第一节 宇宙天体
宇宙的由来
宇宙是指整个物质世界，它处于不断的运动和发展中。即宇宙是广漠空间和其中存在的各种天体以及弥漫物质的总称。科学家们研究发现，宇宙是由大约150亿年前发生的一次大爆炸形成的。
在爆炸发生之前，宇宙内所存物质和能量都聚集到了一起，并且宇宙空间到处充满着杂音电波。迅猛的大爆炸使物质四散出来，宇宙空间不断膨胀，辐射温度不断降低，后来相继出现的宇宙中的所有星系乃至生命，都是在这种不断膨胀冷却的过程中逐渐形成的。
宇宙大爆炸理论认为，宇宙是从既无空间也无时间的“虚无”之中以惊人的速度瞬间诞生的。并且，宇宙总是周而复始地从诞生到消亡、再诞生、再消亡。
知识小链接：宇宙会继续膨胀下去吗
目前宇宙正在以30千米/秒左右的速度不断地膨胀着，它是否会继续膨胀下去将取决于宇宙的平均密度。若宇宙物质的平均密度大于临界密度值，则宇宙物质之间的引力将阻止宇宙的进一步膨胀，并将迫使星系逐渐彼此靠拢，即变膨胀为收缩。反之，则将继续膨胀下去。
地球的由来
地球是人类诞生、劳动、生息、繁衍的地方，它是我们共有的家园，那么地球是如何形成的呢？
随着科学技术的发展，人类对太阳系的认识也逐渐深刻。18世纪以来，相继出现了很多假说。近数十年来，天体物理学等近代科学的发展、天文学的进步、宇航事业的兴起等为地球演化的研究提供了更多的帮助，下面介绍几种假说供参考。
星云说：星云说是由法国数学家和天文学家拉普拉斯（1749～1827年）于1796年发表的《天体力学》及后来的《宇宙的叙述》中提出太阳系成因的。他认为太阳是太阳系中最早存在的星体，最初的太阳是由一团灼热的稀薄物质组成，内部较致密，周围是较稀薄的气体圈，形状是一个中心厚而边缘薄的饼状体，始终不停地缓慢旋转。经过长时间的不断冷却和本身的引力作用，星云愈加致密，体积逐渐缩小，旋转速度加快，故愈来愈扁。因此位于它边缘的物质，特别是赤道部分，当离心加速度超过中心引力加速度时，便离开原始太阳，形成无数同心圆状轮环（如同现在土星周围的环带），相当于现在各行星的运行轨道位置。由于环带性质不均一，并且带有一些聚集凝结的团块，在引力作用下，环带中残余物质都被凝固吸引，形成大小不一的行星，地球就是其中之一。各轮环中心最大的凝团，便是太阳，其余围绕太阳旋转。由于行星自转，因此也可以产生卫星，例如地球的卫星——月亮，这样地球便随太阳系的产生而产生了。
灾难学派的假说：英国物理学家金斯在1930年提出气体潮生说，他推测原始太阳为一灼热球状体，由非常稀薄的气体物质组成。一颗质量比它大得多的星体，从距离不远处快速掠过，在引力的作用下，原始太阳出现了凸出部分，凸出部分在引力的继续作用下被拉成如同雪茄烟一般的长条。较大星体一去不复返，渐渐地，太阳获得新的平衡，一些长条状稀薄气流从太阳中分离出来，并逐渐冷却凝固而分成许多部分，每一部分再聚集成一个行星。被拉出的气流，中间厚，密度最大，形成较大的木星和土星；两端薄，形成较小的行星，如水星、冥王星、地球等。
陨石论：也称施密特假说。前苏联学者施密特根据银河系的自转和陨石星体的轨道是椭圆的理论，认为太阳系星体轨道是一致的，所以陨星体也应是太阳系成员。因此他于1944年提出了新假说：在遥远的古代，原始太阳作为一颗孤寂的恒星存在于太阳系中，在银河系广阔的天际沿自己的轨道运行。约在60～70亿年前，当它穿过巨大的黑暗星云时，与密集的陨石颗粒、尘埃质点相遇，它便开始用引力把大部分物质捕获过来，其中一部分与它结合；而另一些按力学的规律，聚集起来围绕着它运转，直至走出黑暗星云，这时这个旅行者不再是一颗孤星了。它在运行中不断吸收宇宙中的陨体和尘埃团，由于数不清的尘埃和陨石质点相互碰撞，于是便使尘埃和陨石质点相互焊接起来，大的吸小的，体积逐渐增大，最后形成几个庞大行星。行星在发展中又以同样方式捕获物质，形成卫星。
综上所述，一般认为施密特的假说，即陨石论是较为科学和进步的。根据这一学说，地球在天文期大约有两个阶段：
（1）行星萌芽阶段：即星际物质（尘埃、陨体）围绕太阳相互碰撞，开始形成地球的时期。
（2）行星逐渐形成阶段：在这一阶段中，地球形体基本形成，重力作用相当显著，地壳外部空间保持着原始大气（CH·NH4，H2O，CO2，等等）。由于放射性蜕变释热，内部温度产生分异，重的物质向地心集中，又因为地球物质不均匀分布，引起地球外部轮廓及结构发生变化，亦即地壳运动形成，伴随灼热熔浆溢出，形成熔岩侵入活动和火山喷发活动。
知识小链接：地球内部有什么
地球有好多层。最外面的一层叫做地壳，它是由石英和类长石的其他硅酸盐构成的，其平均厚度为35千米。地壳以下到2900千米深处的一层是地幔，地幔的主要构成物质是橄榄石——一种由铁和镁构成的矿物硅酸盐。地幔以下到地球中心的部分是地核，其中心温度可高达7500K，比太阳表面还要热。
月球的由来
关于月球的起源，目前主要有以下几种说法：
第一，分裂说。这种假说认为月球起初只是地球赤道的隆起部分，在太阳的引力和地球的快速自转作用下，月球“飞”了出去，分裂为卫星。但是地球的惯性离心力要达到把月球抛出去的程度是不可能的，而且两者的化学构成也有很大差别。
第二，俘获说。这种假说认为月球原先是太阳系里的一颗普通的小行星，在一次偶然的机会中它行近地球时被俘获，而成为地球的卫星。但是轨道问题却无法解释。如果小行星从地球旁经过，它只能略微改变一下其轨道，是不可能被地球俘获过来的。
第三，碰撞论。该假说认为地球是先存在的一个星球，后来一个小星球以每秒11公里的速度成斜角碰撞了地球，从而抛出许多雾化岩石物质绕地球旋转，这些雾化物逐渐凝聚成了月球。
现代的许多研究表明，月球的形成比较大的可能性是倾向于共同形成说。共同形成说认为地球和月球是源于同一块原始星云尘埃的，只是月球形成的时间晚于地球。地球形成时已把含铁等金属元素较多的粒子聚集成“地球胎”，所以月球是由残余在地球周围的非金属物质聚集而成的。
知识小链接：人类首次登月
1969年7月20日美国时间22时56分，3名美国宇航员叩开了冷寂的月宫大门。两名宇航员走下太空舱，双脚踏上了月球表面，这是人类有史以来第一次对月球进行的最伟大的探险。
日食的由来
农历初一时，月球绕地球转到太阳和地球中间，即日食。若太阳、月球、地球三者正好排成或接近一条直线，月球挡住了射向地球的太阳光，月球身后的黑影正好落到地球上，这时就会发生日食现象。在地球上，月影里的人们开始看到阳光逐渐减弱，圆圆的黑影将太阳面遮住，天色转暗。当太阳面被黑影全部遮住时，天空中最亮的恒星和行星便清晰可见，几分钟后，从月球黑影边缘逐渐露出阳光，开始生光、复圆。因为月球比地球小，所以只有在月影中的人们才能看到日食。月球把太阳全部挡住时发生日全食，遮住一部分时发生日偏食，遮住太阳中央部分发生日环食。发生日全食的延续时间不超过7分58秒。
仔细观察，在全食即将开始或结束时，太阳圆面被月球的黑影遮住，只剩下一个细细的圆环时，往往会出现一串发光的亮点，像是一串晶莹剔透的珍珠。这是由于月球表面高低不平的山峰像锯齿一样把太阳发出的光线切断造成的。英国天文学家倍利于1838年和1842年首先描述并研究了这种现象，所以这种现象被称为“倍利珠”。
我国早在公元前一千多年已有确切的日食记录，是世界上最古老的日食记录。
知识小链接：日食的“季节”
当新月和满月出现在黄白交点的一定界限之内时就会发生日、月食，这个界限就叫做“食限”。计算表明，对日食而言，如果新月在黄道和白道的交点附近18度左右的范围内，日食就可能发生；如果新月在黄道和白道的交点附近16度左右的范围内，则日食一定会发生。
日食的一个食季有36天，而一个朔望月的平均长也不过29.53天。所以在一个日食的食季内必定会发生一次日食，也可能有两次日食发生。因为一年之中有两个日食食季，所以在一年之内至少有两次日食发生，也可能有四次日食发生，前提是如果每个食季中都包含两个朔日。
月食的由来
月食是自然界的一种现象，当太阳、地球、月球三者恰好或近乎在同一条直线上时（地球在太阳和月球之间），太阳到月球的光线便会部分或完全被地球掩盖，产生月食现象。
月食发生时间不定，一般在农历十五前后，即“望”，这是因为月食的时候，对地球来说，太阳和月球的方向相差180°。要注意的是，黄道（太阳在天空的轨道）与白道（月球在天空的轨道）并不在同一个平面上，而是约有5°的交角，故只有太阳和月球分别位于黄道和白道的两个交点附近，才有机会形成一条直线，产生月食。
月食可分为月偏食、月全食及半影月食三种。当月球只有部分进入地球的本影时，就会出现月偏食；当整个月球进入地球的本影时，就会出现月全食。至于半影月食，是指月球只是掠过地球的半影区，造成月面亮度极轻微的减弱，肉眼很难看出差别，所以人们很少注意。
知识小链接：月食的过程
月食的过程分为初亏、食既、食甚、生光、复圆五个阶段。
初亏：月球刚接触地球本影，标志月食开始。
食既：月球的西边缘与地球本影的西边缘内切，月球刚好全部进入地球本影内。
食甚：月球的中心与地球本影的中心最近。
生光：月球东边缘与地球本影东边缘相内切，这时全食阶段结束。
复圆：月球的西边缘与地球本影东边缘相外切，这时月食全过程结束。
流星雨的由来
所谓“流星群”，是指沿着同一轨道绕太阳运行的大群流星体。当流星群与地球相遇时，人们会看到天空某一区域在一定时间范围内流星数目显著增多，大大超过通常偶然出现的流星数，如同下雨一般，这种现象称为流星雨。在发生流星雨时，可高达每小时几千条甚至几万条。
流星雨主要是由彗星引起的。当某彗星绕日运行经过其轨道近日点附近时，受太阳热辐射作用，温度升高后喷发出的大量碎块随着彗星的运行而在其轨道上形成碎块密集区。当地球穿过该区域时受地球引力作用，大量碎块高速进入大气层并发生激烈摩擦，温度急剧升高而使碎块烧毁并发出明亮光线。当流星的辐射点（所有流星运动轨迹反向延长线的交汇点）处于某星座天区时就称为某星座流星雨，如狮子座流星雨、天秤座流星雨、猎户座流星雨等。
知识小链接：我国有关狮子座流星雨最早的记录
天文学家通常以流星雨辐射所在天空区域中的星座给流星命名来区别来自不同方向的流星雨。狮子座流星雨就是流星雨辐射点在狮子座中。
我国最早有关狮子座流星雨的记录，见于新旧《五代史》。后唐明宗长兴二年九月丙戌（公元931年10月16日），晚上约十点多，天空中有小流星出现，黎明前数目大量增加，在中天和四方可见百余颗流星“流注交横”的壮观景象。当晚，也曾出现两次大颗的火流星：其中之一，大如半升容器，此一火球初小后大，光亮足以照亮夜空，它以极快的速度划至奎宿而灭，尾迹凝结在天，屈曲似云；另一颗火流星的大小则如大桃般。次日晚上，仍然可以看到“众星交流而殒”的现象。
黑洞的由来
“有入无出”的黑洞是如何产生的呢？原来，当一颗质量相当大的星体之核能耗尽后，即超新星爆发时，残骸质量比太阳质量高3倍的恒星核心会演化成黑洞。在黑洞中，没有任何向外力能维持与重力的平衡，故核心会一直塌缩下去，于是形成黑洞。天文学家们成功地观测到了两个密度极大的质子星相撞后诞生了一个密度相对小的黑洞。星体相撞的地点距离地球220万光年，所以实际上相撞事件发生在22亿年前，而撞击产生的伽马射线直到2005年5月9日才到达地球。这些伽马射线的余晖是在9日夜里被美国航空航天局X射线观测卫星“褐雨燕”（Swift）发现的。“褐雨燕”卫星于2004年11月进入太空，其主要任务是通过观察宇宙伽马射线爆发来探究黑洞的起源。
知识小链接：黑洞的含义
黑洞，是广义相对论所预言的一种特殊天体。它的基本特征是具有一个封闭的视界，视界就是黑洞的边界。外来的物质和辐射可以进入视界以内，而视界内的任何物质都不能跑到外面。
太空气泡的由来
“太空气泡”这个概念离我们的生活似乎比较遥远，但酷爱天文的朋友们对此一定不会陌生。所谓“太空气泡”，是指宇宙中的气体因受到强大粒子风和辐射的冲击而形成的空洞。以往由哈勃天文望远镜所发现的气泡，都是由很大的恒星或星团喷射出的强大粒子风和辐射形成的，而近年来所发现的这个由一个孤立的年轻恒星形成的气泡，可以说是一个例外。
