3.3人類對宇宙的探索

第2課時浙教版七年級上冊

人們認識到宇宙由銀河系等星系組成，銀河系由幾千億顆像太陽一樣的恒星組成。那么，銀河系有多大？它的中心在哪里？地球位于銀河系的何處？新知導(dǎo)入新知講解

星系是由單顆恒星、恒星系統(tǒng)、星團、塵埃和氣體在引力作用下聚集在一起形成的大型天體系統(tǒng)。天文學(xué)家把大多數(shù)星系分為三類：旋渦星系、橢圓星系和不規(guī)則星系。銀河系和河外星系

銀河系是一個旋渦星系。從側(cè)面看，銀河系呈扁圓盤狀；從上往下看，能夠看到銀河系的漩渦結(jié)構(gòu)。我們無法在地球上看到銀河系的漩渦結(jié)構(gòu)，因為太陽系位于銀河系的一條旋臂上。太陽側(cè)視：像個中間厚四周薄的鐵餅。俯視：像個大漩渦，四條懸臂從中心伸出

銀河系是由眾多恒星及星際物質(zhì)組成的一個巨大星系，所有的恒星都圍繞銀河系的中心旋轉(zhuǎn)。銀河系的直徑約為1.0×105光年，中心厚度約為1.2×104光年，自中心向邊緣逐漸變薄。太陽只是銀河系內(nèi)幾千億顆恒星中的一顆普通恒星。太陽遠離銀河系的中心，它與銀河系中心的距離約2.6×104光年，約2.4億年繞銀河系中心轉(zhuǎn)一圈。恒星彼此相距很遠，離太陽最近的恒星是比鄰星，與太陽相距4.22光年。

銀河系雖然很大，但在整個宇宙中顯得微不足道。銀河系只是廣闊深空中上千億個星系中的一個普通星系。銀河系和銀河系外的河外星系構(gòu)成了廣闊無垠的宇宙。1919年，哈勃用當時最大且最先進的天文望遠鏡，測定了仙女座大星云（星系）的距離，發(fā)現(xiàn)這個距離遠大于銀河系的直徑。因此，哈勃推斷仙女星系一定位于銀河系之外。

1.面向北天星空，先找到大熊星座。北斗七星在天空中呈斗狀，很容易認出。其斗柄在不同季節(jié)指向不同：在晚上八九點鐘觀測，春天斗柄朝東，夏天斗柄朝南，秋天斗柄朝西，冬天斗柄朝北。秋冬夏春北斗星斗柄春夏秋冬對應(yīng)東南西北探索活動：

2.把北斗七星中斗前的兩星連線，并朝斗口方向延伸5倍距離，就可以找到北極星。

天文學(xué)家估計，北斗七星范圍內(nèi)存在100多萬個星系。今天，我們對宇宙的理解已跨越浩瀚的星際空間，延伸到了我們所見的整個宇宙。然而，這些發(fā)現(xiàn)，無論大小，都是無數(shù)科學(xué)家努力探索的成果，是一代代科學(xué)家智慧的結(jié)晶?！皶r光回溯”

遙遠天體發(fā)出的光，有的需要幾百萬年甚至幾十億年才能到達地球。在能夠“觀察”得更遠的望遠鏡的幫助下，科學(xué)家可以從事更早年代的宇宙研究。例如，仙女星系到地球的距離約為250萬光年，即仙女星系發(fā)出的光需要傳播250萬年才能到達地球，也就是說，我們現(xiàn)在看到的仙女星系，是它們在250萬年前發(fā)出的光，光信息記錄的是250萬年前仙女星系上發(fā)生的事件?？茖W(xué)閱讀：太陽

太陽是一顆恒星（正在發(fā)光發(fā)熱的球狀天體）。太陽是銀河系內(nèi)一顆相當普通的恒星。每一顆恒星都有其誕生、演化和死亡的過程，這是一個十分緩慢的過程。

隨著宇宙的膨脹，溫度不斷降低，出現(xiàn)了由中性原子構(gòu)成的宇宙塵埃。宇宙塵埃在引力作用下，會變得更加密集，并越聚越大，形成氣體狀態(tài)的星云團。恒星

隨著星云團的收縮，溫度不斷升高，當溫度變得非常熾熱，星云團就開始發(fā)光。于是恒星誕生了。

當這顆恒星繼續(xù)收縮升溫，溫度超過1×107℃時，將引發(fā)恒星內(nèi)部的氫核發(fā)生聚變反應(yīng)，生成氦并向外釋放出能量，恒星就穩(wěn)定下來，進入主序星階段。太陽的主序星階段可持續(xù)約100億年。太陽已存在約50億年，它的主序星階段還有50億年。

1.圖中展示了恒星的質(zhì)量與它的壽命的關(guān)系。恒星壽命指恒星在耗盡燃燒之前能存在的時間。2.一顆質(zhì)量是太陽80%的恒星能存在多久？一顆質(zhì)量是太陽1.7倍的恒星又能存在多久？3.描述恒星的質(zhì)量與它的壽命的一般關(guān)系。約130億年約30億年

一顆恒星壽命的長短取決于它的質(zhì)量大小。質(zhì)量越大，壽命越短；質(zhì)量越小，壽命越長。探索活動：123456

太陽的光和熱是靠太陽內(nèi)部的核聚變而產(chǎn)生的，太陽的內(nèi)部在不斷地消耗氫。成年階段的太陽大約可以維持100億年的穩(wěn)定狀態(tài)。約50億年后，太陽將進入晚年期。進入晚年期后，當太陽中心缺少足夠的氫時，太陽的球核將開始收縮，太陽外層的氫繼續(xù)變成氦，星體急劇擴大，變成紅色，形成紅巨星。它將膨脹到接近火星軌道，這一過程將吞噬水星、金星、地球，預(yù)計太陽在紅巨星階段將大約持續(xù)10億年時間，亮度將升高到今天的近1萬倍。紅巨星不斷地把外層物質(zhì)拋向太空，在星體周圍形成行星狀星云，它的核聚變過程中形成的一些物質(zhì)將進入星際介質(zhì)參與再循環(huán)，而球核進一步收縮，形成體積極小、密度很高的白矮星。最后，它將慢慢“熄滅”，形成一顆看不見的黑矮星，最終變成星云的一部分，進入新的循環(huán)。

如果恒星的質(zhì)量是太陽的10～20倍，它的體積會急劇變大，形成紅超巨星，隨后爆發(fā)成超新星，最終演變成體積極小、密度極大得中子星。

如果恒星的質(zhì)量是1～8倍太陽質(zhì)量，它會演變成紅巨星，最終演變成白矮星，即體積很小、質(zhì)量不太小得恒星；

1054年，我國發(fā)現(xiàn)并記錄的超新星爆發(fā)，史稱“客星”。蟹狀星云即在這次爆發(fā)后誕生，這是天文學(xué)中第一個被認證具有清晰歷史觀測記錄的超新星遺跡。當恒星的質(zhì)量更大時，其內(nèi)部將產(chǎn)生巨大壓力，物質(zhì)被“壓”成了更為神奇的天體——黑洞。

黑洞的密度非常大，強大的引力使任何物質(zhì)，甚至光都無法逃脫它的吸引。因此，遠處的觀測者無法看到來自黑洞的光。雖然人們看不見黑洞，但科學(xué)家能確定它的存在。2019年，我國天文學(xué)家依托自主研制的國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施郭守敬望遠鏡，發(fā)現(xiàn)了一個迄今為止質(zhì)量最大的恒星級黑洞。2022年5月，天文學(xué)家向人們展示了位于銀河系中心的超大質(zhì)量黑洞的首張照片。銀河系中心黑洞距離地球約2.7×104光年之遙。2016年，科學(xué)家宣布探測到黑洞的存在?？茖W(xué)閱讀：中子星

中子星，是處于演化后期的恒星。當恒星的質(zhì)量大于8倍太陽質(zhì)量時，它就有可能變?yōu)橹凶有?。中子星并不是恒星的最終狀態(tài)，它還會進一步演化為不發(fā)光的黑矮星。

中子星小得出奇，典型的中子星直徑只有20km，但密度大得驚人，1cm3的質(zhì)量達1億噸甚至幾十億噸，且由于巨大的質(zhì)量產(chǎn)生了強大的引力。脈沖星（中子星的一種）的中心壓力可達到1×1028個大氣壓，比地心壓力大3×1021倍，比太陽中心壓力大3×1016倍。

中子星的能量輻射是太陽的近100萬倍，它在1s內(nèi)輻射的總能量若全部轉(zhuǎn)化為電能，就夠目前我們地球用幾十億年。中子星的表面溫度可達到1×107℃，中心溫度還要高數(shù)百萬倍。

根據(jù)科學(xué)家估計，銀河系內(nèi)中子星的總數(shù)在20萬顆以上。課堂總結(jié)一、銀河系①構(gòu)成：由眾由多恒星及星際物質(zhì)組成。像太陽這樣的恒星有2000多億顆②大?。禾煳膶W(xué)上用“光年”表示各恒星之間的距離（光年是指光在一年里通過的距離）。銀河系的直徑約10萬光年③形狀：側(cè)視：像個中間厚四周薄的鐵餅。

俯視：像個大漩渦，四條懸臂從中心伸出④太陽系位置：位于銀河系的一條旋臂上，距銀河系中心約3萬光年。人類對宇宙的探索（二）星際氣體收縮形成中子星黑洞主序星原恒星主序星太陽紅巨星白矮星黑矮星大恒星超紅巨星超新星二、恒星1．如圖是我們熟悉的北斗七星10萬年前、現(xiàn)在和10萬年后的演變圖，看了演變圖后，我們可以得到的啟示是(

)A．它們離地球太遠了B．它們是會運動的行星C．恒星也在運動D．它們會變成小熊星座C課堂練習(xí)2.直徑比太陽大數(shù)十倍、亮度比太陽大得多的紅色恒星是（）A.超新星 B.超巨星

C.白矮星

D.黑洞3.有關(guān)黑洞的描述，正確的是（）A.黑洞是宇宙空間中某些黑色區(qū)域，這里什么物質(zhì)也沒有B.黑洞不是恒星C.黑洞