高职院校素质教育课程《现代科技发展概论》备课笔记.docx
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高职院校素质教育课程《现代科技发展概论》备课笔记
第五章天体的起源与演化（上）
计划课时：
2课时。
教学内容：
第一节宇宙概貌；
第二节宇宙的起源与演化；
大纲要求：
1、理解天体与天体系统，了解天文学史上的三次飞跃。
2、理解“大爆炸”理论，了解宇宙的起源与演化。
教学重点：
1、太阳系、银河系、河外星系和总星系的概念，太阳系的主要特征有哪些？
2、什么是大爆炸宇宙学说？
紫——重点、咖啡——次重点、绿——标题。
板书设计第五章天体的起源与演化（上）
见多媒体课件5
授课教案第五章天体的起源与演化（上）
第五章天体的起源与演化
天体、地球、生命、人类的起源与演化问题，是自然科学中的基本理论问题。
天体的起源和演化是现代天文学研究的重要内容。
从古到今，生活在宇宙中的人们一直不断探索、寻找答案。
随着天文观测手段的进步和完善，以及现代天文学的不断发展，人们已逐渐认识到宇宙是由各种天体和天体系统所构成的总星系。
宇宙、恒星以及太阳系都有形成、发展和消亡的演化过程。
目前，人类的目光已经由地球进入太阳系，由银河系扩展到河外星系。
人们凭借现代天文观测所获得的大量事实证据，以及严密科学的理论论证，已能大体上勾勒出太阳系、恒星乃至整个宇宙起源和演化的生动画卷，并由此诞生了一门从整体上研究宇宙的结构和演化的天文学分支----宇宙学。
人们对天体、宇宙的认识正在不断走向深入。
目前，天文学研究的范围，从距离上已达约150亿光年的空间尺度，从时间上可追溯到约150亿年前发生的事件。
现代宇宙学所面临的黑洞、类星体、暗物质、正反物质不对称、微观与宇观的统一等等一系列的问题还有待于21世纪去解决。
第一节宇宙概貌
天文学是研究宇宙中天体的位置、分布、运动、结构、物理状态、化学组成和演化规律的科学，是自然科学六大基础学科之一。
现代天文学的三大特点：
一、进入了全电磁波段观测的时代。
以地面为基地的大型光学望远镜和射电望远镜和以太空为基地的X射线、γ射线、紫外、红外望远镜相结合的全波段观测体系已经建成，各个波段望远镜采用现代最先进的尖端技术，成为天文学家探索宇宙奥秘的强有力的工具。
二、天文空间探测已经有了令人瞩目进展。
不仅将望远镜送入太空，而且实现了宇航员进入月球、探测器在火星、金星表面登陆和考察以及众多的宇宙飞船到各大行星附近的观测。
三、已进入天文学和物理学紧密结合、相互促进的时代。
17世纪，牛顿以经典力学为基础创立了天体力学；19世纪的量子力学、相对论和高能物理学奠定了现代宇宙学的基础。
从20世纪70年代开始，天文学的巨大成就已使9个天文项目12名天文学家荣获诺贝尔物理学奖。
一、人类对宇宙结构的认识
天文学的研究对象是宇宙中的所有天体，包括宇宙本身。
1、天体
天体是宇宙间各种物质客体的总称。
宇宙间的各种星体和星际物质都叫天体。
例如:
星云、恒星、行星、卫星、彗星、流星等
星云——由气体和尘埃物质组成的星际弥漫物质。
它的特点是体积和质量巨大、密度极小、温度极低。
星云中平均每立方厘米只有几百个原子，但整个星云的质量可以比太阳大几千倍，直径由几十光年到几百光年，温度在摄氏零下173到263度之间。
恒星：
恒星质量很大、温度很高、自身能发光的天体。
太阳是一颗中等大小的恒星，其质量为
吨，半径为
千米，表面温度为6000℃，中心温度约1500万℃以上，太阳的巨大能量主要来自于其内部的氢核聚变反应。
行星——围绕恒星运转、自身不发光的天体。
行星目前只在太阳系中实际观测到。
卫星——围绕行星运转、自身不发光的天体。
目前在太阳系中已经发现40多颗卫星，木星的卫星最多。
木星和土星还具有美丽的光环，这是由围绕行星运转的大量小的星际物质构成的物质环，因反射太阳光而发亮。
彗星——沿椭圆轨道绕太阳运转的,一般由冰粒、尘埃和气体组成天体，比行星体积大。
目前已发现的彗星有1000多颗，哈雷彗星、波普－海尔彗星、白武彗星就是其中的几个。
彗星在接近太阳时，由于太阳的高温影响，形成明亮的慧核、慧发和慧尾，人们据此将其称之为“扫帚星”。
流星——闯入地球的极小天体。
在与地球大气层摩擦后燃烧发光，形成一闪而过的流星。
流星有单过的，也有大量流星形成的壮观的流星雨。
2、天体系统
天体系统——各种天体按照一定的规律围绕中心天体旋转运动，组成有一定从属关系的系统，也称为星系。
天体系统有地月系、太阳系、银河系、河外星系和总星系。
地月系——由卫星围绕行星运转而形成的星系。
地球和月亮是其中之一，地月系是天体系统中最小的星系。
【资料：
地球诞生于46亿年前。
约40亿年前，地球上开始出现生命。
】
太阳系——以恒星太阳为中心，由八大行星、40多颗卫星、2000多颗小行星、流星、彗星等组成的天体系统。
作为一个普通的恒星，太阳的年龄约50亿年。
太阳是这个系统的中心天体，八大行星围绕太阳运转，它们离太阳由近及远依次是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星。
2006年8月24日的国际天文学联合会大会经过激烈的讨论之后公布了行星定义决议草案的最终版本，确认太阳系只有8颗行星，冥王星被排除在行星行列之外，而将其列入“矮行星”。
【资料：
冥王星：
表面温度零下230摄氏度，有一颗大卫星（有冥王星的一半大），固体表面，大小仅是月球的2/3。
2005年，美国发现第十大行星——齐娜，齐娜比冥王星大，与月球差不多。
柯依伯带：
太阳系小天体，由许多大大小小的岩石组成。
冥王星是柯带中的一个大个子。
齐娜、冥王星都是柯依伯带的天体。
2006年8月24日，国际天文学联合会大会经过激烈的讨论之后，公布了行星定义的决议草案的最终版本，将冥王星降级为“矮行星”。
冥王星为什么要降级？
对行星的定义：
①绕太阳旋转；②足够大的质量，呈球形，但大小没有具体的限定；③已经清空了轨道附近的其它物体。
冥王星因为不能清除轨道附近的其它物体，所以和齐娜一起被降级为矮行星。
但对此仍有争议。
大会后7个月，美国发射第一个冥王星探测器，将在2015年到达冥王星表面，对其探测。
】
太阳系的特征：
1、太阳系的直径为1.20×
km，太阳的质量为太阳系总质量的99.86％，角动量却只占太阳系总角动量的0.6％不到，这是目前各种起源学说最难解释的一个事实。
2、八大行星的公转轨道都是椭圆，其运动规律满足开普勒行星运动三大定律。
大小行星的运行轨道具有同向性、近园性和共面性。
3、八大行星分为三类。
类地行星包括水星、金星、地球和火星，它们的特点是体积小、密度大、中心铁、镍等金属含量高；巨行星包括木星和土星，特点是体积大、密度小主要由氢、氦等组成，无固体表面是流体行星；远日行星包括天王星和海王星，它们的体积和密度介于上述两者之间，主要由氢、氦、甲烷和氨等组成，表面温度很低。
在火星和木星之间有一条由大量小行星组成的小行星带。
银河系——银河系是由2000多亿颗恒星和大量星云组成的一个庞大天体系统。
晴朗的夜空中我们看到的横跨天空、像云雾一样明亮的光带（俗称天河）就是银河系。
银河系的形状像一个旋转的铁饼，又称为银盘。
直径为10万光年，中心最大厚度约1.6万光年（光年即光在真空中1年所传播的距离）。
银河系中心呈椭球状的核心称为银核，直径约30光年，是恒星密集的区域。
银盘外围有一个由恒星组成、范围更大、近于球型的银晕，其恒星的密度比银盘小的多。
图5-1银河系侧视图图5-2银河系俯视图
俯视银盘，银河系呈旋涡状，它有四条从银核向外延伸呈螺旋状的旋臂，即英仙座臂、天鹅座臂、盾牌－南十字座臂和人马座臂，太阳位于人马座臂上距银心约3.3万光年的位置，以250km/s的速度运动，约2.4亿年绕银心旋转一周。
银河系中还有大量的星云，常常是恒星生成的场所。
银河系的恒星不仅有各自的运动，还围绕银河系的中心旋转，构成了银河系整体的自转运动。
银河系除自转外，还作为一个整体以每秒200多公里的速度在茫茫太空中朝着麒麟座的方向飞奔。
河外星系——目前，已观测到在银河系之外还有数十亿类似于银河系的庞大天体系统，称为河外星系。
简称星系。
星系是由几十亿到几千亿颗恒星及大量的星际物质组成，占据几千光年至几十万光年的空间，质量约为太阳质量的几千亿倍。
仙女座星系是肉眼可见的离银河系最近的河外星系，距离地球二百多万光年；目前已观测到的最远的河外星系距离地球150多亿光年。
总星系——总星系是指银河系和所观测到的所有河外星系的总称。
星系的分布虽然有成群结团的现象，但从大范围宇宙空间的尺度来观测，星系的分布还是均匀的。
到目前为止，还没有发现总星系的边缘和核心。
宇宙的尺度大约为几百亿光年。
根据目前的观测能力，象地球这样可以被周密细致地研究的天体，而又有高级生命的星球，在行星层次是一个孤本；同样，在恒星层次，太阳是一个可供“精测”到几百公里细节的孤本；银河系是一个可以分辩出数以千亿计的恒星和大批星际弥漫物质的“精测”孤本。
地球、太阳系、银河系在宇宙中不具有特殊优越的地位，这也是认定“地外文明”应当存在的依据。
另外，银河系不具有普遍性，因此，对银河系的研究不能代表其它星系。
二、人类认识宇宙的三大观测手段
天文观测是天文学研究的主要实验方法。
天文观测技术的进步为天文学研究的进展提供了重要的实验依据。
目前，天文学的观测手段可以归纳为三种：
光学望远镜、射电望远镜和空间望远镜。
光学望远镜所采集的资料主要是恒星发出的光，因为宇宙中发光的主要就是恒星。
光学望远镜在天文观测中的历史最悠久，从1609年伽利略发明了天文望远镜到现在已近400年。
直到20世纪初，光学望远镜几乎一直是天文学家获取天文信息的唯一来源。
就是在近几十年射电天文学和空间天文学崛起的时代，现代的光学望远镜技术的发展也是令人瞩目的，科学技术的发展带动了光学望远镜的突飞猛进，目前，地面上的望远镜采用了自适应光学系统和干涉等尖端技术后，在许多方面超越了哈勃空间望远镜的观测能力。
20世纪30－40年代，人们发现了来自宇宙的无线电波--射电，从而诞生了一种新的观测工具，即：
射电天文望远镜，通过射电望远镜，人类发现了不是用光所显现出的宇宙的另一面。
射电望远镜出现仅几十年，射电天文学很快便进入鼎盛时期。
20世纪60年代射电天文学的“四大发现”，即：
类星体、脉冲星、微波背景辐射和星际分子的发现成为20世纪天文学中最重要的成就。
射电天文已成为重大天文发现的主要领域和天文学家获得诺贝尔奖的摇篮。
射电望远镜的观测能力在许多方面已远远超过了光学望远镜。
空间技术的发展，为人类认识宇宙打开了一扇重要的窗口，一门新兴学科——空间天文学迅速的发展起来。
人们将探测设备送入太空，从对红外线、紫外线、X射线和γ射线的探测中，获取了大量宇宙天体的信息。
当今最先进的爱因斯坦X射线天文台、伦琴X射线天文卫星、和钱德拉X射线天文台三项大型空间观测设备由于大幅度地提高了分辨率和灵敏度，其观测成果令人瞩目。
2002年美国天文学家卡尔多·贾科尼由于对X射线天文学做出的突出贡献而获得该年度诺贝尔物理学奖。
康普顿γ射线天文台是20世纪空间望远镜的代表，它拥有当今最先进的γ射线探测设备，其综合探测能力达到了最高峰，不仅使天文学进入了全波段观测研究的阶段，同时还发现了一些特殊的天体，如：
X射线脉冲双星、γ射线暴源等。
另外，红外天文卫星、红外空间天文台、国际紫外探测者等空间探测器也获得了许多重要的新发现。
对月球和行星的空间探测，使人类对它们的认识有了一次巨大的飞跃。
目前，八大行星都有宇宙飞船飞过，对其进行近距离的拍摄和探测。
并且，已实现探测器登陆火星和金星表面，进行实地考察和取样实验。
人们期待在21世纪将宇航员送上火星亲自做实地科学考察，揭开火星是否存在生命或是否曾经存在生命的谜团。
三、人类对宇宙认识的历程
人类对宇宙概貌的认识，是天文学数千年历史发展的总结，是千千万万天文学家历经艰辛、上下求索的结果。
天文学是一门有着5000多年悠久历史的古老学科。
在相当长的时期内，人们积累了大量丰富的天文观测资料，但由于科学技术的落后、宗教势力的压制以及封建迷信的盛行，天文学的发展非常缓慢。
错误的托勒密“地心说”统治了1500年之久，正确的哥白尼“日心说”被禁锢了2个多世纪。
直到17世纪牛顿应用力学定律研究行星的运动规律以后，天文学才从单纯研究行星的运行状态进入到理性认识天体运动规律阶段。
现代天文学经历了17世纪对行星层次认识的飞跃和20世纪先后对恒星层次、星系层次认识的飞跃。
到今天，人类第一次能够用纯粹科学的语言来描述宇宙的整体结构。
下面介绍天文学史上三次重要的飞跃。
第一次、对行星层次的认识——连结开普勒定律的飞跃
以牛顿的引力理论为基础建立的天体力学是17世纪至19世纪中叶天文学史上最辉煌的成就，这段历史常常被称为“第谷－开普勒－牛顿”三步曲。
1、热衷于天文观测的丹麦天文学大师第谷·布拉赫（1546－1601年），用自己创造的前所未有的高精确度的天体测量工具，对恒星和行星进行了长期的观测，积累了大量关于行星位置的观测资料。
第谷把积累了21年的有关行星的观测资料交给了他的助手开普勒，为开普勒建立行星运动三定律准备了条件。
2、德国著名大天文学家开普勒（1571－1630年），在处理、分析第谷的资料中，以惊人的洞察力和坚韧性陆续发现了行星运动的开普勒三定律。
为牛顿发现万有引力定律奠定了基础。
与开普勒同时代的还有发明了天文望远镜的科学家伽利略。
3、开普勒只是从观测数据中发现了行星运动的规律，但他并不知道其物理原因。
英国物理学家牛顿（1642－1727年）结合地面力学实验和开普勒行星运动三定律，总结出力学定律和万有引力定律。
这不仅是经典力学的辉煌成就，同时也使天文学第一次由单纯探讨天体运行的经验关系进入到对天体间相互作用的普遍规律的认识阶段。
这是人类几千年来对行星运动的认识由现象到本质的飞跃。
在这一历史性飞跃中，我们看到了天文学研究的三个重要过程：
（1）天文手段和天文观测——感性资料的积累；
（2）资料的处理和分析——经验模型的建立；（3）经验模型的物理解释——物理模型的建立。
第二次、对恒星层次的认识——连结赫罗图的飞跃
20世纪初，天文探测技术有了很大的提高，已经能够生产直径达1米的折射望远镜，并配置了光谱仪和照相设备，实测目标的距离已达几千光年的范围。
记录有6万多颗恒星位置和亮度的波恩星表（BD）已经发表近半个世纪，含有27万颗恒星“光谱分类”的哈佛大学HD星表已经进行了约三分之一，测量过“视差”并且确定距离的星数约近1千。
这些都为恒星的研究提供了宝贵的数据资料。
1905－1907年丹麦天文学家赫茨普龙，1913年美国天文学家罗素通过对大量天文探测数据的分析研究分别独立地发现，由光谱分类或由颜色测定所反映的恒星表面温度与恒星光度之间有着内在的关系，并以恒星表面温度的对数为横坐标、恒星光度的对数为纵坐标，建立了著名的“赫罗图”。
赫罗图蕴含有恒星结构和演化的关键物理信息，对后来恒星演化研究和实测起到了引导作用。
在此基础上，20世纪上半叶，建立了恒星演化理论，这个理论成功地把实测所得的各类恒星纷杂的物理现象，纳入一个统一的演化模型，使我们对恒星世界的认识产生了从现象到本质的飞跃。
第三次、对星系层次的认识——连结哈勃定律的飞跃
20世纪20年代初，直径达1.5～2.5米的反射望远镜的产生和照相技术的提高，带来了天文学的巨大进步。
天文学家由此而测得了数以千计的星系，实测距离已达几千万光年，积累了大量星系的光谱。
1923～1924年，美国威尔逊天文台年轻的著名天文学家哈勃通过照相观测发现了仙女座大星云中的造父变星，从而推算出仙女座大星云与我们的距离，这距离在银河系之外，第一次证实了，在银河系之外，也存在着像银河系一样的星系。
从此，人类的视野从恒星世界推向更为广阔的星系世界——河外星系。
并开创了对星系团的研究。
1926年，哈勃在分析研究了大量的观测资料之后，提出了给星系分类的方案，这个方案称为哈勃星系分类法，并且一直沿用至今。
按照哈勃星系分类法，星系按其形态的不同，分为椭圆星系、旋涡星系和不规则星系三大类。
椭圆星系的形状看起来是圆球形或椭球形，没有旋涡结构，中间部分比较明亮，四周暗淡一些。
椭圆星系的数量仅占河外星系总数的17％。
宇宙中质量最大和质量最小的河外星系都是椭圆星系。
椭圆星系主要由老年恒星组成。
旋涡星系按形态又分为标准旋涡星系和棒旋星系，标准旋涡星系一般都有一个明亮的、椭球形的中央核区，外部为一薄园盘，称为星系盘，从核区伸展出几条盘旋着的旋臂加在星系盘上。
旋臂上由于物质密度较大，常常成为恒星诞生的场所。
棒旋星系的形状像一根棍棒，旋臂从棒的两端伸出。
旋涡星系是河外星系中数量最多、形态最美的。
如：
仙女座大星云M31（NGC224）、三角座中的M33、NGC1232等。
河外星系总数中有50％为标准旋涡星系，30％为棒旋星系。
银河系属于标准旋涡星系。
不规则星系用望远镜去观测，只是一些没有一定形状的亮斑，没有核球，也没有旋臂。
离银河系最近的大麦哲伦云和小麦哲伦云就属于不规则星系。
不规则星系数量极少，只占河外星系总数的3％。
上述三类星系都属于正常星系，除此之外，宇宙中还存在一些性能上很特殊的星系，统称为特殊星系。
特殊星系的名目繁多，表现各异，非常复杂。
星系的分布往往形成大大小小的群体，即星系团。
我们银河系和附近的大、小麦哲伦云组成了一个“三重星系”，仙女星系和其它40多个星系组成一个星系团。
有些星系团又聚集成更大的集团，包括几百至几千个星系，称为超星系团。
目前，已观测到2700多个超星系团。
1929年，哈勃又发表了他对24个河外星系的视向速度测量和距离估计的结果，视向速度是由星系光谱线的位移测量得到的，这一结果中最大的发现是星系光谱线都向波长长的一端（红光）偏移，这现象被称为“红移”，用多普勒效应解释，表明被测目标正在“退行”。
由此提出了著名的哈勃定律：
星系退行速度V与星系距离D之间存在
V=HD
的关系，其中H为哈勃常数。
哈勃定律描述了所有已测到谱线的星系在大尺度规模上的退行，距离愈远退行愈快。
同时也说明了目前整个宇宙正按哈勃定律在膨胀。
哈勃定律的提出为宇宙大爆炸理论打下了基础。
第二节宇宙的起源与演化
宇宙是怎样诞生的？
我们所看到的宇宙又是如何形成和演化的？
宇宙未来将向什么方向发展？
这是每一个生活在宇宙中的人们都想知道的问题，从古到今人们一直在探索。
宇宙学是研究整个宇宙演化的学科，它不仅是天文学家研究的重要领域，也是物理学家大显身手的学术领域。
1917年，爱因斯坦将广义相对论应用于宇宙学的研究，提出了静态宇宙模型，揭开了现代宇宙学的序幕。
1924年，弗里德曼在广义相对论的框架下从理论上论证了宇宙要么膨胀，要么收缩，而不会保持静止。
1929年哈勃发现了哈勃定律，有力地支持了弗里德曼的宇宙学模型。
静态宇宙模型被抛弃，随之诞生了一门新的学科——现代宇宙学。
当今流行的大爆炸宇宙学由于获得越来越多的观测事实的支持而占据主导地位。
一、宇宙的起源
关于宇宙的起源，即宇宙是怎样诞生的？
目前存在有多种看法。
以目前观测到的整个宇宙的膨胀现象为事实依据，美籍俄国物理学家伽莫夫于1948年提出了“大爆炸”宇宙学，这是目前被大多数科学家所承认的理论，后经许多科学家的不断补充和完善。
其基本观点是：
宇宙产生于距今约150亿年以前一个温度和密度极高的“原始火球”的突然爆炸，从此，宇宙物质飞散，宇宙体积剧烈膨胀，温度逐渐降低，物质形态不断演化，最终形成星球、恒星。
根据目前测定的哈勃常数计算出的“约150亿年”也是宇宙的年龄，宇宙中一切天体的年龄都不应超出这个“宇宙龄”，目前，用不同方法得到的天体的年龄均与“宇宙龄”相吻合。
宇宙起源于原始火球，而原始火球又是怎样形成的？
它为什么会爆炸呢？
根据大爆炸理论推测，原始火球是由稀疏的弥漫物质经过收缩运动形成的，弥漫物质经历长期收缩运动之后，温度不断升高，密度增大，被压缩在一个极小的体积内，逐步形成一个超高温、超高密的原始火球，随着能量的聚集，最终失去控制，原始火球中的物质迅速向外抛射，发展成巨大的爆炸。
所以，原始火球是收缩运动到膨胀运动的转折点。
因此，宇宙是在收缩转化为膨胀的过程中诞生的。
根据大爆炸理论，今天的宇宙温度只有绝对温度几度。
1965年，在美国贝尔实验室工作的天文学家彭齐亚斯和威尔逊利用射电望远镜，通过对射电源的绝对测量的研究，在《天体物理杂志》上发表了题为“在4080兆赫上额外天线温度的测量”的实验报告，宣布了3.5K宇宙微波背景辐射的发现，这种辐射被确认是宇宙大爆炸时的辐射残余。
彭齐亚斯和威尔逊的这篇仅600字的论文，被认为是继1929年哈勃发现星系红移现象之后的天体物理领域又一重大发现，誉为20世纪60年代天文学四大发现之一，是对宇宙大爆炸理论的有力支持。
彭齐亚斯和威尔逊因此荣获1978年诺贝尔物理学奖。
目前，许多天文观测事实都与大爆炸理论相吻合，并且大爆炸理论所依据的广义相对论和基本粒子物理学，都是相当成熟的理论。
因此，大爆炸宇宙学目前已被大多数科学家认同，并被称为“宇宙大爆炸模型”。
二、宇宙的演化
根据大爆炸宇宙学的描述：
大爆炸后，随着宇宙的不断膨胀，温度降低，密度减小，各种物质成分不断增加。
宇宙的演化过程大致经历了以下几个阶段：
1、基本粒子的形成阶段（1秒内）
在大爆炸瞬间到1秒钟之间，称为宇宙的极早期阶段，也是基本粒子的形成阶段。
这一阶段分为四个过程：
量子时代、大统一时代、强子时代和轻子时代。
量子时代：
0～
秒内，在这段极短的时间内的宇宙状态至今还不清楚。
估计宇宙的温度为5×
K，物质密度为
四种相互作用力（强力、弱力、电磁力、引力）还没有区分。
大统一时代：
～
秒期间，温度降为
K，物质密度为
。
引力首先分化出来，强、弱、电磁三种力还没有分开，质子和反质子产生，但质子多于反质子，因此，质子与反质子湮灭后，余下的全部是质子，这就是宇宙是由质子组成的根源。
强子时代：
～
秒期间，在这一时期的前期，宇宙经历了一次暴胀，使得体积猛然增大、温度和密度骤然下降，温度降为
K，电磁和弱作用分离，这时，大量的强子产生，其中最活跃的是质子、中子和π粒子等。
轻子时代：
～1秒期间，温度逐步降到
K，这时，大量轻子产生，正、负电子湮灭为光子，宇宙中充满了光子和中微子，光辐射逐步占优势。
宇宙进入以辐射为主的阶段。
2、元素的起源阶段（1秒到3分钟）
这段时期又称为辐射时代，宇宙中充满了光子和中微子，10秒时，温度降为5×
K，几乎所有的能量均以辐射（光子）形式出现，辐射密度大于物质密度。
3分钟时，温度为
K，宇宙膨胀为约1光年的实体，是原子核合成的时期。
质子和中子结合为氦、氢等不同的化学元素，有近三分之一的物质合成氦，由于氦十分稳定，所以一直维持至今。
此时，构造各种物质元素的基本材料已经制备完毕。
3、天体的演化阶段
宇宙形成约一万年后，温度降为几万度，辐射减弱，宇宙逐渐进入以实物为主的演化阶段，宇宙中弥漫的主要是氢、氦等气状物质。
约30～40万年后，温度降到一万度以下，辐射大大减弱，由于物质分布的不均匀及涨落导致物质的聚集，同时，在万有引力的作用下，巨大的气状物质缓慢转动。
约70万年后，宇宙的温度降到3000K，电子与原子核结合成稳定的原子，光子不再被自由电子散射，巨大的气状物质逐渐凝结成原始星云，宇宙变得透明。
又经过几亿年，辐射温度为100K，星际物质温度为1K，原始星云在引力的作用下进一步聚集，逐渐凝聚为原星系。
几十亿年后，辐射温度逐步降为12K，原星系聚在一起形成等级式结构的星系集团（如银河系等）。
与此同时，原星系本身又分裂形成千千万万个恒星，恒星的光和热是靠燃烧自己内部的核燃料提供的（如太阳）。
在一些恒星周围，冷的气尘会坍缩成一个旋转的薄盘，，这些物质相互吸引碰撞粘合，逐步形
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