射电天文学

射电天文学

一、课程基本信息

一、教学目标：

了解关于电磁波的传播与偏振，射电望远镜的接收机和天线，射电干涉仪及观测的方法，辐射机制以及射电天体的基本知识。

二、教学内容和学时分配

内容提要：主要介绍射电天文的基本而全面的基础知识，包括射电天文的概况、电磁波辐射及传播、电磁波的偏振、信号处理、天线的基本原理、接收机、射电天文干涉仪、射电天文的观测方法、射电连续谱的发射机制、星际空间的分子。

1射电天文基础：4学时

1.1射电天文在天体物理中的地位

1.2射电窗口

1.3一些基本定义

1.4辐射转移

1.5黑体辐射和亮温度

1.6Nyquist原理和噪声温度

2电磁波的传播：6学时

2.1麦克斯韦方程组

2.2能量守恒和坡印廷矢量

2.3复数场向量

2.4波动方程

2.5绝缘介质中的平面波

2.6波包和群速度

2.7耗散介质中的平面波

2.8稀薄等离子体的色散量

3波的偏振：4学时

3.1向量波

3.2喷加莱球和斯托克斯参量

3.3准单色平面波

3.4准单色波的斯托克斯参数

3.5法拉第旋转

4信号处理和接收机：6学时

4.1信号处理和静态随机过程

4.2接收机的极限灵敏度

4.3非相干和相干辐射计

4.4低噪声前端放大器

4.5相关接收机和偏振计

4.6频谱仪

4.7脉冲星后端

5天线原理基础：4学时

5.1电磁势

5.2波动方程的格林函数

5.3赫兹偶极子

5.4互易定理

5.5描述天线的参数

6连续孔径天线：3学时

6.1局域源的辐射场

6.2孔径照明和天线方向图

6.3圆形孔径

7干涉仪和孔径综合：3学时

7.1角分辨率的追求

7.2相关性函数

7.3展源的相关性函数

7.4二元干涉仪

7.5孔径综合

8观测方法：3学时

8.1地球大气

8.2定标的程序

8.3连续谱观测策略

8.4谱线观测的额外要求

8.5干涉仪观测的图像重建

8.6混淆问题

9连续辐射的发射机制：6学时

9.1射电源的本质

9.2一个被加速电子的辐射

9.3单个碰撞的轫致辐射的频率分布

9.4电离气体云的辐射

9.5非热辐射机制

9.6洛仑兹变换

9.7单个电子的同步辐射

9.8同步辐射的光谱和偏振

9.9电子集体的同步辐射的能谱分布

9.10同步辐射的能量要求

9.11非热源的低能截断

9.12逆康普顿散射

10谱线基础：6学时

10.1爱因斯坦系数

10.2含有爱因斯坦系数的辐射转移方程

10.3偶极跃迁概率

10.4速率方程的简单解

11中性氢的谱线辐射：3学时

11.1中性氢的21厘米谱线

11.2塞曼效应

11.3自旋温度

11.4发射线和吸收线

11.5弥漫星际气体的物理状态

11.6较差速度场和谱线形状

11.7星际气体中的银河系速度场

11.8河外星系的原子谱线

三、教材与学习资源

教材：

射电天文工具 (第三版)（K.Rohlfs & T.L.Wilson，2001）

学习材料：

1. 射电天文方法（北京师范大学天文系）

2. 射电望远镜（W.N.克里斯琴森 & J.A.霍格玻姆）

3. 射电天体物理学（A.G.怕考尔楚克）

四、先修课要求及教学策略与方法建议

先修课程：

电动力学、量子力学、热力学、数据处理高、天文学导论

教学策略：

课堂教学与观测实习相结合，课堂讲授为主，组织专题讨论并要求做专题报告。

课程教学方式为多媒体教学与板书教学相结合，将教学课件和作业全部放在webcl网络服务器上，供学生下载，学生交作业采用纸面与电子邮件相结合的方式。

五、考核方式与评价结构比例

考核方式：闭卷考试

评价比例：考勤：20％；作业：20％；期末考试60%。