第十六讲宇宙与人――共同微笑着走向美丽而永恒的终点

——共同微笑着走向美丽而永恒的终点•人类对宇宙的认识过程•宇航探索过程•未来天文学•宇宙给我们的启示一、人类对宇宙的认识过程•1、中国古代天文学的辉煌成就•“四方上下曰宇，古往今来曰宙，以喻天地”。——《淮南子·原道训》注（1）天象观察：我国是世界上古代天象纪录最多也最系统的国家——殷墟甲骨文中有丰富的天文现象记载——先秦时期，我们的祖先就已经对各种形态的彗星进行了认真的观测•1973年，我国考古工作者在湖南长沙马王堆的一座汉朝古墓内发现了一幅精致的彗星图，图上除彗星之外，还绘有云、气、月掩星和恒星。天文史学家对这幅古图做了考释研究后，称之为《天文气象杂占》，认为这是迄今发现的世界上最古老的彗星图。彗星图我国公元前240年的彗星记载，被认为是世界上最早的哈雷彗星记录。天文学家张钰哲在考证了《淮南子·兵略训》中“武王伐纣，东面而迎岁，……彗星出而授殷人其柄”这段文字，认为当时出现的彗星也是哈雷彗星，肯定了武王伐纣的确切年代应为公元前1056年。——我国还有不少太阳黑子记录•甲骨文中有关太阳黑子的记载•约公元前140年成书的《淮南子》中说：“日中有踆乌。”•公元前165年的一次记载中说：“日中有王字。”•战国时期的一次记录描述为“日中有立人之像”。•从公元前28年到明代末年的1600多年中，我国共有100多次翔实可靠的太阳黑子记录仰韶文化时期，人们就描绘了光芒四射的太阳形象——我国古代对著名的流星雨，如天琴座、英仙座、狮子座等流星雨，都有多次记录•从公元前7世纪算起，我国古代至少有180次以上的流星雨纪事，天琴座流星雨至少有10次，英仙座的至少有12次，公元902～1833年，我国记录了7次狮子座流星雨，最早是公元931年10月21日，是世界上的第二次纪事2001年狮子座流星雨精美照片←2002年8月12日，在约旦首都阿曼附近观看英仙座流星雨（2）编订历法：掌握日月星辰的位置及其变化规律，确定四季，为生产和生活服务•我国古代历法不仅包括节气的推算、每月的日数的分配、月和闰月的安排等，还包括许多天文学的内容，如日月食发生时刻和可见情况的计算和预报，五大行星位置的推算和预报等。•郭守敬于公元1280年编订的《授时历》，通过三年多的两百次测量，经过计算，采用365.2425日作为一个回归年的长度。这个数值与现今世界上通用的公历值相同，比欧洲的格里高列历早了300年。郭守敬编纂的《授时历》郭守敬仪器制作：我国古人创造性地设计和制造了多种精巧的观察和测量仪器•最古老、最简单的天文仪器是土圭（圭表），用来度量日影长短•东汉的张衡创制了世界上第一架利用水作为动力的浑象•郭守敬先后创制和改进了10多种天文仪器，如简仪、高表、仰仪、候极仪、浑天象、玲珑仪、立运仪、证理仪、景符、窥几、日月食仪和星晷定时仪等。郭守敬纪念馆仿制的浑仪2、托勒密的“地心说”•公元前4世纪，古希腊哲学家亚里士多德提出了“地心说”，即认为地球位于宇宙的中心。•公元140年，古希腊天文学家托勒密发表了他的13卷巨著《天文学大成》，系统地确立了地心说。•托勒密认为，地为球形，且居于宇宙中心，静止不动，其他天体都绕着地球转动。这一学说从表面上解释了日月星辰东升西落、周而复始的现象，又符合上帝创造人类、地球必然在宇宙中居有至高无上地位的宗教教义，因而流传时间长达1300余年。亚里士多德托勒密3、哥白尼的“日心说”•1510～1514年间，波兰天文学家哥白尼完整地提出了日心学说：太阳是宇宙的中心，地球绕自转轴自转，并同五大行星一起绕太阳公转；只有月球绕地球运转。•1543年，《天体运行论》问世，成为人类思想史上划时代的作品。•德国天文学家开普勒指出，行星绕太阳运动的轨道应该是椭圆而不是圆，太阳位于椭圆的一个焦点上。•地球从宇宙中的特殊天体降为绕太阳运动的一颗普通行星。哥白尼开普勒4、近代力学宇宙体系的确立•意大利人布鲁诺提出了宇宙无限的思想，他认为宇宙是统一的、物质的、无限的和永恒的，在太阳系以外还有无数的天体世界，人类所看到的只是无限宇宙中极为渺小的一部分，地球只不过是无限宇宙中一粒小小的尘埃。•布鲁诺指出，千千万万颗恒星都是如同太阳那样巨大而炽热的星辰，这些星辰都以巨大的速度向四面八方疾驰不息，它们的周围也有许多像我们地球这样的行星，行星周围又有许多卫星。生命不仅在我们的地球上有，也可能存在于那些人们看不到的遥远的行星上……•布鲁诺被教会囚禁、审讯和折磨达8年之久，并在1600年在罗马百花广场英勇就义。•天主教会在1616年决定将《天体运行论》列为禁书，不准宣传哥白尼的学说。布鲁诺奇迹相继在欧洲天文学界发生•第一个是丹麦天文学家第谷·布拉赫精密的天文观测•第二个奇迹是德国天文学家开普勒提出的行星运动的第一、第二、第三定律•第三个奇迹是意大利物理学家伽利略发明天文望远镜•牛顿将诸学者在天文学和动力学上的发现汇集起来，加上在数学和力学上的创见，概括成经典力学体系，对天体运行、潮汐涨落到物体坠地，做出统一解释，成为科学史上最伟大的成就之一第谷·布拉赫开普勒伽利略牛顿5、20世纪的天文学•天体物理学成为天文学的主流，经典的天体力学和天体测量学也有新的发展•20世纪60年代，航天时代的到来，人类开始到大气外去探测宇宙，天文学开始成为全波段的宇宙科学•1923年10月6日，美国天文学家哈勃利用望远镜拍摄了仙女星云的照片，并推算出仙女星云远远超出银河系范围。河外星系的存在最终得以确认，仙女星云更名为仙女星系•我们的地球在宇宙之中毫无特殊之处可言，地球不是上帝刻意安排的，人类自然也不是上帝创造的哈勃二、宇航探索过程•1、空间探测器对宇宙的探索•（1）人类对月球的探索•前苏联自1959年起先后发射24个月球探测器•月球2号成为第一个到达月球的人造物体•月球3号第一次拍回月球背面的照片•月球9号首次在月球上软着陆成功•月球19号和21号把月球车送上月面漫步考察•1998年美国发射的月球勘探者进行了环月飞行，除了证实月球上存在丰富的矿藏和氦-3核原料以外，还探测到月球两极存在总储量达100亿吨的冰冻水源月球2号探测器美国月球勘探者•（2）对火星的探测•1975年，美国的两个海盗号探测器在火星上着陆，火星“运河”之说被否定，没有发现“火星人”的痕迹•1996年，美国发射火星探路者，把“索杰纳”火星车送上火星漫游考察，发现火星上曾多次发生过特大洪水•（3）寻觅地球知音，探测地外文明•美国的先驱者10号和11号、旅行者1号和2号两对探测器，在周游太阳系之后，携带一张“人类名片”和一张“地球之声”唱片，正飞出太阳系，到茫茫宇宙探寻生命的踪迹海盗号探测器先驱者10号2、载人航天对宇宙的探索•（1）宇宙飞船•1961年4月12日，前苏联发射世界第一艘载人飞船东方1号。尤里·加加林成为世界第一位上天的航天员•1962年2月20日，美国的欧约翰·H·格林乘水星6号飞船首次完成了轨道飞行，成为美国第一个进入地球轨道的人•1963年6月16日，前苏联的捷列什科娃乘东方6号飞船升空，成为世界第一位女宇航员•1969年7月20日，美国阿波罗11号飞船首次在月球着陆，阿姆斯特朗成为第一个踏上月球的宇航员尤里·加加林东方1号捷列什科娃阿姆斯特朗2003年10月15日9时0分，中国航天员杨利伟乘神舟5号飞船在酒泉卫星发射中心飞向太空，绕地球飞行14圈后于10月16日6时23分在内蒙古成功着陆。中国成为世界上第3个载人航天强国。•2005年10月12日9时0分，神舟6号飞船发射成功，航天员费俊龙、聂海胜乘飞船绕地飞行77圈，历时115小时32分后，于10月17日凌晨４时33分顺利返回。（2）航天飞机•1981年4月12日，美国“哥伦比亚”号航天飞机上天，飞行54.5小时，绕地球运行36圈，4月14日安全返回，美国宇航事业取得重大突破迄今美国已有5架航天飞机交替载580人次宇航员游历太空99次，其中77岁高龄的美国第一位宇航员欧约翰·H·格林，于1998年重返太空，成为年纪最大的太空人。华裔宇航员王赣骏、张福林、焦立中、卢杰等都乘航天飞机到太空参与太空实验活动。←欧约翰·H·格林•中国的航天飞机研制计划在20世纪80年代中期提出，其计划分拆归属于863中的航天附属项目中。随着神六航天器的成功，目前我国航天飞机也已进入研制试验阶段后期，正在进行关键项目攻关，预计2020年左右研制成功。•同时，中国科研人员也已有意开展空天飞机的研究。无论是宇宙飞船还是航天飞机，都必须用火箭进行发射，而“空天飞机”则可以自行起飞。中国第一代可重复使用航天运载器外形研制中的液氧煤油/液氧液氢大推力运载火箭美国X—33空天飞机•1967年4月23日，前苏联宇航员科马罗夫乘联盟1号飞船升空。在24日返回地面途中，因降落伞缠绕故障而坠毁遇难，成为第一位在太空飞行牺牲的航天员。•1986年1月28日，美国“挑战者”号航天飞机进行第10次飞行，在升空73秒时发生爆炸，7名机组人员全部遇难。其中包括37岁的中学女教师麦考利夫。太空拍的联盟1号飞船的外景→麦考利夫挑战者号爆炸的瞬间（3）空间站•1973年5月14日，美国发射了“天空实验室”空间站，该空间站重82吨，工作容积350立方米。有3批（每批3位）共9位宇航员在实验室分别工作了28天、59天和84天。“天空实验室”共运行了6年多，1979年7月坠入稠密大气层焚毁。•前苏联从1971年4月19日至今，发射了7个“礼炮号”空间站。1986年2月16日发射“和平号”空间站，2001年3月23日14时0分12秒“天空实验室”空间站坠落在南太平洋无人区。15年中共有30艘飞船载近100人次宇航员到站上工作，进行了1.6万次科学实验。“礼炮号”空间站“和平”号辉煌涅磐•1983年，美国总统里根提出建造迄今为止最大的载人空间站，即国际空间站。该空间站以美国、俄罗斯为首，包括加拿大、日本、巴西和欧洲航天局（11个国家）共16个国家参与研制，于1993年完成设计，从1994年开始分3个阶段建造实施。预计2010年完成。•国际空间站设计寿命为10—15年，由6个实验舱（美国1个、欧洲航天局1个、日本1个、俄罗斯3个）、1个居住舱（有洗手间、卧室、厨房和医务设备）、2个结点舱和服务系统及运输系统组成，总重量为430吨。居住舱容积1200立方米，有一个大气压。里根国际空间站三、未来天文学•1、寻找地球姊妹星•最可能发现类地行星的半人马座阿尔法星距我们有4．4光年，这一距离是现有太空探测器所能到达最远距离的3000倍。•美国《Discover》杂志透露，目前设想中的5种太空飞船推进器，能使宇航员经过不到50年的旅行从地球到达半人马座的阿尔法星。分别是以核裂变或核聚反应为能源的原子能火箭，以物质与反物质结合时产生的巨大能量为动力的运载火箭，激光航行器和冲压喷气太空飞船。2、昆虫飞机探索火星•火星探索已成为加拿大太空局优先考虑的项目，他们设想向火星“放飞”一群微型仿生扑翼飞机，引导进入火星的“漫游者”探索器进行科学探索。•美国科学家也在进行类似的研究，目标就是设计一种像昆虫一样飞行的微型飞机探索火星，专家希望昆虫式微型飞机能在2009年够抵达火星。火星3、月球探索掀热潮•我国探月工程将分为“绕”、“落”、“回”3个阶段。一期工程是2007年下半年发射“嫦娥一号”；二期工程是2009年至2015年进行2—3次软着陆巡视勘察；三期工程是2017年发射一颗月球软着陆器采集月球土壤和岩石样本，还要搭乘返回舱重返地球。•三期工程后进入载人登月阶段。计划先用运载火箭将飞船送上地球轨道，飞船自行移至月球轨道释放出登陆舱，降落在月球表面，宇航员登上月球。活动完成后，宇航员返回登陆舱，飞离月球，与在月球轨道上等待的飞船重新对接，登月过程结束。中国登月想像图4、太空旅游•美国罗切斯特科技研究所描述了太空商业旅游的场景：在太空飞之前，太空旅游者将被运送到一个名为“太空希尔顿”的旅馆，负责太空旅游安全的工程师会迎上来向你问好，细心地帮你装好氧气瓶，检查你的太空服，确保你能够抵御太空中的各种辐射，然后才开始飞行。•太空岛集团公司表示，进驻太空旅馆的每一位