宇宙探索俱乐部电影

宇宙是怎么起源的

在我们生活着的地球之外，是一个广阔无边的星星世界。这个世界叫做“宇宙”。宇宙是一个无边无际、无始无终的世界，无论使用多么先进的望远镜，我们的视线也不能到达宇宙的尽头；不论我们懂得多少知识，也无法全部了解宇宙的所有奥秘。

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。宇宙是物质世界，它处于不断的运动和发展中。千百年来，科学家们一直在探寻宇宙是什么时候、如何形成的。

宇宙是如何起源的？空间和时间的本质是什么？这是从2000多年前的古代哲学家到现代天文学家一直都在苦苦思索的问题。经过了哥白尼、赫歇尔、哈勃的从太阳系、银河系、河外星系的探索宇宙三部曲，宇宙学已经不再是幽深玄奥的抽象哲学思辩，而是建立在天文观测和物理实验基础上的一门现代科学。

直到今天，科学家们才确信，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，宇宙内的所存物质和能量都聚集到了一起，并浓缩成很小的体积，温度极高，密度极大，之后发生了大爆炸。大爆炸使物质四散出击，宇宙空间不断膨胀，温度也相应下降，后来相继出现在宇宙中的所有星系、恒星、行星乃至生命，都是在这种不断膨胀冷却的过程中逐渐形成的。

目前学术界影响较大的“大爆炸宇宙论”是1927年由比利时数学家勒梅特提出的，他认为最初宇宙的物质集中在一个超原子的“宇宙蛋”里，在一次无与伦比的大爆炸中分裂成无数碎片，形成了今天的宇宙。1948年，俄裔美籍物理学家伽莫夫等人，又详细勾画出宇宙由一个致密炽热的奇点于150亿年前一次大爆炸后，经一系列元素演化到最后形成星球、星系的整个膨胀演化过程的图像。

“大爆炸宇宙论”是现代宇宙系中最有影响的一种学说，又称大爆炸宇宙学。与其他宇宙模型相比，它能说明较多的观测事实。它的主要观点是认为我们的宇宙曾有一段从热到冷的演化史。在这个时期里，宇宙体系并不是静止的，而是在不断地膨胀，使物质密度从密到稀地演化。这一从热到冷、从密到稀的过程如同一次规模巨大的爆发。

根据大爆炸宇宙学的观点，大爆炸的整个过程是：在宇宙的早期，温度极高，在100亿度以上。物质密度也相当大，整个宇宙体系达到平衡。宇宙间只有中子、质子、电子、光子和中微子等一些基本粒子形态的物质。但是因为整个体系在不断膨胀，结果温度很快下降。当温度降到10亿度左右时，中子开始失去自由存在的条件，它要么发生衰变，要么与质子结合成重氢、氦等元素；化学元素就是从这一时期开始形成的。温度进一步下降到100万度后，早期形成化学元素的过程结束。

宇宙间的物质主要是质子、电子、光子和一些比较轻的原子核。当温度降到几千度时，辐射减退，宇宙间主要是气态物质，气体逐渐凝聚成气云，再进一步形成各种各样的恒星体系，成为我们今天看到的宇宙。

人类对宇宙的认识，最早是从地球开始的，再从地球扩展到太阳系，从太阳系扩展到银河系，从银河系扩展到河外星系、星系团、总星系。

地球只是太阳系中一颗普通的行星。太阳系的成员除了太阳外，还包括地球在内的九大行星，几十颗像月亮一样的卫星，神秘莫测的彗星，数以千计的小行星，数不清的流星以及各种星际物质等。如果把距太阳最远的冥王星的轨道作为太阳系的边界的话，那么，太阳系所占的空间直径约有12太米。在广阔无边的宇宙中，整个太阳系又不过是像大海中的一滴水珠。庞大的太阳系家族，在茫茫星海中只能算是一个小小的家庭。

比太阳系更大的是银河系。银河系的直径有10万光年。在银河系里，大大小小的恒星有一千多亿颗。银河系还不算最大的，今天已经发现10亿多个和银河系同样庞大的恒星系统，我们叫它“河外星系”。所有的河外星系又构成更为庞大的总星系。总星系在宇宙中也不过占了一个微不足道的角落。目前，天文学家使用最先进的天文望远镜,已经观测到距离我们大约200亿光年的特别明亮的个别天体。

宇宙空间充满着无穷的奥秘：地球之外的星球上是不是也有人类存在？流星是怎么一回事？有的星为什么会突然大爆炸？有的星体离我们十分遥远，为什么却那么明亮？……这些都有待我们去研究、去探索。

宇宙中的生命是怎样产生的?

大千世界，芸芸众生。缔造无数辉煌的人与动物、植物、微生物等有生命之物体，都呈现勃勃生气，可是，鸿蒙新始，宇宙中的生命又是怎样产生的呢?

早在1953年，芝加哥大学化学系一位青年学生斯坦利·米勒曾产生过一个当时被人们认为是荒诞的想法：世界基本物质中的矿物元素能否必然产生生命?要是米勒不去大胆地进行实验，这个一时受嘲弄的所谓“不可思议”的设想恐怕只能永远成为争论的话题。他的老师尤赖不无耻笑地叫米勒试试，并跟他打了1000美元的赌，担保他“不会成功”.

斯坦利·米勒的设想和实验似乎过于简单，因此，尤赖教授的怀疑态度是可以理解的。米勒设想，把构成我们地球的最原始的矿物质放在一个庞大的试管里进行实验。这些矿物元素有甲烷、氨、氢和水气。米勒排除了种种干扰，勇敢地开始了探索。他在试管里把这些无机物质混和在一起。然后向试管通电，放出电火花，大家知道，40亿年前，构成地球的所渭“原汤\"上空，经常发生强大的雷雨。经过一个星期的操作．米勒停止了实验。当他仔细观察试管时．发现底部有一种淡红色的奇异物质。米勒又惊又喜，立即对这种物质进行了化验分析，结果证明，那是氨基酸。大家都晓得，氨基酸是生命的要素。当然，米勒从无机物质中没有创造出生命来．甚至连最基本、最原始的生命形式也没有制造出来。但是他发现了一个化学程序，可能导致生命的出现。请不要忘记，米勒的实验只用了一个星期的时间，而地球却花了40亿年的工夫才有生命的出现……

应当说，是前苏联生物化学家奥帕里涅于1924年提出的一个具有革命意义的假设，才导致了米勒的极其天才的实验。奥帕里涅对地球上出现生命的过程做过如下描绘：40亿年前，在太阳紫外线的作用下．地球表面出现了第一批氨基酸，这些生命的原始物质掉进了海洋，便形成了所谓的“原汤”c随着时间的推移，生命的原始物质不断她进行结合，其结构越来越复杂，最后就产生了生命。这位前苏联生物化学家认为他的这个描绘并非是想入非非的事。他自己曾观察到，在注人大量溶剂的浓胶状态溶液中，蛋白质很容易结合起来。米勒1953年的实验表明，科学家们的思想已有了一个飞跃。当时有许多科学家认为，生命是只产生于我们地球表面的、自发的、例外的现象。米勒的发现极大地震撼了这些科学家的心灵。米勒以实验证明，一定物质的化学结合，必然会导致生命的出现。这个理论使生命是自发和例外地出现的学说顷刻瓦解了。

继米勒之后，诺贝尔化学奖获得者梅尔文和卡尔文把实验推进了一步，他们用回旋加速器发射的电子来代替紫外线。后来，另一名科学家福克斯又对‘‘原汤\"的各种条件进行了模拟实验。40亿年以前，火山爆发向地球表面喷吐着大量的火焰，熊熊燃烧着的岩浆直接流入了海洋。福克斯把模拟的“原汤’’同岩浆接触，然后加热，使温度升到107℃，同时加进18个氨基酸分子。得到的结果表明，生命是必然出现的，因为福克斯的实验产生了类似多肽的物质．，换句话说，他获得了由几百个分子组成的氨基酸链。从此就形成了一门新学科：生源说。自1953年以来，实验室的实验越来越复杂了，科学工作者人工制造出了越来越高级的氨基酸和分子。到了1970年，人们竟研制成了去氧核糖核酸分子。

在取得这些地面新发现的同时，天体物理学家们也在宇宙空间找到了各种各样的分子。随着这些新的发现，也出现了一门新的学科：天体化学。这是一门完全崭新的学科，它产生于20世纪70年代。的确，天体物理学家们1972年在宇宙间发现了24种分子，而在1977年又找到了45种分子。

1977年5月23日，星期一。天文学家雅克·勒凯向法兰西学院介绍了在宇宙里发现的最新的分子，即由9个原子组成的分子：C2H2CN.这个字宙化学的新证据是默东天文台于1977年5月22日分析得出的，它表明宇宙中会产生越来越复杂的化学反应和化学结合。

不过，有人曾经认为，除原子和粒子外，宇宙不会孕育出别的东西来。可是事实恰恰相反，科学家们发现了越来越多的化学成份十分复杂的物体。有人甚至认为已经发现了由83个原子组成的卟啉分子，但至今没有得到证实。业已发现的相当高级的分子在宇宙里的生命发展中起着重大的作用。它们像蘑菇的孢子一样．驾着宇宙里的风或坐着冰冷的彗星迁居到各个星球上去。一些科学家认为这是十分可靠的假设。结论是：像地球上一样，化学在宇宙里似乎必然会导致一个越来越复杂的结构，这个结构又必然会导致生命的出现。

银河系至少有五个“地球”

“飞流直下三千尺，疑似银河落九天。”中国古代文化视银河为天河，把注意力扩大到河东和河西的牛郎织女两个星座，想象编造出牛郎织女爱情的故事。那么美好的爱情，中间偏偏出现个天帝，从中作梗，女子们没有力量反抗，只好通过鹊桥相会和“乞巧”的方式，获得精神上的寄托和安慰，东方文化就这样委婉含蓄。唐朝顾况的《宫词》中便有一句“水晶帘卷近秋河”，这里的“秋河”说的就是银河。再如李商隐的《嫦娥》中有“长河渐落晓星沉”。

银河系侧看像一个中心略鼓的大圆盘，整个圆盘的直径约为10万光年，太阳系位于银河系欣赏(20张)距银河系中心约2.6万光年处。鼓起处为银心是恒星密集区，故望去白茫茫的一片。银河系俯视呈旋涡状，有4条螺旋状的旋臂从银河系中心均匀对称地延伸出来。银河系中心和4条旋臂都是恒星密集的地方。(比较大的旋臂有4条，但最近研究表明主要的旋臂只有两条，另两条都未发育完全)有9460800000亿公里。中间最厚的部分约12000光年。太阳位于一条叫做猎户臂的支臂上，距离银河系中心约2.64万光年，逆时针旋转（太阳绕银心旋转一周约需要2.5亿年）。银河系的发现经历了漫长的过程。望远镜发明后，伽利略首先用望远镜观测银河，发现银河由恒星组成。而后，T.赖特、I.康德、J.H.朗伯等认为，银河和全部恒星可能集合成一个巨大的恒星系统。18世纪后期，F.W.赫歇尔用自制的反射望远镜开始恒星计数的观测，以确定恒星系统的结构和大小，他断言恒星系统呈扁盘状，太阳离盘中心不远。他去世后，其子J.F.赫歇尔继承父业，继续进行深入研究，把恒星计数的工作扩展到南天。20世纪初，天文学家把以银河为表观现象的恒星系统称为银河系。J.C.卡普坦应用统计视差的方法测定恒星的平均距离，结合恒星计数，得出了一个银河系模型。在这个模型里，太阳居中，银河系呈圆盘状，直径8千秒差距，厚2千秒差距。H.沙普利应用造父变星的周光关系，测定球状星团的距离，从球状星团的分布来研究银河系的结构和大小。他提出的模型是：银河系是一个透镜状的恒星系统，太阳不在中心。沙普利得出，银河系直径80千秒差距，太阳离银心20千秒差距。这些数值太大，因为沙普利在计算距离时未计入星际消光。20世纪20年代，银河系自转被发现以后，沙普利的银河系模型得到公认。银河系是一个巨型棒旋星系（漩涡星系的一种），Sb型，共有4条旋臂。包含一、二千亿颗恒星。银河系整体作较差自转，太阳处自转速度约220千米／秒，太阳绕银心运转一周约2.5亿年。银河系的目视绝对星等为－20.5等，银河系的总质量大约是我们太阳质量的1万亿倍，大致10倍于银河系全部恒星质量的总和。这是我们银河系中存在范围远远超出明亮恒星盘的暗物质的强有力证据。关于银河系的年龄，目前占主流的观点认为，银河系在宇宙诞生的大爆炸之后不久就诞生了，用这种方法计算出，我们银河系的年龄大概在145亿岁左右，上下误差各有20多亿年。而科学界认为宇宙诞生的“大爆炸”大约发生137亿年前。另一说法，银河直径约为8万光年。

长期以来，科学家一直都在致力于探索地球以外的行星世界，开普勒太空望远镜的发明与应用，则把这一梦想变成了现实。2009年5月至9月间，开普勒太空望远镜对银河系15.6万颗恒星进行搜索，对银河系行星进行首次“人口普查”。当有行星经过恒星时，开普勒将观察记录到恒星亮度有微量减弱。由于这种情况一年只发生一次，科学家们需要3年的数据才能最终确认围绕与太阳类似的恒星运行的行星的存在并确定其位置。开普勒这次行星普查的主要使命并不是要弄清每一颗行星的具体状况，而是要让天文学家对银河系究竟有多少行星、特别是有多少像地球一样适宜人类居住的行星有初步的感觉。

初步研究发现，银河系恒星中，至少每两颗恒星中就有一颗拥有行星，每200颗恒星中就有一颗恒星拥有的行星位于“宜居带”。科学家目前发现了1235颗候选行星，其中68颗与地球大小相似，288颗远远大于地球。在54个可能适宜人类居的行星中，5个可能与地球大小类似，所环绕运行的恒星与太阳相比，体积要小，温度较低，其中一些可能有月球环绕，并存在液态水。

该项目首席科学家威廉博鲁茨基在宣布这一结论时称，科学家们是根据已经观察到的行星出现的频率，得出全部行星的大致数字。目前关于银河系行星数量的推断可能还是“最保守的估计”，因为这些恒星可能有不止一个行星，开普勒目前进行的搜索也未能顾及那些远离恒星的行星。他举例说，如果开普勒从距离地球1000光年远的地方遥望太阳，它能注意到金星划过夜空，但只有1\/8的机会看到地球。他表示，开普勒目前搜索的范围只占茫茫夜空的1\/400，在如此小的区域内却发现如此众多的候选行星，使我们禁不住认为，我们生活的银河系中还有多少行星在环绕着类似太阳的恒星轨道上运行？

天文学家史蒂文·麦兰认为，这些关于银河系行星数量的科学推断说明，用数以百亿形容银河系是准确的。而这仅仅是人类目前生活的银河系，科学家们认为宇宙中存在1000亿个银河系。而银河系中究竟有多少类似太阳的恒星存在还无定论。多年来，科学家们倾向认为银河系有1000亿颗恒星，但去年，一名耶鲁科学家认为，这一数字接近3000亿。

既然可能有适宜人居的行星，科学家的新发现必然引发人们对宇宙中存在其他生命存在的联想。随之而来的问题是：“外星人”为什么至今没有造访地球？发布会现场，博鲁茨基感到很遗憾，因为这是一个他和同事们目前都不知道答案的问题。但他表示，太多的未知正是人类太空探索的动力所在，这一探索的意义，将使人类对自己在宇宙中的地位有进一步的认识。

寻找天体的运行规律

在哥白尼提出“日心说”以前，“地心说”统治了人类数千年。正是从哥白尼开始，人类才逐渐对天体运行及其规律有了正确的认识。古人观天象，发现太阳自东而升，自西而落，星空日隐夜现，就觉得日月星辰都是围绕着地球运转的，因此普遍认为地球就是宇宙的中心。其实这种说法是不正确的。

哥白尼的日心说在近代科学发展史上具有重大的革命意义以及非同一般的影响，它不仅仅是发现了古人没有发现的新的天体现象，还在于它解释了天体运行的规律时独特的角度。正是这种角度的确立昭示了现代科学，甚至现代理性主义的诞生。哥白尼描绘的太阳中心的太阳系天体现象，是人类至今也没有实在地观察到的。那是只有到太阳系之外的某个地点才能实地地观察到的现象，而人类至今也并没有能够离开太阳系。也可以说，哥白尼描述的太阳系，是只有“上帝”才能观察到的景象——从某个超越的观察点观察到的景象。

但由于受到历史条件的限制，这一理论也存在着不可避免的缺点和错误。譬如说，哥白尼认为行星运动的轨道是圆形的，因为轨道应当是“完美的”，而只有圆形才是最完美的，所以，行星围绕太阳运动的轨道是圆形的。这完全是一种主观猜测，并无事实根据。大约66年后，德国天文学家开普勒纠正了哥白尼学说中的这一错误观点。

开普勒1571年生于德国南部的一个叫威尔的小镇，他中学毕业后就考入了蒂宾根学院。在那里，他接受了麦斯特林教授的观点。麦斯特林信奉哥白尼主义，所以，他常将日心说的观点也灌输给了自己的学生。开普勒勤奋好学，经常向老师提问，于是引起了麦斯特林的注意，并获得了他的赏识。开普勒和老师的关系非常好，他经常拜访老师，而麦斯特林则时常为开普勒详细讲述行星绕太阳运行方面的知识。这样，开普勒渐渐成了日心说的拥护者，他很钦佩哥白尼的学识和勇气。天体运动看起来杂乱无章，但哥白尼却从中找到了简单明了的规律，这一点尤其令开普勒敬佩。

1600年，开普勒应邀来到布拉格，同第谷一起研究火星运动。1601年，第谷去世，留下了大量观测资料，开普勒利用这些资料继续研究火星的运动。按照传统哲学的定义，匀速圆周运动是最为完美和理想的运动。开普勒根据这一观点来计算火星在其运动轨道上的位置。经过无数次计算，其结果总是与第谷的观测结果有出入，至少差8分以上。受条件限制，当时的观察精度不高，因此，这不能算是一个很大的误差。开普勒熟知第谷一丝不苟的研究态度，因此认为老师的观测数据必定没有问题，误差一定是自己的计算问题。他决心找出误差产生的真正原因。

开普勒坚持不懈地潜心分析，终于观察到火星的运行轨道并非圆形，这与哥白尼所持的观点相悖。他细心研究了火星年复一年的运动，终于发现了自己在计算中的错误。原来，行星在太阳附近空间里运行的轨道并非圆形，而是椭圆形。事实上，圆形只是椭圆形的一个特例。太阳实际上位于行星运行的椭圆轨道的一个焦点上，所以在行星绕太阳作椭圆形运动的轨迹中，存在着离太阳远时的近焦点，和离太阳近时的远焦点。这是开普勒研究火星的第一个重要发现，他将其总结为一条定律。后来人们称之为“开普勒行星运动第一定律”。

行星与太阳之间的距离的远近影响到行星沿椭圆轨道运行的速度；行星和太阳的连线是行星的向径，它在相等的时间内扫过的面积相等。这就是著名的“开普勒行星运动第二定律”。

开普勒又研究了9年时间，终于总结出了一个新的行星运行规律，这就是在天文学中非常著名的“开普勒行星运动第三定律”。

牛顿曾说过：“如果说我比别人看得远些的话，是因为我站在巨人的肩膀上。”开普勒无疑是他所指的巨人之一。开普勒对天文学的贡献几乎可以和哥白尼相媲美。因为他更富于创新精神，他所面临的困难相当巨大。事实上从某些方面来看，开普勒的成就甚至给人留下了更深刻的印象。

地球是如何形成的

地球是目前人类所知道的惟一有生命存在的星球，也是目前人类生存的惟一家园。诗人们常常亲切地把大地比作自己的母亲。的确，地球对人类的生存和发展的关系太密切了。地球不仅以它那无尽的宝藏养育着我们，为我们提供生殖繁衍的环境，而且可以说连人类本身也是地球发展到一定阶段的产物。正因为如此，古往今来，不知有多少人在辛勤探索着地球的奥秘。在浩渺的宇宙中，为何只有小小地球能适合人类居住？地球到底是如何形成的？人们一直在思索着这些问题。

地球史是不可逆的，也是不可重复的，有着自己的演化史，正像世间一切事物一样，地球也有自己的孕育时期、童年时期、现阶段的青壮年时期，未来的地球也必将走向其衰老和死亡。

地球总的历史已有46亿年，但人类产生才300万年左右，人类文明史却只有6000年左右，只是历史长河中短暂的一瞬。人类对漫长早期史的了解是不能直接观测到的，但是，地球史有其本身的发展规律及其周期系统，因而地球史呈现明显的阶段性，根据各种类型的岩石、化石、岩层变形的迹象、岩层或岩体之间关系等地质纪录，利用放射性同位素衰变测定法、氨基酸消旋测定法、古地磁法等现代科技手段的探测研究，可把地球演变发展史分为以下五个阶段：

1、地球的诞生和它的童年时期

2、地球的少年时期

3、地球的古生代时期

4、地球的中生代时期

5、地球的新生代时期

历史在前进，人类探索的脚步也从来没有停止过。在关于地球起源的各种理论中，比较普遍被人接受且较早就产生的是星云说。科学家们认为在距今约50亿年前，宇宙大爆炸后，太阳系星云收缩，形成了以太阳为中心的太阳系。约4亿年后，地球开始形成。

前苏联的天文学家费森柯夫认为太阳因高速旋转而成梨形和葫芦形，最后在细颈处断开，被抛出去的物质就成了行星。抛出物质后太阳缩小，旋转变慢；一旦旋转加快，又可能成梨形而抛出一个行星，逐渐形成行星系。旋密特设想太阳在参加银河系的转动中，在穿越黑暗物质云时俘散了一部分尘埃和流星的固体物质，在其周围形成粒子群。后者在太阳引力作用下围绕太阳作椭圆运动并与太阳一起继续其在银河系的行程，最后从这些粒子群发展为行星和慧星（一部分成了流星和陨星）。

另外，法国生物学家布丰提出的“彗星碰撞说”曾一度引起人们的注意。法国生物学家布丰在18世纪就创造了“彗星碰撞说”。他认为彗星落到太阳上，把太阳打下一块碎片，碎片冷却以后形成了地球，即地球是由彗星碰撞太阳所形成的。这一学说打破了神学的禁锢。此后，其他科学家继承和发展了布丰的学说，将地球形成原因的研究又向前推进了一步。

然而，1920年，英国天文学家阿瑟·斯坦莱·爱丁顿却指出，从太阳或其他恒星上分离下来的物质都很热，以至于它们扩散到宇宙空间前还来不及冷却。美国天文学家莱曼·斯皮特泽在1936年证实了这一理论。

随着人们认识水平的提高和科技水平的进步，人类对地球的形成的认识将越来越深入和趋向统一。我们有理由相信，揭开地球起源之谜并不是一件遥远的事情。

地球上的水从哪里来

从世界地图上观看整个地球时，就能发现地球上陆地少、海洋多。说得确切些，陆地面积占29．2％，而海洋占70．8％。所以，宁航员在太空观看地球时看到的是一个蔚蓝的世界。科学家经过计算证明，海洋里的水有13亿7千万立方公里。如果把地球上的所有高山和低谷都拉平，再把地球上的水全都包围地球，那么地球表面的水就深达2400多米。地球真正变成一颗“水星”了。

虽然说地球不缺水，但是这些水中只有极少部分可供人类饮用。地球的表面三分之二是海洋，但这一片广阔的海洋里几乎全都是盐水。在我们居住的这颗行星上，只有不到3%的水是淡水，而其中有些还不是人类可轻松取得使用的。事实上，这些淡水中有三分之二以上甚至不是液体，它们是以冰冻的状态存在于南极和格棱兰大冰原的冰川中。虽然冰川融水对部分地区是很重要的资源，这些资源中大多数都不是人类可存取的。

剩下的地球淡水资源几乎都是地下水。地下水上升到地表面，补充溪流的水并浸湿湿地。地下水是可作为农业、工业、环境，以及饮用水源使用的重要水库。今天，据估计地球上所有饮用水的25%到45%由地下水提供。地球的地下水源中有些是在古代气候时产生，被认为是不可更新的水源。

那么，地球上的水资源是从哪里来的呢?为了揭开这个谜，科学家们进行了苦苦的探索。提出了这样的观点：地球上的水，是地球在漫长的历史进程中，由组成地球的物质逐渐脱水、脱气而形成的。现在，科学家认为地球是由星际尘埃凝聚而成的，在最初阶段，地球是一个寒冷的凝结团，是万有引力和颗粒间的相互碰撞，使这些星际尘埃物质紧紧地压缩在一起，形成原始地球。后来地球内部的放射性元素不断蜕变，凝固团的温度不断增高，最终形成我们可以居住的地球。

对组成地球的地幔的球粒陨石进行分析，发现它含有0．5％～5％的水，最多的可达10％。如果当初组成原始地球的陨石，只要有1／800是这些球粒陨石的话，那么就足以形成今天的地球水圈。问题是，当初是这样的情形吗？至今也没有定论。

另一种解释，是火山喷发喷出大量的水。在地球形成后的最初几亿年里，由于地壳较薄，加上小天体不断轰击地球表面，地幔里的熔融岩浆易于上涌喷出，因此，那时的地球到处是一片火海。对今天活火山的观察和研究，的确伴随滚滚浓烟，炽热熔浆的喷发，是有大量水蒸气释放到地球的大气中。这些水蒸气形成云层，产生降雨。经过很长时间的降雨，在原始地壳低洼处，不断积水，形成了最原始的海洋。原始的海洋海水不多，约为今天海水量的1／10。

另外，原始海洋的海水只是略带咸味，后来盐分才逐渐增多。经过水量和盐分的逐渐增加，以及地质历史的沧桑巨变，原始的海洋才逐渐形成如今的海洋。在喷出的气体中，水汽占75％，数量的确很大。如美国阿拉斯加有一座叫“万烟谷”的火山，在每年喷出的气体中，水汽就有6600万吨。

自地球诞生至今，也不知多少火山喷发过，其次数也无法统计，喷出来的水汽就更多了。有的科学家认为，至少是地球上现有水的二分之一。地球上的水一部分来自火山喷发这是肯定的。火山为什么能喷发水汽呢？

因为地下深处的岩石、岩浆里含有相当丰富的水。火山一喷发，因为熔岩温度高，把岩浆里的水很自然蒸发，逸出地球表面。这些水汽到了高空遇到冷气，凝结成水，最终落到地上。形成涓涓水流，进入海洋。据科学家研究，早期地球很热，大约在6亿年前，地球表面的温度才降到30℃。此时大气中的水汽有99％降落到地面。地球上才开始有海洋、江河湖泊。水是生命之源。只有有了水，地球上才开始有了生物，慢慢有了人类。

地球为何悬空不坠

苹果熟了，会掉到地上；树叶枯子，也会掉到地上；就连被风扬起的尘埃，最终还是落向地面。地球是一个很大很重的物体，它在宇宙中运行时，为什么能悬在空中而没有坠落呢?古时候，人们无法解释这个问题，但他们对这个问题作过各种各样的猜想。有的说，大地是由四根柱子撑着的；有的说，大地是由一只乌龟驮着的；还有的说，大地是搁在神的肩膀上的……

后来，有人提出大地是一个球体的观点，但很多人对此表示怀疑。在15世纪时，甚至有人画了一张画来嘲笑主张大地是球体的那些人们，名为《脚底相对的人》，还怀疑地说，如果地是球体的话，那么居住在地球另一面的人为什么没有从地球上掉下来呢?

地球并不是静止地悬在空中，而是在运动中。地球有两种运动：一种是自身绕轴旋转，叫自转；一种是沿着椭圆轨道绕太阳运转，叫公转。其实，宇宙间的任何物体都有引力，它是物体本身所固有的性质，这就是引力的万有性。在前人研究的基础上，万有引力定律被英国物理学家、数学家牛顿提了出来。

依据万有引力定律，地球上的万事万物都受到了地心引力的作用。因此，苹果、树叶、尘埃会落向地面。而我们通常所说的“向上”或“向下”也应该这样来解释：大地是球面，球的中心称为地心，指向着地心的方向称为“向下”，“反地心”的方向称为“向上”。这样一来，就不存在上下的问题，站在地表面各个不同地点，脚都指向地心引力的方向，头都朝反地心引力的方向。

行星之所以保持在各自的轨道上，是由于太阳的引力。这是一项重大发现。任何两个物体之间，都有一种互相吸引的力，这就是万有引力。地球是太阳系的一颗行星，也受到太阳的万有引力。正是这个力把地球拉住了，使它沿着确定的椭圆轨道，围绕太阳转动。可是问题又来了，地球既然被太阳拉着，为什么又不会掉到太阳上去呢？我们知道，人造卫星绕地球转，需要每秒钟7.9公里以上的速度。有了这个速度，人造卫星就不会掉下来。

一个在地球轨道上绕太阳转的物体，要有每秒24.3公里以上的速度，才能不掉到太阳上去。而地球，正是以每秒30公里的速度绕太阳转动，所以，地球不会掉到太阳上去。

再用个比方来说。用一根绳子，一头拴住一块石子，然后用手抓住绳子另一头，把绳子抡起来。你使的力通过绳子传到石子上，石子就以你的手为中心转圈子。

这时候，你的手必须用力拉紧绳子，石子才不会掉下来，也不会向远处飞去。如果你的手不用力了，石子不转了，就会掉下来。如果你突然撒手放开绳子，拉力没有了，石子就会向远方飞去。地球好比石子，太阳的引力作用就好比你用力拉紧绳子。地球以每秒钟三十公里的速度绕着太阳转；太阳以它强大的吸引力拉着地球。所以，地球能够在空中沿着确定的轨道，千秋万代不停地绕着太阳转动，而不会坠落。

宇宙中的岛屿——星系

在茫茫的宇宙中，居住着无数颗各种天体，它们星罗棋布，千姿百态，它们是宇宙海洋中的“岛屿”，天文学上称之为星系。

人类居住的地球就在一个巨大的星系——银河系之中。在没有灯光干扰的晴朗夜晚，如果天空足够黑，你可以看到在天空中有一条弥漫的光带。这条光带就是我们置身其内而侧视银河系时所看到的它布满恒星的圆面——银盘。银河系内有约两千多亿颗恒星，只是由于距离太远而无法用肉眼辩认出来。由于星光与星际尘埃气体混合在一起，因此看起来就像一条烟雾笼罩着的光带。银河系的中心位于人马座附近。

银河系是一个中型恒星系，它的银盘直径约为十二万光年。它的银盘内含有大量的星际尘埃和气体云，聚集成了颜色偏红的恒星形成区域，从而不断地给星系的旋臂补充炽热的年轻蓝星，组成了许多疏散星团或称银河星团。已知的这类疏散星团约有一千两百多个。银盘四周包围着很大的银晕，银晕中散布着恒星和主要由老年恒星组成的球状星团。

在银河系之外，像银河系这样的太空巨岛还有上亿个，它们被统称为河外星系。河外星系是与银河系类似的天体系统，距离都超出了银河系的范围，因此称它们为“河外星系”。其中最著名的要数仙女座大星系了。仙女座星系就是位于仙女座的一个河外星系，它距离地球大约200万光年。它的相貌几乎和银河系一模一样，体积大约比银河系大60%。用肉眼看去，也只不过像星星那样大的一个光斑。河外星系与银河系一样,也是由大量的恒星、星团、星云和星际物质组成。目前我们观测到的河外星系有100亿个之多。

星系虽然有很多，但能用肉眼看到的却只有银河系及几个近邻。用大型天文望远镜观测夜空时，会发现众多的星系犹如宝石般闪着光芒。它们相貌各异：有的像旋涡，称为旋涡星系；有的像圆宝石，称为椭圆星系；有的像甩着两根小辫的短棒，称为棒旋涡星系；还有奇形怪状的，称为不规则星系。目前已被天文学家发现的星系总数有10亿个以上。

那么，星系是如何形成的呢？按照宇宙大爆炸理论，第一代星系大概形成于大爆炸发生后的十亿年。在宇宙诞生的最初瞬间，有一次原始能量的爆发。随着宇宙的膨胀和冷却，引力开始发挥作用，然后，幼年宇宙进入一个称为“暴涨”的短暂阶段。原始能量分布中的微小涨落随着宇宙的暴涨也从微观尺度急剧放大，从而形成了一些“沟”，星系团就是沿着这些“沟”形成的。

每个太空岛屿都是某个群岛中的一员。这些群岛，小一些的(包含几十个星系)叫星系群；大一些的(包含100个以上的星系)叫星系团。它们都归属于一个更大的太空集团——星系团集团，也叫超星系团。银河系所在的超星系团称为本超星系团，它的核心是室女座星系团。无数超星系团组成了辽阔无边的宇宙——总星系。

大爆炸理论可靠么

宇宙大爆炸，简称大爆炸（英文：BigBang）是描述宇宙诞生初始条件及其后续演化的宇宙学模型，这一模型得到了当今科学研究和观测最广泛且最精确的支持。宇宙学家通常所指的大爆炸观点为：宇宙是在过去有限的时间之前，由一个密度极大且温度极高的太初状态演变而来的（根据2010年所得到的最佳的观测结果，这些初始状态大约存在发生于133亿年至139亿年前），并经过不断的膨胀到达今天的状态。

大爆炸一词首先是由英国天文学家弗雷德·霍伊尔所采用的。霍伊尔是与大爆炸对立的宇宙学模型——稳恒态理论的倡导者，他在1949年3月BBC的一次广播节目中将勒梅特等人的理论称作“这个大爆炸的观点”。虽然有很多通俗轶事记录霍伊尔这样讲是出于讽刺，但霍伊尔本人明确否认了这一点，他声称这只是为了着重说明这两个模型的显著不同之处。霍伊尔后来为恒星核合成的研究作出了重要贡献，这是恒星内部通过核反应从轻元素制造出某些重元素的途径。1964年宇宙微波背景辐射的发现是支持大爆炸确实曾经发生的重要证据，特别是当测得其频谱从而绘制出它的黑体辐射曲线之后，大多数科学家都开始相信大爆炸理论了。

关于大爆炸模型中极早期宇宙的相态问题，至今人们仍充满了猜测。在大多数常见的模型中，宇宙诞生初期是由均匀且各向同性的高密高温高压物质构成的，并在极早期发生了非常快速的膨胀和冷却。大约在膨胀进行到10^-37秒时，产生了一种相变使宇宙发生暴涨，在此期间宇宙的膨胀是呈指数增长的。当暴涨结束后，构成宇宙的物质包括夸克－胶子等离子体，以及其他所有基本粒子。此时的宇宙仍然非常炽热，以至于粒子都在做着相对论性的高速随机运动，而粒子－反粒子对在此期间也通过碰撞不断地创生和湮灭，从而宇宙中粒子和反粒子的数量是相等的（宇宙中的总重子数为零）。直到其后的某个时刻，一种未知的违反重子数守恒的反应过程出现，它使夸克和轻子的数量略微超过了反夸克和反轻子的数量——超出范围大约在三千万分之一的量级上，这一过程被称作重子数产生。这一机制导致了当今宇宙中物质相对于反物质的主导地位。

随着宇宙的膨胀和温度进一步的降低，粒子所具有的能量也普遍逐渐下降。当能量降低到1太电子伏特（1012eV）时产生了对称破缺，这一相变使基本粒子和基本相互作用形成了当今我们看到的样子。宇宙诞生的10^-11秒之后，大爆炸模型中猜测的成分就进一步减少了，因为此时的粒子能量已经降低到了高能物理实验所能企及的范围。10^-6秒之后，夸克和胶子结合形成了诸如质子和中子的重子族，由于夸克的数量要略高于反夸克，重子的数量也要略高于反重子。此时宇宙的温度已经降低到不足以产生新的质子－反质子对（类似地，也不能产生新的中子－反中子对），从而即刻导致了粒子和反粒子之间的质量湮灭，这使得原有的质子和中子仅有十亿分之一的数量保留下来，而对应的所有反粒子则全部湮灭。大约在1秒之后，电子和正电子之间也发生了类似的过程。经过这一系列的湮灭，剩余的质子、中子和电子的速度降低到相对论性以下，而此时的宇宙能量密度的主要贡献来自湮灭产生的大量光子（少部分来自中微子）。

在大爆炸发生的几分钟后，宇宙的温度降低到大约十亿开尔文的量级，密度降低到大约空气密度的水平。少数质子和所有中子结合，组成氘和氦的原子核，这个过程叫做太初核合成。而大多数质子没有与中子结合，形成了氢的原子核。随着宇宙的冷却，宇宙能量密度的主要来自静止质量产生的引力的贡献，并超过原先光子以辐射形式的能量密度。在大约37.9万年之后，电子和原子核结合成为原子（主要是氢原子），而物质通过脱耦发出辐射并在宇宙空间中相对自由的传播，这个辐射的残迹就形成了今天的宇宙微波背景辐射。

虽然宇宙在大尺度上物质几乎均一分布，但仍存在某些密度稍大的区域，因而在此后相当长的一段时间内这些区域内的物质通过引力作用吸引附近的物质，从而变得密度更大，并形成了气体云、恒星、星系等其他在今天的天文学上可观测的结构。这一过程的具体细节取决于宇宙中物质的形式和数量，其中形式可能有三种：冷暗物质、热暗物质和重子物质。来自WMAP的目前最佳观测结果表明，宇宙中占主导地位的物质形式是冷暗物质，而其他两种物质形式在宇宙中所占比例不超过18%。另一方面，对Ia型超新星和宇宙微波背景辐射的独立观测表明，当今的宇宙被一种被称作暗能量的未知能量形式主导着，暗能量被认为渗透到空间中的每一个角落。观测显示，当今宇宙的总能量密度中有72%的部分是以暗能量这一形式存在的。根据推测，在宇宙非常年轻时暗能量就已经存在，但此时的宇宙尺度很小而物质间彼此距离很近，因而在那时引力的效果显著从而减缓了宇宙的膨胀。但经过了几十上百亿年的膨胀，不断增长的暗能量开始让宇宙膨胀缓慢加速。表述暗能量的最简洁方法是在爱因斯坦引力场方程中添加所谓宇宙常数项，但这仍然无法回答暗能量的构成、形成机制等问题，以及与此伴随的一些更基础问题：例如关于它状态方程的细节，以及它与粒子物理学中标准模型的内在联系，这些未解决的问题仍然有待理论和实验观测的进一步研究。

所有在暴涨时期以后的宇宙演化，都可以用宇宙学中的ΛCDM模型来非常精确地描述，这一模型来自广义相对论和量子力学各自独立的框架。如前所述，目前还没有广泛支持的模型能够描述大爆炸后大约10-15秒之内的宇宙，一般认为需要一个统合广义相对论和量子力学的量子引力理论来突破这一难题。如何才能理解这一极早期宇宙的物理图景是当今物理学的最大未解决问题之一。...