天文學(xué)基礎知識
1．什么是宇宙？
宇宙是天地萬(wàn)物，是廣漠空間和其中存在的各種天體以及彌漫物質(zhì)的總稱(chēng)。
辨證唯物主義哲學(xué)認為，世界的本質(zhì)是物質(zhì)的，物質(zhì)可以轉換不同的存在形式，但在本質(zhì)上是永久存在，永久不滅的。宇宙是普遍永恒的物質(zhì)世界，在空間和時(shí)間上都是無(wú)限的。從空間看宇宙是無(wú)邊無(wú)際，它沒(méi)有邊界，沒(méi)有形狀，也沒(méi)有中心，如果承認宇宙以外還有什么東西，就否認了世界的物質(zhì)本性；從時(shí)間看宇宙無(wú)始無(wú)終，它沒(méi)有起源，沒(méi)有年齡，也不會(huì )終結，如果承認宇宙有起源，就會(huì )導致創(chuàng )世說(shuō)，實(shí)際上也否認了世界的物質(zhì)本性。
但具體事物的有限性也不能否認。宇宙的無(wú)限與具體事物的有限并不矛盾，因為只有無(wú)數具體的有限才能構成全部的無(wú)限。人類(lèi)觀(guān)察到的宇宙是動(dòng)態(tài)的，隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人類(lèi)所知的宇宙在不斷擴大。18世紀以前人類(lèi)認識宇宙的范圍只限于太陽(yáng)系，隨后認識到太陽(yáng)系以外還有千億個(gè)恒星，它們組成了銀河系。19世紀人類(lèi)又發(fā)現了河外星系，發(fā)現銀河系在宇宙大家庭中只不過(guò)是相當渺小的一員。20世紀50年代的光學(xué)望遠鏡、60年代的射電天文望遠鏡把人類(lèi)對宇宙的探測距離猛增，人類(lèi)可以永遠擴大自己對物質(zhì)世界的觀(guān)察視野，不會(huì )停留于某一固定的邊界上，這有力證明宇宙是無(wú)限的。
天文學(xué)上通常將天文觀(guān)測所及的整個(gè)時(shí)空范圍稱(chēng)為“可觀(guān)測宇宙”，有時(shí)又叫“我們的宇宙”，或簡(jiǎn)稱(chēng)“宇宙”?，F代科學(xué)的基本觀(guān)念之一，就是可觀(guān)測宇宙也像其他事物一樣，有它誕生發(fā)展的歷史。據現代宇宙學(xué)說(shuō)估算，宇宙年齡是極其漫長(cháng)的，約為150億歲；可觀(guān)測的全部宇宙空間是極為龐大的，已觀(guān)測到的最遠的星系距離我們大約150億光年。
宇宙既有統一性又有多樣性。宇宙的統一性在于它的物質(zhì)性，宇宙的多樣性在于物質(zhì)的表現形式千差萬(wàn)別，組成宇宙的物質(zhì)在存在狀態(tài)、質(zhì)量和性質(zhì)上有著(zhù)極大的差異。
宇宙是由各類(lèi)天體和彌漫物質(zhì)組成的。宇宙中有形形色色的天體，恒星、星云、行星、衛星、彗星、流星等天體都是宇宙物質(zhì)的存在形式。
2．什么是恒星和星云？
宇宙中最主要的天體是恒星和星云，因為它們擁有巨大的質(zhì)量。恒星是由熾熱氣態(tài)物質(zhì)組成，能自行發(fā)熱發(fā)光的球形或接近球形的天體。恒星是像太陽(yáng)一樣本身能發(fā)光的星球，晴夜用肉眼看到的許多閃閃發(fā)光的星星中，絕大多數是恒星。星云是由極其稀薄的氣體和塵埃組成的，形狀很不規則，似云霧狀的天體。
3．什么是星系？
由無(wú)數恒星和星際物質(zhì)構成的巨大集合體稱(chēng)為星系。它們的尺度可以從幾千到幾十萬(wàn)光年。星系或稱(chēng)恒星系，是宇宙系統中的重要一環(huán)。星系數量眾多。到目前為止，人們已在宇宙中觀(guān)測到了約1000億個(gè)星系。地球就處在由1000多億顆恒星以及銀河星云組成銀河系中。有的星系離銀河系較近，可以清楚地觀(guān)測到它們的結構。離銀河系最近的星系——大麥哲倫星云和小麥哲倫星云，距離為十幾萬(wàn)光年。有的非常遙遠，目前所知最遠的星系離我們有近150億光年。
人們把目前所認識到的宇宙部分，包括已觀(guān)測到的所有星系，稱(chēng)為總星系。
4．人類(lèi)宇宙觀(guān)的演變過(guò)程。
人類(lèi)早期對宇宙的認識十分幼稚，世界上的各文明古國都有關(guān)于天地起源和結構的種種傳說(shuō)，充滿(mǎn)著(zhù)想象。古代關(guān)于宇宙的構造和本原也有過(guò)許多學(xué)說(shuō)，最主要是亞里士多德——托勒密的地心說(shuō)，認為地球是宇宙的中心，這一學(xué)說(shuō)占統治地位的時(shí)間長(cháng)達1400年之久。
近代人類(lèi)對宇宙認識的轉變始于16世紀，哥白尼倡導了日心說(shuō)，他在《天體運行論》一書(shū)中提出“太陽(yáng)是宇宙的中心”。發(fā)明了天文望遠鏡，他的觀(guān)察和發(fā)現支持了日心說(shuō)。到17世紀，牛頓開(kāi)辟了以力學(xué)方法研究宇宙學(xué)的途徑，建立了經(jīng)典宇宙學(xué)。20世紀愛(ài)因斯坦創(chuàng )立了廣義相對論，提出了“有限、無(wú)邊、靜態(tài)”的相對論宇宙模型。
20世紀以來(lái)，天文觀(guān)測的尺度大大擴展，達到上百億年和上百億光年的時(shí)空區域，宇宙膨脹的動(dòng)態(tài)宇宙演化觀(guān)念進(jìn)入了人類(lèi)的意識。20年代，首先由前蘇聯(lián)物理學(xué)家和數學(xué)家弗里德曼提出了均勻各向同性膨脹的動(dòng)態(tài)宇宙模型。特別是哈勃，發(fā)現了紅移定律后，到40年代形成了伽莫夫的宇宙大爆炸理論，促成了現代宇宙學(xué)的誕生。20世紀70年代，霍金進(jìn)一步用廣義相對論推演宇宙演變，提出了宇宙起源和終結的論斷，已經(jīng)被科學(xué)界廣泛接受。
5．什么是現代宇宙學(xué)？
現代宇宙學(xué)所研究的就是現今直接或間接觀(guān)測所及的整個(gè)天區的大尺度時(shí)空的性質(zhì)、物質(zhì)運動(dòng)的形態(tài)和規律。
6．關(guān)于大爆炸理論
“宇宙大爆炸理論” 是現代宇宙學(xué)中最著(zhù)名、也是影響最大的一種學(xué)說(shuō)，它是到目前為止關(guān)于宇宙起源最科學(xué)的一種解釋。大爆炸理論的主要觀(guān)點(diǎn)是認為整個(gè)宇宙最初聚集在一個(gè)“原始原子”中，然后突然發(fā)生大爆炸，使物質(zhì)密度和整體溫度發(fā)生極大的變化，宇宙從密到稀、從熱到冷、不斷膨脹，形成了我們的宇宙。最初那次無(wú)與倫比的爆發(fā)就被稱(chēng)為大爆炸，這一關(guān)于宇宙起源的理論則被稱(chēng)為宇宙大爆炸理論。
宇宙大爆炸的設想最早由比利時(shí)天文學(xué)家勒梅特在1932年提出的。到20世紀40年代，美籍俄國天體物理學(xué)家伽莫夫提出了熱大爆炸宇宙學(xué)模型，并計算出爆炸之初的溫度、溫度下降的快慢等，論述了演化過(guò)程。大爆炸理論在誕生之初由于缺少證據并不使人信服，但到20世紀60年代以后，越來(lái)越多的證據表明大爆炸模型在科學(xué)上有強大的說(shuō)服力，特別是英國著(zhù)名理論物理學(xué)家斯蒂芬·霍金對于宇宙起源后最初的宇宙演化圖景作了清晰的闡釋。
7．宇宙的演化過(guò)程分為哪幾個(gè)階段？
根據大爆炸宇宙學(xué)模型的觀(guān)點(diǎn)，宇宙150億年的演化過(guò)程分為三個(gè)階段。大爆炸的整個(gè)過(guò)程大致是這樣的：
大約150億年前，宇宙內的所存物質(zhì)和能量都聚集到了一起，并濃縮成很小的體積，溫度極高，密度極大。突然，這個(gè)體積無(wú)限小的點(diǎn)在四大皆空的“無(wú)”中爆炸了，時(shí)空從這一刻開(kāi)始，物質(zhì)和能量也由此產(chǎn)生，這就是宇宙創(chuàng )生的大爆炸。人們將大爆炸的瞬間定作宇宙年齡“零”時(shí)。
第一個(gè)階段是宇宙的極早期。宇宙處在這個(gè)階段的時(shí)間特別短，短到以秒來(lái)計，稱(chēng)為“太初第一秒”。剛剛誕生的宇宙是極其熾熱、致密的，隨著(zhù)宇宙迅速膨脹，溫度急速下降。宇宙年齡為百分之一秒時(shí)，溫度降到1000億攝氏度；宇宙年齡為1秒時(shí)，溫度繼續下降，但仍高達100億攝氏度以上，宇宙處于一種極高溫、高密的狀態(tài)，當時(shí)除氫核——質(zhì)子外，沒(méi)有任何別的化學(xué)元素，只有由質(zhì)子、中子、電子、光子等基本粒子混合而成，成為熱平衡狀態(tài)下的“宇宙湯”。
第二個(gè)階段是化學(xué)元素形成階段，大約經(jīng)歷了數千年。在“宇宙湯”中，原先只有中子和質(zhì)子等基本粒子，在3分鐘時(shí)中子和質(zhì)子之比為1：6。隨著(zhù)整個(gè)宇宙體系不斷膨脹，溫度很快下降。當溫度降到10億度左右時(shí)，中子開(kāi)始失去自由存在的條件，化學(xué)元素從這一時(shí)期開(kāi)始形成。中子和質(zhì)子開(kāi)始核聚變過(guò)程，所有的中子迅速合成到由兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子構成的氦核中，余下的質(zhì)子就成了氫原子核。這一時(shí)期還合成了其它輕元素，如氘、氚、鋰、鈹、硼等，數量較少。各種輕元素的豐度——即與氫的比例在宇宙各處都是一定的。當溫度進(jìn)一步下降到100萬(wàn)攝氏度時(shí)，早期形成化學(xué)元素的過(guò)程就結束了。此時(shí)宇宙間的物質(zhì)主要是這些比較輕的原子核和質(zhì)子、電子、光子等，光輻射很強，但是沒(méi)有星體存在。
第三個(gè)階段是宇宙形成的主體階段。這個(gè)階段的時(shí)間最長(cháng)，至今我們仍生活在這一階段中。這一階段起始于溫度降到幾千攝氏度時(shí)，此時(shí)上述各種原子核開(kāi)始與電子結合為中性原子，這一過(guò)程稱(chēng)為復合。由于溫度的降低，輻射也逐步減弱，宇宙間主要是氣態(tài)物質(zhì)，這些物質(zhì)的微粒相互吸引、融合，形成越來(lái)越大的團塊。又過(guò)了幾十億年，中性原子在引力作用下逐漸聚集，先后形成了各級天體。氣體逐漸凝聚成星云，并逐漸演化成星系、恒星和行星，再進(jìn)一步形成各種各樣的恒星體系，成為我們今天所看到的五彩繽紛的星空世界。在個(gè)別天體上還出現了生命現象，人類(lèi)也終于在地球上誕生了。
8．支持大爆炸理論的依據有哪些？
宇宙大爆炸理論之所以能從剛提出的時(shí)候不受關(guān)注，到后來(lái)的異軍突起，是因為大爆炸理論有實(shí)際依據，在它誕生前后不斷得到了大量天文觀(guān)測事實(shí)的支持。
觀(guān)測宇宙學(xué)已經(jīng)發(fā)現，在目前觀(guān)測所及的范圍內存在著(zhù)許多重要的系統性特征，例如：星系紅移、微波背景輻射、宇宙元素的豐度、宇宙的年齡等，這些觀(guān)測事實(shí)都可以用大爆炸模型來(lái)論證：
1〕星系紅移
天文學(xué)家觀(guān)測到河外天體有系統性的譜線(xiàn)紅移，用多普勒效應解釋?zhuān)t移就是宇宙膨脹的反映，這完全符合大爆炸理論。
1929年，哈勃發(fā)現不同距離的星系發(fā)出的光，顏色上稍稍有些差別。遠星系的光要比近星系紅一些，即波長(cháng)要長(cháng)一些，它說(shuō)明各星系正以很高的速度彼此飛離。這一現象可以用火車(chē)遠離我們行駛時(shí)汽笛的聲調（即頻率）所發(fā)生的變化來(lái)比擬：當一列火車(chē)快速駛遠時(shí)，它的汽笛聲聽(tīng)來(lái)會(huì )沉悶很多，因為聲波相對于我們的頻率變低、波長(cháng)變長(cháng)了，這就是多普勒效應。把聲波換成光產(chǎn)生的效果就是紅移，它被解釋為是由星系系統地向遠離我們的方向運動(dòng)時(shí)的多普勒效應產(chǎn)主的，可見(jiàn)星系都在做遠離我們的運動(dòng)。
哈勃總結出譜線(xiàn)紅移的規律是：越遠的星系它的光譜線(xiàn)紅移量就越大，因而遠離我們而去的速度就越大，也就是說(shuō)，對遙遠星系，紅移量與星系離我們的距離成正比，這紅移叫宇宙學(xué)紅移，或稱(chēng)為“哈勃紅移”，這就是著(zhù)名的哈勃定律。此后，在紅外及整個(gè)電磁波波段都觀(guān)測到了這個(gè)規律。哈勃對眾多星系的光譜進(jìn)行研究后確認紅移是一種普遍現象，這表明宇宙正在膨脹。這一發(fā)現奠定了現代宇宙學(xué)的基礎。
河外星系普遍遠離我們而去，是因為宇宙正處在宏偉的整體膨脹之中。把宇宙中的星系想象成面包中的葡萄干，有助于理解它們隨宇宙膨脹而彼此遠離的圖景：當一只嵌有許多葡萄干的巨大的面包膨脹時(shí)，其中的葡萄干就會(huì )隨之彼此遠離，其中每一顆葡萄干都會(huì )發(fā)現其它所有的葡萄干都在離開(kāi)自己。相距越遠的葡萄干彼此分離的相對速度也越大。在任何一個(gè)星系上，都會(huì )看到同樣的情景。
此外由于萬(wàn)有引力的作用，宇宙膨脹的速度會(huì )隨時(shí)間發(fā)生變化。萬(wàn)有引力作用于宇宙中一切物質(zhì)與能量之間，起到剎車(chē)的作用，阻止星系往外跑，從而使膨脹速度越來(lái)越慢。在誕生初期，宇宙從高密度狀態(tài)迅速膨脹，隨著(zhù)時(shí)間的推移，體積越來(lái)越大，膨脹速度則越來(lái)越小。將這個(gè)過(guò)程向回追溯到宇宙創(chuàng )生的那一刻，可以發(fā)現當時(shí)宇宙體積為零，而膨脹速度為無(wú)限大。這就是大爆炸。
宇宙整體膨脹的發(fā)現，乃是20世紀最大的科學(xué)成就之一。如今人們不斷探測到更多更遠的星系，但哈勃定律對它們依然成立。這個(gè)模型就叫做宇宙膨脹模型或大爆炸模型。
2〕微波背景輻射
微波背景輻射是150億年前發(fā)生的大爆炸在今天的宇宙結構上留下的印跡。根據大爆炸理論，通過(guò)宇宙膨脹速度等可以具體計算宇宙每一歷史時(shí)期的溫度，伽莫夫等人在1948年就斷言，我們的宇宙從最初的高溫狀態(tài)膨脹到現在已經(jīng)很冷了，目前宇宙中應到處存在著(zhù)一定溫度的背景輻射，相應的溫度大約是5K。由于它的輻射峰值在微波波段，故稱(chēng)為宇宙微波背景輻射。
1964年，原初宇宙這一最重要的遺跡被發(fā)現了。美國貝爾電話(huà)公司工程師彭齊亞斯和威爾遜在調試巨大的喇叭形天線(xiàn)時(shí)，出乎意料地收到一種無(wú)線(xiàn)電干擾噪聲，這種噪聲在天空中的任何方向上都能接收到，各個(gè)方向上信號的強度都一樣，而且歷時(shí)數月而無(wú)變化。這種噪聲的波長(cháng)在微波波段，這一發(fā)現正是大爆炸宇宙論預言的宇宙微波背景輻射，經(jīng)過(guò)進(jìn)一步測量和計算，得出輻射溫度是2．7K，一般稱(chēng)之為3K宇宙微波背景輻射。1989年，美國航空和航天局專(zhuān)門(mén)發(fā)射了宇宙背景探測器衛星，對宇宙背景輻射進(jìn)行更精密的測量。
宇宙微波背景輻射的發(fā)現，是繼1929年哈勃發(fā)現星系譜線(xiàn)紅移之后的又一重大的天文成就，因此它被列為20世紀60年代天文學(xué)四大發(fā)現之一。微波背景輻射的發(fā)現有力地支持了宇宙大爆炸理論。
3〕宇宙元素的豐度
大爆炸模型預言宇宙應當由大約25％的氦和75％的氫組成，這與天文測量結果極為符合。在宇宙中，氫和氦是最豐富的元素，二者豐度之和約占99％。而且氫和氦的豐度比在許多不同的天體上均約為三比一左右。
按標準宇宙模型，在熱平衡的“宇宙湯”階段，中子與質(zhì)子的數量相等。隨著(zhù)宇宙的膨脹，宇宙變冷，二者比例降低。中子和質(zhì)子很容易聚合在一起，開(kāi)始了形成氦核的核反應，產(chǎn)生由兩個(gè)質(zhì)子、兩個(gè)中子組成的氦核。這個(gè)過(guò)程用完了所有的中子，形成的氦約占宇宙物質(zhì)總質(zhì)量的四分之一，余下的質(zhì)子就成了氫原子核，即氦同氫的質(zhì)量分別占25％和75％。這也說(shuō)明元素形成時(shí)其它元素的份量很少，宇宙中幾乎全是氫和氦。從太陽(yáng)系、其它恒星、星際介質(zhì)、不同星系以及宇宙射線(xiàn)觀(guān)測和研究中獲得的數據表明，宇宙氦的含量在22％～25％之間，而氫與氦的質(zhì)量比約為3：1，理論值與觀(guān)測值接近。另外同一時(shí)期合成的氘、氚、鋰、鈹、硼等輕元素盡管數量比氫、氦少得多，但理論給出的豐度值與實(shí)際觀(guān)測也較接近。這些事實(shí)對“大爆炸宇宙”模型是有力的支持。因此，宇宙中99％以上的物質(zhì)是由最初形成的氫與氦構成的；而造成行星和生命的豐富多彩的重元素還不到宇宙總質(zhì)量的l％，它們大部分是在形成恒星后產(chǎn)生的。
4〕宇宙的年齡
宇宙有開(kāi)端就有年齡。根據宇宙膨脹的速率倒推，大爆炸發(fā)生在約150億年前。如果宇宙正在膨脹，星系正在彼此遠離，那宇宙過(guò)去必定比較小，星系過(guò)去必定靠得更近。如果能把宇宙史這個(gè)過(guò)程倒過(guò)來(lái)進(jìn)行，勢必會(huì )發(fā)現在過(guò)去的某個(gè)時(shí)刻，所有的星辰都是聚合在一起的。也就是說(shuō)，較早時(shí)代的宇宙，物質(zhì)密度會(huì )更高。繼續這一推理就意味著(zhù)過(guò)去必定存在一個(gè)有限的時(shí)刻，那時(shí)宇宙中的物質(zhì)被壓縮為極其高密的狀態(tài)。按照哈勃定律將星系的距離除以各自的速度，就可估計出那一時(shí)刻距今約150億年。
這段時(shí)間對所有星系來(lái)說(shuō)是共同的。根據大爆炸理論，宇宙中一切天體都是在溫度下降后產(chǎn)生的，因而任何天體的年齡都應比自溫度降至今天這一段時(shí)間為短，所有恒星的年齡都不應超過(guò)由宇宙年齡所確定的上限。各種天體年齡的測量證明了這一點(diǎn)。利用放射性同位素含量測定年代的方法，人們測量了地球上最古老的巖石，測量了宇航員從月球上帶回的土壤、巖石樣品，測量了來(lái)自行星際空間的隕石，發(fā)現它們的年齡均不超過(guò)47億年。恒星的年齡可從它們的發(fā)光速率與能源儲備來(lái)估算，根據熱核反應提供恒星能源的理論，人們估計出銀河系中最老恒星的年齡為100－150億年。用這兩種完全不同的方法得到的天體年齡與“宇宙齡”是協(xié)調一致的，這對大爆炸宇宙模型是十分有力的支持。
上述天文觀(guān)測事實(shí)極大地支持了大爆炸模型。當然大爆炸宇宙論也還存在許多未解決的難題，還有待于深入研究和取得更多的觀(guān)測資料，才能得到進(jìn)一步的結論。
9．宇宙的未來(lái)是怎樣的？
大爆炸宇宙論指出150億年之前的大爆炸是空間、時(shí)間、物質(zhì)與能量的起源，這一學(xué)說(shuō)是有關(guān)宇宙起源和演化的種種學(xué)說(shuō)中最有說(shuō)服力，觀(guān)測事實(shí)最為豐富，因而也最廣泛地為人們所采納。但我們的宇宙是否會(huì )永遠膨脹下去？宇宙今后的圖景和未來(lái)的命運又是怎樣的呢？大爆炸宇宙論并沒(méi)有給出明確的答復。
按照大爆炸模型，宇宙在誕生后不斷膨脹，與此同時(shí)，物質(zhì)間的萬(wàn)有引力對膨脹過(guò)程進(jìn)行牽制。這里有兩種可能：
一種可能是宇宙膨脹將永遠繼續下去。如果宇宙總質(zhì)量小于某一特定數值，則引力不足以阻止膨脹，宇宙就將一直膨脹下去。在這個(gè)系統里，引力雖不足以使膨脹停止，但會(huì )不斷地消耗著(zhù)系統的能量，使宇宙緩慢地走向衰亡。宇宙越來(lái)越稀薄和寒冷，直至物質(zhì)本身最后衰亡，只剩下宇宙背景輻射。到非常遙遠的將來(lái)，所有的恒星燃盡熄滅，茫茫黑暗中潛伏著(zhù)一些黑洞、中子星等天體。黑洞釋放出微弱的輻射，最終全都以熱和光的形式蒸發(fā)掉。足夠長(cháng)的時(shí)間之后，連質(zhì)子這樣穩定的基本粒子也衰變、消亡了，宇宙最終變成一鍋稀得難以置信的湯，其中有光子、中微子，越來(lái)越少的電子和正電子。所有這些粒子都在緩慢地運動(dòng)，彼此越來(lái)越遠，不會(huì )再有任何基本物理過(guò)程出現，出現寒冷、黑暗、荒涼而又空虛的宇宙，它已經(jīng)走完了自己的歷程，達到了“熱寂”的狀態(tài)。
另一種可能是膨脹停止而代之以收縮。如果宇宙的總質(zhì)量大于某一特定數值，那么總有一天宇宙將在自身引力的作用下收縮，造成與大爆炸相反的“大坍塌”。收縮過(guò)程與大爆炸后的膨脹是對稱(chēng)的，像一場(chǎng)倒放的電影。收縮的過(guò)程起初很緩慢，隨后越來(lái)越快。宇宙的體積開(kāi)始縮小，背景輻射溫度上升。漆黑寒冷的宇宙變成一個(gè)越來(lái)越熱的熔爐，行星、恒星也毀滅了，分布在如今浩瀚空間中的物質(zhì)被擠進(jìn)一個(gè)很小的體積內，任何天體都在劫難逃。最后三分鐘來(lái)臨了，溫度變得如此之高，連原子核也被撕毀，宇宙又成了一鍋基本粒子湯。然而這種狀態(tài)也只能生存幾秒鐘的時(shí)間。隨后，質(zhì)子和中子也無(wú)法區分，擠成一堆等離子體。在最后的時(shí)刻實(shí)現“大緊縮”，宇宙逆轉回到出發(fā)點(diǎn)。引力成為占絕對優(yōu)勢的作用力，所有的物質(zhì)都因擠壓不復存在，一切有形的東西，包括空間和時(shí)間本身，都被消滅，成為一切事物的末日。宇宙在大爆炸中誕生于無(wú)，此刻也歸于無(wú)。
宇宙是膨脹還是收縮這兩種可能主要取決于宇宙物質(zhì)的總量。根據目前的估算，宇宙物質(zhì)的總量只達到要使宇宙重新坍縮的臨界質(zhì)量的百分之十左右，因此如果僅僅依據觀(guān)測證據，則可預言宇宙會(huì )繼續無(wú)限地膨脹下去。但是可能還有其他種類(lèi)的暗物質(zhì)未被我們探測到，可能最普通的基本粒子中微子也存在靜止質(zhì)量，只要其中任何一個(gè)問(wèn)題的答案是肯定的，那么總引力便足以阻止膨脹，宇宙最終可能會(huì )坍縮。
此外，宇宙大爆炸學(xué)說(shuō)在兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題上無(wú)法解釋?zhuān)浩湟?，大爆炸以前宇宙的圖景如何？大爆炸宇宙的理論不能外推到大爆炸之前，尚不能確切地解釋“在所存物質(zhì)和能量聚集在一點(diǎn)上”之前到底存在著(zhù)什么東西，是什么引起了大爆炸。其二，如果宇宙最終重新坍縮回到原點(diǎn)，又會(huì )發(fā)生什么？有天文學(xué)家提出了宇宙“無(wú)始無(wú)終” 論：宇宙一直在反復地收縮然后又膨脹著(zhù)。宇宙曾經(jīng)處于體積非常大、物質(zhì)密度非常小的狀態(tài)，它在萬(wàn)有引力作用下漸漸收縮、聚攏起來(lái)，直到所有的物質(zhì)統統撞到一起為止。這樣的宇宙被稱(chēng)為收縮宇宙。然后，它突然爆炸了，結果形成我們今天觀(guān)測到的這個(gè)膨脹宇宙。今天的宇宙膨脹將被不斷起作用的引力所抵消，最終引力迫使宇宙的膨脹完全停頓下來(lái)，進(jìn)而又轉為收縮。因此有可能宇宙并沒(méi)有什么開(kāi)端，它一直在反復地聚攏然后又分開(kāi)，分開(kāi)而后又聚攏，聚攏分開(kāi)永無(wú)止境。這樣的一幅圖景被稱(chēng)為振蕩宇宙。
宇宙的過(guò)去和未來(lái)究竟是怎樣的？相信科學(xué)終將會(huì )作出令人信服的回答。
10．簡(jiǎn)述恒星的形成、演化和歸宿的全過(guò)程。
在從星際彌漫物質(zhì)到恒星的演化鏈上，恒星的形成是關(guān)鍵環(huán)節。恒星的起源和演化，長(cháng)久以來(lái)一直是天文學(xué)中最基本、也最令人感興趣的問(wèn)題，也是解決得最好的問(wèn)題之一，從而成為20世紀自然科學(xué)的重要成就。
在17、18世紀牛頓、康德等人提出的星云假說(shuō)，即散布于空間中的彌漫物質(zhì)可以在引力作用下凝聚成太陽(yáng)系和恒星的學(xué)說(shuō)的基礎上，經(jīng)過(guò)歷代天文學(xué)家的努力，逐漸發(fā)展成為相當成熟的理論。20世紀60年代確立了恒星是從星際分子云中形成的這一重大現代學(xué)說(shuō)，成為恒星形成研究的主要成就。
根據這一學(xué)說(shuō)，恒星是從太空中的星際氣體和塵埃中誕生的，恒星有形成、發(fā)展、死亡和再生的過(guò)程。
（一）恒星的形成
恒星形成可分為兩個(gè)階段：
第一階段是星云階段，由極其稀薄的物質(zhì)凝聚成星云并進(jìn)一步收縮成原恒星。
第二階段是原恒星階段，由原恒星逐漸發(fā)展成為恒星。一般把處于慢收縮階段的天體稱(chēng)為原恒星。原恒星進(jìn)一步形成恒星的收縮過(guò)程要持續幾百萬(wàn)到幾千萬(wàn)年。
（二）恒星的演化
恒星的演化如同人的一生，經(jīng)歷從青壯年到更年期、老年期的過(guò)程。
（1）恒星的“青壯年期”
恒星的“青年期”和“壯年期”是一生中最長(cháng)的黃金階段，這時(shí)的恒星稱(chēng)為主序星。人們迄今所知的恒星約有90％都屬主序星。在這段時(shí)間，恒星以幾乎不變的恒定光度發(fā)光發(fā)熱，照亮周?chē)挠钪婵臻g。核燃燒使恒星內部物質(zhì)產(chǎn)生向外的輻射壓力，當輻射壓力與引力達到平衡時(shí)，恒星的體積和溫度就不再明顯變化。
（2）恒星的“更年期”
恒星的“更年期”出現在恒星核心部分的氫完全轉變成氦后，例如有7個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量大小的恒星的“更年期”大約在形成的2600萬(wàn)年后出現。這一階段恒星核心經(jīng)歷這些不同的核聚變反應，恒星也經(jīng)歷多次收縮膨脹，其光度也發(fā)生周期性的變化。最后產(chǎn)生巨大輻射壓力，自恒星內部往外傳遞，并將恒星的外層物質(zhì)迅速推向外圍空間，形成紅巨星、紅超巨星。
（3）恒星的“老年期”
恒星的“老年期”是從一顆恒星變成紅巨星開(kāi)始進(jìn)入這一階段的。由于恒星的體積急劇增大，導致恒星的表面溫度下降，因而顏色變紅。同時(shí)，恒星發(fā)光表面的面積劇增，致使整個(gè)恒星發(fā)出的光大大增強，從而大為增亮。這種又紅又亮的恒星就是紅巨星。
（三）恒星的歸宿
恒星內部的熱核反應是不會(huì )永遠進(jìn)行下去的，當恒星的核燃料耗盡時(shí)恒星也走到了它的盡頭。由于恒星自身物質(zhì)之間的巨大引力始終存在，隨著(zhù)恒星內部熱核反應的停止，盡管恒星外層部分會(huì )出現膨脹、爆發(fā)等復雜的變動(dòng)，核心部分卻必定在引力作用下發(fā)生急劇的收縮、即所謂引力坍縮。因此當恒星內部的核燃料消耗殆盡時(shí)，常會(huì )發(fā)生一場(chǎng)空前激烈的爆發(fā)。整個(gè)星體或者炸得粉碎，把恒星物質(zhì)重新拋人廣袤的星際空間，成為產(chǎn)生新一代恒星的原料，或者只剩下一個(gè)殘骸。
恒星的歸宿因初始質(zhì)量不同而有三種不同的結局，即白矮星、中子星和黑洞。
11．簡(jiǎn)介太陽(yáng)系
在銀河系中，太陽(yáng)只是1000億顆恒星中的普通一員。但卻是一個(gè)以太陽(yáng)為中心，包括大小行星、衛星、彗星等天體在內的大家庭。
在銀河系中太陽(yáng)屬中等大小的恒星，太陽(yáng)系是由受太陽(yáng)引力約束的天體組成的系統，整體大致是個(gè)球體，它的最大范圍約可延伸到1光年以外。太陽(yáng)系的主要成員有：太陽(yáng)（恒星）、九大行星（包括地球）、無(wú)數小行星、眾多衛星（包括月亮），還有彗星、流星體以及大量塵埃物質(zhì)和稀薄的氣態(tài)物質(zhì)。在太陽(yáng)系中，太陽(yáng)的質(zhì)量占太陽(yáng)系總質(zhì)量的99.8%，其它天體的總和不到總質(zhì)量的0.2%。太陽(yáng)是中心天體，它的引力控制著(zhù)整個(gè)太陽(yáng)系，使其它天體繞太陽(yáng)公轉。
（1）太陽(yáng)系的九大行星太陽(yáng)系有九大行星（圖
（2）太陽(yáng)的特征和結構
在地球所看到的天空最引人注目的就是帶來(lái)光明和溫暖的太陽(yáng)（圖
與地球相比，太陽(yáng)是一個(gè)巨大的球體。太陽(yáng)的質(zhì)量是地球質(zhì)量的33.34萬(wàn)倍。太陽(yáng)的質(zhì)量占了太陽(yáng)系總質(zhì)量的99.87%，它強大的引力控制著(zhù)大小行星、彗星等天體的運動(dòng)。太陽(yáng)直徑有139萬(wàn)千米，需要109個(gè)地球才能填滿(mǎn)太陽(yáng)的橫截面。
太陽(yáng)是一顆自己能發(fā)光發(fā)熱的氣體星球，不但輻射可見(jiàn)光，還不斷輻射著(zhù)其它波長(cháng)的電磁波，包括γ射線(xiàn)、X射線(xiàn)、紫外線(xiàn)、紅外線(xiàn)等。除了光和熱，太陽(yáng)也發(fā)散一種低密度的粒子流（多半為電子和質(zhì)子）形成太陽(yáng)風(fēng)，以
12．太陽(yáng)系的形成和演化
關(guān)于太陽(yáng)系的起源有多種學(xué)說(shuō)，最主要的有兩類(lèi)：一類(lèi)是星云說(shuō)，認為太陽(yáng)系是由一個(gè)旋轉著(zhù)的星云在收縮過(guò)程中逐漸形成的，18世紀的康德—拉普拉斯學(xué)說(shuō)就屬于星云學(xué)說(shuō)。另一類(lèi)是各種災變說(shuō)，災變說(shuō)由于缺乏證據而逐漸被拋棄，20世紀中期以來(lái)興起的新星云說(shuō)則得到公認。
根據星云說(shuō)，太陽(yáng)系是由星際之間的氣體和塵埃組成的星云收縮而形成的。太陽(yáng)系的形成經(jīng)歷了三個(gè)階段：
（1）星云的壓縮 約在50億年前，銀河系中存在一團云狀的緩慢轉動(dòng)的彌漫星際氣塵——“太陽(yáng)星云”，星云的質(zhì)量是現在的太陽(yáng)的1．2一2．0倍。由于其它天體的引力擾動(dòng)或鄰近超新星爆發(fā)的沖擊波，原太陽(yáng)星云在自身的引力下開(kāi)始坍塌收縮，開(kāi)始收縮時(shí)的橫寬約為2光年。
（2）原太陽(yáng)和星云盤(pán)的產(chǎn)生在收縮過(guò)程中，隨著(zhù)星云內部質(zhì)點(diǎn)碰撞的次數和猛烈程度的增大，云團中心的密度不斷增大，原太陽(yáng)星云大量引力勢能轉化為熱能，使星云內部溫度不斷升高。它較稠密的核心部分不斷壓縮，很快收縮成一個(gè)氣體大球，先是坍縮為原始太陽(yáng)，然后按照恒星演化歷程，成為一顆主序星——這就是我們今天所見(jiàn)的太陽(yáng)。周?chē)D的塵粒和氣體原子則繞著(zhù)它公轉，形成一個(gè)薄盤(pán)。由于氣體有一定膨脹壓力，而塵埃之間碰撞所引起的向外擴散卻很小，摩擦碰撞使它們帶靜電而更容易聚積成團。
塵埃碰撞粘合成大顆粒，塵埃顆粒向星云盤(pán)的赤道面集中，進(jìn)一步碰撞。這個(gè)過(guò)程不斷進(jìn)行，直到形成大團塊，這些由自身引力維系的團塊就被稱(chēng)為星子。星子有大有小，其典型尺度與小行星相仿，其中一部分成為今天的小行星和彗核，另一部分則繼續碰撞合并。
（3）行星的形成 這些星子中有些相互碰撞增大，成為行星的胚胎，稱(chēng)為行星胎，行星胎進(jìn)一步吸積周?chē)奈镔|(zhì)最終成為行星。
從誕生至今，太陽(yáng)系已經(jīng)演化了約50億年，太陽(yáng)用去了內核中一半的氫原子，估計它仍將穩定地輻射50億年左右。預計至100億年，它的光亮度將是現在的一倍。至130億年進(jìn)入紅巨星階段。在其存在的最后階段，太陽(yáng)中的氦將轉變成重元素，太陽(yáng)的體積也將開(kāi)始不斷膨脹，太陽(yáng)將變得比今天的太陽(yáng)大100倍，光度增大，表面溫度升高，那時(shí)它將處于極其不穩定狀態(tài)，隨著(zhù)狀態(tài)的變化終會(huì )將地球吞沒(méi)。在經(jīng)過(guò)1億年的紅巨星階段后，它要將外殼的相當部分拋入宇宙中去而損失掉很多物質(zhì)。最后幾乎全部的剩余量集中在很小的區域，太陽(yáng)將突然坍縮成一顆白矮星，到達其存在的最后階段。再經(jīng)歷幾萬(wàn)億年，它將耗盡所有能量，最終完全冷卻。
13．地球的圈層結構
以固體的地球表面為界，整個(gè)地球主要劃分為外部圈層和內部圈層兩大部分，即內三圈和外三圈。內三圈指固體地球內部的主要分層，由地表到地心依次分為地殼、地幔、地核；外三圈指地球外部離地表平均
14．地球的外部圈層是如何劃分的？
地球的外部圈層（圖
（1）大氣圈 大氣圈是地球外圈中最外部的氣體圈層，存在于整個(gè)地球外層。大氣圈是地球海陸表面到星際空間的過(guò)渡圈層，沒(méi)有明顯的上限，一直可以延續到
大氣圈對生物的形成、發(fā)育和保護有很大的作用。由于大氣圈的存在，擋住住絕大多數飛向地球的隕石，攔截下太陽(yáng)輻射中的大部分紫外線(xiàn)和來(lái)自宇宙的高能粒子流，保護了地球生命，免遭外來(lái)的打擊。因此，大氣圈是地球表面和生命的盾牌。
（2）水圈 水圈是指連續包圍地球表面的水層，包括海洋、江河、湖泊、沼澤、冰川和地下水等，它是一個(gè)連續但不很規則的圈層。既有液態(tài)水，也包括氣態(tài)水和固態(tài)水。
從離地球數萬(wàn)千米的高空看地球，可以看到地球大氣圈中水汽形成的白云和覆蓋地球大部分的藍色海洋，它使地球成為一顆“藍色的行星”，又是一顆“水球”。
水圈是地球特有的環(huán)境優(yōu)勢。水圈的運動(dòng)和循環(huán)影響了地球上各種環(huán)境條件的變化，影響各個(gè)圈層，使地球處在不斷地變換之中。更重要的是水對億萬(wàn)種生命以及人類(lèi)能在地球上生存和發(fā)展，具有決定性的意義。
（3）生物圈 生物圈是太陽(yáng)系所有行星中僅在地球上存在的一個(gè)獨特圈層。生物圈是指地球表層生物有機體及其生存環(huán)境的總稱(chēng)，是一個(gè)有生命的特殊圈層。
生物圈是地球特有的圈層，它是地球大氣、水和地殼長(cháng)期演化、相互作用的結果，它又參與了對巖石、大氣和水等其他圈層的改造，對地表物質(zhì)的循環(huán)、能量轉換和積聚具有特殊作用。
15．地球的內部圈層是如何劃分的？
地球內部是無(wú)法直接觀(guān)測到的。地球科學(xué)家使用地震的方法研究地球內部的結構與構成。根據地球物理的研究，地球內部是一個(gè)非均質(zhì)體，各層物質(zhì)的密度、壓力、溫度、物理狀態(tài)和化學(xué)成分存在著(zhù)明顯差異。地球內部存在兩個(gè)明顯的地震波不連續界面，由此將地球內部分為地殼、地幔和地核三個(gè)同心圈層（圖
（1）地殼 地殼是地球表面的一層薄殼。厚度不均勻，大陸地區平均厚度約
（2）地幔 地幔介于地殼和地核之間。
在距地球表面以下平均深度60～250千米處的上地幔上部有一層軟流圈，它位于巖石圈之下，是一個(gè)明顯的地震波的低速層，物質(zhì)具有柔性。軟流圈可能與地球表面的許多活動(dòng)有密切的關(guān)系，它是巖漿的源地、地震和火山現象的根源，造成地幔對流、海底擴張和板塊構造，形成有用的礦藏。
（3）地核 地核指地球核心部分，半徑約
16． 地球圈層的形成過(guò)程？
約46億年前，原始地球誕生了。從形成之時(shí)起，地球一直在不斷發(fā)展演變著(zhù)。早期演化過(guò)程的基本運動(dòng)形式是圈層分化運動(dòng)，即重物質(zhì)向地心和輕物質(zhì)向地表的運動(dòng)。原始地質(zhì)圈層形成之后，地球仍處于不斷變化之中，地球物質(zhì)圈層分化繼續進(jìn)行，直到生命產(chǎn)生、人類(lèi)誕生，出現了一系列極其復雜漫長(cháng)的演化過(guò)程。這樣地球由低級的、原始的地質(zhì)圈層向現今的高級圈層的不斷發(fā)展，成為地球最基本的地質(zhì)演化內容。
地球圈層的這種發(fā)展演化過(guò)程，是一個(gè)有一定方向的不可逆的歷史過(guò)程。但它的初期演變已無(wú)痕跡可見(jiàn)，只能通過(guò)天文學(xué)、地球物理學(xué)、地球化學(xué)、地質(zhì)學(xué)等方面的綜合研究來(lái)重現這一演變過(guò)程，其中影響最為深遠的是整個(gè)地球分化成為同心圈層的變化，包括地球內部地核、地幔和地殼的形成和演變和大氣圈、水圈的形成和演變，尤其重要的是生物圈的出現和演變。
（1）地球內部圈層的形成和演變
原始地球從太陽(yáng)星云分化出來(lái)以后，最初階段各種物質(zhì)是混雜在一起，并沒(méi)有明顯的分層現象。此時(shí)溫度很低，各種不同物質(zhì)以固態(tài)存在，它們不可能在重力作用下自由地升降。但是由于地球體積的逐漸變大，地球保存熱能的能力就不斷加強。隨著(zhù)地球內部放射性物質(zhì)衰變產(chǎn)生的能量的大量積聚，地球溫度逐漸升高。這樣地球本身產(chǎn)生的熱能就在地球內部積累起來(lái)，地球內部的溫度逐漸升高。在地內溫度逐漸升高的前提下，地內物質(zhì)也就具有越來(lái)越高的可塑性甚至處于熔融狀態(tài)，在地球重力作用下不可避免地發(fā)生圈層分化。這樣當溫度升高，地內物質(zhì)的可塑性達到一定程度時(shí)，較重物質(zhì)緩慢地下沉，同時(shí)較輕物質(zhì)緩慢地上升。這就開(kāi)始了地球的圈層分化。按化學(xué)組成的不同，分化而成地殼、地幔和地核。
（2）大氣圈和水圈的形成和演變
在原始地球的外部產(chǎn)生了大氣圈和水圈。原先在地球內部的各種氣體在地球分化過(guò)程中上升到地表，受地球引力作用集聚在地殼外圍而成為原始大氣圈。而原先以結晶水形式存在于地球內部的大量水隨著(zhù)地內溫度的升高成為水蒸汽，通過(guò)火山活動(dòng)進(jìn)入大氣層，最終以降雨的形式到達地面形成原始的水圈。
（3）水圈的形成和演變
水圈中的水同樣來(lái)自于地球內部。地球表面在原始地球形成初期并沒(méi)有水的存在。地球上的水絕大部分以巖石中的結晶水的形式，存在于地球的內部。隨著(zhù)原始地球的變熱，地內溫度的升高，地球內部產(chǎn)生愈來(lái)愈多的水汽。這些水汽往往通過(guò)火山活動(dòng)跑到地球的外部，出現在大氣中，然后以雨滴的形式降落地面，并逐漸地形成海洋，出現原始的水圈。因此地表水圈中水的直接來(lái)源是大氣，是大氣中水汽的凝結物，但從根本上講是來(lái)自地球內部，來(lái)自地下的巖石。
（4）生物圈的形成和演變
當原始大氣和原始水圈在地球上出現時(shí)，地球上仍是一個(gè)沒(méi)有生命的世界。但大氣、水和原始的地殼的出現為生命的誕生奠定了必要的基礎。從無(wú)生命物質(zhì)到生命的轉化是一個(gè)極為緩饅的過(guò)程，生命是由無(wú)生命的物質(zhì)轉化來(lái)的。約35億年前，原始生命產(chǎn)生于原始海洋之中。在太陽(yáng)的紫外線(xiàn)、大氣的電擊雷鳴、地下的火山熔巖等作用下，原始大氣中存在的甲烷、氨、水汽和氫轉化成簡(jiǎn)單的有機物。大氣中的有機物隨降水進(jìn)入海洋，同時(shí)地殼上的有機物和無(wú)機鹽隨地面徑流進(jìn)入海洋。它們在海水中發(fā)生頻繁的接觸和密切的聯(lián)系。這樣簡(jiǎn)單的有機物就逐漸發(fā)展成多分子的有機物，并且逐步變成能夠不斷自我更新、自我再生的物質(zhì)，從而形成了原始的生命。
雖然35億年以前原始生命就已經(jīng)在海水中產(chǎn)生，但是在此后長(cháng)達30億年的時(shí)間里，生命始終局限在海水中。沒(méi)有海水的保護，生命就難于避免強烈的太陽(yáng)紫外線(xiàn)的傷害。在距今6億年前，綠色植物開(kāi)始在海洋中占優(yōu)勢，生物開(kāi)始對地球自然環(huán)境的發(fā)展產(chǎn)生重大影響。
綠色植物的出現為生物登陸創(chuàng )造了前提條件，因為綠色植物在光合作用中所產(chǎn)生的游離氧的積累，終于導致大氣中出現臭氧，并在高空中形成臭氧層。臭氧能夠有效地吸收紫外線(xiàn)，因而對地面上的生物起保護作用。高空臭氧層的出現意味著(zhù)陸上生物的生命有了保障。這樣在距今4億年前，綠色植物登陸成功，使生物從海洋登上陸地，陸地上出現了生物的大發(fā)展。生物的數量和種類(lèi)開(kāi)始了大幅度的增長(cháng)，在陸地和海洋都出現了動(dòng)植物的大繁榮，進(jìn)而發(fā)展成為完善的地球生物圈，使地球的自然環(huán)境出現了大變化，發(fā)展成為地球的生物圈。至今110多萬(wàn)種動(dòng)物和40多萬(wàn)種植物組成了瑰麗多采的生物世界。
生物圈形成以后，整個(gè)地球仍然在發(fā)展變化著(zhù)。特別是大約300萬(wàn)年前，作為高等動(dòng)物的人類(lèi)的出現，開(kāi)始了地球發(fā)展演化的新階段，這是影響地球自然環(huán)境的重大飛躍。
17.什么是板塊構造理論？
地球自從形成以來(lái)在地表和內部進(jìn)行著(zhù)永不停息的運動(dòng)變化，地球表面形態(tài)特征正是地球的內外力綜合作用的結果，其中內力是形成地球表面差異的重要原因。探討地殼運動(dòng)的產(chǎn)生原因，需要用大地構造理論加以解釋。
板塊構造說(shuō)是20世紀60年代提出的一種新的全球構造學(xué)說(shuō)，由于板塊構造新理論的出現，地球科學(xué)取得了突破性進(jìn)展，意義十分重大。目前板塊構造說(shuō)已經(jīng)成為綜合多學(xué)科成果的主要理論框架，成為現代流行的被普遍接受的最新理論形式。
20世紀60年代以來(lái)，海底擴張的現象已被證實(shí)，大陸漂移的假說(shuō)也被普遍承認。1965年，科學(xué)家運用計算機使地球各個(gè)大陸以現有的形狀恰好拼合在一起，并將海地地形、地震位置、火山等活躍部位都連接成為帶狀。
由此，人們設想，大陸漂移和海底擴張可能表現為若干巖石圈板塊的相互運動(dòng)。1968年，法國的勒皮雄(X.Lepichon)、美國的摩根（W. J. Morgan）和英國的麥肯齊（D. P. Mckenzie）等學(xué)者根據當時(shí)已經(jīng)發(fā)現的諸多新的地質(zhì)現象，把大陸漂移和海底擴張的概念發(fā)展成為著(zhù)名的“板塊構造說(shuō)”。板塊構造說(shuō)提出后，又被許多科學(xué)家不斷予以完善，很快得到了其他地學(xué)工作者的贊同?，F代地球科學(xué)的發(fā)展，以板塊構造說(shuō)的建立為標志進(jìn)入了革命時(shí)期。
1970年后，板塊構造學(xué)說(shuō)確立。板塊構造學(xué)說(shuō)的基本觀(guān)點(diǎn)是：
（1）巖石圈板塊是在軟流圈上滑動(dòng)的
地球的最上層沿垂直方向可劃分為物理性質(zhì)截然不同的兩層：堅硬的巖石圈和部分熔融的軟流圈。全球巖石圈（包括地殼和上地幔一部分）不是一個(gè)整體，而是由相互運動(dòng)著(zhù)的若干剛性板塊所構成的。每一個(gè)板塊都“浮”在軟流圈之上，巖石圈板塊就在軟流圈上滑動(dòng)，大陸漂移實(shí)際上是板塊運動(dòng)的結果。這些板塊在以每年
（2）地球的巖石圈劃分為許多板塊
巖石圈分為若干個(gè)板塊，各個(gè)板塊在不斷移動(dòng)相互擠壓，而各個(gè)板塊內部相對比較穩定。勒皮雄把全球巖石圈劃分為6大板塊（圖
3）地球板塊之間在相互運動(dòng)
板塊的內部比較穩定，板塊之間則比較活動(dòng)，板塊相對移動(dòng)而發(fā)生的彼此碰撞或張裂，形成了地球表面的基本面貌。
（4）板塊作用的驅動(dòng)力是地幔對流作用
地幔對流體存在巖石圈之下，對流體上升的地區正是大洋的海嶺，在對流體的作用下，海底巖石受力破裂，地幔物質(zhì)上升到達頂部冷卻凝結而形成海嶺，以后繼續上升的地幔物質(zhì)從海嶺頂部的巨大開(kāi)裂處涌出，形成新的大洋地殼，又把早先形成的大洋地殼以每年幾厘米的速度推向兩邊，使海底不斷更新和擴張。
1．什么是宇宙？
宇宙是天地萬(wàn)物，是廣漠空間和其中存在的各種天體以及彌漫物質(zhì)的總稱(chēng)。
辨證唯物主義哲學(xué)認為，世界的本質(zhì)是物質(zhì)的，物質(zhì)可以轉換不同的存在形式，但在本質(zhì)上是永久存在，永久不滅的。宇宙是普遍永恒的物質(zhì)世界，在空間和時(shí)間上都是無(wú)限的。從空間看宇宙是無(wú)邊無(wú)際，它沒(méi)有邊界，沒(méi)有形狀，也沒(méi)有中心，如果承認宇宙以外還有什么東西，就否認了世界的物質(zhì)本性；從時(shí)間看宇宙無(wú)始無(wú)終，它沒(méi)有起源，沒(méi)有年齡，也不會(huì )終結，如果承認宇宙有起源，就會(huì )導致創(chuàng )世說(shuō)，實(shí)際上也否認了世界的物質(zhì)本性。
但具體事物的有限性也不能否認。宇宙的無(wú)限與具體事物的有限并不矛盾，因為只有無(wú)數具體的有限才能構成全部的無(wú)限。人類(lèi)觀(guān)察到的宇宙是動(dòng)態(tài)的，隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人類(lèi)所知的宇宙在不斷擴大。18世紀以前人類(lèi)認識宇宙的范圍只限于太陽(yáng)系，隨后認識到太陽(yáng)系以外還有千億個(gè)恒星，它們組成了銀河系。19世紀人類(lèi)又發(fā)現了河外星系，發(fā)現銀河系在宇宙大家庭中只不過(guò)是相當渺小的一員。20世紀50年代的光學(xué)望遠鏡、60年代的射電天文望遠鏡把人類(lèi)對宇宙的探測距離猛增，人類(lèi)可以永遠擴大自己對物質(zhì)世界的觀(guān)察視野，不會(huì )停留于某一固定的邊界上，這有力證明宇宙是無(wú)限的。
天文學(xué)上通常將天文觀(guān)測所及的整個(gè)時(shí)空范圍稱(chēng)為“可觀(guān)測宇宙”，有時(shí)又叫“我們的宇宙”，或簡(jiǎn)稱(chēng)“宇宙”?，F代科學(xué)的基本觀(guān)念之一，就是可觀(guān)測宇宙也像其他事物一樣，有它誕生發(fā)展的歷史。據現代宇宙學(xué)說(shuō)估算，宇宙年齡是極其漫長(cháng)的，約為150億歲；可觀(guān)測的全部宇宙空間是極為龐大的，已觀(guān)測到的最遠的星系距離我們大約150億光年。
宇宙既有統一性又有多樣性。宇宙的統一性在于它的物質(zhì)性，宇宙的多樣性在于物質(zhì)的表現形式千差萬(wàn)別，組成宇宙的物質(zhì)在存在狀態(tài)、質(zhì)量和性質(zhì)上有著(zhù)極大的差異。
宇宙是由各類(lèi)天體和彌漫物質(zhì)組成的。宇宙中有形形色色的天體，恒星、星云、行星、衛星、彗星、流星等天體都是宇宙物質(zhì)的存在形式。
2．什么是恒星和星云？
宇宙中最主要的天體是恒星和星云，因為它們擁有巨大的質(zhì)量。恒星是由熾熱氣態(tài)物質(zhì)組成，能自行發(fā)熱發(fā)光的球形或接近球形的天體。恒星是像太陽(yáng)一樣本身能發(fā)光的星球，晴夜用肉眼看到的許多閃閃發(fā)光的星星中，絕大多數是恒星。星云是由極其稀薄的氣體和塵埃組成的，形狀很不規則，似云霧狀的天體。
3．什么是星系？
由無(wú)數恒星和星際物質(zhì)構成的巨大集合體稱(chēng)為星系。它們的尺度可以從幾千到幾十萬(wàn)光年。星系或稱(chēng)恒星系，是宇宙系統中的重要一環(huán)。星系數量眾多。到目前為止，人們已在宇宙中觀(guān)測到了約1000億個(gè)星系。地球就處在由1000多億顆恒星以及銀河星云組成銀河系中。有的星系離銀河系較近，可以清楚地觀(guān)測到它們的結構。離銀河系最近的星系——大麥哲倫星云和小麥哲倫星云，距離為十幾萬(wàn)光年。有的非常遙遠，目前所知最遠的星系離我們有近150億光年。
人們把目前所認識到的宇宙部分，包括已觀(guān)測到的所有星系，稱(chēng)為總星系。
4．人類(lèi)宇宙觀(guān)的演變過(guò)程。
人類(lèi)早期對宇宙的認識十分幼稚，世界上的各文明古國都有關(guān)于天地起源和結構的種種傳說(shuō)，充滿(mǎn)著(zhù)想象。古代關(guān)于宇宙的構造和本原也有過(guò)許多學(xué)說(shuō)，最主要是亞里士多德——托勒密的地心說(shuō)，認為地球是宇宙的中心，這一學(xué)說(shuō)占統治地位的時(shí)間長(cháng)達1400年之久。
近代人類(lèi)對宇宙認識的轉變始于16世紀，哥白尼倡導了日心說(shuō)，他在《天體運行論》一書(shū)中提出“太陽(yáng)是宇宙的中心”。發(fā)明了天文望遠鏡，他的觀(guān)察和發(fā)現支持了日心說(shuō)。到17世紀，牛頓開(kāi)辟了以力學(xué)方法研究宇宙學(xué)的途徑，建立了經(jīng)典宇宙學(xué)。20世紀愛(ài)因斯坦創(chuàng )立了廣義相對論，提出了“有限、無(wú)邊、靜態(tài)”的相對論宇宙模型。
20世紀以來(lái)，天文觀(guān)測的尺度大大擴展，達到上百億年和上百億光年的時(shí)空區域，宇宙膨脹的動(dòng)態(tài)宇宙演化觀(guān)念進(jìn)入了人類(lèi)的意識。20年代，首先由前蘇聯(lián)物理學(xué)家和數學(xué)家弗里德曼提出了均勻各向同性膨脹的動(dòng)態(tài)宇宙模型。特別是哈勃，發(fā)現了紅移定律后，到40年代形成了伽莫夫的宇宙大爆炸理論，促成了現代宇宙學(xué)的誕生。20世紀70年代，霍金進(jìn)一步用廣義相對論推演宇宙演變，提出了宇宙起源和終結的論斷，已經(jīng)被科學(xué)界廣泛接受。
5．什么是現代宇宙學(xué)？
現代宇宙學(xué)所研究的就是現今直接或間接觀(guān)測所及的整個(gè)天區的大尺度時(shí)空的性質(zhì)、物質(zhì)運動(dòng)的形態(tài)和規律。
6．關(guān)于大爆炸理論
“宇宙大爆炸理論” 是現代宇宙學(xué)中最著(zhù)名、也是影響最大的一種學(xué)說(shuō)，它是到目前為止關(guān)于宇宙起源最科學(xué)的一種解釋。大爆炸理論的主要觀(guān)點(diǎn)是認為整個(gè)宇宙最初聚集在一個(gè)“原始原子”中，然后突然發(fā)生大爆炸，使物質(zhì)密度和整體溫度發(fā)生極大的變化，宇宙從密到稀、從熱到冷、不斷膨脹，形成了我們的宇宙。最初那次無(wú)與倫比的爆發(fā)就被稱(chēng)為大爆炸，這一關(guān)于宇宙起源的理論則被稱(chēng)為宇宙大爆炸理論。
宇宙大爆炸的設想最早由比利時(shí)天文學(xué)家勒梅特在1932年提出的。到20世紀40年代，美籍俄國天體物理學(xué)家伽莫夫提出了熱大爆炸宇宙學(xué)模型，并計算出爆炸之初的溫度、溫度下降的快慢等，論述了演化過(guò)程。大爆炸理論在誕生之初由于缺少證據并不使人信服，但到20世紀60年代以后，越來(lái)越多的證據表明大爆炸模型在科學(xué)上有強大的說(shuō)服力，特別是英國著(zhù)名理論物理學(xué)家斯蒂芬·霍金對于宇宙起源后最初的宇宙演化圖景作了清晰的闡釋。
7．宇宙的演化過(guò)程分為哪幾個(gè)階段？
根據大爆炸宇宙學(xué)模型的觀(guān)點(diǎn)，宇宙150億年的演化過(guò)程分為三個(gè)階段。大爆炸的整個(gè)過(guò)程大致是這樣的：
大約150億年前，宇宙內的所存物質(zhì)和能量都聚集到了一起，并濃縮成很小的體積，溫度極高，密度極大。突然，這個(gè)體積無(wú)限小的點(diǎn)在四大皆空的“無(wú)”中爆炸了，時(shí)空從這一刻開(kāi)始，物質(zhì)和能量也由此產(chǎn)生，這就是宇宙創(chuàng )生的大爆炸。人們將大爆炸的瞬間定作宇宙年齡“零”時(shí)。
第一個(gè)階段是宇宙的極早期。宇宙處在這個(gè)階段的時(shí)間特別短，短到以秒來(lái)計，稱(chēng)為“太初第一秒”。剛剛誕生的宇宙是極其熾熱、致密的，隨著(zhù)宇宙迅速膨脹，溫度急速下降。宇宙年齡為百分之一秒時(shí)，溫度降到1000億攝氏度；宇宙年齡為1秒時(shí)，溫度繼續下降，但仍高達100億攝氏度以上，宇宙處于一種極高溫、高密的狀態(tài)，當時(shí)除氫核——質(zhì)子外，沒(méi)有任何別的化學(xué)元素，只有由質(zhì)子、中子、電子、光子等基本粒子混合而成，成為熱平衡狀態(tài)下的“宇宙湯”。
第二個(gè)階段是化學(xué)元素形成階段，大約經(jīng)歷了數千年。在“宇宙湯”中，原先只有中子和質(zhì)子等基本粒子，在3分鐘時(shí)中子和質(zhì)子之比為1：6。隨著(zhù)整個(gè)宇宙體系不斷膨脹，溫度很快下降。當溫度降到10億度左右時(shí)，中子開(kāi)始失去自由存在的條件，化學(xué)元素從這一時(shí)期開(kāi)始形成。中子和質(zhì)子開(kāi)始核聚變過(guò)程，所有的中子迅速合成到由兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子構成的氦核中，余下的質(zhì)子就成了氫原子核。這一時(shí)期還合成了其它輕元素，如氘、氚、鋰、鈹、硼等，數量較少。各種輕元素的豐度——即與氫的比例在宇宙各處都是一定的。當溫度進(jìn)一步下降到100萬(wàn)攝氏度時(shí)，早期形成化學(xué)元素的過(guò)程就結束了。此時(shí)宇宙間的物質(zhì)主要是這些比較輕的原子核和質(zhì)子、電子、光子等，光輻射很強，但是沒(méi)有星體存在。
第三個(gè)階段是宇宙形成的主體階段。這個(gè)階段的時(shí)間最長(cháng)，至今我們仍生活在這一階段中。這一階段起始于溫度降到幾千攝氏度時(shí)，此時(shí)上述各種原子核開(kāi)始與電子結合為中性原子，這一過(guò)程稱(chēng)為復合。由于溫度的降低，輻射也逐步減弱，宇宙間主要是氣態(tài)物質(zhì)，這些物質(zhì)的微粒相互吸引、融合，形成越來(lái)越大的團塊。又過(guò)了幾十億年，中性原子在引力作用下逐漸聚集，先后形成了各級天體。氣體逐漸凝聚成星云，并逐漸演化成星系、恒星和行星，再進(jìn)一步形成各種各樣的恒星體系，成為我們今天所看到的五彩繽紛的星空世界。在個(gè)別天體上還出現了生命現象，人類(lèi)也終于在地球上誕生了。
8．支持大爆炸理論的依據有哪些？
宇宙大爆炸理論之所以能從剛提出的時(shí)候不受關(guān)注，到后來(lái)的異軍突起，是因為大爆炸理論有實(shí)際依據，在它誕生前后不斷得到了大量天文觀(guān)測事實(shí)的支持。
觀(guān)測宇宙學(xué)已經(jīng)發(fā)現，在目前觀(guān)測所及的范圍內存在著(zhù)許多重要的系統性特征，例如：星系紅移、微波背景輻射、宇宙元素的豐度、宇宙的年齡等，這些觀(guān)測事實(shí)都可以用大爆炸模型來(lái)論證：
1〕星系紅移
天文學(xué)家觀(guān)測到河外天體有系統性的譜線(xiàn)紅移，用多普勒效應解釋?zhuān)t移就是宇宙膨脹的反映，這完全符合大爆炸理論。
1929年，哈勃發(fā)現不同距離的星系發(fā)出的光，顏色上稍稍有些差別。遠星系的光要比近星系紅一些，即波長(cháng)要長(cháng)一些，它說(shuō)明各星系正以很高的速度彼此飛離。這一現象可以用火車(chē)遠離我們行駛時(shí)汽笛的聲調（即頻率）所發(fā)生的變化來(lái)比擬：當一列火車(chē)快速駛遠時(shí)，它的汽笛聲聽(tīng)來(lái)會(huì )沉悶很多，因為聲波相對于我們的頻率變低、波長(cháng)變長(cháng)了，這就是多普勒效應。把聲波換成光產(chǎn)生的效果就是紅移，它被解釋為是由星系系統地向遠離我們的方向運動(dòng)時(shí)的多普勒效應產(chǎn)主的，可見(jiàn)星系都在做遠離我們的運動(dòng)。
哈勃總結出譜線(xiàn)紅移的規律是：越遠的星系它的光譜線(xiàn)紅移量就越大，因而遠離我們而去的速度就越大，也就是說(shuō)，對遙遠星系，紅移量與星系離我們的距離成正比，這紅移叫宇宙學(xué)紅移，或稱(chēng)為“哈勃紅移”，這就是著(zhù)名的哈勃定律。此后，在紅外及整個(gè)電磁波波段都觀(guān)測到了這個(gè)規律。哈勃對眾多星系的光譜進(jìn)行研究后確認紅移是一種普遍現象，這表明宇宙正在膨脹。這一發(fā)現奠定了現代宇宙學(xué)的基礎。
河外星系普遍遠離我們而去，是因為宇宙正處在宏偉的整體膨脹之中。把宇宙中的星系想象成面包中的葡萄干，有助于理解它們隨宇宙膨脹而彼此遠離的圖景：當一只嵌有許多葡萄干的巨大的面包膨脹時(shí)，其中的葡萄干就會(huì )隨之彼此遠離，其中每一顆葡萄干都會(huì )發(fā)現其它所有的葡萄干都在離開(kāi)自己。相距越遠的葡萄干彼此分離的相對速度也越大。在任何一個(gè)星系上，都會(huì )看到同樣的情景。
此外由于萬(wàn)有引力的作用，宇宙膨脹的速度會(huì )隨時(shí)間發(fā)生變化。萬(wàn)有引力作用于宇宙中一切物質(zhì)與能量之間，起到剎車(chē)的作用，阻止星系往外跑，從而使膨脹速度越來(lái)越慢。在誕生初期，宇宙從高密度狀態(tài)迅速膨脹，隨著(zhù)時(shí)間的推移，體積越來(lái)越大，膨脹速度則越來(lái)越小。將這個(gè)過(guò)程向回追溯到宇宙創(chuàng )生的那一刻，可以發(fā)現當時(shí)宇宙體積為零，而膨脹速度為無(wú)限大。這就是大爆炸。
宇宙整體膨脹的發(fā)現，乃是20世紀最大的科學(xué)成就之一。如今人們不斷探測到更多更遠的星系，但哈勃定律對它們依然成立。這個(gè)模型就叫做宇宙膨脹模型或大爆炸模型。
2〕微波背景輻射
微波背景輻射是150億年前發(fā)生的大爆炸在今天的宇宙結構上留下的印跡。根據大爆炸理論，通過(guò)宇宙膨脹速度等可以具體計算宇宙每一歷史時(shí)期的溫度，伽莫夫等人在1948年就斷言，我們的宇宙從最初的高溫狀態(tài)膨脹到現在已經(jīng)很冷了，目前宇宙中應到處存在著(zhù)一定溫度的背景輻射，相應的溫度大約是5K。由于它的輻射峰值在微波波段，故稱(chēng)為宇宙微波背景輻射。
1964年，原初宇宙這一最重要的遺跡被發(fā)現了。美國貝爾電話(huà)公司工程師彭齊亞斯和威爾遜在調試巨大的喇叭形天線(xiàn)時(shí)，出乎意料地收到一種無(wú)線(xiàn)電干擾噪聲，這種噪聲在天空中的任何方向上都能接收到，各個(gè)方向上信號的強度都一樣，而且歷時(shí)數月而無(wú)變化。這種噪聲的波長(cháng)在微波波段，這一發(fā)現正是大爆炸宇宙論預言的宇宙微波背景輻射，經(jīng)過(guò)進(jìn)一步測量和計算，得出輻射溫度是2．7K，一般稱(chēng)之為3K宇宙微波背景輻射。1989年，美國航空和航天局專(zhuān)門(mén)發(fā)射了宇宙背景探測器衛星，對宇宙背景輻射進(jìn)行更精密的測量。
宇宙微波背景輻射的發(fā)現，是繼1929年哈勃發(fā)現星系譜線(xiàn)紅移之后的又一重大的天文成就，因此它被列為20世紀60年代天文學(xué)四大發(fā)現之一。微波背景輻射的發(fā)現有力地支持了宇宙大爆炸理論。
3〕宇宙元素的豐度
大爆炸模型預言宇宙應當由大約25％的氦和75％的氫組成，這與天文測量結果極為符合。在宇宙中，氫和氦是最豐富的元素，二者豐度之和約占99％。而且氫和氦的豐度比在許多不同的天體上均約為三比一左右。
按標準宇宙模型，在熱平衡的“宇宙湯”階段，中子與質(zhì)子的數量相等。隨著(zhù)宇宙的膨脹，宇宙變冷，二者比例降低。中子和質(zhì)子很容易聚合在一起，開(kāi)始了形成氦核的核反應，產(chǎn)生由兩個(gè)質(zhì)子、兩個(gè)中子組成的氦核。這個(gè)過(guò)程用完了所有的中子，形成的氦約占宇宙物質(zhì)總質(zhì)量的四分之一，余下的質(zhì)子就成了氫原子核，即氦同氫的質(zhì)量分別占25％和75％。這也說(shuō)明元素形成時(shí)其它元素的份量很少，宇宙中幾乎全是氫和氦。從太陽(yáng)系、其它恒星、星際介質(zhì)、不同星系以及宇宙射線(xiàn)觀(guān)測和研究中獲得的數據表明，宇宙氦的含量在22％～25％之間，而氫與氦的質(zhì)量比約為3：1，理論值與觀(guān)測值接近。另外同一時(shí)期合成的氘、氚、鋰、鈹、硼等輕元素盡管數量比氫、氦少得多，但理論給出的豐度值與實(shí)際觀(guān)測也較接近。這些事實(shí)對“大爆炸宇宙”模型是有力的支持。因此，宇宙中99％以上的物質(zhì)是由最初形成的氫與氦構成的；而造成行星和生命的豐富多彩的重元素還不到宇宙總質(zhì)量的l％，它們大部分是在形成恒星后產(chǎn)生的。
4〕宇宙的年齡
宇宙有開(kāi)端就有年齡。根據宇宙膨脹的速率倒推，大爆炸發(fā)生在約150億年前。如果宇宙正在膨脹，星系正在彼此遠離，那宇宙過(guò)去必定比較小，星系過(guò)去必定靠得更近。如果能把宇宙史這個(gè)過(guò)程倒過(guò)來(lái)進(jìn)行，勢必會(huì )發(fā)現在過(guò)去的某個(gè)時(shí)刻，所有的星辰都是聚合在一起的。也就是說(shuō)，較早時(shí)代的宇宙，物質(zhì)密度會(huì )更高。繼續這一推理就意味著(zhù)過(guò)去必定存在一個(gè)有限的時(shí)刻，那時(shí)宇宙中的物質(zhì)被壓縮為極其高密的狀態(tài)。按照哈勃定律將星系的距離除以各自的速度，就可估計出那一時(shí)刻距今約150億年。
這段時(shí)間對所有星系來(lái)說(shuō)是共同的。根據大爆炸理論，宇宙中一切天體都是在溫度下降后產(chǎn)生的，因而任何天體的年齡都應比自溫度降至今天這一段時(shí)間為短，所有恒星的年齡都不應超過(guò)由宇宙年齡所確定的上限。各種天體年齡的測量證明了這一點(diǎn)。利用放射性同位素含量測定年代的方法，人們測量了地球上最古老的巖石，測量了宇航員從月球上帶回的土壤、巖石樣品，測量了來(lái)自行星際空間的隕石，發(fā)現它們的年齡均不超過(guò)47億年。恒星的年齡可從它們的發(fā)光速率與能源儲備來(lái)估算，根據熱核反應提供恒星能源的理論，人們估計出銀河系中最老恒星的年齡為100－150億年。用這兩種完全不同的方法得到的天體年齡與“宇宙齡”是協(xié)調一致的，這對大爆炸宇宙模型是十分有力的支持。
上述天文觀(guān)測事實(shí)極大地支持了大爆炸模型。當然大爆炸宇宙論也還存在許多未解決的難題，還有待于深入研究和取得更多的觀(guān)測資料，才能得到進(jìn)一步的結論。
9．宇宙的未來(lái)是怎樣的？
大爆炸宇宙論指出150億年之前的大爆炸是空間、時(shí)間、物質(zhì)與能量的起源，這一學(xué)說(shuō)是有關(guān)宇宙起源和演化的種種學(xué)說(shuō)中最有說(shuō)服力，觀(guān)測事實(shí)最為豐富，因而也最廣泛地為人們所采納。但我們的宇宙是否會(huì )永遠膨脹下去？宇宙今后的圖景和未來(lái)的命運又是怎樣的呢？大爆炸宇宙論并沒(méi)有給出明確的答復。
按照大爆炸模型，宇宙在誕生后不斷膨脹，與此同時(shí)，物質(zhì)間的萬(wàn)有引力對膨脹過(guò)程進(jìn)行牽制。這里有兩種可能：
一種可能是宇宙膨脹將永遠繼續下去。如果宇宙總質(zhì)量小于某一特定數值，則引力不足以阻止膨脹，宇宙就將一直膨脹下去。在這個(gè)系統里，引力雖不足以使膨脹停止，但會(huì )不斷地消耗著(zhù)系統的能量，使宇宙緩慢地走向衰亡。宇宙越來(lái)越稀薄和寒冷，直至物質(zhì)本身最后衰亡，只剩下宇宙背景輻射。到非常遙遠的將來(lái)，所有的恒星燃盡熄滅，茫茫黑暗中潛伏著(zhù)一些黑洞、中子星等天體。黑洞釋放出微弱的輻射，最終全都以熱和光的形式蒸發(fā)掉。足夠長(cháng)的時(shí)間之后，連質(zhì)子這樣穩定的基本粒子也衰變、消亡了，宇宙最終變成一鍋稀得難以置信的湯，其中有光子、中微子，越來(lái)越少的電子和正電子。所有這些粒子都在緩慢地運動(dòng)，彼此越來(lái)越遠，不會(huì )再有任何基本物理過(guò)程出現，出現寒冷、黑暗、荒涼而又空虛的宇宙，它已經(jīng)走完了自己的歷程，達到了“熱寂”的狀態(tài)。
另一種可能是膨脹停止而代之以收縮。如果宇宙的總質(zhì)量大于某一特定數值，那么總有一天宇宙將在自身引力的作用下收縮，造成與大爆炸相反的“大坍塌”。收縮過(guò)程與大爆炸后的膨脹是對稱(chēng)的，像一場(chǎng)倒放的電影。收縮的過(guò)程起初很緩慢，隨后越來(lái)越快。宇宙的體積開(kāi)始縮小，背景輻射溫度上升。漆黑寒冷的宇宙變成一個(gè)越來(lái)越熱的熔爐，行星、恒星也毀滅了，分布在如今浩瀚空間中的物質(zhì)被擠進(jìn)一個(gè)很小的體積內，任何天體都在劫難逃。最后三分鐘來(lái)臨了，溫度變得如此之高，連原子核也被撕毀，宇宙又成了一鍋基本粒子湯。然而這種狀態(tài)也只能生存幾秒鐘的時(shí)間。隨后，質(zhì)子和中子也無(wú)法區分，擠成一堆等離子體。在最后的時(shí)刻實(shí)現“大緊縮”，宇宙逆轉回到出發(fā)點(diǎn)。引力成為占絕對優(yōu)勢的作用力，所有的物質(zhì)都因擠壓不復存在，一切有形的東西，包括空間和時(shí)間本身，都被消滅，成為一切事物的末日。宇宙在大爆炸中誕生于無(wú)，此刻也歸于無(wú)。
宇宙是膨脹還是收縮這兩種可能主要取決于宇宙物質(zhì)的總量。根據目前的估算，宇宙物質(zhì)的總量只達到要使宇宙重新坍縮的臨界質(zhì)量的百分之十左右，因此如果僅僅依據觀(guān)測證據，則可預言宇宙會(huì )繼續無(wú)限地膨脹下去。但是可能還有其他種類(lèi)的暗物質(zhì)未被我們探測到，可能最普通的基本粒子中微子也存在靜止質(zhì)量，只要其中任何一個(gè)問(wèn)題的答案是肯定的，那么總引力便足以阻止膨脹，宇宙最終可能會(huì )坍縮。
此外，宇宙大爆炸學(xué)說(shuō)在兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題上無(wú)法解釋?zhuān)浩湟?，大爆炸以前宇宙的圖景如何？大爆炸宇宙的理論不能外推到大爆炸之前，尚不能確切地解釋“在所存物質(zhì)和能量聚集在一點(diǎn)上”之前到底存在著(zhù)什么東西，是什么引起了大爆炸。其二，如果宇宙最終重新坍縮回到原點(diǎn)，又會(huì )發(fā)生什么？有天文學(xué)家提出了宇宙“無(wú)始無(wú)終” 論：宇宙一直在反復地收縮然后又膨脹著(zhù)。宇宙曾經(jīng)處于體積非常大、物質(zhì)密度非常小的狀態(tài)，它在萬(wàn)有引力作用下漸漸收縮、聚攏起來(lái)，直到所有的物質(zhì)統統撞到一起為止。這樣的宇宙被稱(chēng)為收縮宇宙。然后，它突然爆炸了，結果形成我們今天觀(guān)測到的這個(gè)膨脹宇宙。今天的宇宙膨脹將被不斷起作用的引力所抵消，最終引力迫使宇宙的膨脹完全停頓下來(lái)，進(jìn)而又轉為收縮。因此有可能宇宙并沒(méi)有什么開(kāi)端，它一直在反復地聚攏然后又分開(kāi)，分開(kāi)而后又聚攏，聚攏分開(kāi)永無(wú)止境。這樣的一幅圖景被稱(chēng)為振蕩宇宙。
宇宙的過(guò)去和未來(lái)究竟是怎樣的？相信科學(xué)終將會(huì )作出令人信服的回答。
10．簡(jiǎn)述恒星的形成、演化和歸宿的全過(guò)程。
在從星際彌漫物質(zhì)到恒星的演化鏈上，恒星的形成是關(guān)鍵環(huán)節。恒星的起源和演化，長(cháng)久以來(lái)一直是天文學(xué)中最基本、也最令人感興趣的問(wèn)題，也是解決得最好的問(wèn)題之一，從而成為20世紀自然科學(xué)的重要成就。
在17、18世紀牛頓、康德等人提出的星云假說(shuō)，即散布于空間中的彌漫物質(zhì)可以在引力作用下凝聚成太陽(yáng)系和恒星的學(xué)說(shuō)的基礎上，經(jīng)過(guò)歷代天文學(xué)家的努力，逐漸發(fā)展成為相當成熟的理論。20世紀60年代確立了恒星是從星際分子云中形成的這一重大現代學(xué)說(shuō)，成為恒星形成研究的主要成就。
根據這一學(xué)說(shuō)，恒星是從太空中的星際氣體和塵埃中誕生的，恒星有形成、發(fā)展、死亡和再生的過(guò)程。
（一）恒星的形成
恒星形成可分為兩個(gè)階段：
第一階段是星云階段，由極其稀薄的物質(zhì)凝聚成星云并進(jìn)一步收縮成原恒星。
第二階段是原恒星階段，由原恒星逐漸發(fā)展成為恒星。一般把處于慢收縮階段的天體稱(chēng)為原恒星。原恒星進(jìn)一步形成恒星的收縮過(guò)程要持續幾百萬(wàn)到幾千萬(wàn)年。
（二）恒星的演化
恒星的演化如同人的一生，經(jīng)歷從青壯年到更年期、老年期的過(guò)程。
（1）恒星的“青壯年期”
恒星的“青年期”和“壯年期”是一生中最長(cháng)的黃金階段，這時(shí)的恒星稱(chēng)為主序星。人們迄今所知的恒星約有90％都屬主序星。在這段時(shí)間，恒星以幾乎不變的恒定光度發(fā)光發(fā)熱，照亮周?chē)挠钪婵臻g。核燃燒使恒星內部物質(zhì)產(chǎn)生向外的輻射壓力，當輻射壓力與引力達到平衡時(shí)，恒星的體積和溫度就不再明顯變化。
（2）恒星的“更年期”
恒星的“更年期”出現在恒星核心部分的氫完全轉變成氦后，例如有7個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量大小的恒星的“更年期”大約在形成的2600萬(wàn)年后出現。這一階段恒星核心經(jīng)歷這些不同的核聚變反應，恒星也經(jīng)歷多次收縮膨脹，其光度也發(fā)生周期性的變化。最后產(chǎn)生巨大輻射壓力，自恒星內部往外傳遞，并將恒星的外層物質(zhì)迅速推向外圍空間，形成紅巨星、紅超巨星。
（3）恒星的“老年期”
恒星的“老年期”是從一顆恒星變成紅巨星開(kāi)始進(jìn)入這一階段的。由于恒星的體積急劇增大，導致恒星的表面溫度下降，因而顏色變紅。同時(shí)，恒星發(fā)光表面的面積劇增，致使整個(gè)恒星發(fā)出的光大大增強，從而大為增亮。這種又紅又亮的恒星就是紅巨星。
（三）恒星的歸宿
恒星內部的熱核反應是不會(huì )永遠進(jìn)行下去的，當恒星的核燃料耗盡時(shí)恒星也走到了它的盡頭。由于恒星自身物質(zhì)之間的巨大引力始終存在，隨著(zhù)恒星內部熱核反應的停止，盡管恒星外層部分會(huì )出現膨脹、爆發(fā)等復雜的變動(dòng)，核心部分卻必定在引力作用下發(fā)生急劇的收縮、即所謂引力坍縮。因此當恒星內部的核燃料消耗殆盡時(shí)，常會(huì )發(fā)生一場(chǎng)空前激烈的爆發(fā)。整個(gè)星體或者炸得粉碎，把恒星物質(zhì)重新拋人廣袤的星際空間，成為產(chǎn)生新一代恒星的原料，或者只剩下一個(gè)殘骸。
恒星的歸宿因初始質(zhì)量不同而有三種不同的結局，即白矮星、中子星和黑洞。
11．簡(jiǎn)介太陽(yáng)系
在銀河系中，太陽(yáng)只是1000億顆恒星中的普通一員。但卻是一個(gè)以太陽(yáng)為中心，包括大小行星、衛星、彗星等天體在內的大家庭。
在銀河系中太陽(yáng)屬中等大小的恒星，太陽(yáng)系是由受太陽(yáng)引力約束的天體組成的系統，整體大致是個(gè)球體，它的最大范圍約可延伸到1光年以外。太陽(yáng)系的主要成員有：太陽(yáng)（恒星）、九大行星（包括地球）、無(wú)數小行星、眾多衛星（包括月亮），還有彗星、流星體以及大量塵埃物質(zhì)和稀薄的氣態(tài)物質(zhì)。在太陽(yáng)系中，太陽(yáng)的質(zhì)量占太陽(yáng)系總質(zhì)量的99.8%，其它天體的總和不到總質(zhì)量的0.2%。太陽(yáng)是中心天體，它的引力控制著(zhù)整個(gè)太陽(yáng)系，使其它天體繞太陽(yáng)公轉。
（1）太陽(yáng)系的九大行星太陽(yáng)系有九大行星（圖
（2）太陽(yáng)的特征和結構
在地球所看到的天空最引人注目的就是帶來(lái)光明和溫暖的太陽(yáng)（圖
與地球相比，太陽(yáng)是一個(gè)巨大的球體。太陽(yáng)的質(zhì)量是地球質(zhì)量的33.34萬(wàn)倍。太陽(yáng)的質(zhì)量占了太陽(yáng)系總質(zhì)量的99.87%，它強大的引力控制著(zhù)大小行星、彗星等天體的運動(dòng)。太陽(yáng)直徑有139萬(wàn)千米，需要109個(gè)地球才能填滿(mǎn)太陽(yáng)的橫截面。
太陽(yáng)是一顆自己能發(fā)光發(fā)熱的氣體星球，不但輻射可見(jiàn)光，還不斷輻射著(zhù)其它波長(cháng)的電磁波，包括γ射線(xiàn)、X射線(xiàn)、紫外線(xiàn)、紅外線(xiàn)等。除了光和熱，太陽(yáng)也發(fā)散一種低密度的粒子流（多半為電子和質(zhì)子）形成太陽(yáng)風(fēng)，以
12．太陽(yáng)系的形成和演化
關(guān)于太陽(yáng)系的起源有多種學(xué)說(shuō)，最主要的有兩類(lèi)：一類(lèi)是星云說(shuō)，認為太陽(yáng)系是由一個(gè)旋轉著(zhù)的星云在收縮過(guò)程中逐漸形成的，18世紀的康德—拉普拉斯學(xué)說(shuō)就屬于星云學(xué)說(shuō)。另一類(lèi)是各種災變說(shuō)，災變說(shuō)由于缺乏證據而逐漸被拋棄，20世紀中期以來(lái)興起的新星云說(shuō)則得到公認。
根據星云說(shuō)，太陽(yáng)系是由星際之間的氣體和塵埃組成的星云收縮而形成的。太陽(yáng)系的形成經(jīng)歷了三個(gè)階段：
（1）星云的壓縮 約在50億年前，銀河系中存在一團云狀的緩慢轉動(dòng)的彌漫星際氣塵——“太陽(yáng)星云”，星云的質(zhì)量是現在的太陽(yáng)的1．2一2．0倍。由于其它天體的引力擾動(dòng)或鄰近超新星爆發(fā)的沖擊波，原太陽(yáng)星云在自身的引力下開(kāi)始坍塌收縮，開(kāi)始收縮時(shí)的橫寬約為2光年。
（2）原太陽(yáng)和星云盤(pán)的產(chǎn)生在收縮過(guò)程中，隨著(zhù)星云內部質(zhì)點(diǎn)碰撞的次數和猛烈程度的增大，云團中心的密度不斷增大，原太陽(yáng)星云大量引力勢能轉化為熱能，使星云內部溫度不斷升高。它較稠密的核心部分不斷壓縮，很快收縮成一個(gè)氣體大球，先是坍縮為原始太陽(yáng)，然后按照恒星演化歷程，成為一顆主序星——這就是我們今天所見(jiàn)的太陽(yáng)。周?chē)D的塵粒和氣體原子則繞著(zhù)它公轉，形成一個(gè)薄盤(pán)。由于氣體有一定膨脹壓力，而塵埃之間碰撞所引起的向外擴散卻很小，摩擦碰撞使它們帶靜電而更容易聚積成團。
塵埃碰撞粘合成大顆粒，塵埃顆粒向星云盤(pán)的赤道面集中，進(jìn)一步碰撞。這個(gè)過(guò)程不斷進(jìn)行，直到形成大團塊，這些由自身引力維系的團塊就被稱(chēng)為星子。星子有大有小，其典型尺度與小行星相仿，其中一部分成為今天的小行星和彗核，另一部分則繼續碰撞合并。
（3）行星的形成 這些星子中有些相互碰撞增大，成為行星的胚胎，稱(chēng)為行星胎，行星胎進(jìn)一步吸積周?chē)奈镔|(zhì)最終成為行星。
從誕生至今，太陽(yáng)系已經(jīng)演化了約50億年，太陽(yáng)用去了內核中一半的氫原子，估計它仍將穩定地輻射50億年左右。預計至100億年，它的光亮度將是現在的一倍。至130億年進(jìn)入紅巨星階段。在其存在的最后階段，太陽(yáng)中的氦將轉變成重元素，太陽(yáng)的體積也將開(kāi)始不斷膨脹，太陽(yáng)將變得比今天的太陽(yáng)大100倍，光度增大，表面溫度升高，那時(shí)它將處于極其不穩定狀態(tài)，隨著(zhù)狀態(tài)的變化終會(huì )將地球吞沒(méi)。在經(jīng)過(guò)1億年的紅巨星階段后，它要將外殼的相當部分拋入宇宙中去而損失掉很多物質(zhì)。最后幾乎全部的剩余量集中在很小的區域，太陽(yáng)將突然坍縮成一顆白矮星，到達其存在的最后階段。再經(jīng)歷幾萬(wàn)億年，它將耗盡所有能量，最終完全冷卻。
13．地球的圈層結構
以固體的地球表面為界，整個(gè)地球主要劃分為外部圈層和內部圈層兩大部分，即內三圈和外三圈。內三圈指固體地球內部的主要分層，由地表到地心依次分為地殼、地幔、地核；外三圈指地球外部離地表平均
14．地球的外部圈層是如何劃分的？
地球的外部圈層（圖
（1）大氣圈 大氣圈是地球外圈中最外部的氣體圈層，存在于整個(gè)地球外層。大氣圈是地球海陸表面到星際空間的過(guò)渡圈層，沒(méi)有明顯的上限，一直可以延續到
大氣圈對生物的形成、發(fā)育和保護有很大的作用。由于大氣圈的存在，擋住住絕大多數飛向地球的隕石，攔截下太陽(yáng)輻射中的大部分紫外線(xiàn)和來(lái)自宇宙的高能粒子流，保護了地球生命，免遭外來(lái)的打擊。因此，大氣圈是地球表面和生命的盾牌。
（2）水圈 水圈是指連續包圍地球表面的水層，包括海洋、江河、湖泊、沼澤、冰川和地下水等，它是一個(gè)連續但不很規則的圈層。既有液態(tài)水，也包括氣態(tài)水和固態(tài)水。
從離地球數萬(wàn)千米的高空看地球，可以看到地球大氣圈中水汽形成的白云和覆蓋地球大部分的藍色海洋，它使地球成為一顆“藍色的行星”，又是一顆“水球”。
水圈是地球特有的環(huán)境優(yōu)勢。水圈的運動(dòng)和循環(huán)影響了地球上各種環(huán)境條件的變化，影響各個(gè)圈層，使地球處在不斷地變換之中。更重要的是水對億萬(wàn)種生命以及人類(lèi)能在地球上生存和發(fā)展，具有決定性的意義。
（3）生物圈 生物圈是太陽(yáng)系所有行星中僅在地球上存在的一個(gè)獨特圈層。生物圈是指地球表層生物有機體及其生存環(huán)境的總稱(chēng)，是一個(gè)有生命的特殊圈層。
生物圈是地球特有的圈層，它是地球大氣、水和地殼長(cháng)期演化、相互作用的結果，它又參與了對巖石、大氣和水等其他圈層的改造，對地表物質(zhì)的循環(huán)、能量轉換和積聚具有特殊作用。
15．地球的內部圈層是如何劃分的？
地球內部是無(wú)法直接觀(guān)測到的。地球科學(xué)家使用地震的方法研究地球內部的結構與構成。根據地球物理的研究，地球內部是一個(gè)非均質(zhì)體，各層物質(zhì)的密度、壓力、溫度、物理狀態(tài)和化學(xué)成分存在著(zhù)明顯差異。地球內部存在兩個(gè)明顯的地震波不連續界面，由此將地球內部分為地殼、地幔和地核三個(gè)同心圈層（圖
（1）地殼 地殼是地球表面的一層薄殼。厚度不均勻，大陸地區平均厚度約
（2）地幔 地幔介于地殼和地核之間。
在距地球表面以下平均深度60～250千米處的上地幔上部有一層軟流圈，它位于巖石圈之下，是一個(gè)明顯的地震波的低速層，物質(zhì)具有柔性。軟流圈可能與地球表面的許多活動(dòng)有密切的關(guān)系，它是巖漿的源地、地震和火山現象的根源，造成地幔對流、海底擴張和板塊構造，形成有用的礦藏。
（3）地核 地核指地球核心部分，半徑約
16． 地球圈層的形成過(guò)程？
約46億年前，原始地球誕生了。從形成之時(shí)起，地球一直在不斷發(fā)展演變著(zhù)。早期演化過(guò)程的基本運動(dòng)形式是圈層分化運動(dòng)，即重物質(zhì)向地心和輕物質(zhì)向地表的運動(dòng)。原始地質(zhì)圈層形成之后，地球仍處于不斷變化之中，地球物質(zhì)圈層分化繼續進(jìn)行，直到生命產(chǎn)生、人類(lèi)誕生，出現了一系列極其復雜漫長(cháng)的演化過(guò)程。這樣地球由低級的、原始的地質(zhì)圈層向現今的高級圈層的不斷發(fā)展，成為地球最基本的地質(zhì)演化內容。
地球圈層的這種發(fā)展演化過(guò)程，是一個(gè)有一定方向的不可逆的歷史過(guò)程。但它的初期演變已無(wú)痕跡可見(jiàn)，只能通過(guò)天文學(xué)、地球物理學(xué)、地球化學(xué)、地質(zhì)學(xué)等方面的綜合研究來(lái)重現這一演變過(guò)程，其中影響最為深遠的是整個(gè)地球分化成為同心圈層的變化，包括地球內部地核、地幔和地殼的形成和演變和大氣圈、水圈的形成和演變，尤其重要的是生物圈的出現和演變。
（1）地球內部圈層的形成和演變
原始地球從太陽(yáng)星云分化出來(lái)以后，最初階段各種物質(zhì)是混雜在一起，并沒(méi)有明顯的分層現象。此時(shí)溫度很低，各種不同物質(zhì)以固態(tài)存在，它們不可能在重力作用下自由地升降。但是由于地球體積的逐漸變大，地球保存熱能的能力就不斷加強。隨著(zhù)地球內部放射性物質(zhì)衰變產(chǎn)生的能量的大量積聚，地球溫度逐漸升高。這樣地球本身產(chǎn)生的熱能就在地球內部積累起來(lái)，地球內部的溫度逐漸升高。在地內溫度逐漸升高的前提下，地內物質(zhì)也就具有越來(lái)越高的可塑性甚至處于熔融狀態(tài)，在地球重力作用下不可避免地發(fā)生圈層分化。這樣當溫度升高，地內物質(zhì)的可塑性達到一定程度時(shí)，較重物質(zhì)緩慢地下沉，同時(shí)較輕物質(zhì)緩慢地上升。這就開(kāi)始了地球的圈層分化。按化學(xué)組成的不同，分化而成地殼、地幔和地核。
（2）大氣圈和水圈的形成和演變
在原始地球的外部產(chǎn)生了大氣圈和水圈。原先在地球內部的各種氣體在地球分化過(guò)程中上升到地表，受地球引力作用集聚在地殼外圍而成為原始大氣圈。而原先以結晶水形式存在于地球內部的大量水隨著(zhù)地內溫度的升高成為水蒸汽，通過(guò)火山活動(dòng)進(jìn)入大氣層，最終以降雨的形式到達地面形成原始的水圈。
（3）水圈的形成和演變
水圈中的水同樣來(lái)自于地球內部。地球表面在原始地球形成初期并沒(méi)有水的存在。地球上的水絕大部分以巖石中的結晶水的形式，存在于地球的內部。隨著(zhù)原始地球的變熱，地內溫度的升高，地球內部產(chǎn)生愈來(lái)愈多的水汽。這些水汽往往通過(guò)火山活動(dòng)跑到地球的外部，出現在大氣中，然后以雨滴的形式降落地面，并逐漸地形成海洋，出現原始的水圈。因此地表水圈中水的直接來(lái)源是大氣，是大氣中水汽的凝結物，但從根本上講是來(lái)自地球內部，來(lái)自地下的巖石。
（4）生物圈的形成和演變
當原始大氣和原始水圈在地球上出現時(shí)，地球上仍是一個(gè)沒(méi)有生命的世界。但大氣、水和原始的地殼的出現為生命的誕生奠定了必要的基礎。從無(wú)生命物質(zhì)到生命的轉化是一個(gè)極為緩饅的過(guò)程，生命是由無(wú)生命的物質(zhì)轉化來(lái)的。約35億年前，原始生命產(chǎn)生于原始海洋之中。在太陽(yáng)的紫外線(xiàn)、大氣的電擊雷鳴、地下的火山熔巖等作用下，原始大氣中存在的甲烷、氨、水汽和氫轉化成簡(jiǎn)單的有機物。大氣中的有機物隨降水進(jìn)入海洋，同時(shí)地殼上的有機物和無(wú)機鹽隨地面徑流進(jìn)入海洋。它們在海水中發(fā)生頻繁的接觸和密切的聯(lián)系。這樣簡(jiǎn)單的有機物就逐漸發(fā)展成多分子的有機物，并且逐步變成能夠不斷自我更新、自我再生的物質(zhì)，從而形成了原始的生命。
雖然35億年以前原始生命就已經(jīng)在海水中產(chǎn)生，但是在此后長(cháng)達30億年的時(shí)間里，生命始終局限在海水中。沒(méi)有海水的保護，生命就難于避免強烈的太陽(yáng)紫外線(xiàn)的傷害。在距今6億年前，綠色植物開(kāi)始在海洋中占優(yōu)勢，生物開(kāi)始對地球自然環(huán)境的發(fā)展產(chǎn)生重大影響。
綠色植物的出現為生物登陸創(chuàng )造了前提條件，因為綠色植物在光合作用中所產(chǎn)生的游離氧的積累，終于導致大氣中出現臭氧，并在高空中形成臭氧層。臭氧能夠有效地吸收紫外線(xiàn)，因而對地面上的生物起保護作用。高空臭氧層的出現意味著(zhù)陸上生物的生命有了保障。這樣在距今4億年前，綠色植物登陸成功，使生物從海洋登上陸地，陸地上出現了生物的大發(fā)展。生物的數量和種類(lèi)開(kāi)始了大幅度的增長(cháng)，在陸地和海洋都出現了動(dòng)植物的大繁榮，進(jìn)而發(fā)展成為完善的地球生物圈，使地球的自然環(huán)境出現了大變化，發(fā)展成為地球的生物圈。至今110多萬(wàn)種動(dòng)物和40多萬(wàn)種植物組成了瑰麗多采的生物世界。
生物圈形成以后，整個(gè)地球仍然在發(fā)展變化著(zhù)。特別是大約300萬(wàn)年前，作為高等動(dòng)物的人類(lèi)的出現，開(kāi)始了地球發(fā)展演化的新階段，這是影響地球自然環(huán)境的重大飛躍。
17.什么是板塊構造理論？
地球自從形成以來(lái)在地表和內部進(jìn)行著(zhù)永不停息的運動(dòng)變化，地球表面形態(tài)特征正是地球的內外力綜合作用的結果，其中內力是形成地球表面差異的重要原因。探討地殼運動(dòng)的產(chǎn)生原因，需要用大地構造理論加以解釋。
板塊構造說(shuō)是20世紀60年代提出的一種新的全球構造學(xué)說(shuō)，由于板塊構造新理論的出現，地球科學(xué)取得了突破性進(jìn)展，意義十分重大。目前板塊構造說(shuō)已經(jīng)成為綜合多學(xué)科成果的主要理論框架，成為現代流行的被普遍接受的最新理論形式。
20世紀60年代以來(lái)，海底擴張的現象已被證實(shí)，大陸漂移的假說(shuō)也被普遍承認。1965年，科學(xué)家運用計算機使地球各個(gè)大陸以現有的形狀恰好拼合在一起，并將海地地形、地震位置、火山等活躍部位都連接成為帶狀。
由此，人們設想，大陸漂移和海底擴張可能表現為若干巖石圈板塊的相互運動(dòng)。1968年，法國的勒皮雄(X.Lepichon)、美國的摩根（W. J. Morgan）和英國的麥肯齊（D. P. Mckenzie）等學(xué)者根據當時(shí)已經(jīng)發(fā)現的諸多新的地質(zhì)現象，把大陸漂移和海底擴張的概念發(fā)展成為著(zhù)名的“板塊構造說(shuō)”。板塊構造說(shuō)提出后，又被許多科學(xué)家不斷予以完善，很快得到了其他地學(xué)工作者的贊同?，F代地球科學(xué)的發(fā)展，以板塊構造說(shuō)的建立為標志進(jìn)入了革命時(shí)期。
1970年后，板塊構造學(xué)說(shuō)確立。板塊構造學(xué)說(shuō)的基本觀(guān)點(diǎn)是：
（1）巖石圈板塊是在軟流圈上滑動(dòng)的
地球的最上層沿垂直方向可劃分為物理性質(zhì)截然不同的兩層：堅硬的巖石圈和部分熔融的軟流圈。全球巖石圈（包括地殼和上地幔一部分）不是一個(gè)整體，而是由相互運動(dòng)著(zhù)的若干剛性板塊所構成的。每一個(gè)板塊都“浮”在軟流圈之上，巖石圈板塊就在軟流圈上滑動(dòng)，大陸漂移實(shí)際上是板塊運動(dòng)的結果。這些板塊在以每年
（2）地球的巖石圈劃分為許多板塊
巖石圈分為若干個(gè)板塊，各個(gè)板塊在不斷移動(dòng)相互擠壓，而各個(gè)板塊內部相對比較穩定。勒皮雄把全球巖石圈劃分為6大板塊（圖
3）地球板塊之間在相互運動(dòng)
板塊的內部比較穩定，板塊之間則比較活動(dòng)，板塊相對移動(dòng)而發(fā)生的彼此碰撞或張裂，形成了地球表面的基本面貌。
（4）板塊作用的驅動(dòng)力是地幔對流作用
地幔對流體存在巖石圈之下，對流體上升的地區正是大洋的海嶺，在對流體的作用下，海底巖石受力破裂，地幔物質(zhì)上升到達頂部冷卻凝結而形成海嶺，以后繼續上升的地幔物質(zhì)從海嶺頂部的巨大開(kāi)裂處涌出，形成新的大洋地殼，又把早先形成的大洋地殼以每年幾厘米的速度推向兩邊，使海底不斷更新和擴張。
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