宇 宙

20 世纪，人们借助先进的光学及射电望远镜，对宇宙进行了探讨。特别

是 20 世纪中叶各种航天器的应用，对宇宙的认识有了突飞猛进的发展。1912 年，美国天文学家莱维特（H. S. Leavitt,1868—1921）发现小麦

哲伦星系有许多造父变星，提出了造父变星光变周期与亮度的周光关系。1918 年，美国天文学家夏普利（H. Shapley 1885—1972）利用这一关系计算出银河系直径达 8 万光年（光年指光在 1 年的时间内走过的距离，光速为 30 万公里/秒，1 光年相当于 94 608 亿公里），厚度 3000～6000 光年，太阳系不在银河中心，而是在距中心 3 万光年处。

1913 年，美国天文学家罗素（H.N. Russell 1871—1957）发现了恒星光度在光谱等级图上分布在从左上方到右下方的序列上，他将这个序列称为主星序。在此基础上，他提出了恒星演化过程。认为恒星起初是体积大密度小的红巨星，随着自身的收缩密度加大，温度上升，颜色变白，当因收缩放出的热不足以抵消辐射能的消耗时温度开始下降，恒星沿主星序向右下方演化。由此确立了恒星演化理论。英国天文学家爱丁顿（A.S. Eddingten 1882

—1944）于 1924 年进一步发现，星球质量愈大光度愈大，质量小光度也小。他将恒星分为红巨星、主序列星及白矮星三类。

由于美国天文学家霍尔（G. E. Hale 1868—1938）1917 年在威尔逊上建成 2.5 米的反射天文望远镜、1968 年在帕洛马山又建成观测距离为 50 亿

光年的 5 米反射天文望远镜，使天文观测很快扩展到银河系以外的星系世界。

1924 年美国天文学家哈勃（E.P.Hubble1889—1953）利用威尔逊山 2.5 米望远镜在仙女座星云、三角座漩涡星云及人马座 MGC6822 中发现了造父变星，估计距离为 90 万光年（后来用 5 米望远镜观测，订正为 220 万光年）这三个星云不属于银河系，而是与银河系范围差不多的河外独立星系。1929 年哈勃进一步确定了星系红移（退行速度）与距离间的关系：光速×红移量＝ 哈勃常数×距离，即著名的哈勃定律。爱丁顿很快将之与 1917 年荷兰天文学家德·西特（W.DeSitter1892—1934）提出的宇宙膨胀论联系起来，认为这是对宇宙膨胀论的证实。1932 年，比利时天文学家勒梅特（G.Lemaitre1894

—1966）以宇宙膨胀论为基础，提出大爆炸宇宙论学说，认为原始宇宙处于一个“原始原子”之中，因发生爆炸，碎片散开形成了今天的宇宙。

1940 年，美国无线电学家雷珀（G.Reber1911—）制成射电天文望远镜， 观测银河中的射电源，英国的赖尔（M.Ryle1918—）制成了更大的射电天文望远镜，观测了宇宙中射电源的分布状态，发现 100 亿光年以外的射电源以光速的 95％的速度向外逃逸。1949 年，前苏联天文学家伽莫夫（G.Damow1904

—）对此作了解释，他认为宇宙始于温度高达几十亿度的高密度的“原始火球”，球内充满辐射和各种粒子，球内基本粒子发生热核反应引起爆炸而向外膨胀，之后开始冷却，这些粒子形成了今天所知的各种元素，由此完善了关于宇宙起源的大爆炸宇宙论。

1964 年，美国的彭齐亚斯（A. A. Penzias 1933— ）和威尔逊（P. W. Wilson 1936— ）利用贝尔实验室新建的一座极为灵敏

的天线接收通讯卫星信号时，发现有一种消除不掉的各向同性的噪声辐射， 相当于绝对温度 3.5 度，确定为是一种宇宙微波背景辐射。1965 年他们与普林斯顿大学研究“原始火球”遗迹的小组共同研究后确信，这正是“原始火球”遗迹。后来科学家对此又进一步用实验加以证实，由此关于宇宙起源的大爆炸宇宙论广为科学界所接受。

50 年代后，由于美国天文学家勒温（R.Levee l925— ）等人的努力，对恒星在主星序前的演化过程有了认识。恒星起源于星胚，它是由弥漫稀薄的星际物质经引力塌缩凝聚而形成的高密度尘埃和气体。在塌缩过程中，星胚中心密度不断增大，内核温度升高而发光发热。当星胚核心温度达到 1000 万度时，氢核聚变开始，恒星由此形成并进入主星序。一个质量象太

阳的恒星，星前阶段约几百万年，质量比太阳大 5 倍的恒星则仅用几十万年， 而恒星在主星序阶段可长达几十乃至上百亿年，与之相比星前阶段是极为短暂的。

主星序阶段后的恒星，核心部分的氢大部分已聚变为氦，氢聚变反应开始终止，星球在引力作用下塌缩，结果温度升高、密度增大，核心处氦聚变反应开始发生，在核心区外因温度增高而发生氢聚变推动外壳膨胀，恒星体积增大表面温度降低而变为红巨星。这期间恒星会抛失物质甚至象超新星那样大爆发。

恒星演化末期因恒星质量不同而变为白矮星（密度为 10 6 克/厘米 3）、中子星（即脉冲星，密度为 10 14 克/厘米 3）和黑洞。

恒星在核能耗尽后，如果质量小于 1.25 个太阳质量，将成为白矮星，它

是一种密度极高、表面温度极高，但亮度极低的恒星遗骸。目前已发现 1000 多个白矮星，例如天狼星伴星其质量与太阳差不多，但直径仅为太阳的1/50，密度为太阳的 50 3 倍，而亮度仅为太阳的 2％。

恒星在核能耗尽后，如果质量在 1.25～2 个太阳质量之间，会变为中子星。中子星的直径只有几十公里，密度比白矮星还要高 1 亿倍以上。在中子星中，电子同质子结合为中子，星内物质已被压缩到原子核的密度。1967 年， 英国剑桥大学的休伊施（A.Hewish l924—）发现了蟹状星云内的一颗快速自转的发射快速稳定的脉冲信号的中子星，目前发现了 330 多颗中子星。

恒星在核能耗尽后，若其质量大于 2 个太阳质量，则将不断收缩、密度愈来愈大以至于其引力大到使一切辐射和物质都不能外逸，而成为黑洞。目前已找到了几个可能的黑洞，如天鹅座χ－1、天琴座β及御夫座ε等。20 世纪 60 年代后，根据宇宙飞船、行星探测器的观测，人们对太阳系各行星及其卫星有了较为深入的了解，探明这些行星上均不存在产生生物的环境和条件，进一步确认只有地球是生物与人类唯一可以生存的场所。