地球科学概论 第1讲 宇宙及太阳.pdf

第 1 讲 宇宙及太阳系起源 申文斌，邓洪涛 ，徐新禹 ，罗佳 2014.4.22-24 1 ⺫录 l  宇宙是如何起源的 l  太阳系是如何起源的 l  宇宙中有多少种元素 l  宇宙元素是如何起源的 l  万有引力作用及万有引力常数G 2 1 宇宙是如何起源的？ 西方圣经：开始，上帝创造天地 【第一天， 上帝创造光；第二天，上帝创造水和水生物; 第三天，上帝创造陆地和植物; 第四天，上帝 创造日月星辰; 第五天，上帝创造各种动物; 第 六天，上帝创造人类；第7天，安息日】 东方易经（周易）：太极生两翼（阴阳）， 两翼生四象，四象生八卦，八卦生万物（八卦 图：河图、洛书） 【道生一，一生二，二生三， 三生万物（老子）】 1 宇宙是如何起源的？ 牛顿（1687）：绝对时间和空间，空间呈现静止性、永 恒性和无限性 【绝对空间，就其本性而论与任何外界因素 无关，始终保持相似和不变】 奥伯斯佯谬（1826）：夜晚一片光明 【每个方向都布满 恒星】 爱因斯坦（1917）：引入了宇宙常数项，以满足宇宙静 止性 【最大错误】 1 宇宙是如何起源的？ ⼤爆炸说三⼤证据 哈勃膨胀（1929）：24个邻近星系远离我们而去， v=Hd 【光 谱比对，基于多普勒原理推断；H=50-80 (km/s)/Mpc. 距离我们1Mpc 的星系的退行速度是50-80km/s. 哈勃的发现导致宇宙大爆炸学说（请推 理） 1pc(秒差距)=3*10E16 m 】 微波背景辐射：伽莫夫（1948）：理论推演，如果宇 宙起源于大爆炸，则存在遗留的背景光子温度10K。彭齐 亚斯和威尔逊（1964）：发现3.5K 背景辐射。现代结果： 2.7K Hoyle and Tayler (1964): 大爆炸理论要求氦丰度为 23-25%。 实际测量值，普遍存在24%的氦丰度 2 太阳系是如何起源的？ 笛卡儿（R.Descartes，1644）在他的 《哲学原理》一 书中提出了第一个太阳系起源的学说，他认为太阳、行星和 卫星是在宇宙物质涡流式的运动中形成的大小不同的旋涡里 形成的。 康德-拉普拉斯假说：由缓慢旋转的气体星云演化而来 【： 由于引力作用，逐渐收缩，旋转加快，甩出气体物质，形成 星云环；冷却聚结，形成行星，…;逐级进行，行星又产生 卫星，…】－星云说 难题1：太阳占太阳系总质量的99.85%, 但其角动量不到0.6% 难题2 ：假定角动量全部集中于太阳，在赤道方向的离心力只有引力的 5%左右，难以甩出物质 2 太阳系是如何起源的？ 解决方案1：角动量通过电磁力传递（Alfven ），但需要 非常强的太阳磁场 【与观测不符】 解决方案2：原本就是分级环状气体星云 2 太阳系是如何起源的？ 解决方案1：角动量通过电磁力传递（Alfven ），但需要 非常强的太阳磁场 【与观测不符】 解决方案2：原本就是分级环状气体星云 太阳及星云为何总是向一个方向旋转？ 【给出推理过程， 主要采用磁场、电离、洛伦兹力等概念】【申文斌（2013）：中性原 子的核子具有磁矩（磁场，假定磁力线从北极出，南极入），落向原子核的电子逆时针旋转；原 子产生的磁场是反向的（南极出，北极入）；粒子落向原子，粒子被电离，正电荷离原子更近， 受洛伦兹力较大，因此逆时钟旋转。以此类推】 【世界难题】 2 太阳系是如何起源的？ 太