通俗天文学作业

通俗天文学（一）

一、填空题（每空2分，共30分）

1.天文学的三个主要分支学科是天体测量学、天体力学、天体物理学。

2.现代天文观测到的宇宙、从星系开始共分为星系、星系、星系群或星系团、超星系团和总星系。

3.三种常用天球坐标系是、地平坐标系、赤道坐标系、和黄道坐标系。

4.20世纪60年代天文学的四大发明为脉冲星、类星体、3K微波宇宙背景辐射和星际有机分子都是以天体的射电观测为先导做出的。

5.不同质量恒星演化的最后结局是白矮星、中子星和黑洞。

6.星际消光的机制是遥远天体发出的电磁波被星际弥漫物质部分吸收、散射，造成光度减弱的现象。

星际红化的机制是由于星际物质对不同波长的星光吸收、散射的程度不同，对长波散射小，对短波散射大，因此接受到的星光比没有散射吸收的星光要偏红。

7.按照公认的经典理论，黑洞只有质量、电荷和角动量这三个物理量可以测量到，被称为黑洞无毛定理。

二、名词解释（每题4分，共20分）

1.黄道：地球一年绕太阳转一周，我们从地球上看成太阳一年在天空中移动一圈，太阳这样移动的路线叫作黄道，它是天球假设的一个大圆圈，即地球轨道在天球上的投影。

2.秒差距：地球公转轨道的平均半径（一个天文单位，AU）为底边所对应的三角形内角称为视差。当这个角的大小为1秒时，这个三角形的一条边的长度（就称为1秒差距。秒差距一个便于理论计算的距离单位，约等于

3.26光

年。其定义为视差值刚好等于1"的恒星距离，符号为pc，1pc=206265Au≈3.26光年。

3.超新星：超新星爆发是某些恒星在演化接近末期时经历的一种剧烈爆炸。这种爆炸度极其明亮，过程中所突发电磁辐射经常能够照亮其所在的整个星系，并可持续几周至几个月（一般最多是两个月）才会逐渐衰减变为不可见。在这段期间内一颗超新星所辐射的能量可以与太阳在其一生中辐射能量的总和相媲美。

4.暗物质：是一种因存在现有理论无法解释的现象而假想出的物质，比电子和光子还要小的物质，不带电荷，不与电子发生干扰，能够穿越电磁波和引力场，是宇宙的重要组成部分。

5.同步辐射：同步辐射是速度接近光速的带电粒子在磁场中沿弧形轨道运动时放出的电磁辐射，由于它最初是在同步加速器上观察到的，便又被称为“同步辐射”或“同步加速器辐射”。

三、简答题（每题10分，共20分）

1.简述现代“标准宇宙模型”的内容及大爆炸的宇宙进程？

答：“标准宇宙模型”也就是“大爆炸宇宙模型”，其基本内容是：宇宙是由高温高压状太

下的原始基本粒子突发膨胀而开始创生的，这些基本粒子开始时几乎全部都是中子，由膨胀导致的温度下降，使中子按照放射性衰变过程自由的转化为质子、电子等，逐渐产生由轻到重的各种化学元素。随着整个宇宙的膨胀和降温，各种粒子进一步形成星系、恒星等宇宙中的天体，然后沿着天体演化的阶梯一直延续到现在。

大爆炸的宇宙基本进程：一个画面，时标10－4秒，温度>10万亿开，宇宙温度大于强子的阈温；第二个画面，时标0.01秒，温度1000亿开，宇宙温度小于强子阈温；第三个画面，时标13.82秒，温度30亿开，此时宇宙温度小于轻子的阈温，轻子不再由光子碰撞产生出来；第四个画面，时标3分40秒，温度9亿开，此时宇宙温度远小于轻子的阈温，所有能量转化为物质的反应都已停止，物质已全部产生出来；第五个画面，时标70万年，温度3000开，在此之前，宇宙温度低到原子核和电子可以组成原子，自由电子突然消失光子可以自由穿行，宇宙变得对辐射透明。宇宙的尺度虽已膨胀到相当的规模，但各种物质粒子大体均匀分布在空间中，在此之后的漫长时间里，宇宙膨胀降温，辐射压力越来越小，直至阻止不了星系级乃至恒星级质量的成团屋质在万有引力作用下凝聚压缩。这时，星系和恒星就逐渐形成；第六个画面，在150～200亿年，温度2.7开，宇宙依然

在膨胀。

2.试说明全波段天文学是指什么含义？

答：全波段天文学是指从波长最长的无线电波到波长最短的γ射线，天体发出的所有电磁波都落在天文学家的视野之内，基于这种层次上的天文学研究，就是全波段天文学。最初，人类只能利用光学望远镜接收光学波段的天体辐射；二战后，无线电技术用于天文观测，开辟了射电天文学，加大了观察宇宙的范围，红外材料的运用又扩大了观测范围，使红外波段的观测成为可能；星载天文仪器、各种专用天文卫星、宇宙飞船、轨道天文台、轨道空间站和空间望远镜都加入到了天文观测的行列，人类探索宇宙的历程发展到全波段天文学的新阶段，天文学家的视野更开阔了，人类认识宇宙的能力达到了前所未有的高度。

四、综合题（每题15分，共30分）

1.何为天体、宇宙？叙述天文学的研究对象、研究方法和特点。

答：天体即大气层以外的物体，包括日月星辰和人造天体在内。宇宙是全部时间、空间和所有天体的总称。天文学是研究天体和宇宙的科学，它研究天体的位臵、分布、运动、结构、物理状态、化学组成、相互关系、及演化规律。天文学是观测科学，同时也是综合科学，特点是研究对象都在遥不可及的宇宙空间，既不可能取样分析化验，也不可能亲临实地勘察研究。所以，研究的主要手段是观测——用各种仪器观察和测量从天体辐射来的电磁波或少量的高能微观粒子，现代天文学最重要的观测仪器是各种类型的天文望远镜，现代物理学理论也是最活跃的天体物理学研究中必不可少的重要理论和方法。

2.在通用的哈勃星系分类中，按星系外形分为哪几类？说明哈勃关系的内容并写出其公式，说明其中各量的含义。哈勃关系在宇宙学研究中有什么重要意义？

答：1926年哈勃最早对星系分类，形成后来通用的哈勃星系分类：即按星系外形分为椭圆星系、旋涡星系、棒旋星系和不规则星系四类。1929年哈勃根椐24个已知距离和谱线红移的星系资料，确定了河外星系视向速度与距离的线性关系，即哈勃关系。

以公式表示为：V=HD，其中V表示视向速度。单位为“公里/秒”，也称为退行速度（因绝大多数星系都在退行）；D表示距离，单位是“百万秒差距”；H为常数，即哈勃常数，其数值约在55～95之间，单位是“公里/秒〃百万秒差距”。现代大量的星系观测资料表明，哈勃关系在可观测的宇宙范围内是普遍成立的。哈勃关系在宇宙学研究中的重大意义在于，他是宇宙膨胀的观测证据。从逻辑推理的角度能够证明：哈勃关系成立与宇宙在均匀膨胀可互为因果关系，即如果宇宙在均匀膨胀，可以导出哈勃关系；反过来，承认哈勃关系，即能证明宇宙是在均匀膨胀。对哈勃关系更深刻的理解应当是：不是星系在空间做退行运动，而是空间自身在膨胀！