气候变化2－地球气候史1－cc2-EarthClimateHistory1

第二章：地球气候史 1. 宇宙演化和太阳系的形成 2. 地质尺度（地球形成以来） 3. 板块尺度（寒武纪以来） 4. 轨道尺度（第四纪以来） 5. 全新世以来的地球气候 宇宙的演化  140亿年前的大爆炸  恒星与星系  宇宙微波背景与宇宙寿命  宇宙的加速膨胀与Dark Energy  引力透镜与Dark Matter Big Bang 1e13K 开始 1e10K 1秒 3e9K 14秒 3e8K 35分 3e3K 30万年 现在的宇宙：100 Billion Galaxies 哈勃空间望远镜 Hubble Space Telescope (HST)  1990年Discovery航天飞 机送入近地轨道  重挫：首次传回的照片 非常模糊，后发现主镜 过平2.2微米，约1/50头 发丝，NASA反复考量， 3年后补偿性修复。至 2002年才全部修好。  至今，Hubble已观测了 太阳系除水星外所有的 行星，观测了数千个星 系，现在的观测精度可 以观测到Big Bang后5亿 年的图像  将由新一代James Webb 空间望远镜替换 2006年2月28日，Hubble望远镜拍 摄，51次曝光外加若干地基图片， 欧空局合成处理，有史以来最大最 清晰的河外星系照片，分辨率达到 12392 x 15852 px，约445M之巨！ 针轮星系（Pinwheel Galaxy）：也 称为Messier 101， 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 编号NGC 5457。针轮星系距离地球2500万光 年，星系眼正对地球，是大熊星座 中著名的“模特”。 让我们深情地凝望她，现象一下自 己所处的银河系的壮美... 草帽星系（Sombrero Galaxy），距离地球2800万光年 大熊星座螺旋星系（NGC 2841），4600万光年 后发座的NGC 4414星系，6200万光年 我们的银河系？ 这只是科学概念图，永远无法真正看到我们自己… 根据Robert Benjamin (2008)的最新观测 推论，银河系可能只有两支主旋臂： • Perseus Arm • Scutum-Centaurus Arm 最相似的星系是：NGC 1365 银河系的镜像？ NGC 1365 (天炉座) HST观测到的银河系 我们期待： 直到人类飞出银河系的那一天 就是我们看到银河系全貌的时刻！ 宇宙微波背景辐射 Cosmic Microwave Background Radiation NASA 2001: WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) space mission ESA 2009: Planck Surveyor space mission 2.725K CMB是宇宙大爆炸时产生的 辐射，无处不在，现在整个 宇宙都“浸泡”其中。 我们看不到大爆炸的“光和 热”，但能感受到CMB；就 像燃烧殆尽的煤，没有光和 热，但仔细体会，仍能感到 微弱的余烬的温度。 CMB的准确测量为估计宇宙 年龄提供了重要参考。 Dark Energy (74%) 通过观测超新星（亮度稳定）爆发 的Doppler效应 （Redshift），发现 宇宙在加速膨胀 宇宙加速膨胀是 Dark Energy的存在 的证据，能量密度 10-11J/m3 Dark Energy在宇宙 初始爆炸动量减弱 后，继续推动宇宙 克服引力加速膨胀 引力透镜 Gravitational Lensing 计算机模拟的黑洞附近的引力透镜 Hubble观测到的Einstein Ring SDSSJ0946+1006 Dark Matter (22%) 引力透镜 Gravitational Lensing 是Dark Matter存在的证据 引力透镜编号SDSS J1004+4112，距地球70亿光年 http://www.spacetel escope.org/news/he ic1106/ Credit: NASA/ESA/J. Richard (CRAL) and J.P. Kneib (LAM) Hubble望远镜拍摄 到了数以百计的 “引力透镜”的 照片，可以证明 Dark Matter的广泛 存在！ 科学家甚至可以 通过引力透镜反 算DM的分布 在对星系团Abell 383进行观测时，天文学家发现一个在宇宙只有9.5亿岁时形成的星系。这幅照片由美国宇航 局/欧洲航天局的哈勃太空望远镜拍摄，2011年4月13日公布，照片中的这个年轻星系好似一个昏暗的点，悬 在明亮的中部星系上方。这个遥远星系是利用一种被称之为“引力透镜”的现象观测到的。Abell 383中的很 多星系规模巨大，它们的引力好似一个巨型放大镜，弯曲和放大星系团后方天体发出的光线。 科尔和同事们在哈勃望 远镜的图像上叠加上暗 物质的位置信息，即图 中的蓝色物质 这一结果已经发表于 2010年11月10号的《天 体物理学报》 在这一份研究论文中， 科尔和同事们确认了阿 贝尔1689星系团中的暗 物质量要比先前研究人 员们根据其星系规模做 出的估算值要高。 暗物质主导 引力收缩 暗能量主导 负压膨胀 太阳系的形成  星云与重力积吸  太阳的生命  地球的形成与木星和月亮 银河系宇宙 140亿年前 135亿年前 50亿年前 太阳 地球 45亿年前 星际尘云 Interstellar Clouds 主要由H2（绿光）组成， 几个-几千个/立方厘米， 温度极低，约10K，是 大爆炸冷却后散落在宇 宙空间中的“昨夜星尘” 1995年Hubble拍摄的著 名的“众生之柱(Pillars of Creation)”，为7000 光年之远的天鹰座星云 (Eagle Nebula) Cloud Collapse (星际尘云塌缩) 在重力作用下， 星际尘云开始收 缩，浓度增加， 温度升高，即 “塌缩”“积吸” 在塌缩的中心形 成恒星，周围的 星尘在重力作用 下形成旋转的尘 盘（积吸盘） 恒星尘盘为日后 行星（如地球） 的形成种下种子 绘架座beta星 宇宙中很多恒星由于星云塌缩 时速度过快，形成了双星或多 星系统，在多星系统中，很难 有适合生物存活的行星位置 单星系统中，有一半不是悬臂 结构，没有适合行星的位置 宇宙中很多单恒星系统根本没 能形成行星（约98%） • 早年的太阳（proto-Sun） 太阳不断积吸使得core温度上升到1000万度时，热核反应开始。伴随着 热核爆炸和聚合产生的巨大内压，早年的太阳常常“爆发”，体积迅速 膨胀而冷却，之后继续聚合、核聚变、爆发。因此常常处于不稳定状态。 • 盛年的太阳 太阳的大小基本稳定，很少大规模爆发，太阳内部燃料可供反应100亿 年（现消耗一半），有足够长的时间保证周围的行星能产生生命。 • 晚年的太阳 内核都变成了He，并开始进行He聚合反应，剧烈的爆炸使得外层的H2 层迅速扩大、降温，呈橘红色，即“红巨星”。当完全进行完He聚合反 应后，形成C核，无法再达到C聚合反应的温度，变成“白矮星”，慢慢 冷却最终沉寂死去。 太阳形成的同时，围绕太阳积吸的尘盘开始消散并聚合成行星 受温度、压力的选择（2000K），含Fe和Si的矿石可以进入内轨道，而H2、CH4、NH3等气体则被挥发推到外轨道 内轨道逐渐形成铁和岩石组成的固体行星；外轨道逐渐形成气体行星 • 木星是太阳系最大的行星，300倍于地球的质量，3倍于第二大行星Saturn的质量 • 木星聚合时间比其它行星早得多，聚合了尘盘中绝大部分的H2和He • 木星所处位置特别，成长飞快，既可聚合内行星的岩石，也可以聚合外行星的气体 • 木星以巨大的“身体”保护内行星（如地球）免受彗星和小行星的撞击 月亮的形成  协同积吸 (co-accretion)  裂变 (Fission)  捕获 (Gravitational Capture)  小行星撞击 (Giant Impact Hypothesis) - 地球形成之初 - 与Mars大小相当的小行星 - 在Jupiter作用下偏向，撞向地球 - 恰当的角度（偏撞）和速度 - 使地球原始大气全部消失，得以产生次生大气 - 使地球加速（4-6hr/day） - 形成月球，稳定地球的地轴振荡，平稳地球气候 - 月球已完成潮汐锁定（公转=自转） 处女座星系团 宇宙 银河系太阳系 宇宙演化 太阳系的形成  140亿年前的大爆炸  恒星与星系  宇宙微波背景与宇宙寿命  宇宙的加速膨胀与Dark Energy  引力透镜与Dark Matter  星云与重力塌缩  太阳的生命  地球的形成与木星和月亮