大学天文学01绪论-1

大学天文学College Astronomy左兆宇西安交通大学理学院邮箱：zuozyu@办公室：主楼E-1107德国哲学家康德Inscription over Kant's tombTwo things fill the mind with ever-increasing awe -thestarry heavens above me and the moral law within me.2位于俄罗斯加里宁格勒的康德墓碑康德的墓志铭世上只有两件东西能够深深地震撼人们的心灵，一是我们头顶上璀璨的星空，另一是我们心中崇高的道德准则。

璀璨的星空是天文学研究的对象之一3Twinkle, twinkle, little stars,how I wonder what you are,Up above the world so high,like a diamond in the sky–Jane Taylor (1806)迷人的天文学1.何谓天文学？42.天文学研究的特点3.天文现象举例4. 该有哪些准备？Astrology? 占星术567发信人: vvvwong (vvvwong), 信区: D_Astronomy. 本篇人气:296 标题: 今天猛然发现香港的天文台是干嘛的了。

南京大学小百合站--文章阅读[讨论区: D_Astronomy]人家就是干这个气象预报滴。

1.何谓天文学（Astronomy）？观天象，测天时。

8观测→理论→观测1.何谓天文学（Astronomy ）？/wiki/Astronomy•研究的天体包括行星，恒星，彗星，星系，宇宙，等等。

••是研究宇宙的科学；是研究宇宙中一切天体及其相关现象的科学。

9研究地球大气层以外一切天体起源的现象（如极光，超高能宇宙射线，宇宙微波背景辐射，等等）•天文学关注天体的演化，天体的运动，及其物理、化学方面的特性以及宇宙的形成和演化的研究。

•astronomy 字面意识是“law of the stars” 来自于希腊语αστρονομία(astronomia)其中άστρον(astron,“stars”) νόμος(nomos, "law").课程内容•人类的宇宙观•太阳系与行星(系外行星的搜寻,潜在的威胁)•恒星(观测性质、恒星演化)10•望远镜的基本原理•黑洞(如何探寻)•星系与暗物质•宇宙的未来•……u 了解天文学和人类宇宙观发展简史一、绪论地心学说日心学说u 了解天文学的研究方法u 课程的学习目标及方法太阳系Gaspra Ida•太阳系内研究的对象彗星The solar system consists of the sun and all the objects that orbit it, including planets, dwarf planets, moons, and small bodies such as asteroids, comets, and the comet nuclei in the Kuiper belt and the Oort cloud.•How did the Solar System form?Immanuel Kant (1724–1804)Pierre SimonLaplace （1749-1827）Kant and Laplace independently proposed the hypothesis of the solar nebula to explain the formation of the Solar System. It is still considered the most plausible approach.•How did the Solar System form?Artist’s view of acollision between large planetesimals (小行星子)Artist’s view of a planetary system in formation.•How did the Moon form?The Moon probably formed as the result of a collision between the young Earth and an object the size of Mars.•What is our Sun’s future?What Happens when Hydrogenin the center runs out?红巨星Scientific American -2008-03l典型望远镜构造和特点l地面和空间望远镜构造和特点人眼的局限•反应速度为十分之一秒。

不能把光子长时间存积•对视角的分辨本领差，视角大于1分才可分辨。

19如何看得更远？如何看得更清？One of Galileo’s original telescopes Newton’s reflector20very large array地面观测受大气窗口的限制地球大气阻挡了来自空间的电磁辐射的大部分，仅在射电和光学部分波 段较为透明（也多亏如此,人类才得以在地球上生存）。

21外大气层热电离层中间层, 散逸层同温层 对流层22Keck TelescopeALMA Hubble Space TelescopeChandra X-ray ObservatorySpitzerSOFIA23从二十世纪五十年代之后发展起来的全波段 ，全方位天文学四、恒星的性质v恒星的特征v恒星的光度、距离、绝对星等 v恒星大小的测量方法 v恒星的质光关系v恒星的演化v中、小质量恒星的演化 v超新星爆发•恒星层次研究的对象低质量恒星 （0.1MŸ） 恒星收缩、冷却逐渐演化为黑矮星Sun like恒星 （1MŸ）红巨星行星状星云白矮星中子星大质量恒星 （8 MŸ）超巨星超新星爆发黑洞25IBM超级电脑模拟 Ia 超新星爆发极端过程1.超新星内部状况2.超新星爆发后瞬间3.超新星爆发4.内核燃烧5. 三维模拟图26 6. 内核泡沫状火焰五、星系和宇宙学Ø 星系与宇宙的大尺度结构 Ø银河系的结构及观测 Ø星系的哈勃分类 Ø活动星系核的标准模型 Ø宇宙的大尺度结构 Ø宇宙学-宇宙的起源和演化 Ø宇宙的标准模型 Ø微波背景辐射、元素核合 成、暗能量和暗物质银河系α Centauri Proxima （半人马座，比邻星） ρ= 0.76″ d=1.3 pc（4.3 ly）距我们250万光年仙女座星系• 星系层次研究的对象银河系河外星系活动星系29• 全宇宙研究方法天体测量天体力学天体物理太阳太阳系行星物理动力学、卫星导航、……星表、精密定轨天文学史31天文学恒星星系宇宙学观测手段地面望远镜空间望远镜中微子望远镜引力波探测器高能射线探测+化学和生物学生命的起源、外星文明天体化学迷人的天文学1. 何谓天文学？322. 天文学研究的特点3. 几个点滴4. 该有哪些准备？2.天文学研究的特点•天文学研究的基础—观测（观察和测量）天文观测是一种“被动”的试验观测→理论→观测“人类即不能移植太阳，也不能解剖星星”33•研究对象里我们距离极其遥远将我们在地球实验室得到的物理学的理论具体运用到对遥远天体的研究中去。

•研究对象的（演化）时标极长人类的自由文明相对于许多天体的演化过程仅仅是一瞬间，我们要从这“一瞬”来研究天体演化的“一生”。

我们获取的天文信息常常是扭曲的，失真的，以及残缺不全的。

距离、空间的角度34演化、时间的角度大爆炸、时间的起点(1940, Gamov)第一代恒星352.73 K 微波背景辐射暴涨Inflation (1980, Guth)过去将来宇宙演化的历史36始祖鸟恐龙穴居人早期人类如果将宇宙的历史压缩成一年，那么有记载的人类的文明史仅有21秒！•物理条件极端复杂（温度、密度、压强、磁场，……）温度：超新星爆发核心温度可达108 -1010K ，早期宇宙~ 1015K ，宇宙微波背景温度~ 2.73K密度：星际介质0.1个分子/cm 3 (空气1019个分子/cm 3) 2.天文学研究的特点37太阳中心密度：160g cm -3白矮星密度：106 -109g cm -3(1~103 ton cm -3)中子星密度：1014 -1015g cm -3(106~107 ton cm -3)磁场：地球实验室能达到的最高磁场为104T 中子星的磁场为：1012 -1013G 。

One basketball-full ofwhite dwarf materialweighs as much as an ocean liner提供了地球实验室下无法得到各种天然的极端实验场所。

1015G38•The Van Allen Belts (范艾伦辐射带) are made up of charged particles trapped by the Earth’s nonuniform magnetic field. The magnetic field lines are in blue and the particle paths in red.•Magnetars (磁星) are neutron stars, left over from the death of a giant star. Their density and rapid rotation (several times per second)enormously increases the power of their magnetism. If you placed a magnetar where the Moon is, 400,000 kilometres away, it could still wipe your credit cards and ripspoons out of your pockets.中国地区磁场平均强度约为0.3～0.6高斯•天文学与物理学相互促进，并肩发展哥白尼的日心说月球绕地球，行星绕太阳的运行开普勒的行星运动定律牛顿万有引力定律海王星的发现2.天文学研究的特点39爱因斯坦的广义相对论引力红移水星近日点进动光线弯曲引力波辐射脉冲双星轨道变化的测量当今观测宇宙学的重要结论，宇宙主要由暗物质和暗能量组成，这使21世纪理论物理学再次飘起了“两朵乌云”。

为物理学家再次提供了一个令人兴奋的挑战。

2.天文学研究的特点The Hubble Space Telescope found that 40there was dark energy in the young Universe. The tug-of-war （拔河）between the pull of dark matter and the push of dark energy started 9 billion years ago, before dark energy started winning and furthering the Universe’s expansion.二十世纪量子力学、相对论、原子核物理、高能物理等物理学各分支科学全面进入天体物理学的发展。