天文学导论课件,北师大版

2、天文学研究对象与方法
行星层次：八个行星，矮行星、 太阳系小天体 恒星层次：太阳及其它恒星 星系层次：银河系、河外星系、星系群、 星系团 宇宙整体: 可观测的宇宙
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• 天文学是研究宇宙的科学。 • 宇宙：四方上下曰宇，往古来今曰宙。 —— 《淮南子》 • 宇宙包含了所有的空间、时间、物质和能量。
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考核方式： • 作业、小论文、课堂讨论,等等，占学期总成 绩40% • 期末考试：书面闭卷笔试, 占学期总成绩60%
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第一章 绪论
1、天文学的发展历史 2、天文学的研究对象与方法 3、天文学和物理学的关系
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Inscription over Kant's tomb Two things fill the mind with ever-increasing awe - the starry heavens above me and the moral law within me.
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• 北京时间2006年8月24日晚上9点20分，第26 届国际天文学联合会大会投票，部分通过新 的行星定义，冥王星被排除在行星行列之 外，太阳系行星数量将由九颗减为八颗。
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决议5A： IAU决定我们太阳系内的行星和其他天体按照下列方式划 分为3个明确的类别： (1)一颗行星1是一个天体，它满足(a)围绕太阳运转，(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(近 于圆球)形状，同时(c)扫清了所在轨道上的其他天体。 (2)一颗矮行星是一个天体，它满足(a)围绕太阳运转，(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(近 于圆球)形状2 ，(c)没有扫清所在轨道上的其他天体，同时 (d)不是一颗卫星。 (3)其他围绕太阳运转的天体3 ，卫星除外，统称为“太阳 系小天体”。
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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(孤本)，也不能解剖星星”
• 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。
距离极远 时标极长 物理条件极端复杂（温度、密度、压强、磁场）
注释： 1 八颗行星是：水星、金星、地球、 火星、木星、土星、天王星、和海 王星。 2 IAU将启动相应程序来界定天体属于矮行星还是其他类别。 3 目前这些包括大多数的太阳系小行星，大多数的海外天体(TNOs)，彗 星，和其他小天体。
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IAU决议：冥王星 决议6A IAU进一步决定： 按照上面的定义冥王星是一颗矮行星，并作 为海外天体中一个新类别的原型。
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人类了解最多、能深入探讨的天体: 地球（行星） 太阳系（行星系统） 太阳（恒星） 银河系（星系） 可以说是几个“ 孤本”，没有其它天体可 以与之相比！
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太阳系行星的空间探测:
• 人类要突破只能被动观测的局限 登月和探测火星，人类对宇宙奥秘的探索是无止境 的！ • 有没有生命（或适合生命繁衍生存的条件）？ • 有没有值得开采的矿产？ • 有没有可能成为人类生活、科研的基地？（月基天 文台等）
天文学 （Astronomy = Star + Law）： 基础、古老而又富有生命力、全电磁波 段可观测的科学。
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距离、空间的角度
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空间尺度：从极小到极大
最遥远星系 银河系 邻近恒星 太阳 地球 人类 细胞 原子 质子 夸克
1026 m 1020 m 1010 m 100 m 10-10 m 10-20 m
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最大的（1米）折 射望远镜
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Palomar天文台的5米Hale望远镜
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Keck双望远镜口径10米
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欧洲南方天文台
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哈勃空间望远镜
• 1990年发射，位于距 地面600千米、周期 95分钟的轨道上 • 2.4米口径镜片，可以 在光学、紫外和红外 波段进行观测 • 2002年3月添加the Advanced Camera for Surveys (ACS)
向前：太阳的过去、大爆炸、时间的起点 向后：太阳的演化、宇宙的未来
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宇宙演化的历史
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！
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Scientific American - 2008-03
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1012
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21世纪天文研究特点
• • • 全波段；大样本；巨信息量 大题大（大观测设备）做 大题小（小观测设备）做
天文学导论Ⅱ
• 参考书目 • 课程内容简介 • 主要网站 • 考核方式
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课程内容简介：
• 天文学基础知识： 有关恒星的基本概念；恒星的光谱和化学组 成；恒星的颜色与光谱能量分布；地面光学望 远镜；望远镜的终端及辐射探测器；射电望远 镜及其观测；红外天文观测；空间望远镜和全 波段天文观测；等等。 • 恒星的普通性质，赫罗图和恒星演化序： 双星；变星与不稳定星；致密天体；星团 和赫罗图；星云和恒星的形成；恒星的演化和 归宿，等等。
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HST在1993年修复前后拍摄的星系M100像比较
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The 100-Meter Green Bank Radio Telescope
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Arecibo 射电望远镜
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IRAS (Infrared Astronomy Satellite)
spitzer
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EUVE (Extreme Ultraviolet Explorer) and FUSE (Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer )
都可以获得重要成果，我国的中型观 测设备大有可为
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3、天文学与物理学相互促进
• 物理学是天文学的理论基础 • 天体和宇宙是物理学的巨大实验室
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（1）极端物理条件实验室 如中子星：超高密、超强磁场、 超强压力、超高温和超强辐射 的空间实验室 （2）引力实验室 （3）等离子体实验室 （4）超流超导实验室 （5）高能带电粒子加速器等
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恒星层次
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星系层次
1、哈勃等发现河外星系：确定距离 （观测资料积累） 2、哈勃：哈勃定律（宇宙在膨胀） （经验定律）退行速度和距离成正比 3、伽莫夫 大爆炸宇宙论 （热核聚变理论为核心）
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银河系
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宇宙岛——河外星系
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活动星系
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星系集团
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最遥远的星系
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时间跨度：从过去到将来
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地球
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• 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.
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太阳系 (历史旧观点)
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引力在各 种尺度
凡夫俗子第一次接近了诸神
“由于只有一个宇宙需要去解释，没有 人再能重复牛顿所做的工作，他真是 最幸运的人。” —— Joseph Lagrange
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• 19世纪中叶，天体物理学诞生
♦ 天体光度和光谱的测量。 ♦ 观测技术和理论工具飞速发展。 ♦ 光学天文学→射电天文学、空间天文学 →全波天文学。 ♦ 量子论、相对论、原子核物理学、高能物 理学。
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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 。
The Hubble Space Telescope found that there 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.
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• Millions of planetesimals remain outside of Neptune’s orbit as pristine icy bodies • They are the source of short period (<200 years) comets
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日心学说
Kepler
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地心学说
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历史及历 史研究 天文学史
天文学
实用天文学
各相关实用 领域
天体测量学
光学天文实测手段 射电天文实测手段
“观测工具 ”分 类
“理性工具 ”分 类
天体力学 空间天文实测手段 理论天体物理学 中微子天文实测手段 引力波天文实测手段
河外天体
太阳系
太
行星系统
恒
地外文明
宇宙大尺 度结构
银河系
宇宙学
阳
星
天
体
演
化
学
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研究目标分类 学科分类框架图
波长
各类电磁辐射可达到的距海平面的高度
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• 不同辐射波段的太阳
光学 紫外X射线射电 Nhomakorabea20
• 不同波段的旋涡星系M81
光学
中红外
远红外
X射线
紫外
射电
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20世纪天体物理学重大成就
两大基本理论： 恒星演化和宇宙大爆炸模型 全电磁波段天文学，中微子天文学 从可见光拓展到全电磁波段,γ射线暴 20世纪60年代四大发现： 脉冲星，类星体，微波背景辐射， 星际分子。