東師天體物理0

1、,,物理學院 崔士舉 2012年秋季學期,普通天文學,2.普通天文學 胡中為 南京大學出版社 3.天文學新概論 蘇宜 華中理工大學出版社,參考書： 1.基礎天文學 劉學富等 高等教育出版社,學分為： 2學分包括3-5次觀測（分組進行）考核要求：出勤10%、論文20%、期末考試70%論文要求3000字左右，期末考試前書面形式上交（打印手寫均可）其他：PPT制作及講解，天文攝影，天文科普

2、,任科教師：物理學院 崔士舉 電子郵箱：cuisj820@nenu.edu.cn,,,網(wǎng)上資源：國家精品課程《天文學導論》網(wǎng)站 http://bnucourse.bnu.edu.cn/course/astronomy/index.html美國航天航空局 NASA（Nantional Aeronautics and Space Admininstration）. http：//www.nasa.gov哈勃空間望遠

3、鏡電信服務（Space Telescope Electronic Information Service）. http：//www.stsci.edu/ftp/science/hdf/hdf.html天空與望遠鏡雜志 SKY ONLINE（Sky & Telescope）. http：//skyandtelescope.com今日天文（英文網(wǎng)站） http://wps.prenhall.com/es

4、m_chaisson_astronomytoday_5/北京天文館： http://www.bjp.org.cn/misc/index.htm牧夫天文論壇 http://amateur.lamost.org/bootes/bbs/index.php每日一圖 http://antwrp.gsfc.nasa.gov/apod/astropix.html,Apollo 11 Landing Site Panoram

5、a,Astronomy Picture of the Day,2012 August 30,中國是世界上天文學發(fā)展最早的國家之一。 它萌芽于新石器時代，可以追溯到4500年以前，至戰(zhàn)國秦漢期間（公元前475年～公元220年）形成了以歷法和天象觀測為中心的完整而富有特色的體系。,天文學史,李約瑟（英）： 中國的“客星”記錄，對今日的天文學研究仍然具有一定的現(xiàn)實意義……迫切需要把中國古書中的天象記載進

6、行改編，使它們成為可供各國天文學家利用的形式。,,蟹狀星云--1054超新星遺跡,堯對舜說：“天之歷數(shù)在爾躬”司馬遷：“由是觀之，王者所重也”郭守敬：“歷之本在于測驗，測驗之器莫先儀表”顧炎武：“三代之上，人人皆知天文 七月流火，農(nóng)夫之辭也… 三星在戶，婦人之語也，”三代（古代三帝），大家都知道天文，七月流火，農(nóng)夫之辭也… 流火---火指大火即天蝎座α， 老農(nóng)民的話，三星在戶，婦人之語也，”三星即獵戶座腰部

7、三星，農(nóng)婦紡棉花時，冬天看星掌握時間好休息。,獵戶座,對于中國人來說，天文學曾經(jīng)是一門很重要的科學，因為它是從敬天的“宗教”中自然產(chǎn)生的。歷法是由皇帝頒布的，天文和歷法一直是“正統(tǒng)”的儒家之學。 從中國的天象記事可以看出，中國人在阿拉伯人以前，是全世界最堅毅、最精確的天文觀測者。現(xiàn)代天文學家在許多場合，都曾求助于中國的天象記事，并得到良好的結果。 中國天文學

8、本質上是有天極的，它使用的是赤道坐標，主要依靠觀測拱極星。,七政：古人把日月和金木水火土合稱為七政或七曜。 金星古名明星，又名太白；黎明見于東方叫啟明，黃昏見于西方叫長庚，《詩經(jīng)》說“東有啟明，西有長庚”； 木星古名歲星，古人認為歲星十二年繞天一周，并據(jù)以紀年； 水星一名晨星， 火星古名熒惑， 土星古名鎮(zhèn)星或填星。,武王伐紂之年代----判斷商、周年代的重要一點武王伐紂天象與歷史事件一覽表公元前

9、 干支 天象 事件1047 ---- 歲在鶉火(獅子宮) 孟津之會伐紂開始1045-12-03 丁亥 月在天駟 --------1045-12-07 戊子 東面而迎歲 周師出發(fā) 1045-12-22 丙午 望 -------- 1044-01-03

10、 戊午 ----------- 師渡孟津 1044-01-06 辛酉 朔 --------1044-01-09 甲子 歲鼎（當頭） 牧野之戰(zhàn)，克商,石申（戰(zhàn)國）：最古老的星表張衡（東漢）：漏水轉渾天儀祖沖之（南北朝 ）：大明歷 郭守敬（元代）：簡儀萬戶：利用火箭推力飛行第一人,月球背面的5個“中國人”,中國

11、古代天文儀器,圭表,日晷,漏水轉渾天儀,簡儀,公元前13世紀，古代巴比倫人把黃道附近的星座確定為12個，依次稱為：白羊座、金牛座、雙子座、巨蟹座、獅子座、室女座、天秤座、天蝎座、人馬座、摩羯座、寶瓶座和雙魚座。古代天文學家為了表達太陽在黃道上所處的位置而將黃道這個大圓劃分為12段，稱為黃道12宮，每宮占30度，又將黃道12宮和黃道附近的12個星座聯(lián)系起來。如白羊座所在的那個宮稱為白羊宮。,,,寶瓶,,寶寶,哥白尼的日心說伽利略、開普勒

12、、赫歇爾、牛頓、哈勃等,尼古拉·哥白尼,天文學 （Astronomy----Star + Law）： 天文學是研究宇宙間天體(天體、天體系統(tǒng)以至整個宇宙)的科學。它研究天體的位置和運動，研究它們的化學組成、物理狀態(tài)和過程，它們的結構和演化。 天文學是自然科學中一門基礎學科（6個）。 天文學是一門古老而又富有生命力的學科。 現(xiàn)代天文學是全電磁波

13、段可觀測的科學。,,天文學的研究特點,天文學研究的基礎——觀測（觀察和測量） 天文觀測是一種“被動”的試驗 觀測→理論→觀測 距離極遠——光年(=9.46×1012 km ) 時標極長——(普通恒星的壽命：100億年) 物理條件極端復雜（溫度、密度、壓強、磁場）,,,,,,天　體　演　化　學,,,,,,,,,,,,“理性工具”分 類,“觀測工具”分 類,光學天文實測手段,射電天文實測

14、手段,空間天文實測手段,中微子天文實測手段,引力波天文實測手段,天體測量學,天體力學,天體物理學,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,天文學史,實用天文學,,,,,,,,,,,宇宙大尺度結構,歷史及歷史研究,天文學,各相關實用領域,研 究 目 標 分 類學科分類框架圖,,Tiantiwulixue 天體物理學(astrophysics) 天文學的一個重要分支，是應用物理學的技術、方法和理論，研究天體的形態(tài)、結

15、構、化學組成、物理狀態(tài)和演化規(guī)律的學科；它是物理學和天文學互相滲透產(chǎn)生的交叉學科。 分支學科　天體物理學發(fā)展異常迅速且研究領域寬廣而相互交叉，學科分類復雜。天體物理學按學科性質分為：實測天體物理學和理論天體物理學；按觀測基地和波段可分為：光學天文學、射電天文學（包括毫米波和亞毫米波）、紅外天文學、紫外天文學、高能（X射線、γ射線、中微子）天體物理學，統(tǒng)稱為全（電磁）波段天文學；按研究對象又分為：太陽物理學、太陽系物理學、恒星天文學、

16、恒星物理學、星際介質物理學、星系天文學、宇宙學、宇宙化學、天體演化學等分支學科。新興起的空間天文學和高能天體物理學也是它的分支。,新世紀的天文學和天體物理學展望公元1000年: 僅僅亞洲，特別是中國，中東和中美洲 有天文學家; 知道8大行星中的6個; 知道恒星,但不知道恒星和太陽一樣; 不知道恒星離地球多遠 公元2000年: 人類的視野已擴大到包含整個宇宙 太陽只不過是銀河系中一千億顆恒星之一

17、 銀河系也只不過是可見宇宙中大約一千億個星系之一 我們可以用望遠鏡觀察宇宙年輕時的面貌那時它的年 齡只有幾十萬年, 暴脹的大爆炸理論,可以描述了自 宇宙時的10－36秒以來宇宙經(jīng)歷了怎樣的演化。公元3000年：？？？,人們不可能預言公元3000年時天文學將邁向何處，但很清楚在可預見的未來，天文學明確問題將會是： ? 宇宙是怎樣發(fā)端的，它是怎樣由基本粒子的混合物演化為今天我們所見到的結構， 它未來的命運是什么？

18、 ? 星系是怎樣形成和演化的？ ? 恒星是怎樣形成和演化的？ ? 行星是怎樣形成和演化的？ ? 宇宙中別的地方存在生命嗎？ 研究人員現(xiàn)在至少已經(jīng)掌握了與所有這些問題相關的初步觀測資料，然而其中只有一個問題，即恒星如何演化，存在較為完全的答案。恒星演化理論的發(fā)展和觀測證實是20世紀天體物理學的偉大成就之一。對于21世紀來說，長期目標是全面了解宇宙和它的組成物星系、恒星和行星－包括銀河系、太陽和地球的形成

19、、演化和命運。,現(xiàn)代天文學與物理學關系緊密,天體物理學已成為天文學研究的主流現(xiàn)代天體物理研究的前沿課題是天文學家和物理學家共同關心的，天體和宇宙是物理學的巨大實驗室，物理學是天文學的理論基礎,現(xiàn)代天文學的發(fā)展與物理學息息相關 17世紀望遠鏡的發(fā)明19世紀中葉，天體光譜的測量，天體物理學的誕生觀測技術和理論工具飛速發(fā)展光學天文學→射電天文學、空間天文學→全波天文學量子論、相對論、原子核物理學、高能物理學等,天文觀測為物理學的基

20、本理論提供了地球上實驗室無法得到的物理現(xiàn)象和物理過程。在宇宙中所發(fā)生的種種物理過程比地球上所能發(fā)生的多得多。,極端物理條件實驗室如中子星：超高密、超強磁場、超強壓力、超高溫和超強輻射的空間實驗室引力實驗室等離子體實驗室超流超導實驗室高能帶電粒子加速器等,天文學與物理學的相互促進,20世紀初物理學家的預言，大多數(shù)已被天文觀測所證實： ? 光線在太陽引力場中彎曲? 水星近日點的運動規(guī)律? 引力場中的光譜紅移? 中子星的存在

21、? 宇宙微波背景輻射的存在? 黑洞的存在,天文學觀測的貢獻,萬有引力定律；廣義相對論驗證：光線在太陽引力場中彎曲和水星近日點的運動規(guī)律； 氦元素的發(fā)現(xiàn)； 熱核聚變的概念； 白矮星理論 視超光速膨脹現(xiàn)象； 類星體、星系核、γ 射線暴的能源,物理學諾貝爾獎,1901年設立，從20世紀70年代開始，已有10個天文項目15名天文學家榮獲諾貝爾物理學獎諾貝爾物理學獎已不再是物理學家的專利許多物理現(xiàn)象和挑戰(zhàn)需要天文學來解決：

22、 廣義相對論的驗證 黑洞（極端物理條件） 宇宙的起源與演化 暗物質與暗能量,1970 年之后與天文有關的物理學諾貝爾獎：,1)阿爾文：瑞典，太陽和宇宙磁流體力學，1970 （阿爾文波，磁凍結）2)休伊什：英國，發(fā)現(xiàn)脈沖星證認中子星， 19743)賴爾：英國，發(fā)明綜合孔徑射電望遠鏡， 1974 4)彭齊亞斯和威耳遜：美國，發(fā)現(xiàn)宇宙背景輻射,1978 5)福勒：美國，恒星上元素的合成，19836)錢德拉塞卡

23、：美籍印度，恒星演化及白矮星質量上限，1983 7)泰勒和赫爾斯：美國，發(fā)現(xiàn)脈沖雙星和間接驗證引力輻射，19938)賈科尼、戴維斯、小柴昌?。篨射線與中微子天文學，2002 9)馬瑟、斯莫特：發(fā)現(xiàn)黑體形態(tài)和宇宙微波背景輻射的擾動現(xiàn)象，2006,10) Studies of Universe’s Expansion Win Physics Nobel in 2011,Johns Hopkins University; Unive

24、rsity Of California At Berkeley; Australian National University,From left, Adam Riess, Saul Perlmutter and Brian Schmidt shared the Nobel Prize in physics,52,44,41,2006年，邵逸夫天文獎曾頒發(fā)給同樣的三位科學家及其發(fā)現(xiàn),宇宙在加速膨脹,,Riess et al., 1998

25、,Perlmutter et al., 1999,我國天文學現(xiàn)況及展望,天文單位：國家天文臺紫金山天文臺上海天文臺有天文系的高校：南京大學天文與空間科學學院（1952）北京師范大學天文系（1960）北京大學天文系（2000）中科大天文學系（2009）廈門大學天文系（2012）,紫金山天文臺,國家天文臺興隆站,1994年5月,中國： 天文逐漸被認同和重視離開大學天文的支持，中國天文不可能有大發(fā)展：科學院無法解決天文隊

26、伍的嚴重匱乏 大學是天文科學創(chuàng)新不可替代的大學為天文發(fā)展輸送人才中華民族宇宙觀的普及離不開大學天文,宇宙概觀,從地球向外觀測——由近及遠太陽---太陽系恒星---星團----恒星演化銀河系—河外星系宇宙---大爆炸模型,天文學研究的空間尺度：從極小到極大,最遙遠星系銀河系鄰近恒星太陽地球人類細胞原子質子夸克,,1026 m,10-20 m,10-10 m,100 m,1010 m,10

27、20 m,恒星的距離常用“光年”來度量，即光（光速約3×105km/s）在一年所走的距離叫1光年(Ly)， 1Ly=9.46 ×1012km(約10萬億km),人類的家園—地球地球(Earth)誕生于46億年前，是目前所知唯一有生命存在的星球。地球離太陽的距離大約是1.5×108km。365.256天繞行太陽一周，并用23.9小時自轉一圈。半徑是6378km，在地球強大引力作用下，形成數(shù)千米的大氣層，

28、它使地表溫度趨于恒定。大氣層不僅為我們提供豐富的氧氣，還能阻擋某些宇宙輻射，為人們提供了一個安全的生存空間。,太陽 太陽處于太陽系的中心，是太陽系的主宰。它的質量占太陽系總質量的99.865％,所以它有足夠強大的吸引力，帶領它大大小小的成員圍著自己不停地旋轉。太陽在廣闊的恒星世界中是一顆中等質量的普通恒星，也是我們唯一能觀測到表面細節(jié)的恒星。表面溫度約為5700K。,日地平均距離=1.5×108km=1個天文單位太陽到冥王

29、星平均距離=5.9×109km,美麗的銀河系里是個旋渦狀的廣闊天地，這里有變幻莫測的變星家族，有成千上萬的奇異致密天體，大約有1000億顆恒星，有數(shù)千個銀河星團和球狀星團、星云及無數(shù)的星際物質，組成了銀河系。銀河系內的所有成員都圍著銀河系的中心旋轉，太陽同時還以每秒21公里的速度朝著麒麟座的方向飛馳。太陽作為一顆普通恒星，距離銀河系的中心有2.6萬光年。 1光年=9.46×1012千米,仙女座大星云M31，距銀河系

30、220萬光年，是在地球上北半球唯一能用肉眼看到的河外星系,,河外星系在遼闊無垠的宇宙之中，我們的銀河系只是“滄海一粟”。除了銀河系以外還有約1200億個千姿百態(tài)的河外星系。這是“哈勃”空間望遠鏡拍攝的宇宙最深處的星系，每個星系都包含著千億個恒星、行星和可能存在生命的人類。,按照現(xiàn)代天文研究的結果，認為宇宙起源于一次大爆炸，并還在繼續(xù)膨脹，宇宙的年齡約為137億年。,,時間跨度：從過去到將來,向前：太陽的過去、大爆炸、時間的起點