是 木 星。 沒有衛星的是 水 星、 金 星。 太陽系的成員 小行星帶：位於 火星 和 木星 之間，存在 著幾十萬顆大大小小的小行星，此區被稱為 「小行星帶」。這些小行星是太陽系形成後 的剩餘物質和碎塊，因木星重力的影響而無 法蓄積形成較大的星體。 太陽系的成員 彗星：主要是由 冰雪 和 灰塵 所組成的小 天體，進入太陽系內部，受太陽照射時，冰 雪揮發成氣體，並挾帶 灰塵噴出而形成長長的 尾巴，俗稱 掃帚星。 彗星的尾巴(彗尾)必 背向 太陽，且越靠近 太陽尾巴越 長 (如右圖所示)。 彗星(俗稱掃帚星) 彗星靠近太陽時，外圍 受熱成為氣體，因為太 陽風的因素，噴出的氣 體以遠離太陽方向噴出 冰雪和 灰塵構成 太陽系的成員 (1)週期性彗星：軌道呈 狹長偏心率大的橢圓 形，如： 哈雷 彗星 週期約 76 年。 太陽系的成員 (2)非週期性彗星：軌道呈拋物線形，只靠近 太陽一次便一去不回。如：臺灣於西元2007 年7月發現的鹿林彗星。 太陽系的成員 流星：太空中飄浮的 碎石顆粒 、彗星經過 所殘留的碎屑、小行星等，受 地球引力 影 響而掉入 大氣 層，與 空氣摩擦 而燃燒， 稱為 流星 。未燃燒完而撞擊地面者，稱為 隕石 ，可能會形成隕石坑、甚至引發災害。 (1)沒有大氣的星球不會產生流星的現象，如： 水星 和 月球 。 比較—彗星與流星的差別 組成 成份 發 光 方 式 彗星 冰雪 灰塵 受太陽光照射發光 流星 岩石 金屬 與地球大氣層摩擦燃 燒發光 運 動 方 式 繞太陽公轉 未燃燒完掉落到地面即 為隕石 探索生命 地球提供生命形成育發展的因素： (1)距離 太陽 的遠近 適中 －溫度適宜。 (2)存在大量 液態水 。 (3) 固體外殼 －提供生物不同棲息場所。 (4)擁有 大氣 －保護生命並提供呼吸。 探索生命 金星(Venus)：大氣 濃密 ，CO2占96%， 溫室效應 強 。 火星(Mars)：大氣 稀薄 ，CO2占95%， 溫室效應 不足 恆星亮度與星等【補充教材】 1.決定恆星亮度的因素： 發光能力的強弱。 與地球的遠近。 2.星等 恆 星亮度的單位。 亮度越高，數值越 小 。 每差1星等，亮度差 2.5 倍。 人類肉眼可觀察到最微弱亮度為 6 星等。 星星亮度 太陽 亮度-26.1 天狼星 亮度-1.6 (夜晚中最亮)