Transcript 宇宙學簡介車吉平
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宇宙學簡介
車吉平
Slide 2
學習重點
一.宇宙的基本認識
二.哈伯定律
三.大霹靂理論
四.背景輻射
Slide 3
一.宇宙的基本認識
1.觀測天體的工具：
哈伯太空望遠鏡
無線電波望遠鏡
2.天文學常用的長度單位：
(1)光年：1光年=光走1年的距離
(2)天文單位(AU)：1AU=地球與太陽的平均距離
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一.宇宙的基本認識
3.恆星(會自己發光的星體)：
(1)離太陽最近的恆星：比鄰星
(2)夜空中最亮的恆星：天狼星
(3)可用來指引方向的恆星：北極星
*群聚的恆星彼此之間的距離約為10光年
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一.宇宙的基本認識
4.宇宙中的各種結構：
小
天體結構
衛星
定義
繞行星運轉
例
月球
行星&彗星 繞恆星運轉
地球
恆星
本身自行發光的星體
太陽
星團
數十萬個恆星因重力作用，
圍繞一中心旋轉
星系
大
星系團
由數量龐大的恆星、星團
和星際間物質所組成
相互較接近的星系所組成
銀河系、
仙女座星系
本星系群
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二.哈伯定律
1.恆星的光譜分析：
狀況
紅移
此恆星相對於地球的運動
遠離
頻率變化
變小
波長變化
變大
藍移
接近
變大
變小
(1)觀察的原理為都卜勒效應。
(2)發現對各星系的觀察結果幾乎皆為紅移
幾乎所有星系都在遠離地球
(3)紅移程度越大，此星系相對遠離我們的
速率也愈大。
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二.哈伯定律
2.哈伯定律：
所觀察的星系與地球距離(d)愈遠，
相對地球離開的速率(v)就愈大。
而且v與d成正比
v=H0d (H0：哈伯常數)
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二.哈伯定律
3.推論：
錯誤推論：我們在宇宙的中心
正確推論：宇宙在膨脹中
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練習1.若宇宙中各種相同的結構所包含的恆星
數差不多，則下列哪一種結構所含的恆
星數目最多？
(1)星團 (2)星系團 (3)銀河系
(4)仙女座星系 (5)太陽系
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練習2.下列有關物理或生物之相對尺度大小的
比較， 何者正確？
(A)夸克＜ 原子核＜ 紅血球＜ 原子
(B)夸克＜ 原子核＜ 細胞核＜ 原子
(C)木星＜ 地球＜ 太陽＜ 星系團＜ 銀河系
(D)地球＜ 太陽＜ 太陽系＜ 星系團＜ 銀河系
(E)地球＜ 太陽＜ 太陽系＜ 銀河系＜ 星系團
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練習3.請判斷下列有關宇宙與哈伯定律的
概念，是否正確？
(1)仙女座星系所發的光到達地球費時250
萬年，表示它距離地球250 AU
(1)對
(2)錯
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練習3.請判斷下列有關宇宙與哈伯定律的
概念，是否正確？
(2)天文觀測發現大部分的星系正在
遠離我們，故銀河系是宇宙的中心
(1)對
(2)錯
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練習3.請判斷下列有關宇宙與哈伯定律的
概念，是否正確？
(3)距離我們愈遠的星系其遠離的速率
愈大，而哈伯常數也愈大
(1)對
(2)錯
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練習3.請判斷下列有關宇宙與哈伯定律的
概念，是否正確？
(4)由光譜頻率偏移的程度，我們可以
推算出光源（星系）相對於我們的
速度
(1)對
(2)錯
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練習3.請判斷下列有關宇宙與哈伯定律的
概念，是否正確？
(5)光譜紅移程度愈大的星系，其距離
我們愈遠
(1)對
(2)錯
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練習3.請判斷下列有關宇宙與哈伯定律的
概念，是否正確？
(6)分析恆星的光譜，我們發現星系的
光譜大多呈現紅移，即頻率會變高
、波長變短
(1)對
(2)錯
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練習3.請判斷下列有關宇宙與哈伯定律的
概念，是否正確？
(7)由哈伯定律我們可以說宇宙正在膨脹
(1)對
(2)錯
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練習3.請判斷下列有關宇宙與哈伯定律的
概念，是否正確？
(8)哈伯發現星系遠離我們的速率與
星系和我們的距離平方成正比
(1)對
(2)錯
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三.大霹靂理論
1.從「哈伯定律」到「大霹靂理論」：
哈伯
定律
宇宙在
膨脹中
宇宙起源於
炙熱的火球
往回推
愈久以前
宇宙愈小
物質與能量高度集中 宇宙初期
物質聚集
，溫度會極高
大霹靂理論：宇宙是此火球在某時刻
爆炸後，逐漸膨脹、冷卻形成的。
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三.大霹靂理論
2.從「哈伯定律」推論「宇宙年齡」：
Slide 21
四.背景輻射
1.大爆炸後宇宙初期的溫度非常高，此熱輻射
殘留至今的溫度為3K，對應的波長為微波範
圍，故稱為宇宙微波背景輻射。
2.背景輻射的發現：
1964年，潘琪亞斯與威爾森從天線接收到很
微弱的背景雜訊，後來發現此雜訊即為背景
輻射。
3.支持大霹靂理論的證據
哈伯定律
宇宙微波背景輻射
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練習4.請判斷下列有關宇宙起源的研究，
是否正確？
(1)由哈伯定律我們可以推算宇宙的
年齡大約140億年
(1)對
(2)錯
Slide 23
練習4.請判斷下列有關宇宙起源的研究，
是否正確？
(2)宇宙起源於一個炙熱的火球，在某個
時刻發生爆炸，不斷的膨脹與收縮一
直到現在
(1)對
(2)錯
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練習4.請判斷下列有關宇宙起源的研究，
是否正確？
(3)哈伯定律可以支持大霹靂理論
(1)對
(2)錯
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練習4.請判斷下列有關宇宙起源的研究，
是否正確？
(4)宇宙微波背景輻射是支持大霹靂
理論最有力的證據
(1)對
(2)錯
Slide 26
練習5.請判斷下列有關宇宙微波背景輻射
的敘述，是否正確？
(1)宇宙微波背景輻射是由於大爆炸
產生微波，一直維持到現在
(1)對
(2)錯
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練習5.請判斷下列有關宇宙微波背景輻射
的敘述，是否正確？
(2)它由宇宙中極為稀薄的低溫氣體所發出
(1)對
(2)錯
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練習5.請判斷下列有關宇宙微波背景輻射
的敘述，是否正確？
(3)它現今所對應的溫度比地球南極的
年平均溫度還低
(1)對
(2)錯
宇宙學簡介
車吉平
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學習重點
一.宇宙的基本認識
二.哈伯定律
三.大霹靂理論
四.背景輻射
Slide 3
一.宇宙的基本認識
1.觀測天體的工具：
哈伯太空望遠鏡
無線電波望遠鏡
2.天文學常用的長度單位：
(1)光年：1光年=光走1年的距離
(2)天文單位(AU)：1AU=地球與太陽的平均距離
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一.宇宙的基本認識
3.恆星(會自己發光的星體)：
(1)離太陽最近的恆星：比鄰星
(2)夜空中最亮的恆星：天狼星
(3)可用來指引方向的恆星：北極星
*群聚的恆星彼此之間的距離約為10光年
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一.宇宙的基本認識
4.宇宙中的各種結構：
小
天體結構
衛星
定義
繞行星運轉
例
月球
行星&彗星 繞恆星運轉
地球
恆星
本身自行發光的星體
太陽
星團
數十萬個恆星因重力作用，
圍繞一中心旋轉
星系
大
星系團
由數量龐大的恆星、星團
和星際間物質所組成
相互較接近的星系所組成
銀河系、
仙女座星系
本星系群
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二.哈伯定律
1.恆星的光譜分析：
狀況
紅移
此恆星相對於地球的運動
遠離
頻率變化
變小
波長變化
變大
藍移
接近
變大
變小
(1)觀察的原理為都卜勒效應。
(2)發現對各星系的觀察結果幾乎皆為紅移
幾乎所有星系都在遠離地球
(3)紅移程度越大，此星系相對遠離我們的
速率也愈大。
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二.哈伯定律
2.哈伯定律：
所觀察的星系與地球距離(d)愈遠，
相對地球離開的速率(v)就愈大。
而且v與d成正比
v=H0d (H0：哈伯常數)
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二.哈伯定律
3.推論：
錯誤推論：我們在宇宙的中心
正確推論：宇宙在膨脹中
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練習1.若宇宙中各種相同的結構所包含的恆星
數差不多，則下列哪一種結構所含的恆
星數目最多？
(1)星團 (2)星系團 (3)銀河系
(4)仙女座星系 (5)太陽系
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練習2.下列有關物理或生物之相對尺度大小的
比較， 何者正確？
(A)夸克＜ 原子核＜ 紅血球＜ 原子
(B)夸克＜ 原子核＜ 細胞核＜ 原子
(C)木星＜ 地球＜ 太陽＜ 星系團＜ 銀河系
(D)地球＜ 太陽＜ 太陽系＜ 星系團＜ 銀河系
(E)地球＜ 太陽＜ 太陽系＜ 銀河系＜ 星系團
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練習3.請判斷下列有關宇宙與哈伯定律的
概念，是否正確？
(1)仙女座星系所發的光到達地球費時250
萬年，表示它距離地球250 AU
(1)對
(2)錯
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練習3.請判斷下列有關宇宙與哈伯定律的
概念，是否正確？
(2)天文觀測發現大部分的星系正在
遠離我們，故銀河系是宇宙的中心
(1)對
(2)錯
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練習3.請判斷下列有關宇宙與哈伯定律的
概念，是否正確？
(3)距離我們愈遠的星系其遠離的速率
愈大，而哈伯常數也愈大
(1)對
(2)錯
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練習3.請判斷下列有關宇宙與哈伯定律的
概念，是否正確？
(4)由光譜頻率偏移的程度，我們可以
推算出光源（星系）相對於我們的
速度
(1)對
(2)錯
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練習3.請判斷下列有關宇宙與哈伯定律的
概念，是否正確？
(5)光譜紅移程度愈大的星系，其距離
我們愈遠
(1)對
(2)錯
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練習3.請判斷下列有關宇宙與哈伯定律的
概念，是否正確？
(6)分析恆星的光譜，我們發現星系的
光譜大多呈現紅移，即頻率會變高
、波長變短
(1)對
(2)錯
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練習3.請判斷下列有關宇宙與哈伯定律的
概念，是否正確？
(7)由哈伯定律我們可以說宇宙正在膨脹
(1)對
(2)錯
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練習3.請判斷下列有關宇宙與哈伯定律的
概念，是否正確？
(8)哈伯發現星系遠離我們的速率與
星系和我們的距離平方成正比
(1)對
(2)錯
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三.大霹靂理論
1.從「哈伯定律」到「大霹靂理論」：
哈伯
定律
宇宙在
膨脹中
宇宙起源於
炙熱的火球
往回推
愈久以前
宇宙愈小
物質與能量高度集中 宇宙初期
物質聚集
，溫度會極高
大霹靂理論：宇宙是此火球在某時刻
爆炸後，逐漸膨脹、冷卻形成的。
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三.大霹靂理論
2.從「哈伯定律」推論「宇宙年齡」：
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四.背景輻射
1.大爆炸後宇宙初期的溫度非常高，此熱輻射
殘留至今的溫度為3K，對應的波長為微波範
圍，故稱為宇宙微波背景輻射。
2.背景輻射的發現：
1964年，潘琪亞斯與威爾森從天線接收到很
微弱的背景雜訊，後來發現此雜訊即為背景
輻射。
3.支持大霹靂理論的證據
哈伯定律
宇宙微波背景輻射
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練習4.請判斷下列有關宇宙起源的研究，
是否正確？
(1)由哈伯定律我們可以推算宇宙的
年齡大約140億年
(1)對
(2)錯
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練習4.請判斷下列有關宇宙起源的研究，
是否正確？
(2)宇宙起源於一個炙熱的火球，在某個
時刻發生爆炸，不斷的膨脹與收縮一
直到現在
(1)對
(2)錯
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練習4.請判斷下列有關宇宙起源的研究，
是否正確？
(3)哈伯定律可以支持大霹靂理論
(1)對
(2)錯
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練習4.請判斷下列有關宇宙起源的研究，
是否正確？
(4)宇宙微波背景輻射是支持大霹靂
理論最有力的證據
(1)對
(2)錯
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練習5.請判斷下列有關宇宙微波背景輻射
的敘述，是否正確？
(1)宇宙微波背景輻射是由於大爆炸
產生微波，一直維持到現在
(1)對
(2)錯
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練習5.請判斷下列有關宇宙微波背景輻射
的敘述，是否正確？
(2)它由宇宙中極為稀薄的低溫氣體所發出
(1)對
(2)錯
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練習5.請判斷下列有關宇宙微波背景輻射
的敘述，是否正確？
(3)它現今所對應的溫度比地球南極的
年平均溫度還低
(1)對
(2)錯