地球与宇宙空间科学

宇宙有没有起源和终结,它是永恒的还是演化的,各种文明都有自己的解释.在中国有盘古开天地的传说,在西方有上帝创造宇宙的传说.在很长的一个历史时期中,“天不变,道亦不变”的宇宙观由于符合封建统治者的利益而得到广泛传播.17世纪以后,各门自然科学的飞速发展,不断冲击着这一僵化自然观的统治地位.直到20世纪,以众多观测事实为依据的科学的宇宙起源和演化理论才正式宣告诞生.
20世纪20年代以后,天文观测发现银河系以外的天体都在远离我们而去,这说明宇宙是膨胀的.美国天文学家哈勃总结后退的速度与距离的关系,距离越远后退的速度越快,这就是哈勃常数.现在的哈勃常数为1.7×10-18～2.3×10-18 cm/s,即宇宙半径增加1 cm,后退速度增大1.7×10-18～2.3×10-18 cm/s.用这个值往前推,宇宙在150亿～200亿年以前半径为零.这就是说宇宙由于某种原因,在150亿～200亿年前发生了一次大爆炸,开始形成.60年代发现的类星体,认为是宇宙早期天体,它们处于宇宙的边缘.它们的距离大约在150亿～200亿光年.
早在20世纪30年代初期,有人根据大爆炸理论计算出,大爆炸后最初几分钟,宇宙就像一颗氢弹爆炸时产生的火球,处处充满了温度高达10亿K的光辐射.随着宇宙的膨胀,辐射温度不断降低.作为这种过程的遗迹,当时宇宙中应存在温度约为5 K的背景黑体辐射（由于这种辐射的峰值波长在1 mm附近,处于微波波段,故又称为微波背景辐射）.60年代中期,美国贝尔电话实验室的彭齐亚斯和威尔逊,发现全天各方向都有相当于2.7 K的微波辐射.30年前是用宇宙半径为100亿光年计算的宇宙平均温度为5 K,若用150亿光年计算,与2.7 K更接近.这个结果有力地支持了宇宙大爆炸理论.
宇宙是否要永远地膨胀下去?有的科学家认为目前宇宙的平均密度还未达到宇宙的临界密度,宇宙可能要继续膨胀下去；有的科学家认为宇宙中有大量的隐物质,如看不见的暗星云和黑洞等,加上这些物质,宇宙的平均密度就要比临界密度大了.宇宙迟早会收缩,这样的宇宙是一个脉动的宇宙,膨胀、收缩、再膨胀、再收缩,周而复始地继续下去.