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科學家如何研究遙遠的恒星?閃耀的星星們也有出生和死亡?暗物質和暗能量如何影響宇宙的演化?進行天文科普，學習對象可以從中獲益，進而提升全民科學素養。一起學習天文知識大全百科吧。

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宇宙是如何形成的?

1.科學家認為它起源為137億年前之間的一次難以置信的大爆炸。這是一次不可想像的能量大爆炸，宇宙邊緣的光到達地球要花120億年到150億年的時間。大爆炸散發的物質在太空中漂游，由許多恒星組成的巨大的星系就是由這些物質構成的，我們的太陽就是這無數恒星中的一顆。原本人們想象宇宙會因引力而不在膨脹，但是，科學家已發現宇宙中有一種“暗能量”會產生一種斥力而加速宇宙的膨脹。

2.宇宙學說認為，我們所觀察到的宇宙，在其孕育的初期，集中于一個體積極小、溫度極高、密度極大的奇點。在141億年前左右，奇點產生后發生大爆炸，從此開始了我們所在的宇宙的誕生史。

3.宇宙大爆炸后0.01秒，宇宙的溫度大約為1000億度。物質存在的主要形式是電子、光子、中微子。以后，物質迅速擴散，溫度迅速降低。大爆炸后1秒鐘，下降到100億度。大爆炸后14秒，溫度約30億度。35秒后，為3億度，化學元素開始形成。溫度不斷下降，原子不斷形成。宇宙間彌漫著氣體云。他們在引力的作用下，形成恒星系統，恒星系統又經過漫長的演化，成為今天的宇宙。

宇宙是什么?宇宙有多大?宇宙年齡是多少?

宇宙是萬物的總稱，是時間和空間的統一。從最新的觀測資料看，人們已觀測到的離我們最遠的星系是130億光年。也就是說，如果有一束光以每秒30萬千米的速度從該星系發出，那么要經過130億年才能到達地球。根據大爆炸宇宙模型推算，宇宙年齡大約200億年。

宇宙有多少個星系?每個星系有多少顆恒星?

在這個以130億光年為半徑的球形空間里，目前已被人們發現和觀測到的星系大約有1250億個，而每個星系又擁有像太陽這樣的恒星幾百億到幾萬億顆。因此只要做一道簡單的數學題，你就不難了解到，在我們已經觀測到的宇宙中擁有多少星星。地球在如此浩瀚的宇宙中，真如滄海一粟，渺小得微不足道。

太陽和地球的年齡?

據估計太陽的年齡比地球大1000萬-2000年年，而通過放射性計年，地球的年齡是45億年，因此太陽的年齡是45.1億年。

天文學中常用天文單位(Astronomical units，縮寫 AU)衡量天體之間的距離，天文單位約等于地球到太陽的平均距離，2012 年起精確定義為 149,597,870,700 米，約 1.5 億千米，或者 8.3167 光分1。另一個單位是光年，等于真空中光在一 Julian 年(365.25 天)傳播的距離，約為 9.460730×1015m9.460730×1015m 或 6.3241×104AU6.3241×104AU。

除了太陽系中的天體，肉眼或望遠鏡能看到的其他星星都屬于恒星(注意有一些亮點是星云，即星際塵埃而不是單個恒星)，離太陽最近的恒星叫做 Alpha Centauri(4.22 光年)。由于這些恒星的距離太遠，即使用天文望遠鏡也看不到它們的行星。恒星在空中的相對位置是幾乎不變的(即使太陽系以驚人的速度繞星系中心旋轉，但轉一圈仍需要 2.3 億年，所以與其他恒星的相對位置基本保持不變)。

那我們看到的星空是如何變化的呢?由于地球每 24 小時由西向東自轉一圈，所以我們在地球上看到的星空由東向西圍繞地球旋轉。長時間曝光的照片可以很好地展示星星的軌跡(如果站在北極點，那么星空的旋轉中心會在正上方，如果站在赤道，旋轉中心會在地平線上，且南北各有一個。如果站在南極點，則旋轉中心同樣在正上方但旋轉方向卻與北極的相反。

一個常見的問題是為什么白天看不到星星和月亮。這是因為白天陽光照亮了大氣中的塵埃和云，相比之下星星的亮度太暗了所以肉眼不容易看到。許多時候月亮也會在白天出現，只是因為陽光太亮不容易注意到。

季節與晝夜

圖 ：黃赤交角示意圖

如圖 ，地球繞太陽公轉軌道所在的平面叫黃道平面，而地軸與黃道平面有大約 23.5?23.5? 的傾角，所以當地球運動到太陽的一側時，太陽直射到北回歸線(北緯 23.5?23.5? 的緯線)，這一天就叫做夏至，當地球繞太陽旋轉 90?90? 后，太陽直射到赤道上，這一天就叫做秋分，而地球再公轉 90?90? 到另一側時，太陽直射到南回歸線，這一天就是冬至，再公轉 90?90?，陽光再次直射到赤道上，這一天就是春分。注意這是對北半球而言，南半球相反。因此季節的變化本質上是太陽直射點的變化，與地球與太陽的距離關系不大，事實上在北半球的冬季地球到太陽的距離要小于夏季的距離。

回想第一節的太陽系模型，由于地球到太陽的距離遠大于二者的半徑，所以可以近似認為太陽照到地球的光都是平行的，這樣，任何時刻只有半個地球被照亮，這半個地球就是白天，而另外半個是晚上。由于地軸的傾斜，北半球某條緯線以上的地區在夏天會被全部被照亮，這樣無論地球自轉多少，這些地區都是白天，這就形成了極晝。與此同時，南半球某條緯線以上的地區全部沒有陽光，就形成了極夜。同理，在冬天(也就是南半球的夏天)南極附近會出現極晝而北極附近出現極夜。另外在赤道，晝長(白天的長度)和夜長(夜晚的長度)一年四季都相等。

天球坐標系

下面我們來更具體地描述星空。由于天體離我們足夠遙遠，來自天體的光線已近似于平行光，這時候我們已經失去了確定遠近的能力(當然事實上我們有其他的辦法確定天體的視向距離)，而僅僅知道天體的方位，所有的天體都彷佛分布在一個球面上。假定圍繞著我們有一個大圓球，它的半徑比我們所能看到的最遠的天體的距離還要大得多，這個假想的球體稱為天球。觀測者總是處于天球的中心，這是因為觀測者的任意位移(包括地球的公轉)都比天球半徑小得多，可以忽略不計。天體和觀測者眼睛連成的直線與天球面的交點，也就是天體在天球面上的投影，稱為天體的視位置。

為了定量地表述天體在天球上的位置，我們需要建立球坐標系(正如我們描述地球上某個地點需要使用經度和緯度一樣)，最常用的兩個天球坐標系是地平坐標系和赤道坐標系。