第三章宇宙的起源与演化教学目的要求：了解宇宙基本构成和人类宇宙观的历史演变；了解天文领域的重大成就，理解宇宙大爆炸理论的基本观点；掌握恒星诞生、演化、结局的规律。
教学重点：宇宙大爆炸理论、恒星的演化。
教学难点：宇宙大爆炸理论。
教学具体内容：宇宙的起源和演化、宇宙概观；人类对宇宙的认识和探索；宇宙的起源和演化；星系；恒星；太阳和太阳系；第一节人类探索宇宙的历程一、古人对宇宙的认识古代自然哲学家们对宇宙问题的探讨，大多是在大地和天空的相互关系问题上。
随着科学的发展，后来又进入到地球和太阳之间的关系上。
古代各民族都有自己对宇宙的认识和想象。
它们带有深刻的民族特点。
比如，中国古代就逐渐形成“天圆如张盖，地方如棋局”；古代埃及人认为大地是漂浮在水上的；古希腊人则认为大地下有支柱支撑着；古印度想象大地是驮在大象背上的；……。
地心说：公元2世纪，古希腊天文学家托勒密在总结前人对宇宙认识的基础上，提出“地球中心说”的宇宙模式。
日心说：1543年，波兰天文学家哥白尼又建立了“太阳中心说”的宇宙模式。
二、人类的探索当人类还处于原始社会时期，就注意到天象与周围环境的变化关系，日升日落，月缺月圆，寒来暑往，斗转星移，形成了人们最初的日、月、季节、年的时间概念，并由此开始了对天的观测，专门观测天空的场所——天文台和各种观测仪器也随之建立和发明。
从古老的观天遗址到现代的天文台，从最初的目视观测到现在巨大的光学天文望远镜和射电天线阵，这期间经历了几千年的漫长历程。
伴随着天文观测工具的发明和不断改进，以天文观测为基础的古老天文学，得到了飞速的发展。
用现代科学技术装备起来的现代天文台和太空探测器，为人类打开了一个个崭新的宇宙窗口，借助于这些现代化的观测工具，人类正在探索茫茫宇宙的奥秘。
三、人类宇宙观的历史演变早期：宇宙图景、地心说哥白尼：日心说康德-拉普拉斯：星云假说牛顿：无限宇宙理论模型爱因斯坦：静态有限无界宇宙模型弗里德曼：膨胀与缩小交替进行哈勃：发现河外星系、星系退行勒梅特：膨胀宇宙模型第二节宇宙概观一、宇宙概观宇宙，是我们所在的空间，又是我们所在的时间。
“宇”字的本义就是指“上下四方”，“宙”的本意就是指“古往今来”。
宇宙多样性在于物质表现形态的各异；统一性就在于其物质性。
天体（恒星、星云、行星、卫星、彗星、星际物质、各类射线等等）──→宇宙1、天球和天球坐标天球我们站在地球上仰望星空，看到天上的星星好像都离我们一样远。
星星就好像镶嵌在一个圆形天幕上的宝石。
实际星星和我们的距离有远有近，我们看到的是它们在这个巨大的圆球球面上的投影，这个假想的圆球就称为天球，它的半径是无限大。
而地球就悬挂在这个天球中央。
目的：为了研究天体在天空中的位置和运动。
天球坐标北天极、南天极、天赤道、赤纬线、赤经线等2、人类已知的天体系统小→大：地月系────→太阳系────→银河系/河外星系────→总星系（有一、二千亿颗恒星）（约有10亿个星系）第三节、宇宙的起源和演化1、现代宇宙学的诞生二十世纪以来，在大量的天文观测资料和现代物理学的基础上，产生了现代宇宙学。
现代宇宙学包括密切联系的两个方面，即观测宇宙学和理论宇宙学。
前者侧重于发现大尺度的观测特征，后者侧重于研究宇宙的运动学和动力学以及建立宇宙模型。
1915年爱因斯坦提出他的革命性的广义相对论。
在该理论中，空间和时间不再是绝对的，不再是事件的固定背景。
1917年，爱因斯坦将他的广义相对论应用于宇宙学研究，得到了一个无限界的静态宇宙模型。
→现代宇宙学。
2、宇宙膨胀的证据1924年费里德曼（I.Fredman）：在广义相对论的框架下，从理论上论证了宇宙要么膨胀，要么收缩，决不会保持静止状态。
1929年哈勃（E.P.Hubble）：观测到大多数星系光谱具有红移现象，其红移量大致与星系的距离成正比。
3、宇宙起源的“大爆炸模型”宇宙诞生之前，没有时间，没有空间，也没有物质和能量。
大约150亿年前，在这四大皆空的“无”中，一个体积无限小的点爆炸了。
时空从这一刻开始，物质和能量也由此产生，这就是宇宙创生的大爆炸。
刚刚诞生的宇宙是炽热、致密的，随着宇宙的迅速膨胀，其温度迅速下降。
最初的1秒钟过后，宇宙的温度降到约100亿度，这时的宇宙是由质子、中子和电子形成的一锅基本粒子汤。
随着这锅汤继续变冷，核反应开始发生，生成各种元素。
这些物质的微粒相互吸引、融合，形成越来越大的团块，并逐渐演化成星系、恒星和行星，在个别天体上还出现了生命现象。
然后，能够认识宇宙的人类终于诞生了。
这幅大爆炸图景，是目前关于宇宙起源最可能的一种解释，被称为“大爆炸模型”。
大爆炸理论诞生于20年代，在40年代由伽莫夫等人进行补充和发展，但一直寂寂无闻。
直到50年代，人们才开始广泛注意这个理论，不过也只是觉得它很好玩，并不信服。
人们更愿意认为，宇宙是稳定的、永恒的。
但是，越来越多的证据表明，大爆炸模型在科学上有强大的说服力。
我们不得不相信，宇宙有一个开始，也将有一个终结。
它产生于“无”，也终将回归于“无”。
4、宇宙的演化按照大爆炸模型，宇宙在诞生后不断膨胀，与此同时，物质间的万有引力对膨胀过程进行牵制。
如果宇宙的总质量大于某一特定数值，那么总有一天宇宙将在自身引力的作用下收缩，造成与大爆炸相反的“大坍塌”。
如果宇宙总质量小于这一数值，则引力不足以阻止膨胀，宇宙就将永远膨胀下去。
四、星系1、银河和银河系2、太阳在银河系的位置和运动3、星系4、总星系5、星系的形成和演化五、恒星恒星是由热气体组成的，能自行发光的球体或接近球形的天体。
恒星的成分，按组成成分而言约为70%的氢、20%的氦、1.5%的碳、氮、氧等和0.5%的铁元素等。
多数恒星质量在0.1至10个太阳质量之间大的恒星质量是太阳的120多倍，而小的恒星质量只有太阳的百分之几。
恒星的数量庞大，我们用肉眼可看到的大约有6500多颗，在望远镜中能看到的恒星在几百万颗以上。
在地球上遥望夜空，宇宙是恒星的世界。
太阳是最接近的地球的一颗恒星。
1、恒星发光恒星的颜色多种多样，有的发红，有的发黄，有的发蓝，有的发白，表面温度和亮度也各有差别，表面温度越高，表面积越大，光度就越大。
颜色是恒星温度的反应。
兰色→温度高（40000K）红色→温度低（3000K）2、恒星的亮度和光度亮度：地球上受光强度。
→视星等，6等光度：恒星本身的发光能力。
→绝对星等恒星发光的能力有强有弱。
天文学上用“光度”来表示它。
所谓“光度”，就是指从恒星表面以光的形式辐射出的功率。
恒星表面温度越高，表面积越大，光度就越大。
从恒星的颜色和光度，科学家能提取出许多有用信息来。
3、恒星的多样性恒星的种类繁多，有双星、变星、聚星、新星、超新星等，大小各不相同。
双星：在浩瀚的银河系中，我们发现的半数以上的恒星都是双星体，它们之所以有时被误认为单个恒星，是因为构成双星的两颗恒星相距得太近了，它们绕共同的质量中心作圆形轨迹运动，以至于我们很难分辨它们，这其中包括著名的第一亮星天狼星。
4、恒星的起源和演变恒星诞生于太空中的星际尘埃（科学家形象地称之为“星云”或者“星际云”）。
恒星的“青年时代”是一生中最长的黄金阶段——主星序阶段，这一阶段占据了它整个寿命的90％。
在这段时间，恒星以几乎不变的恒定光度发光发热，照亮周围的宇宙空间。
在此以后，恒星将变得动荡不安，变成一颗红巨星；然后，红巨星将在爆发中完成它的全部使命，把自己的大部分物质抛射回太空中，留下的残骸，也许是白矮星，也许是中子星，甚至黑洞……就这样，恒星来之于星云，又归之于星云，走完它辉煌的一生。
六、太阳和太阳系1、太阳恒星：巨大的质量：地球的33.3万倍，1.989×1018t、球状、自己发光。
能量来源：核聚变反应，4H→He太阳大气：光球、色球、日冕太阳活动：耀斑、日珥、太阳黑子2、太阳系行星：八颗卫星、彗星、流星体3、太阳系的起源康德-拉普拉多假说：1755年，德国哲学家康德(Immanuel Kant)首先提出了太阳系起源的星云假说。
他认为，太阳系是由原始星云按照万有引力定律演化而成。
在这个原始星云中，大小不等的固体微粒在万有引力的作用下相互接近，大微粒吸引小微粒形成较大的团块，团块又陆续把周围的微粒吸引过来，这样，团块越来越大，而“天体在吸引最强的地方开始形成”。
引力最强的中心部分吸引的物质最多，先形成太阳。
外面的微粒在太阳吸引下向其下落时，与其它微粒碰撞而改变方向，变成绕太阳作圆周运动；运动中的微粒又逐渐形成引力中心，最后凝聚成朝同一方向转动的行星。
41年后，法国著名的数学家和天文学家拉普拉斯（Pierre Simon Laplace）也独立提出了关于太阳系起源的星云假说。
与康德的星云说不同之处在于，他认为太阳系是由炽热气体组成的星云形成的。
气体由于冷却而收缩，因此自转加快，离心力也随之增大，于是星云变得十分扁平。
在星云外缘，离心力超过引力的时候便分离出一个圆环，这样反复分离成许多环。
圆环由于物质分布不均匀而进一步收缩，形成行星，中心部分形成太阳。
继星云说之后，又相继出现了“灾变说”、“俘获说”等理论。
随着现代天体物理学和物理学的发展，特别是恒星演化理论的建立，产生了现代星云说，并逐渐占了主导地位。
现代星云假说根据观测资料和理论计算，提出它的主要观点：太阳系原始星云是巨大的星际云瓦解的一个小云，一开始就在自转，并在自身引力作用下收缩，中心部分形成太阳，外部演化成星云盘，星云盘以后形成行星。
目前，现代星云说又存在不同学派，这些学派之间还存在着许多差别，有待进一步研究和证实。
思考题：1.简述宇宙大爆炸模型的基本观点。
2.恒星演化有哪三种结局？3.从人类探索宇宙的历程来看自然科学的发展具有哪些特点？。
