星系天文学lesson-01

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恒星的大小

天文学家可以利用望远镜测量恒星直径? 恒星的半径很难直接测量(太阳除外)

太阳半径 R⊙＝6.96×105km，角直径=？角分 距离太阳最近的恒星是半人马座星 d=4.2ly q=D/d=6.96x105km/4.2ly (假定它的半径同太阳) =(6.96x105/4.2)x(3.26/1.5x108) =3.6x10-3角秒 假定真实恒星的半径远大于太阳半径，直接测量恒星半 径仍然还是不可能
天文学观测实践 天体物理前沿系列讲座 天体力学与天体测量 天文学实验 天体物理概论 宇宙学 实测天体物理学 恒星物理基础 星系天文学 广义相对论
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2 2 3 2 4 4 3 4 4 4
1年级下 2年级上 2年级下 3/4年级上 3年级上 3年级下 3年级下 3年级下 4年级上 4年级上
中国科学技术大学 本－硕 贯通课程
星系天文学
Galactic/Extragalactic Astronomy 中国科学技术大学 天文学系/天体物理中心
2012-2013学年度
第一学期
授课教师

孔 旭 教授

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中国科学技术大学 天文学系 办公室：理化大楼 18-014，3600657



太阳的有效温度是 Teff≈5780K
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恒星的距离

天文单位：Astronomical Unit， AU。定义地球与太阳之间的平 均距离为1天文单位 秒差距：parsec, 缩写pc。对 1AU的张角为 1角秒处的天体的 距离 1AU = 1.49597870×1011米 1ly = 9.4605536×1015米= 63239.8 AU 1pc = 3.085678×1016米=206264.8 AU= 3.26 ly
国家九五重大科学工程，投资>3亿元人民币
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授课内容

主要内容：(书中内容)

基础、银河系、河外星系(旋涡、椭圆等) 本星系群、星系团、大尺度结构、AGN

专题讲座：(内容待定)

星系距离、质量测量 星系恒星形成率测量 星系形态和星系环境 初始质量函数的变化 黑洞与星系共同演化
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第一章：导论

星系：为横跨成千上万光年的 巨大发光云团 每一个星系都包含着百万至万 亿颗恒星；引力将恒星束缚在 一起，使它们不能在空间自由 运动 导论部分：学习星系组成、结 构和演化所需要的天文基础知 识 星系几乎所有的发光都来自它 们的恒星－－恒星知识
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在<3800Å处 流量明显降低 称为Balmer jump (跃变)
光谱在< 4000Å波长 处，金属线吸 收了许多光 4000Å跃变
c) 光谱中的跃变： Balmer jump(跃变)和 4000Å break (跃变)
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研究星系的形成、结构、组成、运动、相互作用 研究星系、星系团的空间分布、以及和环境关系

天文专业学生必须学习和掌握的一门课程！
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恒星、星系、宇宙学
大爆炸
第一代结构
现在
星系组成了宇宙，星系天文学是现代宇宙学的基础
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哈佛光谱分类


Harvard大学天文台的天文学家在1890-1910年首先提 出的恒星光谱分类法。 1911－1949年：对400，000个恒星进行了光谱分类
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SM1
SM2
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SM4
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Some HST Science highlights

Structures of distant galaxies Hubble constant from Cepheid variable stars Black holes in galactic nuclei Gravitational lenses Intergalactic gas and its history



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银河系内、外区恒星光谱 观测，银河系形成演化
SDSS-III：Massive Spectroscopic Surveys of the Distant Universe, the Milky Way Galaxy, and Extrasolar Planetary Systems (2008-2014)
Multi-Cycle Treasury Program (cycle 18, 2010.6.8):



Through a Lens, Darkly - New Constraints on the Fundamental Components of the Cosmos (星系 团524 orbits) Deep near-infrared survey and high redshift supernovae (902 orbits) A Panchromatic Hubble Andromeda Survey (828 orbits)

各向同性：用平方反比定律从距离d和测量F估计光度L
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太阳的热光度(总光度，所有波长辐射累积)：

L⊙＝3.86×1026W, 或3.86×1033erg/s

恒星的光度差别很大：10-4L⊙－106L⊙ 恒星辐射近似于黑体辐射。温度为T、半径为R的黑 体的光度L： L=4R2SBT4 SB称为斯特藩-玻尔兹曼常数 光度L，半径R的恒星，有效温度Teff定义为具有相 同半径，辐射相同总能量的对应的黑体温度 Teff通常接近恒星‘表面’温度，即光球上气体的平均 值
a M A MB 2 P
3
M A rB M B rA
P为周期，单位是年；a两颗星 平均距离，单位是AU；质量 单位是M⊙
主序星的质量范围：0.08120 M⊙ (1M⊙=2x1033g)
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1.1.2 恒星光谱

一般并不测量一颗恒星发射的全部光，而只测量给定波长 或频率间隔内发射的光 定义单位波长的流量F，使F(等于波长λ和＋之间 接收到的光能 流量F的单位：是Wm-2 Å-1或erg s-1 cm-2 Å-1 单位频率的流量：F，F=(2/c)FF=F
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LAMOST (Large Sky Area MultiObject Fiber Spectroscopic Telescope)
1.银河系结构 2. 河外星系巡天
大口径：4m 望远镜 多光纤： 4000个光谱 大视场：20 平方度
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多数H原子 被电离， 巴尔末线弱
绝大多数H原子处 于基态,少数处于 n=2巴尔末线弱
b) 不同的恒星，光谱的谱 线种类和强度有差异
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谱线强度与温度关系：O型星 的温度超过3万K。HeII和 CIII谱线强；氢的Balmer线相 对弱，因为氢几乎完全电离了
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在普通望远镜观测的图像中，没有一个恒星显示为圆盘状 即使是最大的恒星，其张角也只有~0.05角秒 (HST:0.03”)
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恒星的大小


天文学家可以利用望远镜测量恒星直径?
特例：在食变双星中，通过测量轨道大小和交食 时间估计两颗星的半径
http://staff.ustc.edu. cn/~xkong/gal-astro
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选课安排
选课学生：天体物理专业本科四年级学生和研究生 退选学生：天体物理专业三年级学生和物理学院一、 二年级学生，欢迎同学们以后再选星系天文学课程！ 天文学导论 40 2 1年级上
d) 电离钙(CaII)的‘H和K’线, 4300Å处CH的G带
Fraunhofer命名他在太阳光谱中发现的一些强吸收线，从红到 蓝标记为从A到K的记号
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e) 恒星光谱分类 Oh, Be A Fine Guy (Girl)，Kiss Me!
Instruments of HST
WFPC2
WFC3 (25X NICMOS) (10x STIS UV) ACS (10X WFPC2)
NICMOS (1-2 µm)
NICMOS/NCS STIS (=40X Original Spectrographs)
COS (20X STIS)
Servicing 2012-09-13 Missions
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什么是星系？研究意义？
星系：由恒星、气体、尘埃 和暗物质组成的，受到引力 束缚的系统。 典型星系内有～1010个恒星
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课程介绍

星系天文学是天文学的一个重要分支,是以星系
和星系际空间为研究对象的学科。

研究对象：

河内天文学 Galactic Astronomy (银河系) 河外天文学 Extra-galactic Astronomy



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1.1 恒星

恒星信息：恒星的电磁辐射，光度和光谱 主要观测波段：紫外、可见光和红外光谱 直接方法：恒星光度和面亮度

光度：恒星表面积、外层温度和化学组成决定

间接方法：恒星质量,年龄和内部化学成分 相关内容： 恒星的光度、光谱、演化、星等系统等
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10% 50% 30%
自选与“星系天文学”课程相关的内容 准备PPT，作口头报告: 最多2人一组 文献查询、阅读训练和口头表达能力
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参考书籍
理化大楼18楼天体物理 中心办公室奚玮红老师
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恒星光谱： 1)连续谱 2)吸收线 3)极少有发射线 恒星光谱：连续 谱上叠加有吸收 线
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a) 不同的恒星，辐射最大 处的波长max有差异
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一般方法：

L=4R2SBT4
恒星光度：与恒星的表面温度、恒星表面积有关 如果知道恒星的温度和光度，可以计算恒星直径
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0.1R⊙ | | 1000 R⊙
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恒星质量
精确测定恒星质量的唯一办法：是观测它邻近另一个天体的 引力效应：双星 (开普勒第三定律)

赵君亮 研究员 jlzhao@shao.ac.cn
上海天文台 时间：周一(下)、周三(上)、周二(待定)

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考查方式

上课情况
Fra Baidu bibliotek
10%
课堂提问、回答问题和课后讨论 缺课>8学时, 不得参加期末考试

平时作业 期末考试 课程报告
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1.1.1 光度、亮度…

光度(L)

恒星在单位时间内辐射的总能 量 恒星的固有量，与其距离无关 单位：瓦，或每秒尔格 erg/s 又称视亮度或恒星的流量(F) 观测者单位时间接收到的恒星 所辐射的能量，非内禀量 单位：W/m2或 erg/s1/cm2


亮度(F)

L=FxS (面积) F =L/4d2