天体物理导论-第二章

电磁波谱
• Kirchoff定律 热的、致密的固体、液体和 气体产生连续谱； 热的、稀薄的气体产生发射 线； 连续辐射通过冷的、稀薄的 气体后产生吸收线。
恒星形成区M17中的热气体辐射谱
太阳光谱
• 谱线与恒星的化学成分 不同元素的原子具有不同的结构，因而有不 同的特征谱线。
4.2 荷电粒子加速运动产生辐射
• 电磁辐射由光子构成（粒子性） 光子的能量与频率（或颜色）有关：频率越高 （低），能量越高（低）。 E = hν, 其中Planck 常数h = 6.63×10-34 J s-1
Planck
Einstein
• 大气窗口(atmospheric window) 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。
回旋辐射 同步辐射 曲率辐射
4.3 逆康普顿散射
在银河系中穿行的高能电子，在宇宙空间和天体中﹐普 遍存在各种各样的低能光子﹐诸如射电光子﹑星光光子 ﹑微波背景光子﹔在高能天体附近和宇宙射线中﹐又经 常存在高能电子。当这些高能电子与低能光子正面碰撞 时会使光子能量升高，变成高能伽马射线。
4.4 韧致辐射
电磁辐射的物理机制
• 黑体辐射
• 加速电子辐射
• 逆康普顿散射 • 韧致辐射
• 切伦科夫辐射
4.1 黑体辐射
• 黑体 (blackbody) 能吸收所有的外来辐 射（无反射）并全部 再辐射的理想天体。 • 黑体辐射 具有特定温度的黑体 的热辐射。 大部分正常恒星的辐 射可以近似地用黑体 辐射来表示。
第二章 辐射
辐射类型
宇宙线


中微子
引力波

电磁辐射
1. 宇宙线——粒子辐射 90%是质子， 9%是氦核（α粒子）
大约1%是电子
γ射线
超高能中微子
星系核 黑洞
太阳粒子爆发
超新星残骸
羊八井宇宙线观测站
2. 中微子
目前人们只发现三种中微子：
中微子探测
超级福冈
3. 引力辐射
两个黑洞相撞时在宇宙中掀起的时 空波纹
• 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
• 不同温度天 体的辐射
A dim, young star (shown here in red) near the center of the Orion Nebula
Rho Ophiuchi
Sun
Omega Centauri
• Planck定律 温度为T的单位面积黑体，在单位时间、单位频 率内、向单位立体角发射的能量为 2h 3 1 B (T ) 2 h / kT c (e 1) • 平方反比定律 单位面积接收到的辐射强度 F与光源距离d的平方成反比 F∝d -2
不同温度黑体的辐射谱
Stefan-Boltzmann定律 单位面积黑体辐射的能量 F＝σT4 Wien定律 黑体辐射最强处的波长λmax与温度之间的关系为 λmax T＝0.29 (cm K)
高温黑体主要辐射短波，低温黑体主要辐射长波。
• 不同辐射波段的太阳
光学 紫外
X射线
射电
• 不同辐射波段的银河系
引力波探测
美国Ligo观测到引力波
4. 电磁辐射
• 电磁辐射是以变化的电磁场传递能量、具有特 定波长和强度的波（波动性）。 波长范围：＜0.01Å – 30 m 波长×频率 ＝ 光速c = 3×1010 cms-1
• 根据波长由长到短，电磁辐射可以分为射电、 红外、光学、紫外、X射线和γ射线等波段，可 见光又可分解为七色光。
电子在与正离子发生碰撞而速度突然改变时 产生的辐射。
慢电子 正离子 快电子 高能光子
Baidu Nhomakorabea
4.5切伦科夫辐射
切伦科夫辐射同加速带电粒子的辐射不同， 它不是单个粒子的辐射效应，而是运动带电 粒子与介质内束缚电荷和诱导电流所产生的 集体效应。这种辐射可视为介质中的一种电 磁冲击波。