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1、第二章 行星地球簡史 一 混沌初開 - 宇宙始于大爆炸？ 混沌初開，乾坤始奠。混沌初開，乾坤始奠。輕清者上浮為天，重濁輕清者上浮為天，重濁者下凝為地者下凝為地”。 中國古代的賢哲 作為自然科學研究的具體作為自然科學研究的具體對象，宇宙是一個有限的客觀對象，宇宙是一個有限的客觀存在。這樣一個宇宙，應該有存在。這樣一個宇宙，應該有它的開端。它的開端。 宇宙是怎樣開端的呢？宇宙是怎樣開端的呢？ 2020世紀初，天文學家斯里弗爾世紀初，天文學家斯里弗爾 （V.M. Slipher, 1875V.M. Slipher, 1875- -1969)1969) 在觀測銀河系外的仙女座大星云時，取得15個星系的
2、光譜資料，經(jīng)過研究，發(fā)現(xiàn)其中13個正在以每秒數(shù)十萬米的高速退行，即離開我們愈來愈遠。 19291929年，哈勃年，哈勃 (E.P. Hubble,1889(E.P. Hubble,1889- -1953)1953) 根據(jù)觀測到的河外星系正在退行的資料，提出：一個星系退行的速度和它與我們(地球)的距離成正比，即離得愈遠退行愈快。這個發(fā)現(xiàn)告訴我們，我們周圍的星系正在四散離開，也可以說我們已知的宇宙正在膨脹。 愛因斯坦愛因斯坦(Albert Einstien, (Albert Einstien, 18791879- -1955)1955) 在在19161916年提出的廣義相對論年提出的廣義相對論 演
3、繹出宇宙在膨脹的理論。 哈勃的發(fā)現(xiàn)被認為是對這些理論的驗證。以后的天文觀測繼續(xù)有新的發(fā)現(xiàn)，證明宇宙在膨脹，曾測到有的河外星系之間，正以每小時2,500,000km的速度在拉開距離。 比利時天文學家勒梅特比利時天文學家勒梅特(G.E.Lematre,1894(G.E.Lematre,1894- -1966)1966) 19271927年就提出：年就提出： 宇宙為什么會膨脹呢？ 膨脹的宇宙會不會是爆炸的產(chǎn)物呢？ BIG BANG大爆炸 宇宙的全部物質(zhì)，當初都集中在一個“原始原子”(或稱宇宙蛋)里，異常緊密 溫度約1032K，絕對溫度1億億億億度 顯然這只能維持極其暫短的平衡，一旦平衡破壞，就發(fā)生大
4、爆炸，原始原子迅速膨脹，逐漸擴展成為我們的宇宙 BIG BANG大爆炸 現(xiàn)在認識：現(xiàn)在認識： 大爆炸后1秒鐘，溫度降到1010K，粒子間的強相互作用、弱相互作用、電磁力和引力開始分開。 在高溫下處于基本粒子狀態(tài)的物質(zhì)，隨著溫度的降低，聚合成各類原子 約在大爆炸后約在大爆炸后50 50 - - 100100萬年萬年 首先由電子和質(zhì)子合成氫原子 接著是氦原子也大量生成了 隨后其他所有元素的原子從輕到重依次聚合而成 爆炸后爆炸后100100萬年到萬年到2020億年億年 逐步形成各類天體星系 點擊播放視頻點擊播放視頻 怎麼能證明怎麼能證明150150億年前發(fā)生過這億年前發(fā)生過這樣的大爆炸呢？樣的大爆炸
5、呢？ 爆炸形成的宇宙一直在降溫，恒星是在降到40000K以下時才開始形成 現(xiàn)在測得最老的星系的年齡都只有100多億年，符合這個理論的推斷。 特別是蓋莫夫(G.Gamow，1904-1968)預言：在大爆炸的特殊宇宙背景下產(chǎn)生出來的微波輻射，至今還存在于宇宙空間中，其溫度應已降低到只有絕對溫度幾度。 彭茲亞斯彭茲亞斯(A.A.Penzias,1933(A.A.Penzias,1933- - ) )和威爾遜和威爾遜(R.W.Wilson,1936(R.W.Wilson,1936- - ) )發(fā)現(xiàn)：發(fā)現(xiàn)： 1964年，威爾遜山上一臺高靈敏度的射電天文望遠鏡，在各個方向都測得一種3K的微波背景輻射。大
6、爆炸理論得到了有力的支持。 為此他們得到了1978年的諾貝爾物理學獎金。 其它證據(jù)：其它證據(jù)： 現(xiàn)在測得的不同天體上氦的豐度，即它在天體中的含量，一般都達到30%左右，僅僅太陽上那種氫合成氦的作用，是不能造出這么多氦的，而大爆炸能做到 因爆炸而使星系間的距離拉開，更已是熟知的事實 天文觀測中已多次記錄到超新星爆炸 另外新近得到的兩個黑洞撞擊爆炸的信息，都可以作為佐證。 二、二、太陽系的起源太陽系的起源 大爆炸發(fā)生約100億年之后 太陽系出現(xiàn) 哲學家康德哲學家康德(Immanuel Kant, (Immanuel Kant, 17241724- -1804) 1804) 星云說 在獻給普魯士國王
7、的自然通史和天體理論中假定：最初“整個宇宙的物質(zhì)都處于分散的狀態(tài)，并由此造成一種完全的混沌”，“ 構成我們太陽系的星球的物質(zhì)，在太初時都分解為基本微粒，充滿整個的宇宙空間，現(xiàn)在已形成的星體就在這空間中運轉(zhuǎn)”。他認為是萬有引力的作用，使這些原始的彌漫物質(zhì)逐漸分別凝聚，形成了太陽系內(nèi)的各天體。 拉普拉斯拉普拉斯(P.S.Laplace, 1749(P.S.Laplace, 1749- -1827)1827) 在一本科普讀物宇宙體系論述的附錄中，對太陽系的形成，作出了自己的解釋并廣為流傳 拉普拉斯雖沒看到過康德的書，但他自己獨立提出的見解卻與康德大同小異，而且充實了星云說 旋轉(zhuǎn)星云析出圓環(huán)，圓環(huán)一次
8、又一次地被分出來，并分別凝聚結(jié)成行星，行星周圍的衛(wèi)星也有著類似的形成過程 星云中心部分則收縮成為太陽（不知熱核反應） 星云說不能解決太陽系中星云說不能解決太陽系中許多問題許多問題 太陽和行星的單位質(zhì)量的角動量，應該是一樣的，但實際上相差近100倍 2020世紀初期中期世紀初期中期 災變說 潮汐說 俘獲說（蘇聯(lián) 斯密特： 原始太陽隨銀河系公轉(zhuǎn)，在經(jīng)過有大量星際物質(zhì)彌漫的空間時，將它們吸引在周圍，成為行星的物質(zhì)來源的，用外來物質(zhì)形成的行星，角動量可以和太陽不同 19421942年瑞典物理學家阿爾文年瑞典物理學家阿爾文(H.O.G.Alfven, 1908(H.O.G.Alfven, 1908- -
9、 ) ) 太陽可以通過磁場的作用，把自己的一部分角動量轉(zhuǎn)移給形成行星和衛(wèi)星的云團 電磁場的作用能說明在太陽系形成的過程中，從中心拋出物質(zhì)的質(zhì)量雖不多，但帶走的角動量可以很多 三、地球的誕生三、地球的誕生 天，積氣也；無處無氣。地，積塊（土）也；充塞四虛，無處無塊” 列子 天瑞 天是氣的集合，地是土的集合 古代賢哲的卓識 20世紀30年代末天文觀測證實 在銀河系中，有許多氣體和塵埃存在 這些氣體主要是氫和氦。氣體在這些星際物質(zhì)中，按質(zhì)量計要占到98%左右 塵埃里主要是水、甲烷和氨等液體、氣體凍結(jié)而成的固體微粒；還有少量二氧化硅及其與金屬離子結(jié)合形成的化合物等固體材料。固體物質(zhì)不及2%，顆粒細微，
10、半徑只有0.0001(萬分之一)厘米左右，微粒彌漫在整個太空中 地球的成分地球的成分 氫和氦的含量都很少 而是鐵占了第一位，其次是氧和硅，還有很多鎂、鎳和鋁等金屬 地球的化學組成為何如此不同？ 形成地球的這團冷星云，在萬有引力的作用下，形成地球的這團冷星云，在萬有引力的作用下，物質(zhì)的微?；ハ辔纬尚〉膱F塊，也叫做星物質(zhì)的微粒互相吸引，形成小的團塊，也叫做星子子 星子再互相吸引，大的吃掉小的，不斷碰撞、不斷吸積，直至成為地球和其他行星的前身。這個原始的地球是一個比今日的地球大得多的塵埃的集合體，大致沿著今天的地球軌道自轉(zhuǎn) 地球的形成地球的形成 在太陽系內(nèi)，由于接受的太陽輻射多，溫度高，輕的氣
11、體被輻射到遠處，散失到太陽系的外部 遠處構成類木行星遠處構成類木行星 近太陽的地區(qū)，以塵埃中的固體物質(zhì)為主，化學組成當然和原來的星云有顯著的不同（鐵、硅、鎂、氧為主） 近處構成類地行星近處構成類地行星 原始地球內(nèi)的原始地球內(nèi)的“ 星子星子” 受到引力的作用向中心聚集，體積逐漸縮小，物質(zhì)的密度越來越大 收縮不是無限的，因為物質(zhì)還要受到自轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的慣性離心力的作用，而離心力是要隨著體積縮小，導致自轉(zhuǎn)速度加快而增大，當離心力增大到能抵消引力時，就達到平衡 冷 熱 冷 塵埃向中心聚集的過程中，由于引力的作用，體積收縮，壓力加大，會釋放出大量的熱量。放射性元素的蛻變和隕石的撞擊，也都要放出熱能 盡管原始的星云物質(zhì)是冷冷的，后來地球曾經(jīng)歷過一個高溫時期，至少是局部物質(zhì)處於熱熱的熔融狀態(tài)，以后收縮停止，才又逐漸冷冷卻凝結(jié) 地球圈層的形成地球圈層的形成 重力的作用與高溫的影響，地球里面的物質(zhì)發(fā)生部分熔融，使重者下沉，輕者上浮，出現(xiàn)了大規(guī)模的物質(zhì)分異和遷移，形成了從里向外，物質(zhì)密度從大到小的圈層結(jié)構 鐵和鎳比較重，含量也多，分離出來成為液態(tài)的金屬向中心聚集 地核地核 較輕的硅酸鹽物質(zhì)形成地幔地幔和地幔之上的地殼地殼 氣體和水等輕物質(zhì)被吸引在固體球的外圍
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