地球的起源和结构.pptVIP

第一章　宇宙中的地球 胥思勤 宇宙中的地球 第一节 宇宙的起源 “大爆炸理论” 第二节 地球的起源 第三节 地球的结构与组成 一．地球概况 二．地球的圈层结构 三．太阳系的元素组成 四．地球及地壳的元素组成 五．地壳元素分布的不均一性 六．地壳中元素的分类 第一节 宇宙的起源 一．什么是宇宙？ 二．宇宙起源——“大爆炸理论” 一．什么是宇宙？ 《淮南子·原道训》注：“四方上下曰宇，古往今来曰宙，以喻天地。”即宇宙是天地万物的总称。 宇宙是广漠空间和其中存在的各种天体以及弥漫物质的总称。宇宙是物质世界，它处于不断的运动和发展中。 二　宇宙起源——“大爆炸理论”Big Bang Theory 即宇宙始于爆炸扩张理论 1． “大爆炸理论”的内容 宇宙是由大约150亿年前发生的一次大爆炸形成的。在爆炸发生之前，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，（所谓奇点singularity, 是一个数学上存在而物理上不存在的点）之后发生了大爆炸。 ??大爆炸使物质四散出击，宇宙空间不断膨胀，温度也相应下降(气体的绝热膨胀将使温度降低)，大爆炸的能量形成了一些基本粒子，这些粒子在能量的作用下，逐渐形成了宇宙中的各种物质。后来相继出现在宇宙中的所有星系、恒星、行星乃至生命，都是在这种不断膨胀冷却的过程中逐渐形成的。 2． “大爆炸理论”的假设前提 第一是爱因斯坦提出的，能正确描述宇宙物质的引力作用的广义相对论； 第二是所谓宇宙学原理，即宇宙中的观测者所看到的事物既同观测的方向无关也同所处的位置无关。这个原理只适用于宇宙的大尺度上，而它也意味着宇宙是无边的。因此，宇宙的大爆炸源不是发生在空间的某一点，而是发生在同一时间的整个空间内。 宇宙学原理 　cosmological principle 任何客观存在的具体物质都有自己的结构，都在运动和变化；同样，“宇宙”这个客观存在也应该有结构，也要不断地演化。结构和形态的组成，演化通俗的讲就是指生老病死。研究宇宙结构和演化的科学就叫宇宙学。 宇宙学研究的对象是整个可观测时空范围的大尺度特征。 目前已探测到的距离尺度是150亿光年,时间尺度是100亿年,包含一亿个星系。 根据星系计数、射电源计数和微波背景辐射等实测资料得知，在大于一亿光年的宇观范围内，物质的空间分布是均匀的和各向同性的。 作宇宙学原理 作为研究宇宙学的前提，宇宙学家建立了一个资用假设(working hypothesis)。这个假设就叫作宇宙学原理，就是说在宇宙学尺度上，任何时刻，三维空间是均匀的和各向同性的。 作宇宙学原理的含意 ①在宇宙学尺度上，空间任一点和任一点的任一方向,在物理上是不可分辨的,即无论其密度、压强、曲率、红移都是完全相同的。但同一点,在不同时刻,其各种物理量却可以不同，所以宇宙学原理容许存在宇宙演化。 ②宇宙中各处的观测者，观察到的物理量和物理规律是完全相同的，没有任何一个观测者是特殊的。 地球上观察到的宇宙演化图景，在其他天体上也会看到，所以能建立宇宙时概念。既然任何随时间演变的天体和现象都可以用来标度时间，宇宙图景也能作为时间标度。在宇宙中，处处有完全相同的宇宙图景，也有完全相同的宇宙时。  　　有这两个假设，就能计算出宇宙从某一确定时间（称为普朗克时间）起始的历史，而在此之前，何种物理规律在起作用至今还不清楚。宇宙从那时起迅速膨胀，使密度和温度从原来极高的状态降下来。许多基本粒子在这一阶段也可能出现。过了几秒钟，宇宙温度就降低到能形成某些原子核。 （普朗克时间：对于我们存在的这个宇宙，对数时间轴有一个确切的始点：10-44秒，这个时间称为普朗克时间，被认为是时间的量子单位，不能把时间划分得比这儿再小了，正如一种基本粒子电子不能再分割成更小的成分一样。） ３“大爆炸理论”提出和发展的过程 A．1920~1940年代 ：红移现象 1932年勒梅特首次提出了现代宇宙大爆炸理论：整个宇宙最初聚集在一个“原始原子”中，后来发生了大爆炸，碎片向四面八方散开，形成了我们的宇宙。 B．1946年：伽莫夫提出热大爆炸宇宙学模型 C．1960年代：彭齐亚斯和威尔逊发现宇宙背景辐射 D．当代：霍金对于宇宙起源后10-43秒以来的宇宙演化图景作了清晰的阐释 宇宙的起源：最初是比原子还要小的奇点，然后是大爆炸，通过大爆炸的能量形成了一些基本粒子，这些粒子在能量的作用下，逐渐形成了宇宙中的各种物质。至此，大爆炸宇宙模型成为最有说服力的宇宙图景理论。 4. “大爆炸理论”的有利证据 现实宇宙中的星体 现实宇宙中的星体 现实