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力学（物理类） [:1700973465]
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力学（物理类） 4.4 膨胀的宇宙
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4.4.1 宇宙学原理
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太阳系是更大的星系——银河系中的一个成员，银河系中包含着上千亿颗像太阳这样的恒星．银河系的形状如同一个扁平的大铁饼，侧视如图4-42所示，中间凸起的球形区域称为核球，中心称为银核，核球外的盘区称为银盘．太阳系离银核较远，相距约为2.8万光年，银盘半径约5万光年．银河系中少数恒星离太阳系较近，显得明亮些，多数恒星相距甚远，从地面上观看相当暗淡．晴朗无月的夜晚，这些星星在天空中组成一条貌似水汽的长带，国人因此称之为天河，后又改名为银河，西方人称其为“Milky Way（牛奶之路或乳汁之路）”．银河系不是静态的，而是绕着过银核垂直于盘面的轴旋转着，俯视如图4-43所示．
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图 4-42
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图 4-43
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天体相距遥远，在太阳系范围内，常将太阳到地球的距离定义为1AU（天文单位）．远离太阳系外，距离更大，又将光在1年时间内通过的路程长度定义为1l.y．（光年）．
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为测量高处某点（例如塔顶）P到地面的距离l，可如图4-44所示，在地面上选定A1，A2两点，与P点构成等腰三角形，测出半顶角θ和A1，A2的间距2R，即得l＝R／tanθ．
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图 4-44
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设想P是遥远的天体，A1，A2是地球在其轨道直径的两个端点位置，此时l≫R，有
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天文测量中，单位秒差距（pc）是1天文单位（AU）的距离所张的角度为1角秒的距离．即有
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这些距离单位与SI的单位m之间的关系为
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1l.y.≈0.3pc，太阳系与银核相距约10000 pc，图4-44中的θ角已小到难以测量．为了扩大测距范围，天文学家利用恒星亮度随距离二次方衰减的关系设计了间接测距方法，如“造父变星法”、“最亮恒星法”和“超新星法”等．造父变星是一类周期性膨胀和收缩的超巨星，它们的光度（发光强度）与周期值有着确定的对应关系．如果在宇宙空间某个发光区域中观察到了这样的星体，测定它的亮度变化周期和亮度，由前者确定它的光度，再结合后者算得它的距离，当这一距离超出银河系线度范围，便可确认此发光区域为河外星系．银河系中还存在光度强于造父变星的恒星，可以设想河外星系与银河系的最亮恒星大致相仿．不难理解，最亮恒星测距法将可探测的河外星系距离延伸得更远．超新星爆炸时的光度更强，不同星系中同类超新星爆发时光强大致相同，据此又设计出了超新星测距法．
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随着观察距离的延展，发现了越来越多与银河系同一等级的星系．星系有大有小，最小的“矮星系”约由百万颗恒星组成，最大的“超巨星系”中的恒星多达几万亿颗．星系的线度平均约为105光年．毗邻的星系，可以联合成星系团，它们的线度约为107光年．银河系与周围的三四十个星系构成的星系团称为本星系群．有些星系团还可以联合成超星系团，线度约为108光年．
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星系内物质的分布是不均匀的，宇宙中星系的分布却比较均匀，星系团的分布更为均匀．以108光年作为宇观尺度，宇宙中物质的分布便是均匀的．至今，天文学家一致认为：
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在宇观尺度下，任何时刻三维宇宙空间的物质分布是均匀的和各向同性的．
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在人类认识史上，早期亚里士多德和托勒密认为地球是宇宙的中心，后来哥白尼提出了太阳中心说．近代认识到了宇宙没有中心，在宇观尺度上，处于任何一个星系，同一时刻朝任何方向观察宇宙，结构都是相同的．宇宙没有中心，这就是宇宙学原理．