第一章第一节 恒星和星系

第一章地球的宇宙环境恒星和星系太阳和太阳系天体的起源和演化宇宙尸佼的宇宙：四方上下，宇古往今来，宙民歌的宇宙：天似穹庐，笼罩四野霍金的宇宙：无边界有限宇宙马克思的宇宙：时空无限宇宙是普遍的永恒的物质世界。宇宙是由物质组成的。宇宙中的所有物质都称为天体。

常见的天体—恒星、星云、行星、卫星、彗星、流星体及星际物质等。

最主要的天体—恒星和星云

宇宙的构成天体的概念及类型天体的概念宇宙中所有的物质统称为天体。天体的类型聚集态天体（各类星体）云雾状天体（星云）星际物质（星际气体和星际尘埃）肉眼可见的天体类型自然天体人造天体可视天体不可视天体（暗物质）天体系统聚集态天体太阳、行星、卫星星系小行星Ida和它的卫星，伽利略号探测器摄于1993年8月28日云雾状天体行星状星云—环状星云猎户座大星云鹰状星云人造天体行星状星云—环状星云猎户座大星云鹰状星云人造卫星航天飞机火星探测器恒星星云行星行星及其卫星流星体彗星肉眼可见的天体陨石2023/1/3110人马座星云2023/1/3111蟹状星云

大、小麦哲伦星云（星系）天体系统概念—天体系统是互有引力联系的若干天体所组成的集合体。星系—大量恒星和星云构成的巨大天体系统。主要星系（简介）常见的有：地月系、太阳系、银河系、河外星系等2023/1/3114地月系2023/1/3115太阳系2023/1/3116银河系2023/1/3117河外星系宇宙的构成恒星、星云→星系、星团→总星系→宇宙宇宙总星系总星系以外世界银河系河外星系太阳系恒星世界太阳行星及卫星小行星彗星流星体、行星际物质各种恒星星云恒星及物质地月系其他行星及卫星第一节恒星和星系恒星星系星云一、恒星恒星的运动恒星的距离恒星的发光和光谱恒星的亮度和光度恒星的多样性恒星的概念恒星是由炽热气体组成的、能够自身发光的球形或类似球形的天体。

质量巨大在自引力作用下，呈球形或类球形中心温度很高，通过核反应发射可见光

恒星的概念恒星的一般性状1、恒星的成分（质量）：H（71%），He（27%）其它（2%）2、恒星的直径:为10-5—1800D⊙（太阳直径=140万km）例如：红巨星103D⊙；白矮星10-2D⊙；中子星10-5D⊙

。 3、恒星的质量:

为7%M⊙—120M⊙

（M⊙太阳质量）4、恒星的密度:

太阳1.4；中子星1014；矮星107；巨星10-6恒星的运动运动速度一般为几十～几百KM/S。

视向速度和切向速度

自行：由恒星运动引起的在地球上观测角度的差异。

据测定，恒星的自行量均很小，最大的为巴纳德星10.31″/年，相当于从16KM外看3个硬币的宽度。在已测定的30万颗恒星的自行中，>1″/年只有400余颗，一般<0.1″/年。视向速度和切向速度自行V视V切地球巴纳德星（英语：Barnard‘sStar，）是一颗质量非常小的红矮星，位在蛇夫座β星附近，蛇夫座66星的西北侧，距离地球仅约6光年远。美国天文学家爱德华·爱默生·巴纳德在1916年测量出它的自行为每年10.3角秒，是已知相对太阳自行最大的恒星。为纪念巴纳德的发现，后来称这颗恒星为巴纳德星。巴纳德星距离太阳约1.8秒差距（6光年），是蛇夫座内距离我们最近、宇宙中第二接近太阳的恒星系统，也是第四接近太阳的恒星，前三接近太阳的恒星都是半人马座α系统的成员。尽管它如此的接近地球，但是人类裸眼仍然看不见巴纳德星。巴纳德星1985-2005该星运行示意图图2-2

北斗七星的自行及形状变化恒星自行没有统一的方向和速率。恒星的距离距离的测定

——周年视差法天文学上的距离单位恒星的距离天文单位(A.U)：光年(L.Y)：秒差距(P.C)：日地平均距离。光在真空中一年所走的距离。周年视差为1角秒的恒星距离。1A.U=1.496×108KM

1L.Y=9.5×1012KM

=63240AU1P.C=3.26LY=206265AU恒星距离（p.c）=1／周年视差（"）周年视差示意图基线视差1"1p.c周年视差：地球轨道半径对于恒星的最大张角。恒星的周年视差与距离（168）1、恒星的周年视差：是指地球轨道半径（A）对于某恒星的最大张角（π）叫该恒星的周年视差。

2、天文距离：①天文单位（A）——日地平均距离≈1.496亿km=1(A)②光年——光一年通过的路程≈94605亿km 1光年=63240天文单位③秒差距(PC)——周年视差（π）为一角秒的恒星与太阳的距离（D）定义为一秒差距。当π角很小时,π角所对的弧与弦近似相等。于是有：π（弧度）=A/D；将弧度化为角秒得：π″=206265A/D；或：D=206265A/π″当π为1角秒时有：

D=206265A=1秒差距（PC）=3.2616光年☆⊙AπD日地恒星比邻星π=0.76″3、恒星的视差测距（100PC内适用）∵D=206265A/π″∴D=1/π″（秒差距）☆☆☆。。★★★★★★★★★★★★★★。半年前现在迭加后+=1.2″π该恒星周年视差为:π=0.6″D=1/π″=1/0.6=1.666秒差距该恒星的距离则为:

因为：目前大型望远镜的分辨率百分之一个角秒。有关天体的距离最近的恒星：4.22光年（半人马座α）牛郎星：16光年织女星：26光年北极星：682光年恒星的发光和光谱发光条件光谱型质量大发展阶段（某一阶段）不同光谱型的差别主要在于星光颜色，而星光的颜色代表着恒星温度的高低。

光谱型颜色温度(K)O蓝3～5万B蓝白2万A白1万F黄白7500G黄6000K橙4500M红3000红橙黄绿青蓝紫连续光谱：炽热的固体、液体或高温高压下的气体都可以发射各种波长的光波，形成不间断的连续光谱。明线光谱：在低压条件下，稀薄炽热的气体或蒸汽不能产生连续的全部光谱，只能产生单色的、分离的明线状光谱。吸收光谱：由产生连续光谱的光源发射的光，穿过低压下稀薄气体或蒸汽，就有吸收线（暗线）叠加在连续光谱上。这些吸收线就是这些气体或蒸汽，在连续光谱的全部光谱中，有选择的吸收了他自己在地发高温条件下所发射的明显谱线，即他对应波长的光线。

基尔霍夫提出了两条定律：（1）每一种元素都有自己的光谱；（2）每一种元素都能吸收它能够发射的谱线。恒星的光谱光谱：不同波长的光波按波长顺序排列成的一条光带。光谱具有不同的类型。

补图2-2船底座η星区域物端棱镜光谱

补图2-3太阳光谱

恒星的光谱信息1、根据恒星光谱的峰值波长（λm

）推算其表面温度T：

λm单位（A）；T单位（K）2、根据恒星的光谱线证认其物质成分。3、根据多普勒效应测定恒星的视向速度当λ＞λ。称红移（恒星背离我们运动）V视＞0

当λ＜λ。称紫移（恒星向着我们运动）V视＜04、根据塞曼效应认证恒星的磁场T=————2.9×107Aλm。波长λ能量EOBAFGKMλm小λm大固体、液体发光为连续光谱气体发光为明线光谱H光谱He光谱多普勒效应——由于波源与观察者之间的相对运动导致观测波长改变的现象。☆….★光速静止光源λ。红移（λ＞λ。）——恒星背离我们运动紫移（λ＜λ。）——恒星向着我们运动V视→(λ-λ。)C/λ。=λ。静止光源某谱线的波长（A）λ运动光源该谱线的波长（A）。。λ0f0★→→Oh，BeAFineGirl，KissMe！光谱型OBAFGKM颜色蓝蓝白白黄白黄橙红温度（K）3-5万2万1万7500600045003000代表参宿三大熊η天琴α仙后β太阳金牛α猎户α恒星的光谱型恒星的亮度和光度亮度和视星等,m光度和绝对星等,M亮度指恒星看上去的明亮程度，光度是恒星本身的发光强度。影响亮度的因素：恒星的光度恒星的距离影响光度的因素：恒星的温度恒星的体积E1／E2＝d22／d12绝对星等(标准距离)：恒星距离为10秒差距时的视星等。

绝对星等和视星等的换算视星等的由来古希腊学者喜帕恰斯根据肉眼观测，将全天最亮的21颗星的亮度定为1等，将肉眼刚好能看到的星定为６等。介于其间的星按亮度大小分别定为2、3、4、5等。这便是古代的视星等。1２３４５6０-1…………7后人通过测定，１等星平均比６等星亮100倍。连续各个星等的亮度成几何级数。设亮度比率为R，则有E0／E

＝2.512

ｍ－ｍ0假设两颗恒星视星等为m和m0（m>m0）,亮度为E和E0的比率为光源的视亮度与其距离的平方成反比，距离增加1倍，亮度便减为1/4。单从亮度看不出恒星的真实亮度，必须把它们移到同一距离上，才能对比出它们的真实亮度（光度）。天文学规定：标准距离为10秒差距，相当于0.1”角秒视差的距离，合32.6光年。绝对星等和视星等的换算设一颗星，其距离为ｄ秒差距，视星等为ｍ，亮度为Em当其距离为10秒差距时，绝对星等为M，光度为EMEM／Em

＝2.512m－M

ＥM／Em

＝d2／102即：2.512m－M

＝d2／102（m－M）lg2.512＝lgd2

－lg1020.4（m－M）＝2lgd－2M＝ｍ＋５－５lgd两边取对数：光源的视亮度与其距离的平方成反比有关天体的视星等天体视星等太阳-26.74月亮-12.7金星-4天狼星-1.45北极星2肉眼可见的最暗星6恒星的多样性双星和星团变星巨星、超巨星、白矮星——组成数量的差异——光度的差异（光度的稳定程度）——体积大小光度和温度间的关系（赫罗图）脉冲星和中子星——特殊性质双星和星团双星：空间距离接近，彼此之间具有力学上的联系，相互环绕转动的两颗星。星团：许多恒星集中分布在一个较小的空间，彼此具有物理联系的恒星集团。

食双星疏散星团球状星团光学双星：两星在天球上位置很靠近，但实际上在视线方向上相距很远，并无物理上的联系（视双星或假双星）。物理双星：两个子星空间距离接近，由于相互吸引而相互绕转，是真正的双星。若双星绕转的轨道平面平行于视线方向，还会发生周期性的相互掩蔽，从而发生亮度变化，叫做食双星。北斗七星开阳星的伴星名为“辅”。是第一颗被认出的双星。光谱观测进一步表明，开阳实际是两对双星互相环绕组成的四合星系统半人马座ａ（南门二）实际上是一颗三合星。它由A、B、C三星组成，其中的A和B是一对双星，二者又同C星结成双星。按目前的位置，C星比A、B二星更接近我们，它是现在的比邻星。天狼星是一个双星系统，当中的两颗白色恒星互相围绕公转，相距约20天文单位(1天文单位=1.49亿千米)。较亮的一颗星，或称天狼星A，是一颗A1V型主序星，估计表面温度为9,940K，其伴星天狼星B，已经度过了主序星的过程，是一颗白矮星。金牛座中的双星（两星彼此相距45天文单位）疏散星团形态不规则包含几十至二、三千颗恒星很容易用望远镜区分巨蟹座疏散星团金牛座昴星团球状星团武仙座球状星团，250万颗恒星，2.5万光年半人马座球状星团人马座球状星团球形或扁球形包含1～1000万颗恒星星团中央十分密集变星有些恒星的光度在短时期内会发生明显的、特别是周期性的变化，这样的恒星叫变星。脉动变星新星超新星恒星体积发生周期性膨胀和收缩引起的光度变化，膨胀时光度变大，收缩时光度变小。

亮度在短时间内（几小时至几天）突然剧增，然后缓慢减弱的一类变星。

爆发规模更大的变星，亮度的增幅为新星的数百至数千倍。

周期：长的可达几年到十几年，短的只有几日甚至几小时。分类：食变星(几何变星)、脉动变星和爆发变星（物理变星）爆发变星新星爆发1975年天鹅座新星爆发前后1992年天鹅座新星的爆发超新星爆发超新星1987A爆发前后1987A遗迹（1994.2）（图中箭头处的较亮恒星并不意味着超新星的前身）1054年金牛座超新星爆发“至和元年（1054年）五月，晨出东方，守天关，昼见如太白，芒角四出，色赤白，凡见二十三日。”

1731年，一位英国天文爱好者在这个位置上观测到一个外形似螃蟹的天体，叫蟹状星云。

超巨星巨星、超巨星、白矮星赫罗图恒星类型赫兹普龙罗素光谱—光度坐标图温度高低光度大小光谱绝对星等不同的恒星类型主序星巨星超巨星白矮星恒星的光度随温度的升高而增大温度较低，但光度较同温度的主序星大，说明该星体积很大温度高低不一，但光度都较大，说明其体积均很大温度很高，但光度较小，说明其体积小

红超巨星心宿二

红超巨星心宿二球状星团M4

红超巨星参宿七天津四蓝超巨星蓝超巨星从蓝超巨星喷发的“星风”白矮星脉冲星和中子星中子星由中子组成的恒星脉冲星实际上是具有强磁场的、快速自转的中子星。周期性发出强烈的脉冲辐射脉冲星中子星与脉冲星（1）中子星——由中子组成的致密星体（30年代由郎道、奥本海墨预言存在的天体）。（2）脉冲星（PSR）——在无线电波段具有极短周期脉冲辐射的恒星。脉冲星是在1967年10月由英国剑桥大学休尹、贝尔发现，至今已测到380多颗，均为河内星体，距离为100—2万秒差距不等。观测特点①脉冲周期很短（0.03—4.3秒不等)。⑥直径很小（15公里）密度很大（1014）②脉冲周期非常稳定（年变幅10-6—10-11

）③有稳定的平均脉冲轮廓（多为单峰或双峰型）④有极强的磁场（磁感强度108T特斯拉）⑤高速自转（周期=0.03—4.3秒）形成磁脉冲推论（3）一般认为脉冲星就是中子星脉冲星蟹状(Crab)星云脉冲星(箭头所指处)中子星仙后座超新星爆炸残骸

中子星中子星超新星爆发后形成的中子星和爆发残骸两颗中子星碰撞发生剧烈的爆炸二、星云星云的特点星云的类型星云的概念用肉眼或小望远镜可在天空中看到的呈现为云雾状斑点的天体。星云的概念

物质密度低，质量很大（体积大），主要成分为氢，其次为氦等。星云的特点肉眼可见星云：猎户座大星云星云的类型（按形状分）1、行星状星云：呈正圆或扁圆形，中央有很热的恒星。（17%）代表：天琴座环状星云成因：恒星演化到晚期抛出的物质形成2、弥漫状星云：形状不规则（80%）代表：猎户座大星云3、球状体星云（3%）成因：可能是有星云凝聚形成中的恒星胚胎。星云的类型（按发光的性质分）1、发射星云：被中心或附近的恒星激发后能够自行发光的星云。

代表：猎户座大星云2、反射星云：因中心或附近的恒星温度较低，被激发的强度不够，因而只能反射和散射星光的星云。代表：昴星团星云（NGC1432），仙王座星云（NGC7023）3、暗星云：无光或光度不足以人眼（包括使用望远镜）可见的星云。按发光的性质，可把星云分为亮星云和暗星云，亮星云又分为发射星云与反射星云。行星状星云组图

环状行星状星云猎户座大星云

a弥漫状星云b马头星云

球状星云三、星系

星系是由大量恒星和星云构成的天体系统。银河与银河系河外星系星系命名星系分类星系命名按所在星座命名按星表序号命名梅西耶星表：M31星云星团新总表：NGC224星云星团新总表(NewGeneralCatalogue)简称为NGC,共收录7840个星云、星团和星系。后面的数字是天体在该表中的编号。仙女座星系梅西耶星表梅西耶星云星团表（Messiercatalogue）由法国天文学家梅西耶编制，收录天体109个，简称M。M后的数字是天体在该表中的编号，称为梅西耶号数。CharlesMessier星系的哈勃分类外形呈正圆形或椭圆形，中心亮，边缘渐暗。

外形呈旋涡结构，有明显的核心，有几条旋臂。外形没有明显的核心和旋臂，呈不规则的形状。

旋涡星系不规则星系椭圆星系椭圆星系按星系椭圆的扁率从小到大分别用E0-E7表示M87E1室女座M49E4室女座NGC205E6仙女座NGC3115E7六分仪座M89E0室女座旋涡星系中央无棒状结构的旋涡星系，用S表示中央有棒状结构的棒旋星系，用SB表示M65Sa狮子座M66Sb狮子座M51Sc猎犬座M95SBb狮子座M109SBc狮子座M58SBa室女座不规则星系不规则星系中含有更多的尘埃和气体，用Irr表示大麦哲伦星系1、银河“银河”——在夏秋晴朗无月的夜晚，仰望星空，从东北方向越过头顶再朝西南方向延伸，一条乳白色横跨天空的光带。中名又叫星河、银汉、天河等；西方称它为“牛奶道路（milkyway）”。银河与银河系有什么区别？“银河”是指我们在地球上看到的一条光带，是银河系在天空上的投影，是肉眼所见到的部分银河系。“银河系”是指太阳所在的整个星系，是比太阳系更高层次的庞大天体系统，是由构成银河系的气体、尘埃、恒星、星团以及星云所组成的密集区。返回南天银河。摄于美国佛罗里达州。银河和城市灯光从右下角天蝎座(Scorpius)到左上角天鹰座(Aquila)这一段的银河。2、银河系银河系结构：核球、银盘、银晕约2000亿颗恒星1400亿倍太阳质量太阳在银河系中的位置和运动距银心2.4万光年的银道面附近（银河中心大体平分天球）

250KM/S的速度绕银心旋转，周期为2.5亿年

银河系的运动银河系对地球宇宙环境的影响银河系结构核球恒星最密集的区域直径约1万光年核球银盘核球周围的扁状圆盘直径约8万光年银盘银晕银盘周围由较稀疏的恒星构成的球体直径10万光年以上银晕银道面2.4万ly银河系—侧视银晕核球1.3万光年银盘直径10万光年2.4万光年太阳银核、银心

侧视银河系，似铁饼状，又像两顶草帽合在一起，中间厚两边薄。由于我们观测者不处在银心位置，故各方恒星投影在天空上呈现非均匀的光带。银河系的中心在人马座方向，那里的恒星显得十分密集。

补图2.5银河系的结构（侧视）补图2.4银河系的结构（俯视）俯视银河系的形状，它是一个旋涡状结构的星系。它是由于恒星围绕中心旋转形成的。银河系物质分布不均匀，在银盘上由核心向外延伸出4条旋臂（恒星密集区），分别为猎户臂、英仙臂、人马臂和三千秒差距臂。太阳位于猎户臂中。美国威斯康星州的两名天文学家经过6年研究2005年宣布：最新结论———银河系的核心是一条由恒星组成的、角度倾斜的“星棒”。科学家们形容说，银河系的银核部分呈细棒状，由生成年数较久远的恒星组成的，长度约为2.7万光年。这根“星棒”的长度比原先预期的要长7000光年。银河系—最新推测的形状银河系的运动银河系的自转——整个银河系绕中心轴线不停地旋转，称为银河系的自转。银河系的自转运动——银河系所有的恒星除各自运动外，都有围绕着银河系中心的旋转运动，这种运动被称为银河系的自转运动。由于银河系物质分布与引力有关，因此各部分恒星的运动速度有所差异。整个银河系在宇宙空间的运动，朝麒麟座方向以214km/s运动着，好像一个车轮子，自身不断旋转的同时又不停地向前进（补图2.6，补图2.7）补图2.6南天极区恒星的周日视运动返回补图2.7中纬度地区所见的恒星周日视运动返回太阳带着太阳系家族的成员在绕银心运动的同时，与邻近恒星也有相对运动，即向武仙座方向运行。太阳在银河系位置的判断：①银河——是银河系的日心（地心）天球投影。②银河的亮度差异③由此推断太阳偏离银心约为三万光年。银河系的运动——方向：麒麟座；速度：214km/s①太阳绕银心公转：周期2.5亿年;速度250km/s;方向天鹅座②太阳相对附近恒星的运动冬至点附近最亮（人马座）银心方向夏至点附近最暗（双子座）方向：武仙座速度：20km/s银河系对地球宇宙环境的影响地球大冰期成因探讨地球轨道的扩张是太阳系在运行到离银心较远的部位，太阳绕银心公转的周期是2.5～3亿年，在一个周期中，太阳系远离银心一次，可形成一次大冰期，而地球上已经发生的三次大冰期——震旦纪大冰期、晚古生代大冰期和第四纪大冰期的间隔也正好是2.5～3亿年，两者吻合。河外星系银河系之外其他星系的统称星系团：比星系群更加庞大的天体系统星系群：相互邻近的星系结合而成本星系群总星系：目前观测工具所能察觉到的宇宙空间（观测到的宇宙）银河系的近邻美国天文学家哈勃

1924年，哈勃准确测定出仙女座星云的距离，证明它是在银河系之外的一个巨大、独立的恒星集团。从此,仙女座星云改称仙女座星系。哈勃星系分类哈勃星系分类

（音叉图）

补图2.9仙女星系（M31）

河外星系几个银河系的近邻大小麦哲伦星系

大麦哲伦星系小麦哲伦星系距离16万光年19万光年质量1/20银河系质量1/100仙女座大星系，距离220万光年大麦哲伦星系猎犬座星系M51草帽星系M104星系群后发座星系团地月系→太阳系→银河系→星系群→星系团→超星系团→总星系A、地月系由地球和月球组成，月地平均距离是384400Km。B、太阳系由中心天体太阳及其周围小天体组成，太阳到冥王星平均距离约40天文单位。C、银河系是由约1500亿颗恒星(包括太阳在内)组成的恒星集团、10万光年为直径的天体系统。D、本星系群——以银河系为中心，半径为300万光年的空间，包含约40个星系组成的星系群体。除银河系之外，仙女座大星系、三角星系、大小麦哲伦星系等，都是本星系群的成员。E、星系团——比星系群更大的成团的星系结构。一个星系团可由几十个以至成百上千个星系聚集在一起组成。目前已发现约1万个星系团。离我们最近的最著名的星系团是室女座星系团。F、超星系团——包括本星系群在内的2500个星系，比星系团更高一级的星系结构，其直径可达2.3亿光年。其中包括本星系群在内的超星系团又称本超星系团，它的中心是室女座星系团，而银河系所在的本星系群只处于边缘。G、总星系——以120亿光年为半径的空间范围内所有星系的总称。总星系的星系数目达10亿个以上。总星系是我们观测所及的宇宙范围，是目前人类认识到最高层次的天体系统，是现代宇宙学研究的重要对象。第二节天体起源与演化恒星演化宇宙起源地球末日？宇宙的起源与演化宇宙的含义宇宙演化模型大爆炸宇宙学简介哲学——无限的宇宙科学——有限的宇宙稳恒态宇宙模型演化态宇宙模型伽莫夫1948年

演化过程

宇宙的未来

观测证据宇宙1、定义：广漠的空间和存在于其中的天体和弥漫的物质。性质：多样性：物质的表现形态

统一性：物质性2、概念区分：

我们的宇宙和我们的宇宙以外的无限多的宇宙的区别：下一页（1）我们的宇宙：a、是有限的宇宙，就是科学上的宇宙；b、是指“观测到的宇宙”，即现在能够观测到的现象的总和，实质上就是总星系；c、在空间上是有边界的；d、在时间上是有起源的。（2）我们的宇宙以外的无限多的宇宙：a、是哲学上的宇宙；b、它没有起源、没有终结、没有中心、没有边界，是无限的。

空间上的无限性：无边无际，没有中心时间上的无限性：无始无终，没有起源3、为什么说宇宙的有限和无限是不能截然分开的？因为（1）随着我们的宇宙的范围不断扩大，愈来愈证明宇宙是无限的；（2）而且从有限的，我们的宇宙中得到的知识，可以在一定条件下，外推到无限的，尚未认识的宇宙中去。（3）宇宙的有限与无限是辩证统一的。坚持宇宙的有限和无限的统一，才能恰当地评价现代宇宙学的科学成果。大爆炸宇宙模型大爆炸演化过程100亿度基本粒子10亿度化学元素几千度气态物质

宇宙的演化由热到冷。在这个时期里，宇宙体系在不断地膨胀，物质密度从密到稀，如同一次规模巨大的爆发。大爆炸过程（1）基本粒子阶段：宇宙早期，密度近于无穷大的状态，温度极高，在100亿K以上，当时宇宙只存在质子、中子、电子、光子及中微子等基本粒子。（2）元素形成阶段：随着宇宙的绝热膨胀，温度下降很快。当温度降至10亿K时，中子失去自由存在的条件，质子与中子结合成氢、氦，各种化学元素开始形成。当温度下降到100万K时，早期形成的各种化学元素告一段落。（3）宇宙形成阶段：宇宙继续膨胀和冷却，直到约1000万年以后，温度下到3000K时，电子和核才组成稳定的原子。辐射减退，宇宙间主要是气态物质，并逐渐凝聚成星云，再进一步形成各种星系和恒星，成为我们今天观测到的具有各种类型天体的宇宙。大爆炸理论的观测证据天体年龄和哈勃定律宇宙背景辐射各种天体的年龄都小于200亿年哈勃定律：远处的星系正急速地远离我们而去，且星系退行速度与它们的距离成正比（宇宙年龄约为140亿年）

自大爆炸至今，宇宙剩余的温度大约为3k。

原初元素丰度宇宙早期（大约3min）时，原初核合成停止，可从宇宙学模型推测出核合成停止后的元素丰度，并与早期天体的元素丰度的观测进行对比，吻合得非常好。宇宙的未来——取决于宇宙的质量（平均密度）没有足够的引力阻止膨胀，宇宙膨胀将永无止境。质量足够大——闭宇宙产生的巨大的引力会使得膨胀最终停止并接下来收缩，最终回复到大爆炸发生时的极高密度和极高温度状态。质量不够大——开宇宙恒星的演化过程是恒星内部物质的吸引和排斥对立统一的过程，具体表现为恒星的收缩和膨胀过程。黑洞——巨大质量高度集中在很小的体积内，密度极大，引力大到任何物质无法逃脱，辐射也被禁锢出不来的天体。黑洞不发光，但可根据其强大的引力场，推测它的存在。目前认为可能是黑洞的天体是天鹅座X-1。恒星的演化星云在引力作用下，不断收缩，逐渐聚集成团，形成比较密集的气体球。开始核反应，发射可见光。恒星的特点取决于恒星的质量。恒星中心区域的核反应停止，外层的氢开始核反应，恒星膨胀。核反应完全中止，恒星迅速坍缩。依质量不同，演化为矮星、中子星或黑洞恒星演化过程示意图主序星阶段巨星阶段死亡阶段原恒星阶段恒星由星云（气体和尘埃）凝聚而来。质量对主序星的影响质量大的恒星参加核反应的物质多，产生的能量大，故光度大，温度高。大质量恒星的核心温度更高，核反应消耗氢的速度比较快，因此其生命历程相对来说要短得多。影响恒星寿命的长短影响恒星温度的高低恒星的死亡较小质量恒星较大质量