现代空间信息技术导论

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1、实用标准思考题一、请结合宇宙观测的证据（包括宇宙红移、3K背景辐射、恒星光谱特征、赫罗图等），谈谈你对宇宙的结构、形成过程、恒星演化过程的认识。参考材料：1宇宙史话刘宇星,肖军.北京工业大学出版社2010-112文科天文苏宜编著科学出版社2010-6 第二章宇宙、地球的起源与演化　　遂古之初，谁传道之？上下未形，何由考之？——屈原：《天问》　　物类之起，必有所始。——荀子：《劝学》1银河系和宇宙起源学说　　1．1银河系结构及太阳的运动　　晴夜仰望，但见天穹深邃，星光闪烁，银河高悬，流星飞驰。自古以来，群星构

2、成的壮丽图案不但形成许多动人心弦的神话传说，更激励科学家们去探索宇宙的奥秘。　　16世纪前人们只能凭肉眼见到六七千颗星体，著名的银河（MilkyWay）仅是一条乳白色亮带。在当时条件下，古代天文学家创建了天体测量学和哥白尼日心学说，认识到太阳系内天体运行的现象，解决了人类的授时和编历问题，为史前畜牧经济和以后的农业经济发展作出了重要贡献。　　17世纪是人类认识宇宙的一次重要飞跃期。天文望远镜问世、开普勒三定律和万有引力定律建立，标志着人类进入掌握行星层次天体运动规律的新阶段，为人类进入工业经济时代奠定必要的

3、科学基础。　　20世纪早期恒星演化理论的建立，反映了天体物理学和现代天文学的进展，标志着人类在恒星层次上实现了认识宇宙的第二次飞跃。　　20世纪后半叶是人类对宇宙认识的第三次飞跃期。在研究手段方面建立了大型光学望远镜、红外望远镜和射电望远镜，使天文观测领域扩展到整个电磁波段（含可见光、紫外光、红外光、无线电波、X射线、γ射线）和150亿光年左右时空尺度。观察地点发展到U2高空侦察机、哈勃太空望远镜、宇宙探测器和人类登月，避免了地球大气干扰和局限。理论方面有宇宙大爆炸学说多种模型问世。在人类从星系层次加深对动

4、态宇宙的认识方面是划时代的进步，也与人类自工业经济迈向知识经济时代的转变相适应。　　（1）银河系结构　　银河系是星系的典型代表，由1500～2000亿颗恒星和无数的星际物质组成。银河系主体部分称银盘，直径8.5×104l.y.（光年）（1l.y.=94600×108km），中央呈近似球形隆起的部分，称为核球，直径104～1.3×104l.y.，厚约104l.y.，是恒星高度密集区域；核球的中心称为银核，是银河系的质心。肉眼见到的银河就是银河系主体在天球上的投影。银盘外围被恒星密度很稀的扁球状银晕所包围，直径

5、达到10×104l.y.（图2-1，左；1×103精彩文档实用标准秒差距（pc）=3261.6l.y.）。　　从垂直银河系平面的方向看，银盘内恒星和星际物质在磁场和密度波影响下分布并不均匀，而是由核球向外伸出的四条旋臂组成旋涡结构（图2-1，右）。旋臂是银河系中恒星和星际物质的密集部位。　　太阳是银河系众多恒星中的普通一员，它位于银盘中心平面（银道面）附近和一条旋臂（猎户座旋臂）的内缘，距银核约2.7×104l.y.处。　　（2）太阳在银河系内的运动　　银河系的旋涡结构反映了自身存在自转运动，也就是银河系中

6、的恒星、星云和星际物质都绕银核旋转。太阳绕银核旋转的速度为250km/s，旋转一周约2.5×108～3×108y，称为银河年。　　银河系内不同星体间的运动也存在复杂的情况。有人提出太阳在旋转过程中可能发生两种周期性变化。一种是从银河系侧面看，发生在银道面上下的往复波动，大体每隔35百万年就穿越银道面一次。另一种是从银河系平面看，由于不同星体旋转速度不等，太阳与银河系四个旋臂并不同步并行，大体每隔75百万年就穿越旋臂一次。上述假说在天文学研究领域内尚待进一步验证。　　1．2星系运动和总星系　　（1）银河系的运

7、动和河外星系　　银河系除存在自转外，同时整体以214km/s的速度向着麒麟座方向运动。近些年天文学研究已陆续发现，宇宙空间中存在500亿个类似银河系的恒星系，它们自身直径也达十万光年左右，离银河系则有几十亿至上百亿光年之遥，称为河外星系。若把可见宇宙比作广阔的海洋，它们只不过是散布其中的岛屿，也称为宇宙岛（worldisland）。　　（2）从星系团到总星系　　10万光年尺度的星系在空间分布并不均匀，它们有成团的趋势，可以形成星系团。星系团的规模大小不等，形状也各不相同，典型的空间尺度达到千万光年（即108

8、km）量级，总质量达到1047g量级。星系团内星系之间距离约为百万光年量级。银河系和相邻仙女星系、麦哲伦星云等30个星系组成一个规模较小的集团，称为本星系群。　　星系团在空间的分布也不均匀，许多星系团可以进一步组成超星系团，典型的空间尺度达到1亿光年量级。本星系群和室女星系团构成的本超星系团，直径约1～2.5亿光年，总质量为太阳的千万亿倍。　　人类现在观测能力所及的可见宇宙称为总星系，其典型空间尺度为150亿光年