《奇幻的宇宙》课件

奇幻的宇宙在浩瀚无垠的宇宙中，人类如同一粒尘埃，却始终对这片神秘的星空充满了无尽的好奇与向往从最早的星象观测，到现代天文学的飞速发展，我们不断拓展对宇宙的认知边界本次课程将带您踏上一场奇幻的宇宙之旅，探索星空下的人类遐想与探索历程，通过现代天文学的视角，为您讲述那些关于宇宙的惊人故事我们将一同领略宇宙的壮阔，感受科学探索的魅力，体验人类智慧的伟大目录宇宙起源大爆炸理论、宇宙膨胀、时间与空间的诞生恒星与星系恒星生命周期、银河系与外星系、黑洞等天体现象神秘天体系外行星、暗物质、暗能量及其他未解之谜探索与前沿太空探测任务、望远镜技术、引力波发现奇幻遐想多重宇宙假说、宇宙结局、地外文明思考第一部分宇宙概述可观测宇宙直径约亿光年930超星系团星系团的集合星系团由数十至数千个星系组成星系如我们的银河系恒星系统如我们的太阳系宇宙的结构层次分明，从最小的恒星系统到最大的可观测宇宙范围，形成了一个令人惊叹的宏观世界我们将从这个整体框架出发，逐步深入了解宇宙的奥秘宇宙的起源大爆炸理论——1亿年前138大爆炸发生，宇宙诞生于一个无限密度的奇点，空间、时间、物质与能量同时产生2第一秒宇宙急速膨胀，基本粒子开始形成，温度从无限高迅速下降3三分钟后宇宙温度降至十亿度，氢核与氦核开始形成，这个阶段被称为核合成时期4万年后38宇宙温度进一步下降，电子与原子核结合形成中性原子，宇宙变得透明，释放出微波背景辐射大爆炸理论是目前最被广泛接受的宇宙起源学说，它通过对宇宙微波背景辐射、星系远离速度等现象的观测验证，为我们理解宇宙的诞生提供了科学依据宇宙的尺度地球直径千米12,742太阳系直径约光时（天王星轨道）12银河系直径约万光年10本星系群直径约万光年1000可观测宇宙直径约亿光年930宇宙的尺度超出了人类的直观想象如果将地球缩小到一粒沙子大小，那么银河系就相当于整个北美洲的面积，而可观测宇宙的范围则远超地球表面积的百万倍这种天文数字级的尺度差异，让我们不得不借助各种比喻来理解宇宙的浩瀚时间的刻度亿年前138宇宙大爆炸，时间的开始亿年前46太阳系与地球形成万年前6500恐龙灭绝事件万年前600人类祖先开始出现万年前1人类文明开始发展在宇宙的时间长河中，人类文明的历史不过是白驹过隙如果将宇宙亿年的历史压缩为一年，那么人类的出现仅在最后一分钟，而人类文明的发展则只有最后一138秒这种时间尺度的对比，让我们更加珍视自己在宇宙中的短暂存在宇宙的结构星系星系团超星系团与宇宙网格由数亿至数万亿颗恒星、星际气体、由多个星系通过引力相互束缚形成的超星系团是星系团的集合，例如拉尼尘埃以及暗物质组成的庞大系统银集合体本星系群是我们银河系所在亚凯亚超星系团，包含了本星系群在河系是我们所在的星系，拥有约的星系团，包含银河系、仙女座星系内的数十个星系团2000-亿颗恒星在内的超过个星系400054在更大尺度上，宇宙呈现出宇宙网格星系的形状多样，包括螺旋星系、椭维尔戈（室女座）星系团是离我们最结构，星系和星系团分布在巨大的丝圆星系、棒旋星系和不规则星系等多近的大型星系团，包含约个星状结构上，中间是大型的空洞区域1500种类型系宇宙的基本成分暗物质占宇宙总能量物质的-27%暗能量不发光也不与电磁辐射相互作用，但对星系和星系团的形成起关键作用占宇宙总能量物质的-68%一种神秘的能量形式，推动宇宙加速膨普通物质胀，性质尚未完全了解仅占宇宙总能量物质的-5%包括恒星、行星、行星际气体、尘埃等我们能直接观测到的物质形式令人惊讶的是，我们能直接观测到的普通物质仅占宇宙总量的左右大部分宇宙成分是我们尚未完全了解的暗物质和暗能5%量，这表明我们对宇宙的认知仍处于初级阶段宇宙诞生的证据宇宙微波背景辐射这是大爆炸理论最有力的证据，代表宇宙初期放出的光经过红移后，现在以微波形式存在于宇宙各处（宇宙背景探测器）和（威尔金森微波各向异性探测器）成功捕捉COBE WMAP到了这种辐射宇宙膨胀通过观测到遥远星系光谱的红移现象，天文学家确认宇宙正在膨胀红移越大，表明星系远离我们的速度越快，这与大爆炸理论的预测一致宇宙中的氢和氦比例大爆炸理论预测宇宙中约的物质是氢，是氦，其他元素极少现代观测结果与这一75%25%预测非常吻合，证实了大爆炸学说的正确性星系演化通过观测不同距离（即不同年代）的星系，天文学家发现远处的星系通常更年轻、结构更简单，这符合宇宙从大爆炸开始逐渐演化的理论主要科学家与贡献伽利略伽利雷·意大利物理学家和天文学家，被誉为现代天文学之父他首次使用望远镜观测天空，发现了木星的四颗卫星，为哥白尼的日心说提供了重要证据，挑战了地心说的权威埃德温哈勃·美国天文学家，发现了星系退行速度与距离的关系（哈勃定律），证明宇宙正在膨胀哈勃空间望远镜以他的名字命名，以纪念他对现代宇宙学的重大贡献史蒂芬霍金·英国理论物理学家，对黑洞理论有重大贡献，提出黑洞会通过霍金辐射逐渐蒸发他的著作《时间简史》使复杂的宇宙学理论为大众所理解，激发了无数人对宇宙的兴趣宇宙常数与膨胀谜团哈勃定律宇宙加速膨胀哈勃定律描述了星系退行速度与其距离的关系年，通过观测超新星爆发，科学家们惊讶地发现宇宙不v=H₀×1998，其中是哈勃常数这一定律表明，宇宙中星系之间的仅在膨胀，而且膨胀速度正在加速这一现象推翻了人们原d H₀距离正在不断增加，宇宙正在膨胀本认为的宇宙膨胀会逐渐减慢的观点根据最新的观测数据，哈勃常数的值约为为了解释这种加速膨胀现象，科学家提出了暗能量的概念

67.4，这意味着相距兆秒差距（约万光年）的爱因斯坦早年提出的宇宙常数也被重新审视，作为暗能量的km/s/Mpc1326两个星系，相对退行速度约为千米秒一种可能解释

67.4/宇宙膨胀是现代宇宙学中的核心概念，它不仅揭示了宇宙的动态本质，也为宇宙的过去和未来提供了线索然而，加速膨胀的发现，使宇宙的命运变得更加复杂和神秘宇宙学常用度量单位光年（）ly光在真空中一年内传播的距离，约等于万亿千米这是天文学中最常用的距

9.46离单位，适用于恒星间距离的度量例如，最近的恒星比邻星距离地球约光

4.24年天文单位（）AU地球到太阳的平均距离，约亿千米这一单位主要用于太阳系内的距离测

1.496量例如，木星距太阳约天文单位，土星约天文单位

5.

29.5秒差距（）pc从太阳系看，一颗恒星的年视差为角秒时与太阳的距离，约等于光年或

13.

2620.6万天文单位这是天文学家测量星际距离的专业单位红移值（）z不是距离单位，但常用于表示天体的距离它测量光谱线向红端移动的程度，反映天体远离我们的速度和距离红移越大，天体越远，形成时间越早第二部分恒星与星系恒星和星系是宇宙中最基本的天体结构，也是人类观测宇宙最直接的窗口在这一部分，我们将探索恒星的生命历程、星系的演化过程以及各种奇特的天体现象，感受宇宙的多姿多彩恒星的种类与生命周期恒星类型表面温度颜色代表恒星型以上蓝色昴宿六O30,000K型蓝白色天狼星B10,000-30,000K型白色织女星A7,500-10,000K型黄白色北极星F6,000-7,500K型黄色太阳G5,200-6,000K型橙色大角星K3,700-5,200K型红色参宿四M2,400-3,700K恒星被分为不同的光谱类型，通常用来表示，从高温到低温排列我们的太阳OBAFGKM是一颗型恒星，属于主序星根据质量的不同，恒星会有不同的演化路径和最终命运G恒星的诞生与死亡星云收缩氢核聚变分子云在自身引力作用下开始收缩，中心温度达到约万度，氢开始转1000温度和密度逐渐升高化为氦，恒星开始发光死亡方式膨胀阶段小质量恒星形成白矮星，大质量恒星中心氢耗尽后，恒星膨胀成红巨星，爆发成超新星，留下中子星或黑洞开始进行氦聚变恒星的生命周期从星云的收缩开始，经历主序阶段、红巨星阶段，最终以不同的方式结束生命太阳质量倍以下的恒星会平静地8演变为白矮星，而更大质量的恒星则会经历壮观的超新星爆发，在宇宙中播撒重元素，为新一代恒星和行星的形成提供原料太阳与太阳系太阳基本参数太阳系行星年龄约亿年八大行星按距离排列•46直径约万千米（地球的倍）•139109水星最靠近太阳的岩质行星

1.质量约千克（地球的倍）•2×10^30333,000金星表面温度最高的行星

2.表面温度约•5500°C地球唯一已知有生命的行星

3.核心温度约万•1500°C火星有证据表明曾有水存在

4.主要成分氢（）和氦（）•

73.5%

24.9%木星最大的行星，气态巨行星

5.土星以美丽的环系统著称

6.天王星自转轴几乎平行于轨道平面

7.海王星蓝色的冰巨行星

8.银河系介绍盘面结构银河系是一个典型的棒旋星系，其中心有一个直径约万光年的巨大棒状结构盘面厚1度约为光年，但直径高达万光年，呈现明显的扁平结构银河系盘面中分布着100010大量年轻恒星、恒星形成区和星际气体螺旋臂银河系拥有多条螺旋臂，包括英仙臂、人马臂、天鹅臂和外臂等太阳位于猎户臂上，距离银河系中心约万光年螺旋臂是恒星形成的活跃区域，因此常包含明亮的

2.6年轻恒星和发光星云中央核球银河系中央有一个球状突起，称为核球，直径约万光年核球中主要是年老的红色

1.6恒星在核球最中心位置，有一个质量约为太阳万倍的超大质量黑洞人马座400A*晕层包围整个银河系的是一个球状晕层，直径可达万光年晕层中分布着球状星团和古30老恒星，以及大量的暗物质这些球状星团通常包含数十万颗极其古老的恒星其他著名星系仙女座星系（）三角座星系（）星系M31M33M87这是距离银河系最近的大型螺旋星系，位于本星系群中的螺旋星系，距离约位于室女座星系团的巨椭圆星系，距离距离约万光年，是肉眼可见的最远万光年它是本星系群中第三大星约万光年它的中心黑洞是2503005300M87*天体之一它的直径约为万光年，比系，直径约万光年，较银河系小得人类拍摄的第一个黑洞照片的对象这226银河系大约大仙女座星系拥有约多三角座星系的结构非常松散，螺旋个黑洞质量约为太阳的亿倍，直径约50%65万亿颗恒星，与银河系将在约亿年臂清晰可见，是研究星系结构的理想对亿千米，是一个真正的宇宙巨兽145380后相撞合并象星系分类螺旋星系椭圆星系不规则星系螺旋星系具有明显的盘面结构和螺旋椭圆星系呈现球状或椭球状结构，没不规则星系没有对称的形状，形态复臂，中央有一个突起的核球这类星有明显的盘面和旋臂它们通常包含杂多变这类星系通常是由星系相互系通常包含大量年轻恒星、气体和尘年老的恒星，气体和尘埃较少，恒星作用或碰撞导致的，如大麦哲伦云和埃，是恒星形成的活跃区域螺旋星形成活动较弱椭圆星系的大小差异小麦哲伦云（银河系的伴星系）不系又可分为普通螺旋星系（如）很大，从矮椭圆星系到巨椭圆星系规则星系中往往有大量的气体和尘M31和棒旋星系（如银河系）（如），后者可能是由多个星系埃，恒星形成活动非常活跃M87合并形成的这种分类方法由美国天文学家埃德温哈勃于年提出，称为哈勃序列随着观测技术的发展，天文学家发现了更多星系类·1926型，如透镜状星系、环状星系等，使星系分类系统不断完善星团与超星系团宇宙网格星系分布在丝状结构上，中间是巨大空洞超星系团多个星系团的集合，如拉尼亚凯亚超星系团星系团3由数百到数千个星系组成，如室女座星系团星系群较小的星系集合，如本星系群单个星系如银河系、仙女座星系本星系群是我们所在的星系集合，包含约个星系，其中最大的是银河系和仙女座星系更大的结构是室女座超星系团，包含了约个星系群和星系团，总共约54100个星系最近发现的拉尼亚凯亚超星系团是一个更庞大的结构，直径约亿光年，包含了银河系在内的万多个星系1500510黑洞的奥秘什么是黑洞黑洞的形成黑洞是时空中的一个区域，其引力如此强大，以至于任何物质或辐射（包恒星级黑洞形成于大质量恒星的引力坍缩，当这些恒星耗尽核燃料后，核括光）一旦越过其事件视界，就无法逃逸黑洞的存在是爱因斯坦广义相心在不可阻挡的引力作用下坍缩如果残余质量超过太阳质量的倍，就3对论的直接推论，表明极端条件下时空会发生严重弯曲没有已知的力量能阻止它坍缩成黑洞黑洞的类型黑洞的观测黑洞按质量可分为恒星级黑洞（倍太阳质量）、中等质量黑洞年，事件视界望远镜团队发布了人类首张黑洞照片，拍摄对象是3-1002019M87（万倍太阳质量）和超大质量黑洞（万数十亿倍太阳质量）后星系中心的超大质量黑洞年，该团队又公布了银河系中心黑洞人100-11-2022者通常位于星系中心，如银河系中心的人马座马座的照片，为黑洞的存在提供了直接的视觉证据A*A*激变天体类星体伽马射线暴超新星类星体是宇宙中最明亮的伽马射线暴是宇宙中能量超新星是恒星生命末期的天体之一，是超大质量黑最强大的爆发之一，短短剧烈爆发，短时间内亮度洞吞噬周围物质时产生的几秒钟内释放的能量相当可增加数十亿倍，甚至超强烈辐射尽管类星体可于太阳整个寿命释放能量过其所在星系的亮度超能与一个星系一样大，但的总和它们可能来源于新星除了壮观的视觉现象其发出的光可比整个星系大质量恒星的核心坍缩或外，还是宇宙中重元素的还要亮数百倍最远的类中子星合并，产生强烈的主要来源，为生命必需的星体距离地球约亿光伽马射线辐射元素提供了重要来源130年脉冲星脉冲星是高速旋转的中子星，由于其磁极与旋转轴不重合，会产生周期性的电磁辐射脉冲这些脉冲像宇宙中的灯塔一样定时闪烁，周期极其稳定，可用作宇宙中的标准钟第三部分神秘天体系外行星探索探索太阳系外的行星，寻找可能存在生命的世界暗物质与暗能量研究揭开构成宇宙大部分但仍未直接观测到的神秘物质和能量极端天体物理现象解析理解黑洞、中子星等极端环境下的物理规律宇宙起源与命运探究从宇宙的过去推测其未来发展趋势在浩瀚的宇宙中，存在着许多神秘而奇特的天体，它们挑战着我们的认知，推动着科学的边界本部分将带您探索这些宇宙奥秘，了解现代天文学家如何利用先进技术揭开这些谜团行星系统与外星世界地球的独特性磁场保护大气层结构地球强大的磁场形成了磁层，有效阻挡了地球独特的大气层不仅提供了生物呼吸所太阳风和宇宙射线，保护地表生命免受辐需的氧气，还能过滤有害紫外线，维持合射伤害这种保护作用是维持生命长期演适的表面温度，并提供足够的气压使水保化的关键条件之一持液态液态水板块构造地球表面被水覆盖，是太阳系中唯一71%地球活跃的板块构造不仅塑造了地表地拥有大量液态水的行星水作为生命的溶形，还促进了碳循环，稳定了长期气候，剂和反应媒介，对生物化学反应至关重为生物进化提供了多样化的环境要地球上生命的出现和繁荣受益于多种因素的巧妙结合月球的存在稳定了地球自转轴的倾角，减少了季节变化的极端性；木星等大行星的引力保护减少了小天体撞击的频率这些因素共同创造了一个适合生命发展的绿洲小天体家族彗星小行星流星与陨石彗星是由冰、尘埃和岩石组成的小天小行星主要分布在火星和木星轨道之间当小块太空碎片进入地球大气层时，会体，当它们接近太阳时，表面的冰开始的小行星带中，大多数由岩石和金属组因摩擦而发光，形成流星每年都有几升华，形成特征性的彗尾著名的哈雷成最大的小行星是谷神星，直径约为次流星雨，如英仙座流星雨、狮子座流彗星每年围绕太阳运行一周彗星被公里小行星的研究有助于了解太星雨等如果较大的碎片能够穿过大气76940认为是太阳系早期的化石，保存了太阳系的形成历史，同时也需警惕近地小层到达地表，就成为陨石陨石是研究阳系形成时期的原始物质行星可能带来的撞击威胁太阳系早期历史的重要样本系外行星探测凌日法当行星从其恒星前方经过时，会导致恒星亮度轻微下降通过测量这种周期性变化，可以确定行星的存在开普勒太空望远镜和望远镜使用这种方法发现了数千颗系外行TESS星径向速度法行星围绕恒星运行时，会使恒星产生微小的摇摆通过测量恒星光谱的多普勒频移，可以推断出行星的质量和轨道这是最早成功的系外行星探测方法引力微透镜法当一个带行星的恒星从地球和背景恒星之间经过时，其引力会像透镜一样使背景恒星的光线弯曲，导致亮度短暂增加这种方法可以探测到距离地球很远的系外行星直接成像使用先进的光学技术直接拍摄系外行星的方法这种方法主要适用于年轻、发热、且离恒星较远的大行星詹姆斯韦伯空间望远镜有望通过这种方法获得更多系外行星的直接影·像神秘的信号快速射电暴（）脉冲星信号FRB快速射电暴是持续仅几毫秒的强烈无线电脉冲，能量相当于脉冲星是高速旋转的中子星，会发出极其规律的无线电脉冲太阳在一天内释放的能量总和自年首次发现以来，天信号当贝尔和休伊什于年首次探测到这些信号时，它20071967文学家已探测到数百个事件，其中一些会重复发生们的规律性如此精确，以至于科学家们一度考虑这可能是外FRB星文明的通信信号，将其命名为小绿人（）LGM的来源至今仍是天文学的一大谜团主流理论认为它们FRB可能来自于中子星的磁层活动、中子星与黑洞的合并、或磁尽管脉冲星最终被证实是自然现象，但其精确的滴答声已星的剧烈活动年，科学家确认了一个来自银河系内的被科学家用作宇宙中的时钟，帮助验证爱因斯坦的相对论，2020信号，这一突破为解开谜团提供了重要线索并被用于制作星际探测器上的宇宙地图，标示地球的位FRB置宇宙微波背景宇宙的第一道光微小的涟漪宇宙微波背景辐射（）是大爆炸约万年后宇宙变得宇宙微波背景在大尺度上看似均匀，但实际存在微小的温度CMB38透明时释放的光，现在因宇宙膨胀已红移至微波波段这是涟漪，大约只有的变化这些微小差异是宇宙早1/100,000我们能观测到的最古老的辐射，代表了宇宙的婴儿照片期密度扰动的遗迹，为后来星系和星系团的形成提供了种子年，彭齐亚斯和威尔逊意外发现了这种来自宇宙各个方、和普朗克卫星等空间任务精确测量了这些微1964COBE WMAP向的微弱辐射，为大爆炸理论提供了决定性证据，因此获得小涟漪通过分析这些数据，科学家们得出了宇宙年龄、组了年诺贝尔物理学奖成和演化的精确参数，构建了现代精密宇宙学的基础1978暗物质与暗能量之谜暗物质的证据暗物质候选者星系旋转曲线星系外围恒星的运行速度远高于根据可见物质计算的预期值微弱相互作用大质量粒子（）理论上的重粒子，只通过引力和弱相互作用与普WIMP通物质发生作用引力透镜效应光线经过星系团时的弯曲程度表明存在远超可见物质的质量轴子假设的轻粒子，可能在宇宙早期大量产生宇宙微波背景温度涟漪的分布与强度符合暗物质主导的结构形成模型原初黑洞宇宙早期形成的微小黑洞，大小从微观到行星级别不等暗能量的发现暗能量本质年，两个独立研究小组通过观测遥远超新星，发现宇宙膨胀正在加速，而非此前宇宙学常数爱因斯坦最初引入的概念，代表空间本身具有的能量密度1998认为的减速第五种力一种全新的基本力，随时间和空间变化这一发现推翻了物理学家对宇宙未来的理解，暗示存在一种神秘的排斥力暗能量，——修改引力理论暗能量可能不是一种物质或能量，而是引力在宇宙尺度上表现的偏差推动着空间本身的加速膨胀宇宙的命运大冷却如果暗能量密度维持不变，宇宙将持续加速膨胀恒星耗尽燃料，黑洞蒸发，宇宙温度逐渐接近绝对零度，进入热寂状态大撕裂如果暗能量密度随时间增加，宇宙膨胀将变得如此剧烈，最终撕裂所有结构，包括星系、恒星、行星，甚至原子和基本粒子大坍缩如果暗能量密度为负或引力最终战胜膨胀，宇宙膨胀将停止并开始收缩，最终所有物质重新汇聚成一个高温高密度的奇点宇宙的最终命运取决于暗能量的本质和宇宙总能量密度根据最新观测数据，大冷却或热寂似乎是最可能的结局，但我们对暗能量的理解仍然有限，未来的观测可能带来新的转折一些循环宇宙理论认为，宇宙可能经历无限循环的膨胀和收缩，或者通过量子隧穿效应产生新的婴儿宇宙第四部分宇宙探索与前沿人类对宇宙的探索从未停止从最早的望远镜观测，到现代复杂的空间任务，我们不断突破技术边界，窥探宇宙奥秘本部分将介绍人类探索宇宙的重要里程碑、最新科学发现以及未来的宏伟计划，展示科学探索的无限可能天文望远镜发展年伽利略望远镜11609-伽利略使用自制的简易折射望远镜观测天空，发现了木星的四颗大卫星和金星的相位变化年赫歇尔反射镜1789-威廉赫歇尔建造了当时世界最大的反射望远镜，口径米，发现了天王·

1.2星年威尔逊山天文台1917-建成当时世界最大的米胡克望远镜，开启了现代天体物理学研究时代

2.5年哈勃空间望远镜1990-人类首个大型空间望远镜，米口径，提供了无与伦比的宇宙清晰图像

2.4年中国天眼2016-FAST世界最大单口径射电望远镜，米口径，极大提升了脉冲星和快速射电500暴的探测能力年詹姆斯韦伯空间望远镜2021-·米口径，主要在红外波段观测，能够探测宇宙早期形成的第一批星系

6.5人类太空探索历程年11961尤里加加林搭乘东方号飞船完成人类首次太空飞行，绕地球飞行一·1周2年1969阿波罗号任务中，尼尔阿姆斯特朗和巴兹奥尔德林成为首批登上月11··球的人类年31986苏联发射和平号空间站，开创了长期载人空间站时代4年2003杨利伟搭乘神舟五号飞船进入太空，中国成为第三个独立将人送入太空的国家年52021中国建成天宫空间站，成为继国际空间站后人类在轨的第二个空间站人类太空探索的每一步都凝聚着无数科学家和工程师的智慧与汗水从最初的太空竞赛，到后来的国际合作，再到近年来商业航天的兴起，人类探索太空的方式不断演进未来，随着技术的发展，更远的太空旅程将成为可能，月球基地、火星探索甚至更遥远的星际旅行都在人类的规划之中探索太阳系旅行者任务卡西尼惠更斯任务中国的行星探测-旅行者号和号于年发射，已成为这一联合任务于年发射，年到年，中国发射了首个火星探测器天121977199720042020人类探测最远的物体年，旅行者达土星系统卡西尼号在土星轨道运行问一号年月，祝融号火星车201211320215号成为首个进入星际空间的人造物体，现年，详细研究了土星环和卫星系统惠更成功着陆于火星乌托邦平原，成为中国首在距离地球已超过亿千米，仍在向太斯探测器成功降落在土星最大卫星泰坦个在外星球表面行走的探测器这标志着230阳系外发送数据探测器携带了金唱片上，揭示了这个拥有浓厚大气层的神秘世中国深空探测能力的重大突破未来，中，记录地球文明信息，作为给外星文明界该任务于年月结束，卡西尼号国还计划开展火星采样返回、小行星探测20179的信件按计划坠入土星大气层等深空任务火星探测的新纪元美国毅力号探测器中国祝融号探测器毅力号火星车于年月发射，年月成功着陆于祝融号火星车是中国首个火星探测器，作为天问一号任2020720212火星杰泽罗陨石坑这是最先进的火星探测器，配备务的一部分于年月成功着陆在火星乌托邦平原它配NASA20215了台摄像机、两个麦克风和复杂的科学仪器备了全景相机、地形相机、地下穿透雷达等科学设备23其主要任务包括寻找古代微生物生命迹象；绘制火星地质在计划的个火星日（约个地球日）任务期内，祝融号9092环境图；收集岩石和土壤样本，为未来的样本返回任务做准实际工作了近一年，行驶约千米，采集了大量火星表面数2备毅力号还携带了机智号直升机，实现了人类在另一据和高清影像它发现了火星上的水活动证据，为研究火星个星球的首次动力飞行的地质历史和水环境提供了重要数据深空探测任务欧罗巴快帆计划计划于年发射欧罗巴快帆探测器，目标是研究木星的卫星欧罗巴科学家认为欧罗巴NASA2024表面冰层下可能存在液态水海洋，是太阳系内最有可能孕育生命的场所之一探测器将进行多次飞掠，详细研究欧罗巴的表面特征和潜在的水汽喷流罗塞塔菲莱任务/这一欧空局任务于年发射，年成功到达楚留莫夫格拉西门科彗星罗塞塔探测器2004201467P/-对彗星进行了详细观测，并释放菲莱着陆器成功降落在彗星表面，成为第一个在彗星上软着陆的人造物体任务收集的数据帮助科学家了解太阳系早期的物质组成旅行者星际任务旅行者号和号发射于年，完成对外行星的探测后继续向星际空间飞行旅行者号于12197712012年进入星际空间，成为人类第一个离开日光层的人造物体，目前距离地球超过亿千米尽管发230射已超过年，两艘探测器仍在工作，持续发回有关星际空间的宝贵数据45新视野号冥王星探测新视野号于年发射，年成功飞掠冥王星系统，获取了首批清晰的冥王星表面照片，彻底20062015改变了科学家对这颗矮行星的认识之后，它又在年飞掠了柯伊伯带天体天涯海角，这是2019人类探测的最遥远天体目前，探测器继续向太阳系边缘前进引力波的发现爱因斯坦的预言直接探测成功年，爱因斯坦在广义相对论中预测了引力波的存在引（激光干涉引力波天文台）是为探测引力波而设计的1916LIGO力波是时空的涟漪，由加速运动的大质量天体产生，以光速大型装置，由两个相距公里的探测站组成，位于美国华3000传播然而，这种波动极其微弱，以至于爱因斯坦本人认为盛顿州和路易斯安那州它能测量到比质子直径还小倍1000它们可能永远无法被探测到的长度变化年，赫尔斯和泰勒发现一对绕转的中子星（年月日，探测到了来自距离地球亿光年的1974PSR2015914LIGO13）的轨道周期在缓慢减小，与引力波辐射带走能两个黑洞合并事件产生的引力波信号，这是人类首次直接探B1913+16量的预测完全吻合这一间接证据为引力波的存在提供了有测到引力波这一发现开创了引力波天文学的新时代，为天力支持，两位科学家因此获得年诺贝尔物理学奖文学家提供了观测宇宙的全新窗口年，团队的19932017LIGO三位科学家因此获得诺贝尔物理学奖科学前沿中国的宇宙探索天宫空间站2021年4月，天宫空间站核心舱天和成功发射，标志着中国空间站建设正式启动经过多次发射任务，天宫空间站于2022年底完成在轨组装，成为继国际空间站之后，人类在轨的第二个空间站天宫空间站设计寿命不少于10年，将成为中国长期开展太空科学实验和技术验证的重要平台空间站上配备了多个科学实验柜，支持空间生命科学、微重力流体物理、空间材料科学等研究悟空暗物质探测2015年12月，中国发射了悟空号暗物质粒子探测卫星，它是世界上首个专门探测高能电子和伽马射线的空间天文卫星，旨在寻找暗物质粒子存在的间接证据悟空号具有世界领先的能量分辨率和粒子鉴别能力，运行多年来已获取大量高能宇宙射线数据2017年，它发现了高能电子能谱中的异常结构，可能与暗物质相关，引起国际天文学界广泛关注射电望远镜FAST2016年建成的500米口径球面射电望远镜（FAST），被誉为中国天眼，是世界最大的单口径射电望远镜它的灵敏度比此前的阿雷西博望远镜高

2.5倍投入使用以来，FAST已发现超过600颗新脉冲星和数百个快速射电暴2020年，科学家利用FAST首次探测到银河系内的快速射电暴，为解开这一宇宙谜团提供了关键线索未来展望中国正在规划更多雄心勃勃的太空探索项目，包括月球南极考察、火星样本返回任务、小行星探测以及木星系统探测等此外，中国还计划在2030年前建设国际月球科研站，推动人类深空探索的国际合作地外文明探索（）SETI射电望远镜搜索光学技术特征探测SETI使用大型射电望远镜如美国的搜索可能的激光脉冲信号，这搜索外星文明可能留下的技术阿雷西博望远镜（已坍塌）和种信号可能是外星文明用于通活动痕迹，如工业污染物、戴中国的望远镜扫描天空，信的方式激光信号相比无线森球等大型结构、或行星大气FAST寻找可能的人工无线电信号电信号有更好的方向性和能量中的人工化学物质开普勒和突破聆听项目投入亿美元，效率突破观察项目使用自等探测器的数据被用来寻1TESS使用世界上最强大的射电望远动化望远镜监测数百万颗恒找可能是人工结构导致的异常镜搜索最近的万颗恒星系星，寻找纳秒级的激光闪光恒星光变100统主动信息发送人类也尝试向宇宙发送信息，如年的阿雷西博信息、旅1974行者探测器上的金唱片等然而，这种做法存在争议，有科学家担忧引起潜在敌对文明的注意可能带来风险宇宙探索中遇到的难题通信延迟极端距离与火星通信延迟分钟，与更远天4-24体的通信需要数小时甚至数年即使使用最快的现有推进技术，到达最近的恒星系统也需要数万年辐射危害太空辐射对宇航员健康和设备电子系统构成严重威胁微重力环境5资源限制长期失重导致肌肉萎缩、骨质流失和其他健康问题长期太空任务需要解决食物、水、氧4气和能源的自给自足问题宇宙探索的巨大挑战催生了无数技术创新，从高效推进系统到生命支持系统，从辐射防护到太空农业未来的深空探索将需要更多突破性技术，如核聚变推进、人工技术、闭环生态系统以及先进的自主化人工智能系统这些技术不仅服务于太空hibernation探索，也将为地球上的生活带来革命性改变人类未来的宇宙计划重返月球建立永久月球基地，作为深空探索的跳板火星移民在火星建立自给自足的人类殖民地小行星采矿开发小行星丰富的矿产资源星际探索向比邻星等最近恒星系统发送探测器阿尔忒弥斯计划是领导的国际合作项目，目标是年重返月球并建立可持续的月球前哨站中国和俄罗斯也宣布合作建设国际月球科研站，计划在年NASA20252030代初期开始建设对火星的载人探索是多国航天机构和私营公司如的长期目标技术挑战包括减少旅行时间、防护宇航员免受辐射伤害、在火星表面建立可持续栖息地等尽SpaceX管挑战巨大，但许多专家认为，人类可能在本世纪中叶前实现火星移民的初步阶段第五部分奇幻宇宙遐想在科学观测与理论预测之外，人类对宇宙本质的思考从未停止从哲学家到物理学家，从科幻作家到艺术家，无数人试图描绘和理解宇宙的终极奥秘在这一部分，我们将探索一些最前沿、最大胆的宇宙理论和假说，以及它们如何影响人类对宇宙和自身存在的理解著名的宇宙假说多重宇宙理论虚拟宇宙（模拟宇宙假说）多重宇宙理论提出我们的宇宙可能只是无限多个宇宙中的一模拟宇宙假说认为，我们的现实可能是一个由更高级文明创个这一观点有多种变体，包括量子力学的多世界诠释、弦造的计算机模拟这一想法受到技术发展的启发如果我们理论的膜宇宙观、以及宇宙膨胀产生的泡沫宇宙等自己的文明继续发展，创造极其复杂的模拟将变得可能每个平行宇宙可能有完全不同的物理定律和常数，多数可能牛津哲学家尼克博斯特罗姆提出，如果高级文明能够创造·不适合生命存在这一理论可以解释为什么我们的宇宙似乎包含有意识生命的模拟，那么模拟的数量将远超真实宇宙的被微调以支持生命存在在无数可能性中，我们只能在数量，因此从概率上讲，我们更可能生活在模拟中而非基——适合生命存在的宇宙中观测到自己础现实这一假说引发了关于意识本质、自由意志和现实定义的深刻哲学问题幻想中的太空文明三型文明掌控星系能量，建造戴森球，实现星际殖民二型文明掌控恒星能量，改造行星，延长寿命一型文明掌控行星能量，气候控制，太空旅行零型文明依赖有限资源，如现在的人类文明卡尔达肖夫量表是苏联天文学家尼古拉卡尔达肖夫提出的文明发展度量标准，基于能量利用能力将文明分为三个主要等级根据这一标准，人类文明目前处于级·

0.7左右，尚未完全掌控地球能量费米悖论提出了一个令人不安的问题如果宇宙中存在众多外星文明，为何我们尚未探测到它们的存在？可能的解释包括高级文明极为罕见；文明往往自我毁灭；高级文明选择隐藏自己；或者存在某种大过滤器阻止大多数文明达到星际文明阶段这种大过滤器可能是我们已经通过的障碍，或者是我们尚未面临的挑战宇宙的未来与结局设想热寂宇宙根据热力学第二定律，宇宙将逐渐趋向热平衡状态恒星耗尽燃料，黑洞通过霍金辐射蒸发，质子可能衰变，最终宇宙中只剩下均匀分布的辐射，温度接近绝对零度这被称为宇宙的热寂或大冷冻循环宇宙理论循环宇宙理论认为宇宙经历无限循环的膨胀和收缩每个循环以大爆炸开始，经历膨胀阶段，然后收缩回一个大挤压，再触发新的大爆炸这一理论避免了宇宙有开始的概念，提供了宇宙无限延续的可能性婴儿宇宙与多重宇宙一些理论认为黑洞内部可能产生婴儿宇宙，从我们的宇宙分枝出去，形成与我们宇宙无法直接交流的新宇宙如果这一过程普遍存在，就可能产生无限多的宇宙，形成宇宙之树量子真空重生即使在热寂状态下，量子涨落仍然存在理论上，经过足够长的时间（远超当前宇宙年龄），量子涨落可能导致新的大爆炸，创造全新的宇宙这提供了宇宙可能的死而复生机制宇宙与艺术梵高的《星夜》中国古代天象图现代影视中的宇宙文森特梵高于年创作的《星夜》是西中国是世界上最早系统记录天象的文明之从《太空漫游》到《星际穿越》，科幻·18892001方艺术史上最著名的天文主题作品之一画一早在商周时期，中国就有了详细的星象电影不断塑造着公众对宇宙的想象这些作中旋转的星云和明亮的星体以夸张而富有情观测记录敦煌莫高窟的壁画和宋代苏颂设品往往结合最新的科学理论和艺术创意，呈感的方式表现了夜空的动态美有趣的是，计的水运仪象台都体现了中国古人对天文的现出引人入胜的宇宙景象虽然有些艺术处梵高所画的旋涡状结构与实际的湍流现象有深入了解中国古代的二十八宿与黄道十二理与科学现实存在差异，但许多经典科幻作着惊人的相似性，显示出艺术家对自然现象宫系统将天空划分为不同区域，并与地上的品的创作都有科学顾问参与，努力在科学准的敏锐直觉政治、农业活动紧密结合确性和视觉震撼之间取得平衡现实与幻想的碰撞从科幻到现实科学发现激发创作许多最初出现在科幻作品中的设想后来成为现实朱尔凡尔纳在科学发现频繁地为文学和艺术创作提供灵感爱因斯坦的相对论启发·1865年的小说《从地球到月球》中描述的太空旅行方式与一个世纪后阿波了许多关于时间旅行和扭曲空间的科幻故事量子力学的不确定性和罗计划使用的技术惊人相似阿瑟克拉克在年提出的地球同步通多世界解释成为探讨平行宇宙和多重现实的丰富素材刘慈欣的《三·1945信卫星概念，如今已成为全球通信基础设施的核心体》正是建立在对基础物理问题深刻思考的基础上想象力的价值扩展认知边界想象力不仅对艺术创作重要，对科学突破同样关键许多重大科学理无论是艺术创作还是科学探索，都在不断挑战和扩展人类的认知边论最初都以思想实验的形式出现，如爱因斯坦想象自己骑在光束上旅界天文摄影艺术家通过特殊技术捕捉肉眼看不见的宇宙景象；理论行科幻作品提出的大胆假设常常启发科学家思考新的研究方向和可物理学家构建描述高维空间的数学模型；科幻作家想象远超当前技术能性，形成科学与艺术之间的良性互动循环的未来社会这些努力共同丰富了人类对宇宙的理解认识宇宙的意义哲学意义宇宙学研究直接面对人类最古老的哲学问题我们从何而来？宇宙有起点吗？是否存在创造者？现代宇宙学虽然无法完全回答这些问题，但提供了基于证据的思考框架，帮助人们在科学背景下重新审视这些永恒议题认知演化人类对宇宙的认识经历了从地心说到日心说，从静态宇宙到膨胀宇宙的革命性转变每一次宇宙观的更新都深刻改变了人类的自我定位从宇宙中心到宇宙边缘，从特殊存在到平凡一员这种哥白尼式革命——促使人类不断反思自身在宇宙中的位置科技驱动对宇宙的探索催生了无数尖端技术从最初的天文观测仪器到现代空间技术，天文学研究一直是科技创新的强大驱动力许多最初为天文研究开发的技术，如传感器、无线通信、图像处理算法等，后来广CCD泛应用于日常生活人类共同使命宇宙探索是超越国界、文化和意识形态的人类共同事业国际空间站、大型粒子对撞机等项目展示了国际合作的力量面对宇宙的浩瀚，人类的分歧显得微不足道，这种认识有助于培养全球视野和人类命运共同体意识总结与展望认识宇宙的进程从古代天文观测到现代宇宙学理论，人类对宇宙的理解经历了长期演进每一次重大发现都改变了我们看待宇宙的方式，从地心说到日心说，从静态宇宙到膨胀宇宙，从单一宇宙到可能的多重宇宙这一过程展示了科学认知的自我修正和进步特性当前的知识边界尽管取得了巨大进步，我们对宇宙的认识仍然有限暗物质和暗能量的本质、宇宙最初的奇点状态、量子引力问题等关键谜团仍未解决宇宙中可能存在的外星文明以及生命起源等问题依然充满未知这些未解之谜既是当前研究的挑战，也是未来探索的方向未来的探索路径未来的宇宙探索将涉及更精确的宇宙学观测、更深入的微观物理研究、更广泛的外星生命搜寻以及更远的太空探测任务随着计算能力和观测技术的提升，我们有望在宇宙起源、结构和演化等基本问题上取得突破性进展，书写宇宙科学的新篇章宇宙与人类未来探索宇宙不仅关乎满足好奇心，也关乎人类的长期生存和发展地球资源有限，自然灾害和环境问题日益严峻，向太空拓展可能是人类文明的必然选择太空探索带来的科技进步、资源开发和居住空间扩展将为人类提供新的发展契机，塑造一个更加广阔的未来奇幻的宇宙之旅到此告一段落，但探索永无止境希望这次课程能点燃您对宇宙奥秘的好奇心，激发进一步了解和探索的热情无论是作为专业研究者还是业余爱好者，每个人都可以成为这场伟大探索的参与者和见证者宇宙的奇幻故事还在继续，等待着我们共同书写。