人类认识宇宙的过程漫长而曲折。尽管人类对宇宙的知识积累得越来越多，但是，与茫茫的宇宙相比，目前人类对宇宙的认识，还只是沧海一粟。现代天文学认为，宇宙是所有时间、空间和物质的总和，是我们这个物质世界的整体。天文学家把人类已经观测到的有限宇宙，叫作“可观测宇宙”或“已知宇宙”，其半径约137亿光年。 活动：阅读下列材料，完成相关任务。光年是天文学中的距离单位，即光在真空中一年所传播的距离。在真空中，光速约3×105千米／秒，所以1光年约等于9.4605×1012千米。 1.可观测宇宙的半径约多少光年？折合多少千米？ 2.日地平均距离约1.5亿千米。算一算，太阳光到达地球约需多少时间？可观测宇宙的半径约为日地平均距离的多少倍？ 下载PDF
人类很早就开始关注天文现象，探索星空奥秘。先民们编织了许多美妙的星空 神话，留下了大量观察星空的记载，为我们揭开宇宙奥秘提供了有益的启示。至今使用的一些星座和恒星的名称，都与精彩的星空神话有诸多联系。 1957 年，苏联发射了第一颗人造地球卫星，开创了从太空观测、研究地球和整个 宇宙的新时代。自此，各种载人飞船、航天站、航天飞机先后进入太空，极大地丰富了人类关于太阳系和宇宙的知识。2021 年 5 月，我国自主研发的“天问一号”着陆巡 视器成功着陆火星，迈出了我国星际探测征程的重要一步。随着科学技术的发展，人 类的视野逐渐拓展，探索和开发宇宙的能力不断增强。 下载PDF
夏秋季节，无月的晴夜，我们仰望苍穹，在天空中可以看到一条气势磅礴的乳 白色光带，犹如梦幻般的薄纱，天文学上称之为银河。神秘的银河引发了人们无穷 无尽的遐想。直到望远镜问世后，云雾状的银河才被分解为点点繁星；由于它们太 密集，距离又遥远，所以，肉眼望去就化为白茫茫的云雾状光带。恒星天文学创始 人、英国天文学家威廉·赫歇尔（1738—1822）对恒星的分布进行了系统的研究，他认为，密集分布在银河中的无数恒星，连同散布在天空各方的点点繁星，包括太 阳系在内，都属于一个庞大的恒星系统，并称它为银河系。 1. 议一议，我们所看到的银河是银河系的全貌吗？ 2. 我国古代把银河叫作天河、银汉等，民间还流传着牛郎、织女每年七夕在鹊桥相会的神话故事。白居易有诗云：“烟霄微月澹长空，银汉秋期万古同。几许欢情 与离恨，年年并在此宵中。”（《七夕》）夏秋之交的黄昏，银河最为明显。观察银河， 找到牛郎星和织女星，领会诗人描绘的意境。 下载PDF
思考：比较金星、火星与太阳的距离和表面平均温度的关系。假如地球处在金星或火星的位置，其表面平均温度会发生什么变化?这适合生物的生存吗? 地球是太阳系中一颗普通的行星，就体积和质量而言，在太阳系中并不突出。现代宇宙探测结果表明，地球是宇宙中目前己知的唯一有生物特别是存在着高级智慧生物的天体。由此可见，地球是宇宙中一颗十分独特的行星。地球与太阳的距离适中，使地球表面保持着适宜的温度(近地表1.5米平均气泪约15’C)，使水主要以液态的形式存在，有利于生命物质的形成和演化。 地球的体积和质量适中，保证了适当的引力，既可吸附大量气体包围在地球表面，又不会因引力过大而妨碍地球表面物质的运动。地球自身的体积、质量、结构和运动特征等”巧妙”地组合，为生命活动提供了理想的条件。 另外，太阳系中的行星几乎都在同一个平面上沿着各自的椭圆形公转轨道和相同的方向围绕太阳运行，互不干扰，这就为地球提供了一个安全的宇宙环境。 地球既具有适宜生物生存的温度、大气和水等条件，又具有安全的宇宙环境，这些都为生物的生存提供了保障。尽管科学家推测宇宙中可能还会有其他存在高级生命的天体，但到目前为止人们还没有找到它们。 下载PDF
太阳系太阳是一颗恒星。太阳系是由太阳和以太阳为中心，受它的引力支配而环绕它运行的天体所构成的系统。太阳系成员包括太阳、八颗行星及其卫星、众多的小行星、彗星、流星体和行星际物质等。在太阳系中，太阳的质量最大，约占太阳系总质量的99.86%。 行星本身不发射可见光，靠反射太阳光而发亮。地球是太阳系八颗行星之一。另外七颗行星按照距离太阳的远近，由近及远分别为水星、金星、火星、木星、土星、天王星和海王星，前五颗行星我们用肉眼可见，后两颗行星只有借助观测设备(天文望远镜)才能看到。 太阳系中的行星都围绕着太阳运行，卫星分别围绕各自的中心天体一一行星运行，彗星则在扁长的椭圆形轨道上围绕太阳运行。 下载PDF
在晴朗无云的夜晚，我们仰望天空，看到满天星斗熠熠发光，产生无限的遐想:宇宙到底是什么样子呢? 何谓宇宙?中国古代哲人认为”四方上下曰宇，往古来今日宙。”宇宙是时间和空间的统一，是万事万物的总称。千百年来，人类一直在通过各种方式探索、认识宇宙，产生了各种观点和学说。直到20世纪60年代，依靠现代空间探测技术，人类才对宇宙空间有了比较清楚的认识。 宇宙由不同形态的物质组成，我们把这些物质统称为天体。有些天体是我们肉眼可以看到的。在北半球，我们肉眼能够看见的最遥远的天体系统是仙女星系，它距离地球200多万光年。有些天体需要借助望远镜或其他空间探测手段才能观测到，还有一些天体是现有技术无法观测到的。 科学家按照体积、质量、温度、成分、形态等物理和化学性质将宇宙中的天体划分为星云、恒星、行星、卫星、彗星、流星体和星际物质等。其中星云和恒星是宇宙中的基本天体，是构成宇宙的主要物质形态。 名词链接：光年:是长度单位，用来计量光在宇宙真空中沿直线传播了一年时间的距离。1光年约为9.46xl0’2千米。 宇宙中的天体都在不停地运动着。邻近的天体相互吸引，形成了以质量大的天体为中心，其他天体围绕这个中心旋转的天体”集团”，科学家称它们为天体系统。天体系统的规模相差悬殊，在已发现的天体系统中，按其规模可分为可观测宇宙、星系、恒星系统和行星系统四个层次。 下载PDF
“先驱者10号”航天器是美国国家航空航天局于1972年3月2日发射的一艘非载人航天器，旨在研究小行星带、木星的周边环境、宇宙射线以及太阳系中最远能够到达的地方。它是人类历史土第一个安全通过小行星带，以及第一个近距离观测木星的航天器。1983年613日，”先驱者10号”航天器飞出海王星轨道，当时的速度高达每秒钟14千米。20031月23日，”先驱者10号”航天器在距离地球122.3亿千米处与地球失去联络。目前先驱者10号”航天器仍在惯性作用下驶向距离地球68光年的恒星毕宿五。 思考1.按照每秒钟14千米的飞行速度计算，”先驱者10号”航天器现在距离地球多远?目前”先驱者10号”航天器飞离太阳系了吗? 2.请你思考我们的宇宙环境是怎样的。 下载PDF
在太阳系中，火星被认为是除地球外最适合人类居住的星球。从20世纪60年代开始，人类向火星发射探测器，开启了火星探测之旅。科学家设想在火星上建立人类定居点。假设技术能够解决目前所有的难题，可以顺利将人送到火星，那么建立一个火星基地需要满足哪些条件呢？ 对这一课题的探究，建议采用以下思路。 资料1火星概况 火星因表层土壤中富含铁元素，具有红色的外表，被称为“红色行星”。火星大气稀薄，二氧化碳含量达95%以上。火星表面温差很大，赤道地区夏季白天温度为21℃，到了夜晚能降至–73℃。火星表面遍布尘埃（图1.37），常年有大风，沙尘暴往往能持续数周。 从太空拍摄的火星照片显示，火星表面有干涸的河床，这表明火星上曾经存在过液态水。科学家据此推测火星表面曾有比现在更厚的大气层，温度也更高，这样才能保证液态水的存在。火星的两极覆盖着由干冰和冰组成的冰盖。科学家检测了火星探测器采集的火星土壤样本，发现火星土壤中含有少量的水分子。近期的研究还发现火星中纬度地区地表之下埋藏着大量的冰，火星南极冰盖下蕴含着大量的液态水。 资料分析 1. 火星上是否具备人类生存的条件？ 2. 若在火星上生存，需要改造哪些环境条件？ 资料2“绿航星际” 为开展载人航天深空探测提供技术储备，为人类星际旅行和地外居住创造保障条件，我国科学家研发了“绿航星际”这一受控生态生保系统集成试验平台。该试验平台由植物舱、乘员舱、生保舱和资源舱组成（图1.38）。它基于生态学原理，通过动植物培养、废水废物处理、大气调控等多个功能单元的协作，以实现封闭环境内的大气、水和食物的循环再生，建立适合人类长期驻留的生命和健康保障体系，减少地面物资补给需求。2016年12月14日，4名志愿者结束了为期180天的密闭试验。舱内系统实现了志愿者所需氧气、水以及部分食物的再生式供应。该次试验为我国空间站任务提供了有力的技术支持，也为未来地外星球基地生命保障技术的预先研究打开了新局面。 假设火星基地分为登陆区、居住区、科研区、能源区等几个站区。选择你感兴趣的一个站区，从形态、功能、防护等方面提出一个设计方案。最后画出示意图，把不同的站区对接起来，形成一个完整的火星基地。 下载PDF
自古以来人们就对天文现象十分好奇。直至 400 多年前，人们只能通过肉眼观测宇宙，因视野范围有限，误认为地球是宇宙的中心。1543 年，哥白尼通过观测和计算提出了日心说，由于缺乏更多的支持，不被广泛认可。1609 年，伽利略制造了一架小型望远镜，其放大率只有 32 倍；然而，伽利略用这架望远镜观测到了月球陨石坑、太阳黑子、木星的 4 颗卫星、土星光环。他的一些观测结果有力地支持了哥白尼的日心说。由此，人们对宇宙的观测方式进入了望远镜时代，宇宙观也发生了改变。 此后，天文望远镜突飞猛进地发展，人类对宇宙的认识也逐步扩展、加深。赫歇耳借助天文望远镜将观测范围扩展到太阳系之外，确认了由众多恒星构成的银河系的存在。哈勃通过天文望远镜发现了仙女座星云其实是由大量恒星组成的，而且距离远远超出银河系的范围，证实了河外星系的存在。2016 年，我国在贵州建成了目前世界最大的单口径射电望远镜，帮助人类获取更多的宇宙信息。 下载PDF
在太阳系的八颗行星中，水星、金星、地球、火星更靠近太阳，有固体表面，体积较小，称为类地行星。木星、土星、天王星和海王星远离太阳，主要由气体构成，其中木星、土星因体积巨大，称为巨行星，天王星、海王星因与太阳相距很远，称为远日行星（图 1.9）。 八颗行星都围绕太阳公转，而且公转方向具有同向性，公转轨道面具有共面性，公转轨道形状具有近圆性（表 1.2）。 可见，无论是从距日远近、自身的体积，还是从公转方式来看，地球都只是太阳系中一颗普通的行星。然而，地球又是太阳系中一颗特殊的行星。根据人类目前所掌握的宇宙信息，地球是八颗行星中唯一存在高级智慧生命的星球。地球上具有适宜高级智慧生命生存和繁衍的 温度、水、大气等条件，这与地球在太阳系中的位置、自身的体积和质量有关，也与地球有一个安全的宇宙环境有关。 目前，地球是人类在宇宙中唯一的家园。随着人类对宇宙探索的深入，航天活动日益频繁，留在太空中的垃圾越来越多。地球的宇宙环境亟待保护，这是全人类共同的责任。 下载PDF