第一讲绪论和宇宙起源说

“世界上有两件东西能够深深 地震撼人们的心灵：一件是我们 心中崇高的道德准则；另一件是 我们头顶上灿烂的星空。”
------德国哲学家康德
天文学
天文学是自然界中最古老、最基本的学科。但永远是 最前沿的科学，随着空间探测技术的发展，人们对宇宙 的认识越来越深入。到现在为止，天文学给出的更多的 是问题，而非答案。
宇宙的现代概念----无限
宇宙是指广漠空间和其中存在的各种天体以 及弥漫物质的总称，并且宇宙是处于不断的 运动和发展之中的。
人类目所能及的地方以及人类还没有看到但 是仍然存在的物质都是宇宙。
天文学上的总星系即所谓的“可观测宇宙”。
宇宙的现代概念----无限
何谓天体物理学？
天体物理 = 天 体 | 物 理 （天文学） |（物理学）
骨骼里的Ca、呼吸的O2）； 热核聚变 — 太阳能源的启示； 牛顿的万有引力定律来自天体运动观测； 天象预报, 保卫地球。
从诺贝尔奖看重大成果
近30年来，约30项诺贝尔物理学奖中,有6 次属天体物理。
1974诺贝尔物理学奖
A.赫威斯 射电天文学方面先驱
性研究，发现脉冲星 起决定性作用
M.赖尔 研究射电天文学，尤其
宇宙的含义
英文：Universe —— 天地万物，强调物质 现象的总和。Cosmos —— 来自希腊文， 还有井然有序之义，强调的是整体宇宙的结 构或构造。
中文: “四方上下曰宇, 往古来今曰宙，以喻 万物。” ——《淮南子·原道训》 即空间和时间的总和，最为完备和科学，体 现了中国古代劳动人民所具有的伟大智慧。
白洞、暗物质、暗能量、反物质、超新星等； 空间探测：望远镜、探月工程、太阳系探测、地外文明
和飞碟、太空的开发。
参考资料
参考书目： 《宇宙新概念》，赵江南，武汉大学出版社 《普通天文学》，胡中为，南京大学出版社 《天体物理学》，李宗伟，肖兴华，高教出版社 《时间简史》，史蒂芬霍金，湖南科技出版社 《神奇宇宙》，王修智，山东科技出版社
运动性：天体系统——层次性
地月系
太阳系
“可观测宇宙”： 银河系
其他行星系
总星系
恒星世界
河外星系
地月系
地月系
太阳系
银河系
银河系
河外星系
仙女座河外星系
长蛇座河外星系
小麦哲伦河外星系
天体物理学的分类
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
射电天文学 空间天文学
浑象，利用它可以形象地演 示天体的运行。浑天说能简 洁的解释日月星辰的运行出 没。
宣夜说
宣夜说是我国历史上最有卓见的宇宙无限论思想。它最早出现 于战国时期，到汉代则已明确提出。
不论是中国古代的盖天说、浑天说，还是西方古代的地心说， 乃至哥白尼的日心说，无不把天看作一个坚硬的球竞，星星都 固定在这个球壳上。宣夜说打破了固体天球的观念， 认为宇宙 是无限的，宇宙中充满着气体，所有天体都在气体中漂浮运动。 星辰日月的运动规律是由它们各自的特性所决定的，决没有坚 硬的天球或什么本轮、均轮的束缚。
------《老子》
为什么要研究宇宙？
人类的好奇心（宇宙的过去，现在，将来？…）； 这是基本的科学问题，也是重要的哲学问题； 人类开发和利用空间资源的需要； 寻找地外生命的需要………
宇宙学无论在科学上还是在哲学上都是一 个探索中的问题，并没有现成的确切答案，
所以科学的态度对认识宇宙尤为重要。
时和授时）） 云南天文台（以研究天体物理为主） 威海伽马山天文台（筹建中）
我国天文学高等教育机构
南京大学天文系 北京师范大学天文系 北京大学天文系 中国科技大学天体物理中心 山东大学威海分校空间科学学院
宇宙起源学说
神话说 盖天说 浑天说 宣夜说 地心说 日心说 大爆炸说 星云说
实验方法——它是观测手段发展到高级阶段的产物， 如人造卫星、登月飞船、航天飞机、空间探测器、太 空望远镜、太空站等人类用于探测宇宙的实验手段。 还有”粒子物理实验模拟宇宙的形成”等；
理论方法——利用数学、力学、物理学和其他学科的 成果，通过理论推理得到有关天体的科学结论。
天体物理学研究的意义
精确的时间和历法仍然是按照太阳和恒星的运动确 定。（例如测时、守时、授时）
L.赫尔斯
2002诺贝尔物理学奖
雷蒙德·戴维斯
小柴昌俊 里卡尔多·贾科尼
在天体物理学领域做出的先驱性贡献,开创了X-ray天文
学和中微子天文学。
2006诺贝尔物理学奖
约翰·马瑟 宇宙微波背景辐射的黑 体形式和各向异性
乔治·斯穆特
我国天文研究机构
南京天文台（以研究天体物理和天体力学为主） 北京国家天文台（以研究天体物理为主） 上海天文台（以研究天体力学和天体测量为主） 陕西天文台（以研究天体测量为主；时间中心（测
课程要求：理解天体物理的基本概念，了解宇宙的 起源和演化、星系的形成和结构、恒星的结构和演 化，和行星系统的诞生与搜寻等内容，了解天体物 理发展的历史和重要人物，了解空间探测技术和进 展,培养勇于探索的兴趣。
课程考核方式：平时成绩主要以考勤为主，占30%； 考试成绩占70%。
课程主要内容
宇宙概览：起源、结构、运动、演化，大爆炸理论等； 月球：我们最近的邻居； 我们的生命之灯——太阳； 内太阳系：小型行星的世界； 外太阳系：巨型行星的世界； 恒星的秘密和恒星的演化； 小行星、彗星、流星体、陨石以及宇宙尘； 深邃的夜空：太阳系外的世界，银河系，河外星系； 特殊星体：白矮星、黑矮星、中子星、脉冲星、黑洞、
可用于人造卫星运动轨道的控制，以及地面导航、 通信等。（轨道计算、太阳黑子）
可启发人们去思考、探索与人类的现在和未来息息 相关的各种应用技术。（核聚变、新的更有效能量 转换方式）
可提高学生的科学文化素质、树立正确的宇宙观， 提高辨别是非的能力、反对迷信和邪教的危害。
人与宇宙
农业与航行需要天象知识； 得天独厚的地球养育人类； 生命的起源来自宇宙空间； 生命的元素来自恒星（血红细胞中的Fe、
是孔径综合技术方面创 造与发展
1978诺贝尔物理学奖
A.A.彭齐亚斯 3K宇宙微波背景的发
现
R.W.威尔孙
1983诺贝尔物理学奖
S.钱德拉塞卡尔 恒星结构和演化方面
的理论研究
W.福勒 宇宙间化学元素形成方面的
核反应的理论研究和实验
1993诺贝尔物理学奖
J.泰勒 脉冲双星发现, 验证了
广义相对论的引力波 辐射
宣夜说创造了天体漂浮于气体中的理论，并且在它的进一步发 展中认为连天体自身、包括遥远的恒星和银河都是由气体组成。 这和现代天文学的许多结论一致。
宣夜说不仅认为宇宙在空间上是无边无际的，而且还进一步提 出宇宙在时间上也是无始无终的、无限的思想。它在人类认只 史上写下了光辉的一页。可惜，宣夜说的卓越思想，在中国古 代没有受到重视，几至失传。
人造天体：在空间飞行的人造地球卫星、国 际空间站等
恒星太阳
行星地球
卫星月球
星云：由尘埃和气体组成的云雾状天体。
环状星云
螺旋状星云
沙漏星云
马头星云
彗星和流星
哈雷彗星
海尔波普彗星
火流星 流星雨
宇宙飞船和航天飞机
人造卫星和国际空间站
ห้องสมุดไป่ตู้
东
嫦
方
娥
红
一
一
号
号
天体系统是怎样形成的？
天体之间相互吸引和相互绕转，形成天体系统。 太阳大,地球小,地球绕着太阳跑。 地球大,月亮小,月亮绕着地球跑。
众所周知，自然界有四大基本起源问题:宇宙的起 源,太阳系的起源,生命的起源,人类的起源。
要回答这些问题，离不开天文学知识，离不开掌 握自然科学多领域的复合型人才。
俗话说的好：上知天文、下晓地理。这是对个人知 识渊博的一种赞美。
课程简介
本课程作为一门全校通识教育课，以天体物理为主 要内容，系统地介绍天文学的主要概念以及空间探 测方面的进展。课程总共32学时，讲课16学时，播 放记录短片16学时。
高能天体物理学
天体物理学的研究方法
物质客体的三个层次 微观客体 宏观客体 宇观客体
天体的三个层次 ➢太阳与太阳系 ➢恒星与银河系 ➢星系与宇宙
微观量子力学
纳米机器人：病毒杀手？
宏观牛顿力学
宇观相对论力学
天体物理的研究方法
观测方法——主要借助光学望远镜和射电望远镜来获 取宇宙信息；
地球是宇宙中心！----《天文学大成》 持续1300年之久
日心说
太阳是宇宙中心！------《天体运行论》
哥 白 尼
“revolution” 有“运行（绕转或公转）”和“革命”双 关意思，从此自然科学便开始从神学中解放出来！
神话说---中国
认为天像一个圆圆的大锅盖， 盖 在方形的土地上 。天是由八根天 柱所支撑着。 有一次，水神共工 和火神祝融打起架来，共工输了。 他一气之下撞断了其中一根天柱， 结果天开始塌了下来。仁慈的女 神女媧不忍心看到人类所居住的 世界遭到破坏 ，就用七彩的石头 将天补好，再抓了一只巨龟，用 四只脚把天给撑起来。但是天还 是歪歪的， 所以太阳月亮和星星 才会往西边跑。
盖天说-- “天圆地方” （半球）
盖天说是我国古代最早的宇 宙结构学说。
战国末期，新的盖天说诞生： 天像斗笠，地像盘子，天和 地并不相交，相距8万里。 盘子的最高点是北极。太阳 围绕北极旋转。 “日影千里差一寸”
唐代时盖天说破产。
浑天说----南北短、东西长的椭圆球
“浑天如鸡子。天体圆如弹丸﹐地如鸡 子中黄﹐孤居于天内﹐天大而地小。天 表里有水﹐天之包地﹐犹壳之裹黄。天 地各乘气而立﹐载水而浮。”
网上资源： 谈天天文网：http://www.2-sky.com/ 空间天文网：http://space.lamost.org/
绪论
“有物混成，先天地生。寂兮寥兮，独立 而不改，周行而不殆，可以为天地母。吾不 知其名，字之曰道，强为之名曰大。大曰逝， 逝曰远，远曰反。故道大，天大，地大，人 亦大。域中有四大，而人居其一焉。人法地， 地法天，天法道，道法自然。 ”
天体物理概论
主讲教师：石礼伟
中国矿业大学物理系
2010
卷首语
星空，宽广而又深邃，庄严而又绚丽，静 谧而又喧闹，神秘而又和谐，令人陶醉，令人 神往。静静的夜晚，仰望星空，常常会引起我 们无尽的遐思和无限的激情，一种探索宇宙奥 秘的欲望会油然而生！同学们，面对日月如梭、 斗转星移的天空，难道你真的无动于衷，毫无 兴趣吗？如果你也喜欢星空，爱好天文，就让 我们一起乘着知识的飞船来遨游于太空之中， 尽情的感受这浩瀚而神秘的宇宙之美吧！
---《张衡浑仪注》
“过此而往者﹐未之或知也。未之或知
者﹐宇宙之谓也。宇之表无极﹐宙之端
无穷。”
---张衡《灵宪》
浑天说把地球当作宇宙的中心，与欧洲 的地心说不谋而合，但高明之处在于相
信“天球”之外别有洞天！浑天说在中国
古代天文领域称雄了上千年
浑天说的两大法宝
浑仪，当时最先进的观天仪。 浑天家可以用精确的观测事 实来论证浑天说。在中国古 代，依据这些观测事实制定 的历法具有相当的精度。
地心说
地心说是长期盛行于古代欧洲的宇宙学说，是世界 上第一个行星体系模型。代表人物：欧多克斯、柏 拉图、亚里士多德、托勒密
托勒密认为，地球处于宇宙中心静止不动。从地球 向外，依次有月球、水星、金星、太阳、火星、木 星和土星，在各自的圆轨道上绕地球运转。其中， 行星的运动要比太阳、月球复杂些：行星在本轮上 运动，而本轮又沿均轮绕地运行。在太阳、月球行 星之外，是镶嵌着所有恒星的天球——恒星天。再 外面，是推动天体运动的原动天。
神话说
“盘古开天地” “夸父逐日” “嫦娥奔月” “女娲补天造人”
宇宙天象有神或上 帝来主宰！
神话说----印度
认为世界是由几只巨象的背撑着， 世界的中 央是高耸的山脉， 巨象站在一隻大乌龟的龟甲上， 乌龟则骑在一条盘踞的眼镜蛇身上。
神话说---埃及
认为天被高高的山撑着，星星则从天上垂下来，太 阳乘一艘小船，順着一条大河流到各地 。
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，属于 边缘学科之一。
天体
宇宙的基本特性 物质性：天体——多样性 运动性：天体系统——层次性
什么是天体？ 天体指宇宙中所有的物质。
天体的类型
自然天体：恒星、行星、卫星、星云、流星、 彗星、星际物质（气体和尘埃）；