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1天文学导论Ⅱ•参考书目•主要网站•考核方式•课程内容简介2课程内容简介：•天文学基础知识：有关恒星的基本概念；恒星的光谱和化学组成；恒星的颜色与光谱能量分布；地面光学望远镜；望远镜的终端及辐射探测器；射电望远镜及其观测；红外天文观测；空间望远镜和全波段天文观测；等等。•恒星的普通性质，赫罗图和恒星演化序：双星；变星与不稳定星；致密天体；星团和赫罗图；星云和恒星的形成；恒星的演化和归宿，等等。3•星系：银河系；星系及其分类；活动星系与活动星系核；星系团。•宇宙学：重点为哈勃关系、大爆炸理论及宇宙观见解，展示相对论时空观，从恒星层次推展到宇宙层次，重点的基本概念为“距离”和“宇宙观”。•天体物理学中的新进展介绍。4参考书目1）天文学教程第二版（上、下）朱慈盛等主编高等教育出版社2003年12月2）天体物理概论向守平编著中国科技大学出版社2008年11月3）普通天文学胡中为主编南京大学出版社2003年11月4）天文学新概论苏宜主编华中理工大学出版社2000年8月5）基础天文学刘学富主编高等教育出版社2004年7月56）天体物理学，高等教育出版社7）ClearSky光盘8）AstronomyToday网络教材9）ThePhysicalUniverse—AnIntroductiontoAstronomy6WebLinks•天文普及：上海网上天文台，北京天文馆，谈天，火流星•General:Yahoo!-Science:Astronomy,Astro-Web•News:AstronomicalHeadlines,AstronomyNow•Pictures:AstronomyPictureoftheDay(),UniverseToday()HEASARCPictureoftheWeek,ViewsoftheSolarSystem,TheMessierCatalogue•Magzines:Sky&Telescope,Astronomy,ScientificAmerican•Organizations:InternationalAstronomicalUnion,AstronomicalSocietyofPacific,ChineseAstronomy•Papers:SAO/NASAADS7考核方式：•作业、小论文、课堂讨论,等等，占学期总成绩40%•期末考试：书面闭卷笔试,占学期总成绩60%8第一章绪论1、天文学的发展历史2、天文学的研究对象与方法3、天文学和物理学的关系99位于俄罗斯加里宁格勒的康德墓碑德国哲学家康德康德的墓志铭InscriptionoverKant'stombTwothingsfillthemindwithever-increasingawe-thestarryheavensabovemeandthemorallawwithinme.1010111、天文学的发展历史12天体测量学：测量天体的位置和距离天体力学：研究天体之间的关系天体物理：研究天体的形态、物理状态、结构、化学组成；天体的形成和演化13•天体测量学：天体的位置和变化规律14•天体的运动定律与天体力学1515“由于只有一个宇宙需要去解释，没有人再能重复牛顿所做的工作，他真是最幸运的人。”——JosephLagrange“由于只有一个宇宙需要去解释，没有人再能重复牛顿所做的工作，他真是最幸运的人。”——JosephLagrange引力在各种尺度凡夫俗子第一次接近了诸神凡夫俗子第一次接近了诸神16•19世纪中叶，天体物理学诞生♦天体光度和光谱的测量。♦观测技术和理论工具飞速发展。♦光学天文学→射电天文学、空间天文学→全波天文学。♦量子论、相对论、原子核物理学、高能物理学。1717地心学说日心学说Kepler18天体演化学地外文明太阳系行星系统太阳恒星银河系河外天体宇宙学“理性工具”分类“观测工具”分类光学天文实测手段射电天文实测手段空间天文实测手段中微子天文实测手段引力波天文实测手段天体测量学天体力学理论天体物理学天文学史实用天文学宇宙大尺度结构历史及历史研究天文学各相关实用领域研究目标分类学科分类框架图19各类电磁辐射可达到的距海平面的高度波长20•不同辐射波段的太阳光学紫外X射线射电21•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2220世纪天体物理学重大成就两大基本理论：恒星演化和宇宙大爆炸模型全电磁波段天文学，中微子天文学从可见光拓展到全电磁波段,γ射线暴20世纪60年代四大发现：脉冲星，类星体，微波背景辐射，星际分子。23最大的（1米）折射望远镜24Palomar天文台的5米Hale望远镜25Keck双望远镜口径10米26欧洲南方天文台27哈勃空间望远镜•1990年发射，位于距地面600千米、周期95分钟的轨道上•2.4米口径镜片，可以在光学、紫外和红外波段进行观测•2002年3月添加theAdvancedCameraforSurveys(ACS)28HST在1993年修复前后拍摄的星系M100像比较29The100-MeterGreenBankRadioTelescope30Arecibo射电望远镜31IRAS(InfraredAstronomySatellite)spitzer32EUVE(ExtremeUltravioletExplorer)andFUSE(FarUltravioletSpectroscopicExplorer)33ROSAT与Chandra卫星对蟹状星云的观测34CGRO(ComptonGammaRayObservatory)35BeyondEarthlimitations:BeyondEarthlimitations:SPACEVLBISPACEVLBIVLBIVLBISpaceSpaceObservatoryObservatoryProgramProgramV.S.O.P.V.S.O.P.3536行星层次：八个行星，矮行星、太阳系小天体恒星层次：太阳及其它恒星星系层次：银河系、河外星系、星系群、星系团宇宙整体:可观测的宇宙2、天文学研究对象与方法37•天文学是研究宇宙的科学。•宇宙：四方上下曰宇，往古来今曰宙。——《淮南子》•宇宙包含了所有的空间、时间、物质和能量。天文学（Astronomy=Star+Law）：基础、古老而又富有生命力、全电磁波段可观测的科学。3838距离、空间的角度39空间尺度：从极小到极大最遥远星系银河系邻近恒星太阳地球人类细胞原子质子夸克1026m10-20m10-10m100m1010m1020m4040天文学研究的特点天文学研究的特点•天文学研究的基础—观测（观察和测量）天文观测是一种“被动”的试验观测→理论→观测“人类即不能移植太阳(孤本)，也不能解剖星星”•研究对象里我们距离极其遥远将我们在地球实验室得到的物理学的理论具体运用到对遥远天体的研究中去。距离极远时标极长物理条件极端复杂（温度、密度、压强、磁场）41人类了解最多、能深入探讨的天体:地球（行星）太阳系（行星系统）太阳（恒星）银河系（星系）可以说是几个“孤本”，没有其它天体可以与之相比！42太阳系行星的空间探测:•人类要突破只能被动观测的局限登月和探测火星，人类对宇宙奥秘的探索是无止境的！•有没有生命（或适合生命繁衍生存的条件）？•有没有值得开采的矿产？•有没有可能成为人类生活、科研的基地？（月基天文台等）43地球4444•HowdidtheMoonform?TheMoonprobablyformedastheresultofacollisionbetweentheyoungEarthandanobjectthesizeofMars.45太阳系(历史旧观点)46•北京时间2006年8月24日晚上9点20分，第26届国际天文学联合会大会投票，部分通过新的行星定义，冥王星被排除在行星行列之外，太阳系行星数量将由九颗减为八颗。47决议5A：IAU决定我们太阳系内的行星和其他天体按照下列方式划分为3个明确的类别：(1)一颗行星1是一个天体，它满足(a)围绕太阳运转，(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(近于圆球)形状，同时(c)扫清了所在轨道上的其他天体。(2)一颗矮行星是一个天体，它满足(a)围绕太阳运转，(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(近于圆球)形状2，(c)没有扫清所在轨道上的其他天体，同时(d)不是一颗卫星。(3)其他围绕太阳运转的天体3，卫星除外，统称为“太阳系小天体”。注释：1八颗行星是：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、和海王星。2IAU将启动相应程序来界定天体属于矮行星还是其他类别。3目前这些包括大多数的太阳系小行星，大多数的海外天体(TNOs)，彗星，和其他小天体。48IAU决议：冥王星决议6AIAU进一步决定：按照上面的定义冥王星是一颗矮行星，并作为海外天体中一个新类别的原型。49505152•MillionsofplanetesimalsremainoutsideofNeptune’sorbitaspristineicybodies•Theyarethesourceofshortperiod(200years)comets535455恒星层次561、哈勃等发现河外星系：确定距离（观测资料积累）2、哈勃：哈勃定律（宇宙在膨胀）（经验定律）退行速度和距离成正比3、伽莫夫大爆炸宇宙论（热核聚变理论为核心）星系层次57银河系58宇宙岛——河外星系59活动星系60星系集团61最遥远的星系62时间跨度：从过去到将来向前：太阳的过去、大爆炸、时间的起点向后：太阳的演化、宇宙的未来63宇宙演化的历史如果将宇宙的历史压缩成一年，那么有记载的人类的文明史仅有21秒！6464ScientificAmerican-2008-0365651012101066•全波段；大样本；巨信息量•大题大（大观测设备）做•大题小（小观测设备）做都可以获得重要成果，我国的中型观测设备大有可为21世纪天文研究特点673、天文学与物理学相互促进•物理学是天文学的理论基础•天体和宇宙是物理学的巨大实验室68（1）极端物理条件实验室如中子星：超高密、超强磁场、超强压力、超高温和超强辐射的空间实验室（2）引力实验室（3）等离子体实验室（4）超流超导实验室（5）高能带电粒子加速器等6920世纪初物理学家预言：•光线在太阳引力场中弯曲•水星近日点的运动规律•引力场中的光谱红移•中子星的存在•宇宙微波背景辐射的存在•黑洞的存在天文学与物理学的相互促进天文学观测的贡献•万有引力定律；•氦元素的发现；•热核聚变的概念；•白矮星理论•视超光速膨胀现象；•类星体、星系核、射线暴的能源7070当今观测宇宙学的重要结论，宇宙主要由暗物质和暗能量组成，这使21世纪理论物理学再次飘起了“两朵乌云”。为物理学家再次提供了一个令人兴奋的挑战。TheHubbleSpaceTelescopefoundthattherewasdarkenergyintheyoungUniverse.Thetug-of-war（拔河）betweenthepullofdarkmatterandthepushofdarkenergystarted9billionyearsago,beforedarkenergystartedwinningandfurtheringtheUniverse’sexpansion.7171•上世纪两朵乌云：“以太”与“黑体谱”导致了世纪性的成果相对论与量子力学。•近年“科学”的天空又飘起两朵乌云：“暗能量”与“暗物质”会导致什么？•人们正在呼唤新的Einstein！找寻Einstein72727320世纪60年代四大发现脉冲星证明恒星演化理论的正确性和实现中子星的预言微波背景辐射证实大爆炸宇宙学的预言分子谱线有机分子、生命起源？类星体大红移(几亿～百多亿光年）能源？74（1）发现宇宙线1936年奥地利物理学家