天体物理学及其对未来发展的重要作用

年级 08 专业光信息科学与技术学生姓名张桂洋

学号080701110090

理学院

实验时间： 2011 年 6 月16 日

天体物理学及其对未来发展的重要作用

摘要:天体物理学分为：太阳物理学、太阳系物理学、恒星物理学、恒星天文学、星系天文学、宇宙学、宇宙化学、天体演化学等分支学科。另外，射电天文学、空间天文学、高能天体物理学也是它的分支。多年来，随着世界人口的不断增加，资源不断的消耗，人们的生存环境日益缩减，资源也愈加匮乏。越来越多的国家将希望寄托于地球外部的空间，这进一步促进了天体物理学的发展，理论天体物理学的发展紧密地依赖于理论物理学的进步，几乎理论物理学每一项重要突破，都会大大推动理论天体物理学的前进。二十世纪二十年代初量子理论的建立，使深入分析恒星的光谱成为可能，并由此建立了恒星大气的系统理论。三十年代原子核物理学的发展，使恒星能源的疑问获得满意的解决，从而使恒星内部结构理论迅速发展；并且依据赫罗图的实测结果，确立了恒星演化的科学理论。

关键词：天体银河系特殊行星星系集团同位素引力原子核等离子体星系空间

引言：本学期开展了物理前沿着门课程,我们在此课程中前后接受了三位老师的精彩讲课。他们分别是胡老师讲述的等离子体，张老师的天文学以及龙老师的量子力学。其中我最感兴趣的就是天文学中的天体物理学这一块。

（一）天体物理学的有关介绍

从公元前129年古希腊天文学家喜帕恰斯目测恒星光度起，中间经过1609年伽利略使用光学望远镜观测天体，绘制月面图，1655～1656年惠更斯发现土星光环和猎户座星云，后来还有哈雷发现恒星自行，到十八世纪赫歇耳开创恒星天文学，这是天体物理学的孕育时期。十九世纪中叶，三种物理方法——分光学、光度学和照相术广泛应用于天体的观测研究以后，对天体的结构、化学组成、物理状态的研究形成了完整的科学体系，天体物理学开始成为天文学的一个独立的分支学科。

天体物理学是应用物理学的技术、方法和理论，研究天体的形态、结构、化学组成、物理状态和演化规律的天文学分支学科。

天体物理学分为：太阳物理学、太阳系物理学、恒星物理学、恒星天文学、星系天文学、宇宙学、宇宙化学、天体演化学等分支学科。另外，射电天文学、空间天文学、高能天体物理学也是它的分支。

对行星的研究是天体物理学的一个重要方面。近二十年来，对彗星的研究以及对星星及物质的分布、密度、温度、磁场和化学组成等方面的研究，都取得了重要成果。随着空间探测的进展，太阳系的研究又成为最活跃的领域之一。

银河系有一、二千亿颗恒星，其物理状态千差万别。球状体、红外星、天体微波激射源、赫比格一阿罗天体，可能都是从星际云到恒星之间的过渡天体。

特殊行星更是多种多样：造父变星的光变周期为1～50天，光变幅为0.1～2个星等；长周期变星的光变周期为90～1000天，光变幅为2.5～9个星等；天琴座RR型变星的光变周期为0.05～1.5天，光变幅不超过1～2个星等；金牛座T型变星光变不规则，没有固定的周期；新星爆发时抛出大量物质，光度急骤增加几万到几百万倍；有的红巨星的半径比太阳半径大1000倍以上；白矮星的密度为每立方厘米一百公斤到十吨，中子星密度更高达每立方厘米一亿吨到一千亿吨。

河外星系与银河系属于同一天体层次。星系按形态大致分为五类：旋涡星系、棒旋星系、透镜型星系、椭圆星系、不规则星系。按星系的质量大小，又可分为矮星系、巨星系、超巨星系，它们的质量依次约为太阳的一百万到十亿倍、几百亿倍和万亿倍以上。同银河系一样，星系也由恒星和气体组成三、五个、十来个、几十个以至成百上千个星系组成星系集团，称星系群、星系团。

通过各种观测手段，人们的视野扩展到150亿光年的宇宙“深处”。这就是“观测到的宇宙”，或称为“我们的宇宙”，也就是总星系。研究表明，宇宙物质由化学元素周期表中近百种化学元素和289种同位素组成。在不同宇宙物质中发现了地球上不存在的矿物和分子。

用物理学的技术和方法分析来自天体的电磁辐射，可得到天体的各种物理参数。根据这些参数运用物理理论来阐明发生在天体上的物理过程，及其演变是实测天体物理学和理论天体物理学的任务。

天体物理学从研究方法来说，可分为实测天体物理学和理论天体物理学。前者研究天体物理学中基本观测技术、各种仪器设备的原理和结构，以及观测资料的分析处理，从而为理论研究提供资料或者检验理论模型。光学天文学是实测天体物理学的重要组成部分。后者则是对观测资料进行理论分析，建立理论模型，以解释各种天象。同时，还可预言尚未观测到的天体和天象。天体物理学按照研究对象，可分为：①太阳物理学②太阳系物理学③恒星物理学④恒星天文学⑤星系天文学⑥宇宙学⑦天体演化学

（二）天体物理学对未来的重要影响

天体物理学的发展，促使天文观测和研究不断的出现新成果和新发现，使天体物理学不断向广度和深度发展。理论物理学中的辐射、原子核、引力、等离子体、固体和基本粒子等理论，为

研究类星体、宇宙线、黑洞脉冲星、星际尘埃、超新星爆发奠定了基础。天体物理学的发展也进一步促进了理论物理学的发展，天体物理学对人类社会发展的重要性日益增加。世界各国对天体的研究越来越注重，改革开放以来，特别是近些年来，我国先后发射各种人造卫星包括神舟系列卫星，嫦娥系列卫星等，对太阳系天体进行实地采样和分析，以及尚在努力探索中的引力波观测，目前关于天体的信息都来自电磁辐射。通过对辐射谱线的分析，可以得到关于天体表面温度、质量以及内部结构、地理状况等许多信息，还可以测量天体与地球的距离。各种各样的恒星，为研究恒星的形成和演化规律提供了样品。另外，天体上特殊的物理条件，在地球上往往并不具备，利用天体现象探索物理规律，是天体物理学的重要职能。可以在外空间对特殊材料进行加工、合成，也可以在外空间进行生物变异处理，产生多种多样的物种，来提高人们生活质量。

通过天体物理学，对各种天体进行研究，不仅使人们愈来愈深入地了解宇宙的结构和演化规律，同时也促使物理学在揭示微观世界的奥秘方面取得进展，对未来发展有着十分重要的作用，几乎涉及到人类生活的各个方面。首先，地球目前正面临着能源匮乏问题，通过对外空间探索，我们或许能找到新能源来缓解地球能源问题。热核聚变概念是在研究恒星能源时提出的。其次，人们对外空间探索，也是希望能找到类地球环境，期望地球人能搬到外空间生存，来解决人口爆炸问题。地球上出现过许多次的