恒星与宇宙

人类对宇宙的认识

天圆地方“盖天说”

称雄千年的“浑天说”

贡献：1、地球是圆的；

2、天球概念、天球运动

（在天文测量中的意义）

包含宇宙无限思想的“宣夜说”

主要贡献：

1、宇宙无限思想；

2、打破了固体“天球”的限制；

3、认为天体是“气”组成

古希腊天文观

1. 塞利斯(Thales, 640-560 BC)

o 根据美索不达米亚人的天文观念─

四季的变化与季节的长短，太阳在星座间位置的变化周期日蚀，预

测BC 585 年所发生的一次日蚀。

o 认为星与太阳并不是神而可能是一个火球。

o 其门人Anaximander (BC610-545）认为物质是由不灭的元素所组成的。而且他试着画出太阳、月球、行星与地球之间的距离。

o 另一门人Heraclitus ( 535 - 575 BC?）认为宇宙并不是由神或人

类创造的，但它是永恒的，而且他认为最理想的宇宙是无序的。

2、毕达哥拉斯(Pythagoras, 540-510 BC)

o发明勾股定理，为数学、音乐之父。

o是最早的实验科学家之一。

o由月相图（月的盈亏）推测月球是球状的，进一步地推测地球与其它星体也是球状的。环绕着地球的是太阳、月球、五大行星及恒星。

3、柏拉图(Plato, 427～347 BC)

o哲学家

o认为哲学来自于天文学——因为日夜、四季给我们时间的观念与探索宇宙特性的动力，从这些来源引导着我们建立哲学的概念。

4、亚里士多德(Aristotle, 384-322 BC)

o 主张由绝对的对称，简单与完美的抽象概念来了解所观测的事物。

o 亚里士多德的宇宙是球状而且有限的，以地球为中心，行星与其它星体是在一地球为中心的球壳上运行。这些球壳可以不同的速度旋转。

亚里士多德可以说是杰出的实验学家。他所观测的结果如下：由上弦月的观测推测月球是介于大阳与地球之间。由不同的纬度有不同的恒星在天顶上可推测地球是球形的。由没有明显的恒星视差的观测结果，推测地球相对于恒星的运动是很小的。

5、Eratosthenes (276﹖-192﹖BC）

在夏至日当太阳经过西奈(Syene)的天顶，照着井底的时候，在亚历山大城测量太阳距天顶的角度等于两城的纬度差，再测两城的距离，则可测地球的周长。

统治千年的“地心说”

托勒密(Ptolemy, 140 AD)

o著有大综合论(Megale Sysntaxis)，主张地心学说。

o用周转圆理论(本轮与均轮)来解释行星逆行，认为宇宙间任何星体绕地球运行的轨道皆为完美的圆形托勒密的学说与宇宙模型主宰西方天文学思维将近1500年。

冲破枷锁的“日心说”

哥白尼(Nicolaus Copernicus, 1473), 波兰人

o24岁开始他的第一次天文观测

o以各种不同的方法分析行星的运动，很快地发现到，如果以太阳为中心，将地球视为另一个绕着太阳的行星，则可以更简单地分析与预测太阳系的行星运转(日心学说)。

o1512年建立了哥白尼理论：太阳是在太阳系的中心，行星绕着太阳运行，月球绕着地球运行，恒星是在无法测量的远处。

o1543出版了他的学说—On Revolutions

对太阳系起源的认识18世纪下半叶，德国哲学家康德法国天文学家拉普拉斯提出康德－拉普拉斯“星云说”

哲学意义：

解决了天体运动的“第一次推动问题”

对宇宙起源的认识

20世纪以来，天文学家们建立起多种宇宙模型。概括起来主要有两大派别：

（1）稳恒态宇宙模型：认为宇宙在大尺度上的物质分布和物理性质是不随时间变化的，稳恒不变。不仅在空间上是均匀的，各向同性的，而且在时间上也是稳定的。1948年英国天文学家邦迪（Hermann Bondi;）等提出；

（2）演化态模型：认为宇宙在大尺度上的物质分布和物理性质是随时间在变化的。1922年，苏联数学家弗里德曼（Friedmann）在解爱因斯坦引力场方程时得到在众多的宇宙模型中，目前影响最大的是热大爆炸宇宙学说。

最有影响的“大爆炸说”

1929年，哈勃发现：所有的河外星系都存在“红移”，且红移量与离我们的距离成正比（哈勃定律）

所有的星系都远离我们而去，且离我们越远飞离速度越快

勒梅特：现在的宇宙是一个“原始原子”爆炸而成

1948年，美国天文学家伽莫夫正式提出“宇宙大爆炸说”并预言宇宙空间残存有“原始火球”的约4K“余热”

1965年，Penzian & Wilson发现宇宙背景辐射（相当于3K）温度

大爆炸学说(The Big Bang)

假设宇宙是在约150-200亿年前，从一个高温高密度的状态，开始爆炸，膨胀之后渐渐冷却，形成星系。膨胀是发生在每一处。宇宙论标准模型所描绘宇宙历史：

t=0 开始产生大爆炸

t=4秒开始产生质子、中子、电子

t=3分开始形成原子核

其中氢(H) 约占75%，氦(He) 约占25%此时气体是游离的，自由电子与光散射，光无法跑远就被散射掉，宇宙到处充满辐射。大爆炸至此时期之前，合称为辐射主控时代(radiation dominate era) 。

t=106年温度约为3000 K自由电子与氢、氦原核结合成为氢原子与氦原子。此时气体是中性的，使得光子可以在宇宙中自由行走，亦即宇宙变透明了，从此进入物质主控时代(matter dominate era)

t=109年星系的形成。

中国科学技术兴衰的原因与启示

1、由哲学走向玄学

2、重“思想”轻技术，重“思辩”轻实践4、重文轻“理”（技）——

科举制度的直接弊端3、重“引经据典”，“尊古”、“独尊儒”，反对探索创新5、功利思想、“尊卑”思想6、闭关锁国——航海业落后——丧失天文、机械发展的动力

恒星物理

恒星的极端参数

最近的恒星：比邻星，距我4.3光年（~40万亿km）

最远的恒星：类星体（中），距我230亿光年（？）

密度最大的恒星：中子星，黑洞！

相关天文知识

天体测量

天体距离测量方法

1、三角视差法：

适合于“近距离”（<100秒差距）恒星

目前，用三角视差法己测定了约10000颗恒星的距离。

这些恒星视差角p<1”

相关名词：秒差距1 秒差距=1天文单位上视差角为1”的距离=3.261光年

2、由“造父变星”变光周期推算

“造父变星”型恒星的变光周期~绝对光度（亮度）关系

——周光关系：变光周期越长，绝对光度越小

恒星温度

相关知识——天体测量——恒星温度与星光颜色间关系

韦恩定律(Wien's Law ) ：

λmax= 0.29/T (cm)

温度愈高，波长(λmax)愈短，星光偏蓝。温度愈低，波长(λmax)愈长，星光偏红。

恒星大小测量方法

1、光学干涉法：

原理：双光束干涉

2、月掩星法：利用月球前缘掩过恒星时，所产生的绕射图形，可推测出恒星的大小。

3、根据斯特潘—波尔兹曼定律间接测量