高中物理教師進階研習教材 宇宙學簡介

高中物理教師進階研習教材高中物理教師進階研習教材宇宙學簡介宇宙學簡介

高文芳 高文芳 交大物理所交大物理所2006/2/9-102006/2/9-10

gore@mail.nctu.edu.twgore@mail.nctu.edu.tw0968-99-10810968-99-1081

久久 一定久久 一定 (( 認認 )) 識伊識伊

認識台灣 認識太認識台灣 認識太陽系陽系

台灣台灣 100100 分分

地球 太陽系 照片取自 NASA 網站 部分手繪圖片為作者自繪http://antwrp.gsfc.nasa.gov/apod/image/earth_1_apollo17_big.jpg

1 53 42 6 7 8 9 10

認識台灣 認識太認識台灣 認識太陽系陽系

台灣台灣 100100 分分

100100 個玉山疊羅漢個玉山疊羅漢正好和正好和

台灣南北長度一樣台灣南北長度一樣

台灣繞地台灣繞地球走一圈球走一圈約為約為 100100

步步。。地球的圓週地球的圓週長長 (( 約約 44 萬萬公里公里 )) 約為約為台灣南北距台灣南北距離離 (( 約約 400400公里公里 )) 的的 1010

00 倍倍

地球的直徑地球的直徑 (( 約約 1280012800 公里公里 )) 約為台灣腰部約為台灣腰部 (( 約約在大甲溪口到立霧溪口在大甲溪口到立霧溪口，，距離約距離約 128128 公里公里 )) 寬寬

的的 100100 倍倍

1 53 42 6 7 8 9 10

100 個台灣肩併肩剛好橫跨地球直徑

100 個地球

太陽裡可以排太陽裡可以排 100100 個地球個地球

太陽走一百步就可從太陽左邊走到右邊太陽走一百步就可從太陽左邊走到右邊太陽的直徑約為地球直徑太陽的直徑約為地球直徑 (( 約約 1280012800 公里公里 )) 的的 100100 倍：倍：

太陽到地球一路可以排太陽到地球一路可以排 100100 個太陽個太陽太陽走一百步就可以到達地球太陽走一百步就可以到達地球

太陽到地球的距離約為太陽直徑的 100 倍 , 叫做一個天文單位 (AU, Astronomical Unit)

1 53 42 6 7 8 9 10太陽的位置 地球的位置

相距 100 個太陽

太陽系行星與太陽的距離太陽系行星與太陽的距離

有人認為是第有人認為是第 1010 號行星的 號行星的 UB313UB313 ：：與太陽的距離也差不多是地球與太陽距與太陽的距離也差不多是地球與太陽距

離的離的 100100 倍倍

地球 0.15bn km

冥王星 5.9 bn km

UB313~100AU

http://www.astro.virginia.edu/~mnc3z/images/astro121/oort_cloud.gif

繞太陽的軌道半繞太陽的軌道半徑（徑（ 38 38 ～～ 97 A97 A

UU ） ）

http://www.tam.gov.tw/news/2006/200601/2003ub313.jpg

仙女座 仙女座 M31.NGC 224 M31.NGC 224 AndromedaAndromeda d ~ 2900 (kly) ~ 10d ~ 2900 (kly) ~ 106 6 ly ly

NASA

http://cosmicweb.uchicago.edu/images/bnr0647.gif

http://www.nasa.gov/centers/goddard/images/content/97044main_upper-left_t.jpg

地球到其他標的之距離（光年）地球到其他標的之距離（光年） 月亮 月亮 30De ~ 4×1030De ~ 4×10-8-8 [Dm~0.27De] [Dm~0.27De] 太陽太陽 1.59×101.59×10-5-5 （（ ~500sec~500sec ）） PlutoPluto 6×106×10-4-4

α—Centauriα—Centauri 44 銀河系中心銀河系中心 3000030000 星系大小 星系大小 ~ 10~ 1066;  ;  厚約厚約 50005000 最近之星系最近之星系 2× 102× 1066

宇宙邊緣宇宙邊緣 15×1015×1099

比較正確的數字比較正確的數字 地球赤道半徑約為地球赤道半徑約為 63786378 公里公里 太陽半徑約為太陽半徑約為 6.9599x106.9599x1055 公里公里 地球到太陽平均距離約為地球到太陽平均距離約為 149.598149.598 百萬公里百萬公里 台灣南北長台灣南北長 394394 公里，東西公里，東西最最寬約寬約 140140 公里，山公里，山

脈縱貫南北，超過海拔脈縱貫南北，超過海拔 30003000 公尺的高山約有公尺的高山約有 200200餘座（王鑫，餘座（王鑫， 19801980 ））http://contest.ks.edu.tw/~river/know/2000know/active/active1.htmhttp://contest.ks.edu.tw/~river/know/2000know/active/active1.htm

光速約為光速約為 299,792,458 299,792,458 公尺公尺 // 秒，一秒約可繞地球秒，一秒約可繞地球77 圈半圈半

太陽系最外圍為吳耳特塵帶太陽系最外圍為吳耳特塵帶 [Oort cloud], [Oort cloud], 是彗星是彗星的原鄉的原鄉 , , 距太陽約為距太陽約為 50000~100000AU, 50000~100000AU, 約略可記約略可記成成 11 光年光年

考考你考考你 物理界四大天王為哪四人物理界四大天王為哪四人 ?? 物理依其研究的對象可分成哪三類物理依其研究的對象可分成哪三類 ?? 地球圓周長約為台灣南北長度的幾倍地球圓周長約為台灣南北長度的幾倍 ?? 太陽直徑約為地球直徑的幾倍太陽直徑約為地球直徑的幾倍 ?? 太陽到地球平均距離約為太陽直徑多少太陽到地球平均距離約為太陽直徑多少

倍倍 ??

宇宙年曆宇宙年曆

如果宇宙一年相當於於地球一百如果宇宙一年相當於於地球一百五十億年，那麼。。。五十億年，那麼。。。 150150 億年億年 =1.5×1010=1.5×1010

年年

宇宙年曆宇宙年曆 年年 月月 天天 小時小時 分分 秒秒

地球年地球年 150150 億年億年 1212 億年億年 4.14.1 千萬年千萬年 1.71.7 百萬年百萬年 2.92.9 萬年萬年 476476 年年

宇宙年曆 重要記事 相當於地球年

1月 1日凌晨

0:00 Bang，宇宙大霹靂 0

6.7×10-11 s Nuclear synthesis，造物纪，原子核形成

1 s

1.2×10-8 s First three minutes，雛型初具 3 min

1 min Matter dominated，物質主控的宇宙 3×104 yr

10.5 min LSS Last Scattering Surface，光子成了寡人

3×105 yr

2月 1日 星系初入江湖 12億年

9月 1日 太陽系初試啼聲 100億年=50億年前

12月 20日 寒武季初期，大量生物出現地球，古生代開始

5億年前

12月 25日 寒武季生物大量滅絕，恐龍世紀，中生代開始

2.5億年前

12月 30日正午

恐龍滅絕，新生代開始 0.65億年前

宇宙年曆 重要記事 相當於地球年

12月 31日晚上

7:00 台灣島出現江湖 9百萬年前

11:00 原人出現 2百萬年前

11:59 真人出現 3萬年前

11:59:54 文字出現 3000年前

11:59:59 物理學家一統江湖 400年前

11:59:59.8 愛因斯坦笑傲江湖 100年前

宇宙宇宙年年

100100年年

11 年年 月月 天天 小時小時 分分 //秒秒

地球地球年年

150150億億年年

1.51.5億億年年

1.251.25千千萬萬年年

4141 萬萬年年

1.71.7萬萬年年

285285年年 //4.84.8年年

宇宙現在如果宇宙現在如果 100100 歲，實際上的對歲，實際上的對照表照表

宇宙春秋 宇宙春秋 100100 年年

如果宇宙如果宇宙老爺爺現老爺爺現在已經在已經 1010

00 歲了歲了

這就是宇這就是宇宙的成長宙的成長

日誌日誌

大霹靂一聲響 我們的宇宙誕生了大霹靂一聲響 我們的宇宙誕生了00 歲 歲

宇宙時間 0 ： 00

http://www.sp.uconn.edu/~bi107vc/images/cell/sperm+egg.JPG

1.2×101.2×10-6-6 秒 宇宙胚胎在宇宙的媽秒 宇宙胚胎在宇宙的媽媽肚子裡已經初具雛形了媽肚子裡已經初具雛形了

宇宙時間 0 ： 03

http://www.pbs.org/wgbh/nova/genome/images/manipulate_fetus_l.jpg

11 ：： 46 46 宇宙裡到處都是氫原子和宇宙裡到處都是氫原子和氦原子，是宇宙成長的重要養分氦原子，是宇宙成長的重要養分

宇宙時間 3 萬年

1717 ：： 3939 ，宇宙變成透明的，宇宙，宇宙變成透明的，宇宙胚胎在媽媽的肚子裡清晰可鑑胚胎在媽媽的肚子裡清晰可鑑

宇宙時間 30 萬年http://www.catholic-forum.com/catholicteacher/abortion_fivemonths.jpg

88 歲 星系寶寶誕生了，宇宙爺爺歲 星系寶寶誕生了，宇宙爺爺第一次當爸爸第一次當爸爸

宇宙時間 12 億年

NASA

http://images.scran.ac.uk/RB/images/thumb/0962/09623241.jpg

6666 歲 歲 88 月 太陽系寶寶誕生了，月 太陽系寶寶誕生了，宇宙爺爺變成阿公了宇宙爺爺變成阿公了

宇宙時間 100 億年http://antwrp.gsfc.nasa.gov/apod/image/sun_skylab.gif

http://antwrp.gsfc.nasa.gov/apod/image/earth_1_apollo17_big.jpg

9696 歲 歲 44 月 寒武季初期，大量生物月 寒武季初期，大量生物出現地球，古生代開始出現地球，古生代開始

三葉虫三葉虫

宇宙時間 5 億年前http://www.astro.com.tw/images/Fos8.jpg

9898 歲 歲 44 月 寒武季生物大量滅絕，月 寒武季生物大量滅絕，恐龍的世紀恐龍的世紀

宇宙時間 2.5 億年前http://www.nmns.edu.tw/2003/active_nmns/images/20040804-dino.jpg

9999 歲 歲 77 月月 2525 日 恐龍滅絕，新生日 恐龍滅絕，新生代開始代開始

宇宙時間 6500 萬年前http://www.nmns.edu.tw/

9999 歲 歲 1212 月月 99 日 台灣島出現江日 台灣島出現江湖湖

宇宙時間 900 萬年前http://www.tectonics.caltech.edu/facilities/images/taiwan_gps.jpg

9999 歲 歲 1212 月月 2525 日 原人出現日 原人出現

http://www.golden5.net/blog/archives/img/cinema/pekingenjin.gif

宇宙時間 200 萬年前

9999 歲 歲 1212 月月 3131 日 日 2222 ：： 15 15 真人真人出現出現

宇宙時間 3 萬年前http://hk.geocities.com/joy85202003/doremi/b04.jpg

23:49:30 23:49:30 文字出現文字出現

宇宙時間 3000 年前http://arts.nthu.edu.tw/NewWww/Exhibition/1994-11-14/pictures/mag-2.gif

23:58:36 23:58:36 物理學家一統江湖物理學家一統江湖

宇宙時間 400 年前

23:59:39 23:59:39 愛因斯坦笑傲江湖愛因斯坦笑傲江湖

宇宙時間 100 年前

Picture Credit Picture Credit http://www.sp.uconn.edu/~bi107vc/images/cell/sperm+egg.JPG http://www.pbs.org/wgbh/nova/genome/images/manipulate_fetus_l.jpg http://www.catholic-forum.com/catholicteacher/abortion_fivemonths.jpg http://images.scran.ac.uk/RB/images/thumb/0962/09623241.jpg NASA http://www.astro.com.tw/images/Fos8.jpg http://www.nmns.edu.tw/2003/active_nmns/images/20040804-dino.jpg http://www.tectonics.caltech.edu/ facilities/images/taiwan_gps.jpg http://www.tectonics.caltech.edu/ facilities/images/taiwan_gps.jpg http://www.golden5.net/blog/ archives/img/cinema/pekingenjin.gifhttp://hk.geocities.com/joy85202003/doremi/b04.jpg http://arts.nthu.edu.tw/NewWww/ Exhibition/1994-11-14/pictures/mag-2.gifhttp://eo.ucar.edu/skymath/Galileo.jpg http://www.willamette.edu/cla/physics/images/famous/einstein_child.jpg