清华大学天文学导论11宇宙学
自然科学公共选修课程——科学基础
自然科学公共选修课程——科学基础天文学导论 (278)物理学思想史与自然哲学 (280)等离子体科学和应用 (282)太空之旅 (284)创新与发明 (286)中国古代冶铸技术 (287)电影中的科学理念探讨 (289)思维能力与工程制图 (290)激光与现代生活概论 (293)营养化学 (295)美容化学 (297)《天文学导论》课程教学大纲一、课程名称天文学导论Introduction to Astronomy二、课程编码1405961三、学时与学分32/2四、先修课程无五、课程教学目标本课程为非天文专业的理工科或文科学生普及天文学知识而开设。
内容包括宇宙概貌，太阳系，九大行星，地球，月球，日蚀，月蚀的形成原因，恒星的形成，演化与死亡的规律。
致密星如中子星和黑洞的特征，星系的概念以及宇宙大爆炸学说等天文学基础知识。
讲授采用双语教学，配合大量多媒体精采图片以及天文学科普电影资料，以形象描述为主，基本上不用数学公式。
这样既可以去除学生的畏难情绪，又可以激发学生探索宇宙奥秘的兴趣，使他们感到确有收获。
六、适用学科专业全校各专业七、基本教学内容与学时安排Chapter 1 The universe at different scales (宇宙的不同尺度) （1学时）Chapter 2 The earth and the sky (地球和天空) （2学时）Chapter 3 Lunar phases, tides and eclipses (月相, 潮汐和蚀) （2学时）Chapter 4 The origin of modern astronomy (现代天文学的起源) （2学时）Chapter 5 Theory of motion and gravitation (运动理论和引力) （2学时）Chapter 6 Relativity (相对论) （2学时）Chapter 7 The solar system (太阳系) （2学时）Chapter 8 Measuring stars (测量恒星) （2学时）Chapter 9 The sun (太阳) （2学时）Chapter 10 The formation of stars (恒星的形成) （2学时）Chapter 11 Stellar evolution (恒星的演化) （2学时）Chapter 12 The deaths of stars (恒星的死亡) （2学时）Chapter 13 Neutron stars (中子星) （2学时）Chapter 14 Black holes (黑洞) （2学时）Chapter 15 Galaxies (星系) （1学时）Chapter 16 Cosmology (宇宙学) （1学时）附录A Electromagnetic radiation (电磁辐射) （0.5学时）附录B Atoms (原子) （0.5学时）复习（2学时）八、教材及参考书根据原版教材的简写版本编写，学生采用该教材的影印本278原版教材: Astronomy—The Solar System and BeyondAuthor: Michael A. Seeds (Joseph R. Grundy Observatory, Franklin and Marshall College) Press: Wadsworth Publishing Company (1998)天文爱好者杂志电影资料: 天文百科大全(York Films of England)第一集: 太阳系的诞生; 太阳, 水星, 金星, 地球, 月球;第二集: 银河系, 哈勃太空望远镜, 星系, 类星体, 大爆炸宇宙学, 黑洞, 暗物质;第三集: 观星史, 食与极光, 小行星, 宇宙辐射, 生命的探索第四集: 人造卫星, 太空先驱, 太空生活, 太空探测, 太空站;第五集: 火星, 木星, 土星, 天王星与海王星, 冥王星与彗星.电影资料: 美国《太空探索》系列第一集: 阿波罗登月计划;第二集: 人类太空探索的历史;第三集: 探索太阳系第四集: 走进宇航员世界;第五集: 美国太空发展四十年;第六集: 神秘火星的过去,现在和未来九、考核方式书面考试, 开卷, 英文试题(问答题), 可以用中文或者英文答题279《物理学思想史与自然哲学》课程教学大纲一、课程名称物理学思想史与自然哲学History of Physics Thoughts & Nature Phyilosophy二、课程编码1405991三、学时与学分24/1.5四、先修课程无五、课程教学目标（一）使学生从物理学史的角度来了解人类人探索自然的历程；（二）使学生了解哲学对科学发展怎样起着高屋建瓴的作用；（三）通过对物理学史上重要理论提出背景的讲解，告诉学生伟大的科学家们是怎样从平凡的现象中发现突破口，而做出重要的发现，使学生们从中受到启发，学会用新的、敏感的眼光去看待周围的事物，做一个科学上的有心人。
清华大学天文学导论-11宇宙学
~105 galaxies
宇宙大尺度上的均匀性
约100万个星系在约30度天空范围内和约20亿 光年距离以内的分布 在这个尺度上，每个方向的星系计数大致相同
宇宙小尺度上的非均匀性
距离最近（约5亿光年距离以内）的15,000个 星系的全天图。在这个尺度上，宇宙中星系 的分布根本不均匀而是趋于成团的
• 物理规律的普适性
宇宙学原理的两个推论：
• 宇宙中的物质分布是均匀的（空间尺度足够大） • 宇宙是各向同性的
宇宙学原理表明宇宙既要均匀又要各向同性 数十年的观测证明宇宙学原理是经得起检验的
1.1 宇宙中物质是均匀分布的(Homogeneity) 宇宙在大尺度上（大于几亿光年的超团尺度） 均匀 迄今没有发现尺度超过 ~6亿光年的结构 （→ 宇宙是无边界的）
天文学导论
第11讲 宇宙学
A man said to the universe: “Sir, I exist!” “However,” replied the universe, “The fact has not created in me A sense of obligation.”
Stephen Crane (1871—1900)
宇宙的临界密度 critical mass density
一个天体表面的逃逸速度由其质量和半径（即 平均密度）决定 宇宙的膨胀速度同样由其质量和大小即平均密 度ρ决定 宇宙密度存在一个临界值 ρc ≈ 8×10-30 gcm-3 • ρ > ρc ，引力大得将停止并反演宇宙膨胀 • ρ = ρc ，引力太弱，宇宙将永远膨胀下去 • ρ < ρc ，宇宙也将永远膨胀下去
John C. Mather 1/2 of the prize NASA Goddard Space Flight Center Greenbelt, MD, USA b. 1946 George F. Smoot 1/2 of the prize University of California Berkeley, CA, USA b. 1945
天文学教程pdf
天文学教程一、天文学基础1. 天文学的定义：天文学是研究宇宙中天体的学科，包括恒星、行星、星系、星云、星团、星系团等。
它旨在理解宇宙的结构、起源和演化。
2. 天文学的重要性：天文学对人类文明的发展有着深远的影响。
它不仅帮助我们认识宇宙，还推动了数学、物理学、化学等其他学科的发展。
3. 天文学的历史：从天文学发展的历程来看，可以划分为古代天文学、近代天文学和现代天文学三个阶段。
古代天文学以肉眼观测和简单的仪器为主，积累了大量的天文资料，并提出了许多有价值的理论。
近代天文学则以望远镜的发明和应用为标志，开始了对宇宙的更深入探索。
现代天文学则借助大型望远镜、卫星和空间探测器等高科技手段，对宇宙进行全方位的研究。
二、天体与天体系统1. 恒星：恒星是宇宙中最基本的天体之一，它们通过核聚变产生能量和光。
根据质量、温度和光谱等特征，恒星可以分为不同的类型，如O型星、B型星、A型星等。
恒星的生命周期包括主序阶段、红巨星阶段和白矮星阶段等。
2. 太阳系：太阳系是一个由太阳和围绕其旋转的行星、卫星、小行星、彗星等天体组成的天体系统。
太阳是太阳系的中心，它提供了太阳系内所有天体所需的光和热。
行星是太阳系中最大的天体之一，它们按照距离太阳的远近可以分为内行星和外行星。
3. 银河系：银河系是一个由数千亿颗恒星组成的巨大星系，它呈旋涡状结构，中心有一个巨大的黑洞。
我们的太阳就位于银河系的一条旋臂上。
4. 星系：宇宙中存在大量的星系，它们形态各异，大小不一。
根据形态和特征，星系可以分为椭圆星系、旋涡星系和不规则星系等类型。
星系之间的距离非常遥远，通常以数百万光年甚至数十亿光年计。
5. 星系团和超星系团：星系团是由数十个到数千个星系组成的巨大天体系统。
而超星系团则是由多个星系团组成的更大的天体系统。
这些巨大的天体系统在宇宙中形成了复杂的网络结构。
三、天文观测与仪器1. 肉眼观测：在古代，人们主要通过肉眼观测来认识天体。
他们观察太阳、月亮、行星和恒星等天体的位置和运动，并积累了丰富的天文资料。
清华大学天文学导论笔记
天文学史开普勒三定律（椭圆轨道、运行速度、轨道与周期）引力摄动：另一颗行星的引力导致某行星绕太阳的运动不符合两体假设非牛顿引力摄动：水星、金星近日点进动验证了爱因斯坦广义相对论钟慢效应：μ介子寿命为2.2×10-6s，以光速运动也仅能行进600m，而宇宙射线在大气外层产生的近光速μ介子却可以以到达地球表面。
引力透镜：由于质量对光的吸引，若被观测的星体与观测者连线上有大质量星系（透镜星系），观测者可能观察到多个像（爱因斯坦十字、双爱因斯坦环）天体视运动天体的周日视运动：由于地球自转导致的天体视运动太阳：东升西落，与当地正午通过天子午线达到最高点，两次通过子午线间的时间为一太阳日（24h）北京东经116.5度，东八区标准东经120度，北京时间正午12时时北京的太阳时为11点46分赤道参考系：把天空幻想为大球，北极指向北天极，南极指向南天极，赤道扩展为天赤道。
北天极对地面的高度等于北半球该地的纬度。
天赤道与天极的弧距离总是90度，与地平面相交于正东正西方向，且恰好看到一半。
天球自东向西旋转，每小时旋转15度，所有星体的视运动轨迹都平行于天赤道。
地平参考系：以正头顶为天顶，子午线从正南到正北穿过南天极、天顶和北天极平分天球。
本地参考系中天体位置在始终改变。
赤道上，一切星体都垂直于地平面升起和落下，所有星体都可见且在地平面上方12个小时周年视运动：天球坐标系上恒星的坐标固定，由于地球公转导致太阳在天球上向东运动。
这也导致了每天同一时间天空状况不同（因为太阳时制）太阳：太阳在天球上的位置始终自西向东移动，每年环绕天球一周，其在天球上的轨迹称为黄道。
太阳绕天球一周的时间是365.24天。
太阳日：24h，太阳连续两次到达子午线的时间。
恒星日：23h56min，恒星连续两次到达子午线的时间。
恒星日表明了地球自转的真实周期。
由于太阳一直向东运动，所以恒星比太阳运动的快一点。
由于我们使用太阳时，恒星每天升起、穿过子午线、下落的时间都要提前约4分钟，经过一个太阳年后回到原地。
清华大学天文学导论笔记终审稿)
清华大学天文学导论笔记公司内部档案编码：[OPPTR-OPPT28-OPPTL98-OPPNN08]天文学史开普勒三定律（椭圆轨道、运行速度、轨道与周期）引力摄动：另一颗行星的引力导致某行星绕太阳的运动不符合两体假设非牛顿引力摄动：水星、金星近日点进动验证了爱因斯坦广义相对论钟慢效应：μ介子寿命为×10-6s，以光速运动也仅能行进600m，而宇宙射线在大气外层产生的近光速μ介子却可以以到达地球表面。
引力透镜：由于质量对光的吸引，若被观测的星体与观测者连线上有大质量星系（透镜星系），观测者可能观察到多个像（爱因斯坦十字、双爱因斯坦环）天体视运动天体的周日视运动：由于地球自转导致的天体视运动太阳：东升西落，与当地正午通过天子午线达到最高点，两次通过子午线间的时间为一太阳日（24h）北京东经度，东八区标准东经120度，北京时间正午12时时北京的太阳时为11点46分赤道参考系：把天空幻想为大球，北极指向北天极，南极指向南天极，赤道扩展为天赤道。
北天极对地面的高度等于北半球该地的纬度。
天赤道与天极的弧距离总是90度，与地平面相交于正东正西方向，且恰好看到一半。
天球自东向西旋转，每小时旋转15度，所有星体的视运动轨迹都平行于天赤道。
地平参考系：以正头顶为天顶，子午线从正南到正北穿过南天极、天顶和北天极平分天球。
本地参考系中天体位置在始终改变。
赤道上，一切星体都垂直于地平面升起和落下，所有星体都可见且在地平面上方12个小时周年视运动：天球坐标系上恒星的坐标固定，由于地球公转导致太阳在天球上向东运动。
这也导致了每天同一时间天空状况不同（因为太阳时制）太阳：太阳在天球上的位置始终自西向东移动，每年环绕天球一周，其在天球上的轨迹称为黄道。
太阳绕天球一周的时间是天。
太阳日：24h，太阳连续两次到达子午线的时间。
恒星日：23h56min，恒星连续两次到达子午线的时间。
恒星日表明了地球自转的真实周期。
由于太阳一直向东运动，所以恒星比太阳运动的快一点。
天文学导论复习
•体积膨胀表面温度降低，但光度增加
2.红巨星支
He核体积持续缩小电子开始简并(压)
红巨星结构：非燃烧简并He核+燃烧H壳层+非燃烧H包层
（恒星沿RGB是加速向上攀升的）
3.氦闪
由于简并，He核温度上升但不膨胀
氦闪后，电子简并解除
恒星进入一个新的稳定态：He在正常的非简并的核内燃烧成为C，H在壳层内燃烧成为He
3.牛顿的万有引力定律
牛顿万有引力定律适用于弱引力场，例如太阳系（水星除外）
4.爱因斯坦的相对论
长度、时间和质量是相对的，依赖观测者相对于所选定的参考系的运动
三．辐射与天文望远镜
1.电磁（波）辐射
2.黑体辐射
物件加热：低温红外线，温度升高红光黄光白光蓝光
黑体谱的形状只与物体(恒星)的表面温度有关
维恩位移定律：温度降低，黑体谱的峰值向长波方向移动
6.太阳系的形成
六．系外行星
1.引言：系外行星存在的证据
尘埃盘(Dust Disks)暗示行星的存在
2.方法：探测系外行星的5大技术
直接成像法
天体测量学法
视向速度法—多普勒效应
凌星法
微引力透镜法
时间测量法
3.历史：不该有行星的脉冲星
4.特征：系外行星与太阳系大不同
5.方向：寻找类地行星的宏伟计划
6.目的：搜寻地外生命与智慧生命
2.类地行星
一般特征：像地球，靠近太阳，铁（镍）核心和岩石外壳，没有或极少卫星，体积小，质量不大，致密，密度= 4-5 g/cm3，大气稀薄
水星
几乎没有大气，水星表面昼夜温差极大
金星
宇宙学术语
宇宙学术语1. 宇宙 (Universe): 指的是包括所有物质和空间的整个宇宙系统。
2. 星系 (Galaxy): 指的是由数百亿颗星星、行星、气体和尘埃组成的天体系统。
3. 恒星 (Star): 恒星是由氢和氦气球化的物体，具有自身的内部核反应，通过核聚变产生能量、热和光。
4. 行星 (Planet): 指绕恒星公转和自转的天体，通常具有固态表面和气体大气层。
5. 恒星演化 (Stellar Evolution): 恒星内部的热核反应随着时间的流逝而演变，从恒星的形成、稳定期、红巨星到白矮星或中子星等等。
6. 天文学 (Astronomy): 指的是研究天体、天体运行规律、天体演化、构成和性质的科学。
7. 宇宙大爆炸理论 (Big Bang Theory): 指的是宇宙最初的爆炸起源，它建立在所有物质和空间的单一起源的假设之上。
8. 宇宙膨胀 (Cosmic Expansion): 宇宙膨胀是宇宙比较早期的演化过程，它始于大爆炸的开始，并持续至今。
9. 星系聚团 (Galaxy Cluster): 星系的分布并不是随机分布的，而是由于它们之间的引力互相作用而形成的群体。
10. 黑洞 (Black Hole): 黑洞是一种超密度、超重力的天体，它将周围的物体引入到中心，因此没有任何的物质或光线从它内部的事件视界中逃脱。
11. 宇宙微波背景辐射 (Cosmic Microwave Background Radiation): 它是宇宙最早的辐射，是大爆炸之后最初的气体效应，可以提供宇宙最早的图像，帮助我们理解宇宙的早期演化。
12. 宇宙学常数 (Cosmological Constant): 它是用于描述宇宙膨胀速度的参数，它与爆炸速度和宇宙体积的大小有关。
13. 宇宙射线 (Cosmic Ray): 宇宙射线是从太空中不断涌入地球大气层的高能粒子，大多数宇宙射线都是质子、中子和电子。
14. 暗物质 (Dark Matter): 暗物质是一种在天文学上使用的概念，它不能直接观察到，它不会发光、不会发射电磁波、不会相互作用，但它的存在通过引力相互作用可以证明。
2020年智慧树知道网课《天文学导论》课后章节测试满分答案
第一章测试1【判断题】(1分)天文学是一门古老而又年轻的学科。
A.对B.错2【判断题】(1分)宇宙中存在各种极端物理条件，可以检验物理规律的普适性。
A.对B.错3【判断题】(1分)天文学研究已经获得很多次诺贝尔奖，将来很难有更多此类量级的重大发现。
A.对B.错4【判断题】(1分)中国天文大科学工程时期已经基本结束，因而我们预期重大发现的涌现。
A.对B.错5【单选题】(1分)不属于20世纪60年代四大射电天文发现的是（）A.白矮星B.类星体C.星际分子D.微波背景辐射6【多选题】(1分)宇宙中可以存在哪些极端物理条件（）A.强引力B.超强磁场C.超高能D.超真空7【多选题】(1分)以下哪些天文发现没有获得诺贝尔物理学奖（）A.中微子振荡B.类星体的发现C.脉冲双星的发现D.大爆炸宇宙学8【单选题】(1分)下面4个电磁波波长最短的是（）A.光学B.紫外C.红外D.X射线9【单选题】(1分)下列不是空间望远镜的是（）A.硬X射线调制望远镜B.阿尔法磁谱仪C.甚大望远镜D.XMM-牛顿望远镜10【多选题】(1分)天文学研究的用处有（）A.检验物理规律普适性B.促进物理学发展C.满足人类好奇心D.授时、制作日历第二章测试1【判断题】(1分)宇宙中天体物理条件太极端，所以完全无法在实验室进行任何相关天体物理研究。
A.对B.错2【判断题】(1分)地心说是完全的，日心说是完全正确的。
A.对B.错3【判断题】(1分)天文学中定义的各种时间有着各自适用的范围。
A.对B.错4【判断题】(1分)开普勒行星运动定律和牛顿万有引力定律之间没有关系。
A.对B.错5【单选题】(1分)引力波观测常被比喻成天文学家的（）A.触觉B.味觉C.视觉D.听觉6【单选题】(1分)不属于开普勒行星运动规律的是（）A.密度定律B.周期定律C.面积定律D.椭圆定律7【单选题】(1分)以下距离或距离单位最大的是（）A.光传播一分钟的距离B.地月距离C.水星与太阳的距离D.天文单位8【单选题】(1分)星等值相差15等的两颗恒星的亮度差为（）倍A.1000B.1000000C.100000D.100009【多选题】(1分)以下观测和日地距离的测量有关的是（）A.金星凌日B.月食C.三角视差D.日食10【单选题】(1分)视星等为下列哪个值的恒星最亮（）A.18B.19C.16D.17第三章测试1【判断题】(1分)彗星通常有两个彗尾：原子彗尾和离子彗尾。
天文宇宙知识点总结高中
天文宇宙知识点总结高中在多少亿年前，宇宙是如何形成的？究竟是通过什么方式？在这漫长的岁月中，宇宙中的众多天体又是如何诞生并发展？这些个问题始终被人们深深的关注着。
对此，天文学家们也在努力的探寻着答案。
一、天文学的基础知识1. 太阳系及其组成太阳系是一个由太阳、包括八大行星、行星的卫星、小行星带、彗星、流星体等天体组成的天体系统。
太阳系是宇宙中最小的天体系统之一，同时也是离我们最近的天体系统。
太阳是太阳系的中心，它体积巨大，核聚变反应形成的阳光为我们提供了宝贵的能源。
太阳系的八大行星按照离太阳的距离分别为：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。
这些行星都有自己特有的特征，独特的环境。
此外，许多行星都有自身的卫星围绕着它们旋转。
2. 星座及其特征星座是一个由恒星、星团或星系等多颗恒星形成的天空区域，在天空中组成了各种鲜明的图案，又称为星宫。
星座的存在有助于人们观测星空。
星座与天体的位置关系密切，因此，对于天文学家和普通人来说都非常重要。
星座可以分为南半球星座和北半球星座，其中有48个星座在天赤道两侧。
3. 星系及其分类星系是由成百万至数百亿颗恒星、气体、尘埃、暗物质等天体构成的系统。
星系是宇宙中最大的结构之一。
根据外观和构造特征，星系可以分为椭圆星系、螺旋星系和不规则星系等不同种类。
椭圆星系通常在外部构造上呈现为近乎球形，而螺旋星系呈现出漂亮的螺旋形结构。
不规则星系则具有不规则的形状特征。
二、宇宙起源和演化1. 宇宙大爆炸论宇宙大爆炸是一种有关宇宙起源的学说，也是目前被广泛接受的宇宙起源学说。
其内容是：宇宙大约在138亿年前由一个奇点在一次极端条件的奇异性事件中迸发而诞生。
一场规模空前、速度极其迅猛的大爆炸形成了宇宙中的一切物质，所有星系、星云和星星都是在宇宙大爆炸之后发展和演化形成的。
这个理论得到了大多数天文学家的认可，也在很大程度上解释了宇宙的起源和演化。
2. 宇宙发展的几个主要阶段宇宙发展经历了几个不同的阶段，每个阶段都具有具体的特征和现象。
天文学导论 教学大纲
教学大纲：“天文学入门”（天文学导论Ⅰ）：40学时；第一章天球坐标系第二章时间计量系统第三章天文望远镜简介第四章第四章太阳系概述实验题目：1、天球仪的使用及认星2、天文望远镜的使用3、行星、月球的目视观测4、参观国家天文台兴隆观测站5、参观国家天文台怀柔观测站6、参观北京天文馆7、参观航天城 8、参观国家天文台密云观测站“近代天文学前沿”：20学时；宇宙的膨胀与哈勃定律；热大爆炸宇宙模型；20世纪的重大天文发现；天体物理学中的疑难问题；空间天文学的发展；人类开拓太空。
“天文学导论”：60学时；第一章绪论第二章恒星的基本概念第三章恒星光谱和化学组成第四章恒星的颜色和光谱能量分布第五章天文观测方法第六章离我们最近的恒星─太阳第七章双星第八章变星第九章致密天体第十章赫罗图和恒星的演化第十一章星云和恒星的形成第十二章银河系第十三章河外星系第十四章活动星系第十五章宇宙学“天文学导论实验”：40学时实验一：天文年历、星表、星图的使用实验二：流星和流星雨的观测实验三: 天文望远镜的使用与光学性能的测定实验四：太阳黑子的投影观测及数据处理实验五：太阳光球光谱的拍摄与证认实验六：恒星光谱分类实验七：目视双星的目视观测实验八：目视双星的CCD观测实验九: 星系星云的CCD成像观测实验十: 星系的哈勃分类实验十一：河外星系红移的测定实验十二：CCD的性能指标的测试实验十三：星系星云的CCD观测彩色图像的合成及资料处理实验十四：用周光关系测定造父变星的距离一、课程目的和任务本课程重点要求掌握天文学基本概念，主要是介绍天文学的基础知识，从学习中领会科学的思考和解决问题的方式，注重学生科学素质的培养。
通过天文学研究的新成就与新动态使学生了解天文学科在社会发展中的重大作用；注重课堂讲授与观测相结合，重点在于启迪学生的思路，拓宽学生的视野，培养学生发现问题，分析问题和解决问题的能力，使学生对天文学专业具有基本的了解，树立专业思想，热爱天文学专业。
天文学专业课程设置
天文学专业课程设置全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：天文学专业是研究天体、宇宙空间及其运动规律的学科。
随着科学技术的发展和人类对宇宙的探索越来越深入，对于天文学专业的需求也越来越迫切。
为了适应这种需求，各大高校在天文学专业的课程设置上也在不断更新和完善，以培养更多优秀的天文学人才。
天文学专业课程设置旨在帮助学生掌握天文学基本理论、方法和技能，培养其对天体运动规律和宇宙结构的深刻理解，以及解决天文学问题的能力。
下面就来介绍一下天文学专业常见的课程设置：1. 天体物理基础天体物理基础是天文学专业的核心课程之一。
这门课程主要介绍宇宙中各种天体的物理性质、结构和演化过程，包括恒星的形成、演化，星系的结构和演化，黑洞、脉冲星等特殊天体的性质等。
学生通过学习这门课程，可以深入了解天体物理学的基本概念和理论，为后续学习和科研打下坚实基础。
2. 天体观测与数据处理天文学是一门实验性很强的学科，天文观测是天文学研究的基础之一。
这门课程主要介绍天文观测的基本原理、方法和技术，以及数据的处理和分析方法。
通过实际的天文观测实践，学生可以熟悉天文观测设备的操作和使用，掌握数据处理和分析的技能，提高天文观测实验能力。
3. 天文学导论天文学导论是天文学专业的入门课程，主要介绍天文学的基本概念、发展历程和研究方法，包括宇宙的起源、演化，天体的形成和运动规律等内容。
通过学习这门课程，学生可以了解天文学的研究领域和学科发展趋势，培养出对天文学科的兴趣和热情。
4. 太阳系天体学太阳系天体学是天文学专业的重要课程之一，主要介绍太阳系内各类天体的性质、结构和运动规律，包括行星、卫星、小行星、彗星等。
学生通过学习这门课程，可以深入了解太阳系内各个天体的特点和演化过程，为太阳系观测和研究做好准备。
7. 天文学实习天文学实习是天文学专业中非常重要的一环，通过实习可以让学生接触实际的天文观测、科研课题和科学研究实践，提高学生的实践能力和科研水平。
天文漫谈知识点总结
天文漫谈知识点总结一、宇宙概述。
1. 宇宙的概念。
- 宇宙是天地万物的总称，包含所有的物质、能量、空间和时间。
它是一个极其巨大且不断演化的系统。
- 从哲学角度看，宇宙是无限的，但现代科学所研究的可观测宇宙是有限的，其半径约为465亿光年。
2. 宇宙的起源 - 大爆炸理论。
- 大爆炸理论认为，宇宙源于一个极度高温、高密度的奇点。
在某一时刻，这个奇点发生了爆炸，释放出巨大的能量和物质。
- 最初，宇宙中只有基本粒子，如质子、中子和电子等。
随着宇宙的膨胀和冷却，这些粒子逐渐结合形成原子，主要是氢和氦原子。
- 证据支持：宇宙微波背景辐射是大爆炸的余晖，其均匀性和频谱特性与大爆炸理论的预测相符；哈勃定律表明星系在远离我们，且距离越远退行速度越快，这也支持宇宙从一个点开始膨胀的观点。
3. 宇宙的结构层次。
- 行星：是绕恒星运行的天体，自身不发光，靠反射恒星的光而发亮。
例如地球，它具有固态表面、大气层等特征，是太阳系八大行星之一。
- 恒星：是由引力凝聚在一起的一颗球型发光等离子体，主要通过氢核聚变产生能量并向外辐射光和热。
太阳就是离我们最近的恒星。
- 星系：由大量恒星、星云、星际物质等组成的天体系统。
银河系就是我们所在的星系，它呈盘状结构，包含约1000 - 4000亿颗恒星。
- 星系团：是众多星系聚集在一起形成的集团。
例如室女座星系团，包含了上千个星系。
- 超星系团：比星系团更大的结构，由多个星系团组成。
可观测宇宙包含了众多超星系团，它们构成了宇宙的大尺度结构。
二、太阳系。
1. 太阳。
- 太阳的结构：- 核心：是太阳内部进行核聚变反应的区域，温度高达1500万摄氏度，这里是太阳能量产生的源头，氢原子核聚变成氦原子核，释放出巨大的能量。
- 辐射区：核心产生的能量以光子的形式向外传递，在辐射区，光子不断地被吸收和再发射，经过漫长的路程向外传播。
- 对流区：靠近太阳表面的区域，能量主要通过对流的方式向外传递，热物质上升，冷物质下沉。
天文学导论复习资料
天文学导论复习资料第一讲天文学导论●古希腊天文学：毕达哥拉斯，亚里斯多德（地球中心学说），托勒密的地球中心学说天文学的发展期：哥白尼、第谷、开普勒和伽利略牛顿的万有引力定律爱因斯坦的相对论●开普勒第一定律：（轨道形状）所有行星皆以椭圆轨道环绕太阳运行，而太阳位于椭圆的一个焦点上●开普勒第二定律：（行星速度）行星和太阳的（假想）连线在相同的时间内扫过相等的面积。
行星越接近太阳则运行速度越快近日点，运动最快远日点，运动最慢●开普勒第三定律：（轨道周期）行星公转周期的平方和其到太阳的平均距离的立方成正比(公转周期)2 = (常数) x (平均距离)3第二讲天体的视运动●月相与食无关天体的视运动月全食时月亮变为黄铜色或血红色，这是由于地球大气中的尘埃颗粒折射阳光中的红光并到达月球所致●内行星：水星，金星外行星：火星、木星、土星、天王星和海王星●头顶的星空取决于你在地球表面上的位置和当地时间●北京时间正午12点（东经120度）时，北京地方时（东经116.5度）即太阳时为11点46分，所以此时北京的太阳在子午线以东约3.5度，再过约14分钟北京“真”正午●南北天极：不变的参考点北天极：北极星南天极：南十字座●天赤道：不变的参考点所有恒星沿与天赤道平行的路径由东向西运动（圆弧轨迹在地球两极，天赤道=地平线●天顶、地平线和子午线：本地参考系天顶和子午线的位置不随观测者的地平线移动相对于星星来讲，天顶和子午线的位置在变天体的运行（圆弧）轨迹与地平面的夹角为：90 度-观测者所在地理位置的纬度（=天赤道与地面夹角）●在北极：所有星星沿与地平面平行的圆轨迹运行，从不下落赤道上：所有星垂直于地平面升起和下落“可见所有星”●太阳在天球上的视运动轨迹称为黄道●太阳日=24小时：太阳连续两次到达子午线的时间恒星日=23小时56分：恒星连续两次到达子午线的时间恒星日是地球真实的自转周期，不随其绕太阳公转而变化，均为23小时56分●月球回到原处（相对于恒星）的周期约为27.323 天，此为恒星周期●两个天体之间的距离常用它们与观测者之间的夹角表示，即角距●北京：东经116度22分；北纬39度58分本初子午线：格林尼治天文台●把地球的经度、纬度投影到天球上便成为天球的赤道坐标系赤纬：从天赤道开始至两极Dec [–90，90] 度赤经：用小时、分和秒的时间单位来表示，并由西向东由0增加到24小时赤经的计算起点为春分点，在天赤道上由西向东分为24小时地球“24小时”自转一周360度赤经1小时对应地球自转15度对于赤经相差1小时的两颗恒星，例如，RA2-RA1= +1小时：恒星1比恒星2早1小时通过你的子午线（上中天）如果不是拱极星，恒星1比恒星2早1小时从东方升起●某地某时刻的恒星时等于此时此刻位于子午线上的恒星的赤经（天球上与子午线重合的赤经）赤经小于地方恒星时的恒星位于子午线以西赤经大于地方恒星时的恒星位于子午线以东●一颗恒星的时角τ、赤经α和当地的恒星时θ之间的关系为τ= θ?ατ< 0, 在子午线以东（α>θ）τ> 0, 在子午线以西（α<θ）第三讲辐射与天文望远镜●黑体谱：连续谱的形状只与物体(恒星)的表面温度有关其峰值波长（颜色）由其表面温度决定温度降低，黑体谱的峰值向长波方向移动冷物体产生长波（低频）辐射热物体产生短波（高频）辐射●辐射的平方反比定律：强度x 距离2 = 常数（恒星辐射能力）●关于天文望远镜的常见误解(wrong) 放大作用:大型望远镜把天体放得更大(Right) 聚光作用：使（暗弱）天体的图像更亮更清晰(wrong) 望远镜究竟可以看到多远的天体？只要一个物体足够亮，无论多远都可以看到(right) 望远镜可以看到多暗的天体？或望远镜可以看到几等星?只要一个物体足够暗，无论多近都看●光学望远镜的类型：折射式望远镜反射式望远镜第四讲太阳系(1) 行星●行星是一个具有如下性质的天体：（a）位于围绕太阳的轨道上，（b）有足够大的质量来克服固体应力以达到流体静力平衡的形状(近于球形)，以及（c）已经清空了其轨道附近的区域。
《宇宙学概论》课件
近代宇宙学
随着科学技术的进步，尤 其是观测手段的革新，近 代宇宙学逐渐形成和发展 。
现代宇宙学
借助现代观测技术和理论 物理的发展，现代宇宙学 取得了巨大的成就，对宇 宙的认识越来越深入。
02
宇宙的起源与演化
大爆炸理论
总结词
大爆炸理论是目前对宇宙起源和演化的最广泛的科学模型之 一，它认为宇宙起源于一个极度高温和高密度的状态，被称 为大爆炸。
详细描述
多重宇宙理论认为，我们所处的宇宙只是无数个可能宇宙中的一个，每个宇宙可能有不 同的物理定律和初始条件。这一理论为解决一些宇宙学难题提供了新的思路，例如宇宙
学常数问题和宇宙起源问题。
量子引力理论
总结词
量子引力理论旨在将量子力学和引力理 论统一起来，解决大统一理论中的问题 。
VS
详细描述
在量子引力理论中，引力被描述为微观粒 子之间的相互作用。目前，量子引力理论 仍在发展阶段，尚未形成一个完整和一致 的理论框架。然而，这一领域的研究对于 深入理解宇宙的本质和探索新的物理现象 具有重要意义。
宇宙的终极命运
总结词
宇宙的终极命运是一个关于宇宙未来演化的假说，包 括膨胀、收缩、热寂等不同结局。
详细描述
根据不同的理论和观测数据，宇宙的终极命运可能是多 种多样的。例如，如果宇宙的膨胀速度持续加速，那么 宇宙最终可能会走向“热寂”，即宇宙中的所有物质和 能量都均匀分布，达到热平衡状态。另一方面，如果宇 宙中的物质密度足够高，那么宇宙可能会重新收缩到一 个奇点，重新开始一个新的膨胀周期。对宇宙终极命运 的研究有助于我们深入理解宇宙的起源、演化和最终归 宿。
详细描述
大爆炸理论认为宇宙起源于一个极度高温和高密度的状态， 被称为大爆炸。在这个理论中，宇宙从一个极度压缩和高热 的状态开始膨胀，并且宇宙中的物质和能量在宇宙的演化过 程中逐渐形成。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
红移是宇宙尺度因子改变的结果
▪ 红移直接测量辐射发出时的宇宙尺度因子，即 自从辐射发出以后宇宙尺度因子的改变
R(z) 1 1 z
Z=0, R=1 Z=1, R=1/2 Z=2, R=1/3 ......
勒梅特的原始原子论
▪ 1927年，比利时教士与天文学家勒梅特 （ Georges Lemaître ） 指出哈勃所观测到 的宇宙膨胀现象正是爱因斯坦引力场方程（广 义相对论描述宇宙）所预言的
哈勃图 Hubble Diagram
▪ 由于造父变星的周光关系的定标问题，哈勃低估了星 系距离，由此得出的哈勃常数是现代值的7倍之多！
H0 = 500 km/s/Mpc
H0＝71±4 km/s/Mpc
哈勃的数据
现代的数据
3。宇宙开始于一次大爆炸
▪ 哈勃定律：所有星系在过去是叠加在一起的 宇宙的一切（物质与辐射、能量）起源于一点， 即宇宙开始于一次大爆炸（the big bang）!
▪ 我们的宇宙有一个起点（时间）
▪ 但这个起点在哪里？
▪ 宇宙大爆炸发生在任何一个地方
• 如果大爆炸点不同于宇宙其它地方 违背宇宙无 中心原理？
• 大爆炸不是简单地把物质抛向空间！（中心和边
界）
©
宇宙即创生？
▪ 星系并非自身在时空中相互远离，而是宇宙自 身的膨胀使得构成宇宙的星系相互远离
▪ 宇宙大爆炸是宇宙自身时空（空间、时间、物 质与能量）的创生与膨胀！
哈勃时间（Hubble time）1/H0
▪ 哈勃定律表明星系之间相互远离所持续的时间 相同，称为哈勃时间
• （与具体的星系及其距离无关）时间Fra bibliotek距离 速度
距离 H0 距离
1 H0
哈勃时间
▪ 等速膨胀 1/H0 即为宇宙年龄
▪ H0＝71 km/s/Mpc 宇宙年龄 ~ 137亿年
宇宙学家很尴尬
天文学导论
第11讲 宇宙学
A man said to the universe: “Sir, I exist!” “However,” replied the universe, “The fact has not created in me A sense of obligation.”
Stephen Crane (1871—1900)
▪ 因此，过去的宇宙必定比今天的宇宙占有较小 的空间尺度。并且，宇宙有一个起始之点，称 为“原始原子”
• （ 哈勃定律 [宇宙膨胀]、宇宙加速膨胀！ ）
αβγ大爆炸宇宙学
▪ 1940s, 伽莫夫（Gamov）和其学生阿尔夫 （Alpher）首先提出宇宙起源于约150亿年前 一次猛烈的巨大爆炸
• 1948年4月1日，发表论文的作者顺序： Alpher、 Bethe贝特和Gamov αβγ大爆炸宇宙学
▪ 1964年, Dicke, Peebles, Roll 和 Wilkinson 计 算得到背景辐射为温度 10K 的黑体辐射。准 备去寻找.....
▪ 随着宇宙膨胀和温度降低，构成物质的原初元 素相继形成 …… 预言轻元素丰度
▪ 预言宇宙大爆炸的5-10K残余背景辐射！！!
霍伊尔：稳恒态宇宙模型
▪ 1948年，弗雷德·霍伊尔（1915-2001）
• 与汤米·戈尔德、赫尔曼·邦迪 • 1960年代， CMB等，更新
▪ 1949年，BBC，“The Big Bang 大爆炸”， 嘲笑大爆炸模型。 “奇点”！？
1. 宇宙学原理
本讲内容
2. 宇宙在膨胀
3. 宇宙起源于一次大爆炸
4. 宇宙微波背景辐射
5. 宇宙的密度与形状（加速膨胀与暗 能量）
6. 暴胀宇宙
7. 宇宙大尺度结构的形成（暗物质
8. 宇宙的演化史
9. 结束语
1。宇宙学原理 Cosmological Principal
▪ 宇宙学原理：无论身处宇宙的何处，“观测者” 所看到的宇宙都是相同的
均匀 ▪ 迄今没有发现尺度超过 ~6亿光年的结构 （→
宇宙是无边界的）
~105 galaxies
宇宙大尺度上的均匀性
▪ 约100万个星系在约30度天空范围内和约20亿 光年距离以内的分布
▪ 在这个尺度上，每个方向的星系计数大致相同
宇宙小尺度上的非均匀性
▪ 距离最近（约5亿光年距离以内）的15,000个 星系的全天图。在这个尺度上，宇宙中星系 的分布根本不均匀而是趋于成团的
• 物理规律的普适性
▪ 宇宙学原理的两个推论：
• 宇宙中的物质分布是均匀的（空间尺度足够大） • 宇宙是各向同性的
▪ 宇宙学原理表明宇宙既要均匀又要各向同性 ▪ 数十年的观测证明宇宙学原理是经得起检验的
1.1 宇宙中物质是均匀分布的(Homogeneity) ▪ 宇宙在大尺度上（大于几亿光年的超团尺度）
▪ 1920s，维斯托 ·斯莱弗（Vesto Slipher）： 绝大部分星系的吸收线红移 星系都在远离 我们而去 星系的退行速度
▪ 1929，埃德温 ·哈勃（Edwin Hubble）：星 系距离 + 星系退行速度 星系退行速度与距离成正比：
Vr ＝ H0×D，即哈勃定律 ▪ 大爆炸宇宙学的重要观测证据之一
本超星系团
隐带
英仙-双鱼超团
1.2 宇宙是各向同性的 (Isotropy)
▪ 从任何方向看，我们的宇宙大致都是相同的 （→ 宇宙没有中心）
身处宇宙任何地方的“观测者”向任 何方向看都能得到相同的哈勃定律
均匀，各向同性
不均匀，不各向同性
均匀，不各向同性
均匀，不各向同性
2。宇宙在膨胀 The Expanding Universe
▪ 元素合成理论：著名B2FH理论
• 1983年诺贝尔物理学奖授予福勒
▪ 许多研究成果不符合正统的学术观点
4. 宇宙微波背景辐射
The Cosmic Microwave Background (CMB)
▪ 1948年, Alpher, Bethe 和 Gamov 预言 5-10K 的宇宙大爆炸的残余背景辐射
尺度因子 scale factor （R）
▪ 宇宙的膨胀以尺度因子R来量度，无量纲化宇宙大小 ▪ R随宇宙膨胀而变大
• 过于<1 • 现在=1 • 未来>1
▪ 大爆炸的初期，宇宙很小
• T=1天，几倍太阳系 • T=1/50秒，地球大小 • ......, 原子，质子，......
▪ 宇宙的膨胀不影响局域的物理规律：原子、恒星、星 系或任何别的事情