宇宙学 K12 课程 · 第 9 课
宇宙大爆炸与暗物质暗能量
探索宇宙起源与组成的未解之谜 · 90 分钟
🎯 学习目标
- 掌握本课核心天文概念与科学原理
- 理解宇宙学中的关键数据和尺度关系
- 培养科学思维与太空探索精神
- 通过实践活动加深对宇宙现象的认识
🎬 教学视频
视频来源：NASA 官方公开视频（公有领域）· 大爆炸后的第一缕光 · First Light After the Big Bang
一、大爆炸理论
大爆炸理论认为，宇宙起源于约 138 亿年前一个极热、极密的"奇点"。从那一刻起，空间本身开始膨胀，温度逐渐降低，物质逐渐形成。关键证据：① 宇宙微波背景辐射（CMB）；② 星系红移（哈勃定律）；③ 轻元素丰度（氢氦比）。
二、宇宙膨胀的证据
图 9-1：哈勃定律——越远的星系退行速度越快
三、暗物质与暗能量
🌑 宇宙的"隐形"组成
| 成分 | 占比 | 作用 | 探测方式 |
|---|---|---|---|
| 普通物质 | ~5% | 构成恒星、行星、生命 | 电磁波直接观测 |
| 暗物质 | ~27% | 提供引力，维系星系结构 | 引力透镜效应 |
| 暗能量 | ~68% | 推动宇宙加速膨胀 | 超新星距离测量 |
🛠 实践任务
- 基础任务：用气球上画点模拟宇宙膨胀（点距随气球膨胀而增大）
- 进阶任务：计算：如果宇宙膨胀加速，未来星系之间会怎样？
- 挑战任务：辩论：暗物质和暗能量真的存在吗？还是我们的引力理论需要修正？
🤔 课后思考
- 大爆炸"发生在哪里"？是空间中某一点还是空间本身？
- 为什么说我们看到的星星只是宇宙的 5%？
- 宇宙微波背景辐射是怎么被发现的？（提示：和天线有关）