《探索宇宙奥秘》教学》课件

探索宇宙奥秘欢迎来到《探索宇宙奥秘》课程在这门课程中，我们将一同踏上一段令人惊叹的宇宙探索之旅，揭开茫茫宇宙中蕴藏的种种奥秘从我们脚下的地球，到遥远的星系边界；从宇宙的诞生，到它的未来演变；从肉眼可见的行星，到隐藏在黑暗中的神秘力量所有这些都将在我们的——探索范围之内这不仅是一次知识的传递，更是一场思想的冒险让我们怀着对未知的敬畏与好奇，开启这段穿越时空的奇妙旅程什么是宇宙？宇宙的定义已知规模哲学思考宇宙是指所有存在的时间、空间以及其根据现代天文学观测，可观测宇宙的直宇宙到底是无限的还是有限的？这个问中的物质和能量的总和宇指时间的径约为亿光年这个数字超出了人题困扰了人类几千年有限宇宙理论认930无限性，宙指空间的无边性在古代类的想象力范围，即使光速每秒万公为宇宙边界存在，而无限宇宙理论则认30中国，人们就已经开始思考宇宙的本质里，也需要亿年才能从一端到达另为宇宙无边无际，永无止境930和范围一端宇宙的起源大爆炸理论1大爆炸开始约亿年前，整个宇宙浓缩在一个极小的奇点中，随后发生爆138炸性膨胀，释放出无穷能量，开始了时间与空间的旅程2宇宙微波背景辐射这是支持大爆炸理论的最有力证据年，彭齐亚斯和威尔1964逊意外发现了这种来自宇宙各个方向的微弱辐射，它是大爆炸留下的回声3哈勃的发现爱德温哈勃在年通过观测发现，遥远的星系正在以与距离·1929成正比的速度远离我们，证明了宇宙正在膨胀，这是大爆炸理论的关键支持宇宙的结构层次宇宙整体930亿光年的可观测宇宙超星系团巨大的星系集合星系团由多个星系组成星系恒星、行星系统的集合恒星系统如我们的太阳系宇宙的结构呈现出层层嵌套的复杂层次目前已知最远的星系是GN-z11，距离我们约134亿光年，接近宇宙大爆炸后的时期这意味着我们观测到的是宇宙早期形成的景象太阳系简介太阳系成员太阳的主导地位太阳系由一颗恒星（太阳）、八太阳拥有太阳系的质量，

99.8%大行星及其卫星、矮行星、小行其巨大引力将所有成员牢牢束缚星、彗星和星际尘埃组成这个在其轨道上正是太阳的核聚变大家庭是我们最熟悉的宇宙区为地球上的生命提供了持续的能域量太阳系年龄太阳系形成于约亿年前，源于一个旋转的星云坍缩这个年龄是通过46对太阳系中最古老岩石的放射性同位素测定得出的八大行星总览水星金星最小最内侧行星，无大气层地球孪生姐妹，温室效应严重海王星地球深蓝色，风暴频繁唯一已知有生命的行星天王星火星蓝绿色冰巨星，轴向倾斜红色行星，有水存在证据土星木星以美丽光环著称最大气态巨行星，有大红斑太阳系行星分为两大类类地行星（内侧四颗）和类木行星（外侧四颗）类地行星体积小、密度大、表面坚固；类木行星体积大、密度小、主要由气体组成地球我们的家园地球自转地球绕自身轴心每小时自转一周，造成昼夜交替的现象自西向24东旋转，使我们看到太阳从东方升起，西方落下地球公转地球绕太阳每天公转一周，沿着椭圆轨道行进，平均速

365.2422度约为每秒公里

29.78四季变化地球自转轴倾斜约度，再加上公转运动，导致不同季节阳光照

23.5射角度和时间长短不同，形成了春夏秋冬四季变化地球是太阳系中唯一已知存在液态水和生命的行星，其适宜的温度、丰富的水资源和保护性大气层为生命提供了完美的生存环境人类文明在这个蓝色星球上繁衍生息，直到今天才开始探索宇宙的其他角落月球地球的卫星月球表面地貌引力与潮汐月球表面呈现出高低不平的地形，主要有高地、环形山和月海三月球对地球的引力作用造成了地球上的潮汐现象每天海平面的种地貌月海实际上是由亿年前小行星撞击形成的巨大盆涨落主要是由月球引力引起的这种潮汐力还导致了月球的自转46地，后来被玄武岩熔岩填充与公转同步，使得月球总是同一面朝向地球月球表面覆盖着一层细小的灰色尘土，称为月壤由于缺乏大气月球绕地球的轨道并非完美的圆形，而是椭圆形，这导致月球到层和水的侵蚀作用，月球上的撞击坑和足迹可以保存数百万年而地球的距离时远时近，形成了超级月亮等特殊天象不改变月球探索发展史望远镜时代（年）1609伽利略首次用望远镜观测月球，绘制了最早的月球地图，揭示了月球表面的山脉和环形山等地貌细节太空竞赛（年代）1950-1960前苏联在年发射了月球号，成为首个飞越月球的探测器随后19591的月球号在年首次实现了月球软着陆91966阿波罗计划（年）1969-1972年月日，美国宇航员尼尔阿姆斯特朗和巴兹奥尔德林通过1969720··阿波罗号登陆月球，成为人类历史上第一次登月11现代探月（年至今）2000多国开展新一轮月球探测，包括中国的嫦娥工程、美国的阿尔忒弥斯计划等，致力于更深入研究月球资源和潜在的人类定居可能性中国的探月梦嫦娥一号（年）2007中国首颗月球探测卫星，主要任务是对月球进行绕月飞行和遥感探测，获取了全月球的三维图像，绘制了高精度月球表面立体地图嫦娥三号与玉兔号（年）2013实现了中国首次地外天体软着陆和巡视勘察玉兔号月球车在月球表面工作了天，远超设计寿命，获取了大量月表数据和影像资料972嫦娥四号（年）2019人类首次实现月球背面软着陆和巡视探测的任务，在科学史上具有里程碑意义通过鹊桥中继星实现了与地球的通信联络嫦娥五号（年）2020完成了月球采样返回任务，将克月球样本安全带回地球，标志1731着中国成为继美国和前苏联之后第三个能够从月球采集样本并返回地球的国家太阳的奥秘核聚变能源太阳表面活动太阳核心温度高达万摄太阳表面存在太阳黑子、耀斑1500氏度，在这种极端条件下，氢和日冕物质抛射等活动这些原子核聚变成氦原子核，每秒现象会释放大量能量和带电粒释放相当于数十亿颗氢弹爆炸子流，形成太阳风暴，影响地的能量，通过辐射和对流向外球空间环境和电子设备传递太阳的生命周期太阳目前处于主序星阶段，约在万年后，随着氢燃料消耗殆尽，8000太阳将膨胀成为红巨星，体积增大数百倍，最终吞噬水星和金星，地球也将不再适合生命存在水星离太阳最近极端公转温度极差水星是太阳系中离太阳最近的行水星表面温度变化极端，白天可星，公转周期仅为个地球日达，夜间则降至，88427°C-173°C由于轨道偏心率大，水星距离太温差高达这主要是因为600°C阳的远近变化非常明显，造成表水星几乎没有大气层，无法保持面温度的巨大波动热量自转特点水星的自转周期约为个地球日，是公转周期的这种特殊的自转592/3-公转共振关系导致水星上的一天相当于个地球日，即两个水星年176金星地狱星球致命大气层极高温度金星大气中是二氧化碳，形成强烈97%表面平均温度高达，能熔化铅460°C温室效应巨大压力酸雨腐蚀大气压力是地球的倍，相当于海底92含硫酸的云层形成腐蚀性强的酸雨米900金星被称为地球的姊妹行星，因为其大小和质量与地球相似然而，它的环境条件却截然不同金星表面的高温足以使铅融化，巨大的大气压力能够轻易压垮未经特殊设计的航天器这使得金星成为太阳系中最不适合人类探索的行星之一火星地球的邻居火星地形水的痕迹人类移民计划火星表面有太阳系最高的火山奥林匹斯山火星上发现了众多曾有液态水流动的证多国航天机构和私营公司正在计划人类移（高公里）和最长的峡谷水手谷（长据，如干涸的河床、湖泊和三角洲等地貌民火星的可能性，包括的载人登陆25NASA公里）北半球多为平原，南半球则特征科学家推测火星早期拥有温暖湿润计划和的星际飞船项目，希望在4000SpaceX布满陨石坑的环境年代实现人类踏上火星2030木星太阳系巨无霸132179地球体积倍数已知卫星数量木星是太阳系中体积最大的行星，其体积木星拥有庞大的卫星家族，其中最著名的可容纳个地球，质量是地球的是伽利略发现的四颗大卫星木卫一（艾1321318倍奥）、木卫二（欧罗巴）、木卫三（盖尼米德）和木卫四（卡利斯托）400大红斑年龄（年）木星著名的大红斑是一个持续了至少400年的巨大风暴系统，其直径约为地球直径的倍这个风暴以每小时公里的

1.3400速度旋转土星光环最美壮观光环直径超过万公里，厚度却只有米2710-100光环成分2主要由冰颗粒、岩石和尘埃组成精细结构包含数千个细环和间隙卫星家族拥有颗已知卫星，最大的是泰坦82土星是太阳系中最美丽的行星，其标志性的光环系统在太阳系中独一无二土星本身是一个气态巨行星，主要由氢和氦组成其最大的卫星泰坦拥有厚厚的大气层和液态甲烷湖泊，是太阳系中唯一一个表面有液体的卫星天王星冰巨星极端倾斜冰巨星特性蓝绿色外观天王星自转轴倾角高达天王星内部主要由热冰组天王星大气中的甲烷吸收了98度，几乎与轨道平面垂直成，这些物质在高温高压下红色光线，反射蓝绿色光这导致天王星侧卧公转，呈现独特状态甲烷、水和线，使得天王星呈现出标志极区和赤道交替朝向太阳，氨在极端条件下形成超临界性的蓝绿色这种颜色被用造成极端的季节变化流体，构成了行星的大部分来区分天王星和其他气态巨质量行星暗淡光环天王星拥有个已知光环，13但这些光环非常暗淡，是太阳系中最不明显的行星环系统它们主要由暗色微粒组成，反射率极低海王星风暴之王海王星是太阳系八大行星中最远的一颗，也是风暴最活跃的行星其表面风速高达每小时公里，是地球上最强飓风速度的倍这些超级21005风暴形成了海王星标志性的白色云团和曾经的大黑斑海王星之所以呈现深蓝色，是因为其大气中含有甲烷气体，吸收了红光而反射蓝光与天王星类似，海王星也是一颗冰巨星，内部由岩石核心和水、氨、甲烷组成的热冰构成海王星有颗已知卫星，其中最大的是海卫一（特里同），它以逆行方式绕海王星运行，可能是被海王星引力捕获的柯伊伯带天体14小天体小行星与彗星小行星带彗星特性位于火星和木星轨道之间的区域聚集了数百万颗小行星，这是太彗星主要由冰、尘埃和岩石组成，当接近太阳时，表面冰物质升阳系形成早期未能聚合成行星的残余物质最大的小行星是谷神华形成壮观的彗发和彗尾著名的哈雷彗星每年回归一次，76星，直径约公里上次出现在年9401986小行星主要由岩石和金属组成，有些含有贵重矿物，成为未来太年，舒梅克列维号彗星解体后多个碎片撞击木星，这是1994-9空采矿的潜在目标地球附近的小行星被称为近地小行星，其中人类首次观测到的行星际碰撞事件此次撞击在木星大气层留下一些可能与地球相撞了持续数月的暗斑黑洞宇宙怪兽白矮星与中子星白矮星中子星超新星遗迹当类似太阳质量的恒星用尽核燃料后，外中子星是大质量恒星超新星爆发后的遗超新星爆发是宇宙中最壮观的爆炸现象之层气体被抛离形成行星状星云，核心坍缩迹，由中子组成，密度惊人，一茶匙中子一，瞬间亮度可超过整个星系爆发形成成为密度极高的白矮星一茶匙白矮星物星物质重达数十亿吨中子星直径仅约的超新星遗迹如蟹状星云，包含大量被爆20质重达数吨，但体积小到能装入地球体积公里，却可包含倍太阳质量炸抛出的气体和尘埃，也是宇宙中重元素

1.4-2的百万分之一的主要来源银河系全貌结构与规模银河系是一个典型的棒旋星系，直径约为10万光年，厚度约为1000光年银河系中央有一个超大质量黑洞，质量约为太阳的400万倍银河系包含约1000-4000亿颗恒星，太阳位于离中心约

2.6万光年的猎户臂上我们的太阳系以每秒220公里的速度绕银河系中心旋转，完成一周需要约

2.5亿年探索难点由于我们位于银河系内部，无法直接拍摄银河系全貌科学家通过观测其他类似星系和测绘银河系内部结构来推断银河系的整体形态星系的多样性螺旋星系椭圆星系不规则星系螺旋星系如同宇宙中的风车，拥有明显椭圆星系形状从接近球形到高度扁平不不规则星系没有明确的形状或结构，通常的旋臂结构，恒星、气体和尘埃沿着旋臂等，缺乏螺旋结构它们通常包含较老的比较小，恒星分布混乱大小麦哲伦云是分布银河系和仙女座星系都属于这类恒星，新恒星形成活动较少椭圆星系可银河系附近的两个不规则星系这类星系螺旋星系通常有活跃的恒星形成区域，年能是由多个小星系碰撞合并形成的，常见可能是由于星系间的引力相互作用或碰撞轻恒星多分布在旋臂上于星系团的中心导致变形而成宇宙的演化宇宙大爆炸138亿年前，宇宙从一个无限密度的奇点开始膨胀基本粒子形成宇宙冷却，夸克结合成质子和中子恒星和星系诞生引力使物质聚集，第一代恒星和星系形成重元素合成恒星内核聚变和超新星爆发创造重元素行星系统形成含重元素的尘埃盘凝聚成行星生命出现复杂有机分子在适宜环境中组装成生命宇宙中的生命可能性液态水适居带生命的溶剂，支持生化反应温度适宜水维持液态状态的区域保护机制有机化学磁场或大气层屏蔽有害辐射碳基化合物的多样性和复杂性宇宙中生命存在的可能性受多种因素影响首先，液态水是已知生命的必要条件，它作为溶剂支持各种生化反应其次，行星必须位于恒星的适居带，温度既不会使水全部结冰，也不会使其完全蒸发碳基化合物的复杂性和稳定性使其成为生命构建的理想材料此外，行星需要有保护机制，如磁场或厚实的大气层，以抵抗宇宙辐射和太阳风暴天文学家已在多颗系外行星大气中检测到水、甲烷等生命可能使用的分子太阳系外行星（系外行星）5500+3000+已确认系外行星待确认候选体自1995年首次发现系外行星以来，天文学家还有数千颗疑似系外行星等待进一步观测确已确认了五千多颗围绕其他恒星运行的行认，凯普勒太空望远镜和TESS卫星等设备持星，这一数字还在迅速增长续发现新的候选体24可能宜居行星科学家已发现约两打位于其恒星适居带的岩质行星，这些超级地球可能具备维持生命的潜力探测系外行星的主要方法包括凌日法（观测行星经过恒星前方时造成的亮度微小变化）和径向速度法（测量恒星受行星引力影响而产生的轻微摇摆）詹姆斯·韦布太空望远镜能够分析系外行星大气成分，寻找生物活动迹象寻找外星文明费米悖论计划SETI物理学家费米提出了著名问搜寻地外智能计划使用SETI题既然宇宙如此浩瀚古射电望远镜扫描天空，寻找可老，外星文明应该很普遍，那能的人工无线电信号至今已么他们在哪里？这一悖论探运行几十年，虽然尚未成功，讨了为何我们尚未观测到任何但依然是人类探索外星文明最外星文明存在的确凿证据系统的尝试主动通讯尝试人类已发送多次信息到太空，包括年阿雷西博信息和旅行者探测1974器携带的金唱片这些信息包含人类文明的基本信息，希望能被潜在的外星文明接收和理解天文观测工具发展史1光学望远镜时代（1609年）伽利略改进望远镜用于天文观测，发现了木星的四颗卫星、月球的环形山等，开创了现代天文学的新纪元早期望远镜是折射式的，使用透镜反射式望远镜（1668年）牛顿发明了反射式望远镜，使用镜面而非透镜收集和聚焦光线这种设计突破了折射望远镜的尺寸限制，成为现代大型天文望远镜的主要形式3射电天文学（1930年代）卡尔·扬斯基和格罗特·雷伯开创了射电天文学，使用无线电接收器探测来自太空的无线电波这拓展了人类观测宇宙的波段范围，远超过可见光4空间望远镜时代（1990年代至今）哈勃太空望远镜1990年发射，成为人类最重要的天文工具之一，提供了无数震撼影像2021年发射的詹姆斯·韦布空间望远镜进一步革新了天文观测能力现代天文台与射电望远镜现代天文观测设施已经发展成为复杂的国际合作项目阿塔卡马大型毫米波阵列（）位于智利阿塔卡马沙漠，由个高精度天线组ALMA66成，能探测宇宙中的冷物质和尘埃云这一设施由北美、欧洲和东亚国家共同建造和运营平方公里阵列（）是在建中的世界最大射电望远镜，分布在南非和澳大利亚，将由数千个天线组成，灵敏度将超过现有最佳设备SKA100倍中国的天眼则是世界最大单口径射电望远镜，口径达米，灵敏度极高FAST500这些巨型天文设施通过探测不同波段的电磁辐射，帮助科学家揭示宇宙的秘密，从原始星系形成到黑洞结构，不一而足人类的航天成就1太空竞赛开端（年）1957前苏联发射世界首颗人造卫星斯普特尼克号，揭开了人类太空时1代的序幕，引发了美苏之间的太空竞赛2人类首次进入太空（年）1961苏联宇航员尤里加加林乘坐东方号飞船完成了人类首次太空飞·1行，绕地球轨道飞行了分钟1083首次登月（年）1969美国阿波罗号任务实现人类首次登月，宇航员尼尔阿姆斯特朗和巴11·兹奥尔德林踏上月球表面·4国际空间站（年至今）1998国际空间站是人类在太空中最大的国际合作项目，由美国、俄罗斯、欧洲、日本和加拿大等共同建造和维护探索火星的里程碑最新任务（年代）2020现代探测器（年代）2010毅力号火星车年着陆，携带2021第一代火星车（1990-2000好奇号火星车2012年着陆，配备机智号直升机，首次实现了在另早期火星探测（1960-1970年代）先进实验室设备，能分析岩石和土一个星球的动力飞行中国天问一年代）索杰纳号于1997年着陆，成为首壤样本洞察号着陆器2018年着号同年成功着陆，实现了中国首次美国水手系列探测器首次近距离个在火星表面漫游的探测器勇气陆，专注研究火星内部结构和地震火星探测拍摄火星表面，揭示了火星的环形号和机遇号双胞胎火星车2004活动山、沙漠和极冰等地貌特征苏联年着陆，设计寿命为天，但机90的火星系列探测器尝试了最早的遇号最终工作了15年着陆任务太阳系边界探秘神秘的暗物质不可见的存在星系旋转曲线暗物质不发光、不吸收光，也观测表明，星系外围恒星的旋不反射光，因此无法直接观转速度远高于根据可见物质计测科学家只能通过其引力效算的预期值这表明必须有大应间接推断其存在暗物质的量不可见的物质（暗物质）提本质仍是现代物理学最大的谜供额外引力，才能解释这种现团之一象引力透镜效应当光线经过大质量天体附近时会发生弯曲通过观测这种弯曲程度，科学家发现许多星系团的引力效应远超其可见质量所能产生的效应，证实了暗物质的存在据估计，暗物质占宇宙总质量约，远超过普通物质（恒星、行星、气体85%等）的比例目前，寻找暗物质粒子的实验正在世界各地进行，包括地下深处的超敏感探测器和大型粒子对撞机实验暗能量与宇宙膨胀意外发现（1998年）观测遥远超新星亮度揭示宇宙加速膨胀宇宙主导力量暗能量占宇宙能量总量约68%本质之谜可能是真空能量或引力理论修正宇宙命运持续膨胀可能导致大撕裂结局1998年，两支独立的科学团队通过观测Ia型超新星发现，宇宙不仅在膨胀，而且膨胀速度正在加快这一令人震惊的发现与之前认为宇宙膨胀应该减缓的观点相悖科学家推测存在一种神秘的暗能量，产生排斥力推动宇宙加速膨胀暗能量的本质是现代物理学最大的未解之谜一种可能的解释是爱因斯坦广义相对论中的宇宙常数，代表真空能量另一种可能是需要对引力理论进行根本修正无论如何，暗能量掌控着宇宙的最终命运，可能导致无限膨胀或大撕裂万有引力法则牛顿引力理论爱因斯坦的革命艾萨克牛顿于年提出万有引力定律，描述了任何两个质量年，阿尔伯特爱因斯坦提出广义相对论，从根本上重新诠·16871915·之间都存在相互吸引的引力，其大小与质量乘积成正比，与距离释了引力本质在这一理论中，引力不再是力，而是时空弯曲的平方成反比这一理论成功解释了行星运动和地球上的自由落体表现质量使周围时空弯曲，弯曲的时空告诉物体如何运动现象牛顿的引力理论将天上和地上的物理现象统一起来，打破了古代爱因斯坦理论的预测被多次验证，包括水星轨道进动、光线在引天地不同律的观念根据这一理论，地球上的苹果落地和月力场中弯曲、引力波存在等在强引力场和高速运动条件下，广球围绕地球运行，本质上是同一种力的表现义相对论比牛顿理论更准确，成为描述宇宙大尺度结构的基础理论宇宙微波背景辐射意外发现宇宙温度宇宙婴儿照1964年，美国贝尔实验室宇宙微波背景辐射相当于COBE、WMAP和普朗克的阿诺·彭齐亚斯和罗伯

2.7K（零下

270.3°C）的卫星详细测量了微波背景特·威尔逊在测试一个微波黑体辐射这一极低温度辐射的温度分布这些极接收器时，发现了来自宇是因为宇宙膨胀导致原本其微小的温度波动（仅百宙各个方向的微弱均匀辐高能的光子能量不断降万分之一的差异）反映了射，无法消除这一噪音低，从而温度也随之下宇宙早期的密度起伏，是后来证实这正是宇宙大降后来形成星系和星系团的爆炸的余晖种子宇宙学革命微波背景辐射的发现被认为是大爆炸理论的决定性证据，使其成为当代宇宙学的主流模型它也帮助科学家确定宇宙的年龄、组成和形状等基本参数天文单位和光年亿公里万亿公里

1.

59.46天文单位AU光年天文单位是地球到太阳的平均距离，约为

1.5亿公里这光年是光在真空中一年所走的距离光速为每秒约30万个单位常用于描述太阳系内天体距离例如，木星距太公里，一年约有3150万秒，因此一光年约为

9.46万亿阳约

5.2AU，海王星则约30AU公里这个单位常用于描述恒星之间的距离万光年326秒差距秒差距是天文学中另一个常用距离单位，相当于

3.26光年它的定义是一个天体位于1秒角的年周视差对应的距离这个单位便于天文学家使用视差测量恒星距离理解这些天文距离单位有助于我们把握宇宙的尺度例如，我们通常说阿尔法·半人马座（比邻星）是离太阳最近的恒星系统，距离为

4.37光年，而用公里表示则是

41.3万亿公里，这个数字过于庞大难以直观理解当我们观测遥远天体时，实际上是在观察它们的过去例如，仙女座星系距离我们约250万光年，意味着我们现在看到的是它250万年前的样子这也是为什么天文学在某种意义上也是研究宇宙的历史宇宙探索的意义科技创新推动资源与能源太空探索需要解决极端环境下的太空蕴含几乎无限的资源小行工程挑战，催生了无数创新技星采矿可能成为稀有金属的重要术例如，今天我们使用的太阳来源；太阳能太空电站可以不受能电池、水过滤系统、无线通昼夜、天气限制收集能源；月球信、医疗成像设备等，许多都源和火星上的水冰可支持未来的太自航天技术的民用转化空居住哲学与科学视角宇宙探索拓展了人类的视野，挑战我们对自身在宇宙中位置的理解从太空看地球的地球升起照片，激发了全球环保意识；天文发现如系外行星的多样性，使我们重新思考生命和文明的普遍性未来宇宙旅行设想太空电梯太空电梯设想在地球表面与地球同步轨道之间架设一条长达36,000公里的缆绳，使人员和货物无需火箭即可进入太空这需要超强纳米材料如碳纳米管才能实现若建成，将使太空旅行成本降低百倍先进推进系统常规化学火箭效率有限，未来的星际旅行需要革命性推进技术核聚变推进可能提供比化学燃料高百倍的能量密度；离子推进虽推力小但效率高；理论上的反物质引擎则有望实现接近光速的航行星际殖民人类终极扩张可能是向其他恒星系统移民世代飞船可能载着数千人进行长达数百年的航行；冷冻休眠技术可能允许宇航员在长途旅行中处于休眠状态；或许未来技术突破会实现近光速旅行或空间折叠太空生活趣事国际空间站上的宇航员面临许多日常生活上的有趣挑战在微重力环境中，水不会自然下流，而是形成漂浮的水球宇航员必须使用特殊的吸管喝水，并使用湿巾擦洗身体，因为普通淋浴无法正常工作睡觉也是一个独特体验宇航员们必须将自己固定在睡袋中，否则会在睡眠中漂浮四处碰撞食物通常是冻干的，需要加入水进行重组一些鲜活食物如水果和蔬菜偶尔通过补给任务送达，成为宇航员的珍贵享受太空中的实验展示了地球上难以观察的物理现象例如，在微重力环境下，表面张力成为液体行为的主导力量，使水形成完美球体；火焰呈球形而非向上窜；甚至简单的肥皂泡也表现出不同的稳定性和寿命探索宇宙的中国力量北斗导航系统全球卫星导航系统嫦娥探月工程实现月球软着陆和采样返回天问一号中国首次火星探测任务天宫空间站中国独立建造的空间站中国的航天事业已取得令人瞩目的成就北斗卫星导航系统已完成全球组网，提供定位精度优于10米的服务，成为全球四大卫星导航系统之一嫦娥工程成功实现了月球软着陆、巡视和采样返回，标志着中国深空探测能力的显著提升2021年，天问一号成功登陆火星，中国成为继美国之后第二个成功将火星车送上火星表面的国家天宫空间站的建成标志着中国成为继俄罗斯和美国之后第三个独立掌握空间站建造技术的国家，为中国长期开展太空科学实验和技术验证提供了平台世界主要航天机构对比机构名称成立时间代表性成就年度预算（约）美国航空航天局1958年阿波罗登月计划、220亿美元（NASA）空间站、火星探测欧洲航天局（ESA）1975年阿丽亚娜火箭、罗70亿美元塞塔彗星探测中国国家航天局1993年天宫空间站、嫦娥110亿美元工程、天问一号俄罗斯航天局1992年联盟号飞船、和平30亿美元号空间站印度空间研究组织1969年月船2号、火星轨20亿美元道器全球航天投资前五国家分别是美国、中国、欧洲联盟（通过ESA）、俄罗斯和印度这些航天机构各有特色NASA在深空探测和科学研究方面处于领先；ESA专注于国际合作和商业应用；中国航天发展迅速，综合实力不断提升；俄罗斯拥有丰富的载人航天经验；印度则以低成本高效率著称主要航天名人尤里·加加林苏联宇航员，1961年4月12日乘坐东方1号飞船成为首位进入太空的人类他围绕地球飞行了一圈，历时108分钟这一壮举使他成为全球偶像，但他于1968年在飞机训练中意外身亡，年仅34岁杨利伟中国首位进入太空的宇航员2003年10月15日，杨利伟乘坐神舟五号飞船进入太空，实现了中国人独立自主进入太空的梦想他在轨道飞行了21小时，成功返回地球，开创了中国载人航天的新纪元王亚平中国首位进行太空授课的女宇航员她两次进入太空，于2021年在天宫空间站进行了天宫课堂太空授课活动，向全国中小学生展示了微重力环境下的物理现象，传播科学知识，激发青少年对航天的兴趣载人航天的挑战生命保障系统辐射防护提供氧气、净化二氧化碳、控制温湿度屏蔽宇宙射线和太阳辐射心理健康4微重力健康影响应对长期隔离和极端环境压力对抗骨密度流失和肌肉萎缩载人航天面临诸多技术和生理挑战生命保障系统必须在密闭环境中维持适宜的温度、湿度和空气成分在国际空间站上，特殊设备将宇航员呼出的二氧化碳转化为水和氧气，实现部分循环利用太空辐射是深空任务的主要威胁，特别是前往火星的任务高能粒子可能损伤DNA导致癌症，宇航员需要特殊屏蔽微重力环境导致宇航员每月流失1-2%的骨密度，因此必须进行大量锻炼心理健康同样重要，宇航员需要经过特殊选拔和训练，以应对长期隔离和极端环境带来的心理压力未来深空探测任务阿尔忒弥斯计划欧罗巴快帆任务计划在年左右将宇计划于年发射探测NASA2025NASA2024航员重返月球，并在月球南极建器，研究木星的卫星欧罗巴这立永久前哨站这将成为人类首颗卫星表面下可能存在巨大液态次在月球长期驻留，也是火星探水海洋，是太阳系中最有可能孕索的重要准备步骤中国也计划育生命的地方之一任务将调查在年代实现载人登月其冰壳厚度和海洋成分2030龙飞船任务计划中的航天器将前往土星最大的卫星泰坦，这是太阳系中唯一拥有稠密大气和液态湖泊的卫星泰坦的湖泊由液态甲烷和乙烷组成，可能存在基于不同化学的生命形式詹姆斯韦布空间望远镜已经开始提供前所未有的深空观测数据，它能透过宇宙尘埃·云，观测最早的星系形成，并分析系外行星大气成分，寻找生命迹象这一望远镜预计将彻底改变我们对宇宙早期和系外行星的认识宇宙中的未解难题黑暗流科学家们发现一个巨大的星系团群正以每小时数百万公里的速度向宇宙中的某一点移动这一现象被称为黑暗流，可能由超大质量结构引力所致，但目前尚无确切解释时间起源时间是否与宇宙大爆炸一同开始？在大爆炸之前时间是否存在？这些问题挑战了我们对时间本质的理解量子引力理论试图解释这一问题，但尚未取得确定性答案宇宙大爆炸前之谜大爆炸理论解释了宇宙从极早期到现在的演化，但无法解释宇宙最初状态为何存在、为何会发生爆炸性膨胀循环宇宙、多重宇宙等理论尝试解释这一问题，但仍处于理论探索阶段量子引力统一量子力学和广义相对论是现代物理学的两大支柱，但它们在描述极端条件（如黑洞内部或宇宙诞生瞬间）时相互冲突寻找统一这两种理论的量子引力理论是物理学最大挑战之一宇宙科普经典影片与书籍《宇宙》（卡尔萨根）《三体》（刘慈欣）《时间简史》（史蒂芬霍金）··这部年的经典科普纪录片由著名天文中国科幻作家刘慈欣的代表作，描述了人著名物理学家史蒂芬霍金的科普经典，以1980·学家卡尔萨根主持，以诗意的语言和壮观类与三体星球文明的接触和冲突小说探通俗易懂的语言解释宇宙学和理论物理学·的视觉效果介绍宇宙的奥秘年，尼讨了宇宙社会学、黑暗森林法则等深刻命的复杂概念，包括大爆炸理论、黑洞辐2014尔德格拉斯泰森主持的新版《宇宙时空之题，运用了大量天文学和物理学知识，获射、时间概念等这本书自年出版以··1988旅》延续了这一传统，融入最新科学发得雨果奖等国际大奖来，已被翻译成多种语言，销量超过40现万册1000趣味互动你最想去的星球宇宙探索新技术人工智能辅助立方体卫星卫星互联网人工智能和机器学习算法正在微小型立方体卫星SpaceX的星链计划等低轨道卫彻底改变天文研究方式AI可（CubeSat）降低了太空任务星网络正在革新全球互联网接以从海量天文观测数据中识别成本，使大学和小型企业也能入这些系统通过部署数千颗模式，发现人类可能忽略的异参与太空探索这些标准化小小型卫星，提供覆盖全球的高常现象例如，谷歌的AI系统型卫星可快速设计和发射，正速互联网服务，特别是偏远地已成功识别了专业天文学家未在形成分布式观测网络，提供区这项技术也将支持深空探发现的系外行星前所未有的地球和太空监测能测任务的高带宽通信力量子通信量子通信利用量子纠缠现象实现理论上无法破解的加密通信中国的墨子号量子科学实验卫星已成功实现千公里级的量子密钥分发，为未来太空量子通信网络奠定基础总结与展望激发好奇心对宇宙奥秘的不断探索观测新发现2先进望远镜带来更多惊喜深空探索人类足迹将遍布太阳系保护地球研究太空帮助理解和保护家园无限可能宇宙探索没有终点通过这50张幻灯片的旅程，我们已经探索了从太阳系到遥远星系的宇宙奥秘，了解了从人类早期观星到现代深空探测的发展历程宇宙探索不仅拓展了人类的知识边界，也带来了众多技术创新和哲学思考宇宙探索永无止境随着詹姆斯·韦布望远镜等新工具的投入使用，我们将看到更多令人惊叹的发现未来几十年，人类可能在月球建立基地，将宇航员送往火星，甚至探测土卫六和木卫二等可能孕育生命的天体我鼓励每位同学保持对宇宙的好奇心，提出自己的问题，大胆想象正如卡尔·萨根所说我们是宇宙认识自己的一种方式——通过探索宇宙，我们也在深入了解自己。