2.2 课后习题详解
1．按照物质密度大小，排出以下环境的顺序。
a．星系际空间，b．太阳核部，c．中子星，d．地球海平面处的大气，e．太阳系内行星际空间，f．日冕，g．银河系内星际空间。
答：按照物质密度大小，排列的顺序为：a＜g＜e＜f＜d＜b＜c。
2．银河系内不同恒星的光谱有的呈红移，有的呈蓝移现象，是否意味着哈勃定律无效？
答：不能说明哈勃定律无效。原因如下
哈勃定律揭示了遥远的星系正在“逃离”我们而去，整个总星系都处于膨胀的变化之中。研究对象为整个总星系，是一个宏观的观察。银河系内部不同恒星的谱线分析证明也有不少蓝移现象，反映星系内部仍然具有吸引力。研究的对象是星系内部，相对于总星系来说，只是一个具体内部观察。因此，两个研究对象不同不能说明哈勃定律无效。具体的模型应该为宇宙的膨胀主要发生在星系团之间的空间迅速增大，星系本身尺度变化不大，类似吹胀气球时在气球表面看到的情况。
3．论述白矮星、中子星和黑洞的形成条件和物理特征，并分析黑洞的奇点性质。
答：（1）白矮星、中子星和黑洞的形成条件和物理特征：
①白矮星
a．形成条件
质量中等的恒星（小于1.4个太阳质量）经历超新星爆发后，恒星开始转变为白矮星。
b．物理特征
恒星残骸的密度达到1.75×105g／cm3（相当太阳密度的12.5万倍，由异常致密的原子核和电子组成），表面温度升高至8000K，发出白光。
②中子星
a．形成条件
质量更大的恒星经历超新星爆发后残存的质量如达到太阳质量的1.5～2倍，在暴缩情况下形成快速自转的中子星。
b．物理特征
直径一般仅10km，但密度达1014—1015g／ cm3，主要由异常致密的中子组成。中子星具有很强的磁场，并因自转而辐射具精确周期的脉冲式无线电波。中子星的辐射强度大于白矮星，所以寿命小于10亿年。
③黑洞
a．形成条件
超新星爆发后产生了超强引力场，产生黑洞。
b．物理特征
黑洞有超强的引力场，在这种超强引力场下，被吸入的任何物质和光线运动速度超过了光速。此外所有物质和光线只能被吸入，而无法逃逸出去。
（2）黑洞的奇点性质
无限大的物质密度，无限大的压力，无限弯曲的时空等。
4．宇宙中的化学元素是大爆炸时一次形成还是在天体演化过程中逐步形成？
答：宇宙中的化学元素是在天体演化过程中逐步形成的，具体形成过程如下：
宇宙大爆炸是在150亿到200亿年前，宇宙由一个时间和空间呈现混沌状态的大火球（大小可能有几光年）爆炸而来。仅在爆炸后的一秒内，引力就形成了。宇宙迅速膨胀，里面充满亚原子微粒，它们互相作用，形成了质子和中子。三分钟后，温度达到了2800亿度时，质子和中子形成了氢、氦、锂（三种最简单的元素）的核子。五亿年后原子得以形成。接着这些最简单的原子又不断反应、衰变成各种不同的原子。
5．分析21世纪中开发近地宇宙的可能性和必要性，根据中国国情哪些应“有所为”、“有所不为”？
答：（1）开发近地宇宙的可能性和必要性
①可能性
在从人们向往着进入宇宙到现在，人们已经取得巨大的成就。不管是从理论上还是在实践中都达到了史无前例的高度。一系列的成就，充分说明开发近地宇宙的可能性。
②必要性
随着人们对于宇宙的逐步了解，人们充分意识到自己所在的地球是多么宝贵。为了发展，人们大量挥霍地球资源，已经是能源问题日益凸显。随着工业化进程，地球也已不堪重负。所以，这也到了人们该思考未来的时候。是否有合适的星球可以取代地球适宜人类居住使开发近地宇宙变得必要。同时，人们对于宇宙的了解逐渐加多，也意识到自己对于一些宇宙灾难无能为力，若是有天地球遭受灭顶之灾，是否可以在此之前迁移到别的星球也使得开发近地宇宙变得迫在眉睫。
（2）中国开发近地宇宙的准则
在开发近地宇宙的过程中，中国作为一个负责任的大国，扮演着及其重要的角色。对于近地宇宙的开发，一直走在世界的前列。对于保护人类生存而探索宇宙的责任，中国责无旁贷。但也有一些国家开发近地宇宙秉持着唯利是图的想法，为了称霸，为了资源。中国一直以和平发展为目标。所以，在宇宙军备竞赛或是攫取资源的方面，不能投入过多精力。
6．客观分析地外文明探索的困难和意义，说明你持乐观、中立、或悲观态度的理由。
答：（1）地外文明探索的困难和意义
①寻找地外文明屡次实验，尚无结果
搜寻地外文明的其他途径，包括不断向太空发射无线电信号，并监测有无反馈信息，自20世纪60年代以来已作了数十次试验，尚无结果。
②考古学研究领域的涉及
考古学的介入有利于延伸人类与地外文明接触的时间范围，但要排除各种巧合或多解性，还需要多方面的证据。尽管存在上述种种困难和很小的可能性，但是搜索地外文明仍然是人类文明意义深远的创举。
（2）对于探索地外文明持乐观的态度
①具有可能性
浩瀚的宇宙中存在无数种可能性，我一直坚信人类并不唯一的智慧文明，地球也不会是唯一的适合生命生存的星球。在不可计数的星球中，存在一个类似地球的星球并不是一件难事。
②科学的进步
在几百年前，人类还羡慕着飞鸟在天空自由翱翔。如今，随着科学的进步，人们不仅在天空中翱翔，更是冲出地球去探索未知的宇宙。所以，有充分的理由相信，在不远的未来，当科学技术发展到一定程度时，人类一定可以与未知的地外文明取得交流。
7．地球圈层分异的进程和形成时间有什么依据，为什么迄今极少或找不到地球形成初期8亿年（始太古代）的物质记录？
答：（1）地球圈层分异的进程和形成时间依据
地球圈层分异并不是人们凭空想象的，根据地质学家对于生物化石的研究，提出地球圈层分异的概念。并随着科学技术的发展，利用同位素对于岩体测算地质年龄，逐步建立系统来阐述地球圈层分异的过程。根据精确的同位素测算，绘制了地质年代表，说明了各时期的发展规律。
（2）迄今极少或找不到地球形成初期8亿年的物质记录的原因
地球圈层并不是固定存在，而是处在一个动态的平衡中。只不过对于生命长度有限的人类感受不到。通过全球板块理论可以说明，整个地球圈层都在不断的交替变化。年老的底层不断的下沉，直至溶解成液体物质，再通过板块构造运动生成新的圈层。因此，人们很难去找到始太古代所留下的物质记录。
8．生命的本质是什么？从非生命有机物质演化为原始生命的关键环节是什么？
答：（1）生命的本质
生命的本质就在于蛋白体（目前的理解为类似于原生质的核酸—蛋白质体系）具有的新陈代谢能力。这种能力是任何非生命不具备的，所以生命是物质运动的最高形式。生命（生物）与非生命（非生物界）之间并不存在不可跨越的鸿沟，构成生物体的50多种元素在非生物界里同样存在，说明两者有着共同的物质基础。生物是非生物演化到特定阶段的产物。
（2）从非生命有机物质演化为原始生命的关键环节
关键环节在于，如何使蛋白质组合成具有新陈代谢能的生物体，这就是生命的基本特征，也是生命区别于任何非生命的本质特征。
9．试说明古猿（动物）与猿人（早期人类）的根本区别和识别标志？
答：（1）古猿（动物）与猿人（早期人类）的根本区别
古猿与猿人的根本区别在于，前者仍停留在动物本能的劳动形式，只会使用天然工具；而后者已经有意识地能够自己制造工具。
按照制造工具的工艺水平和相应的身体结构特征（如骨骼粗壮程度、脑容量大小、直立行走姿态等），史前人类可以区分为猿人（含早期猿人，又称能人和晚期猿人，又称直立人），古人（早期智人）和新人（晚期智人），共3类4个阶段。猿人阶段创造了旧石器早期文化，古人阶段发展为旧石器中期文化，新人阶段则从晚期旧石器转入新石器时期文化。
（2）古猿与猿人的识别标志
有意识的自己制造工具是是识别古猿与猿人的根本标志。
10．如果将46亿年的地球历史比喻为1年，换算一下显生宙（动、植物全面繁荣）和第四纪（人类演化）各占多少时间？
答：（1）显生宙和第四纪距今大约年代
①显生宙
显生宙进一步分为古生代（5.4亿年前～2.5亿年前）、中生代（2.5亿年前～0.65亿年前）和新生代（0.65亿年前～现在）三个阶段。它们分别代表了生物演化的“古老”、“中等发达”和“新生”阶段。
②新生代的第四纪
新生代的第四纪，是距今160-180万年。
（2）时间换算
①显生宙5.4/46＝X/365,X=42.85(天)
②再按照180万年算第四纪：180万年是0.018亿年，0.018/46＝X/365，X=0.143天，合3小时26分钟。