東師天體物理0

1、,,物理學(xué)院 崔士舉 2012年秋季學(xué)期,普通天文學(xué),2.普通天文學(xué) 胡中為 南京大學(xué)出版社 3.天文學(xué)新概論 蘇宜 華中理工大學(xué)出版社,參考書： 1.基礎(chǔ)天文學(xué) 劉學(xué)富等 高等教育出版社,學(xué)分為： 2學(xué)分包括3-5次觀測(cè)（分組進(jìn)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(xué)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(xué)導(dǎo)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(yuǎn)

3、鏡電信服務(wù)（Space Telescope Electronic Information Service）. http：//www.stsci.edu/ftp/science/hdf/hdf.html天空與望遠(yuǎn)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(xué)發(fā)展最早的國家之一。 它萌芽于新石器時(shí)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(cè)為中心的完整而富有特色的體系。,天文學(xué)史,李約瑟（英）： 中國的“客星”記錄，對(duì)今日的天文學(xué)研究仍然具有一定的現(xiàn)實(shí)意義……迫切需要把中國古書中的天象記載進(jìn)

6、行改編，使它們成為可供各國天文學(xué)家利用的形式。,,蟹狀星云--1054超新星遺跡,堯?qū)λ凑f：“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(cè)驗(yàn)，測(cè)驗(yàn)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(shí)，冬天看星掌握時(shí)間好休息。,獵戶座,對(duì)于中國人來說，天文學(xué)曾經(jīng)是一門很重要的科學(xué)，因?yàn)樗菑木刺斓摹白诮獭敝凶匀划a(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(xué)。 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(jiān)毅、最精確的天文觀測(cè)者?，F(xiàn)代天文學(xué)家在許多場(chǎng)合，都曾求助于中國的天象記事，并得到良好的結(jié)果。 中國天文學(xué)

8、本質(zhì)上是有天極的，它使用的是赤道坐標(biāo)，主要依靠觀測(cè)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(rèn)為歲星十二年繞天一周，并據(jù)以紀(jì)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(diǎn)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(huì)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(dāng)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(zhuǎn)渾天儀祖沖之（南北朝 ）：大明歷 郭守敬（元代）：簡(jiǎn)儀萬戶：利用火箭推力飛行第一人,月球背面的5個(gè)“中國人”,中國

11、古代天文儀器,圭表,日晷,漏水轉(zhuǎn)渾天儀,簡(jiǎn)儀,公元前13世紀(jì)，古代巴比倫人把黃道附近的星座確定為12個(gè)，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(xué)家為了表達(dá)太陽在黃道上所處的位置而將黃道這個(gè)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(gè)星座聯(lián)系起來。如白羊座所在的那個(gè)宮稱為白羊?qū)m。,,,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(xué) （Astronomy----Star + Law）： 天文學(xué)是研究宇宙間天體(天體、天體系統(tǒng)以至整個(gè)宇宙)的科學(xué)。它研究天體的位置和運(yùn)動(dòng)，研究它們的化學(xué)組成、物理狀態(tài)和過程，它們的結(jié)構(gòu)和演化。 天文學(xué)是自然科學(xué)中一門基礎(chǔ)學(xué)科（6個(gè)）。 天文學(xué)是一門古老而又富有生命力的學(xué)科。 現(xiàn)代天文學(xué)是全電磁波

13、段可觀測(cè)的科學(xué)。,,天文學(xué)的研究特點(diǎn),天文學(xué)研究的基礎(chǔ)——觀測(cè)（觀察和測(cè)量） 天文觀測(cè)是一種“被動(dòng)”的試驗(yàn) 觀測(cè)→理論→觀測(cè) 距離極遠(yuǎn)——光年(=9.46×1012 km ) 時(shí)標(biāo)極長——(普通恒星的壽命：100億年) 物理?xiàng)l件極端復(fù)雜（溫度、密度、壓強(qiáng)、磁場(chǎng)）,,,,,,天　體　演　化　學(xué),,,,,,,,,,,,“理性工具”分 類,“觀測(cè)工具”分 類,光學(xué)天文實(shí)測(cè)手段,射電天文實(shí)測(cè)

14、手段,空間天文實(shí)測(cè)手段,中微子天文實(shí)測(cè)手段,引力波天文實(shí)測(cè)手段,天體測(cè)量學(xué),天體力學(xué),天體物理學(xué),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,天文學(xué)史,實(shí)用天文學(xué),,,,,,,,,,,宇宙大尺度結(jié)構(gòu),歷史及歷史研究,天文學(xué),各相關(guān)實(shí)用領(lǐng)域,研 究 目 標(biāo) 分 類學(xué)科分類框架圖,,Tiantiwulixue 天體物理學(xué)(astrophysics) 天文學(xué)的一個(gè)重要分支，是應(yīng)用物理學(xué)的技術(shù)、方法和理論，研究天體的形態(tài)、結(jié)

15、構(gòu)、化學(xué)組成、物理狀態(tài)和演化規(guī)律的學(xué)科；它是物理學(xué)和天文學(xué)互相滲透產(chǎn)生的交叉學(xué)科。 分支學(xué)科　天體物理學(xué)發(fā)展異常迅速且研究領(lǐng)域?qū)拸V而相互交叉，學(xué)科分類復(fù)雜。天體物理學(xué)按學(xué)科性質(zhì)分為：實(shí)測(cè)天體物理學(xué)和理論天體物理學(xué)；按觀測(cè)基地和波段可分為：光學(xué)天文學(xué)、射電天文學(xué)（包括毫米波和亞毫米波）、紅外天文學(xué)、紫外天文學(xué)、高能（X射線、γ射線、中微子）天體物理學(xué)，統(tǒng)稱為全（電磁）波段天文學(xué)；按研究對(duì)象又分為：太陽物理學(xué)、太陽系物理學(xué)、恒星天文學(xué)、

16、恒星物理學(xué)、星際介質(zhì)物理學(xué)、星系天文學(xué)、宇宙學(xué)、宇宙化學(xué)、天體演化學(xué)等分支學(xué)科。新興起的空間天文學(xué)和高能天體物理學(xué)也是它的分支。,新世紀(jì)的天文學(xué)和天體物理學(xué)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(xué)家; 知道8大行星中的6個(gè); 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(yuǎn) 公元2000年: 人類的視野已擴(kuò)大到包含整個(gè)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(gè)星系之一 我們可以用望遠(yuǎn)鏡觀察宇宙年輕時(shí)的面貌那時(shí)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(shí)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(yù)言公元3000年時(shí)天文學(xué)將邁向何處，但很清楚在可預(yù)見的未來，天文學(xué)明確問題將會(huì)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(jié)構(gòu)， 它未來的命運(yùn)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(guān)的初步觀測(cè)資料，然而其中只有一個(gè)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(cè)證實(shí)是20世紀(jì)天體物理學(xué)的偉大成就之一。對(duì)于21世紀(jì)來說，長期目標(biāo)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(yùn)。,現(xiàn)代天文學(xué)與物理學(xué)關(guān)系緊密,天體物理學(xué)已成為天文學(xué)研究的主流現(xiàn)代天體物理研究的前沿課題是天文學(xué)家和物理學(xué)家共同關(guān)心的，天體和宇宙是物理學(xué)的巨大實(shí)驗(yàn)室，物理學(xué)是天文學(xué)的理論基礎(chǔ),現(xiàn)代天文學(xué)的發(fā)展與物理學(xué)息息相關(guān) 17世紀(jì)望遠(yuǎn)鏡的發(fā)明19世紀(jì)中葉，天體光譜的測(cè)量，天體物理學(xué)的誕生觀測(cè)技術(shù)和理論工具飛速發(fā)展光學(xué)天文學(xué)→射電天文學(xué)、空間天文學(xué)→全波天文學(xué)量子論、相對(duì)論、原子核物理學(xué)、高能物理學(xué)等,天文觀測(cè)為物理學(xué)的基

20、本理論提供了地球上實(shí)驗(yàn)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?xiàng)l件實(shí)驗(yàn)室如中子星：超高密、超強(qiáng)磁場(chǎng)、超強(qiáng)壓力、超高溫和超強(qiáng)輻射的空間實(shí)驗(yàn)室引力實(shí)驗(yàn)室等離子體實(shí)驗(yàn)室超流超導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室高能帶電粒子加速器等,天文學(xué)與物理學(xué)的相互促進(jìn),20世紀(jì)初物理學(xué)家的預(yù)言，大多數(shù)已被天文觀測(cè)所證實(shí)： ? 光線在太陽引力場(chǎng)中彎曲? 水星近日點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律? 引力場(chǎng)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(xué)觀測(cè)的貢獻(xiàn),萬有引力定律；廣義相對(duì)論驗(yàn)證：光線在太陽引力場(chǎng)中彎曲和水星近日點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)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(xué)諾貝爾獎(jiǎng),1901年設(shè)立，從20世紀(jì)70年代開始，已有10個(gè)天文項(xiàng)目15名天文學(xué)家榮獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)已不再是物理學(xué)家的專利許多物理現(xiàn)象和挑戰(zhàn)需要天文學(xué)來解決：

22、 廣義相對(duì)論的驗(yàn)證 黑洞（極端物理?xiàng)l件） 宇宙的起源與演化 暗物質(zhì)與暗能量,1970 年之后與天文有關(guān)的物理學(xué)諾貝爾獎(jiǎng)：,1)阿爾文：瑞典，太陽和宇宙磁流體力學(xué)，1970 （阿爾文波，磁凍結(jié)）2)休伊什：英國，發(fā)現(xiàn)脈沖星證認(rèn)中子星， 19743)賴爾：英國，發(fā)明綜合孔徑射電望遠(yuǎn)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(zhì)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(yàn)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(xué)，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(dòng)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(jiǎng)曾頒發(fā)給同樣的三位科學(xué)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(xué)現(xiàn)況及展望,天文單位：國家天文臺(tái)紫金山天文臺(tái)上海天文臺(tái)有天文系的高校：南京大學(xué)天文與空間科學(xué)學(xué)院（1952）北京師范大學(xué)天文系（1960）北京大學(xué)天文系（2000）中科大天文學(xué)系（2009）廈門大學(xué)天文系（2012）,紫金山天文臺(tái),國家天文臺(tái)興隆站,1994年5月,中國： 天文逐漸被認(rèn)同和重視離開大學(xué)天文的支持，中國天文不可能有大發(fā)展：科學(xué)院無法解決天文隊(duì)

26、伍的嚴(yán)重匱乏 大學(xué)是天文科學(xué)創(chuàng)新不可替代的大學(xué)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(xué)天文,宇宙概觀,從地球向外觀測(cè)——由近及遠(yuǎn)太陽---太陽系恒星---星團(tuán)----恒星演化銀河系—河外星系宇宙---大爆炸模型,天文學(xué)研究的空間尺度：從極小到極大,最遙遠(yuǎn)星系銀河系鄰近恒星太陽地球人類細(xì)胞原子質(zhì)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(shí)自轉(zhuǎn)一圈。半徑是6378km，在地球強(qiáng)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(gè)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(zhì)量占太陽系總質(zhì)量的99.865％,所以它有足夠強(qiáng)大的吸引力，帶領(lǐng)它大大小小的成員圍著自己不停地旋轉(zhuǎn)。太陽在廣闊的恒星世界中是一顆中等質(zhì)量的普通恒星，也是我們唯一能觀測(cè)到表面細(xì)節(jié)的恒星。表面溫度約為5700K。,日地平均距離=1.5×108km=1個(gè)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(gè)旋渦狀的廣闊天地，這里有變幻莫測(cè)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(gè)銀河星團(tuán)和球狀星團(tuán)、星云及無數(shù)的星際物質(zhì)，組成了銀河系。銀河系內(nèi)的所有成員都圍著銀河系的中心旋轉(zhuǎn)，太陽同時(shí)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(gè)千姿百態(tài)的河外星系。這是“哈勃”空間望遠(yuǎn)鏡拍攝的宇宙最深處的星系，每個(gè)星系都包含著千億個(gè)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(jié)果，認(rèn)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(shí)間跨度：從過去到將來,向前：太陽的過去、大爆炸、時(shí)間的起點(diǎn)