宇宙的宇宙是廣漠空間和其中存在的各種天體以及彌漫物質的總稱。宇宙是物質世界，它處于不斷的運動和發(fā)展中。《淮南子〃原道訓》注：“四方上下曰宇，古往今來曰宙，以喻天地?！奔从钪媸翘斓厝f物的總稱。宇宙是由大約150億年前發(fā)生的一次大形成的。在發(fā)生之前，宇宙內的所存物質和能量都到了一起，并濃縮成很小的體積，溫度極高，密度極大，之后發(fā)生了大。大

使物質四散出擊，宇宙空間不斷膨脹，溫度也相應下降，后來相繼出現(xiàn)在宇宙中的所有星系、恒星、行星乃至生命，都是在這種不斷膨脹冷卻的過程中逐漸形成的。然而，大

而產(chǎn)生宇宙的理論尚不能確切

地解釋，“在所存物質和能量 在一點上”之前到底存在著什么東西？（“大

理論”是伽莫夫于1946年創(chuàng)建的。）一、恒星及其演化恒星：凡是由熾熱氣態(tài)物質組成，能自行發(fā)熱發(fā)光的球形或接近球形的天體都可以稱為恒星。宇宙空間中估計有數(shù)以萬億計的恒星，看上去好象都是差不多大小的亮點，但它們之間有很大的差別，恒星的大?。?.05~120個質量；恒星的半徑：半徑的幾千分之一到幾千倍；根據(jù)彌漫說的理論，恒星形成可分為兩個階段，開始時先由極其稀薄的物質凝聚成并進一步收縮成原恒星，然后原恒星才發(fā)展成為恒星。由于每顆恒星的表面溫度不同，它發(fā)出的光的顏色也不同，因此恒星的溫度和顏色差別很大?？茖W家們依光譜特征對恒星進行分類，光譜相同的恒星其表面溫度和物質構成均相同。恒星的溫度與光譜O型:

藍色。如獵戶座ι。B型：藍白色。如大熊座η。A型：白色。如天琴座α。F型：黃白色。如仙后座β。G型：黃色。如

、

座β。K型：橙色。如金牛座α。M型：紅色。如獵戶座α。R和N型：橙到紅色。如雙魚座19號星。S型：紅色。如雙子座R。恒星的光度級可以分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、

Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ，依次稱為超巨星、亮巨星、巨巨星、主序星（或矮星）、亞矮星、白矮星。的光譜型為G2V,顏色偏黃,有效溫度約5,770K。恒星的表面有效溫度由早O型的幾萬度到晚M型的幾千度，差別很大。恒星的光譜能量分布與有效溫度有關，由此可以定出O、B、A、F、G、K、M等光譜型（也可以叫作溫度型）恒星表面的溫度一般用有效溫度來表示，它等于有相同直徑、相同總輻射的絕對黑體的溫度。溫度遞減赫羅圖1911年丹麥天文學家赫茨普龍和天文學家羅素各自獨立繪出亮星的光

度—溫度圖，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)恒星分布在左圖中上方至右下方的一條狹長帶內，從高溫到低溫的恒星形成一個明顯的序列，稱為“主星序”。為了紀念兩位科學家作出的貢獻，人們稱這種圖為赫-羅圖

(HR-diagram)。赫-羅圖揭示了恒星演化的重要規(guī)律，可以說是天文學的一項偉大發(fā)現(xiàn)。從星云形成的原始恒星，到主序星，再發(fā)展到不穩(wěn)定的紅巨星、變星，一直到核燃料殆盡后演變?yōu)橹旅苄?所經(jīng)歷的這一漫長的演化過程在赫羅圖上一目了然。恒星演化進程星際氣體原始星主序星紅巨星超爆發(fā)彌散到星際空間中子星黑洞白矮星冷卻和引力不穩(wěn)定熱核反應(H-

He)元素的中微子產(chǎn)生爆發(fā)性拋射物質輕恒星重元素豐度增加(脈沖星)重恒星平穩(wěn)的拋射物質一般認為恒星是由 凝縮而成，主序星以前的恒星因溫度不夠高，不能發(fā)生熱核反應，只能靠引力收縮來產(chǎn)能。進入主星序之后,中心溫度高達

700萬度以上，開始發(fā)生氫聚變成氦的熱核反應。這個過程很長，是恒星生命中最長的階段。氫燃燒完畢后，恒星 收縮，外部膨脹，演變成表面溫度低而體積龐大的紅巨星，并有可能發(fā)生脈動。那些 溫度上升到近億度的恒星，開始發(fā)生氦碳循環(huán)。恒星的末態(tài)，即它們的歸宿應該是在赫羅圖上主星序的左面。從主星序極右方紅巨星或紅超巨星演變到它們的末態(tài)，一般要拋失質量，甚至要象新星、超那樣大爆發(fā)，然后才演變?yōu)樾行菭畹闹行男恰装腔蛑凶有?。星際氣體星際空間中存在的氣態(tài)原子、分子、電子、離子等。其元素豐度以氫最多，氦次之，其它元素含量很少。星際氣體的分布并不是均勻的，而是形成一塊一塊的云團，而在云團之間或許還彌漫著更加稀薄的氣體和塵埃。星際氣體原始星主序星紅巨星超 爆發(fā)彌散到星際空間中子星黑洞白矮星冷卻和引力不穩(wěn)定熱核反應(H-

He)元素的中微子產(chǎn)生爆發(fā)性拋射物質輕恒星重元素豐度增加(脈沖星)重恒星平穩(wěn)的拋射物質原始星處于從過渡到主序星前慢收縮階段的天體叫原始星。恒星演化早期處在引力收縮階段的濃密星際物質云。也有人更嚴格地把原恒星定義為這樣一種天體：它的主要能源既不像主序星來自氫燃燒，也不像主序前恒星靠準流體靜力學收縮，引力能，而是來自下落物質的吸積。星際物質在引力的作用下開始集中。物質的積累逐步發(fā)展成復雜的結構。物質的集中形成了云團，然后濃縮

成恒星。主序星赫羅圖中沿左上方到右下方的對角線主星序上的恒星稱為主序星；它的體積小，也稱矮星；

目前處于主序星階段。主序星化學組成均勻，

由氫燃燒變?yōu)楹ぁ．斨行牡娜繗涠既紵陼r，就結束主序星演化階段。主序星的演化是準靜態(tài)的變化?，F(xiàn)觀測到的恒星，90％都是主序星。恒星演化過程中，在這個階段停留的時間最長。巨星與紅巨星赫羅圖上體積大、溫度低、光度大的稱為巨星；當一顆恒星度過它漫長的青壯年期——主序星階段，步入老年期時，它將首先變?yōu)橐活w紅巨星。恒星中心核的氫全部燃燒完后就變成了氦核，此時在氦核外邊緣出現(xiàn)了氫燃燒殼層源。由于中心氦核向內收縮，氫殼層源的外殼向外膨脹，恒星則變成紅巨星。稱它為“紅”巨星，是因為在這恒星迅速

膨脹的同時，它的外表面離中心越來越遠，所以溫度將隨之而降低，發(fā)出的光也就越

來越偏紅。不過，雖然溫度降低了一些，

可紅巨星的體積是如此之大，它的光度也

變得很大，極為明亮。肉眼看到的最亮的

星中，許多都是紅巨星。恒星的

及元素的重新分布。、不同質量的恒星結束他們生命的方式不同。低質量的恒星當它們的核減少時平靜地

。類似

的恒星很快坍縮成地球一樣大小的白矮星。大恒星的核幾乎瞬時坍塌，產(chǎn)生這個

—超

，是在

、恒星行星和星際空間發(fā)現(xiàn)的所有重元素的源。元素的形成當星球 的溫度升高到1億度時，氦還會燃燒起來，由氦進一步聚變?yōu)樘?。依次下去，每一次聚變都是更重一級的元素，直?/p>

為鐵。這便是“核 ”或“宇宙煉鐵爐”。大質量星的演化大于9個質量的恒星屬于大質量星；大質量星有強大的星風物質損失，在其演化過程中將外殼大部分或全部損失掉，

出內核，并對

結構產(chǎn)生影響；大質量星經(jīng)歷了從H,He,C,Ne,O,Si,Fe的全部燃燒過程，最后演化階段是超，并且在

后可能遺留下一顆中子星或黑洞。超

爆發(fā)是大質量恒星演化到末期發(fā)生的

性

現(xiàn)象。爆發(fā)時突然增亮上千倍至幾萬倍，

的能量達1040~1045J,

結果是恒星物質全部拋散，流下

遺跡；或是拋射掉大部分能量，留下的部分物質坍縮為致密星。超

爆發(fā)是主序星臨終前的回光返照。在我們系里只發(fā)現(xiàn)8顆超。歷史上最有名的超是1054年出現(xiàn)的，中國宋史對這顆超有詳細的記載：“至和元年五月，晨出東方，守天關，晝見如太白，芒角四出，色赤白，凡見二十三日?！边@是指公元

早晨4點多鐘，在金牛座天關星附近看到的超

，它開始的亮度和太白金星亮度差不多，經(jīng)過23天，又慢慢暗下去了。超余跡白矮星在赫羅圖左下角的一群星，與矮星不同，它已不是正常星了；特征：光度低（

的1/10~1/100），表面溫度高，密度大，是小而白熱化的天體；白矮星已耗盡了核能，沒有能量來源，靠冷卻

的能量而發(fā)光。中子星大恒星的塌縮不僅把電子壓縮得更緊，而且最終把電子壓入了質子，使得它們的電性中和了，變成了中子。中子沒有電性，沒有排斥，宇宙為物質設臵的所有距離都不存在了，物質真正相互碰在了一起。這就是中子星中子星快速旋轉著，規(guī)則地發(fā)射脈沖式射電信號，因而又稱作脈沖星。中子星特點密度為1011kg/cm3，

也就是每立方厘米的質量竟為一億噸之巨！半徑十公里的中子星的質量就與

的質量相當了。中子星的表面磁場很強，高達1億~20億T，比

的普遍磁場強20萬億倍。中子星的電磁輻射能量也很強，是太陽的100萬倍。黑洞黑洞的產(chǎn)生過程類似于中子星的產(chǎn)生過程；更大的恒星演變到后期，

后連原子核都被 了。在比原子核相互挨得更緊湊的物體上，引力大到把一切都封閉到里面的程度了。這就形成了密度高到難以 物質。任何靠近它的物體都會被它吸進去，黑洞就變得像真空吸塵器一樣

。黑洞中隱匿著巨大的引力場，這種引力大到任何東西，甚至連光，都難逃黑洞

掌心。黑洞不讓任何其邊界以內的任何事物被外界看見，這就是這種物體被稱為“黑洞”的緣故。我們無法通過光的反射來觀察它，只能通過受其影響的周圍物體來間接了解黑洞。天文學家們最近通過國家航空航天局的“錢德拉”X射線望遠鏡觀測到了迄今一次黑洞噴發(fā)。有關這一發(fā)現(xiàn)的相關

已

在了2005年《自然》為止最雜志上。們介紹稱，造成這次噴發(fā)的是一個超級黑洞，并且其強度仍在迅速增加。通過這一發(fā)現(xiàn)，科學家們不但進一步認識到了巨型黑洞的超強吞噬能力，同時，也可以據(jù)此研究黑洞噴發(fā)對周圍天體的影響?！板X德拉”望遠鏡拍攝到的上顯示，兩個巨大的空穴從位于星團的黑洞延展開來。據(jù)測算，該黑洞的爆發(fā)已經(jīng)持續(xù)了一億多年，并出了能量巨大的伽馬射線流。暗物質暗物質和普通的物質是非常不同的。由于暗物質不會發(fā)出任何光或是熱，現(xiàn)代的望遠鏡無法觀測到它；它看起來似乎只能通過引力與其他物質發(fā)生相互作用。目前各種天文觀測和結構形成理論強有力地表明宇宙中有大約三分之一是暗物質。暗物質的總質量是普通物質的6倍，同時更重要的是，暗物質主導了宇宙結構的形成。暗物質的本質現(xiàn)在還是個謎。圖中藍色的是暗物質，紅色的發(fā)光物質，兩者已經(jīng)分開了，暗物質觀測的研究是基于對 星系團（Bullet

Cluster）的觀測。星系團是一種不同尋常的宇宙結構，它實際上是兩團星系迎面相遇并彼此穿過而形成的。由于兩個星系團以每小時一億英里的速度撞到一起，它們包含的發(fā)光物質由于相互之間存在引力之外的相互作用力，相互擠壓而出現(xiàn)。但是兩星系團中的暗物質由于相互之間沒有這種排斥力，它們并不，從而直接穿過。這樣就導致暗物質跑到發(fā)光物質的前面去了這樣每個星系團就分成了兩部分：暗物質，發(fā)光物質在后。中心的反物質云康普頓gama射線觀測臺觀測到中心gama射線湮滅產(chǎn)生的亮班。證明 中心有反物質（由正電子和負質子組成的物質）存在。宇宙中每創(chuàng)生出一些物質，就應該相應地創(chuàng)生出等量的反物質。反物質與物質正好相反。舉凡擁有一個正電荷的物質，其反物質必擁有一個負電荷，反之亦然。如果大量物質與反物質彼此相遇，它們就會互相抵消，也就是在一場猛烈的爆發(fā)中互相湮滅，而這種爆發(fā)的則百倍于用與之等量的核聚變物質制造的氫彈。暗能量宇宙中普通物質只占4%，23%的物質為暗物質，73%是暗能量。暗能量是近年宇宙學研究的一個里程碑性的重大成果。支持暗能量的主要 有兩個。一是對遙遠的超 所進行的大量觀測表明，宇宙在加速膨脹。按照愛因斯坦引力場方程，加速膨脹的現(xiàn)象推論出宇宙中存在著壓強為負的"暗能量"。另一個

來自于近年對微波背景輻射的研究精確地測量出宇宙中物質的總密度。我們知道所有的普通物質與暗物質加起來大約只占其1/3左右，所以仍有約2/3的短缺。這一短缺的物質稱為暗能量，其基本特征是具有負壓，在宇宙空間中幾乎均勻分布或完全不結團?，F(xiàn)在物理學的基本理論還無法解釋暗能量。暗能量是二十一世紀物理的最大的。解決這一問題需要新的理論，這樣的理論一旦被找到，很可能是人們長期追求的包括引力在內的各種相互作用的量子理論。這將是一場重大的物理學。二、宇宙的構成恒星與星團星系與星系團超星系團總星系團星團恒星數(shù)量在10個以上、且有物理性質聯(lián)系的星群叫星團；分類：球狀星團

疏散星團和星際物質恒星際空間充滿了星際氣體、塵埃、粒子流、宇宙線和星際磁場等，這些物質統(tǒng)稱為星際物質；星際物質的分布是不均勻的，有的地方氣體和塵埃比較密集，形成各種各樣的云霧狀天體，稱為

。系的

分為彌漫

、行星狀

和超

剩余物質云三類。獵戶座

，又叫做NGC1976，是太空中正在產(chǎn)生新恒星的一個巨大氣體塵埃云獵戶座 是一個X射線源，含有一些赫比格〃阿羅天體、一個脈射源和若干金牛座T型星。由于它離我們很近，獵戶座

是人類研究得最徹底的天體之一。在距離地球約３６００光年處，有一片迷人的貓眼馬頭

---位于獵戶座ζ星附近的暗星云，是天空中最著名的

之一著名的彌漫礁湖鷹嘴馬蹄三葉玫瑰馬頭行星狀星

系由幾十億至幾千億顆恒星以及星際氣體、塵埃組成，尺度為幾千光年到幾十萬光年的引力

系統(tǒng)；按外形和結構，可將星系分為三大類：橢圓星系盤星系（包括沒有旋臂的透鏡星系和旋渦星系）不規(guī)則星系（車輪行星系）（旋渦狀星系）（橢圓行星系）系系是地球和

所在的一個星系，它包含數(shù)千億顆恒星；包含 在內的體稱為銀盤，它是系盤系中的明亮部分。銀盤邊緣到中心大約6.5萬光年，銀盤的直徑約13萬光年。銀盤只是

系的一部分，有些不屬于銀盤的恒星，還遠在它的外邊。系中心的星團系的鄰居離

最近的恒星是半人馬星座的比鄰星（Prohima

Centauri),距離為4.22光年；系位于

系的邊緣；離

系最近的兩個小星系是大、小麥哲倫系；離

系最近的大星系是Andromeda星系，比

系大4倍，距離為200萬光年。半人馬星座比鄰星大麥哲倫星系小麥哲倫星系離

系最近的Andromeda星系碰