天文學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)
1．什么是宇宙？
宇宙是天地萬物，是廣漠空間和其中存在的各種天體以及彌漫物質(zhì)的總稱。
辨證唯物主義哲學(xué)認(rèn)為，世界的本質(zhì)是物質(zhì)的，物質(zhì)可以轉(zhuǎn)換不同的存在形式，但在本質(zhì)上是永久存在，永久不滅的。宇宙是普遍永恒的物質(zhì)世界，在空間和時(shí)間上都是無限的。從空間看宇宙是無邊無際，它沒有邊界，沒有形狀，也沒有中心，如果承認(rèn)宇宙以外還有什么東西，就否認(rèn)了世界的物質(zhì)本性；從時(shí)間看宇宙無始無終，它沒有起源，沒有年齡，也不會(huì)終結(jié)，如果承認(rèn)宇宙有起源，就會(huì)導(dǎo)致創(chuàng)世說，實(shí)際上也否認(rèn)了世界的物質(zhì)本性。
但具體事物的有限性也不能否認(rèn)。宇宙的無限與具體事物的有限并不矛盾，因?yàn)橹挥袩o數(shù)具體的有限才能構(gòu)成全部的無限。人類觀察到的宇宙是動(dòng)態(tài)的，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人類所知的宇宙在不斷擴(kuò)大。18世紀(jì)以前人類認(rèn)識(shí)宇宙的范圍只限于太陽系，隨后認(rèn)識(shí)到太陽系以外還有千億個(gè)恒星，它們組成了銀河系。19世紀(jì)人類又發(fā)現(xiàn)了河外星系，發(fā)現(xiàn)銀河系在宇宙大家庭中只不過是相當(dāng)渺小的一員。20世紀(jì)50年代的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡、60年代的射電天文望遠(yuǎn)鏡把人類對(duì)宇宙的探測(cè)距離猛增，人類可以永遠(yuǎn)擴(kuò)大自己對(duì)物質(zhì)世界的觀察視野，不會(huì)停留于某一固定的邊界上，這有力證明宇宙是無限的。
天文學(xué)上通常將天文觀測(cè)所及的整個(gè)時(shí)空范圍稱為“可觀測(cè)宇宙”，有時(shí)又叫“我們的宇宙”，或簡(jiǎn)稱“宇宙”?，F(xiàn)代科學(xué)的基本觀念之一，就是可觀測(cè)宇宙也像其他事物一樣，有它誕生發(fā)展的歷史。據(jù)現(xiàn)代宇宙學(xué)說估算，宇宙年齡是極其漫長(zhǎng)的，約為150億歲；可觀測(cè)的全部宇宙空間是極為龐大的，已觀測(cè)到的最遠(yuǎn)的星系距離我們大約150億光年。
宇宙既有統(tǒng)一性又有多樣性。宇宙的統(tǒng)一性在于它的物質(zhì)性，宇宙的多樣性在于物質(zhì)的表現(xiàn)形式千差萬別，組成宇宙的物質(zhì)在存在狀態(tài)、質(zhì)量和性質(zhì)上有著極大的差異。
宇宙是由各類天體和彌漫物質(zhì)組成的。宇宙中有形形色色的天體，恒星、星云、行星、衛(wèi)星、彗星、流星等天體都是宇宙物質(zhì)的存在形式。
2．什么是恒星和星云？
宇宙中最主要的天體是恒星和星云，因?yàn)樗鼈儞碛芯薮蟮馁|(zhì)量。恒星是由熾熱氣態(tài)物質(zhì)組成，能自行發(fā)熱發(fā)光的球形或接近球形的天體。恒星是像太陽一樣本身能發(fā)光的星球，晴夜用肉眼看到的許多閃閃發(fā)光的星星中，絕大多數(shù)是恒星。星云是由極其稀薄的氣體和塵埃組成的，形狀很不規(guī)則，似云霧狀的天體。
3．什么是星系？
由無數(shù)恒星和星際物質(zhì)構(gòu)成的巨大集合體稱為星系。它們的尺度可以從幾千到幾十萬光年。星系或稱恒星系，是宇宙系統(tǒng)中的重要一環(huán)。星系數(shù)量眾多。到目前為止，人們已在宇宙中觀測(cè)到了約1000億個(gè)星系。地球就處在由1000多億顆恒星以及銀河星云組成銀河系中。有的星系離銀河系較近，可以清楚地觀測(cè)到它們的結(jié)構(gòu)。離銀河系最近的星系——大麥哲倫星云和小麥哲倫星云，距離為十幾萬光年。有的非常遙遠(yuǎn)，目前所知最遠(yuǎn)的星系離我們有近150億光年。
人們把目前所認(rèn)識(shí)到的宇宙部分，包括已觀測(cè)到的所有星系，稱為總星系。
4．人類宇宙觀的演變過程。
人類早期對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)十分幼稚，世界上的各文明古國都有關(guān)于天地起源和結(jié)構(gòu)的種種傳說，充滿著想象。古代關(guān)于宇宙的構(gòu)造和本原也有過許多學(xué)說，最主要是亞里士多德——托勒密的地心說，認(rèn)為地球是宇宙的中心，這一學(xué)說占統(tǒng)治地位的時(shí)間長(zhǎng)達(dá)1400年之久。
近代人類對(duì)宇宙認(rèn)識(shí)的轉(zhuǎn)變始于16世紀(jì)，哥白尼倡導(dǎo)了日心說，他在《天體運(yùn)行論》一書中提出“太陽是宇宙的中心”。發(fā)明了天文望遠(yuǎn)鏡，他的觀察和發(fā)現(xiàn)支持了日心說。到17世紀(jì)，牛頓開辟了以力學(xué)方法研究宇宙學(xué)的途徑，建立了經(jīng)典宇宙學(xué)。20世紀(jì)愛因斯坦創(chuàng)立了廣義相對(duì)論，提出了“有限、無邊、靜態(tài)”的相對(duì)論宇宙模型。
20世紀(jì)以來，天文觀測(cè)的尺度大大擴(kuò)展，達(dá)到上百億年和上百億光年的時(shí)空區(qū)域，宇宙膨脹的動(dòng)態(tài)宇宙演化觀念進(jìn)入了人類的意識(shí)。20年代，首先由前蘇聯(lián)物理學(xué)家和數(shù)學(xué)家弗里德曼提出了均勻各向同性膨脹的動(dòng)態(tài)宇宙模型。特別是哈勃，發(fā)現(xiàn)了紅移定律后，到40年代形成了伽莫夫的宇宙大爆炸理論，促成了現(xiàn)代宇宙學(xué)的誕生。20世紀(jì)70年代，霍金進(jìn)一步用廣義相對(duì)論推演宇宙演變，提出了宇宙起源和終結(jié)的論斷，已經(jīng)被科學(xué)界廣泛接受。
5．什么是現(xiàn)代宇宙學(xué)？
現(xiàn)代宇宙學(xué)所研究的就是現(xiàn)今直接或間接觀測(cè)所及的整個(gè)天區(qū)的大尺度時(shí)空的性質(zhì)、物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的形態(tài)和規(guī)律。
6．關(guān)于大爆炸理論
“宇宙大爆炸理論” 是現(xiàn)代宇宙學(xué)中最著名、也是影響最大的一種學(xué)說，它是到目前為止關(guān)于宇宙起源最科學(xué)的一種解釋。大爆炸理論的主要觀點(diǎn)是認(rèn)為整個(gè)宇宙最初聚集在一個(gè)“原始原子”中，然后突然發(fā)生大爆炸，使物質(zhì)密度和整體溫度發(fā)生極大的變化，宇宙從密到稀、從熱到冷、不斷膨脹，形成了我們的宇宙。最初那次無與倫比的爆發(fā)就被稱為大爆炸，這一關(guān)于宇宙起源的理論則被稱為宇宙大爆炸理論。
宇宙大爆炸的設(shè)想最早由比利時(shí)天文學(xué)家勒梅特在1932年提出的。到20世紀(jì)40年代，美籍俄國天體物理學(xué)家伽莫夫提出了熱大爆炸宇宙學(xué)模型，并計(jì)算出爆炸之初的溫度、溫度下降的快慢等，論述了演化過程。大爆炸理論在誕生之初由于缺少證據(jù)并不使人信服，但到20世紀(jì)60年代以后，越來越多的證據(jù)表明大爆炸模型在科學(xué)上有強(qiáng)大的說服力，特別是英國著名理論物理學(xué)家斯蒂芬·霍金對(duì)于宇宙起源后最初的宇宙演化圖景作了清晰的闡釋。
7．宇宙的演化過程分為哪幾個(gè)階段？
根據(jù)大爆炸宇宙學(xué)模型的觀點(diǎn)，宇宙150億年的演化過程分為三個(gè)階段。大爆炸的整個(gè)過程大致是這樣的：
大約150億年前，宇宙內(nèi)的所存物質(zhì)和能量都聚集到了一起，并濃縮成很小的體積，溫度極高，密度極大。突然，這個(gè)體積無限小的點(diǎn)在四大皆空的“無”中爆炸了，時(shí)空從這一刻開始，物質(zhì)和能量也由此產(chǎn)生，這就是宇宙創(chuàng)生的大爆炸。人們將大爆炸的瞬間定作宇宙年齡“零”時(shí)。
第一個(gè)階段是宇宙的極早期。宇宙處在這個(gè)階段的時(shí)間特別短，短到以秒來計(jì)，稱為“太初第一秒”。剛剛誕生的宇宙是極其熾熱、致密的，隨著宇宙迅速膨脹，溫度急速下降。宇宙年齡為百分之一秒時(shí)，溫度降到1000億攝氏度；宇宙年齡為1秒時(shí)，溫度繼續(xù)下降，但仍高達(dá)100億攝氏度以上，宇宙處于一種極高溫、高密的狀態(tài)，當(dāng)時(shí)除氫核——質(zhì)子外，沒有任何別的化學(xué)元素，只有由質(zhì)子、中子、電子、光子等基本粒子混合而成，成為熱平衡狀態(tài)下的“宇宙湯”。
第二個(gè)階段是化學(xué)元素形成階段，大約經(jīng)歷了數(shù)千年。在“宇宙湯”中，原先只有中子和質(zhì)子等基本粒子，在3分鐘時(shí)中子和質(zhì)子之比為1：6。隨著整個(gè)宇宙體系不斷膨脹，溫度很快下降。當(dāng)溫度降到10億度左右時(shí)，中子開始失去自由存在的條件，化學(xué)元素從這一時(shí)期開始形成。中子和質(zhì)子開始核聚變過程，所有的中子迅速合成到由兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子構(gòu)成的氦核中，余下的質(zhì)子就成了氫原子核。這一時(shí)期還合成了其它輕元素，如氘、氚、鋰、鈹、硼等，數(shù)量較少。各種輕元素的豐度——即與氫的比例在宇宙各處都是一定的。當(dāng)溫度進(jìn)一步下降到100萬攝氏度時(shí)，早期形成化學(xué)元素的過程就結(jié)束了。此時(shí)宇宙間的物質(zhì)主要是這些比較輕的原子核和質(zhì)子、電子、光子等，光輻射很強(qiáng)，但是沒有星體存在。
第三個(gè)階段是宇宙形成的主體階段。這個(gè)階段的時(shí)間最長(zhǎng)，至今我們?nèi)陨钤谶@一階段中。這一階段起始于溫度降到幾千攝氏度時(shí)，此時(shí)上述各種原子核開始與電子結(jié)合為中性原子，這一過程稱為復(fù)合。由于溫度的降低，輻射也逐步減弱，宇宙間主要是氣態(tài)物質(zhì)，這些物質(zhì)的微粒相互吸引、融合，形成越來越大的團(tuán)塊。又過了幾十億年，中性原子在引力作用下逐漸聚集，先后形成了各級(jí)天體。氣體逐漸凝聚成星云，并逐漸演化成星系、恒星和行星，再進(jìn)一步形成各種各樣的恒星體系，成為我們今天所看到的五彩繽紛的星空世界。在個(gè)別天體上還出現(xiàn)了生命現(xiàn)象，人類也終于在地球上誕生了。
8．支持大爆炸理論的依據(jù)有哪些？
宇宙大爆炸理論之所以能從剛提出的時(shí)候不受關(guān)注，到后來的異軍突起，是因?yàn)榇蟊ɡ碚撚袑?shí)際依據(jù)，在它誕生前后不斷得到了大量天文觀測(cè)事實(shí)的支持。
觀測(cè)宇宙學(xué)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在目前觀測(cè)所及的范圍內(nèi)存在著許多重要的系統(tǒng)性特征，例如：星系紅移、微波背景輻射、宇宙元素的豐度、宇宙的年齡等，這些觀測(cè)事實(shí)都可以用大爆炸模型來論證：
1〕星系紅移
天文學(xué)家觀測(cè)到河外天體有系統(tǒng)性的譜線紅移，用多普勒效應(yīng)解釋，紅移就是宇宙膨脹的反映，這完全符合大爆炸理論。
1929年，哈勃發(fā)現(xiàn)不同距離的星系發(fā)出的光，顏色上稍稍有些差別。遠(yuǎn)星系的光要比近星系紅一些，即波長(zhǎng)要長(zhǎng)一些，它說明各星系正以很高的速度彼此飛離。這一現(xiàn)象可以用火車遠(yuǎn)離我們行駛時(shí)汽笛的聲調(diào)（即頻率）所發(fā)生的變化來比擬：當(dāng)一列火車快速駛遠(yuǎn)時(shí)，它的汽笛聲聽來會(huì)沉悶很多，因?yàn)槁暡ㄏ鄬?duì)于我們的頻率變低、波長(zhǎng)變長(zhǎng)了，這就是多普勒效應(yīng)。把聲波換成光產(chǎn)生的效果就是紅移，它被解釋為是由星系系統(tǒng)地向遠(yuǎn)離我們的方向運(yùn)動(dòng)時(shí)的多普勒效應(yīng)產(chǎn)主的，可見星系都在做遠(yuǎn)離我們的運(yùn)動(dòng)。
哈勃總結(jié)出譜線紅移的規(guī)律是：越遠(yuǎn)的星系它的光譜線紅移量就越大，因而遠(yuǎn)離我們而去的速度就越大，也就是說，對(duì)遙遠(yuǎn)星系，紅移量與星系離我們的距離成正比，這紅移叫宇宙學(xué)紅移，或稱為“哈勃紅移”，這就是著名的哈勃定律。此后，在紅外及整個(gè)電磁波波段都觀測(cè)到了這個(gè)規(guī)律。哈勃對(duì)眾多星系的光譜進(jìn)行研究后確認(rèn)紅移是一種普遍現(xiàn)象，這表明宇宙正在膨脹。這一發(fā)現(xiàn)奠定了現(xiàn)代宇宙學(xué)的基礎(chǔ)。
河外星系普遍遠(yuǎn)離我們而去，是因?yàn)橛钪嬲幵诤陚サ恼w膨脹之中。把宇宙中的星系想象成面包中的葡萄干，有助于理解它們隨宇宙膨脹而彼此遠(yuǎn)離的圖景：當(dāng)一只嵌有許多葡萄干的巨大的面包膨脹時(shí)，其中的葡萄干就會(huì)隨之彼此遠(yuǎn)離，其中每一顆葡萄干都會(huì)發(fā)現(xiàn)其它所有的葡萄干都在離開自己。相距越遠(yuǎn)的葡萄干彼此分離的相對(duì)速度也越大。在任何一個(gè)星系上，都會(huì)看到同樣的情景。
此外由于萬有引力的作用，宇宙膨脹的速度會(huì)隨時(shí)間發(fā)生變化。萬有引力作用于宇宙中一切物質(zhì)與能量之間，起到剎車的作用，阻止星系往外跑，從而使膨脹速度越來越慢。在誕生初期，宇宙從高密度狀態(tài)迅速膨脹，隨著時(shí)間的推移，體積越來越大，膨脹速度則越來越小。將這個(gè)過程向回追溯到宇宙創(chuàng)生的那一刻，可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)時(shí)宇宙體積為零，而膨脹速度為無限大。這就是大爆炸。
宇宙整體膨脹的發(fā)現(xiàn)，乃是20世紀(jì)最大的科學(xué)成就之一。如今人們不斷探測(cè)到更多更遠(yuǎn)的星系，但哈勃定律對(duì)它們依然成立。這個(gè)模型就叫做宇宙膨脹模型或大爆炸模型。
2〕微波背景輻射
微波背景輻射是150億年前發(fā)生的大爆炸在今天的宇宙結(jié)構(gòu)上留下的印跡。根據(jù)大爆炸理論，通過宇宙膨脹速度等可以具體計(jì)算宇宙每一歷史時(shí)期的溫度，伽莫夫等人在1948年就斷言，我們的宇宙從最初的高溫狀態(tài)膨脹到現(xiàn)在已經(jīng)很冷了，目前宇宙中應(yīng)到處存在著一定溫度的背景輻射，相應(yīng)的溫度大約是5K。由于它的輻射峰值在微波波段，故稱為宇宙微波背景輻射。
1964年，原初宇宙這一最重要的遺跡被發(fā)現(xiàn)了。美國貝爾電話公司工程師彭齊亞斯和威爾遜在調(diào)試巨大的喇叭形天線時(shí)，出乎意料地收到一種無線電干擾噪聲，這種噪聲在天空中的任何方向上都能接收到，各個(gè)方向上信號(hào)的強(qiáng)度都一樣，而且歷時(shí)數(shù)月而無變化。這種噪聲的波長(zhǎng)在微波波段，這一發(fā)現(xiàn)正是大爆炸宇宙論預(yù)言的宇宙微波背景輻射，經(jīng)過進(jìn)一步測(cè)量和計(jì)算，得出輻射溫度是2．7K，一般稱之為3K宇宙微波背景輻射。1989年，美國航空和航天局專門發(fā)射了宇宙背景探測(cè)器衛(wèi)星，對(duì)宇宙背景輻射進(jìn)行更精密的測(cè)量。
宇宙微波背景輻射的發(fā)現(xiàn)，是繼1929年哈勃發(fā)現(xiàn)星系譜線紅移之后的又一重大的天文成就，因此它被列為20世紀(jì)60年代天文學(xué)四大發(fā)現(xiàn)之一。微波背景輻射的發(fā)現(xiàn)有力地支持了宇宙大爆炸理論。
3〕宇宙元素的豐度
大爆炸模型預(yù)言宇宙應(yīng)當(dāng)由大約25％的氦和75％的氫組成，這與天文測(cè)量結(jié)果極為符合。在宇宙中，氫和氦是最豐富的元素，二者豐度之和約占99％。而且氫和氦的豐度比在許多不同的天體上均約為三比一左右。
按標(biāo)準(zhǔn)宇宙模型，在熱平衡的“宇宙湯”階段，中子與質(zhì)子的數(shù)量相等。隨著宇宙的膨脹，宇宙變冷，二者比例降低。中子和質(zhì)子很容易聚合在一起，開始了形成氦核的核反應(yīng)，產(chǎn)生由兩個(gè)質(zhì)子、兩個(gè)中子組成的氦核。這個(gè)過程用完了所有的中子，形成的氦約占宇宙物質(zhì)總質(zhì)量的四分之一，余下的質(zhì)子就成了氫原子核，即氦同氫的質(zhì)量分別占25％和75％。這也說明元素形成時(shí)其它元素的份量很少，宇宙中幾乎全是氫和氦。從太陽系、其它恒星、星際介質(zhì)、不同星系以及宇宙射線觀測(cè)和研究中獲得的數(shù)據(jù)表明，宇宙氦的含量在22％～25％之間，而氫與氦的質(zhì)量比約為3：1，理論值與觀測(cè)值接近。另外同一時(shí)期合成的氘、氚、鋰、鈹、硼等輕元素盡管數(shù)量比氫、氦少得多，但理論給出的豐度值與實(shí)際觀測(cè)也較接近。這些事實(shí)對(duì)“大爆炸宇宙”模型是有力的支持。因此，宇宙中99％以上的物質(zhì)是由最初形成的氫與氦構(gòu)成的；而造成行星和生命的豐富多彩的重元素還不到宇宙總質(zhì)量的l％，它們大部分是在形成恒星后產(chǎn)生的。
4〕宇宙的年齡
宇宙有開端就有年齡。根據(jù)宇宙膨脹的速率倒推，大爆炸發(fā)生在約150億年前。如果宇宙正在膨脹，星系正在彼此遠(yuǎn)離，那宇宙過去必定比較小，星系過去必定靠得更近。如果能把宇宙史這個(gè)過程倒過來進(jìn)行，勢(shì)必會(huì)發(fā)現(xiàn)在過去的某個(gè)時(shí)刻，所有的星辰都是聚合在一起的。也就是說，較早時(shí)代的宇宙，物質(zhì)密度會(huì)更高。繼續(xù)這一推理就意味著過去必定存在一個(gè)有限的時(shí)刻，那時(shí)宇宙中的物質(zhì)被壓縮為極其高密的狀態(tài)。按照哈勃定律將星系的距離除以各自的速度，就可估計(jì)出那一時(shí)刻距今約150億年。
這段時(shí)間對(duì)所有星系來說是共同的。根據(jù)大爆炸理論，宇宙中一切天體都是在溫度下降后產(chǎn)生的，因而任何天體的年齡都應(yīng)比自溫度降至今天這一段時(shí)間為短，所有恒星的年齡都不應(yīng)超過由宇宙年齡所確定的上限。各種天體年齡的測(cè)量證明了這一點(diǎn)。利用放射性同位素含量測(cè)定年代的方法，人們測(cè)量了地球上最古老的巖石，測(cè)量了宇航員從月球上帶回的土壤、巖石樣品，測(cè)量了來自行星際空間的隕石，發(fā)現(xiàn)它們的年齡均不超過47億年。恒星的年齡可從它們的發(fā)光速率與能源儲(chǔ)備來估算，根據(jù)熱核反應(yīng)提供恒星能源的理論，人們估計(jì)出銀河系中最老恒星的年齡為100－150億年。用這兩種完全不同的方法得到的天體年齡與“宇宙齡”是協(xié)調(diào)一致的，這對(duì)大爆炸宇宙模型是十分有力的支持。
上述天文觀測(cè)事實(shí)極大地支持了大爆炸模型。當(dāng)然大爆炸宇宙論也還存在許多未解決的難題，還有待于深入研究和取得更多的觀測(cè)資料，才能得到進(jìn)一步的結(jié)論。
9．宇宙的未來是怎樣的？
大爆炸宇宙論指出150億年之前的大爆炸是空間、時(shí)間、物質(zhì)與能量的起源，這一學(xué)說是有關(guān)宇宙起源和演化的種種學(xué)說中最有說服力，觀測(cè)事實(shí)最為豐富，因而也最廣泛地為人們所采納。但我們的宇宙是否會(huì)永遠(yuǎn)膨脹下去？宇宙今后的圖景和未來的命運(yùn)又是怎樣的呢？大爆炸宇宙論并沒有給出明確的答復(fù)。
按照大爆炸模型，宇宙在誕生后不斷膨脹，與此同時(shí)，物質(zhì)間的萬有引力對(duì)膨脹過程進(jìn)行牽制。這里有兩種可能：
一種可能是宇宙膨脹將永遠(yuǎn)繼續(xù)下去。如果宇宙總質(zhì)量小于某一特定數(shù)值，則引力不足以阻止膨脹，宇宙就將一直膨脹下去。在這個(gè)系統(tǒng)里，引力雖不足以使膨脹停止，但會(huì)不斷地消耗著系統(tǒng)的能量，使宇宙緩慢地走向衰亡。宇宙越來越稀薄和寒冷，直至物質(zhì)本身最后衰亡，只剩下宇宙背景輻射。到非常遙遠(yuǎn)的將來，所有的恒星燃盡熄滅，茫茫黑暗中潛伏著一些黑洞、中子星等天體。黑洞釋放出微弱的輻射，最終全都以熱和光的形式蒸發(fā)掉。足夠長(zhǎng)的時(shí)間之后，連質(zhì)子這樣穩(wěn)定的基本粒子也衰變、消亡了，宇宙最終變成一鍋稀得難以置信的湯，其中有光子、中微子，越來越少的電子和正電子。所有這些粒子都在緩慢地運(yùn)動(dòng)，彼此越來越遠(yuǎn)，不會(huì)再有任何基本物理過程出現(xiàn)，出現(xiàn)寒冷、黑暗、荒涼而又空虛的宇宙，它已經(jīng)走完了自己的歷程，達(dá)到了“熱寂”的狀態(tài)。
另一種可能是膨脹停止而代之以收縮。如果宇宙的總質(zhì)量大于某一特定數(shù)值，那么總有一天宇宙將在自身引力的作用下收縮，造成與大爆炸相反的“大坍塌”。收縮過程與大爆炸后的膨脹是對(duì)稱的，像一場(chǎng)倒放的電影。收縮的過程起初很緩慢，隨后越來越快。宇宙的體積開始縮小，背景輻射溫度上升。漆黑寒冷的宇宙變成一個(gè)越來越熱的熔爐，行星、恒星也毀滅了，分布在如今浩瀚空間中的物質(zhì)被擠進(jìn)一個(gè)很小的體積內(nèi)，任何天體都在劫難逃。最后三分鐘來臨了，溫度變得如此之高，連原子核也被撕毀，宇宙又成了一鍋基本粒子湯。然而這種狀態(tài)也只能生存幾秒鐘的時(shí)間。隨后，質(zhì)子和中子也無法區(qū)分，擠成一堆等離子體。在最后的時(shí)刻實(shí)現(xiàn)“大緊縮”，宇宙逆轉(zhuǎn)回到出發(fā)點(diǎn)。引力成為占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的作用力，所有的物質(zhì)都因擠壓不復(fù)存在，一切有形的東西，包括空間和時(shí)間本身，都被消滅，成為一切事物的末日。宇宙在大爆炸中誕生于無，此刻也歸于無。
宇宙是膨脹還是收縮這兩種可能主要取決于宇宙物質(zhì)的總量。根據(jù)目前的估算，宇宙物質(zhì)的總量只達(dá)到要使宇宙重新坍縮的臨界質(zhì)量的百分之十左右，因此如果僅僅依據(jù)觀測(cè)證據(jù)，則可預(yù)言宇宙會(huì)繼續(xù)無限地膨脹下去。但是可能還有其他種類的暗物質(zhì)未被我們探測(cè)到，可能最普通的基本粒子中微子也存在靜止質(zhì)量，只要其中任何一個(gè)問題的答案是肯定的，那么總引力便足以阻止膨脹，宇宙最終可能會(huì)坍縮。
此外，宇宙大爆炸學(xué)說在兩個(gè)關(guān)鍵問題上無法解釋：其一，大爆炸以前宇宙的圖景如何？大爆炸宇宙的理論不能外推到大爆炸之前，尚不能確切地解釋“在所存物質(zhì)和能量聚集在一點(diǎn)上”之前到底存在著什么東西，是什么引起了大爆炸。其二，如果宇宙最終重新坍縮回到原點(diǎn)，又會(huì)發(fā)生什么？有天文學(xué)家提出了宇宙“無始無終” 論：宇宙一直在反復(fù)地收縮然后又膨脹著。宇宙曾經(jīng)處于體積非常大、物質(zhì)密度非常小的狀態(tài)，它在萬有引力作用下漸漸收縮、聚攏起來，直到所有的物質(zhì)統(tǒng)統(tǒng)撞到一起為止。這樣的宇宙被稱為收縮宇宙。然后，它突然爆炸了，結(jié)果形成我們今天觀測(cè)到的這個(gè)膨脹宇宙。今天的宇宙膨脹將被不斷起作用的引力所抵消，最終引力迫使宇宙的膨脹完全停頓下來，進(jìn)而又轉(zhuǎn)為收縮。因此有可能宇宙并沒有什么開端，它一直在反復(fù)地聚攏然后又分開，分開而后又聚攏，聚攏分開永無止境。這樣的一幅圖景被稱為振蕩宇宙。
宇宙的過去和未來究竟是怎樣的？相信科學(xué)終將會(huì)作出令人信服的回答。
10．簡(jiǎn)述恒星的形成、演化和歸宿的全過程。
在從星際彌漫物質(zhì)到恒星的演化鏈上，恒星的形成是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。恒星的起源和演化，長(zhǎng)久以來一直是天文學(xué)中最基本、也最令人感興趣的問題，也是解決得最好的問題之一，從而成為20世紀(jì)自然科學(xué)的重要成就。
在17、18世紀(jì)牛頓、康德等人提出的星云假說，即散布于空間中的彌漫物質(zhì)可以在引力作用下凝聚成太陽系和恒星的學(xué)說的基礎(chǔ)上，經(jīng)過歷代天文學(xué)家的努力，逐漸發(fā)展成為相當(dāng)成熟的理論。20世紀(jì)60年代確立了恒星是從星際分子云中形成的這一重大現(xiàn)代學(xué)說，成為恒星形成研究的主要成就。
根據(jù)這一學(xué)說，恒星是從太空中的星際氣體和塵埃中誕生的，恒星有形成、發(fā)展、死亡和再生的過程。
（一）恒星的形成
恒星形成可分為兩個(gè)階段：
第一階段是星云階段，由極其稀薄的物質(zhì)凝聚成星云并進(jìn)一步收縮成原恒星。
第二階段是原恒星階段，由原恒星逐漸發(fā)展成為恒星。一般把處于慢收縮階段的天體稱為原恒星。原恒星進(jìn)一步形成恒星的收縮過程要持續(xù)幾百萬到幾千萬年。
（二）恒星的演化
恒星的演化如同人的一生，經(jīng)歷從青壯年到更年期、老年期的過程。
（1）恒星的“青壯年期”
恒星的“青年期”和“壯年期”是一生中最長(zhǎng)的黃金階段，這時(shí)的恒星稱為主序星。人們迄今所知的恒星約有90％都屬主序星。在這段時(shí)間，恒星以幾乎不變的恒定光度發(fā)光發(fā)熱，照亮周圍的宇宙空間。核燃燒使恒星內(nèi)部物質(zhì)產(chǎn)生向外的輻射壓力，當(dāng)輻射壓力與引力達(dá)到平衡時(shí)，恒星的體積和溫度就不再明顯變化。
（2）恒星的“更年期”
恒星的“更年期”出現(xiàn)在恒星核心部分的氫完全轉(zhuǎn)變成氦后，例如有7個(gè)太陽質(zhì)量大小的恒星的“更年期”大約在形成的2600萬年后出現(xiàn)。這一階段恒星核心經(jīng)歷這些不同的核聚變反應(yīng)，恒星也經(jīng)歷多次收縮膨脹，其光度也發(fā)生周期性的變化。最后產(chǎn)生巨大輻射壓力，自恒星內(nèi)部往外傳遞，并將恒星的外層物質(zhì)迅速推向外圍空間，形成紅巨星、紅超巨星。
（3）恒星的“老年期”
恒星的“老年期”是從一顆恒星變成紅巨星開始進(jìn)入這一階段的。由于恒星的體積急劇增大，導(dǎo)致恒星的表面溫度下降，因而顏色變紅。同時(shí)，恒星發(fā)光表面的面積劇增，致使整個(gè)恒星發(fā)出的光大大增強(qiáng)，從而大為增亮。這種又紅又亮的恒星就是紅巨星。
（三）恒星的歸宿
恒星內(nèi)部的熱核反應(yīng)是不會(huì)永遠(yuǎn)進(jìn)行下去的，當(dāng)恒星的核燃料耗盡時(shí)恒星也走到了它的盡頭。由于恒星自身物質(zhì)之間的巨大引力始終存在，隨著恒星內(nèi)部熱核反應(yīng)的停止，盡管恒星外層部分會(huì)出現(xiàn)膨脹、爆發(fā)等復(fù)雜的變動(dòng)，核心部分卻必定在引力作用下發(fā)生急劇的收縮、即所謂引力坍縮。因此當(dāng)恒星內(nèi)部的核燃料消耗殆盡時(shí)，常會(huì)發(fā)生一場(chǎng)空前激烈的爆發(fā)。整個(gè)星體或者炸得粉碎，把恒星物質(zhì)重新拋人廣袤的星際空間，成為產(chǎn)生新一代恒星的原料，或者只剩下一個(gè)殘骸。
恒星的歸宿因初始質(zhì)量不同而有三種不同的結(jié)局，即白矮星、中子星和黑洞。
11．簡(jiǎn)介太陽系
在銀河系中，太陽只是1000億顆恒星中的普通一員。但卻是一個(gè)以太陽為中心，包括大小行星、衛(wèi)星、彗星等天體在內(nèi)的大家庭。
在銀河系中太陽屬中等大小的恒星，太陽系是由受太陽引力約束的天體組成的系統(tǒng)，整體大致是個(gè)球體，它的最大范圍約可延伸到1光年以外。太陽系的主要成員有：太陽（恒星）、九大行星（包括地球）、無數(shù)小行星、眾多衛(wèi)星（包括月亮），還有彗星、流星體以及大量塵埃物質(zhì)和稀薄的氣態(tài)物質(zhì)。在太陽系中，太陽的質(zhì)量占太陽系總質(zhì)量的99.8%，其它天體的總和不到總質(zhì)量的0.2%。太陽是中心天體，它的引力控制著整個(gè)太陽系，使其它天體繞太陽公轉(zhuǎn)。
（1）太陽系的九大行星太陽系有九大行星（圖
（2）太陽的特征和結(jié)構(gòu)
在地球所看到的天空最引人注目的就是帶來光明和溫暖的太陽（圖
與地球相比，太陽是一個(gè)巨大的球體。太陽的質(zhì)量是地球質(zhì)量的33.34萬倍。太陽的質(zhì)量占了太陽系總質(zhì)量的99.87%，它強(qiáng)大的引力控制著大小行星、彗星等天體的運(yùn)動(dòng)。太陽直徑有139萬千米，需要109個(gè)地球才能填滿太陽的橫截面。
太陽是一顆自己能發(fā)光發(fā)熱的氣體星球，不但輻射可見光，還不斷輻射著其它波長(zhǎng)的電磁波，包括γ射線、X射線、紫外線、紅外線等。除了光和熱，太陽也發(fā)散一種低密度的粒子流（多半為電子和質(zhì)子）形成太陽風(fēng)，以
12．太陽系的形成和演化
關(guān)于太陽系的起源有多種學(xué)說，最主要的有兩類：一類是星云說，認(rèn)為太陽系是由一個(gè)旋轉(zhuǎn)著的星云在收縮過程中逐漸形成的，18世紀(jì)的康德—拉普拉斯學(xué)說就屬于星云學(xué)說。另一類是各種災(zāi)變說，災(zāi)變說由于缺乏證據(jù)而逐漸被拋棄，20世紀(jì)中期以來興起的新星云說則得到公認(rèn)。
根據(jù)星云說，太陽系是由星際之間的氣體和塵埃組成的星云收縮而形成的。太陽系的形成經(jīng)歷了三個(gè)階段：
（1）星云的壓縮 約在50億年前，銀河系中存在一團(tuán)云狀的緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)的彌漫星際氣塵——“太陽星云”，星云的質(zhì)量是現(xiàn)在的太陽的1．2一2．0倍。由于其它天體的引力擾動(dòng)或鄰近超新星爆發(fā)的沖擊波，原太陽星云在自身的引力下開始坍塌收縮，開始收縮時(shí)的橫寬約為2光年。
（2）原太陽和星云盤的產(chǎn)生在收縮過程中，隨著星云內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)碰撞的次數(shù)和猛烈程度的增大，云團(tuán)中心的密度不斷增大，原太陽星云大量引力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為熱能，使星云內(nèi)部溫度不斷升高。它較稠密的核心部分不斷壓縮，很快收縮成一個(gè)氣體大球，先是坍縮為原始太陽，然后按照恒星演化歷程，成為一顆主序星——這就是我們今天所見的太陽。周圍旋轉(zhuǎn)的塵粒和氣體原子則繞著它公轉(zhuǎn)，形成一個(gè)薄盤。由于氣體有一定膨脹壓力，而塵埃之間碰撞所引起的向外擴(kuò)散卻很小，摩擦碰撞使它們帶靜電而更容易聚積成團(tuán)。
塵埃碰撞粘合成大顆粒，塵埃顆粒向星云盤的赤道面集中，進(jìn)一步碰撞。這個(gè)過程不斷進(jìn)行，直到形成大團(tuán)塊，這些由自身引力維系的團(tuán)塊就被稱為星子。星子有大有小，其典型尺度與小行星相仿，其中一部分成為今天的小行星和彗核，另一部分則繼續(xù)碰撞合并。
（3）行星的形成 這些星子中有些相互碰撞增大，成為行星的胚胎，稱為行星胎，行星胎進(jìn)一步吸積周圍的物質(zhì)最終成為行星。
從誕生至今，太陽系已經(jīng)演化了約50億年，太陽用去了內(nèi)核中一半的氫原子，估計(jì)它仍將穩(wěn)定地輻射50億年左右。預(yù)計(jì)至100億年，它的光亮度將是現(xiàn)在的一倍。至130億年進(jìn)入紅巨星階段。在其存在的最后階段，太陽中的氦將轉(zhuǎn)變成重元素，太陽的體積也將開始不斷膨脹，太陽將變得比今天的太陽大100倍，光度增大，表面溫度升高，那時(shí)它將處于極其不穩(wěn)定狀態(tài)，隨著狀態(tài)的變化終會(huì)將地球吞沒。在經(jīng)過1億年的紅巨星階段后，它要將外殼的相當(dāng)部分拋入宇宙中去而損失掉很多物質(zhì)。最后幾乎全部的剩余量集中在很小的區(qū)域，太陽將突然坍縮成一顆白矮星，到達(dá)其存在的最后階段。再經(jīng)歷幾萬億年，它將耗盡所有能量，最終完全冷卻。
13．地球的圈層結(jié)構(gòu)
以固體的地球表面為界，整個(gè)地球主要?jiǎng)澐譃橥獠咳雍蛢?nèi)部圈層兩大部分，即內(nèi)三圈和外三圈。內(nèi)三圈指固體地球內(nèi)部的主要分層，由地表到地心依次分為地殼、地幔、地核；外三圈指地球外部離地表平均
14．地球的外部圈層是如何劃分的？
地球的外部圈層（圖
（1）大氣圈 大氣圈是地球外圈中最外部的氣體圈層，存在于整個(gè)地球外層。大氣圈是地球海陸表面到星際空間的過渡圈層，沒有明顯的上限，一直可以延續(xù)到
大氣圈對(duì)生物的形成、發(fā)育和保護(hù)有很大的作用。由于大氣圈的存在，擋住住絕大多數(shù)飛向地球的隕石，攔截下太陽輻射中的大部分紫外線和來自宇宙的高能粒子流，保護(hù)了地球生命，免遭外來的打擊。因此，大氣圈是地球表面和生命的盾牌。
（2）水圈 水圈是指連續(xù)包圍地球表面的水層，包括海洋、江河、湖泊、沼澤、冰川和地下水等，它是一個(gè)連續(xù)但不很規(guī)則的圈層。既有液態(tài)水，也包括氣態(tài)水和固態(tài)水。
從離地球數(shù)萬千米的高空看地球，可以看到地球大氣圈中水汽形成的白云和覆蓋地球大部分的藍(lán)色海洋，它使地球成為一顆“藍(lán)色的行星”，又是一顆“水球”。
水圈是地球特有的環(huán)境優(yōu)勢(shì)。水圈的運(yùn)動(dòng)和循環(huán)影響了地球上各種環(huán)境條件的變化，影響各個(gè)圈層，使地球處在不斷地變換之中。更重要的是水對(duì)億萬種生命以及人類能在地球上生存和發(fā)展，具有決定性的意義。
（3）生物圈 生物圈是太陽系所有行星中僅在地球上存在的一個(gè)獨(dú)特圈層。生物圈是指地球表層生物有機(jī)體及其生存環(huán)境的總稱，是一個(gè)有生命的特殊圈層。
生物圈是地球特有的圈層，它是地球大氣、水和地殼長(zhǎng)期演化、相互作用的結(jié)果，它又參與了對(duì)巖石、大氣和水等其他圈層的改造，對(duì)地表物質(zhì)的循環(huán)、能量轉(zhuǎn)換和積聚具有特殊作用。
15．地球的內(nèi)部圈層是如何劃分的？
地球內(nèi)部是無法直接觀測(cè)到的。地球科學(xué)家使用地震的方法研究地球內(nèi)部的結(jié)構(gòu)與構(gòu)成。根據(jù)地球物理的研究，地球內(nèi)部是一個(gè)非均質(zhì)體，各層物質(zhì)的密度、壓力、溫度、物理狀態(tài)和化學(xué)成分存在著明顯差異。地球內(nèi)部存在兩個(gè)明顯的地震波不連續(xù)界面，由此將地球內(nèi)部分為地殼、地幔和地核三個(gè)同心圈層（圖
（1）地殼 地殼是地球表面的一層薄殼。厚度不均勻，大陸地區(qū)平均厚度約
（2）地幔 地幔介于地殼和地核之間。
在距地球表面以下平均深度60～250千米處的上地幔上部有一層軟流圈，它位于巖石圈之下，是一個(gè)明顯的地震波的低速層，物質(zhì)具有柔性。軟流圈可能與地球表面的許多活動(dòng)有密切的關(guān)系，它是巖漿的源地、地震和火山現(xiàn)象的根源，造成地幔對(duì)流、海底擴(kuò)張和板塊構(gòu)造，形成有用的礦藏。
（3）地核 地核指地球核心部分，半徑約
16． 地球圈層的形成過程？
約46億年前，原始地球誕生了。從形成之時(shí)起，地球一直在不斷發(fā)展演變著。早期演化過程的基本運(yùn)動(dòng)形式是圈層分化運(yùn)動(dòng)，即重物質(zhì)向地心和輕物質(zhì)向地表的運(yùn)動(dòng)。原始地質(zhì)圈層形成之后，地球仍處于不斷變化之中，地球物質(zhì)圈層分化繼續(xù)進(jìn)行，直到生命產(chǎn)生、人類誕生，出現(xiàn)了一系列極其復(fù)雜漫長(zhǎng)的演化過程。這樣地球由低級(jí)的、原始的地質(zhì)圈層向現(xiàn)今的高級(jí)圈層的不斷發(fā)展，成為地球最基本的地質(zhì)演化內(nèi)容。
地球圈層的這種發(fā)展演化過程，是一個(gè)有一定方向的不可逆的歷史過程。但它的初期演變已無痕跡可見，只能通過天文學(xué)、地球物理學(xué)、地球化學(xué)、地質(zhì)學(xué)等方面的綜合研究來重現(xiàn)這一演變過程，其中影響最為深遠(yuǎn)的是整個(gè)地球分化成為同心圈層的變化，包括地球內(nèi)部地核、地幔和地殼的形成和演變和大氣圈、水圈的形成和演變，尤其重要的是生物圈的出現(xiàn)和演變。
（1）地球內(nèi)部圈層的形成和演變
原始地球從太陽星云分化出來以后，最初階段各種物質(zhì)是混雜在一起，并沒有明顯的分層現(xiàn)象。此時(shí)溫度很低，各種不同物質(zhì)以固態(tài)存在，它們不可能在重力作用下自由地升降。但是由于地球體積的逐漸變大，地球保存熱能的能力就不斷加強(qiáng)。隨著地球內(nèi)部放射性物質(zhì)衰變產(chǎn)生的能量的大量積聚，地球溫度逐漸升高。這樣地球本身產(chǎn)生的熱能就在地球內(nèi)部積累起來，地球內(nèi)部的溫度逐漸升高。在地內(nèi)溫度逐漸升高的前提下，地內(nèi)物質(zhì)也就具有越來越高的可塑性甚至處于熔融狀態(tài)，在地球重力作用下不可避免地發(fā)生圈層分化。這樣當(dāng)溫度升高，地內(nèi)物質(zhì)的可塑性達(dá)到一定程度時(shí)，較重物質(zhì)緩慢地下沉，同時(shí)較輕物質(zhì)緩慢地上升。這就開始了地球的圈層分化。按化學(xué)組成的不同，分化而成地殼、地幔和地核。
（2）大氣圈和水圈的形成和演變
在原始地球的外部產(chǎn)生了大氣圈和水圈。原先在地球內(nèi)部的各種氣體在地球分化過程中上升到地表，受地球引力作用集聚在地殼外圍而成為原始大氣圈。而原先以結(jié)晶水形式存在于地球內(nèi)部的大量水隨著地內(nèi)溫度的升高成為水蒸汽，通過火山活動(dòng)進(jìn)入大氣層，最終以降雨的形式到達(dá)地面形成原始的水圈。
（3）水圈的形成和演變
水圈中的水同樣來自于地球內(nèi)部。地球表面在原始地球形成初期并沒有水的存在。地球上的水絕大部分以巖石中的結(jié)晶水的形式，存在于地球的內(nèi)部。隨著原始地球的變熱，地內(nèi)溫度的升高，地球內(nèi)部產(chǎn)生愈來愈多的水汽。這些水汽往往通過火山活動(dòng)跑到地球的外部，出現(xiàn)在大氣中，然后以雨滴的形式降落地面，并逐漸地形成海洋，出現(xiàn)原始的水圈。因此地表水圈中水的直接來源是大氣，是大氣中水汽的凝結(jié)物，但從根本上講是來自地球內(nèi)部，來自地下的巖石。
（4）生物圈的形成和演變
當(dāng)原始大氣和原始水圈在地球上出現(xiàn)時(shí)，地球上仍是一個(gè)沒有生命的世界。但大氣、水和原始的地殼的出現(xiàn)為生命的誕生奠定了必要的基礎(chǔ)。從無生命物質(zhì)到生命的轉(zhuǎn)化是一個(gè)極為緩饅的過程，生命是由無生命的物質(zhì)轉(zhuǎn)化來的。約35億年前，原始生命產(chǎn)生于原始海洋之中。在太陽的紫外線、大氣的電擊雷鳴、地下的火山熔巖等作用下，原始大氣中存在的甲烷、氨、水汽和氫轉(zhuǎn)化成簡(jiǎn)單的有機(jī)物。大氣中的有機(jī)物隨降水進(jìn)入海洋，同時(shí)地殼上的有機(jī)物和無機(jī)鹽隨地面徑流進(jìn)入海洋。它們?cè)诤Ｋ邪l(fā)生頻繁的接觸和密切的聯(lián)系。這樣簡(jiǎn)單的有機(jī)物就逐漸發(fā)展成多分子的有機(jī)物，并且逐步變成能夠不斷自我更新、自我再生的物質(zhì)，從而形成了原始的生命。
雖然35億年以前原始生命就已經(jīng)在海水中產(chǎn)生，但是在此后長(zhǎng)達(dá)30億年的時(shí)間里，生命始終局限在海水中。沒有海水的保護(hù)，生命就難于避免強(qiáng)烈的太陽紫外線的傷害。在距今6億年前，綠色植物開始在海洋中占優(yōu)勢(shì)，生物開始對(duì)地球自然環(huán)境的發(fā)展產(chǎn)生重大影響。
綠色植物的出現(xiàn)為生物登陸創(chuàng)造了前提條件，因?yàn)榫G色植物在光合作用中所產(chǎn)生的游離氧的積累，終于導(dǎo)致大氣中出現(xiàn)臭氧，并在高空中形成臭氧層。臭氧能夠有效地吸收紫外線，因而對(duì)地面上的生物起保護(hù)作用。高空臭氧層的出現(xiàn)意味著陸上生物的生命有了保障。這樣在距今4億年前，綠色植物登陸成功，使生物從海洋登上陸地，陸地上出現(xiàn)了生物的大發(fā)展。生物的數(shù)量和種類開始了大幅度的增長(zhǎng)，在陸地和海洋都出現(xiàn)了動(dòng)植物的大繁榮，進(jìn)而發(fā)展成為完善的地球生物圈，使地球的自然環(huán)境出現(xiàn)了大變化，發(fā)展成為地球的生物圈。至今110多萬種動(dòng)物和40多萬種植物組成了瑰麗多采的生物世界。
生物圈形成以后，整個(gè)地球仍然在發(fā)展變化著。特別是大約300萬年前，作為高等動(dòng)物的人類的出現(xiàn)，開始了地球發(fā)展演化的新階段，這是影響地球自然環(huán)境的重大飛躍。
17.什么是板塊構(gòu)造理論？
地球自從形成以來在地表和內(nèi)部進(jìn)行著永不停息的運(yùn)動(dòng)變化，地球表面形態(tài)特征正是地球的內(nèi)外力綜合作用的結(jié)果，其中內(nèi)力是形成地球表面差異的重要原因。探討地殼運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)生原因，需要用大地構(gòu)造理論加以解釋。
板塊構(gòu)造說是20世紀(jì)60年代提出的一種新的全球構(gòu)造學(xué)說，由于板塊構(gòu)造新理論的出現(xiàn)，地球科學(xué)取得了突破性進(jìn)展，意義十分重大。目前板塊構(gòu)造說已經(jīng)成為綜合多學(xué)科成果的主要理論框架，成為現(xiàn)代流行的被普遍接受的最新理論形式。
20世紀(jì)60年代以來，海底擴(kuò)張的現(xiàn)象已被證實(shí)，大陸漂移的假說也被普遍承認(rèn)。1965年，科學(xué)家運(yùn)用計(jì)算機(jī)使地球各個(gè)大陸以現(xiàn)有的形狀恰好拼合在一起，并將海地地形、地震位置、火山等活躍部位都連接成為帶狀。
由此，人們?cè)O(shè)想，大陸漂移和海底擴(kuò)張可能表現(xiàn)為若干巖石圈板塊的相互運(yùn)動(dòng)。1968年，法國的勒皮雄(X.Lepichon)、美國的摩根（W. J. Morgan）和英國的麥肯齊（D. P. Mckenzie）等學(xué)者根據(jù)當(dāng)時(shí)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的諸多新的地質(zhì)現(xiàn)象，把大陸漂移和海底擴(kuò)張的概念發(fā)展成為著名的“板塊構(gòu)造說”。板塊構(gòu)造說提出后，又被許多科學(xué)家不斷予以完善，很快得到了其他地學(xué)工作者的贊同?，F(xiàn)代地球科學(xué)的發(fā)展，以板塊構(gòu)造說的建立為標(biāo)志進(jìn)入了革命時(shí)期。
1970年后，板塊構(gòu)造學(xué)說確立。板塊構(gòu)造學(xué)說的基本觀點(diǎn)是：
（1）巖石圈板塊是在軟流圈上滑動(dòng)的
地球的最上層沿垂直方向可劃分為物理性質(zhì)截然不同的兩層：堅(jiān)硬的巖石圈和部分熔融的軟流圈。全球巖石圈（包括地殼和上地幔一部分）不是一個(gè)整體，而是由相互運(yùn)動(dòng)著的若干剛性板塊所構(gòu)成的。每一個(gè)板塊都“浮”在軟流圈之上，巖石圈板塊就在軟流圈上滑動(dòng)，大陸漂移實(shí)際上是板塊運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。這些板塊在以每年
（2）地球的巖石圈劃分為許多板塊
巖石圈分為若干個(gè)板塊，各個(gè)板塊在不斷移動(dòng)相互擠壓，而各個(gè)板塊內(nèi)部相對(duì)比較穩(wěn)定。勒皮雄把全球巖石圈劃分為6大板塊（圖
3）地球板塊之間在相互運(yùn)動(dòng)
板塊的內(nèi)部比較穩(wěn)定，板塊之間則比較活動(dòng)，板塊相對(duì)移動(dòng)而發(fā)生的彼此碰撞或張裂，形成了地球表面的基本面貌。
（4）板塊作用的驅(qū)動(dòng)力是地幔對(duì)流作用
地幔對(duì)流體存在巖石圈之下，對(duì)流體上升的地區(qū)正是大洋的海嶺，在對(duì)流體的作用下，海底巖石受力破裂，地幔物質(zhì)上升到達(dá)頂部冷卻凝結(jié)而形成海嶺，以后繼續(xù)上升的地幔物質(zhì)從海嶺頂部的巨大開裂處涌出，形成新的大洋地殼，又把早先形成的大洋地殼以每年幾厘米的速度推向兩邊，使海底不斷更新和擴(kuò)張。
1．什么是宇宙？
宇宙是天地萬物，是廣漠空間和其中存在的各種天體以及彌漫物質(zhì)的總稱。
辨證唯物主義哲學(xué)認(rèn)為，世界的本質(zhì)是物質(zhì)的，物質(zhì)可以轉(zhuǎn)換不同的存在形式，但在本質(zhì)上是永久存在，永久不滅的。宇宙是普遍永恒的物質(zhì)世界，在空間和時(shí)間上都是無限的。從空間看宇宙是無邊無際，它沒有邊界，沒有形狀，也沒有中心，如果承認(rèn)宇宙以外還有什么東西，就否認(rèn)了世界的物質(zhì)本性；從時(shí)間看宇宙無始無終，它沒有起源，沒有年齡，也不會(huì)終結(jié)，如果承認(rèn)宇宙有起源，就會(huì)導(dǎo)致創(chuàng)世說，實(shí)際上也否認(rèn)了世界的物質(zhì)本性。
但具體事物的有限性也不能否認(rèn)。宇宙的無限與具體事物的有限并不矛盾，因?yàn)橹挥袩o數(shù)具體的有限才能構(gòu)成全部的無限。人類觀察到的宇宙是動(dòng)態(tài)的，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人類所知的宇宙在不斷擴(kuò)大。18世紀(jì)以前人類認(rèn)識(shí)宇宙的范圍只限于太陽系，隨后認(rèn)識(shí)到太陽系以外還有千億個(gè)恒星，它們組成了銀河系。19世紀(jì)人類又發(fā)現(xiàn)了河外星系，發(fā)現(xiàn)銀河系在宇宙大家庭中只不過是相當(dāng)渺小的一員。20世紀(jì)50年代的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡、60年代的射電天文望遠(yuǎn)鏡把人類對(duì)宇宙的探測(cè)距離猛增，人類可以永遠(yuǎn)擴(kuò)大自己對(duì)物質(zhì)世界的觀察視野，不會(huì)停留于某一固定的邊界上，這有力證明宇宙是無限的。
天文學(xué)上通常將天文觀測(cè)所及的整個(gè)時(shí)空范圍稱為“可觀測(cè)宇宙”，有時(shí)又叫“我們的宇宙”，或簡(jiǎn)稱“宇宙”。現(xiàn)代科學(xué)的基本觀念之一，就是可觀測(cè)宇宙也像其他事物一樣，有它誕生發(fā)展的歷史。據(jù)現(xiàn)代宇宙學(xué)說估算，宇宙年齡是極其漫長(zhǎng)的，約為150億歲；可觀測(cè)的全部宇宙空間是極為龐大的，已觀測(cè)到的最遠(yuǎn)的星系距離我們大約150億光年。
宇宙既有統(tǒng)一性又有多樣性。宇宙的統(tǒng)一性在于它的物質(zhì)性，宇宙的多樣性在于物質(zhì)的表現(xiàn)形式千差萬別，組成宇宙的物質(zhì)在存在狀態(tài)、質(zhì)量和性質(zhì)上有著極大的差異。
宇宙是由各類天體和彌漫物質(zhì)組成的。宇宙中有形形色色的天體，恒星、星云、行星、衛(wèi)星、彗星、流星等天體都是宇宙物質(zhì)的存在形式。
2．什么是恒星和星云？
宇宙中最主要的天體是恒星和星云，因?yàn)樗鼈儞碛芯薮蟮馁|(zhì)量。恒星是由熾熱氣態(tài)物質(zhì)組成，能自行發(fā)熱發(fā)光的球形或接近球形的天體。恒星是像太陽一樣本身能發(fā)光的星球，晴夜用肉眼看到的許多閃閃發(fā)光的星星中，絕大多數(shù)是恒星。星云是由極其稀薄的氣體和塵埃組成的，形狀很不規(guī)則，似云霧狀的天體。
3．什么是星系？
由無數(shù)恒星和星際物質(zhì)構(gòu)成的巨大集合體稱為星系。它們的尺度可以從幾千到幾十萬光年。星系或稱恒星系，是宇宙系統(tǒng)中的重要一環(huán)。星系數(shù)量眾多。到目前為止，人們已在宇宙中觀測(cè)到了約1000億個(gè)星系。地球就處在由1000多億顆恒星以及銀河星云組成銀河系中。有的星系離銀河系較近，可以清楚地觀測(cè)到它們的結(jié)構(gòu)。離銀河系最近的星系——大麥哲倫星云和小麥哲倫星云，距離為十幾萬光年。有的非常遙遠(yuǎn)，目前所知最遠(yuǎn)的星系離我們有近150億光年。
人們把目前所認(rèn)識(shí)到的宇宙部分，包括已觀測(cè)到的所有星系，稱為總星系。
4．人類宇宙觀的演變過程。
人類早期對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)十分幼稚，世界上的各文明古國都有關(guān)于天地起源和結(jié)構(gòu)的種種傳說，充滿著想象。古代關(guān)于宇宙的構(gòu)造和本原也有過許多學(xué)說，最主要是亞里士多德——托勒密的地心說，認(rèn)為地球是宇宙的中心，這一學(xué)說占統(tǒng)治地位的時(shí)間長(zhǎng)達(dá)1400年之久。
近代人類對(duì)宇宙認(rèn)識(shí)的轉(zhuǎn)變始于16世紀(jì)，哥白尼倡導(dǎo)了日心說，他在《天體運(yùn)行論》一書中提出“太陽是宇宙的中心”。發(fā)明了天文望遠(yuǎn)鏡，他的觀察和發(fā)現(xiàn)支持了日心說。到17世紀(jì)，牛頓開辟了以力學(xué)方法研究宇宙學(xué)的途徑，建立了經(jīng)典宇宙學(xué)。20世紀(jì)愛因斯坦創(chuàng)立了廣義相對(duì)論，提出了“有限、無邊、靜態(tài)”的相對(duì)論宇宙模型。
20世紀(jì)以來，天文觀測(cè)的尺度大大擴(kuò)展，達(dá)到上百億年和上百億光年的時(shí)空區(qū)域，宇宙膨脹的動(dòng)態(tài)宇宙演化觀念進(jìn)入了人類的意識(shí)。20年代，首先由前蘇聯(lián)物理學(xué)家和數(shù)學(xué)家弗里德曼提出了均勻各向同性膨脹的動(dòng)態(tài)宇宙模型。特別是哈勃，發(fā)現(xiàn)了紅移定律后，到40年代形成了伽莫夫的宇宙大爆炸理論，促成了現(xiàn)代宇宙學(xué)的誕生。20世紀(jì)70年代，霍金進(jìn)一步用廣義相對(duì)論推演宇宙演變，提出了宇宙起源和終結(jié)的論斷，已經(jīng)被科學(xué)界廣泛接受。
5．什么是現(xiàn)代宇宙學(xué)？
現(xiàn)代宇宙學(xué)所研究的就是現(xiàn)今直接或間接觀測(cè)所及的整個(gè)天區(qū)的大尺度時(shí)空的性質(zhì)、物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的形態(tài)和規(guī)律。
6．關(guān)于大爆炸理論
“宇宙大爆炸理論” 是現(xiàn)代宇宙學(xué)中最著名、也是影響最大的一種學(xué)說，它是到目前為止關(guān)于宇宙起源最科學(xué)的一種解釋。大爆炸理論的主要觀點(diǎn)是認(rèn)為整個(gè)宇宙最初聚集在一個(gè)“原始原子”中，然后突然發(fā)生大爆炸，使物質(zhì)密度和整體溫度發(fā)生極大的變化，宇宙從密到稀、從熱到冷、不斷膨脹，形成了我們的宇宙。最初那次無與倫比的爆發(fā)就被稱為大爆炸，這一關(guān)于宇宙起源的理論則被稱為宇宙大爆炸理論。
宇宙大爆炸的設(shè)想最早由比利時(shí)天文學(xué)家勒梅特在1932年提出的。到20世紀(jì)40年代，美籍俄國天體物理學(xué)家伽莫夫提出了熱大爆炸宇宙學(xué)模型，并計(jì)算出爆炸之初的溫度、溫度下降的快慢等，論述了演化過程。大爆炸理論在誕生之初由于缺少證據(jù)并不使人信服，但到20世紀(jì)60年代以后，越來越多的證據(jù)表明大爆炸模型在科學(xué)上有強(qiáng)大的說服力，特別是英國著名理論物理學(xué)家斯蒂芬·霍金對(duì)于宇宙起源后最初的宇宙演化圖景作了清晰的闡釋。
7．宇宙的演化過程分為哪幾個(gè)階段？
根據(jù)大爆炸宇宙學(xué)模型的觀點(diǎn)，宇宙150億年的演化過程分為三個(gè)階段。大爆炸的整個(gè)過程大致是這樣的：
大約150億年前，宇宙內(nèi)的所存物質(zhì)和能量都聚集到了一起，并濃縮成很小的體積，溫度極高，密度極大。突然，這個(gè)體積無限小的點(diǎn)在四大皆空的“無”中爆炸了，時(shí)空從這一刻開始，物質(zhì)和能量也由此產(chǎn)生，這就是宇宙創(chuàng)生的大爆炸。人們將大爆炸的瞬間定作宇宙年齡“零”時(shí)。
第一個(gè)階段是宇宙的極早期。宇宙處在這個(gè)階段的時(shí)間特別短，短到以秒來計(jì)，稱為“太初第一秒”。剛剛誕生的宇宙是極其熾熱、致密的，隨著宇宙迅速膨脹，溫度急速下降。宇宙年齡為百分之一秒時(shí)，溫度降到1000億攝氏度；宇宙年齡為1秒時(shí)，溫度繼續(xù)下降，但仍高達(dá)100億攝氏度以上，宇宙處于一種極高溫、高密的狀態(tài)，當(dāng)時(shí)除氫核——質(zhì)子外，沒有任何別的化學(xué)元素，只有由質(zhì)子、中子、電子、光子等基本粒子混合而成，成為熱平衡狀態(tài)下的“宇宙湯”。
第二個(gè)階段是化學(xué)元素形成階段，大約經(jīng)歷了數(shù)千年。在“宇宙湯”中，原先只有中子和質(zhì)子等基本粒子，在3分鐘時(shí)中子和質(zhì)子之比為1：6。隨著整個(gè)宇宙體系不斷膨脹，溫度很快下降。當(dāng)溫度降到10億度左右時(shí)，中子開始失去自由存在的條件，化學(xué)元素從這一時(shí)期開始形成。中子和質(zhì)子開始核聚變過程，所有的中子迅速合成到由兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子構(gòu)成的氦核中，余下的質(zhì)子就成了氫原子核。這一時(shí)期還合成了其它輕元素，如氘、氚、鋰、鈹、硼等，數(shù)量較少。各種輕元素的豐度——即與氫的比例在宇宙各處都是一定的。當(dāng)溫度進(jìn)一步下降到100萬攝氏度時(shí)，早期形成化學(xué)元素的過程就結(jié)束了。此時(shí)宇宙間的物質(zhì)主要是這些比較輕的原子核和質(zhì)子、電子、光子等，光輻射很強(qiáng)，但是沒有星體存在。
第三個(gè)階段是宇宙形成的主體階段。這個(gè)階段的時(shí)間最長(zhǎng)，至今我們?nèi)陨钤谶@一階段中。這一階段起始于溫度降到幾千攝氏度時(shí)，此時(shí)上述各種原子核開始與電子結(jié)合為中性原子，這一過程稱為復(fù)合。由于溫度的降低，輻射也逐步減弱，宇宙間主要是氣態(tài)物質(zhì)，這些物質(zhì)的微粒相互吸引、融合，形成越來越大的團(tuán)塊。又過了幾十億年，中性原子在引力作用下逐漸聚集，先后形成了各級(jí)天體。氣體逐漸凝聚成星云，并逐漸演化成星系、恒星和行星，再進(jìn)一步形成各種各樣的恒星體系，成為我們今天所看到的五彩繽紛的星空世界。在個(gè)別天體上還出現(xiàn)了生命現(xiàn)象，人類也終于在地球上誕生了。
8．支持大爆炸理論的依據(jù)有哪些？
宇宙大爆炸理論之所以能從剛提出的時(shí)候不受關(guān)注，到后來的異軍突起，是因?yàn)榇蟊ɡ碚撚袑?shí)際依據(jù)，在它誕生前后不斷得到了大量天文觀測(cè)事實(shí)的支持。
觀測(cè)宇宙學(xué)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在目前觀測(cè)所及的范圍內(nèi)存在著許多重要的系統(tǒng)性特征，例如：星系紅移、微波背景輻射、宇宙元素的豐度、宇宙的年齡等，這些觀測(cè)事實(shí)都可以用大爆炸模型來論證：
1〕星系紅移
天文學(xué)家觀測(cè)到河外天體有系統(tǒng)性的譜線紅移，用多普勒效應(yīng)解釋，紅移就是宇宙膨脹的反映，這完全符合大爆炸理論。
1929年，哈勃發(fā)現(xiàn)不同距離的星系發(fā)出的光，顏色上稍稍有些差別。遠(yuǎn)星系的光要比近星系紅一些，即波長(zhǎng)要長(zhǎng)一些，它說明各星系正以很高的速度彼此飛離。這一現(xiàn)象可以用火車遠(yuǎn)離我們行駛時(shí)汽笛的聲調(diào)（即頻率）所發(fā)生的變化來比擬：當(dāng)一列火車快速駛遠(yuǎn)時(shí)，它的汽笛聲聽來會(huì)沉悶很多，因?yàn)槁暡ㄏ鄬?duì)于我們的頻率變低、波長(zhǎng)變長(zhǎng)了，這就是多普勒效應(yīng)。把聲波換成光產(chǎn)生的效果就是紅移，它被解釋為是由星系系統(tǒng)地向遠(yuǎn)離我們的方向運(yùn)動(dòng)時(shí)的多普勒效應(yīng)產(chǎn)主的，可見星系都在做遠(yuǎn)離我們的運(yùn)動(dòng)。
哈勃總結(jié)出譜線紅移的規(guī)律是：越遠(yuǎn)的星系它的光譜線紅移量就越大，因而遠(yuǎn)離我們而去的速度就越大，也就是說，對(duì)遙遠(yuǎn)星系，紅移量與星系離我們的距離成正比，這紅移叫宇宙學(xué)紅移，或稱為“哈勃紅移”，這就是著名的哈勃定律。此后，在紅外及整個(gè)電磁波波段都觀測(cè)到了這個(gè)規(guī)律。哈勃對(duì)眾多星系的光譜進(jìn)行研究后確認(rèn)紅移是一種普遍現(xiàn)象，這表明宇宙正在膨脹。這一發(fā)現(xiàn)奠定了現(xiàn)代宇宙學(xué)的基礎(chǔ)。
河外星系普遍遠(yuǎn)離我們而去，是因?yàn)橛钪嬲幵诤陚サ恼w膨脹之中。把宇宙中的星系想象成面包中的葡萄干，有助于理解它們隨宇宙膨脹而彼此遠(yuǎn)離的圖景：當(dāng)一只嵌有許多葡萄干的巨大的面包膨脹時(shí)，其中的葡萄干就會(huì)隨之彼此遠(yuǎn)離，其中每一顆葡萄干都會(huì)發(fā)現(xiàn)其它所有的葡萄干都在離開自己。相距越遠(yuǎn)的葡萄干彼此分離的相對(duì)速度也越大。在任何一個(gè)星系上，都會(huì)看到同樣的情景。
此外由于萬有引力的作用，宇宙膨脹的速度會(huì)隨時(shí)間發(fā)生變化。萬有引力作用于宇宙中一切物質(zhì)與能量之間，起到剎車的作用，阻止星系往外跑，從而使膨脹速度越來越慢。在誕生初期，宇宙從高密度狀態(tài)迅速膨脹，隨著時(shí)間的推移，體積越來越大，膨脹速度則越來越小。將這個(gè)過程向回追溯到宇宙創(chuàng)生的那一刻，可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)時(shí)宇宙體積為零，而膨脹速度為無限大。這就是大爆炸。
宇宙整體膨脹的發(fā)現(xiàn)，乃是20世紀(jì)最大的科學(xué)成就之一。如今人們不斷探測(cè)到更多更遠(yuǎn)的星系，但哈勃定律對(duì)它們依然成立。這個(gè)模型就叫做宇宙膨脹模型或大爆炸模型。
2〕微波背景輻射
微波背景輻射是150億年前發(fā)生的大爆炸在今天的宇宙結(jié)構(gòu)上留下的印跡。根據(jù)大爆炸理論，通過宇宙膨脹速度等可以具體計(jì)算宇宙每一歷史時(shí)期的溫度，伽莫夫等人在1948年就斷言，我們的宇宙從最初的高溫狀態(tài)膨脹到現(xiàn)在已經(jīng)很冷了，目前宇宙中應(yīng)到處存在著一定溫度的背景輻射，相應(yīng)的溫度大約是5K。由于它的輻射峰值在微波波段，故稱為宇宙微波背景輻射。
1964年，原初宇宙這一最重要的遺跡被發(fā)現(xiàn)了。美國貝爾電話公司工程師彭齊亞斯和威爾遜在調(diào)試巨大的喇叭形天線時(shí)，出乎意料地收到一種無線電干擾噪聲，這種噪聲在天空中的任何方向上都能接收到，各個(gè)方向上信號(hào)的強(qiáng)度都一樣，而且歷時(shí)數(shù)月而無變化。這種噪聲的波長(zhǎng)在微波波段，這一發(fā)現(xiàn)正是大爆炸宇宙論預(yù)言的宇宙微波背景輻射，經(jīng)過進(jìn)一步測(cè)量和計(jì)算，得出輻射溫度是2．7K，一般稱之為3K宇宙微波背景輻射。1989年，美國航空和航天局專門發(fā)射了宇宙背景探測(cè)器衛(wèi)星，對(duì)宇宙背景輻射進(jìn)行更精密的測(cè)量。
宇宙微波背景輻射的發(fā)現(xiàn)，是繼1929年哈勃發(fā)現(xiàn)星系譜線紅移之后的又一重大的天文成就，因此它被列為20世紀(jì)60年代天文學(xué)四大發(fā)現(xiàn)之一。微波背景輻射的發(fā)現(xiàn)有力地支持了宇宙大爆炸理論。
3〕宇宙元素的豐度
大爆炸模型預(yù)言宇宙應(yīng)當(dāng)由大約25％的氦和75％的氫組成，這與天文測(cè)量結(jié)果極為符合。在宇宙中，氫和氦是最豐富的元素，二者豐度之和約占99％。而且氫和氦的豐度比在許多不同的天體上均約為三比一左右。
按標(biāo)準(zhǔn)宇宙模型，在熱平衡的“宇宙湯”階段，中子與質(zhì)子的數(shù)量相等。隨著宇宙的膨脹，宇宙變冷，二者比例降低。中子和質(zhì)子很容易聚合在一起，開始了形成氦核的核反應(yīng)，產(chǎn)生由兩個(gè)質(zhì)子、兩個(gè)中子組成的氦核。這個(gè)過程用完了所有的中子，形成的氦約占宇宙物質(zhì)總質(zhì)量的四分之一，余下的質(zhì)子就成了氫原子核，即氦同氫的質(zhì)量分別占25％和75％。這也說明元素形成時(shí)其它元素的份量很少，宇宙中幾乎全是氫和氦。從太陽系、其它恒星、星際介質(zhì)、不同星系以及宇宙射線觀測(cè)和研究中獲得的數(shù)據(jù)表明，宇宙氦的含量在22％～25％之間，而氫與氦的質(zhì)量比約為3：1，理論值與觀測(cè)值接近。另外同一時(shí)期合成的氘、氚、鋰、鈹、硼等輕元素盡管數(shù)量比氫、氦少得多，但理論給出的豐度值與實(shí)際觀測(cè)也較接近。這些事實(shí)對(duì)“大爆炸宇宙”模型是有力的支持。因此，宇宙中99％以上的物質(zhì)是由最初形成的氫與氦構(gòu)成的；而造成行星和生命的豐富多彩的重元素還不到宇宙總質(zhì)量的l％，它們大部分是在形成恒星后產(chǎn)生的。
4〕宇宙的年齡
宇宙有開端就有年齡。根據(jù)宇宙膨脹的速率倒推，大爆炸發(fā)生在約150億年前。如果宇宙正在膨脹，星系正在彼此遠(yuǎn)離，那宇宙過去必定比較小，星系過去必定靠得更近。如果能把宇宙史這個(gè)過程倒過來進(jìn)行，勢(shì)必會(huì)發(fā)現(xiàn)在過去的某個(gè)時(shí)刻，所有的星辰都是聚合在一起的。也就是說，較早時(shí)代的宇宙，物質(zhì)密度會(huì)更高。繼續(xù)這一推理就意味著過去必定存在一個(gè)有限的時(shí)刻，那時(shí)宇宙中的物質(zhì)被壓縮為極其高密的狀態(tài)。按照哈勃定律將星系的距離除以各自的速度，就可估計(jì)出那一時(shí)刻距今約150億年。
這段時(shí)間對(duì)所有星系來說是共同的。根據(jù)大爆炸理論，宇宙中一切天體都是在溫度下降后產(chǎn)生的，因而任何天體的年齡都應(yīng)比自溫度降至今天這一段時(shí)間為短，所有恒星的年齡都不應(yīng)超過由宇宙年齡所確定的上限。各種天體年齡的測(cè)量證明了這一點(diǎn)。利用放射性同位素含量測(cè)定年代的方法，人們測(cè)量了地球上最古老的巖石，測(cè)量了宇航員從月球上帶回的土壤、巖石樣品，測(cè)量了來自行星際空間的隕石，發(fā)現(xiàn)它們的年齡均不超過47億年。恒星的年齡可從它們的發(fā)光速率與能源儲(chǔ)備來估算，根據(jù)熱核反應(yīng)提供恒星能源的理論，人們估計(jì)出銀河系中最老恒星的年齡為100－150億年。用這兩種完全不同的方法得到的天體年齡與“宇宙齡”是協(xié)調(diào)一致的，這對(duì)大爆炸宇宙模型是十分有力的支持。
上述天文觀測(cè)事實(shí)極大地支持了大爆炸模型。當(dāng)然大爆炸宇宙論也還存在許多未解決的難題，還有待于深入研究和取得更多的觀測(cè)資料，才能得到進(jìn)一步的結(jié)論。
9．宇宙的未來是怎樣的？
大爆炸宇宙論指出150億年之前的大爆炸是空間、時(shí)間、物質(zhì)與能量的起源，這一學(xué)說是有關(guān)宇宙起源和演化的種種學(xué)說中最有說服力，觀測(cè)事實(shí)最為豐富，因而也最廣泛地為人們所采納。但我們的宇宙是否會(huì)永遠(yuǎn)膨脹下去？宇宙今后的圖景和未來的命運(yùn)又是怎樣的呢？大爆炸宇宙論并沒有給出明確的答復(fù)。
按照大爆炸模型，宇宙在誕生后不斷膨脹，與此同時(shí)，物質(zhì)間的萬有引力對(duì)膨脹過程進(jìn)行牽制。這里有兩種可能：
一種可能是宇宙膨脹將永遠(yuǎn)繼續(xù)下去。如果宇宙總質(zhì)量小于某一特定數(shù)值，則引力不足以阻止膨脹，宇宙就將一直膨脹下去。在這個(gè)系統(tǒng)里，引力雖不足以使膨脹停止，但會(huì)不斷地消耗著系統(tǒng)的能量，使宇宙緩慢地走向衰亡。宇宙越來越稀薄和寒冷，直至物質(zhì)本身最后衰亡，只剩下宇宙背景輻射。到非常遙遠(yuǎn)的將來，所有的恒星燃盡熄滅，茫茫黑暗中潛伏著一些黑洞、中子星等天體。黑洞釋放出微弱的輻射，最終全都以熱和光的形式蒸發(fā)掉。足夠長(zhǎng)的時(shí)間之后，連質(zhì)子這樣穩(wěn)定的基本粒子也衰變、消亡了，宇宙最終變成一鍋稀得難以置信的湯，其中有光子、中微子，越來越少的電子和正電子。所有這些粒子都在緩慢地運(yùn)動(dòng)，彼此越來越遠(yuǎn)，不會(huì)再有任何基本物理過程出現(xiàn)，出現(xiàn)寒冷、黑暗、荒涼而又空虛的宇宙，它已經(jīng)走完了自己的歷程，達(dá)到了“熱寂”的狀態(tài)。
另一種可能是膨脹停止而代之以收縮。如果宇宙的總質(zhì)量大于某一特定數(shù)值，那么總有一天宇宙將在自身引力的作用下收縮，造成與大爆炸相反的“大坍塌”。收縮過程與大爆炸后的膨脹是對(duì)稱的，像一場(chǎng)倒放的電影。收縮的過程起初很緩慢，隨后越來越快。宇宙的體積開始縮小，背景輻射溫度上升。漆黑寒冷的宇宙變成一個(gè)越來越熱的熔爐，行星、恒星也毀滅了，分布在如今浩瀚空間中的物質(zhì)被擠進(jìn)一個(gè)很小的體積內(nèi)，任何天體都在劫難逃。最后三分鐘來臨了，溫度變得如此之高，連原子核也被撕毀，宇宙又成了一鍋基本粒子湯。然而這種狀態(tài)也只能生存幾秒鐘的時(shí)間。隨后，質(zhì)子和中子也無法區(qū)分，擠成一堆等離子體。在最后的時(shí)刻實(shí)現(xiàn)“大緊縮”，宇宙逆轉(zhuǎn)回到出發(fā)點(diǎn)。引力成為占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的作用力，所有的物質(zhì)都因擠壓不復(fù)存在，一切有形的東西，包括空間和時(shí)間本身，都被消滅，成為一切事物的末日。宇宙在大爆炸中誕生于無，此刻也歸于無。
宇宙是膨脹還是收縮這兩種可能主要取決于宇宙物質(zhì)的總量。根據(jù)目前的估算，宇宙物質(zhì)的總量只達(dá)到要使宇宙重新坍縮的臨界質(zhì)量的百分之十左右，因此如果僅僅依據(jù)觀測(cè)證據(jù)，則可預(yù)言宇宙會(huì)繼續(xù)無限地膨脹下去。但是可能還有其他種類的暗物質(zhì)未被我們探測(cè)到，可能最普通的基本粒子中微子也存在靜止質(zhì)量，只要其中任何一個(gè)問題的答案是肯定的，那么總引力便足以阻止膨脹，宇宙最終可能會(huì)坍縮。
此外，宇宙大爆炸學(xué)說在兩個(gè)關(guān)鍵問題上無法解釋：其一，大爆炸以前宇宙的圖景如何？大爆炸宇宙的理論不能外推到大爆炸之前，尚不能確切地解釋“在所存物質(zhì)和能量聚集在一點(diǎn)上”之前到底存在著什么東西，是什么引起了大爆炸。其二，如果宇宙最終重新坍縮回到原點(diǎn)，又會(huì)發(fā)生什么？有天文學(xué)家提出了宇宙“無始無終” 論：宇宙一直在反復(fù)地收縮然后又膨脹著。宇宙曾經(jīng)處于體積非常大、物質(zhì)密度非常小的狀態(tài)，它在萬有引力作用下漸漸收縮、聚攏起來，直到所有的物質(zhì)統(tǒng)統(tǒng)撞到一起為止。這樣的宇宙被稱為收縮宇宙。然后，它突然爆炸了，結(jié)果形成我們今天觀測(cè)到的這個(gè)膨脹宇宙。今天的宇宙膨脹將被不斷起作用的引力所抵消，最終引力迫使宇宙的膨脹完全停頓下來，進(jìn)而又轉(zhuǎn)為收縮。因此有可能宇宙并沒有什么開端，它一直在反復(fù)地聚攏然后又分開，分開而后又聚攏，聚攏分開永無止境。這樣的一幅圖景被稱為振蕩宇宙。
宇宙的過去和未來究竟是怎樣的？相信科學(xué)終將會(huì)作出令人信服的回答。
10．簡(jiǎn)述恒星的形成、演化和歸宿的全過程。
在從星際彌漫物質(zhì)到恒星的演化鏈上，恒星的形成是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。恒星的起源和演化，長(zhǎng)久以來一直是天文學(xué)中最基本、也最令人感興趣的問題，也是解決得最好的問題之一，從而成為20世紀(jì)自然科學(xué)的重要成就。
在17、18世紀(jì)牛頓、康德等人提出的星云假說，即散布于空間中的彌漫物質(zhì)可以在引力作用下凝聚成太陽系和恒星的學(xué)說的基礎(chǔ)上，經(jīng)過歷代天文學(xué)家的努力，逐漸發(fā)展成為相當(dāng)成熟的理論。20世紀(jì)60年代確立了恒星是從星際分子云中形成的這一重大現(xiàn)代學(xué)說，成為恒星形成研究的主要成就。
根據(jù)這一學(xué)說，恒星是從太空中的星際氣體和塵埃中誕生的，恒星有形成、發(fā)展、死亡和再生的過程。
（一）恒星的形成
恒星形成可分為兩個(gè)階段：
第一階段是星云階段，由極其稀薄的物質(zhì)凝聚成星云并進(jìn)一步收縮成原恒星。
第二階段是原恒星階段，由原恒星逐漸發(fā)展成為恒星。一般把處于慢收縮階段的天體稱為原恒星。原恒星進(jìn)一步形成恒星的收縮過程要持續(xù)幾百萬到幾千萬年。
（二）恒星的演化
恒星的演化如同人的一生，經(jīng)歷從青壯年到更年期、老年期的過程。
（1）恒星的“青壯年期”
恒星的“青年期”和“壯年期”是一生中最長(zhǎng)的黃金階段，這時(shí)的恒星稱為主序星。人們迄今所知的恒星約有90％都屬主序星。在這段時(shí)間，恒星以幾乎不變的恒定光度發(fā)光發(fā)熱，照亮周圍的宇宙空間。核燃燒使恒星內(nèi)部物質(zhì)產(chǎn)生向外的輻射壓力，當(dāng)輻射壓力與引力達(dá)到平衡時(shí)，恒星的體積和溫度就不再明顯變化。
（2）恒星的“更年期”
恒星的“更年期”出現(xiàn)在恒星核心部分的氫完全轉(zhuǎn)變成氦后，例如有7個(gè)太陽質(zhì)量大小的恒星的“更年期”大約在形成的2600萬年后出現(xiàn)。這一階段恒星核心經(jīng)歷這些不同的核聚變反應(yīng)，恒星也經(jīng)歷多次收縮膨脹，其光度也發(fā)生周期性的變化。最后產(chǎn)生巨大輻射壓力，自恒星內(nèi)部往外傳遞，并將恒星的外層物質(zhì)迅速推向外圍空間，形成紅巨星、紅超巨星。
（3）恒星的“老年期”
恒星的“老年期”是從一顆恒星變成紅巨星開始進(jìn)入這一階段的。由于恒星的體積急劇增大，導(dǎo)致恒星的表面溫度下降，因而顏色變紅。同時(shí)，恒星發(fā)光表面的面積劇增，致使整個(gè)恒星發(fā)出的光大大增強(qiáng)，從而大為增亮。這種又紅又亮的恒星就是紅巨星。
（三）恒星的歸宿
恒星內(nèi)部的熱核反應(yīng)是不會(huì)永遠(yuǎn)進(jìn)行下去的，當(dāng)恒星的核燃料耗盡時(shí)恒星也走到了它的盡頭。由于恒星自身物質(zhì)之間的巨大引力始終存在，隨著恒星內(nèi)部熱核反應(yīng)的停止，盡管恒星外層部分會(huì)出現(xiàn)膨脹、爆發(fā)等復(fù)雜的變動(dòng)，核心部分卻必定在引力作用下發(fā)生急劇的收縮、即所謂引力坍縮。因此當(dāng)恒星內(nèi)部的核燃料消耗殆盡時(shí)，常會(huì)發(fā)生一場(chǎng)空前激烈的爆發(fā)。整個(gè)星體或者炸得粉碎，把恒星物質(zhì)重新拋人廣袤的星際空間，成為產(chǎn)生新一代恒星的原料，或者只剩下一個(gè)殘骸。
恒星的歸宿因初始質(zhì)量不同而有三種不同的結(jié)局，即白矮星、中子星和黑洞。
11．簡(jiǎn)介太陽系
在銀河系中，太陽只是1000億顆恒星中的普通一員。但卻是一個(gè)以太陽為中心，包括大小行星、衛(wèi)星、彗星等天體在內(nèi)的大家庭。
在銀河系中太陽屬中等大小的恒星，太陽系是由受太陽引力約束的天體組成的系統(tǒng)，整體大致是個(gè)球體，它的最大范圍約可延伸到1光年以外。太陽系的主要成員有：太陽（恒星）、九大行星（包括地球）、無數(shù)小行星、眾多衛(wèi)星（包括月亮），還有彗星、流星體以及大量塵埃物質(zhì)和稀薄的氣態(tài)物質(zhì)。在太陽系中，太陽的質(zhì)量占太陽系總質(zhì)量的99.8%，其它天體的總和不到總質(zhì)量的0.2%。太陽是中心天體，它的引力控制著整個(gè)太陽系，使其它天體繞太陽公轉(zhuǎn)。
（1）太陽系的九大行星太陽系有九大行星（圖
（2）太陽的特征和結(jié)構(gòu)
在地球所看到的天空最引人注目的就是帶來光明和溫暖的太陽（圖
與地球相比，太陽是一個(gè)巨大的球體。太陽的質(zhì)量是地球質(zhì)量的33.34萬倍。太陽的質(zhì)量占了太陽系總質(zhì)量的99.87%，它強(qiáng)大的引力控制著大小行星、彗星等天體的運(yùn)動(dòng)。太陽直徑有139萬千米，需要109個(gè)地球才能填滿太陽的橫截面。
太陽是一顆自己能發(fā)光發(fā)熱的氣體星球，不但輻射可見光，還不斷輻射著其它波長(zhǎng)的電磁波，包括γ射線、X射線、紫外線、紅外線等。除了光和熱，太陽也發(fā)散一種低密度的粒子流（多半為電子和質(zhì)子）形成太陽風(fēng)，以
12．太陽系的形成和演化
關(guān)于太陽系的起源有多種學(xué)說，最主要的有兩類：一類是星云說，認(rèn)為太陽系是由一個(gè)旋轉(zhuǎn)著的星云在收縮過程中逐漸形成的，18世紀(jì)的康德—拉普拉斯學(xué)說就屬于星云學(xué)說。另一類是各種災(zāi)變說，災(zāi)變說由于缺乏證據(jù)而逐漸被拋棄，20世紀(jì)中期以來興起的新星云說則得到公認(rèn)。
根據(jù)星云說，太陽系是由星際之間的氣體和塵埃組成的星云收縮而形成的。太陽系的形成經(jīng)歷了三個(gè)階段：
（1）星云的壓縮 約在50億年前，銀河系中存在一團(tuán)云狀的緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)的彌漫星際氣塵——“太陽星云”，星云的質(zhì)量是現(xiàn)在的太陽的1．2一2．0倍。由于其它天體的引力擾動(dòng)或鄰近超新星爆發(fā)的沖擊波，原太陽星云在自身的引力下開始坍塌收縮，開始收縮時(shí)的橫寬約為2光年。
（2）原太陽和星云盤的產(chǎn)生在收縮過程中，隨著星云內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)碰撞的次數(shù)和猛烈程度的增大，云團(tuán)中心的密度不斷增大，原太陽星云大量引力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為熱能，使星云內(nèi)部溫度不斷升高。它較稠密的核心部分不斷壓縮，很快收縮成一個(gè)氣體大球，先是坍縮為原始太陽，然后按照恒星演化歷程，成為一顆主序星——這就是我們今天所見的太陽。周圍旋轉(zhuǎn)的塵粒和氣體原子則繞著它公轉(zhuǎn)，形成一個(gè)薄盤。由于氣體有一定膨脹壓力，而塵埃之間碰撞所引起的向外擴(kuò)散卻很小，摩擦碰撞使它們帶靜電而更容易聚積成團(tuán)。
塵埃碰撞粘合成大顆粒，塵埃顆粒向星云盤的赤道面集中，進(jìn)一步碰撞。這個(gè)過程不斷進(jìn)行，直到形成大團(tuán)塊，這些由自身引力維系的團(tuán)塊就被稱為星子。星子有大有小，其典型尺度與小行星相仿，其中一部分成為今天的小行星和彗核，另一部分則繼續(xù)碰撞合并。
（3）行星的形成 這些星子中有些相互碰撞增大，成為行星的胚胎，稱為行星胎，行星胎進(jìn)一步吸積周圍的物質(zhì)最終成為行星。
從誕生至今，太陽系已經(jīng)演化了約50億年，太陽用去了內(nèi)核中一半的氫原子，估計(jì)它仍將穩(wěn)定地輻射50億年左右。預(yù)計(jì)至100億年，它的光亮度將是現(xiàn)在的一倍。至130億年進(jìn)入紅巨星階段。在其存在的最后階段，太陽中的氦將轉(zhuǎn)變成重元素，太陽的體積也將開始不斷膨脹，太陽將變得比今天的太陽大100倍，光度增大，表面溫度升高，那時(shí)它將處于極其不穩(wěn)定狀態(tài)，隨著狀態(tài)的變化終會(huì)將地球吞沒。在經(jīng)過1億年的紅巨星階段后，它要將外殼的相當(dāng)部分拋入宇宙中去而損失掉很多物質(zhì)。最后幾乎全部的剩余量集中在很小的區(qū)域，太陽將突然坍縮成一顆白矮星，到達(dá)其存在的最后階段。再經(jīng)歷幾萬億年，它將耗盡所有能量，最終完全冷卻。
13．地球的圈層結(jié)構(gòu)
以固體的地球表面為界，整個(gè)地球主要?jiǎng)澐譃橥獠咳雍蛢?nèi)部圈層兩大部分，即內(nèi)三圈和外三圈。內(nèi)三圈指固體地球內(nèi)部的主要分層，由地表到地心依次分為地殼、地幔、地核；外三圈指地球外部離地表平均
14．地球的外部圈層是如何劃分的？
地球的外部圈層（圖
（1）大氣圈 大氣圈是地球外圈中最外部的氣體圈層，存在于整個(gè)地球外層。大氣圈是地球海陸表面到星際空間的過渡圈層，沒有明顯的上限，一直可以延續(xù)到
大氣圈對(duì)生物的形成、發(fā)育和保護(hù)有很大的作用。由于大氣圈的存在，擋住住絕大多數(shù)飛向地球的隕石，攔截下太陽輻射中的大部分紫外線和來自宇宙的高能粒子流，保護(hù)了地球生命，免遭外來的打擊。因此，大氣圈是地球表面和生命的盾牌。
（2）水圈 水圈是指連續(xù)包圍地球表面的水層，包括海洋、江河、湖泊、沼澤、冰川和地下水等，它是一個(gè)連續(xù)但不很規(guī)則的圈層。既有液態(tài)水，也包括氣態(tài)水和固態(tài)水。
從離地球數(shù)萬千米的高空看地球，可以看到地球大氣圈中水汽形成的白云和覆蓋地球大部分的藍(lán)色海洋，它使地球成為一顆“藍(lán)色的行星”，又是一顆“水球”。
水圈是地球特有的環(huán)境優(yōu)勢(shì)。水圈的運(yùn)動(dòng)和循環(huán)影響了地球上各種環(huán)境條件的變化，影響各個(gè)圈層，使地球處在不斷地變換之中。更重要的是水對(duì)億萬種生命以及人類能在地球上生存和發(fā)展，具有決定性的意義。
（3）生物圈 生物圈是太陽系所有行星中僅在地球上存在的一個(gè)獨(dú)特圈層。生物圈是指地球表層生物有機(jī)體及其生存環(huán)境的總稱，是一個(gè)有生命的特殊圈層。
生物圈是地球特有的圈層，它是地球大氣、水和地殼長(zhǎng)期演化、相互作用的結(jié)果，它又參與了對(duì)巖石、大氣和水等其他圈層的改造，對(duì)地表物質(zhì)的循環(huán)、能量轉(zhuǎn)換和積聚具有特殊作用。
15．地球的內(nèi)部圈層是如何劃分的？
地球內(nèi)部是無法直接觀測(cè)到的。地球科學(xué)家使用地震的方法研究地球內(nèi)部的結(jié)構(gòu)與構(gòu)成。根據(jù)地球物理的研究，地球內(nèi)部是一個(gè)非均質(zhì)體，各層物質(zhì)的密度、壓力、溫度、物理狀態(tài)和化學(xué)成分存在著明顯差異。地球內(nèi)部存在兩個(gè)明顯的地震波不連續(xù)界面，由此將地球內(nèi)部分為地殼、地幔和地核三個(gè)同心圈層（圖
（1）地殼 地殼是地球表面的一層薄殼。厚度不均勻，大陸地區(qū)平均厚度約
（2）地幔 地幔介于地殼和地核之間。
在距地球表面以下平均深度60～250千米處的上地幔上部有一層軟流圈，它位于巖石圈之下，是一個(gè)明顯的地震波的低速層，物質(zhì)具有柔性。軟流圈可能與地球表面的許多活動(dòng)有密切的關(guān)系，它是巖漿的源地、地震和火山現(xiàn)象的根源，造成地幔對(duì)流、海底擴(kuò)張和板塊構(gòu)造，形成有用的礦藏。
（3）地核 地核指地球核心部分，半徑約
16． 地球圈層的形成過程？
約46億年前，原始地球誕生了。從形成之時(shí)起，地球一直在不斷發(fā)展演變著。早期演化過程的基本運(yùn)動(dòng)形式是圈層分化運(yùn)動(dòng)，即重物質(zhì)向地心和輕物質(zhì)向地表的運(yùn)動(dòng)。原始地質(zhì)圈層形成之后，地球仍處于不斷變化之中，地球物質(zhì)圈層分化繼續(xù)進(jìn)行，直到生命產(chǎn)生、人類誕生，出現(xiàn)了一系列極其復(fù)雜漫長(zhǎng)的演化過程。這樣地球由低級(jí)的、原始的地質(zhì)圈層向現(xiàn)今的高級(jí)圈層的不斷發(fā)展，成為地球最基本的地質(zhì)演化內(nèi)容。
地球圈層的這種發(fā)展演化過程，是一個(gè)有一定方向的不可逆的歷史過程。但它的初期演變已無痕跡可見，只能通過天文學(xué)、地球物理學(xué)、地球化學(xué)、地質(zhì)學(xué)等方面的綜合研究來重現(xiàn)這一演變過程，其中影響最為深遠(yuǎn)的是整個(gè)地球分化成為同心圈層的變化，包括地球內(nèi)部地核、地幔和地殼的形成和演變和大氣圈、水圈的形成和演變，尤其重要的是生物圈的出現(xiàn)和演變。
（1）地球內(nèi)部圈層的形成和演變
原始地球從太陽星云分化出來以后，最初階段各種物質(zhì)是混雜在一起，并沒有明顯的分層現(xiàn)象。此時(shí)溫度很低，各種不同物質(zhì)以固態(tài)存在，它們不可能在重力作用下自由地升降。但是由于地球體積的逐漸變大，地球保存熱能的能力就不斷加強(qiáng)。隨著地球內(nèi)部放射性物質(zhì)衰變產(chǎn)生的能量的大量積聚，地球溫度逐漸升高。這樣地球本身產(chǎn)生的熱能就在地球內(nèi)部積累起來，地球內(nèi)部的溫度逐漸升高。在地內(nèi)溫度逐漸升高的前提下，地內(nèi)物質(zhì)也就具有越來越高的可塑性甚至處于熔融狀態(tài)，在地球重力作用下不可避免地發(fā)生圈層分化。這樣當(dāng)溫度升高，地內(nèi)物質(zhì)的可塑性達(dá)到一定程度時(shí)，較重物質(zhì)緩慢地下沉，同時(shí)較輕物質(zhì)緩慢地上升。這就開始了地球的圈層分化。按化學(xué)組成的不同，分化而成地殼、地幔和地核。
（2）大氣圈和水圈的形成和演變
在原始地球的外部產(chǎn)生了大氣圈和水圈。原先在地球內(nèi)部的各種氣體在地球分化過程中上升到地表，受地球引力作用集聚在地殼外圍而成為原始大氣圈。而原先以結(jié)晶水形式存在于地球內(nèi)部的大量水隨著地內(nèi)溫度的升高成為水蒸汽，通過火山活動(dòng)進(jìn)入大氣層，最終以降雨的形式到達(dá)地面形成原始的水圈。
（3）水圈的形成和演變
水圈中的水同樣來自于地球內(nèi)部。地球表面在原始地球形成初期并沒有水的存在。地球上的水絕大部分以巖石中的結(jié)晶水的形式，存在于地球的內(nèi)部。隨著原始地球的變熱，地內(nèi)溫度的升高，地球內(nèi)部產(chǎn)生愈來愈多的水汽。這些水汽往往通過火山活動(dòng)跑到地球的外部，出現(xiàn)在大氣中，然后以雨滴的形式降落地面，并逐漸地形成海洋，出現(xiàn)原始的水圈。因此地表水圈中水的直接來源是大氣，是大氣中水汽的凝結(jié)物，但從根本上講是來自地球內(nèi)部，來自地下的巖石。
（4）生物圈的形成和演變
當(dāng)原始大氣和原始水圈在地球上出現(xiàn)時(shí)，地球上仍是一個(gè)沒有生命的世界。但大氣、水和原始的地殼的出現(xiàn)為生命的誕生奠定了必要的基礎(chǔ)。從無生命物質(zhì)到生命的轉(zhuǎn)化是一個(gè)極為緩饅的過程，生命是由無生命的物質(zhì)轉(zhuǎn)化來的。約35億年前，原始生命產(chǎn)生于原始海洋之中。在太陽的紫外線、大氣的電擊雷鳴、地下的火山熔巖等作用下，原始大氣中存在的甲烷、氨、水汽和氫轉(zhuǎn)化成簡(jiǎn)單的有機(jī)物。大氣中的有機(jī)物隨降水進(jìn)入海洋，同時(shí)地殼上的有機(jī)物和無機(jī)鹽隨地面徑流進(jìn)入海洋。它們?cè)诤Ｋ邪l(fā)生頻繁的接觸和密切的聯(lián)系。這樣簡(jiǎn)單的有機(jī)物就逐漸發(fā)展成多分子的有機(jī)物，并且逐步變成能夠不斷自我更新、自我再生的物質(zhì)，從而形成了原始的生命。
雖然35億年以前原始生命就已經(jīng)在海水中產(chǎn)生，但是在此后長(zhǎng)達(dá)30億年的時(shí)間里，生命始終局限在海水中。沒有海水的保護(hù)，生命就難于避免強(qiáng)烈的太陽紫外線的傷害。在距今6億年前，綠色植物開始在海洋中占優(yōu)勢(shì)，生物開始對(duì)地球自然環(huán)境的發(fā)展產(chǎn)生重大影響。
綠色植物的出現(xiàn)為生物登陸創(chuàng)造了前提條件，因?yàn)榫G色植物在光合作用中所產(chǎn)生的游離氧的積累，終于導(dǎo)致大氣中出現(xiàn)臭氧，并在高空中形成臭氧層。臭氧能夠有效地吸收紫外線，因而對(duì)地面上的生物起保護(hù)作用。高空臭氧層的出現(xiàn)意味著陸上生物的生命有了保障。這樣在距今4億年前，綠色植物登陸成功，使生物從海洋登上陸地，陸地上出現(xiàn)了生物的大發(fā)展。生物的數(shù)量和種類開始了大幅度的增長(zhǎng)，在陸地和海洋都出現(xiàn)了動(dòng)植物的大繁榮，進(jìn)而發(fā)展成為完善的地球生物圈，使地球的自然環(huán)境出現(xiàn)了大變化，發(fā)展成為地球的生物圈。至今110多萬種動(dòng)物和40多萬種植物組成了瑰麗多采的生物世界。
生物圈形成以后，整個(gè)地球仍然在發(fā)展變化著。特別是大約300萬年前，作為高等動(dòng)物的人類的出現(xiàn)，開始了地球發(fā)展演化的新階段，這是影響地球自然環(huán)境的重大飛躍。
17.什么是板塊構(gòu)造理論？
地球自從形成以來在地表和內(nèi)部進(jìn)行著永不停息的運(yùn)動(dòng)變化，地球表面形態(tài)特征正是地球的內(nèi)外力綜合作用的結(jié)果，其中內(nèi)力是形成地球表面差異的重要原因。探討地殼運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)生原因，需要用大地構(gòu)造理論加以解釋。
板塊構(gòu)造說是20世紀(jì)60年代提出的一種新的全球構(gòu)造學(xué)說，由于板塊構(gòu)造新理論的出現(xiàn)，地球科學(xué)取得了突破性進(jìn)展，意義十分重大。目前板塊構(gòu)造說已經(jīng)成為綜合多學(xué)科成果的主要理論框架，成為現(xiàn)代流行的被普遍接受的最新理論形式。
20世紀(jì)60年代以來，海底擴(kuò)張的現(xiàn)象已被證實(shí)，大陸漂移的假說也被普遍承認(rèn)。1965年，科學(xué)家運(yùn)用計(jì)算機(jī)使地球各個(gè)大陸以現(xiàn)有的形狀恰好拼合在一起，并將海地地形、地震位置、火山等活躍部位都連接成為帶狀。
由此，人們?cè)O(shè)想，大陸漂移和海底擴(kuò)張可能表現(xiàn)為若干巖石圈板塊的相互運(yùn)動(dòng)。1968年，法國的勒皮雄(X.Lepichon)、美國的摩根（W. J. Morgan）和英國的麥肯齊（D. P. Mckenzie）等學(xué)者根據(jù)當(dāng)時(shí)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的諸多新的地質(zhì)現(xiàn)象，把大陸漂移和海底擴(kuò)張的概念發(fā)展成為著名的“板塊構(gòu)造說”。板塊構(gòu)造說提出后，又被許多科學(xué)家不斷予以完善，很快得到了其他地學(xué)工作者的贊同?，F(xiàn)代地球科學(xué)的發(fā)展，以板塊構(gòu)造說的建立為標(biāo)志進(jìn)入了革命時(shí)期。
1970年后，板塊構(gòu)造學(xué)說確立。板塊構(gòu)造學(xué)說的基本觀點(diǎn)是：
（1）巖石圈板塊是在軟流圈上滑動(dòng)的
地球的最上層沿垂直方向可劃分為物理性質(zhì)截然不同的兩層：堅(jiān)硬的巖石圈和部分熔融的軟流圈。全球巖石圈（包括地殼和上地幔一部分）不是一個(gè)整體，而是由相互運(yùn)動(dòng)著的若干剛性板塊所構(gòu)成的。每一個(gè)板塊都“浮”在軟流圈之上，巖石圈板塊就在軟流圈上滑動(dòng)，大陸漂移實(shí)際上是板塊運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。這些板塊在以每年
（2）地球的巖石圈劃分為許多板塊
巖石圈分為若干個(gè)板塊，各個(gè)板塊在不斷移動(dòng)相互擠壓，而各個(gè)板塊內(nèi)部相對(duì)比較穩(wěn)定。勒皮雄把全球巖石圈劃分為6大板塊（圖
3）地球板塊之間在相互運(yùn)動(dòng)
板塊的內(nèi)部比較穩(wěn)定，板塊之間則比較活動(dòng)，板塊相對(duì)移動(dòng)而發(fā)生的彼此碰撞或張裂，形成了地球表面的基本面貌。
（4）板塊作用的驅(qū)動(dòng)力是地幔對(duì)流作用
地幔對(duì)流體存在巖石圈之下，對(duì)流體上升的地區(qū)正是大洋的海嶺，在對(duì)流體的作用下，海底巖石受力破裂，地幔物質(zhì)上升到達(dá)頂部冷卻凝結(jié)而形成海嶺，以后繼續(xù)上升的地幔物質(zhì)從海嶺頂部的巨大開裂處涌出，形成新的大洋地殼，又把早先形成的大洋地殼以每年幾厘米的速度推向兩邊，使海底不斷更新和擴(kuò)張。
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