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天文学导论复习资料

第一讲天文学导论

●古希腊天文学:毕达哥拉斯,亚里斯多德(地球中心学说),托勒密的地球中心学说

天文学的发展期:哥白尼、第谷、开普勒和伽利略

牛顿的万有引力定律

爱因斯坦的相对论

●开普勒第一定律:(轨道形状)所有行星皆以椭圆轨道环绕太阳运行,而太阳位于椭圆的一个焦点上

●开普勒第二定律:(行星速度)行星和太阳的(假想)连线在相同的时间内扫过相等的面积。

行星越接近太阳则运行速度越快

近日点,运动最快

远日点,运动最慢

●开普勒第三定律:(轨道周期)行星公转周期的平方和其到太阳的平均距离的立方成正比

(公转周期)2 = (常数) x (平均距离)3

第二讲天体的视运动

●月相与食无关

天体的视运动

月全食时月亮变为黄铜色或血红色,这是由于地球大气中的尘埃颗粒折射阳光中的红光并到达月球所致

●内行星:水星,金星

外行星:火星、木星、土星、天王星和海王星

●头顶的星空取决于你在地球表面上的位置和当地时间

●北京时间正午12点(东经120度)时,北京地方时(东经116.5度)即太阳时为11点46分,所以此时北京的太阳在子午线以东约3.5度,再过约14分钟北京“真”正午

●南北天极:不变的参考点

北天极:北极星

南天极:南十字座

●天赤道:不变的参考点

所有恒星沿与天赤道平行的路径由东向西运动(圆弧轨迹

在地球两极,天赤道=地平线

●天顶、地平线和子午线:本地参考系

天顶和子午线的位置不随观测者的地平线移动

相对于星星来讲,天顶和子午线的位置在变

天体的运行(圆弧)轨迹与地平面的夹角为:

90 度-观测者所在地理位置的纬度(=天赤道与地面夹角)

●在北极:所有星星沿与地平面平行的圆轨迹运行,从不下落

赤道上:所有星垂直于地平面升起和下落“可见所有星”

●太阳在天球上的视运动轨迹称为黄道

●太阳日=24小时:太阳连续两次到达子午线的时间

恒星日=23小时56分:恒星连续两次到达子午线的时间

恒星日是地球真实的自转周期,不随其绕太阳公转而变化,均为23小时56分

●月球回到原处(相对于恒星)的周期约为27.323 天,此为恒星周期

●两个天体之间的距离常用它们与观测者之间的夹角表示,即角距

●北京:东经116度22分;北纬39度58分

本初子午线:格林尼治天文台

●把地球的经度、纬度投影到天球上便成为天球的赤道坐标系

赤纬:从天赤道开始至两极Dec [–90,90] 度

赤经:用小时、分和秒的时间单位来表示,并由西向东由0增加到24小时

赤经的计算起点为春分点,在天赤道上由西向东分为24小时

地球“24小时”自转一周360度赤经1小时对应地球自转15度

▪对于赤经相差1小时的两颗恒星,例如,RA2-RA1= +1小时:

•恒星1比恒星2早1小时通过你的子午线(上中天)

•如果不是拱极星,恒星1比恒星2早1小时从东方升起

●某地某时刻的恒星时等于此时此刻位于子午线上的恒星的赤经(天球上与子午线重合的赤经)

赤经小于地方恒星时的恒星位于子午线以西

赤经大于地方恒星时的恒星位于子午线以东

●一颗恒星的时角τ、赤经α和当地的恒星时θ之间的关系为τ= θ−α

τ< 0, 在子午线以东(α> θ)

τ> 0, 在子午线以西(α< θ)

第三讲辐射与天文望远镜

●黑体谱:连续谱的形状只与物体(恒星)的表面温度有关

•其峰值波长(颜色)由其表面温度决定

温度降低,黑体谱的峰值向长波方向移动

•冷物体产生长波(低频)辐射

•热物体产生短波(高频)辐射

●辐射的平方反比定律:强度x 距离2 = 常数(恒星辐射能力)

●关于天文望远镜的常见误解

(wrong) 放大作用:大型望远镜把天体放得更大

(Right) 聚光作用:使(暗弱)天体的图像更亮更清晰

(wrong) 望远镜究竟可以看到多远的天体?

只要一个物体足够亮,无论多远都可以看到

(right) 望远镜可以看到多暗的天体?或望远镜可以看到几等星?

只要一个物体足够暗,无论多近都看

●光学望远镜的类型:折射式望远镜反射式望远镜

第四讲太阳系(1) 行星

●行星是一个具有如下性质的天体:(a)位于围绕太阳的轨道上,(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形状(近于球形),以及(c)已经清空了其轨道附近的区域。矮行星是一个具有如下性质的天体:(a)位于围绕太阳的轨道上,(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形状(近于球形),(c)还没有清空其轨道附近的区域,以及(d)不是一颗卫星。

其它所有围绕太阳运动(不是卫星)的天体被定义成“太阳系小天体”。

●气态巨(外)行星的大质量是由于其体积大,而不是由于其密度大

内行星(岩石)是最致密的

●内行星轨道基本上在同一平面内

水星轨道面最扁与黄道面夹角最大(7度)

●相对黄道面,冥王星轨道面倾斜很大(17度)

●水星—铁质行星

水星几乎没有大气

●金星—炼狱行星

自转方向和其它行星相反

自转轴没有倾斜,几乎和公转平面垂直,所以金星没有四季之分

自转非常缓慢,恒星日=243天

浓密大气与严重的温室效应

金星的云和酸雨

金星的表面光滑

●地球—金锁轨道上的行星

平均密度约为水的5.5倍,密度最大的行星

●月面上较暗的部分称为月海maria, 滴水全无,只是远古时期月壳形成时凝固了的熔岩

月面上较亮的部分称为山,其实不是山,而是由大量星际物质撞击月面时所形成的环形山(陨坑)(伽利略命名)

月球无大气

●火星—红色行星

和地球一样,火星拥有极冠,但主要为固态的二氧化碳(干冰) 和少量水冰, 且夏消冬长

火星年有680多天

0.53倍地球半径

虽然大气主要由二氧化碳组成,但是火星大气太稀薄,不能有效束缚太阳能,因此它的表面温度变化很大:-130°C -- 30°C。由于火星距离太阳遥远,所以表面平均气温很低

火星表面:火山和峡谷

火星有两颗细小且不规则的天然卫星,较大一颗(火卫一)的直径仅27千米

自转周期=公转周期。极可能是俘获的小行星

●木星—行星巨无霸

太阳系内体积和质量最大的行星

低密度

木星主要成分

▪主要成分为氢和氦(like Sun), 以及少量的甲烷和氨

▪表面气压极大,超过地球的1000倍,以致木星的中心由金属相的氢组成

(光)环系统也是四颗类木行星的共同特征

木星有61个卫星

●土星—有光环的“天神”

▪在众多行星中,密度最低(0.7g/cm^3),比水轻,“水上漂”

光环的厚度约1公里,主要由数毫米至数米的尘埃和冰块组成

●天王星—躺着自转的行星

与木星和土星不同,天王星的大气相对较为平静,因而缺乏表面特征,云带不显著

天王星拥有岩石核心

●海王星—最远的行星

海王星的大黑斑

第五讲太阳系(2) 矮行星、小天体与太阳系形成

●谷神星:最大小行星,1号小行星

阋神星: 最大矮行星

●冥王星—“古怪的小家伙”

冥王星的基本特征

质量小于地球的1%,半径约1150千米,比月球(半径约1740千米)还小

冥王星表面及其大气由氮组成,从其密度推断,它应有坚固的表面

查戎和冥王星互为同步卫星

查戎是整个太阳系已知惟一的天然同步卫星

●小行星—“天上的灾星”(535000颗)

小行星带:位于火星和木星轨道之间的一个“垃圾场”,距离太阳约2.8(2.0-3.3)AU

特洛伊型小行星:和木星具有共同轨道的小行星群

小行星带的基本特征

▪轨道周期:3.2-6年

▪由岩石与金属构成的块状小天体

▪直径大于250千米的小行星不足20颗

▪大部分形状不规则,非球形,

●彗星—脏兮兮的雪球

彗星的基本特征

彗星和小行星具有共同的起源

彗星质量~ 10-11地球质量,体积大,密度很低,因而是结构松散、多孔的天体

彗星的结构

慧核:彗星中心是一颗由凝固了的气体和尘埃组成的、直径小于10公里的细小彗核

彗尾:彗尾永远是背着太阳的

●太阳系知多少?

▪行星椭圆轨道椭度轻微,几乎近似为圆轨道

▪行星公转自西向东

▪自转轴相对于轨道面的倾斜度小(金星和天王星是例外,可能碰撞引起)

▪行星的化学成分不同,大致随到太阳的距离变化:内行星致密、富含金属,而外行星体积大、富含氢

▪行星包含太阳系大约90%的角动量,但太阳却包含太阳系超过99%的质量

●1. 星云坍缩:巨分子云裂变后的其中一块云:太阳(原始)星云

2. 星云自转随坍缩加快

3. An accretion disk forms 形成吸积盘

对于自转的星云,因为离心力平衡引力,坍缩的程度具有方向性:自转使得垂直于自转轴方向上的坍缩减慢,但是不影响沿自转轴方向的坍缩,所以自转的星云渐渐变得扁平

4. 小物体成长为大物体

星子:行星的种子

星子的增长方式:凝聚碰撞吸引

5. 原行星盘:内热外冷

6. 固态的原行星吸积大气

7.卫星的形成

月球可能是星子和地球碰撞的残骸

火星的两个卫星可能是俘获的小行星

8.原太阳和原行星的最后凝聚

像星云坍缩一样,原太阳和原行星也在自引力的作用下开始坍缩,最终形成一个太阳和(被若干个卫星环绕的)若干个行星

●太阳系的故事:微缩版

太阳系是恒星和行星形成理论的一个具体验证

星云坍缩为原太阳和原行星盘

由岩石组成的类地行星形成于内太阳系

巨大外行星的核的形成和内行星一样,由星子形成,但是外行星能够俘获并束缚大量气体外行星的卫星形成于其周围的小吸积盘

小行星和彗星是存活到今天的星子

月球可能碰撞的残骸

各个行星形成的年代和顺序?

第六讲系外行星与地外生命

●尘埃盘(Dust Disks)暗示行星的存在

●尘埃反射星光的总亮度是一个行星的10^12 倍

每块岩石的(反射)亮度正比于r2,岩石的数目反比于r3

●探测系外行星的5大技术

1. 直接成像法

北落师门b(Fomalhaut b):年轻的行星

HR 8799bcd:放大版的太阳系

2. 天体测量学法

3. 视向速度法

4. 行星掩食法

5. 微引力透镜法

●脉冲星是倾斜的自转磁中子星

●系外行星的统计特征:(与太阳系大不同)质量大,距恒星近

第七讲太阳与恒星

●太阳是靠自身引力而束缚在一起的一个气态球,主要成分为氢和氦。太阳核心的温度和压力异常大,使得氢聚变为氦(热核聚变),释放出巨大能量

●太阳化学成分

▪以质量计:

•氢:72%

•氦:26%

•其它元素:2%

▪以粒子数计:

•~ 90% 氢

•~ 10% 氦

▪等离子体态

●太阳温度

中心: 1.5 x 10^7 K

光球层: 5800 K

日冕: 10^6 – 10^7 K

(太阳黑子: 4800 K )

●太阳的较差自转: 太阳不是固体,其表面的自转速度在不同纬度是不同的,赤道附近转得最快,两极最慢

▪太阳黑子和许多太阳活动都是由较差自转造成的

●太阳结构

1. 太阳核心

至20%半径处,密度最大,50%太阳总质量

温度高达1500万K

等离子(气)态:离子自由游荡

太阳的引擎:通过氢聚变为氦的热核反应,释放出巨大能量

2. 辐射区

至太阳半径70%处,能量以辐射转移形式向外传播的区域

太阳核心产生的是伽马射线光子

辐射转移

3.对流区

能量以对流形式向外传播的地方,至半径99%处(即太阳的外层)

离核心越远,气体温度越低(约200万K),开始变得不透明,光子很容易被吸收,辐射转移的效率因而很低,因此在太阳最外层,对流取代了辐射转移成为传播能量至太阳表面更重要的方式

4. 光球层Photosphere:“发光的球体”

▪对流区的上部是光球层,即我们每天所看到的太阳,是太阳“大气”中非常薄的一层,厚度仅500千米,气体密度为地球大气的10%

▪我们之所以看到光球层,是因为它的气体密度正合适。在它之下的气体密度太大,光线不能直接通过;在它之上的气体密度则足够稀薄,能让光球层发出的光线顺利通过,8.3分钟到达地球

所以,光球层界定了肉眼(光学)可见的太阳的“表面”,其温度约为5800K

5. 色球层

▪光球层之上的气体是一层约2000公里厚的色球层,温度更高,特征温度为105K,底层大气

▪色球层比光球层暗得多,所以通常只能在日全食时才能看见它(色球仪)

▪色球层并非球形,而且有很多称为针状体(spicule)的细小突起

6. 日冕

▪日冕是太阳大气的最外层,和色球层一样也通常只能在日全食时才能看见(日冕仪)▪日冕密度非常低,但可延伸至太阳半径的10倍之远,温度更高达106K (?)

●太阳的能量产生机制

1. 开尔文收缩假说

2. 爱丁顿热核聚变

●太阳中微子

▪p-p 链产生的其中一种粒子是电子中微子,质量很小,不带电

▪大约5%的太阳能量是以中微子的形式释放出去(其它95%以辐射形式)

●太阳活动

1.太阳黑子

太阳黑子是太阳光球层上的小的黑暗区域,温度只有约4200K

太阳黑子的数目变化有一个11年的周期

黑子经常成对出现,每对极性相反。因此每对黑子皆有磁力线相连,而且南北半球黑子极性相反

2. 太阳日珥

日珥是巨大的拱形状的气体云,可上窜至太阳光球层以上相当于数个地球直径的太阳大气层的色球层。

3. 太阳耀斑

▪太阳耀斑是更猛烈的突然爆发现象:

•放射出强大的X射线、紫外线、可见光和太阳风

•加热色球层和日冕内的气体

▪日珥和耀斑都明显和太阳的磁场和黑子有关

4.太阳风.

太阳风主要是飞离太阳的质子和电子。日冕是太阳风的源头

●日振波:振动频率依赖于太阳内部结构,与温度、密度和化学成分等因素相关

●恒星的基本特征:恒星是一个被自身引力束缚的气态球,而其质量大至足以在其核心产生热核反应

●通常用相隔半年时间(地球轨道的相对两侧)的恒星位置改变的角大小的一半来表示,称为恒星的视差

●p=1角秒所对应的距离定义为1秒差距

1pc = 3.26光年= 3.08 x 1016 米

恒星越远,其视差越小

●恒星视亮度用视星等apparent magnitude 表示,即以恒星视亮度(照度)I 的对数来表示

m = - 2.5 log 10 ( b / b 0)

●视星等越大,则恒星越暗

视星等相差1等,亮度之比为2.512

如果恒星的距离倍增,亮度变为1/4,则星等约增加1.5

●表示天体辐射本领的量是绝对星等或光度(辐射功率)

视亮度和光度成正比,和距离平方成反比

恒星光度相差悬殊:106-10-4太阳光度

恒星的颜色由其表面温度决定

●赫-罗图:揭示恒星演化

位于右上角的“恒”星,表面温度很低(单位面积辐射低),但光度极大,所以星体积必定极大,称为巨星

位于左下角的星,温度高而光度小,所以体积必定小,称为矮星

▪等半径线:半径相同的恒星位于斜率为负值的直线上

•恒星的半径也由其在赫-罗图上的位置得出

▪半径从左下角(白矮星)到右上角(超巨星)增加

▪不同等半径线上的主序星,其质量必定不同

▪主序带是关于恒星质量的序列

O 型星:比太阳热、大、亮

M型星:比太阳冷、小、暗

●恒星质量决定它在主序带上的位置

●赫-罗图测恒星距离:分光视差

●双星的轨道特征

▪质心位于两个椭圆的一个焦点上

▪质心(位于两个天体的连线上)保持固定

▪两个天体正好总是位于质心的两侧,运动方向总是相反

●双星

银河系中超过50%的恒星是和其它恒星组成双星或多重恒星(聚星)系统

目视双星

分光双星

食双星

●星团

•疏散星团open clusters

•球状星团globular clusters

第八讲星际介质与恒星形成

●星际介质

~ 99% 的星际介质是气体,即自由运动的原子和分子

星际气体(interstellar gas)极端稀薄:

●星际介质中大约1%质量的物质是固体颗粒,称为星际尘埃

星际尘埃可吸附其它的原子和分子长成更大更重的物体

●改正天体的消光和红化是解释天文观测最困难的部分之一,往往增加天体特征测量的不确定性

远红外“眼”所看到的宇宙基本上不是星光,而是尘埃的热辐射

●星际云和云际气体

●星际云的特征

▪与温暖的云际气体比较,星际云更冷,但更致密

•T ~ 100 K

•密度~ 1-100 atoms /cm3

▪星际云的大部分成分是中性氢原子

▪通常称冷而致密的气体为(星际)云

●分子云

▪分子只能生存在既冷又暗的星际云中,称为分子云

•星际云最致密的核心区

•更冷: T~10 K

•更致密: 100-1,000 分子/cm3, 某些1010分子/cm3(依然是实验室中好的真空!)

•分子氢(H2):最轻,最常见

•主要辐射射电与红外

•发射线:分子云的指纹

巨分子云

●恒星形成

分子云是恒星形成的摇篮

1. 分子云坍缩为原恒星

2. 原恒星变成恒星

●原恒星的特点

▪原恒星不仅大而且亮(与太阳比较)

▪尽管很亮但可能在可见光波段不可见

▪相对较冷,大部分辐射为红外

▪在初期,原恒星深埋在致密的尘埃分子云中,尘埃吸收可见光

●褐矮星既不是恒星也不是行星

●星团中的恒星同时形成

质量大即寿命短

主序恒星也在演化

第九讲小质量恒星演化

●太阳恒星演化

1.亚巨星支

▪He核收缩→壳层引力增加→壳层压力增加→壳层H燃烧率加快(He核质量增加)→恒星更亮,但体积膨胀→表面温度降低→恒星更红!

亚巨星结构:非燃烧He核+ 壳层H燃烧+ 非燃烧H包层•体积膨胀→表面温度降低,但光度增加

2. 红巨星支

▪He核体积持续缩小→电子开始简并(压)

红巨星结构:非燃烧简并He核+ 燃烧H壳层+ 非燃烧H包层

(恒星沿RGB是加速向上攀升的)

3. 氦闪

由于简并,He核温度上升但不膨胀

氦闪后,电子简并解除

恒星进入一个新的稳定态:He在正常的非简并的核内燃烧成为C,H在壳层内燃烧成为He 4. 水平支

He闪后,光度降低→恒星(H包层)收缩→表面温度上升→恒星向左下方移至水平支

水平支(HB)星

HB星结构:稳定He 核燃烧+ (+ 非燃烧He壳层)+ H壳层燃烧+非燃烧H包层

HB星和主序星的比较

▪HB星保持稳定仅5千万年(He→C, H→He):

•核心区的燃料变少

•He 燃烧的能量转换效率比H低许多

•HB星更亮→必须更快消耗燃料

5. 渐进巨星支

当核心He枯竭→引力> 压力→ C核坍缩至电子简并→ C核半径减小,引力上升→壳层压力上升→加快壳层He和壳层H的燃烧→简并 C 核质量(非半径,仍坍缩) 增长加快→引力上升加快→壳层压力上升加快→

红超巨星

AGB星结构:简并非燃烧C核+ He 壳层燃烧+ (非燃烧He壳层+)H壳层燃烧+ 非燃烧H包层

太阳的C 核不会燃烧!

▪简并C 核质量(和温度T) 增加→加快壳层He 和H燃烧→… →互相促进→…

(C 核收缩)

6. 恒星质量损失

在AGB结束时,恒星质量损失失控

7. 行星状星云

行星状星云常为环形,环绕着恒星演化后所遗留下来的白矮星。气体壳层不断膨胀,年龄不超过5 X 104 年

8. 成为白矮星

简并的恒星灰烬称为(碳)白矮星,很热但很小

9. 白矮星冷却为黑矮星

●白矮星(WD)

▪白矮星是密度高、体积小、光度低、表面温度高的白色星

▪绝对星等M v ~ 8m-16m →光度很低

▪有效温度T eff ~ 5×103- 4×104 K:光谱O到K型

▪暗弱→仅很近的白矮星才易观测到

▪单星或双星成员

第十讲大质量恒星演化

●脉动变星

▪造父变星(Cepheid variables):最高质量最亮的脉动变星

•原型:Delta Cepheid

•周光关系:测量邻近星系的距离

●大质量恒星有高速星风

▪当核心He枯竭→ C 核坍缩(不简并)→温度上升到T >= 8x108 K → C 开始燃烧▪C燃烧产生大量重元素:钠、氖、镁

▪结构:C核燃烧+ He壳层燃烧+ H壳层燃烧+ …

Fe 是热核聚变所能合成的最重元素

●不同质量恒星的演化结局

●超新星的主要特征

▪光度:L~107-1010L⊙

▪爆发能E~1047-1052 ergs(其中中微子占99%,动能占1% ,可见光辐射占0.01%)▪膨胀速度v~103-104 kms-1

▪产物:膨胀气壳(超新星遗迹)+ 致密天体(中子星[脉冲星]或黑洞)

•Ia型无致密残骸

●超新星的爆发机制

▪Ia(热核)超新星:小质量双星系统中吸积白矮星的C(He,O)爆燃

▪Ib/Ic, II型(核坍缩)超新星:大质量恒星的核坍缩

●大量中子形成于:

恒星演化的内部核反应(慢过程)

超新星爆发时(快过程

●星体物质几乎全为中子,且简并,中子简并压可以抗衡引力,形成新的稳定物态,即中子星

与一般恒星相比,中子星的温度很高

●中子星的结构

➢表层大气~cm(没显示)

➢外壳~0.3 km, 固态金属(Fe, e-)

➢内壳~0.6 km, 原子核、游离中子、电子

➢内部:超流中子和超导质子

➢核心: 超子/奇异物质?(夸克)

●脉冲星

●黑洞

●X射线双星

X射线辐射机制

吸积物质引力势能→动能→热能→X射线辐射

第十一讲银河系

●银河系的整体结构

(1)银盘(disk) :旋臂(2) 核球(bulge):棒状

(3) 球状星团(~150)(4) 银晕(halo) (5) 银冕(corona

●银河系的自转是较差(非刚体)转动

●银河系的旋涡结构

▪银盘

•构成:星族I恒星、气体和尘埃

•直径:D ~ 30 kpc

~ 10万光年

•厚度:h ~ 70-300 pc

•→ D >> h

•显著特征为旋臂

•正发生恒星形成

●核球和银心

▪核球(银心)在人马座方向,椭球形?,大小~6×4 kpc,恒星分布十分密集▪强射电、红外和伽马射线源:Saggitarius A *(Sgr A*)

•人马座最强的射电源

第十二讲星系

●椭圆星系

▪主要由星族Ⅱ恒星构成,没有星系盘,没有或仅有少量星际气体和尘埃(中心),颜色偏红

▪中心区域最亮,亮度向边缘递减

●旋涡星系

按照核球的大小和旋臂的缠卷程度,旋涡星系又分为Sa, Sb, Sc三个次型。Sa型核球最大,旋臂缠卷最紧;Sc型核球最小,旋臂缠卷最松

●棒旋星系

按照棒的大小和旋臂的缠卷程度,棒旋星系可以分为SBa,SBb, SBc 三个次型。其中SBa 型棒最大,旋臂缠卷最紧;而SBc 型棒最小,旋臂缠卷最松

●透镜状星系

▪介于椭圆星系和旋涡星系之间的、无旋臂的盘星系。在形态上,透镜状星系与旋涡星系的主要差别是没有旋臂;与椭圆星系的主要差别是有星系盘▪根据核心是否有棒状结构,符号相应为S0或SB0。主要由年老恒星组成,气体很少●不规则星系

▪外型或结构没有明显对称性的星系,符号为Irr

▪无旋臂和中心核区。富含星际气体、尘埃和年轻恒星

●星系距离的测量:标准烛光法

标准烛光源1: 主序星

标准烛光源2: 造父变星

标准烛光源3: Ia 超新星

●星系质量越大→光度越高

谱线宽度⇔光度

●哈勃定律

星系谱线(宇宙学)红移得到的星系退行速度V 与星系的距离 D 成正比,即著名的哈勃定律: V =H0×D

其中H0为哈勃常数(Hubble's constant)

●根据成员星系的多少(形状),星系聚集为

•星系群(group of galaxies)

•星系团(cluster of galaxies)

●本星系群

▪由银河系、仙女星系(M 31)等附近至少40个星系组成。包含3个旋涡星系(银河系、M31、M33),4个不规则星系(大、小麦哲伦云等),20多个矮椭圆星系▪银河系和仙女星系是本星系群中质量最大的两个星系,分别位于本星系群的两端,在引力作用下分别带领周围质量较小的星系相互绕转

●星系团:星系团是包含至少~50个亮星系的星系集合

不规则星系团:形态松散,主要由旋涡星系组成(室女座星系团)

规则星系团:结构致密、球对称分布,主要由椭圆星系和透镜状星系组成(后发座星系团)富星系团与贫星系团

富星系团是强X射线源

●超星系团

▪由若干(几十到几百) 星系团组成的星系集团

▪大小约100 Mpc,质量可达约1016M⊙

▪成员星系团之间的引力作用较弱→超星系团膨胀,结构松散,无明显的核心和对称性

▪质量较大的超星系团具有细长的纤维状结构,长:100-300 Mpc

宽:50-100 Mpc

厚:5-10 Mpc

▪最大尺度的宇宙结构

星系碰撞→星系形态的变化

星系碰撞→星暴现象

星系碰撞→星系并合

●星系(团)引力质量的测定:暗物质的证据

1.自转曲线(旋涡星系)

2.无规则运动(椭圆星系、星系团)

3.热气体的X射线辐射(星系团)

4.引力透镜(星系、星系团)

●质光比:天体系统的(引力总)质量(太阳单位)/ 光度(太阳单位)[光度可见质量]

质光比表征暗物质与可见物质之比。其值越大,暗物质含量越多

第十三讲活动星系核

活动星系核种类繁多,并相互交叉。观测上主要分为4种类型:

Radio galaxies 射电星系

Seyfert galaxies 赛弗特星系

Quasars 类星体

BL Lac objects 蝎虎(座)BL Lac天体

1。活动星系核的观测特征

1.1 高光度

1.2 快速光变

1.3 非热连续辐射,高偏振辐射

1.4 (射电波段)特殊形态:亮核、喷流、不规则形态

1.5 强发射线:中心区高能辐射对周围气体的电离(金属线)

1.6 寄主星系Host galaxy:暗淡

2。活动星系核的主要类型

2.1 射电星系

2.1.1 致密型:致密型射电星系的射电像与光学像一致或稍小,也称为核射电星系的形态特征:晕射电星系。射电辐射来自核心

延展型:延展射电星系的射电像大于光学像,常为双瓣结构,长达

~1Mpc。射电辐射主要来自双瓣

它们本质上是一致的,可能是由于观测者视线方向的不同造成的

2.2.2射电星系的基本特征:

——射电光度(~1042-1045ergs-1)远大于正常星系(~1037-1039ergs-1)

——射电辐射一般具有非热性质

——寄主星系大多数是椭圆星系。它们往往是星系团中光度最高、质量最大的星系

——具有复杂的射电结构

Cygnus(天鹅座)A:典型的双瓣结构;最亮的射电源

室女星系团中心的巨椭圆星系;第一个观测到(光学)喷流的星系。

Centaurus (半人马座) A: 非典型巨椭圆星系,可能是星系并合而成,环形尘埃带(兰巨星)

2.2 赛弗特星系

2.2.1赛弗特星系是旋涡星系,具有不寻常的类似恒星的亮核,而且其光学谱有许多突出的发射线

2.2.2根据发射线宽度的不同,赛弗特星系分为: I 型同时具有很宽的H线和相对较窄的电离金属线;Ⅱ型仅有窄线

I型II型

2.2.3

——赛弗特星系是强X射线源,弱射电辐射

——X射线辐射的快速(分钟)光变致密核

——紫外、X射线辐射+照射并加热核心周围的气体而产生发射线

——不同类型赛弗特星系的差别可能是由于观测者视线方向的不同引起

2.3 类星体

——3C 273:第一个类星体

——类星体是观测到的最遥远、最年轻、也是辐射功率最大的河外天体

——类星体通常有喷流,射电喷流通常有双瓣结构

——与类星体相比,它们的寄主星系十分黯淡

2.4 蝎虎天体

——最亮、变化最激烈的活动星系核

——原型:蝎虎座BL (1929年发现, 恒星状,有暗弱包层1968 证认): BL Lac (2200+420) 2.4.1蝎虎天体的显著特征

——在相同红移(距离)处,BL Lac 天体比类星体亮(光度)10-100倍

——非热连续谱主导,发射线极弱或完全观测不到

——在γ射线波段辐射主要能量,同时有强烈的射电、红外、光学、紫外和X射线辐射,高偏振

——在TeV能段,绝大部分河外源是blazars

——寄主星系是椭圆星系

——大幅度、短时标光变→ 致密核

3。活动星系核的理论模型

▪AGN的活动性源于星系的核心区域的超大质量(106-1010M⊙)黑洞,黑洞的物质吸积提供了活动星系核的能源

▪黑洞吸积的物质来自于星系核心附近的气体(或恒星碰撞和星系间碰撞而剥离出的气体)

爱丁顿Eddington光度:一个稳定天体:辐射压<= 引力

AGN的类型与喷流和视线的夹角有关

AGN的外部结构与辐射

——黑洞(能源)

——吸积盘(X-ray/UV辐射)

——喷流(射电)

——寄主星系(供给养料)

5。超大质量黑洞的观测证据

▪观测步骤:

•高分辨率观测→核区大小;

•核区附近气体/恒星运动→核区质量;

•质量/空间尺度比→黑洞?

第十四讲宇宙学

▪宇宙学原理:无论身处宇宙的何处,“观测者”所看到的宇宙都是相同的

•物理规律的普适性

▪宇宙学原理的两个推论:

•宇宙中的物质分布是均匀的(空间尺度足够大)

•宇宙是各项同性的

▪宇宙学原理表明宇宙既要均匀又要各项同性

●宇宙在膨胀

超新星观测支持宇宙膨胀在加速

●物质相互作用的四种力

强度作用范围(m)

▪强(相互作用)力 1 束缚核子10-15

▪电磁力1/137 束缚原子∞

▪弱(相互作用)力10-5 引起放射性10-17

▪引力6×10-39 束缚宏观物体∞

▪辐射主导宇宙→物质主导宇宙

▪在最大的尺度上,宇宙是物质和辐射的均匀混合体

•宇宙中的物质包括可见物质与暗物质

•辐射主要来自微波背景辐射

▪→目前的宇宙是物质主导的

●暗物质的成分:

•热暗物质(hot dark matter, HDM):粒子质量很小,速度接近光速(如中微子)→宇宙大尺度结构→小结构(自上而下)

•冷暗物质(cold dark matter, CDM):粒子质量较大、速度较慢(WIMPs)→宇宙小尺度结构→大结构(自下而上)

《探索宇宙的奥秘——天文学导论》

探索宇宙的奥秘——天文学导论 1. 引言 天文学作为一门古老而神秘的科学,致力于研究宇宙中的星体、行星、恒星以 及其他天体现象。通过观测和解释这些天体现象,我们可以更深入地了解宇宙 的起源、演化以及其中存在的规律。 2. 天文学的历史 2.1 古代天文学:从人们最初对太阳、月亮和星星的观测开始,逐渐形成了对 时间、季节和天文周期的认识。 2.2 文艺复兴时期:哥白尼和伽利略等科学家 借助望远镜开创了新时代的天文学,提出了日心说和卫星运动定律。 2.3 现代 天文学:随着科技进步,如望远镜、射电望远镜和空间探测器等工具被广泛应用,人类对宇宙的认知进一步拓展。 3. 宇宙与行星系统 3.1 太阳系概述:介绍太阳系中包含的行星、卫星、小行星带等重要组成部分。 3.2 行星的分类:按照行星特征(如地壳构成、大小、轨道等),对行星进行 分类和解析。 3.3 行星系统的形成:介绍行星系统形成的不同理论,如原行星 盘假说、太阳风冲击波理论等。 4. 星系与宇宙结构 4.1 星系概述:讲解什么是星系,以及它们的形态、组成和演化过程。 4.2 类 型谱系:介绍常见的星系类型,如椭圆型、螺旋型和不规则型,并比较它们在

结构和演化上的差异。 4.3 宇宙结构:探索宇宙中存在的大尺度结构,如超级星团、超级星系群以及宇宙网状结构等。 5. 恒星与恒星演化 5.1 恒星概述:讲解什么是恒星,以及恒星的基本性质、分类和形成过程。 5.2 恒星演化阶段:从分子云塌缩到主序阶段,再到红巨星和超新星爆发等不同演化阶段进行详细解析。 5.3 大质量恒星与黑洞:探讨大质量恒星的演化轨迹,以及它们可能形成的黑洞现象。 6. 天体测量与观测技术 6.1 天体测量方法:介绍天文学中常用的测量方法,如视差法、光谱法和星等级测量等。 6.2 观测技术概述:介绍射电天文学、X射线天文学和伽马射线天文学等不同观测技术,并举例说明其在研究中的应用。 6.3 空间探测器:列举一些重要的空间探测器,如哈勃太空望远镜、旅行者号和开普勒号等,并介绍它们所取得的突破性发现。 7. 宇宙学与宇宙起源 7.1 宇宙学基础概念:解释宇宙学中常见概念,如暗物质、暗能量、引力波和背景辐射等。 7.2 宇宙起源理论:介绍不同的宇宙起源理论和模型,如大爆炸理论、多元宇宙理论和超弦理论等。 7.3 宇宙演化:回顾宇宙从诞生到现在的演化历程,包括引力塌缩、星系形成和空间结构演化等。

天文课后答案、地球概论课后答案

第一章绪论 1.简述天文学的研究对象,研究方法和特点? 答:天文学的研究对象是天体,其研究的基本方法是对天体的观测,包括目视观测和仪器观测。它的研究特点是: (1)大部分情况下人类不能主动去实验,只能被动观测。 (2)强调对天体进行全局、整体图景的综合研究。表现观测上是全波段、全天候。在理论上依赖模型和假设。 (3)需用计算机把观测所获得的大量原始资料进行整理。使天文学研究发生重大变化的另一个技术进步是快速互联网技术,这使得异地天文数据的交换和处理成为可能,使得观测数据具有巨大的科学产出的潜在意义。目前,虚拟天文台的提出和建设对天文研究意义深远。(4)具有大科学的特征,需要大量投资。 (5)以哲学为指导。 2.研究天文学的意义有哪些? 答:天文学与人类关系密切,天文学对于人类生存和社会进步具有积极重要的意义,突出表现在以下几个方面: (1)时间服务:准确的时间不单是人类日常生活不可缺少的,而且对许多生产和科研部门更为重要。最早的天文学就是农业和牧业民族为了确定较准确的季节而诞生和发展起来的。现代的一些生产和科研工作更离不开精确的时间。例如,某些生产、科学研究、国防建设和宇航部门,对时间精度要求精确到千分之一秒,甚至百万分之一秒,否则就会失之毫厘,差之千里。而准确的时间是靠对天体的观测获得并验证的。 (2)导航服务:对地球形状大小的认识是靠天文学知识取得的。确定地球上的位置离不开地理坐标,测定地理经度和纬度,无论是经典方法还是现代技术,都属于天文学的工作内容。 (3)人造天体的成功发射及应用:目前,人类已向宇宙发射了数以千计的人造天体,其中包括人造地球卫星、人造行星、星际探测器和太空实验站等。它们已经广泛应用于国民经济、文化教育、科学研究和国防军事。仅就人造地球卫星而言,有通讯卫星、气象卫星、测地卫星、资源卫星、导航卫星等,根据不同需要又有地球同步卫星、太阳同步卫星等。所有人造天体都需要精确地设计和确定它们的轨道、轨道对赤道面的倾角、偏心率等。这些轨道要素需要进行实时跟踪,才能保持对这些人造天体的控制和联系。这一切都得借助天体力学知识。 (4)导航服务:天文导航是实用天文学的一个分支学科,它以天体为观测目标并参照它们来确定舰船、飞机和宇宙飞船的位置。早期的航海航空定位使用六分仪(测高、测方位)和航海钟,靠观测太阳、月亮、几颗大行星和明亮恒星,应用定位线图解方法来确定位置,其精度较低,且受天气条件限制。随着电子技术的进步,已发展了多种无线电导航技术来克服这方面的缺陷。宇宙航行开始以后,为了确定飞船在空间的位置和航向,天文导航也有相当重要的作用。目前,全球卫星定位系统(GPS)技术的应用,使卫星导航更精确。卫星导航不仅普遍用于航天、航空、航海,而且还用于陆面交通管理。 (5)探索宇宙奥秘,揭示自然界规律:随着对宇宙认识的深入,人类从宇宙中不断获得地球上难以想象的新发现。例如,19世纪初有位西方哲学家断言,恒星的化学组成是人类永远不可能知道的。但过了不久,由于分光学(光谱分析)的应用,很快知道了太阳的化学组成。其中的氦元素就是首先在太阳上发现的,25年后人们才在地球上找到它。太阳何以会源源不断地发射如此巨大的能量,这是科学家早就努力探索的课题。直到20世纪30年代有

天文学导论自测题

天文学导论自测题 《天文学导论》期末复习自测题(恒星与星系部分)注:每个选择题只有一个正确答案。 1.[ ] 太阳内最丰富的原子核是 A)1H; B)2H; C)3H; D)3He; E)4He。 2.[ ] 下面哪一条关于引力能的陈述是错误的?引力能 A)加热太阳为一个原恒星; B)目前为太阳提供能源; C)是核塌缩超新星的能源; D)加热落向黑洞的气体; E)是驾驭宇宙的永动机。 3.[ ]按从内向外排列太阳的结构,位于中间的是 A)色球层; B)对流层; C)辐射层; D)光球层; E)日冕。 4.[ ] 太阳黑子数变化的周期是 A)11个月; B)11年; C)22个月; D)22年; E)没有周期。 5.[ ] 距我们最近的恒星是半人马座alpha 星,其距离大约4.3光年。测量其距离的最

好方法是 A)造父变星; B)哈勃定律; C)视差; D)雷达; E)Ia型超新星。 6.[ ] 秒差距是 A)时间的单位; B)时间差的单位; C)距离的单位; D)距离差的单位; E)速度的单位。 7.[ ] 下面哪一条陈述是正确的? A)恒星的光度和距离无关; B)恒星的视星等和距离无关; C)恒星的绝对星等和距离无关; D)恒星的亮度和距离无关; E)A和C 8.[ ] 恒星的光谱分类序列现在被理解为是表征 A)恒星大小的序列; B)恒星光度的序列; C)恒星化学成分的序列; D)恒星中心温度的序列; E)恒星表面温度的序列; 9.[ ] 一个恒星如果质量越小,则 A)表面温度越低; B)半径越小; C)光度越低; D)寿命越长; E)上面所有的。

10.[ ] O型主序星在赫-罗图上位于 A)左下; B)右下; C)中心; D)左上; E)右上。 11.[ ] 天狼星和它的伴星是 A)天体测量双星; B)密近双星; C)食双星; D)光学双星; E)目视双星。 12.[ ] 星系的大部分空间充满 A)恒星; B)星际介质; C)行星; D)彗星; E)超新星。 13.[ ] 与小质量恒星相比,大质量恒星形成所需时间 A)更短; B)更长; C)相同; D)没有规律; E)都不对。 14.[ ] 许多恒星形成于同一分子云的证据是 A)星系; B)行星; C)星团; D)金牛座T型星; E)赫比格-哈罗天体。

天文学导论复习资料

第一讲天文学导论 ●古希腊天文学:毕达哥拉斯,亚里斯多德(地球中心学说),托勒密的地球中心学说 天文学的发展期:哥白尼、第谷、开普勒和伽利略 牛顿的万有引力定律 爱因斯坦的相对论 ●开普勒第一定律:(轨道形状)所有行星皆以椭圆轨道环绕太阳运行,而太阳位于椭圆的一个焦点上 ●开普勒第二定律:(行星速度)行星和太阳的(假想)连线在相同的时间内扫过相等的面积。 行星越接近太阳则运行速度越快 近日点,运动最快 远日点,运动最慢 ●开普勒第三定律:(轨道周期)行星公转周期的平方和其到太阳的平均距离的立方成正比 (公转周期)2 = (常数) x (平均距离)3 第二讲天体的视运动 ●月相与食无关 天体的视运动 月全食时月亮变为黄铜色或血红色,这是由于地球大气中的尘埃颗粒折射阳光中的红光并到达月球所致 ●内行星:水星,金星 外行星:火星、木星、土星、天王星和海王星 ●头顶的星空取决于你在地球表面上的位置和当地时间 ●北京时间正午12点(东经120度)时,北京地方时(东经116.5度)即太阳时为11点46分,所以此时北京的太阳在子午线以东约3.5度,再过约14分钟北京“真”正午 ●南北天极:不变的参考点 北天极:北极星 南天极:南十字座 ●天赤道:不变的参考点 所有恒星沿与天赤道平行的路径由东向西运动(圆弧轨迹 在地球两极,天赤道=地平线 ●天顶、地平线和子午线:本地参考系 天顶和子午线的位置不随观测者的地平线移动 相对于星星来讲,天顶和子午线的位置在变 天体的运行(圆弧)轨迹与地平面的夹角为: 90 度-观测者所在地理位置的纬度(=天赤道与地面夹角) ●在北极:所有星星沿与地平面平行的圆轨迹运行,从不下落 赤道上:所有星垂直于地平面升起和下落“可见所有星” ●太阳在天球上的视运动轨迹称为黄道

天文学导论_中国科学技术大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年

天文学导论_中国科学技术大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年 1.星等值相差15等的两颗恒星的亮度差为()倍 参考答案: 1000000 2.视星等为下列哪个值的恒星最亮() 参考答案: 16 3.以下观测和日地距离的测量有关的是() 参考答案: 三角视差_金星凌日 4.地心说是完全错误的,日心说是完全正确的。 参考答案: 错误 5.天体的电磁波信号在被望远镜接收的过程当中会涉及到() 参考答案: 强度叠加_位相叠加_衍射 6.以下关于Chandra X射线天文台的说法不正确的是()

参考答案: 工作波段为0.1-10微米 7.以下关于TeV切伦科夫望远镜的说法正确的是() 参考答案: 把地球大气作为整个探测系统的一部分 8.双中子星并合可以产生以下哪些元素() 参考答案: 黄金_铂金 9.以下关于引力波的描述正确的是() 参考答案: 光速传播 10.激光干涉引力波天文台可以达到十分惊人的测量精度。 参考答案: 正确 11.光线的衍射极限是望远镜能够达到的极限角分辨率。 参考答案: 正确

12.越大的望远镜越有可能达到更高的极限星等。 参考答案: 正确 13.望远镜最早是由伽利略发明并用于天文观测的。 参考答案: 错误 14.赫罗图有助于我们了解恒星的演化过程。 参考答案: 正确 15.彗星通常有两个彗尾:原子彗尾和离子彗尾。 参考答案: 错误 16.中微子有电子中微子、质子中微子和原子中微子三种。 参考答案: 错误 17.日冕物质抛射的成分有电子、质子等。 参考答案: 正确

18.金斯质量要远大于1倍太阳质量。 参考答案: 正确 19.以下哪个观测结果不能帮助我们了解宇宙的组成() 参考答案: X射线背景辐射 20.宇宙演化过程中涉及到的阶段有() 参考答案: 减速膨胀_暴涨_黑暗时代_加速膨胀 21.宇宙中决定是否适合智慧生命生存的基本物理参数有() 参考答案: 万有引力常数_微波背景辐射的不均匀度_暗能量的比例_暗物质与重子物质的比例 22.宇宙大爆炸既是空间的膨胀,也是星系自身的膨胀。 参考答案: 错误 23.太阳具有的元素丰度最高的为() 参考答案: 氢

天文学概论、天体的视位置

第一讲天文学概论 在本讲中,我们首先来探讨天文学是干什么的,以及天文学是如何发展而来的。 一、研究对象与研究方法 1、天文释义 所谓“望文生义”,首先我们从天文学的字面意义来看一下天文学是干什么的。 在西方语言中,天文学的英文为astronomy,古法语为astronomie,拉丁语为astronomia。它们都来源于相同的希腊语词根astro-(astron)和nomos。 astro-(astron)的意义是星,天体。如:astrogator n.宇航员。nomos的意义是定律。如:nomothetic a.制定法律的,以法律为依据的。 因此天文可以理解为是日月星辰诸天体的定律或规律。 天文学作为一门完整的科学虽然产生于西方,但我国作为文明古国,在远古就开始了对天文学的研究,“天文”这个词也在很早就产生了。 在汉代许慎的《说文解字》中,对天、文两个字给出了如下的解释:“天,至高无上”,“文,错画也”。合起来即:天文是天体在天空交错运行所呈现的景象,或天象。 天文的这一意义,在古代文献《易》中有很好的反映:“观乎天文,以察时变;观乎人文,以化成天下”(《易·象·贲》);“仰以观天文,俯以察地理”(《易·系辞上》)。后世所谓:“上知天文,下知地理,中晓人和”中的“天文”也是这一意义。 随着“天文”成为一门专门的学问,关于天文的定义也有所引申。在《汉书》卷三十艺文志中对天文给出了如下定义:“天文者,序二十八宿,步五星日月,以纪吉凶之象,圣王所以参政也”。即从天体运行所呈现的不同景象中占知吉凶,以资帝王参政。事实上是利用天象为政治服务,在某种程度上,类似于西方的星占(astrology)。班固在《汉书·艺文志》中所论各门学术之性质,在古代中国文化传统中有着极大的代表性。他所论"天文"之性质,正代表了此后两千年间的传统看法。这一认识也有助于说明天文在我国古代政治中的独特地位。对天文学的这一认识,并非我国独有,事实上在各文明古国中具有一定的代表性。 综上所述,无论西方或东方,从字面上来理解都可以得到如下的认识:①天文的研究对象是天体;②对天体的观测是基本的研究方法。 但从字面上,也有微妙的不同:西方,事实上应该说是古希腊,“天文”力图揭示规律,以

天文学概论

天文学基本知识 天文学是一门古老而又新兴的科学。说它古老,是因为早在五千年前的古代中国文明时期,我国劳动人民就已经运用太阳星辰的运动规律来指导农耕生产了。说它新兴,是因为即使是在科学技术高度发展的当今,天文学仍然是推动科技理论发展的两大原动力之一(另一个是粒子物理学)。因此,完全可以说,天文学在整个自然科学体系中的地位并不亚于牛顿三定律在经典物理中的重要作用。 天文学既自成体系,又和其它学

科,尤其是近现代物理相互融合,形成了她的特点和知识内容。她既博大精深,又细致通俗。这使得爱好并研究天文学的同学们都找到了自已合适的位置,并得到了无穷的乐趣和满足。 目录 第一讲天文学概念 (3) 一、天文学概念 (3) 二、天文学研究的特点 (3) 三、天文学的研究对象 (3) 四、天文学名词 (4) 第二讲天文学发展历史 (5) 一、天文学发展历程 (5)

二、天文学学科的分类 (5) 第三讲天文学内容概述 (6) 一、天体测量学 (6) 二、天体力学 (7) 三、天体物理学 (7) 第四讲四季星空 (11) 一、宇宙 (11) 二、银河系 (12) 三、太阳系 (14) 四、四季星空 (17) 第五讲天文与时间 (26) 一、太阳周年视运动 (26) 二、月亮视运动 (29) 三、行星视运动 (31) 四、时间系统 (34) 第六讲现代天文学成就 (39) 一、航天器 (39) 二、实用天文学发展的极至——GPS全球星定位系

统 (40) 三、探索宇宙新视野——哈勃太空望远镜 (41) 第七讲著名天文学家简介 (41) 一、近代天文学的奠基人——哥白尼 (41) 二、天空立法者——开普勒 (41) 三、预报彗星第一人——哈雷 (42) 四、恒星天文学之父——赫歇尔 (42) 第八讲天文学若干问题 (43) 一、恒星的“生”与“死” (43) 二、彗星或小行星的袭击对地球的影响 (44) 三、人类能找到外星人吗? (44) 四、经度的故事:人类摸索了两千年 (46) ` 第一讲天文学概念 一、天文学概念 天文学属自然科学的基础学科。主要研究天体的分布、运动、位置、状态、结构、组成、性质及起源和演化。在古代,天文学还与历法的制定有不可分割的关系。天文学与其他自然科学不同之处在于,天文学的实验方法是观测,通过观测来收集天体的各种信息。因而对观测方法和观测手段的研究,是天文学家努力研究的一个方向。物理学和数学对天文学的影响非常大,他们是现代进行天文学研究不可或缺的理论辅助。 二、天文学研究的特点

天文学导论 教学大纲

教学大纲: “天文学入门”(天文学导论Ⅰ):40学时; 第一章天球坐标系 第二章时间计量系统 第三章天文望远镜简介 第四章第四章太阳系概述 实验题目: 1、天球仪的使用及认星 2、天文望远镜的使用 3、行星、月球的目视观测 4、参观国家天文台兴隆观测站 5、参观国家天文台怀柔观测站 6、参观北京天文馆 7、参观航天城 8、参观国家天文台密云观测站 “近代天文学前沿”:20学时; 宇宙的膨胀与哈勃定律;热大爆炸宇宙模型;20世纪的重大天文发现;天体物理学中的疑难问题;空间天文学的发展;人类开拓太空。 “天文学导论”:60学时; 第一章绪论 第二章恒星的基本概念 第三章恒星光谱和化学组成 第四章恒星的颜色和光谱能量分布 第五章天文观测方法 第六章离我们最近的恒星─太阳 第七章双星 第八章变星 第九章致密天体 第十章赫罗图和恒星的演化 第十一章星云和恒星的形成 第十二章银河系 第十三章河外星系 第十四章活动星系 第十五章宇宙学 “天文学导论实验”:40学时 实验一:天文年历、星表、星图的使用 实验二:流星和流星雨的观测 实验三: 天文望远镜的使用与光学性能的测定 实验四:太阳黑子的投影观测及数据处理 实验五:太阳光球光谱的拍摄与证认 实验六:恒星光谱分类 实验七:目视双星的目视观测 实验八:目视双星的CCD观测 实验九: 星系星云的CCD成像观测

实验十: 星系的哈勃分类 实验十一:河外星系红移的测定 实验十二:CCD的性能指标的测试 实验十三:星系星云的CCD观测彩色图像的合成及资料处理 实验十四:用周光关系测定造父变星的距离 一、课程目的和任务 本课程重点要求掌握天文学基本概念,主要是介绍天文学的基础知识,从学习中领会科学的思考和解决问题的方式,注重学生科学素质的培养。通过天文学研究的新成就与新动态使学生了解天文学科在社会发展中的重大作用;注重课堂讲授与观测相结合,重点在于启迪学生的思路,拓宽学生的视野,培养学生发现问题,分析问题和解决问题的能力,使学生对天文学专业具有基本的了解,树立专业思想,热爱天文学专业。 二、课程内容 内容提要:天球、天球坐标系;天体的周日、周年视运动;时间计量系统及历法;天文望远镜简介;太阳系概述;行星的运动;月球及太阳系小天体等。 三、对教学方式、实践环节、学生自主学习的基本要求 教学方式: 以课堂讲授为主,结合参观校内两台40公分望远镜、使用5台小望远镜目视观测月亮和大行星、以及参观北京天文馆和北京古观象台。课程大部分采用多媒体教学,数学推导采用板书形式。教学课件、参考资料、作业等提供给学生。学生交作业采用纸面与电子邮件相结合的方式,在教学平台上与学生互动式教学。 学习方式: 逐步开拓教学内容,采用灵活多样的形式。鼓励学生的个性发展,充分发挥学生的想象力。 四、主要学习材料(含教材及参考书目) 教材:天文学教程 (上册)肖耐园,胡中为高等教育出版社 2003 参考书目: 1. 基础天文学刘学富等高等教育出版社 2004 2. 我爱天文观测刘学富等地震出版社 1999 3. 天体物理学李宗伟等高等教育出版社 2000 4. 天文学入门 An introduction to Astronomy 五、考核方式与评价结构比例 考核方式:闭卷考试

天文学概论尔雅

1 有人将亚里士多德的“第五元素”与暗能量相提并论,还有人提到了所谓“幻影能量”。从现代科学的角度出发,对于这些观点,以下分析正确的是()。 •A、亚里士多德在世时便预见了暗能量的存在 •B、面对暗能量的不可知,人们沮丧之余只能从远古圣贤那里寻求慰藉 •C、暗能量就是等同于第五元素、幻影能量 •D、第五元素、幻影能量等名词只是一个借用,提到它们是为了方便人们理解目前未知性仍然很大的暗能量 2 关于目前所知的暗物质和暗能量,以下性质的配对错误的是()。 •A、暗物质-不发光 •B、暗能量-不可探测 •C、暗物质-存在引力 •D、暗能量-成团分布 3 在个人画作中直接记录了“哲学三问”的著名画家是()。 •A、梵高 •B、高更 •C、莫奈 •D、毕加索 4 “宇宙三问”指的是除了()的三个问题。 •A、宇宙如何创生? •B、宇宙何时创生? •C、宇宙如何终结?

•D、宇宙何时终结? 5 古代中国的诸子百家当中,其思想表述与奇点问题不谋而合的当属()。 •A、儒家 •B、道家 •C、法家 •D、墨家 6 关于温伯格、奥本海默、教皇保罗二世等人关于奇点问题的言论所反映出的态度,以下概括不合理的是()。 •A、奇点问题是人类文明辛辛苦苦积累起来的所有的物理概念所不能接受的 •B、奇点问题就是上帝的工作而不是科学的 •C、现代科学在探索奇点问题上忧虑重重 •D、单纯凭借机械性的科学知识很难对奇点问题有所理解 7 宇宙标准模型中,时间是宇宙创生的()秒之后开始的。 •A、10^(-4) •B、10^(-10) •C、10^(-36) •D、10^(-44) 8 由宇宙创生时正反粒子的数量比(10亿+1):10亿,可以知道现今宇宙的光子与重子的数量比应该是()。 •A、(10亿+1):10亿 •B、1:1

天文学新概论

天文学新概论 1. 引言 天文学是一门研究天体物理及其相互作用的学科。它包括星系、恒星、行星、彗星、黑洞等天体的形成、演化和性质研究。天文学是探究宇宙奥秘的一门科学,随着科技的不断进步,天文学的发展进步也在不断加快。 2. 天文学的历史 早在人类的远古时代,人们就开始观测了太阳、月亮、星星等天体。古希腊的天文学家们通过肉眼观测,建立了天文学最早的基础知识。随着历史的进程,天文学的研究内容不断拓展,研究方法也不断改进,逐步形成了现代天文学的体系。 3. 现代天文学的发展 现代天文学的发展与科技的发展息息相关。通过望远镜、射电望远镜、太空探测器等工具,使我们可以更加深入地了解天体。例如,哈勃空间望远镜发现了宇宙中数量众多的星系,欧洲空间局的高斯卫星发现了数以万计的彗星,中国自主研发的“嫦娥”探测器更是首次将人们带到了月球的背面。 4. 天文学的重要性 天文学的研究对于人类的生存和发展都有着重要的意义。例如,通过对太阳风、恒星活动等现象的研究,可以预测出太阳风暴、全球

极光等现象,为电磁通信和能源生产提供依据。而肆虐的流星雨、彗星坠落、地外文明等天文事件也让我们感受到了宇宙的神秘和危险。 5. 天文学未来的发展趋势 随着科技的不断更新,人们对宇宙的认识将不断深入。预计未来的任务将包括探索行星、搜索地外文明、研究暗物质、黑洞等更加深入的课题。此外,天文学与其他学科的交叉将会越来越深入,如天文化学、天文生物学等新兴学科的兴起。 6. 结语 天文学是一门发展非常迅速的学科,它让我们看到了人类认识宇宙的无限可能。相信在不久的将来,天文学会以更加惊人的发现让世界为之一振。

天文学概论主要考点

天文学概论主要考点 全天最亮的21颗 即21颗一等或一等以上的恒星,按亮度从大到小依次排列为: 1.天狼(大犬座α)星等-1.6; 2.老人(船底座α)-0.9; 3.南门二(半人马座α)三合星0.3——1.7; 4.大角(牧夫座α)0.1; 5.织女(天琴座α)0.1; 6.参宿四(猎户座α)变星0.1——1.2; 7.五车二(御夫座α)0.2; 8.参宿七(猎户座β)0.3; 9.南河三(小犬座α)0.5; 10.水委一(波江座α)0.6; 11.马腹一(半人马座β)0.9; 12.河鼓二(天鹰座α)0.9; 13.毕宿五(金牛座α)1.1; 14.十字架二(南十字座α)1.2; 15.心宿二(天蝎座α)1.2; 16.角宿一(室女座α)1.2; 17.北河三(双子座β)1.2; 18.北落狮门(南鱼座α)1.3; 19.十字架三(南十字座β)1.3; 20.天津四(天鹅座α)1.3; 21.轩辕十四(狮子座α)1.3。 黄道十二宫(zodiacal signs) 按宫序为 白羊(Aries) 金牛(Taurus) 双子(Gemini) 巨蟹(Cancer) 狮子(Leo) 室女(Virgo) 天秤(Libra) 天蝎(Scorpio) 人马(Sagittarius) 摩 羯(Capricorns) 宝瓶(Aquarius) 双鱼(Pisces) “航海九星” 南鱼座α星(北落师门) 天鹰座α星(河鼓二)天蝎座α星(心宿二)室女座α 星(角宿一)狮子座α星(轩辕十四)小犬座α星(南河三)金牛座α星(毕宿五) 白羊座α星(娄宿三)飞马座α星(室宿一)这九颗星的赤纬都不超过南北30°, 而且每两颗星之间的赤经间隔都约为3小时左右,在全球除两极附近外,各个大洋上都能观 测到这九颗星。 航天器的类型 答:宇宙飞船、航天飞机、空间站、卫星等。 找北极星的三种方法 答:①从“天璇”通过“天枢”向外延伸一条直线,大约延长5倍多些,就可看到北极星。

清华大学天文学导论笔记

天文学史 开普勒三定律(椭圆轨道、运行速度、轨道与周期) 引力摄动:另一颗行星(de)引力导致某行星绕太阳(de)运动不符合两体假设 非牛顿引力摄动:水星、金星近日点进动验证了爱因斯坦广义相对论 钟慢效应:μ介子寿命为10-6s,以光速运动也仅能行进600m,而宇宙射线在大气外层产生(de)近光速μ介子却可以以到达地球表面. 引力透镜:由于质量对光(de)吸引,若被观测(de)星体与观测者连线上有大质量星系(透镜星系),观测者可能观察到多个像(爱因斯坦十字、双爱因斯坦环) 天体视运动 天体(de)周日视运动:由于地球自转导致(de)天体视运动 太阳:东升西落,与当地正午通过天子午线达到最高点,两次通过子午线间(de)时间为一太阳日(24h) 北京东经度,东八区标准东经120度,北京时间正午12时时北京(de)太阳时为11点46分 赤道参考系: 把天空幻想为大球,北极指向北天极,南极指向南天极,赤道扩展为天赤道.北天极对地面(de)高度等于北半球该地(de)纬度.天赤道与天极(de)弧距离总是90度,与地平面相交于正东正西方向,且恰好看到一半.天球自东向

西旋转,每小时旋转15度,所有星体(de)视运动轨迹都平行于天赤道. 地平参考系: 以正头顶为天顶,子午线从正南到正北穿过南天极、天顶和北天极平分天球.本地参考系中天体位置在始终改变. 赤道上,一切星体都垂直于地平面升起和落下,所有星体都可见且在地平面上方12个小时 周年视运动:天球坐标系上恒星(de)坐标固定,由于地球公转导致太阳在天球上向东运动.这也导致了每天同一时间天空状况不同(因为太阳时制)太阳:太阳在天球上(de)位置始终自西向东移动,每年环绕天球一周,其在天球上(de)轨迹称为黄道.太阳绕天球一周(de)时间是天. 太阳日:24h,太阳连续两次到达子午线(de)时间. 恒星日:23h56min,恒星连续两次到达子午线(de)时间.恒星日表明了地球自转(de)真实周期. 由于太阳一直向东运动,所以恒星比太阳运动(de)快一点.由于我们使用太阳时,恒星每天升起、穿过子午线、下落(de)时间都要提前约4分钟,经过一个太阳年后回到原地. 4min/day=360degrees 365.24days 24×60min 360degrees 月球视运动:月球也在天球上向东漂移,天后回到原处.月球(de)盈亏周期称为交合周期,为天 黄道与节气:黄道与天赤道夹角为度,且相交于春分点和秋分点.按顺序距这两点最远(de)点是夏至点和冬至点.

天文学导论答案

第一章天文学-观测科学 1・1等星比9等星亮的倍数为: 2.512、" = 2.51F = 1585 (1) 2.某星比织女星(0等星)睛251倍.因此它们的星等差为: Ar/i = 2.51ug (251) =6.() (2) 10 所以该恒星的星等为:m = Cl + G.0 = G.0« 3.的双倚审远後的放大倍數为:(40/5)2 = 61倍,因此, (64) = 4.5. (3) = 2.5 log ia 因此,用该电远说所能看到的最暗的星的星等为:m = 64-4.5 =10.5・ 4.(a)远处的尺体比近处的天体暗1(户倍.因此它们的星等差为: (104)= 10, (4) Am = 2.5log ia 即远处天体的星等比近处天体的星等大10个星等 (b)远处天体比近处天体远(MW— 100倍・ 5.规测点的纬度为Latitude= 52°,该星过天顶是的地平岛度为Elevation = nr1.因此•谟星的 亦玮为: Dec = LMwie + Elevation -

基础天文学概论知识要点

天文学概论复习 【绪论】 1.什么是天文学: 是研究宇宙空间天体、宇宙的结构和发展的学科。内容包括天体的构造、性质和运行规律等。 2.天文学的三个分支学科:天体测量学、天体力学、天文物理学 3.天文和气象的区别:大气层外vs大气层内 4.天文学观测波段: 光学波段;射电波段;Χ射线、γ射线波段;紫外线、红外线波段 5.20世纪天体物理学成就: ①两大基本理论:恒星演化和宇宙大爆炸模型 ②全波段天文学、中微子天文学 ③20世纪60年代的四大发现:脉冲星、类天体、微波背景辐射、星际分子 【星空划分与运转】 1.星座的概念:一种具有特征并容易记忆的恒星在天空投影的图案所在天区 2.星座与星官的区别: 星座有边界,恒星数目不确定;星官无边界,恒星数目确定 3.中国古代的三垣四象二十八宿 ①三垣:紫薇垣、太微垣、天市垣 ②四象:北方玄武、南方朱雀、西方白虎、东方苍龙 ③二十八宿:月亮每晚停留在一宿 4.全天88个星座,北天29,黄道12,南天47 5.寻找北极星的两种方法 ①北斗七星勺头两颗星延长五倍即为北极星 ②仙后座勺口开口方向延长开口宽度的两倍即为北极星 6.北斗七星的斗柄方向与四季关系 春夏秋冬→东南西北 7.四季星空典型的代表星座: 春夜大熊追小熊:狮子座、牧夫座、室女座 夏夜牛郎会织女:天鹅座(天津四)、天琴座(织女星)、天鹰座(牛郎星)

秋夜仙女拜仙后:飞马座、仙女座、英仙座 冬夜猎户会金牛:猎户座 【天球与天球坐标系】 1.天球的概念与特点: ⑴概念:以任意点为球心,任意长为半径,为研究天体的位置和运动而引进 的一个与人们直观感觉相符的假想圆球。 ⑵特点: ①天球中心任意选取;②天球半径任意选取;③天体在天球上的位置只反映 天体视方向上的投影;④天球上任意两天体的距离用角距表示;⑤地面上不同点看同一天体视线方向是相互平行的 2.北天极的高度等于当地的地理纬度 3.天球上的基本点、圈:天极与天赤道、天顶天底真地平、天子午圈、卯酉圈、 四方点、黄道和黄极、二分点二至点、天极在天球上的位置 4.四个天球坐标系:基本点、圈,两个坐标,如何度量 5.不同纬度处的天体周日视运动:都是等于或平行于天赤道的小圆 永不上升和永不下落天体:δ≧(90°-Φ)vsδ≤-(90°-φ) 天体的中天:天极以南(北)过天子午圈 6.天体上、下中天时天顶距或地平高度的计算: 上中天:Z=|φ-δ| 下中天:Z=(90°-φ)+(90°-δ) 太阳中天时的高度:Z=φ-δ 7.太阳的周年视运动: 春分点:α=0hδ=0° 夏至点:α=6hδ=23.5° 秋分点:α=12hδ=0° 冬至点:α=18hδ=-23.5° 【时间和历法】 1.什么是时间: 是物质运动过程中的一种标记,它建立在物质运动和变化的基础上 2.时间计量系统建立的基础和要求:

天体物理导论复习提纲解答

一、几个问题: 1.恒星内部氢燃烧的两种方式是什么? 质子—质子链((proton-proton chain,简称pp链)以及碳氮氧循环 (CNO cycle) 2.太阳的主要元素有哪些?太阳内部氢燃烧的主要方式是什么? 最多的是H元素(按数目计占90.8%),其次是He(占9.1%),其余重元素加起来仅为0.1%(其中有c,s,o,n…等) 对太阳来说,由于质量比较小(小于1.1Msun)所以主要的燃烧方式为pp链(即质子—质子链)。当一个恒星的质量大于1.1倍Msun时,占主导的燃烧方式就变为CNO循环。 3. 恒星能源主要是什么? 恒星的能源主要来自于热核聚变反应。 4. 恒星演化的结局大致有哪几种?太阳演化的最终归宿是什么? 根据初始质量的不同,大致有:白矮星,中子星,黑洞三种类型的结局,太阳由于初始质量较小,结局最有可能是变成白矮星。 5. 主要的辐射机制有哪些?主要物理过程? 辐 射机 制: 热辐 射, 偶极 辐 射, com pton散射及逆compton散射,同步辐射及回旋辐射,轫致辐射,切伦科夫辐射。 6.大气电磁辐射窗口有哪些? 由大气的透射率分布曲线: 其中,吸收率较低的波段即为大气观测窗口,在射电波段,主要为波长1mm~10m;在光学波段,主要为可见光波段及近红外的一小部分(300nm~900nm);在红外波段,没有连续的较宽的一个范围,是由一系列窄波段构成的。 7.脉冲星是谁发现的? 是一名英国的女天文学家,Jocelyn Bell Burnell于1968年发现的。 8. Zwicky 是如何首次将大质量恒星,中子星,超新星,和宇宙射 线起源这四个不同的概念联系起来? 大质量在生命快结束时,热压无法抵挡引力的时候,就会急剧塌缩直到由简并压来抵抗,然而简并核物质的燃烧并不稳定,极有可能导致爆炸(即超新星爆发),外层物质被抛射出去,会形成超新星遗迹,中心就剩下一个完全由中子组成的致密星体(中子星)9.为何要建造空间望远镜? 空间望远镜不受大气吸收的影响,可以观测到在地面上观测不到的辐射(如X射线,紫外,红外,亚毫米波等),其次不受大气扰动的影响,若镜面的设计和加工趋于完美,则望远镜的分辨率可以达到光学衍射极限。另外在空间环境中,没有大气散射光的影响,可以进行更长时间的曝光,得到更暗弱的天体的光度、光谱信息。 10.活动星系的能源? 现在普遍认为,是来源于星系中央的高速自转的超大质量黑洞,黑洞以其巨大的引力吸引着四周的物质盘旋着向它掉落,在周围形成一个吸积盘。盘内的气体被压缩并加热,会形成强烈的辐射场,导致高能等离子体喷流从核心以接近光速向垂直于盘的两极喷射出来。 11.黑洞的基本性质?

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