簡介：原載天文學(xué)報28卷4期（1987）天文學(xué)史上的水晶球體系天文學(xué)史上的水晶球體系江曉原一水晶球體系從形成到成為欽定水晶球體系從形成到成為欽定1水晶球體系的形成。同心天球體系的概念可以追溯到古希臘的PARMENIDES，甚至更早的PYTHAGAS?！?〕〔2〕但真正建立起可以定量描述天體運動的體系是EUDOXUS，他的工作在文〔2〕中保存了一個梗概，較詳細(xì)的內(nèi)容則見于公元六世紀(jì)時SIMPLICIUS對亞里士多德ARISTOTLE論天一書所作的注釋中。EUDOXUS采用一套以地球為中心的同心球組，通過各球轉(zhuǎn)軸的不同取向以及轉(zhuǎn)速皆勻速和轉(zhuǎn)向的不同組合來描述天體視運動。這一體系的建立在小輪理論的奠基人APOLLONIUS之前百余年，比托勒密PTOLEMY早四個世紀(jì)以上。后來小輪理論大行于世，EUDOXUS體系遂湮沒無聞。直到十九世紀(jì)才有SCHIAPARELLI作了系統(tǒng)研究〔3〕，發(fā)現(xiàn)EUDOXUS體系已能描述行星的順、留、逆等視運動，其中對土星、木星很成功，水星亦尚可，金星很差，火星則完全失敗。有的學(xué)者持論稍嚴(yán)，認(rèn)為只有土、木令人滿意?！?〕EUDOXUS并未提出水晶球的概念。一般認(rèn)為他只是用幾何方法來表示和計算天象，不過這個結(jié)論是從ARISTOTLE和SIMPLIEIUS著作中的第二手材料得出的，由于EUDOXUS原著皆已佚失，第一手材料不可得。CALLIPPUS對EUDOXUS體系作過一些改進，而ARISTOTLE在兩人工作的基礎(chǔ)上建立了水晶球體系。他的發(fā)展大致可歸結(jié)為三方面首先，他把EUDOXUS假想的球?qū)幼優(yōu)閷嶓w，并認(rèn)為諸球?qū)咏杂刹簧粶?、完全透明、硬不可人的物質(zhì)構(gòu)成，水晶球之名即由此而來。日月行星和恒星則附著于各自的球?qū)由媳粩y帶著運轉(zhuǎn)，整個宇宙是有限而封閉的，月球軌道以上的部分萬古不變。這意味著新星爆發(fā)、彗星、流星等天象只能是大氣層中的現(xiàn)象。第二，ARISTOTLE把EUDOXUS原來各自獨立轉(zhuǎn)動的諸球變成一個整體，其轉(zhuǎn)動皆由最外層的天球傳遞下來。不過我們發(fā)現(xiàn)，在ARISTOTLE原著中并沒有宗動天這一球?qū)?。他的安排是“第一天為恒星天恒星天為總動天”，并闡述說“第一原理或基本實是創(chuàng)作第一級單純永恒運動，而自己絕不運動，也不附帶地運動。又因為我們見到了所說不動原始本體所創(chuàng)作的宇宙單純空間運動以外，還有其他空間運動如行星運動那也是永恒的?！薄?〕這段話并不難理解，“不動原始本體所創(chuàng)作的宇宙單純空間運動”即指恒星天球的周日運動，由此帶動其他天球運動。可見恒星天球之上的宗動天當(dāng)是后人所加，這一點值得注意。第三，由于各天球不再是獨立轉(zhuǎn)動，他不得不引入一系列“平衡天球”來抵消上一層天球的運動，“而使每一天球下層諸行星得以回復(fù)其位置”〔6〕。不過平衡天球為何能反轉(zhuǎn)，他未說明。2托勒密與水晶球體系。把托勒密PTOLEMY的名字和水晶球體系連在一起，這在國內(nèi)外著作中都很常見，但這樣做是有問題的。在至大論中，我們沒有發(fā)現(xiàn)任何水晶球的觀念。他在全書一開頭就前相當(dāng)普諞。二幾位著名近代天文學(xué)家對水晶球體系的態(tài)度幾位著名近代天文學(xué)家對水晶球體系的態(tài)度1哥白尼在這個問題上的態(tài)度。最近有人提出，哥白尼COPERNICUS主張以太陽為中心的同心水晶球體系。不僅各行星皆由實體天球攜載，而且諸天球?qū)訉酉嘟樱錆M行星際空間〔20〕，理由是COPERNICUS那張著名的宇宙模式圖〔21〕多了一個環(huán)。我們認(rèn)為這一說法未免穿鑿附會，很難成立。理由有四①由于行星與太陽的距離有一個變動范圍，因此圖中兩環(huán)之間的空間完全可以理解為行星的活動范圍；又因該圖只是示意圖，也就沒有必要給出精確的比例。②如果對圖的解釋有歧義，那顯然原書的文字論述更重要，但COPERNICUS在這一章中根本未談到過實體天球，文〔21〕全書的其他部分也沒有任何這類主張。相反他一直使用“軌道”BITALCIRCLES一詞，還談到“金星與火星軌道之間的空間”〔22〕，這些都是與實體密接天球完全不相容的概念。ROSEN也曾指出，COPERNICUS即使使用“SPHAETA”、“BIT”等詞，多數(shù)情況下也是指二維圓環(huán)，即天體的運行軌道?！?3〕③COPERNICUS既然主張日心地動，地球已成行星之一，那么如果設(shè)想既有公轉(zhuǎn)又有自轉(zhuǎn)的地球是被一個實體水晶球所攜載，無論如何無法與人們的直接感覺相一致。除非認(rèn)為地球及其上的萬物都被“澆鑄”于水晶球體之內(nèi)，如同琥珀中的小蟲那樣才行。④COPEMICUS在要釋中說得更明確“CALLIPUS和EUDOXUS力圖用同心球來解決這個問題，但他們未能解釋行星的所有運動，因此看來還是使用大多數(shù)學(xué)者最后都接受了的偏心圓和本輪體系為好?！薄?4〕2第谷對水晶球體系的打擊。第谷TYCHO并不主張日心地動之說，但他卻給水晶球體系以致命打擊。1572年超新星爆發(fā)，他用各種方法反復(fù)觀測，斷定該星必在恒星空間，而按水晶球體系的理論，這種現(xiàn)象只能出現(xiàn)在月球下界。不過翌年他發(fā)表其觀測工作時，尚未與水晶球體系決裂。〔25〕1577年又出現(xiàn)大彗星，TYCHO的觀測無可懷疑地表明該彗星在行星際空間，且穿行于諸行星軌道之間。于是他斷然拋棄了水晶球，發(fā)表了他自己的宇宙新體系1588。他明確指出“天空中確實沒有任何球體。當(dāng)然，幾乎所有古代和許多當(dāng)今的哲學(xué)家都確切無疑地認(rèn)為天由堅不可人之物造成，分為許多球?qū)?，而天體則附著其上，隨這些球運轉(zhuǎn)。但這種觀點與事實不符。”〔26〕TYCHO反對水晶球的三條主要理由后來開普勒KEPLER曾概述如下①彗星穿行于諸行星軌道間，故行星際空間不可能有實體天球。②如真有層層水晶球，則必有巨大折射，天象將大異于實際所見者。③火星軌道與太陽軌道相割這是TYCHO體系的特點，表明沒有實體天球?！?7〕TVCHO對超新星和彗星的觀測是那個時代對水晶球教條最有力的打擊。對于其他反對理由，水晶球捍衛(wèi)者皆可找到遁詞，比如折射問題，可以推說天界物質(zhì)未必服從地上的光學(xué)定律；火日軌道相割問題可以用否認(rèn)TYCHO體系的正確性來回避；對日心地動說與水晶球的不相容也可仿此處理。但對于TYCHO提供的觀測事實，就很難回避。SCHIARAMONTI為此專門寫了兩部著作1621，1628，竟想釜底抽薪，直接否認(rèn)TYCHO的觀測結(jié)果。3、開普勒、伽里略和其他人。開普勒KEPLER斷然否認(rèn)有實體天球，并認(rèn)為行星際空間“除了以太再無別物”〔28〕。伽里略GALILEO除了嘲笑和挖苦水晶球體系的捍衛(wèi)者，還力斥CHIARAMONTI著作之謬?！?9〕

簡介：澳門張建芳獨特的古代中國天文學(xué)一、天文科學(xué)體系在古代中國是否存在天文科學(xué)體系在古代中國是否存在許許多多中外學(xué)者對這一問題的說法并不一致，正如天文學(xué)專家鄭文光先生所說“一個早期研究中國天文學(xué)的法國學(xué)者德莎素（DESAUSSURE）就曾經(jīng)根據(jù)尚書堯典熱情地描繪了他所想象的我國四千多年前的天文學(xué)的盛況‘在隱藏著中國的神秘古代的黑暗中，堯典在我們面前揭開了這樣一個場景?；蕦m的一個庭院清晰的出現(xiàn)了，這里便是司天之臺。閃爍不定的火炬的亮光顯示出正在進行的事情；從那投射在漏壺刻度的光線，我們可以看到天文學(xué)家們正在選擇四顆恒星；當(dāng)時，這四顆星正位于天球赤道的四個等角距的點上，但是，它們注定要用它們的移動來為后世說明，這幕場景發(fā)生在四千多年以前?！彩且辉缙谘芯恐袊煳膶W(xué)史的法國學(xué)者馬伯樂（HMASPERO）卻截然相反，他認(rèn)為中國天文學(xué)的歷史是很短的，直到公元前五、六世紀(jì)，中國天文學(xué)還沒有產(chǎn)生。另一個法國人德倫貝爾（MDELAMBRE）走得更遠(yuǎn)。他說‘中國歷史雖然長，但天文學(xué)簡直沒有在中國發(fā)生過?！@已經(jīng)不是評價的觀點問題，而是肆意的貶低了。有一個對中國歷史和文化從來不曾做過研究的英國三一學(xué)院院長，更是十分惡毒地誣蔑中國古代天文學(xué)。他說‘這是一個從來不曉得把自己提高到最低水平科學(xué)推理的民族；我們對于他們那些荒謬的東西所做的工作已經(jīng)夠多了。他們是迷信或占星術(shù)實踐的奴隸，一直沒有從其中解放出來；即使散布在他們史書中的古代觀測記錄是可靠的，也從來沒有一個人去注意。中國人并不用對自然現(xiàn)象興致勃勃的好奇心去考察那星辰密布的天穹，以便徹底了解它的規(guī)律和原因，而是把他們那令人敬佩的特殊毅力全部用在對天文學(xué)毫無價值的胡言亂語方面，這是一種野蠻習(xí)俗的悲慘后果?！陙?，英國的一個研究中國科學(xué)史的專家李約瑟JNEEDHAM對中國天文學(xué)作了一些較為公允的評價。他說‘除巴比倫的天象記事（其中大部分都已散佚）可以看出，中國人在阿拉伯人以前，是全世界最堅毅、最精確的觀測者?！终f‘顯然，中國天文學(xué)在整個科學(xué)史上所占的位置，應(yīng)該比科學(xué)史家通常所給予它的重要得多?！辈⒖偨Y(jié)出中國天文學(xué)的七個優(yōu)點1。通常學(xué)術(shù)界的一些學(xué)者則認(rèn)為，“由于古代中國和西方科學(xué)家處于不同的社會環(huán)境，本身的角色意識不同，所以，他們除了為求知這一共同目的進行科學(xué)探索活動外，還有不同的目的。古代中國科學(xué)家進行科學(xué)活動更主要的是為了實用，為生存服務(wù)；而古希臘的科學(xué)家更主要的是為了解釋自然，為認(rèn)識服務(wù)。以天文學(xué)為例，古代中國官方天文機構(gòu)名稱歷代不同，如太史、太史局、司馬監(jiān)、欽天監(jiān)等，但天文機構(gòu)的設(shè)立一是為了制訂歷法。二是為了觀測天象。在古代，歷法是人民‘生存’的指南，農(nóng)田的耕種、收播都要依照歷法行事。歷法的另一個重要功能是，中國歷代帝王登基都以頒布他的新歷法作為其合理性的標(biāo)志，如劉歆的‘三統(tǒng)歷’就是為王莽篡權(quán)而制定的，及崇禎改歷等。觀測天象主要用于為皇帝預(yù)測吉兇，以求奉天承運，行戰(zhàn)爭，平天下。這種為生存服務(wù)的實用傳統(tǒng)為中國人從事科學(xué)探索設(shè)定了一座無形的圍城，人們一旦談及科學(xué)就必定進入這座圍城，否則就不屬于科學(xué)探索范圍，這也就是古代中國歷代都涌現(xiàn)出一些天文學(xué)家，總體人數(shù)比其它學(xué)科都從遠(yuǎn)古以來，中國的赤道（與黃道相對）被分成28份，稱作28宿（月站），每宮七宿，每宿由一特殊的星座標(biāo)定，從其中某一特定的定標(biāo)星（距星）起算，因而每一宿所占的赤道范圍有很大差別。將各宿隔開的時圈從天極輻射出來，象被天空網(wǎng)成許多桔子瓣，某些宿位于赤道之上，另一些分布于赤道南北。從上述28宿星座你一定注意到，中國人的天空分劃同希臘的及現(xiàn)代天文學(xué)所通常用的星座全然不同，成千的星座中東西方有相同名稱的至多不超過一打，其中有大熊、獵戶、御夫、南冕和南十字。天空分劃的徊然不同是關(guān)于中國天文學(xué)獨立起源和發(fā)展的最令人信服的論據(jù)之一。如果我們現(xiàn)代的天空在命名方面是希臘式的話，那么在計量恒星精確位置這一同樣重要方面卻完全是中國式的。計量恒星位置現(xiàn)在有三種經(jīng)典方式。希臘式，按黃道和黃極決定一切，一顆星的位置以黃經(jīng)、黃緯表示；稍后的穆斯林式，用地平坐標(biāo)系，以高度和地平經(jīng)度表達；而中國式是從赤道和時圈起量，跟今天我們所說的赤經(jīng)、赤緯完全相同。中國人測量了每一宿的距度，并以去極度代替去赤道度，它們的系統(tǒng)同現(xiàn)代人一致，可能有人要問，西方是什么時候變過來的呢“那是文藝復(fù)興時期，十六世紀(jì)下半葉第谷進行偉大的天文觀測的時期?？磥?，他們部分地是受到了精通中國系統(tǒng)的阿拉伯人的影響而選擇了現(xiàn)代體系?！?盡管有了如此清楚的分析，但是在學(xué)術(shù)界的一些學(xué)者看來，這只不過是李約瑟先生的一家之言，還有的學(xué)者認(rèn)為李約瑟先生過高地估計了中國古代科學(xué)技術(shù)成就。諸如以上所談，孰是孰非，還需要大量的史實來予以澄清。三、三種天球坐標(biāo)系的差異在敘述史實之前，我們應(yīng)該先了解清楚三種天球坐標(biāo)系的差異。1三種天球坐標(biāo)系三種天球坐標(biāo)系圖如下三種天球坐標(biāo)系統(tǒng)A中國赤道坐標(biāo)系統(tǒng)；B阿拉伯地平坐標(biāo)系統(tǒng)；C希臘黃道坐標(biāo)系統(tǒng)42三種天球坐標(biāo)系之間的差異赤道坐標(biāo)系以天極為中心；地平坐標(biāo)系以天頂為中心，黃道坐標(biāo)系以黃極為中心，這三個中心是不一致的，三者的空間取向也是有區(qū)別的，三種天球坐標(biāo)系的差異，也正在于此。A赤道天球坐標(biāo)系赤道天球坐標(biāo)系在古代中國被稱為渾天系，它是將天地看作一個整體，將這個整體比做一枚雞卵，將地球比做卵中黃，將環(huán)繞地球的天穹比做卵白和卵殼。渾天系是以地體為天地的球心，以南、北兩天極為軸心，亦即天地的中心；以緣地球表面向四周延伸的太空為上下四方。以北天極為上，以南天極為下，以與地球赤道相平行的二十八宿為圓形天道，以將二十八宿所標(biāo)示360度等分的十二辰為劃分時間的坐標(biāo)，并在這一立體的“卵殼”上標(biāo)示日月星辰的運行度數(shù)。正如李勇先生所指出（由十二支標(biāo)示的）“天空十二辰對觀測者而言是隨整個天球參與周日和周年運動。”5隨整個天球，即是隨整個地球參與周日和周年運動。因為整個天球是整個地球全方位向天穹的延伸。正如古代中國天文學(xué)典籍太玄經(jīng)所說南極與北極是天軸所在的處所，天旋地轉(zhuǎn)由此而起，就象車輪有車軸，所以能自行旋轉(zhuǎn)。眾星全都移動，惟獨北極固守中央不變換位置（古人所講的用于標(biāo)識北天極位置的北極星只是相對不移動位置，其實自古至今作為天軸軸心的北極星也是換了好幾個

簡介：河北科技師范學(xué)院泛雅劉玉生讀書講座課程首頁進度通知考試討論答疑星海求知天文學(xué)的奧秘蘇宜課程評價下載客戶端返回星海求知天文學(xué)的奧秘期末考試（20）姓名劉玉生班級默認(rèn)班級一、單選題（題數(shù)50，共500分）1黑洞“四人幫”當(dāng)中，不在銀河系之內(nèi)的成員是（）。A、天鵝X1和LMCX3B、天鵝X1和麒麟V616C、七月天氣太熱了B、七月容易發(fā)火災(zāi)C、火星在農(nóng)歷七月不再上升D、心宿二在農(nóng)歷七月開始西沉正確答案D我的答案D4與冥王星有關(guān)的四個歷史事件中，確定了冥王星質(zhì)量大小的是（）。A、1930年湯博發(fā)現(xiàn)冥王星B、1978年發(fā)現(xiàn)冥衛(wèi)一ONC、2006年冥王星被降級D、2015年新視野號飛掠冥王星

簡介：第二章若干重要基本概念,§21新舊銀道坐標(biāo)系§22星等系統(tǒng)和色指數(shù)§23赫羅圖§24幾個重要的函數(shù)§25天體的空間運動§26視差和視差位移,§21新舊銀道坐標(biāo)系一天體的空間位置和天球坐標(biāo)系天體的位置通常用距離和兩個球面坐標(biāo)來表示，稱為天球坐標(biāo)系，有地平坐標(biāo)系、赤道坐標(biāo)系、黃道坐標(biāo)系、銀道坐標(biāo)系等多種。也可以用三維直角坐標(biāo)或柱坐標(biāo)表示。又因坐標(biāo)原點的不同，可以有地心坐標(biāo)、日心坐標(biāo)、銀心坐標(biāo)等之區(qū)分。,左圖是以觀測者O為球心的天球。在球面天文學(xué)中稱大圓NDS為基圈,Z和Z′為基圈的幾何極,大圓ZSZ′稱為主圈,恒星在天球上的投影Σ的球面坐標(biāo)可用大圓弧ΣD（第一坐標(biāo)）和SD（第二坐標(biāo)）唯一確定，圖中S稱為坐標(biāo)系的主點（原點）。,地平坐標(biāo)系,根據(jù)天球坐標(biāo)系的一般定義，在地平坐標(biāo)系中基圈是觀測者的地平圈，主圈是測站子午圈，而主點為地平圈上的南點。,第一坐標(biāo)地平高度,0－?90?或天頂距,0－180?。第二坐標(biāo)方位角，由南點向西點順時針量度0－360?。由于因地球自轉(zhuǎn)引起的天體的周日視運動，天體的地平坐標(biāo)隨時間而不斷地變化。,第一赤道坐標(biāo)系,基圈天赤道，主圈子午圈,主點天赤道南點。第一坐標(biāo)赤緯,0－?90?或極距，0－180?。第二坐標(biāo)時角，沿天赤道由南點M向西點W順時針量度,取0－24H。在這一坐標(biāo)系中，天體的時角會因天體周日視運動而發(fā)生變化，但赤緯不會發(fā)生變化。,5,第二赤道坐標(biāo)系,第二赤道坐標(biāo)系與第一赤道坐標(biāo)系的不同僅在于主圈過春分點的赤經(jīng)圈，主點春分點。第二坐標(biāo)赤經(jīng)，由春分點起逆時針量度，0－24H。在第二赤道坐標(biāo)系中，天體坐標(biāo)（包括赤經(jīng)和赤緯）不會因周日視運動而發(fā)生變化。,如無特別說明，赤道坐標(biāo)系通常即指第二赤道坐標(biāo)系。,黃道坐標(biāo)系,黃道坐標(biāo)系主要用于太陽系天體研究。天體黃道坐標(biāo)（包括黃經(jīng)和黃緯）不會因天體的周日視運動而發(fā)生變化。,基圈黃道主圈過春分點黃經(jīng)圈主點春分點第一坐標(biāo)黃緯，0－?90?。第二坐標(biāo)黃經(jīng)，春分點起逆時針量度,0－360?。,二銀道坐標(biāo)系的定義和演變,銀河系主體銀盤的對稱面稱為銀道面，其與天球相交的大圓稱為銀道，是銀道坐標(biāo)系中的基圈。銀道與天赤道在天球上相交兩點，由北銀極向銀道面看去，按逆時針方向從赤道以南向北通過赤道的一點稱為升交點，另一點稱為降交點。銀道的幾何極稱為銀極，其中的北銀極是銀道坐標(biāo)系的極。,天體在銀道坐標(biāo)系中的第一坐標(biāo)稱為銀緯，銀緯由銀道起沿銀經(jīng)圈向南北銀極分別量度，從0?到?90?，南銀緯取負(fù)值。,圖21銀道坐標(biāo)系與赤道坐標(biāo)系的關(guān)系。S為恒星,PNG和PEG分別為北銀極和北天極,CE表示天赤道,GE表示銀道，GC為銀心,Υ為春分點，Ω為銀道升交點，恒星S的銀道坐標(biāo)為L,B。,天體銀道坐標(biāo)不能直接加以測定，需通過赤道坐標(biāo)進行換算。為此，需要知道銀極的赤道坐標(biāo)。1958年以前北銀極的赤道坐標(biāo)取A,D12H40M,28o（19000歷元）。稱為標(biāo)準(zhǔn)銀極。所以1958年前采用的是以標(biāo)準(zhǔn)銀極為極，銀道升交點為銀經(jīng)起算點的銀道坐標(biāo)系，稱為舊銀道坐標(biāo)系，這一系統(tǒng)內(nèi)的銀經(jīng)、銀緯常記為LI,BI。,,1958年IAU第10屆大會根據(jù)新觀測資料,通過規(guī)定北銀極赤道坐標(biāo)的新值為A,D1950012H49M,27o24,同時規(guī)定銀經(jīng)改為從銀河系中心方向起算，稱為新銀道坐標(biāo)系。這一系統(tǒng)內(nèi)的銀經(jīng)、銀緯用LII,BII表示以示區(qū)別。,,,,10,天體赤道坐標(biāo)和銀道坐標(biāo)LII,BII間的換算關(guān)系為,其中銀道升交點的銀經(jīng)為。,三坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換在討論天體的空間位置時，根據(jù)研究問題的要求，經(jīng)常需要進行各類坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換。,有關(guān)的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換主要有1不同天球坐標(biāo)系坐標(biāo)間的轉(zhuǎn)換，如赤道坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為銀道坐標(biāo)等。2球面坐標(biāo)、直角坐標(biāo)、柱坐標(biāo)之間的互相轉(zhuǎn)換。3因采用的坐標(biāo)原點的不同而需要進行的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換，如日心坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為銀心坐標(biāo)；以天球中心為坐標(biāo)原點換算為以天球表面一點為坐標(biāo)原點時發(fā)生的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。4二維情況下的直角坐標(biāo)與極坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換。,,所有這些坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的幾何學(xué)原理都很簡單，重要的是在具體實施時必須十分仔細(xì)，包括要注意到不同坐標(biāo)可能會取不同的單位（量綱）。,§22星等系統(tǒng)和色指數(shù)一星等的基本概念天文學(xué)上通常用星等來表示天體的相對亮度，星等數(shù)越大亮度越小。規(guī)定1等星和6等星的亮度差為100倍。如設(shè)兩個天體的亮度分別為E1、E2，相應(yīng)的星等為M1和M2，則有,,星等相差1等的兩個天體，亮度之比約為25倍。,,由上式可得,稱為普森公式，可作為星等的定義,常數(shù)A是星等標(biāo)度的零點。由此可把星等的概念推廣。例如太陽的目視星等為－26M74，天狼星的目視星等為－1M6。星等概念是相對的，也適用于其他天體和天體系統(tǒng)。,1視星等和絕對星等直接測得的恒星亮度不能反映恒星的輻射強度。由亮度定義的星等稱為視星等。為比較不同天體的實際發(fā)光強度，引入絕對星等設(shè)想把天體放在10PC距離遠(yuǎn)地方時所測到的視星等。如以M和M表示某天體的視星等和絕對星等,R是天體的距離,以PC為單位，則有MM5–5LGR，而稱,,,為距離模數(shù)，這里還沒有考慮星際消光的影響。在許多工作中往往用距離模數(shù)來表征距離的遠(yuǎn)近距離模數(shù)越大，距離越遠(yuǎn)。如能設(shè)法得到某天體的距離模數(shù)，便可以推算出它的距離。,21,M–M5LGR–5,15,2建立星等系統(tǒng)的必要性,1天體亮度需通過輻射探測器來測定,探測器可以是人眼、照相底片、光電接收設(shè)備、CCD等，還可配以不同的濾光器。同一探測器對不同波長輻射的接收靈敏度是不同的,這種光敏度隨波長的變化關(guān)系用曲線來表示稱為分光響應(yīng)曲線，或光敏度曲線。,2不同探測器對同一波長輻射的光敏度是不相同的，因而有著不同的光敏度曲線。3不同天體在不同波段的輻射強度是不同的，稱為譜強度，原因是不同天體的物理性質(zhì)各異。,圖22不同探測器的分光響應(yīng)曲線,1－普通照相底片，2－光電光度計；3－正色照相底片（對黃光敏感）配黃色濾光器；4－正常人眼。,不同探測器得出的同一天體的輻射強度（星等）是不同的,由此便可得到天體的不同星等,構(gòu)成星等系統(tǒng)。同一天體的不同星等可用來研究天體的物理性質(zhì)。,,因為星等是相對的，測星等就是測定星等差。理論上說單一波長所測得的單色星等差與探測器的特性無關(guān)。但通常對星等的測定要涉及一定的波段寬度，這時測得的星等差就隨探測器的選擇性而不同。因而，對應(yīng)不同探測器就有著各種星等系統(tǒng)。由人眼測定的星等稱為目視星等MV。按照哈佛大學(xué)天文臺的零點，目視星等為1等的星，在地面上的照度約等于8310－9勒克司（米燭光）。,用普通藍(lán)敏照相底片測定的星等稱為照相星等MP,國際照相星等零點的規(guī)定是令目視星等介于55到65等之間A0型星的平均照相星等和目視星等相等。由正色照相底片加上黃色濾光片所測得的星等稱為仿視星等，它實際上已取代了目視星等。最后，利用不同光電探測器所測得的星等稱為光電星等。,1953年，約翰遜和摩根提出一種從300～700NM的寬帶光電測光系統(tǒng)UBV系統(tǒng)，是目前國際通用的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)，其中U為紫外星等，B是藍(lán)星等，V是黃星等。平均波長及半寬分別為360，40、440，100、550，80NM。1978年發(fā)表的光電UBV星表已列出了五萬多顆恒星的測光數(shù)據(jù)。,3幾種常用的星等系統(tǒng)由上面的內(nèi)容可知I星等的各種光度系統(tǒng)取決于探測器的分光敏度曲線；II取決于接收來自天體哪一波段的輻射。如目視星等的測量是從380～700NM，極大值在540NM附近；照相星等測定范圍360～540NM,極大值在420NM附近。,20,后來UBV系統(tǒng)又延伸到長波段，稱為RIJKLMNQ星等。表21給出了各種光電星等響應(yīng)曲線的平均波長和半寬。,表21寬帶測光系統(tǒng)的特性,Λ0－平均波長，ΔΛ－半寬，單位Μ,,,,,表22中帶測光系統(tǒng)的特性,除了UBV標(biāo)準(zhǔn)測光系統(tǒng)外，還有其他的測光系統(tǒng)，如UVBY中等帶寬系統(tǒng)等（表22。,4熱星等和熱改正熱星等是表征天體在整個電磁波段內(nèi)輻射總量的星等，通常用MBOL表示。如果輻射探測器對所有波長的輻射都一樣敏感（溫差電偶、測輻射熱計等有這種特性），則所獲得的星等稱為輻射星等。由于大氣消光和儀器消光（指接收設(shè)備光學(xué)部分的選擇吸收）的影響，輻射星等所反映的還不是到達地球的全部輻射，輻射星等經(jīng)大氣消光和儀器消光改正后才得到熱星等,,它是到達地球的恒星全部輻射的一種量度。熱星等不能直接由觀測加以確定，只能由多色測光的星等結(jié)合理論計算來求得。,為了把目視星等換算為熱星等必須加上一項改正,稱為熱改正，常用BC表示BCMBOLMV,二色指數(shù)和色余同一天體在任意兩個波段內(nèi)的星等差（短波段星等減長波段星等）稱為色指數(shù)。不同恒星表現(xiàn)出有很不相同的顏色，這是由于恒星在不同光學(xué)波段有著不同的輻射強度而引起的，因而恒星的顏色就同色指數(shù)和色溫度密切相關(guān)。色溫度又稱分光光度溫度，是表征天體在某一波段的連續(xù)譜能量分布的物理量。如在某一波段中，天體連續(xù)譜的能量分布與溫度為TC的絕對黑體輻射譜相近，則定義TC為該天體在這一波段的色溫度。,最常用的色指數(shù)是照相星等與目視星等之差，寬波段UBV三色測光系統(tǒng)則得出兩個色指數(shù)U－B和B－V?，F(xiàn)代天體物理工作中還用到其他一些形式的色指數(shù)，如V－R等。當(dāng)色指數(shù)B－V是一較大的正值時，說明光譜的藍(lán)光段光度與目視光度相比顯得比較弱,恒星呈紅色如獵戶?的B－V＝＋1M84。相反，藍(lán)星的B－V就是負(fù)的，比如仙王?的B－V＝－0M22。B－V的數(shù)值決定了表面溫度的大小,對應(yīng)關(guān)系如表23所示。,25,表23與色指數(shù)B－V相應(yīng)的恒星表面溫度,給定光譜型恒星所固有的色指數(shù)稱為正常色（內(nèi)稟色指數(shù)）。正常色可通過對近距星的測量求得。沒有星際消光影響時A0型星的B星等與V星等是相同的，所以對近距A0型星有C＝B－V＝0。由于星際消光物質(zhì)存在，星光通過星際空間后會變紅，稱為星際紅化。這是因為消光物質(zhì)對星光的散射與波長有關(guān),長波的散射小,短波的散射大,這種選擇散射效應(yīng)使觀測到的顏色比沒有散射時來得紅。,1內(nèi)稟色指數(shù)和星際紅化,2色余和星際消光,,22,23,,,,,24,如以A表示消光量,在UBV系統(tǒng)中對大部分天區(qū)有,星際消光與波長有關(guān)，觀測色指數(shù)與正常色指數(shù)不同。兩者之差稱為色余，對于不同色指數(shù)有不同色余。以UB0和BV0表示內(nèi)稟色指數(shù)，則相應(yīng)的色余為,星際紅化使天體顯得偏紅，色余為正，稱為正色余,色余與光線穿過的距離成正比。某些情況下色余為負(fù),稱為紫外色余。利用色余可確定總消光量，由式22及24的第二式可得到AV31EBV如由觀測得到B－V，通過其他途徑知道B－V0,就可得出EBV,再利用式25,消光AV也就知道了。,25,1光譜分類恒星光譜一般是連續(xù)譜背景上分布著一些吸收線，少數(shù)還兼有發(fā)射線。光譜在連續(xù)譜能量分布、譜線數(shù)目和強度以及特征譜線等方面有很大的差異。決定光譜形態(tài)的因素有恒星大氣物質(zhì)的物理性質(zhì)、化學(xué)成分和運動狀態(tài)以及光線行進途中的吸收等。絕大多數(shù)恒星光譜的差異不是由于化學(xué)成份的不同，而是由于不同溫度和壓力引起恒星大氣,§23赫羅圖一光譜型和光度級,物質(zhì)的激發(fā)和電離狀態(tài)之差異而形成的。對元素成分相同的恒星來說，造成光譜差異的原因是恒星大氣中溫度和壓力的不同；而溫度相同的巨星和矮星間光譜的差異則是由壓力不同引起的。,30,吸收線存在表明恒星大氣外層溫度較低，對溫度較高內(nèi)層部分的輻射進行選擇吸收。發(fā)射線一般是由離恒星本體較遠(yuǎn)的稀薄氣體（星周氣體）產(chǎn)生的，所以觀測到的光譜是恒星光譜和星周氣體光譜的混合。,恒星光譜雖然形態(tài)眾多，然而并不是沒有規(guī)律可循，它們可以分為若干種類型，而同一類型恒星的光譜則相差很少。目前通常采用的是經(jīng)過一些修正和補充的哈佛分類法。美國哈佛大學(xué)天文臺于19世紀(jì)末提出的光譜分類系統(tǒng)，主要判據(jù)是光譜中譜線的相對強度和形狀，同時也考慮到連續(xù)譜的能量分布。,哈佛分類序列,哈佛分類序列是一個連續(xù)的序列，它實際上反映了一個最重要的因素，即恒星表面層平均溫度的變化。最熱的O型星溫度高達40000K，最冷的M型星只有3000K。在這一系統(tǒng)中，太陽屬G2型；S和R、N兩個分支可能反映了化學(xué)組成的差別。,在哈佛分類序列中，各個類型之間是逐漸過渡的，每一光譜型又分為10個次型，用拉丁字母后的阿拉伯?dāng)?shù)字0－9來表示，如O5、B8、G2等。并非每一個光譜型都有十個次型，次型由譜線相對強度所確定,有些次型是缺項的。,2不同光譜型恒星的主要特征,O型藍(lán)白，電離HE比中性HE強，30000KB型藍(lán)白，電離HE比中性HE弱，11000－30000KA型白色，H強度最大，電離鈣出現(xiàn)，7200－11000KF型黃白，電離鈣強，H減弱，中性金屬出現(xiàn)，6000－7200KG型黃色，電離鈣強，中性金屬強，5200－6000KK型橙色，中性金屬強，電離鈣減弱，3500－5200KM型紅色，中性金屬強,出現(xiàn)分子吸收譜線,0，故觀測樣本的平均絕對星等，總是小于母體的平均絕對星等M0,也就是偏亮。如設(shè)方差為05,則兩者約相差015等。MALMQUIST偏差對樣本方差的影響為,四質(zhì)量函數(shù),質(zhì)量函數(shù)定義為恒星按質(zhì)量大小的相對分布，或者說某一質(zhì)量范圍內(nèi)恒星的數(shù)目占恒星總數(shù)的比例。它與光度函數(shù)的定義是類似的，只是把絕對星等代之以質(zhì)量。星團的質(zhì)量函數(shù)對于研究星團內(nèi)恒星的演化具有重要意義。通常認(rèn)為星團恒星具有大致相同的年齡和化學(xué)組成，主要區(qū)別在于質(zhì)量不同。任何有關(guān)星團演化的理論，必須對目前觀測到的星團內(nèi)恒星的質(zhì)量函數(shù)做出解釋，或者說質(zhì)量函數(shù)對演化理論給以觀測約束。,星團內(nèi)恒星誕生之時所具有的質(zhì)量函數(shù)稱為恒星的初始質(zhì)量函數(shù)，因而也就是與赫羅圖上零齡主序相對應(yīng)的恒星質(zhì)量函數(shù)。為得到質(zhì)量函數(shù)，必須先求得恒星的質(zhì)量，這時往往需要用到恒星的質(zhì)光關(guān)系。,在恒星的質(zhì)量和內(nèi)稟光度（絕對星等）之間存在著重要的關(guān)系，即質(zhì)光關(guān)系，說明恒星在質(zhì)量和能量之間存在某種聯(lián)系。質(zhì)量是恒星最重要的物理參量之一，目前可靠確定恒星質(zhì)量只能利用少數(shù)特定的雙星，而質(zhì)光關(guān)系則開辟了另一條途徑。,60,1920年代，愛丁頓從理論上導(dǎo)出以下質(zhì)光關(guān)系觀測資料表明，90％的主序星都遵循相當(dāng)確定的質(zhì)光關(guān)系,,,,MB為恒星的絕對熱星等。,表28給出了恒星質(zhì)量、半徑和光度之間的關(guān)系，前者又稱為質(zhì)徑關(guān)系。,表28恒星的質(zhì)量－半徑－光度關(guān)系,§25天體的空間運動一描述天體空間運動的幾種方式,任何物體的空間運動都是三維的，包括恒星、星系在內(nèi)的天體也不例外。因此，理論上說可以在三維直角坐標(biāo)、球坐標(biāo)或者柱坐標(biāo)中來表述天體的空間運動。在天文學(xué)中，由于引入了天球和天球坐標(biāo)的概念，描述天體空間運動時最常用的是三維球坐標(biāo)。其中，沿著觀測者視線方向的運動分量稱為天體的視向速度，與視線方向相垂直的2個運動分量稱為天體的切向速度，它們都可以通過觀測獲取。,圖26太陽空間運動在銀道柱坐標(biāo)中的3個分量，Σ1為徑向分量，Σ2為周向分量，Σ3為垂向分量。,上述三維球坐標(biāo)可以是赤道坐標(biāo)，也可以是銀道坐標(biāo)，后者在星系天文學(xué)中更為常用。在討論與銀河系運動學(xué)有關(guān)的問題中，往往還會用到銀道柱坐標(biāo)。這時，3個運動分量分別為徑向分量、周向分量和與銀道面相垂直的分量。,二自行和切向速度恒星空間速度V可以分解為視向分量VR和切向（橫向）分量VT,VT又可以沿赤經(jīng)、赤緯方向進一步分解為VΑ和VΔ，所以有,,,,,,當(dāng)然，根據(jù)工作需要也可以把VT沿銀經(jīng)、銀緯方向分解。需要注意的是在分解過程中，決定三個方向的坐標(biāo)系原點位于被研究的那個恒星所在的位置上。對于不同的恒星，坐標(biāo)系的原點和坐標(biāo)軸空間取向都是不同的，稱為局部坐標(biāo)系，又可以有局部赤道坐標(biāo)系或局部銀道坐標(biāo)系之分。,,65,切向速度并不是直接可觀測量，只能通過測定恒星的自行和距離來求得。所謂恒星自行是指單位時間（通常取1年或100年）內(nèi)恒星在天球上位置的變化，稱為年自行或百年自行。因此，自行就是恒星在天球上的運動角速度。,為測定恒星的自行，至少需要在兩個不同的時間來測量恒星的天球位置（赤經(jīng)和赤緯）。除了觀測和測量設(shè)備自身的精度外，這兩個時間（天文學(xué)上稱為觀測歷元）相隔越長，即歷元差越大，年自行的測定精度就越高。,盡管恒星的實際空間運動速度可達每秒幾十公里或更高,但由于距離很遠(yuǎn)，表現(xiàn)為恒星的自行運動是很小的。就肉眼可見的恒星來說，自行大多小于每年0″1，而暗星的自行往往比這更小。另一方面，河外天體因為距離非常遠(yuǎn)，通?？烧J(rèn)為它們的自行為零。天文學(xué)家憑借高精度的空間天文觀測手段（依巴谷天體測量衛(wèi)星），已經(jīng)測得了幾十萬顆恒星的年自行，精度好于千分之一角秒。,恒星自行的確定對于天文實測工作來說是必不可少的，它們是星表的重要組成部分。,三視向速度不同恒星的空間運動速度和速度的3個分量各不相同，其中自行會改變不同恒星在天空中的相對位置。另一方面，恒星視向速度所產(chǎn)生的效應(yīng)是使恒星遠(yuǎn)離或靠近觀測者，但不會改變觀測者所看到的不同恒星在天空中的相對位置。,恒星視向速度測定的基礎(chǔ)是物理學(xué)上的多普勒效應(yīng)，這一效應(yīng)的數(shù)學(xué)表達式是,,其中光速C和靜止波長Λ0是已知的,Λ可以通過實測來加以確定,于是利用多普勒效應(yīng)即可得出光源（天體）的視向速度V。大量的實測結(jié)果表明，約50恒星的視向速度不超過每秒18公里，80恒星的視向速度不超過每秒30公里。另一方面，星系的視向速度要大得多，可達每秒幾千公里甚至更大。,圖27多普勒效應(yīng)使恒星光譜中的譜線發(fā)生位移,天體的視向運動有兩種情況如果天體在遠(yuǎn)離地球運動，就有ΛΛ0，觀測譜線與靜止譜線相比較是向光譜的紅端（長波）方向移動，V0，稱為譜線紅移。反之，當(dāng)天體在接近地球運動時，ΛΣ0。,Σ0的計算通?？刹捎脙煞N方法。一是在Σ中扣除VI觀測誤差的影響，另一種在確定成員天體的過程中直接求得Σ0。前一種方法在實用上會有一定的困難。,2參與公式26計算的只能是成團天體的成員，不能混入非成員天體。這就涉及如何正確判定團成員的問題,而這一問題的徹底解決頗為不易，甚至無法做到。我們將在有關(guān)星團成員確定的內(nèi)容中作較為詳細(xì)的說明。,間接計算內(nèi)稟速度彌散度的困難,所謂“間接計算”是指先由速度觀測值VI得出觀測彌散度Σ，然后在Σ中扣除VI中觀測誤差ΕJ的影響以得出內(nèi)稟彌散度Σ0,計算公式為,,并可進而設(shè)法估算Σ0的確定精度（中誤差）；上式中L為參與計算的天體的數(shù)目?，F(xiàn)在的問題是，對于一個星團來說在L個參與計算的樣本恒星中，很可能會混入非星團成員的恒星，這就會影響到星團內(nèi)稟彌散度Σ0的最后結(jié)果，通常使Σ0估算值偏大。在具體工作中，必須考慮到這一點。,§26視差和視差位移,一視差的定義,從兩個不同位置觀測同一目標(biāo)兩視線方向的差異稱為視差，天文學(xué)上稱天體對地球公轉(zhuǎn)軌道半徑的最大張角為周年視差，簡稱視差。顯然，天體離太陽越遠(yuǎn)視差越小，如能設(shè)法測出天體的視差?，就可以求得天體的距離R。如?以角秒為單位，距離以秒差距為單位，則可以有簡單關(guān)系,,正因為有上述簡單關(guān)系，天文學(xué)上往往把視差看作是距離的同義語。太陽系范圍內(nèi)常用距離單位為AU，太陽系附近區(qū)域用光年或秒差距，銀河系天文學(xué)中常用KPC，而宇宙大尺度結(jié)構(gòu)則往往用MPC為單位。,二周年視差對天體坐標(biāo)的影響,由球面天文學(xué)可知，周年視差對恒星黃道坐標(biāo)的影響公式為,,式中和為恒星在日心坐標(biāo)和地心坐標(biāo)中的黃經(jīng)、黃緯,A為日地平均距離,R為地球向徑,L是太陽黃經(jīng)。公式中的角度量均以角秒為單位。因R/A的范圍在（1－1/60，1＋1/60）之間,故近似有R/A≈1,再令,,,,X,Y分別為恒星因視差存在而在黃緯圈和黃經(jīng)圈上的位移量。,,,80,于是不難得出,由上式可見，因周年視差的影響恒星在一年內(nèi)于天球上描繪出一個橢圓，稱為視差橢圓，其中心位置即是恒星在日心坐標(biāo)系中的位置。對于黃極上的恒星，?＝90?，橢圓變成半徑為Π的一個圓；而對于黃道上的恒星，因為?＝0?，橢圓退化為一條長2Π的線段。,恒星周年視差對天體赤道坐標(biāo)的影響是,其中,稱為視差因子。前式給出把恒星地心位置化算為日心位置的改正數(shù)公式。表面上看，只要在不同日期（稱為歷元）對恒星位置進行2次觀測,即可得出它的視差；實際上由于恒星還存在自行，故至少需要作3次觀測。,星系天文學(xué)發(fā)展簡史,一、星系天文學(xué)的研究對象,星系是宇宙的基本組成單元，其中包括銀河系。星系是由大量恒星和星際物質(zhì)組成的天體系統(tǒng)。星系天文學(xué)的內(nèi)容是從總體上研究星系及其組成成份的物理化學(xué)性質(zhì)、結(jié)構(gòu)、運動學(xué)和動力學(xué)狀態(tài),及其演化規(guī)律，其中研究銀河系的部分稱為銀河系天文學(xué)，其前身是恒星天文學(xué)。恒星天文學(xué)主要研究恒星、星際物質(zhì)及各種恒星集團的空間分布和運動學(xué)、動力學(xué)特性,而銀河系天文學(xué)還包括研究銀河系總體結(jié)構(gòu)和特性、大尺度運動和演化等問題。,恒星天文學(xué)和恒星物理學(xué)有密切的關(guān)系。第一，恒星天文研究需應(yīng)用天體物理方法取得的各種觀測資料，如星等、色指數(shù)、光譜型、光度級、視向速度等。這些數(shù)據(jù)的取得有時列入恒星物理學(xué)，有時列入實測天體物理學(xué)，但廣義上說也可列為恒星天文學(xué)內(nèi)容。第二，恒星天文學(xué)和恒星物理學(xué)有一些共同的研究目標(biāo),即認(rèn)識恒星、恒星系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與演化，為掌握銀河系以至更大尺度上物質(zhì)宇宙的發(fā)展規(guī)律提供重要資料。,這兩門學(xué)科之間也有明顯的區(qū)別。這主要表現(xiàn)在恒星天文學(xué)著重于對大批恒星進行綜合研究，而恒星物理學(xué)則著眼于研究個別恒星。在恒星天文學(xué)研究中需要大量的天體物理觀測資料，而在恒星物理學(xué)中則往往是對少數(shù)有代表性天體的物理化學(xué)性質(zhì)進行細(xì)致分析。,此外，天體的溫度、密度、磁場強度、化學(xué)組成的測定，以及對這些天體上出現(xiàn)的物理現(xiàn)象的解釋通常歸于恒星物理學(xué)，而不是恒星天文學(xué)。另一方面，恒星物理一般不研究恒星的運動及恒星系統(tǒng)的運動學(xué)和動力學(xué)演化。,

簡介：古代天文與歷法,,,古人對于天文的認(rèn)識,古人為了觀象授時，首先要認(rèn)識星象，星官的概念是逐步產(chǎn)生的，按索隱“案天文有五官，官者星官也。星座有尊卑，若人之官曹列位，故曰天官”。星官是天區(qū)劃分的產(chǎn)物，或許對于最初的游牧民族來說判斷方向要比判斷季節(jié)更重要，最初僅注意到東南西北四個方向的星象，因而最早的星官應(yīng)該就是把星象分成的東南西北四個大區(qū)，這就是所謂的四象，四維，四陸或四獸了，在殷商時就應(yīng)該有四獸的劃分。用北極星判斷方向是人類最早觀測星象的結(jié)果，因此古代就把北極附近的星空定位為中官，史記天官書就把星象分為五大區(qū)，就是東南西北四官（四獸）加中官，,三垣與二十八宿,隋步天歌把北極附近的星象分為三垣，其余分屬二十八宿，我國把全天分為三垣二十八宿是從隋步天歌延續(xù)下來的。所謂三垣紫微垣、太微垣、天市垣。紫微垣北極星周圍36°的星區(qū)。居于北天中央的位置。即五宮當(dāng)中的中宮，又稱紫微宮或紫宮?！白稀笔恰按恕币猓皩m”是“中”意。因為天神運動，陰陽開合，都在此宮之內(nèi)，所以叫“紫宮”。太微垣紫微垣西南。天市垣紫微垣東南。,二十八宿,東方蒼龍七宿角、亢、氐、房、心、尾、箕；北方玄武七宿斗、牛（牽牛）、女（須女）、虛、危、室（營室）、壁（東壁）；西方白虎七宿奎、婁、胃、昴、畢、觜、參；南方朱雀七宿井（東井）、鬼（輿鬼）、柳、星（七星）、張、翼、軫。,二十八宿釋義,角龍角。黃道在這兩星間穿過，因此日月和行星常會在這兩顆星附近經(jīng)過，古籍稱角二星為天關(guān)或天門?？壕褪驱埖难屎?。爾雅釋鳥上云“亢，鳥嚨”，注稱“亢即咽，俗作吭?！必嫡f文至也。從氏下箸一。一，地也。凡氐之屬皆從氐。史記天官書氐為天根爾雅釋天天根，氐也。索隱“孫炎以為角、亢、下系于氐，若木之有根也。房胸腑。史記天官書房為府，天駟也。府通腑。爾雅釋天天駟，房也。大辰、房、心、尾也。大火謂之大辰。郭注云龍為天馬，故房四星謂之天駟。龍星明者以為時候，故曰大辰。大火，心也，在中最明，故時候主焉。心龍心。心星，古代稱之為火，大火，或商星。尾龍尾，左傳童謠云‘丙之晨，龍尾伏辰’，注稱“龍尾者，尾星也。日月之會曰辰，日在尾，故尾星伏不見。”箕簸箕，其形像簸箕。詩小雅“維南有箕，不可以簸揚。”指的便是它?？f文兩髀之間，廣雅“胯，奎也?？奘?，左右兩半正如兩髀的形狀。,,婁通摟。摟，說文“曳聚也”，集韻“曳也，通作婁”，公羊“牛馬維婁”，注稱“系馬曰維，系牛曰婁?！笔酚浱旃贂皧錇榫郾??！惫糯奶煳牡浼邪褗渌抟暈橹鞴苣琉B(yǎng)犧牲或興兵聚眾的地方。胃釋名“胃，圍也，圍受食物也?！笔酚浱旃贂拔笧樘靷}。”昴史記天官書“昴曰髦頭”，髦，說文“發(fā)也”。昴又稱為留，留有簇聚、團屬之意。古人用昴宿來定四時，尚書堯典“日短星昴，以正仲冬”，是指如果日落時看到昴宿出現(xiàn)在中天，就可以知道冬至到了。畢儀禮“宗人執(zhí)畢先入”，注稱“畢狀如乂”。詩小雅“有捄天畢”，朱熹注“天畢，畢星也，狀如掩兔之畢”。史記天官書上說“昴畢間為天街”，是指日月行星常經(jīng)過這里。詩經(jīng)稱“月離于畢，俾滂沱矣”。是指月亮經(jīng)過畢宿時雨季來臨。參西步天歌“參宿七星明燭宵，兩肩兩足三為腰”。參宿在夜空中的奪目程度由此可見一斑。從冬季到次年的初夏，參宿都是夜空中最醒目的一個星座。唐風(fēng)“三星，參也?！眳⑹窍笮蔚膶懛?，象征了腰帶三星。左傳上載“昔高辛氏有二子，伯曰閼伯，季曰實沈，居于曠林，不相能也。日尋干戈，以相征討。后帝不臧，遷閼伯于商丘，主辰。商人是因，故辰為商星。遷實沈于大夏，主參。”辰即心宿，參宿一和心宿二的赤經(jīng)相差約180度，同一地方的人們不能在同一時間看到它們，因此民間有“參商不相見”的說法。,,觜說文“鴟奮頭上角觜也“，注稱“凡羽族之咮銳，故鳥咮曰觜。”觜宿三小星位于參宿兩肩上方，形狀可與角狀的鳥嘴相聯(lián)系，故名。斗也稱南斗。與北斗七星一樣，南斗六星在天空中的形狀也很像斗，故名，但南斗的范圍和亮度較之北斗則有所不及了。牛古稱牽牛；女古稱婺女或須女。一說牛宿和女宿的名字是從牛郎和織女二星轉(zhuǎn)移而來。虛說文“丘謂之虛。”古代的城邑，往往是丘居的，在城邑毀滅后，丘就改稱為墟。虛位于北官的中央，爾雅釋天“玄枵，虛也。”注稱“虛在正北，北方色黑，枵之言耗，耗亦虛意?！币虼颂撚写笄穑实丶疤摵牡囊馑?。尚書堯典中記載的四仲中星里就有虛宿，“宵中星虛，以殷仲秋?！蔽Ｊ俏輻澲系囊馑?。索隱中引禮記稱“中屋履危，蓋升屋以避兵也?！笔酚浱旃贂拔樯w屋?！睍x書天文志“危三星，主天府市架屋?！笔液捅谑窍噙B的兩宿，古有營室，東壁之稱。營室原為四星，成四方形，有東壁，西壁各兩星，正如宮室之象。周官梓人“龜蛇四游，以象營室也?！?，史記．天官書太歲在甲寅，鎮(zhèn)星在東壁，故在營室。其后東壁從營室中分出，成為了室，壁兩宿。曾侯乙墓漆箱蓋上稱這兩宿為西縈與東縈。,,井史記天官書“東井為水事”，井宿八星的形狀有如一個水井，故名。鬼又稱輿鬼。輿，集韻“眾也”，因此輿鬼可理解為眾鬼之意；說文“輿，車底也”，鬼宿四星呈方形，似車，這或是另一層意思。步天歌“四星冊方似木柜，中央白者積尸氣”，觀象玩占“鬼中央白色如粉絮者，謂之積尸氣。一曰天尸，主死喪祠。”柳原名為咮，咮是鳥嘴的意思，這與角為龍角的意義相似。爾雅釋天“咮謂之柳，柳，鶉火也”，注稱“鶉，鳥名；火屬南方”。柳宿八星，形狀彎曲，像鳥嘴，也像垂柳，步天歌“柳八星，曲頭重如柳”。星禮記月令稱“孟春之月，旦七星中”，指的便是它。史記天官書“七星，頸，為員官，主急事”，史記索隱“頸，朱鳥頸也。員官，喉也。物在喉嚨，終不久留，故主急事?！睆垹栄拧傍B張嗉”，注稱“嗉，鳥受食之處也?！笨梢姀埶奕∫庥谥禅B。史記律書另有所指“張，言萬物皆張也?！睆埶蘖?，其形狀像張開的弓矢。翼也取意于朱鳥，史記天官書“翼為羽翮”。翼宿二十二星，形狀就如張開的鳥翼。軫在曾侯乙墓的漆箱蓋上寫作車，史記天官書“軫為車”，索隱“軫四星居中，又有二星為左右轄，車之象也。”說文“軫，車后橫木也”，轄是指車軸上插著的小鐵棍，可以使輪子不脫落。,,國語武王伐紂，歲在鶉火。滕王閣序星分翼軫，地接衡廬物華天寶，龍光射牛斗之墟。,古代歷法,古代先民為了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和社會生活的需要，根據(jù)所觀察到的太陽和月亮的運行規(guī)律制定了一套陰陽結(jié)合的歷法。日晝夜變化，太陽的起落為依據(jù)。月盈闕往復(fù)，月亮的變化為依據(jù)。大概為2953日。年說文年，谷熟也。莊稼成熟的周期，也即地球繞日一周的時間，稱太陽年。大概為3652425日。十二月大月三十天，小月各二十九天，全年354日，少于太陽年1125日，故三年一置閏，來協(xié)調(diào)陰陽二歷，最后大抵固定在十九年七閏月。堯典所謂“以閏月定四時”是也。,二十四節(jié)氣,古人根據(jù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)積累的經(jīng)驗，將一年當(dāng)中的二十四個特殊日子定為二十四節(jié)氣，每個節(jié)氣相隔半月左右。實際上這表示地球在繞太陽公轉(zhuǎn)軌道上的二十四個不同位置，和陽歷相關(guān)，和陰歷無關(guān)，不存在相對應(yīng)關(guān)系。立春、雨水、驚蟄、春分、清明、谷雨、立夏、小滿、芒種、夏至、小暑、大暑、立秋、處暑、白露、秋分、寒露、霜降、立冬、小雪、大雪、冬至、小寒、大寒。,古代紀(jì)日,東漢以前用干支紀(jì)日，由天干單數(shù)與地支雙數(shù)合成六十組。天干甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸地支子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥１甲子２乙丑３丙寅４丁卯５戊辰６己巳７庚午８辛未９壬申10癸酉11甲戌12乙亥13丙子14丁丑15戊寅16己卯17庚辰18辛巳19壬午20癸未21甲申22乙酉23丙戌24丁亥25戊子26己丑27庚寅28辛卯29壬辰30癸巳31甲午32乙未33丙申34丁酉35戊戌36己亥37庚子38辛丑39壬寅40癸卯41甲辰42乙巳43丙午44丁未45戊申46己酉47庚戌48辛亥49壬子50癸丑51甲寅52乙卯53丙辰54丁巳55戊午56己未57庚申58辛酉59壬戌60癸亥,,殷人稱十日為一“旬”，一旬之內(nèi)的未來日為“翌”，一旬之外的為“來”，過去的日子為“昔”，旦清晨，夕晚上，明黎明，昃日下午，昏黃昏，大采朝，小采夕。周代開始稱每月第一天為朔，初三為腓，月中為望，隔日為既望，末日為晦。古人用十二地支表示每日的十二時辰，每個時辰相當(dāng)于現(xiàn)在的兩小時。,,,【子時】夜半，又名子夜、中夜十二時辰的第一個時辰。（23時至01時）?！境髸r】雞鳴，又名荒雞十二時辰的第二個時辰。（01時至03時）?！疽鷷r】平旦，又稱黎明、昧旦時是夜與日的交替之際。（03時至05時）?！久畷r】日出，又名日始等指太陽冉冉初升的那段時間。（05時至07時）?！境綍r】食時，又名早食等也就是吃早飯時間，（07時至09時）?！舅葧r】隅中，又名日禺等臨近中午的時候稱為隅中。（09時至11時）?！疚鐣r】日中，又名日正、中午等（11時至13時）?！疚磿r】日昳，又名日跌、日央等太陽偏西為日跌。（3時至15時）。【申時】哺時，又名日鋪、夕食等（15時至17時）?！居蠒r】日入，又名日落、日沉、傍晚太陽落山的時候。（17時至19時）?！拘鐣r】黃昏，又名日夕等太陽已經(jīng)落山，天地昏黃。（19時至21時）?！竞r】人定，又名定昏等此時夜色已深，人們也已經(jīng)停止活動，安歇睡眠了。人定也就是人靜。（21時至23時）。,古代紀(jì)月,古代地支紀(jì)月法，規(guī)定每年各月固定用十二地支紀(jì)月，即把冬至所在的月（即夏歷十一月）為“子月”，下一個月即為“丑月”，依此類推（閏月視為上一月的重復(fù)，無地支）。古歷中的夏歷以寅月為正月，殷歷則以丑月（夏歷十二月）為正月，周歷則以子月（夏歷十一月）為正月。（這種制度被稱為“月建”，上述情況分別稱建寅、建丑、建子）。,特定名稱。歲首的月份叫正月（秦代因避始皇趙政諱改為端月），又叫孟陬；二月叫如，三月叫寎，四月叫余或除，五月叫皋，六月叫且，七月叫相，八月叫壯，九月叫玄，十月叫陽，十一月叫辜，十二月叫涂。詩小雅小明“昔我往矣，日月方除。曷云其還，歲聿云莫?！编嵭{“四月為除?！眹Z越語下“至于玄月，王召范蠡而問焉?！?古代紀(jì)年,歲星紀(jì)年法，古人把黃道附近一周天分為十二等分，由西向東命名為星紀(jì)、玄枵等十二次。歲星每年行經(jīng)一個星次。國語晉語君之行也，歲在大火。太歲紀(jì)年法，古人把黃道附近一周天同樣分為十二等分，由東向西用地支與其相配，稱為十二辰，恰與十二次相反，所以虛擬一個歲星為太歲（歲陰、太陰），進行稱呼。歲星在星紀(jì)為丑，則太歲在寅。,,甲子（閼逢困敦）乙丑（旃蒙赤奮若）丙寅（柔兆攝提格）丁卯（強圉單閼）戊辰（箸雍執(zhí)徐）已巳（屠維大荒落）庚午（上章敦戕）辛未（重光協(xié)洽）壬申（玄難）癸酉（昭陽作噩）甲戌（閼逢閹茂）乙亥（旃蒙大淵獻）丙子（柔兆因敦）丁丑（強圉赤奮若）戌寅（箸雍攝提格）己卯（屠維單閼）庚辰（上章執(zhí)徐）辛巳（重光大荒落）壬午（玄敦戕）癸未（昭陽協(xié)洽）甲申（閼逢君灘）乙酉（旃蒙作疆）丙戌（柔兆閹茂）丁亥（強圉大淵獻）戊子（箸雍困敦）己丑（屠維赤奮若）庚寅（上章攝提格）辛卯（重光單閼）壬辰（玄執(zhí)徐）癸巳（昭陽大荒落）甲午（閼逢敦戕）乙未（旃蒙協(xié)洽）丙申（柔兆君灘）丁酉（強圉作噩）戊戌（箸雍閹茂）已亥（屠維大淵獻）癸卯（昭陽單閼）甲辰（閼逢大荒落）乙巳（旃蒙大荒落）丙午（柔兆郭）丁未（強協(xié)洽）戊申（箸雍灘）己酉（屠維作噩）庚戌（上章閹茂）辛亥（重光大淵獻）壬子（玄困敦）癸丑（昭陽赤奮若）甲寅（閼逢攝提格）乙卯（旃蒙單閼）丙辰（柔兆執(zhí)徐）丁巳（強大荒落）戊午（箸雍郭）己未（屠維協(xié)洽）庚申（上章灘）辛酉（重光作噩）壬戌（率閹茂）癸亥（昭陽大淵獻）,北斗九星,天樞天璇天璣天權(quán)玉衡開陽搖光玄戈（輔星）招搖（弼星）,

簡介：現(xiàn)代天文學(xué)與諾貝爾物理學(xué)獎,第四章、太陽和磁流體力學(xué)1，太陽的基本情況2，太陽活動現(xiàn)象3，太陽對地球的影響4，光譜觀測5，太陽觀測設(shè)備6，阿爾文的太陽磁流體力學(xué),阿爾文瑞典天文學(xué)家太陽和宇宙磁流體力學(xué)獲1970年諾貝爾獎（阿爾文波，磁凍結(jié)）,阿爾文阿爾文1908年5月30日生于瑞典。在烏普沙拉大學(xué)畢業(yè)，1934年獲得博士學(xué)位。當(dāng)他還是博士研究生的時候，他就創(chuàng)立了一個關(guān)于宇宙輻射起源的理論。阿爾文善于提出新概念、新思想，從天文現(xiàn)象中發(fā)現(xiàn)新的物理規(guī)律，更善于把自己發(fā)展起來的理論用于解釋復(fù)雜的天文現(xiàn)象。他是太陽和宇宙磁流體力學(xué)新學(xué)科的奠基人。,瑞典天文學(xué)家阿爾文因為對宇宙磁流體動力學(xué)的建立和發(fā)展作出的卓越貢獻而榮獲1970年度諾貝爾物理學(xué)獎，這是對他近40年科學(xué)生涯最公正的評價。,1，太陽的基本情況,太陽的情況太陽是距離我們最近的恒星中等質(zhì)量的壯年恒星日地距離149597870千米半徑比地球大109倍體積是地球的130萬倍質(zhì)量為1991030千克是地球的33萬倍太陽是氣體球平均密度為1409克/厘米3,太陽的結(jié)構(gòu)內(nèi)核熱核反應(yīng)，產(chǎn)能區(qū)輻射層對流層光球光亮的球?qū)樱瑴囟?000K色球溫度比光球高,65628納米紅光很強日冕溫度百萬度射電輻射來自日冕,光球,黑子,1991年7月11日日全食時的日冕,日冕,太陽結(jié)構(gòu)模型,太陽化學(xué)組成太陽有68種元素氫784氦198％氧08碳03氮、氖、鎳各占02其余元素均在01以下,“太陽元素”的發(fā)現(xiàn)1868年8月18日，法國天文學(xué)家詹遜在印度觀測日全食時，發(fā)現(xiàn)日珥的兩條鈉線旁邊還有一條橙黃色明線（D3），不知是什么元素的譜線。在當(dāng)時化學(xué)家所列的表格中，沒有一種物質(zhì)有這條黃線，不能和已知的地球上任何元素的譜線不相對應(yīng)。于是把這種元素命名為氦，原意為“太陽”，曾稱”太陽元素”。27年后，一位名叫雷姆塞的英國化學(xué)家終于在地球上也找到了氦。,2，太陽活動現(xiàn)象,太陽磁場從縱的方向看，太陽各層大氣里的磁場很不相同；從橫的方向看日面各部分磁場相差很大，既有大范圍的大尺度磁場，也有直徑不到幾萬千米的小尺度磁場。太陽黑于磁場是最強的磁場。太陽活動都與磁場有關(guān)，磁場是活動區(qū)最本質(zhì)的特征。在磁結(jié)構(gòu)復(fù)雜的活動區(qū)，還能觀測到耀斑、射電爆發(fā)、日珥等。,日珥,太陽的紫外光圖象,太陽射電輻射圖象射電輻射來自日冕射電太陽比光球大,太陽的X射線圖象,黑子群,太陽黑子本影和半影,雙極黑子及其磁場分布示意圖,太陽黑子相對數(shù)變化的11年周期,黑子出現(xiàn)蝴蝶圖,每個活動周開始黑子出現(xiàn)在高緯區(qū)然后逐漸走向低緯區(qū),黑子“蝴蝶”圖在11年活動周期中，黑子分布呈現(xiàn)蝴蝶狀從高緯到低緯的變化。每只蝴蝶對應(yīng)一個活動周。黑子出現(xiàn)在南北緯度350之間。,黑子磁極性變化有22年周期日面上的偶極黑子群中，前導(dǎo)黑子總是與后隨黑子的極性相反。在同一個活動周中，南半球的前導(dǎo)和后隨黑子的極性情況是一樣的。南半球和北半球的情況相反。每一個太陽活動周期中，黑子群的磁極性分布保持不變，但下一個周期的情況則截然相反。,偶極黑子群中黑子磁場極性隨太陽周期的變化,,日珥在色球?qū)佑袝r有一束束竄得很高的火柱就是日珥，是一種十分美麗壯觀的太陽活動現(xiàn)象。日珥比光球暗得多，也只有在日全食時或者使用色球望遠(yuǎn)鏡才能看到。日珥一般高約幾萬公里，大大超過了色球?qū)拥暮穸?，主要存在于日冕層?dāng)中。寧靜日珥的形狀可數(shù)月不變。爆發(fā)日珥則以每秒700多公里的速度噴發(fā)到日冕中去。,耀斑在大的黑子群上面，比較容易發(fā)生的一種爆發(fā)現(xiàn)象。耀斑是太陽上最強烈活動現(xiàn)象。耀斑的最大特點是來勢猛，能量大。在短短一、二十分鐘內(nèi)釋放出的能量相當(dāng)于地球上十萬至百萬次強火山爆發(fā)的能量總和。耀斑產(chǎn)生在日冕的低層。耀斑和黑子有著密切的關(guān)系。,3，太陽對地球的影響,太陽對地球的影響1，給地球帶來的光明和溫暖，是地球能源的提供者。2，耀斑對地球有巨大影響，耀斑產(chǎn)生強大的由高能粒子組成的太陽風(fēng)，吹到地球附近，對地球產(chǎn)生影響對地球上的電訊有強烈的干擾；對正在太空遨游的宇航員有致命的威脅；在地球大氣高層產(chǎn)生極光。,美麗的極光極光是唯一能用肉眼看到的高層大氣中發(fā)生的物理現(xiàn)象極光發(fā)生在地球兩極高層大氣中來自太陽活動區(qū)帶電粒子闖入地球高層大氣，和大氣中的分子或原子碰撞而產(chǎn)生的放電過程由于地球磁場的作用，太陽高能粒子到達地球時就向地球磁極靠攏，因此在地球上高磁緯地區(qū)能看到極光,,極光的形態(tài)變化萬千，顏色絢麗多彩。極光的每一次出現(xiàn)，都好似大自然恩賜給人類的一幅美麗畫卷。凡是有幸親眼目睹過極光的人都會在他們的腦海里留下終身難忘的印象。,地球上看極光在磁緯60°－70°的區(qū)域內(nèi)，圍繞地球南北磁極的兩個圓環(huán)狀地帶。地球的北磁極在加拿大大境內(nèi)。地球的磁南北極與地理南北極之間大約相距11°。高緯度地區(qū)出現(xiàn)極光現(xiàn)象較多。磁緯越低的地區(qū)，只是偶而能見到極光。,極光橢圓,極光橢圓在地球磁場的作用下，從太陽來的高能粒子不能沿磁極區(qū)的磁力線作螺式下降。太陽風(fēng)從太陽攜帶來的磁場和地球場相互作用，放電過程是在以磁極為中心的圓形區(qū)域的邊界進行的。極光發(fā)生在圍繞磁極的一個近似橢圓形的環(huán)狀區(qū)域。人們稱之為極光橢圓。,4，光譜觀測,基爾霍夫光譜的三條定律（1870年，德國物理學(xué)家基爾霍夫發(fā)現(xiàn)）①熾熱的物體發(fā)出連續(xù)光譜；②低壓稀薄熾熱氣體發(fā)出某些單獨的明亮譜線；③較冷的氣體在連續(xù)光源前面產(chǎn)生吸收譜線。,給鐵條加溫1溫度低2溫度中等3溫度很高紅色黃色白色,123,太陽光經(jīng)過棱鏡后被分為七色光波長從400NM700NM毫微米）,黑體輻射譜12000K藍(lán)色6000K黃色3000K紅色,太陽的觀測曲線和5800K的黑體輻射譜的比較,吸收線和發(fā)射線吸收線在太陽連續(xù)光譜的上面有許許多多的粗細(xì)不等、分布不均的暗黑線，共有2萬多條。發(fā)射線在連續(xù)光譜上還有成千上萬條明亮的譜線。,電離,吸收線,發(fā)射線,能級和譜線發(fā)射線、吸收線和電離,連續(xù)譜,發(fā)射線,吸收線,黑體,星云氣體,,連續(xù)光譜和發(fā)射線,連續(xù)光譜和吸收線,太陽光譜研究太陽光譜（連續(xù)譜、發(fā)射線和吸收線）可給出太陽大氣的結(jié)構(gòu)、物理狀態(tài)、化學(xué)成分以及太陽活動的性質(zhì)等。,測量天體磁場的方法塞曼效應(yīng)19世紀(jì)末物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)在均勻磁場中，原子輻射產(chǎn)生的某一條發(fā)射譜線要分裂為兩條或三條，分裂程度與磁場強弱有關(guān)。天文學(xué)家利用塞曼效應(yīng)設(shè)計出觀測太陽和恒星磁場的設(shè)備。太陽是唯一的一顆能給出表面磁場分布的恒星。,,觀測到的譜線,塞曼效應(yīng)電子從高能級躍到低能級，發(fā)射一定頻率的譜線有磁場時，能級分裂導(dǎo)致譜線分裂分裂程度與磁場強度成正比，因此可以測磁場,5，太陽觀測設(shè)備,北京天文臺懷柔多通道太陽磁場望遠(yuǎn)鏡（世界首架）,北京天文臺懷柔多通道太陽磁場望遠(yuǎn)鏡（口徑為35厘米）通常采用光譜分析（塞曼效應(yīng)）方法測磁場，每次只能測日面上一條線上的磁場。80年代后期，懷柔站研制成世界首架磁場望遠(yuǎn)鏡，一次可以測出一塊面積上的磁場。能得到縱向磁場及分析出橫向磁場。能快速得到結(jié)果，因此可以研究磁場的變化。,,南京大學(xué)太陽塔,云南天文臺太陽望遠(yuǎn)鏡,北京天文臺正在研制的太陽空間望遠(yuǎn)鏡,6，阿爾文的磁流體力學(xué),（1）阿爾文于1937年（29歲）首先提出“銀河系的星際空間到處都存在磁場”在那時，人們并未觀測到，也不認(rèn)為銀河系到處都有磁場。這一假設(shè)一直受到冷落。,到40年代才發(fā)現(xiàn)銀河系存在磁場的跡象。到六十年代測出銀河系磁場的分布之后才最后證實阿爾文的假設(shè)。,磁場在宇宙中普遍存在地球的磁場強度很弱，只有05高斯。太陽的平均磁場約為2高斯，太陽黑子區(qū)域的磁場卻高達幾百至幾千高斯。有些恒星磁場很強，可達幾千至幾萬高斯白矮星的磁場達到105－107高斯。宇宙中磁場最強要算中子星，達到了108－1014高斯。銀河系星際空間的磁場僅有微高斯量級。,（2）阿爾文首先提出宇宙中普遍存在等離子體核外電子變?yōu)樽杂呻娮拥倪^程稱為電離。電離后的物質(zhì)變?yōu)檎x子和電子以及未經(jīng)電離的中性粒子所組成。這種狀態(tài)就是物質(zhì)的第四態(tài)等離子。,等離子體的形成物體在高溫條件下或受X射線、?射線的照射后，原子核外的電子因獲得足夠的能量擺脫原子核的束縛成為自由電子。這種核外電子變?yōu)樽杂呻娮拥倪^程稱為電離。電離后的物質(zhì)變?yōu)檎x子和自由電子，總體上還是電中性的。這種狀態(tài)就是物質(zhì)的第四態(tài)等離子體。,生活中見到的日光燈或霓虹燈，就是用人工方法在真空玻璃管中制造的低溫等離子體。,太陽是高溫等離子體球?qū)τ陔婋x氣體無論是部分電離還是完全電離的氣體，雖然在某些方面跟中性氣體有相似之處，如描述氣體的宏觀物理量密度、溫度、壓力等對電離氣體同樣適用，但是，它的主要性質(zhì)卻發(fā)生了本質(zhì)的變化，即電離氣體的行為主要受電磁力的支配。,恒星恒星表面的溫度在5000至10000K之間，在這個溫度范圍內(nèi)物質(zhì)只能部分電離。但是到了恒星的內(nèi)部，越向里去，溫度越高，電離程度越來越高，在恒星核心區(qū)的物質(zhì)則是100％地被電離。,星際氣體星際氣體的溫度比較低，但其體周圍的恒星輻射或高速星風(fēng)作用也會使其電離而成為等離子。宇宙中幾乎99％的物質(zhì)都是等離子體。實際上，在天文學(xué)的研究中，幾乎完全依靠等離子體的輻射來獲取信息。,（3）阿爾文發(fā)現(xiàn)磁凍結(jié)現(xiàn)象宇宙中既有等離子體又有磁場，磁場的變化就具有新的特點。阿爾文發(fā)現(xiàn)等離子體在磁場中運動的一個新現(xiàn)象，那就是磁凍結(jié)。等離子體在磁場中運動必然帶著磁力線一起運動，相當(dāng)于磁力線凍結(jié)在物質(zhì)里面了，或者說等離子體粘連在磁力線上了。,磁場凍結(jié)的條件－－磁場擴散非常慢在天體物理的研究對象中，如太陽黑子、太陽及銀河系等幾何尺度非常大，總滿足磁場擴散非常慢的條件，因此天體物理研究中的等離子體基本上是和磁場凍結(jié)在一起的。等離子體要運動必然帶著磁力線一起運動。,磁場的羅侖茲力,電子射線管的陰極射出電子束在磁場中的偏轉(zhuǎn),等離子體在磁場中的運動等離子體是流體要遵從流體力學(xué)的規(guī)律。等離子體在磁場中運動又要遵從電動力學(xué)的規(guī)律。僅用流體力學(xué)或電動力學(xué)都不能正確解釋它們在磁場中的運動的特征。,等離子體在磁場中作螺旋軌道運動等離子體在磁場中的運動受到羅倫茲力的作用。當(dāng)帶電粒運動方向與磁力線垂直，羅倫茲力只改變粒子的運動方向，使它們作勻速圓周運動。正離子的質(zhì)量比電子的大得多，因此其回旋半徑大，距磁力線要遠(yuǎn)。當(dāng)帶電粒子的運動方向與磁力線不垂直時，帶電粒子則按螺旋狀軌道運動。,羅侖茲力＝QVB,電子在均勻磁場中運動初速度方向和磁場垂直,（4）阿爾文波－－磁流體力學(xué)波1942年阿爾文發(fā)現(xiàn)了磁流體力學(xué)波。在等離子體和磁場凍結(jié)在一起的情況下，磁力線存在著張力。彈撥樂器的弦線，在外力的作用下，就發(fā)生振動，產(chǎn)生沿弦線方向的橫波傳播。粘附著等離子體的磁力線也像一根弦線一樣，當(dāng)在垂直磁力線方向上受到擾動后，也會產(chǎn)生一種橫波。,阿爾文波速度公式阿爾文波的速度僅是磁場強度（B）和密度（Ρ）的函數(shù)。磁場越強，密度越小，速度越大。,無人相信阿爾文波流體力學(xué)理論認(rèn)為一般的理想流體中是沒有橫波的。阿爾文提出后，學(xué)術(shù)界無人相信。實驗證實阿爾文用水銀作實驗，磁場是1000高斯，結(jié)果得到了速度約為75厘米/秒的阿爾文波。確認(rèn)阿爾文波存在，并與理論估計的一致。,（5）太陽活動規(guī)律及其解釋1，太陽黑子相對數(shù)變化的11年周期。2，在11年活動周期中，黑子分布呈現(xiàn)蝴蝶狀從高緯到低緯的變化。每只蝴蝶對應(yīng)一個活動周。3，日面上的偶極黑子群中，前導(dǎo)黑子總是與后隨黑子的極性相反。4，太陽磁極性變化有22年周期。,太陽黑子理論1942年，阿爾文就用阿爾文波來解釋太陽黑子的形成和它們的11年周期性變化，逐漸發(fā)展成為系統(tǒng)的太陽黑子理論。太陽黑子中的對流過程可以激發(fā)出阿爾文波，由于阿爾文波沿磁場傳播把能量帶走，導(dǎo)致黑子內(nèi)部溫度下降，從而解釋黑子的溫度比較低的觀測事實。,太陽活動周的理論解釋,圖（A）太陽普遍磁場在太陽的相對淺層內(nèi)有南北方向的磁場，磁力線在光球之下；磁力線在太陽一個極區(qū)穿出，從另一個極區(qū)穿入（圖A）,條形磁鐵的磁力線分布情況磁鐵外部的磁力線都是從磁鐵的N極出來，進入S極的。,圖（B）磁凍結(jié)和較差自轉(zhuǎn)物質(zhì)和磁力線彼此“凍結(jié)”在一起，物質(zhì)運動也要把磁力線帶著一起運動。（圖B）較差自轉(zhuǎn)使磁力線纏繞，使磁場增強，局部擾動也使磁場增強，出現(xiàn)局部強磁場區(qū)。,太陽的較差自轉(zhuǎn)太陽赤道轉(zhuǎn)得快約26天轉(zhuǎn)一圈極區(qū)轉(zhuǎn)得慢約35天轉(zhuǎn)一圈,太陽赤道轉(zhuǎn)得快約26天轉(zhuǎn)一圈極區(qū)轉(zhuǎn)得慢約35天轉(zhuǎn)一圈,圖（C）磁浮力磁場越強，磁浮力越大。把光球之下的物質(zhì)連同凍結(jié)在一起的磁力線浮出光球表面，磁力線并未斷開，形成“雙足‘”，即雙極黑子（圖C）,圖D極區(qū)磁場的抵銷與反轉(zhuǎn)磁極太陽活動前半周，黑子出現(xiàn)在高緯度，偶極群的后隨部分逐轉(zhuǎn)漸向極區(qū)擴散，不斷和極區(qū)磁場中和，使極區(qū)磁場減小。在活動極大期，極區(qū)磁場全部被中和掉。接著開始了極區(qū)磁性的反轉(zhuǎn)。,6太陽系演化幾十種太陽系起源的學(xué)說可分為兩類。一類認(rèn)為太陽系是由同一塊星云物質(zhì)凝聚而成的，另一類則認(rèn)為太陽系是一次突然的災(zāi)變中產(chǎn)生的。20世紀(jì)的研究，星云說占上風(fēng)。1942年以后阿爾文發(fā)表了一系列的論文，并在1954年和1976年出版專著太陽系的起源和太陽系的進化。成為影響較大、比較成熟的一種。,太陽系形成的拉普拉斯星云說一團熾熱的球形星云由于冷卻收縮和自轉(zhuǎn)離心力的作用分離出一個個氣體環(huán)。收縮使自轉(zhuǎn)加快，形狀變扁。引力和離心力相等時停止收縮，離心力超過引力時便分離出一個圓環(huán)，最后形成行星。,阿爾文的太陽系的起源學(xué)說高度電離的星云具有磁場，星云的中心部分形成太陽，并具有很強的磁場。太陽磁場控制太陽附近的電離氣體云保持在太陽附近約01光年的距離內(nèi)。附近的星云由于冷卻慢慢地還原為中性氣體，中性原子不再受磁場約束，在太陽引力作用下不斷地向太陽下落。中性的星云氣體在下落的過程中，引力勢能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽埽瑴囟戎鸩缴叨俣入婋x。受太陽磁場的約束而停止向太陽下降而形成行星。不同元素的電離氣體云在離太陽不同的地方停下來，形成不同的行星。,解釋太陽系角動量的分布阿爾文的學(xué)說強調(diào)了形成太陽系行星系統(tǒng)中電磁的作用。太陽具有比較強的偶極磁場，可以一直延伸到太陽附近的幾塊電離云中，太陽在自轉(zhuǎn)，磁力線自然也跟著一起轉(zhuǎn)動，并帶著附近的幾塊電離云一起轉(zhuǎn)動，電離云由此獲得角動量。在這個過程中，太陽自轉(zhuǎn)速度逐步減慢的過程中把角動量轉(zhuǎn)移給電離云物質(zhì)。,阿爾文出版專著1948年阿爾文出版宇宙動力學(xué)，1963年又出版宇宙電動力學(xué)專著?？偨Y(jié)了磁流體力學(xué)的基本原理和在天體物理學(xué)中的應(yīng)用。,第四章要求1，太陽的結(jié)構(gòu)和太陽黑子的活動規(guī)律。2，關(guān)于光譜的基本知識3，阿爾文的主要貢獻（1）宇宙中普遍存在磁場（2）宇宙中普遍存在等離子體（2）提出磁凍結(jié)現(xiàn)象（3）阿爾文波的存在,

簡介：天文學(xué)導(dǎo)論,第7講大質(zhì)量恒星演化,ITDOESNOTDOTOLEAVEALIVEDRAGONOUTOFYOURCALCULATIONS,IFYOULIVENEARHIMJRRTOLKIEN18921973THEHOBBIT,本講內(nèi)容,大質(zhì)量恒星的主序后演化超新星與超新星遺跡元素合成中子星/脈沖星黑洞（恒星級）X射線雙星伽馬射線暴,1。大質(zhì)量恒星的演化,大質(zhì)量38MSUN恒星與小質(zhì)量恒星大相徑庭光度可達太陽的數(shù)千甚至數(shù)百萬倍在短時間內(nèi)消耗巨額核燃料，主序壽命顯著變短不同的演化和歸宿仍然受相同的物理規(guī)律支配，即引力和壓力的平衡,以及決定這種平衡的核反應(yīng)率,主序階段H燃燒CNO循環(huán),凈反應(yīng)12C41H2E?12C4HE2V7Γ大質(zhì)量恒星主序階段，在H聚變?yōu)镠E的反應(yīng)中，C僅作為一種催化劑N和O只是中間反應(yīng)產(chǎn)物,兩類H聚變溫度的函數(shù),質(zhì)子鏈和CNO循環(huán)這兩種反應(yīng)的產(chǎn)能率是溫度（質(zhì)量）的函數(shù)M15MSUN（T18千萬K）主序恒星，兩類H聚變都在發(fā)生，但CNO循環(huán)遠(yuǎn)比質(zhì)子鏈有效M8X108K?C開始燃燒C燃燒產(chǎn)生大量重元素鈉、氖、鎂結(jié)構(gòu)C核燃燒HE殼層燃燒H殼層燃燒,?,重元素依次燃燒,當(dāng)核心C枯竭?氖NE燃燒C、HE、H殼層燃燒當(dāng)氖枯竭?氧燃燒NE、C、HE、H殼層燃燒當(dāng)氧枯竭?,?,,,脈動變星PULSATINGVARIABLESTARS,主序恒星是穩(wěn)定的但主序后恒星并非如此，周期性交替變大變小，視為脈動變星造父變星（CEPHEIDVARIABLES）最高質(zhì)量最亮的脈動變星原型DELTACEPHEID周光關(guān)系測量鄰近星系的距離天琴座RR星變星（RRLYRAEVARIABLES）不穩(wěn)定的HB星（小質(zhì)量恒星）,造父變星,,大質(zhì)量恒星有高速星風(fēng)（輻射壓）,ETACARINAE（船底座7）M100MSUNL5X106LSUNHST拋射的塵埃云在膨脹恒星基本被周圍塵埃遮擋目前質(zhì)量丟失率103MSUN/年19世紀(jì)第二亮恒星噴發(fā)01MSUN/年；2MSUNIN20年?超新星,FE是熱核聚變所能合成的最重元素,結(jié)合能把原子核分開所需的能量。不同原子核的結(jié)合能不同燃燒必須釋放能量靜能量產(chǎn)物結(jié)合能–反應(yīng)物結(jié)合能,FE原子核的結(jié)合能最大?鐵不會燃燒,重元素燃燒高核反應(yīng)率,結(jié)合能的不同?最有效的熱核反應(yīng)是H?HE（07）（HE?C的能量轉(zhuǎn)換效率只有H?HE的1/10，）?為了平衡引力，低能量轉(zhuǎn)換效率的燃燒，單位時間必須消耗更多的燃料而且，H和HE燃燒時，能量以較慢的輻射/對流方式向外傳輸。但C、O、燃燒時，大量能量則以快速的中微子冷卻方式向外傳輸?恒星向內(nèi)收縮?增加內(nèi)部的密度和溫度?更劇烈的反應(yīng)率,核燃燒持續(xù)時間快速減少,對9M⊙恒星H燃燒持續(xù)時間2千萬年HE燃燒持續(xù)時間2百萬年C燃燒持續(xù)時間380年NE燃燒持續(xù)時間11年O燃燒持續(xù)時間8月SI燃燒持續(xù)時間4天SI燃燒的能量釋放率是HE燃燒的約2億倍但光度可能僅增加少許（中微子冷卻）,鐵核開始坍縮,大質(zhì)量恒星中心的FE核開始坍縮?FE核的密度、溫度和引力飛速上升?電子簡并壓也不能支持引力?FE核繼續(xù)坍縮到T1010K，密度10噸/CM310倍電子簡并支持的白矮星的密度,鐵核加速坍縮,熱伽馬射線光子?光致離解FE原子核?消耗中心核的巨額熱能?加速FE核坍縮,鐵核加速坍縮,巨大的核密度?EP?NV也消耗巨額熱能?加速FE核坍縮,鐵核加速坍縮,中微子繼續(xù)帶走能量?加速FE核坍縮這些過程發(fā)生時間僅需大約1秒FE核坍縮加速到70,000KM/S1/4光速,II型（核坍縮）超新星爆發(fā)TYPEIISUPERNOVA,當(dāng)ΡCOREΡ原子核，強核力變?yōu)槌饬?，核坍縮停止?下落物質(zhì)造成反彈激波向外傳播在極端條件下，約1/5核物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)橹形⒆?秒鐘內(nèi)。由于高密度，一小部分中微子被滯留在激波后?在核的周圍形成一個氣泡極端熾熱氣體和強烈輻射）?氣泡的壓力增加了向外運動激波的強度在約1分鐘后激波到達HE殼層,1小時到達并加熱恒星表面T500,000K?以約30,000KM/S拋射殼層物質(zhì)?演化后的大質(zhì)量恒星以II型超新星爆炸（合成比鐵重的元素）?核以中子星（或黑洞）的形式遺留下來,,,特大質(zhì)量恒星的演化IB/IC型超新星,特大質(zhì)量（特高光度）恒星通常有伴隨強烈的高速星風(fēng)，如沃爾夫拉葉WR星星風(fēng)引起很高的質(zhì)量損失率～106104M⊙YR1?IB/IC型（核坍縮）超新星爆發(fā)→中子星/黑洞,NEBULAM167AROUNDSTARWR124,不同質(zhì)量恒星的演化結(jié)局,2。超新星與超新星遺跡,后漢書天文志關(guān)于公元185年半人馬座超新星的歷史記載是目前世界上最早的超新星記錄,歷史上的超新星,超新星的命名,SN年份A,B,,Z例如SN1987ASN年份AA,AB,AZ；BA,BZ；，ZA,ZZ例如SN1998BU目前，每年發(fā)現(xiàn)大約數(shù)千顆,超新星的主要特征,光度L～1071010L⊙爆發(fā)能E～10471052ERGS（其中中微子占99，動能占1，可見光輻射占001）膨脹速度V～103104KMS1產(chǎn)物膨脹氣殼（超新星遺跡）致密天體（中子星脈沖星或黑洞）IA型無致密殘骸,超新星對我們意義重大,正是超新星的拋射物（重元素，沖擊波）加熱星際介質(zhì)和推動星云?觸發(fā)新一代恒星的形成?太陽地球人類威脅地球的定時炸彈,超新星的觀測分類,由譜線特征分類I型IA,IB/IC無H線II型有H線光變曲線不同IA型彼此非常相似II型彼此相差很大,超新星的爆發(fā)機制,IA（熱核）超新星小質(zhì)量雙星系統(tǒng)中吸積白矮星的C（HE，O）爆燃IB/IC,II型（核坍縮）超新星大質(zhì)量恒星的核坍縮,超新星1987ASN1987A（II型）,1987223爆發(fā)于銀河系的一個小的伴星系大麥哲倫云中距離160,000光年，靠近南天極望眼鏡發(fā)明（400年）以來第一顆肉眼發(fā)現(xiàn)的超新星,,前身星SANDULEAKB3I蘭超巨星M20M⊙L105L⊙T16,000K,R40R⊙,SN1987A光變曲線,自初閃100天連續(xù)增量到最亮約3等星然后快速變暗,SN1987A的中微子探測,超新星爆發(fā)的大部分能量被中微子帶走→中微子輻射能51053ERGS→輻射51058個中微子→爆發(fā)前20小時中微子流量51014M－2,在爆發(fā)前183小時，日本神岡II和美國IMB的探測儀測量到19個中微子（爆發(fā)）,2002諾貝爾物理學(xué)獎（一半）,超新星遺跡SUPERNOVAREMNANTS（SNR）,超新星爆發(fā)所拋出的大量物質(zhì)在向外運動膨脹過程中與星際物質(zhì)和磁場相互作用而形成的氣體星云是強射電輻射和高能輻射源（同步加速輻射，激波加熱）年齡10M⊙恒星內(nèi)部的核反應(yīng)過程在恒星中心形成FE核,II型超新星爆發(fā)，F(xiàn)E核坍縮形成中子星，觀測為脈沖星,中子星可以看成一個巨原子核,由1057個核子構(gòu)成，特征質(zhì)量M14M⊙中子處于簡并狀態(tài)，在中子星內(nèi)部支撐星體與引力抗衡的是中子簡并壓力中子質(zhì)量是電子的1840倍，更高密度才簡并，中子星半徑比白矮星小得多，特征半徑10KM，密度比白矮星大得多（10億倍）與一般恒星相比，中子星的溫度很高,中子星的質(zhì)量上限,質(zhì)量半徑關(guān)系中子星質(zhì)量越大，半徑越小中子星也應(yīng)有一個質(zhì)量上限。但由于不了解極高密度的物態(tài)，所以質(zhì)量的理論上限不確定，估計為～3M⊙（奧本海默OPPENHEIMER極限質(zhì)量）3MSUNM（中子星質(zhì)量）14MSUN,中子星的結(jié)構(gòu),106GCM341011GCM321014GCM31015GCM3,,,,,表層大氣CM（沒顯示）外殼03KM,固態(tài)金屬（FE,E－）內(nèi)殼06KM,原子核、游離中子、電子內(nèi)部超流中子和超導(dǎo)質(zhì)子核心超子/奇異物質(zhì)（夸克）,中子星密度10億噸/立方厘米,脈沖星PULSARS,1967年劍橋大學(xué)穆拉德射電天文臺研究生JOCELYNBELL（貝爾）利用AHEWISH（休伊什）領(lǐng)導(dǎo)研制的射電望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了第一顆射電脈沖星PSR191921PSRPULSATINGSOURCEOFRADIO脈沖周期P＝13373秒,,,HEWISHWASAWARDEDNOBELPRIZEINPHYSICS1974,“小綠人”（如今成為宇宙探索的重要對象）,貝爾又找到3個脈沖星，脈沖周期都是1秒左右任何已知天體的輻射都不會是這樣的短周期脈沖。這個脈沖信號強弱變化，很像電報休伊什提出可能是在太陽系外圍繞恒星作軌道運動的行星上的“小綠人”發(fā)出的信號曾給新發(fā)現(xiàn)的脈沖星取名為小綠人（LGM）1、2、3、4號,貝爾在回顧脈沖星的發(fā)現(xiàn)時如是說,“我在搞一項新技術(shù)以取得博士學(xué)位，可一幫傻呼呼的小綠人卻選擇了我的天線和我的頻率來同我們通訊，但很快斷定射電脈沖不是外星人的信號，而是來自特殊天體?！焙髞矸Q作“脈沖星”貝爾并沒有和其導(dǎo)師一起獲得1974年諾貝爾物理學(xué)獎,脈沖星模型傾斜的自轉(zhuǎn)磁中子星,中子星有很強的磁場，磁軸與自轉(zhuǎn)軸傾斜，沿著磁軸發(fā)射的輻射束隨著中子星自轉(zhuǎn)，就像燈塔的光束掃射那樣，當(dāng)它掃過地球方向時，就觀測到一個脈沖（1968年TGOLD）。中子星每自轉(zhuǎn)一周，輻射束掃過地球一次，因此脈沖周期就是中子星的自轉(zhuǎn)周期,其它波段輻射也脈沖,又發(fā)現(xiàn)射電脈沖星的光學(xué)、X射線和伽馬射線脈沖，脈沖周期一致,1968年發(fā)現(xiàn)位于船帆座超新星遺跡中的脈沖星PSR083345和蟹狀星云中的脈沖星PSR053121，射電脈沖周期分別為89MS和33MS,CRABPULSAROFFANDON,VELAPULSAR,,脈沖周期的基本特征,脈沖周期（00343秒）穩(wěn)定（像銫原子鐘）。脈沖持續(xù)時間0001005秒脈沖周期隨時間緩慢增長（如CRABPSR05312136X108S/DAY）?自轉(zhuǎn)越來越慢脈沖越短，射電脈沖星應(yīng)越年輕?？捎膳c超新星遺跡成協(xié)確定年齡1054超新星，脈沖星PSR053121年齡958年，很年輕，脈沖周期很短船帆座超新星遺跡年齡約11000年，脈沖星PSR083345，也很年輕，脈沖周期也很短,脈沖星雙星,1974年，泰勒J(rèn)TAYLOR和赫爾斯RHULSE發(fā)現(xiàn)第一顆雙（中子）星射電脈沖星PSR191316軌道周期減小DPORB/DT7610－5SYR1，每年軌道減小約35米,脈沖星第二個諾貝爾獎,雙中子星繞轉(zhuǎn)→引力波輻射→能量和角動量損失→雙星軌道收縮→廣義相對論的間接驗證加速運動質(zhì)量產(chǎn)生引力波→1993年泰勒和赫爾斯獲諾貝爾物理學(xué)獎,近星時間的累積移動,5。黑洞BLACKHOLESBH,超新星爆發(fā)后，如果恒星剩余質(zhì)量超過3個太陽質(zhì)量，中子簡并壓力也不足以抵抗向內(nèi)的引力這時在已知的物理理論里面，再沒有更強的力足以抗衡引力，恒星殘骸只有不斷坍縮，最終成為一個奇點的黑洞,黑洞的牛頓理解逃逸速度,黑洞的牛頓理解逃逸速度,如果一個天體表面逃逸速度大于光速，那么宇宙中包括光在內(nèi)的一切都不能逃離其引力的束縛，這個天體便成為黑洞,296105CMM/M⊙對太陽3KM,黑洞的愛因斯坦理解時空彎曲,質(zhì)量越大，引力場越強，時空彎曲越強光線在通過大質(zhì)量天體附近時不會直線行進,黑洞的愛因斯坦理解時空彎曲,一個天體越坍縮，其表面附近的時空就越彎曲，則光線彎曲程度也越大。當(dāng)坍縮到光線因時空彎曲而無法逃逸時就成為黑洞。而遠(yuǎn)處時空不受任何影響,正常恒星“坍縮”為黑洞,黑洞周圍的時空彎曲最大,黑洞是彎曲時空的一個奇點1/R，它是一個無限深的引力勢井,黑洞的奇點,“黑洞中心”稱為奇點零半徑，無限大密度更精確的表述因為支持奇點的物理定律未知，不知道那里在發(fā)生著什么，科學(xué)在那里崩潰奇點裸不裸不裸被一個事件視界包裹則為黑洞,視界EVENTHORIZON,距離黑洞越近，逃逸速度（時空彎曲）越大逃逸速度光速（光線“環(huán)繞”）的球面稱為視界在視界內(nèi)的任何信息（物質(zhì)和光）無法向外傳遞,視界的性質(zhì),黑洞的視界把其周圍的時空分為兩部分，物質(zhì)和輻射能從視界外進入其內(nèi)，但不能反過來黑洞的視界是絕對的，它是時空的分界線，與觀測者無關(guān)黑洞的視界把所有的事件分為兩類在視界以外，可用光信號相互聯(lián)系；而在視界以內(nèi)，光線都朝中心會聚視界就是事件能被探知的極限,黑洞“半徑”視界的大小,視界是有去無返的分界線，其大小與黑洞的質(zhì)量成正比不轉(zhuǎn)的電中性的黑洞稱為史瓦西SCHWARZSCHILD黑洞，其視界的大小引力半徑，稱為史瓦西半徑,1MSUNBH3KM1MEARTHBH1CM,旋轉(zhuǎn)黑洞,旋轉(zhuǎn)黑洞又稱為克爾KERR黑洞，與靜止黑洞很不同旋轉(zhuǎn)黑洞有內(nèi)外兩個視界，它們之間的區(qū)域稱為能層ERGOSPHERE能層內(nèi)的物質(zhì)會被黑洞自轉(zhuǎn)所帶動，但能逃離黑洞；內(nèi)視界內(nèi)的一切無法逃出,靜界,黑洞無毛發(fā)定理NOHAIRTHEOREM,任何物體都有復(fù)雜性恒星的質(zhì)量、光度、大小、密度、磁場、化學(xué)成份黑洞是最簡單的統(tǒng)一的整體，黑洞幾乎不保持形成它的物質(zhì)所具有的任何復(fù)雜性質(zhì)（一旦進入視界，信息全無），談?wù)摵诙磧?nèi)物質(zhì)的特性毫無疑義黑洞保持的物理參數(shù)只有質(zhì)量、角動量和電荷，即可描述黑洞的全部特征，即無毛發(fā)定理“三毛定理”,黑洞（霍金）輻射（蒸發(fā)）,量子力學(xué)真空中的能量漲落產(chǎn)生正反（虛）粒子對如果在視界附近，反粒子被吸收，黑洞質(zhì)量減少；正粒子逃逸，帶走能量?黑洞輻射,黑洞不太黑,黑洞輻射具有黑體輻射的一切特征?黑洞視界面的溫度、黑洞的能損率和壽命但輻射很弱到通?？梢院雎?MSUNBH,T2X108K?16X1029瓦黑洞能量蒸發(fā)的能量釋放率與質(zhì)量平方成反比?壽命與質(zhì)量立方成正比當(dāng)M1M⊙,1020焦耳/年，T＝1067YR；當(dāng)M1012G,6X109焦耳/秒，T＝1010YR宇宙極早期形成的小黑洞應(yīng)已經(jīng)蒸發(fā)掉LHC,霍金“妙語”“黑洞不存在”,黑洞防火墻悖論/黑洞信息悖論（量子力學(xué)/廣義相對論）掉進黑洞里的信息會怎樣量子力學(xué)法則信息永遠(yuǎn)不可能消失黑洞視界能破壞信息信息通過霍金輻射逃逸出去如同防火墻，視界阻止外面的霍金輻射同內(nèi)部的物質(zhì)在量子層面保持糾纏霍金（灰洞）視平線視界線量子效應(yīng)模糊兩者之間的界限，信息可能逃逸但黑洞還是那么“黑”,黑洞間接的觀測證據(jù),黑洞輻射幾乎不可能成為“看見”黑洞的有用工具黑洞通過自身的引力效應(yīng)間接表明自身的存在兩種系統(tǒng)存在黑洞的強大的間接證據(jù)X射線雙星系統(tǒng)中的恒星級質(zhì)量黑洞STELLARBLACKHOLES（10M⊙）星系中心的超大質(zhì)量黑洞SUPERMASSIVEBLACKHOLE（SMBH，106–109M⊙）超亮X射線源（ULX）中等質(zhì)量黑洞（IMBH，103–104M⊙）,尋找恒星級黑洞,途徑搜尋質(zhì)量（遠(yuǎn)）超過中子星質(zhì)量上限（3M⊙）的致密星確定致密天體性質(zhì)（半徑）X射線輻射的時變確定致密天體質(zhì)量雙星軌道運動?X射線雙星,6。X射線雙星XRAYBINARIES,由致密星中子星或黑洞與“恒星”所組成的雙星系統(tǒng)致密星通過吸積伴星物質(zhì)產(chǎn)生X射線輻射吸積盤,T百萬K?強X射線輻射有時相對論噴流?微類星體（MICROQUASAR）,黑洞,（類比激變變星）,FATHEROFXRAYASTRONOMYRICCARDOGIACCONI,PIONEERINGCONTRIBUTIONSTOASTROPHYSICS,WHICHHAVELEDTOTHEDISCOVERYOFCOSMICXRAYSOURCES?HALFOFTHE2002NOBELPHYSICSPRIZEHALFPRIZETORAYMONDDAVIS,JRUSAANDMASATOSHIKOSHIBAJAPAN“PIONEERINGCONTRIBUTIONSTOASTROPHYSICS,INPARTICULARFORTHEDETECTIONOFCOSMICNEUTRINOS“,里卡爾多賈科尼,主要的空間X射線望遠(yuǎn)鏡,UHURU,EINSTEIN,ROSAT,ASCA,RXTE,BEPPOSAX,CHANDRA,XMMNEWTON,SUZAKU朱雀,吸積是最終能源吸積物質(zhì)引力勢能→動能→熱能→X射線輻射其中為吸積率，R為引力半徑能量轉(zhuǎn)換效率（僅與天體的致密程度有關(guān)）,X射線輻射機制,黑洞很黑，但它恰恰又是宇宙中最亮的天體,黑洞候選體天鵝座X1CYGNUSX1,第一個也許是證據(jù)最強的是銀河系中的天鵝座X11972,UHURU衛(wèi)星天鵝座的最亮X射線源是快速變化的X射線輻射變化時標(biāo)可短到001秒?輻射源的尺度2S）中子星與中子星（黑洞）并合?短爆（T2S）,,,

簡介：天文學(xué)導(dǎo)論,第6講系外行星EXOPLANETSPLANETSAROUNDOTHERSTARS,（與地外生命）,本講內(nèi)容,引言系外行星存在的證據(jù)方法探測系外行星的5大技術(shù)歷史不該有行星的脈沖星特征系外行星與太陽系大不同方向?qū)ふ翌惖匦行堑暮陚ビ媱澞康乃褜さ赝馍c智慧生命,1。引言系外行星存在的證據(jù),哥白尼普遍性原則我們所處的宇宙小小角落只不過是宇宙浩瀚星海中的“普通”一員，沒有任何理由認(rèn)為我們的太陽系是宇宙中的特殊存在我們居住的這顆“普通行星”圍繞著一顆“普通恒星”運轉(zhuǎn)，這顆“普通恒星”處于一個“普通星系”中的一個“普通區(qū)域”，而這個“普通星系”也處于宇宙中的一個“普通區(qū)域”,問題所在,,,,這顆行星很暗弱,它的母恒星使它幾乎不可見,為什么不用最好的望遠(yuǎn)鏡去看一看鄰近的恒星有沒有行星有沒有“地球”有沒有“人”問題是行星很黯淡，十分靠近它們的恒星，恒星比行星要亮109倍,塵埃盤DUSTDISKS暗示行星的存在,目前最好的望遠(yuǎn)鏡實際上“基本上看不到”恒星周圍的行星，特別是處在地球這樣位置的地球這樣的行星太陽系形成的理論太陽系被認(rèn)為是產(chǎn)生于一個環(huán)繞著恒星的由氣體和塵埃組成的轉(zhuǎn)動著的吸積盤（氣體塵埃盤）所以，如果我們的理論正確，我們應(yīng)該在宇宙中別的地方看到類似的盤，行星可能從中產(chǎn)生塵埃盤十分常見，事實上所有新誕生的恒星都有,獵戶星云中正在形成行星的地方塵埃盤輪廓,太陽系大小,,熱氣體的光學(xué)發(fā)射線,IONIZEDOXYGENBLUE,HYDROGENGREEN,ANDNITROGENRED,新形成恒星,獵戶星云中的側(cè)對地球的原行星盤,熱氣體的光學(xué)發(fā)射線（蘭、綠、紅）,發(fā)射線被濾掉,距離1500光年，直徑17倍太陽系,HST的日冕觀測儀觀測到年輕恒星周圍的塵埃環(huán)或盤（即使大部分原行星盤消失以后），它們差不多位于太陽系行星所在位置的外圍奇怪的是，一些塵埃環(huán)或盤的中央好像有空隙，難道這些地方已經(jīng)形成行星,“越小越亮”,為什么在看不到行星時卻能觀測到塵埃顆粒呢因為塵埃顆粒的合成光十分強給定質(zhì)量M一個行星R1000KM，許多塵埃R1微米塵埃反射星光的總亮度是一個行星的1012倍每塊巖石的（反射）亮度正比于R2，巖石的數(shù)目反比于R3顆粒越小，則它們所反射的總的恒星光越多,塵埃盤,地面望遠(yuǎn)鏡圖像,HST圖像,著名的繪架座Β星的塵埃盤側(cè)對著地球,仔細(xì)觀測會發(fā)現(xiàn)塵埃盤是彎曲的，在上下擺動，可能是一個大質(zhì)量行星的引力作用使塵埃盤扭曲,繪架座Β–B一顆巨行星,,繪架座Β的塵埃盤與巨行星,,繪架座ΒB的公轉(zhuǎn),,2003,2009,首次證實最年輕的行星繪架座ΒB,年齡幾百萬年,塵埃盤普遍存在,實質(zhì)上每一個新生的恒星周圍都有一個塵埃盤如果相信塵埃盤和行星同時形成，這就是說每一顆恒星周圍實質(zhì)上都有行星塵埃盤的觀測為行星在宇宙中無處不在提供了重要的線索但是也許形成塵埃盤時并未產(chǎn)生行星，而且即使行星形成，我們也不清楚它們是什么這些證據(jù)是間接的，對這些“虛幻的行星”有沒有更好的證據(jù),2。方法探測系外行星的5大技術(shù),系外行星探測技術(shù)1直接成像法,通過天文望遠(yuǎn)鏡進行觀測時，由于恒星過于明亮而無法發(fā)現(xiàn)行星。在遮擋恒星光的情況下進行觀測就可以分辨出行星。在天文望遠(yuǎn)鏡上加裝日冕儀，降低恒星亮度，直接拍攝行星。,HR8799KECK,北落師門（HST）,北落師門B（FOMALHAUTB）年輕的行星,北落師門1等亮星，距離25光年，年齡13億年偏心的橢圓塵埃殘骸盤（柯伊伯帶）25等行星共同的自行圍繞北落師門公轉(zhuǎn)周期870年距北落師門199AU海王星到太陽距離的4倍質(zhì)量3倍木星,HST，日冕儀，600NM,HR8799BCD放大版的太陽系,HR8799飛馬座6等星，距離130光年，年齡約6000萬年DCB分別在24、38和68個天文單位處繞恒星轉(zhuǎn)動，周期100、190和460年，質(zhì)量分別為木星的10、10和7倍同一軌道平面內(nèi)逆時針旋轉(zhuǎn)（垂直視線）,6個直接成像系外行星與太陽系的比較,系外行星探測技術(shù)2天體測量學(xué)法,原理雙星系統(tǒng)圍繞它們的共同質(zhì)心轉(zhuǎn)動,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,恒星的反射（REFLEXMOTION）運動或稱擺動,,恒星和它的行星環(huán)繞它們的共同質(zhì)心轉(zhuǎn)動。如果質(zhì)量相等，則轉(zhuǎn)動中心在兩者中間；實際上，恒星質(zhì)量遠(yuǎn)大于行星，所以轉(zhuǎn)動中心更靠近恒星（甚至在其內(nèi)部）當(dāng)行星轉(zhuǎn)動時，恒星沿較小的軌道轉(zhuǎn)動，但兩者的軌道周期相等恒星軌道的大小取決于行星的質(zhì)量和兩者之間的距離大質(zhì)量行星（如木星）使恒星的運動顯著行星越靠近恒星，則恒星的擺動越大（周期越小）所以，原則上即使看不到行星，我們也能從恒星的運動得知行星（伴星）的存在,天體測量學(xué)ASTROMETRY,天體測量學(xué)高精度測量恒星在天球上的位置移動測量恒星的微小擺動非常困難，已有幾十年的歷史,,,,,,,,,,,,,,,行星對其母恒星的運動軌跡所造成的干擾,怎樣做,如果觀測到一個恒星在做某種軌道（反射）運動，我們可以確定恒星運動的軌道周期恒星運動的軌道速度由此可以確定引起恒星做反射運動的天體（行星或褐矮星）的質(zhì)量和其到恒星的距離,“外星人”看我們太陽的擺動,從326光年處所看到的由木星的引力所造成的太陽的位置移動,系外行星探測技術(shù)3視向速度法,,恒星的視向速度（隨時間變化的）曲線,,,,多普勒效應(yīng)發(fā)揮威力,視向速度測量RADIALVELOCITYMEASUREMENTS應(yīng)用多普勒效應(yīng)高精度測量恒星靠近或遠(yuǎn)離我們的速度（即恒星的視向運動）由多普勒效應(yīng)得到恒星的反射運動的精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于天體測量方法（早期）絕大部分系外行星由此方法間接發(fā)現(xiàn),系外行星探測技術(shù)4凌星法,當(dāng)行星運行到恒星前面時，會遮擋很小一部分恒星光，而使得恒星周期性地變暗,事實上并未看到行星,HD209458被行星凌星（第一個）,恒星亮度僅下降15（1999年11月）,,凌星開始,目前COROT精度高達萬分之幾,儒略日,,由恒星亮度的變化可推算出行星的大小，進而可估算行星的密度（推測物態(tài)、成分等）由于凌星，對此行星的了解要多于其它系外行星。它的體積比木星稍大，但是質(zhì)量更小，說明其密度很低，甚至低于土星（太陽系密度最低的行星）,系外行星探測技術(shù)5微引力透鏡法,當(dāng)一顆恒星及其行星從遠(yuǎn)處背景恒星前經(jīng)過時，引力透鏡效應(yīng)增強背景恒星的亮度，從而能夠顯示恒星及其行星的存在,OGLE2005BLG390,B,,背景恒星,系外行星探測技術(shù)6時間測量法,,3。系外行星早期探測的曲折歷程,早期的系外行星探測利用天體測量學(xué)技術(shù)1969年，范德坎普VANDEKAMP聲稱探測到了一個很近的矮星的周期擺動由兩個木星質(zhì)量大小的行星引起，一個軌道周期為12年，另一個26年人們質(zhì)疑如何僅用10年數(shù)據(jù)得到12年或26年的擺動周期并且也沒得到進一步確認(rèn)此結(jié)果雖廣為流傳，但是相信它的人越來越少,,1983年，HARRINGTON等聲稱發(fā)現(xiàn)恒星VB8更大的擺動。這一次引起擺動的行星質(zhì)量必須很大,估計為木星的50倍兩年后，MCCARTHY聲稱真正觀測到了這顆行星利用斑點干涉測量法（SPECKLEINTERFEROMETRY）過濾掉明亮的恒星光許多人企圖重復(fù)他們的結(jié)果，都未成功“是不是外星人意識到地球人在注視他們而隱藏起來了”結(jié)果是，尋找系外行星在天文界變得臭名昭著,脈沖星行星,1991年，利用周期性的反射運動原理成功發(fā)現(xiàn)了第一顆系外行星但仍有一個障礙這個行星位于一個不應(yīng)該有行星的一個脈沖星（中子星）旁大質(zhì)量恒星爆炸（超新星爆發(fā)）后形成中子星。任何恒星原有的行星會被超新星的沖擊波蒸發(fā)掉或被拋到星際空間。因此，中子星應(yīng)該是“絕對”不會有行星的,脈沖星是傾斜的自轉(zhuǎn)磁中子星,,脈沖星應(yīng)該不會有行星,系外行星探測技術(shù)6時間測量法,1991年，兩個脈沖星研究小組報道了不可能的脈沖星行星行星引力使得脈沖星做周期性的軌道運動,從而周期性地改變脈沖的到達時間英國小組發(fā)現(xiàn)脈沖星PSR182910的脈沖到達時間在周期性改變，但行星是由于程序錯誤生成的美國小組發(fā)現(xiàn)脈沖星PSRB125712的脈沖信號也存在周期性的提前和推遲到來兩個周期?兩個行星,現(xiàn)在相信PSRB125712系統(tǒng)有至少3個行星一個質(zhì)量小于地球，另兩個質(zhì)量是地球的35倍,正常恒星有行星,脈沖星有行星。不該有，但的確有。即便有，也是奇怪的，原因顯然，這并不令地球人滿意我們真正關(guān)心的是類太陽恒星是否有行星類太陽恒星的行星可能是舒適的，可能有像地球那樣的環(huán)境，并由此可知我們的太陽系是不是獨特的,正常恒星有行星,如果恒星有行星繞轉(zhuǎn)，恒星則會前后擺動，因此恒星的輻射波長會周期性地變大和變小但是，波長變化很小，木星對太陽的影響為大約10米/秒，對其它行星則更小當(dāng)時世界上最好望遠(yuǎn)鏡的多普勒測量精度大約是100米/秒（光譜分辨率）相對地，脈沖星的脈沖到達時間的周期性提前和延遲更容易捕捉（時間分辨率）,艱苦而遲緩的觀測工作,大多數(shù)人放棄了多普勒效應(yīng)這種技術(shù)，因為要求的精度比大多數(shù)人所能得到的精度要高1000倍之多但仍有少數(shù)不被天文界注意的小組孜孜不倦數(shù)十多年來提高這種技術(shù)的精度，降低測量誤差補償望遠(yuǎn)鏡溫度變化所產(chǎn)生的誤差模擬并改正大氣條件變化（最困難，自適應(yīng)性光學(xué)）逐步改進儀器和數(shù)據(jù)分析技術(shù)到了1995年,瑞士天文學(xué)家馬約爾（MAYOR）和奎洛茲（QUELOZ）令世人驚駭?shù)匦?多普勒效應(yīng)成就了地球人的“初級”夢想,幾十年的辛勤工作，多普勒測量技術(shù)提高到驚人的每秒幾米的精度但仍然不足以找到像木星這樣的行星，所以它們并不奢望發(fā)現(xiàn)行星他們只是希望發(fā)現(xiàn)環(huán)繞鄰近恒星轉(zhuǎn)動的矮星或褐矮星（雙恒星系統(tǒng)）但有一特殊恒星，51PEGASI飛馬座（類似于太陽的G型星），的確在行為奇怪地,恒星的視向速度（隨時間變化的）曲線,第一顆系外行星真奇怪,飛馬51恒星視向速度變化超過100米/秒，周期42天。造成速度變化大的兩種可能一個質(zhì)量大但遠(yuǎn)離恒星的矮星一個質(zhì)量小但靠近恒星的行星如此快速的軌道運動說明這個天體不僅小而且十分靠近飛馬51這個不可見的天體質(zhì)量約為木星的一半（兩倍土星，但它環(huán)繞飛馬51運動的距離僅有005AU比水星到太陽的距離還要近8倍左右,HOTJUPITERS熱木星,即便真實，它一點不像太陽系中的行星質(zhì)量為木星一半的行星應(yīng)該是一個氣態(tài)巨行星。但它十分靠近恒星，相當(dāng)于在恒星表面掠過，它到底在干什么,依然懷疑主導(dǎo),激動人心第一顆系外星系找到了毋容置疑，除了媒體沒有人真正相信MAYORANDQUELOZ的結(jié)果已多次知道尋找系外行星是癡心妄想；數(shù)據(jù)如同垃圾這類行星（大質(zhì)量木星比水星還要靠近恒星）沒有什么意義。我們認(rèn)為我們理解了行星是如何形成的，因此這類行星“沒有”權(quán)利存在但是接著,來自舊金山一個沒有名氣大學(xué)的兩個沒有名氣的天文學(xué)家GEOFFMARCY（馬西）和PAULBUTLER也莊嚴(yán)地宣布,確認(rèn)第一顆系外行星的身份,多年來PAULBUTLERANDGEOFFMARCY也在提高多普勒效應(yīng)測量的精度對環(huán)繞G型恒星的矮星多年巡天，得到大量數(shù)據(jù)，但沒有分析，因為他們的精度和MAYORANDQUELOZ的類似，精度太差不會發(fā)現(xiàn)木星之類的天體。所以不奢望發(fā)現(xiàn)行星當(dāng)耳聞MAYORANDQUELOZ的結(jié)果后，他們開始分析自己的數(shù)據(jù)。碰巧他們也觀測了51PEG,并發(fā)現(xiàn)該恒星的擺動與MAYORANDQUELOZ發(fā)現(xiàn)的完全一致兩個小組能夠發(fā)現(xiàn)如此小的擺動是因為這顆行星太靠近恒星了。假如把它放得遠(yuǎn)一點，例如木星的位置（5AU），則恒星擺動會變得小得觀測不到,發(fā)現(xiàn)一些恒星的擺動復(fù)雜，表明存在多個行星,系外行星系MULTIPLEPLANETSYSTEMS,多周期的視向速度曲線,復(fù)雜的模式顯示出至少3個行星的證據(jù)46天，05年和3年的周期,,4。系外行星的統(tǒng)計特征“與太陽系大不同”,質(zhì)量大，距恒星近熱木星,,2001LISTOFPLANETS,FOUNDUSINGTHEDOPPLERTECHNIQUE,,,MERCURY’SORBIT,,VENUS’ORBIT,EARTH’SORBIT,,,質(zhì)量大，離恒星近,十分奇怪的系外行星相當(dāng)大，大于土星，有些甚至大于木星（太陽系老大也相形見絀）這些大質(zhì)量行星非?？拷鼈兊暮阈堑谔栂担筚|(zhì)量行星由氣體組成，位于外太陽系,軌道橢,大多數(shù)系外行星的軌道非常橢，明顯不同于太陽系,,,,,,,,,COROT7B第一顆系外巖質(zhì)行星,歐空局ESA2006年12月27日發(fā)射，尋找圍繞其它恒星公轉(zhuǎn)的可居住的類地行星,2009/02/03COROT探測到質(zhì)量最小的系外行星,直徑為地球的17倍（凌星法）質(zhì)量為地球的5倍（視向速度）密度為56（地球密度552）絕非氣態(tài)巨行星，地球距離恒星為水星距太陽距離的1/23，公轉(zhuǎn)周期20小時白天溫度2000度，夜間200度惡劣條件，任何生命無法承受，地獄,“超級地球”,系外行星中大多為氣態(tài)巨行星超級地球體積介于海王星和地球之間，質(zhì)量為地球的510倍是否為巖質(zhì)“10多”顆候選者對質(zhì)量與地球相近的系外行星進行觀測,水，而且是液態(tài)水,全新挑戰(zhàn)正是對于外星生命的探尋液態(tài)水是生命誕生的第一要素發(fā)現(xiàn)位于可居住區(qū)域、適合生命存在的巖質(zhì)行星，距離其恒星不遠(yuǎn)也不近而存在液態(tài)的水,可居住區(qū)域HABITABLEZONES,,可居住區(qū)域HABITABLEZONES,,,2009年3月6日發(fā)射成功口徑095米，監(jiān)測星光變化（凌星），對（銀河系）固定天區(qū)（15萬顆恒星）連續(xù)監(jiān)測34年預(yù)計發(fā)現(xiàn)數(shù)百顆地球大小或更小的行星（特別是類似地球軌道上的行星）估計類太陽恒星有多大的比例擁有類地行星,前沿專題詳見環(huán)球科學(xué)2011年第4期第51頁,,,,,NASA宣布開普勒觀測到715顆太陽系外新行星,已有961（1700）個開普勒望遠(yuǎn)鏡觀測對象被證實為行星。這些行星的大小大部分都介于地球和海王星之間（超級地球）。,KEPLER186行星系宜居帶中地球大小行星,,KEPLER186行星系宜居帶中地球大小行星,,我們呼喚地球20，您在哪里,,如何探測到生命的存在呢,10枚探索太陽系的探測器回望藍(lán)色的地球地球光譜的“缺失”?地球大氣層的構(gòu)成?顯示生命存在的“生物標(biāo)志物”對生命進行遠(yuǎn)程探測有可能實現(xiàn)的第一項證據(jù)生命特征本身是無法遠(yuǎn)距離探測的，但大氣層因為生命活動而發(fā)生的變化可以從遠(yuǎn)距離探測惟一能明確證明生命存在的生物標(biāo)志物氧、二氧化碳和水蒸氣的組合（光合作用）先以氣態(tài)巨行星為目標(biāo)水、甲烷、二氧化碳,EXOMOONS,已探測到地球大小的系外行星探測技術(shù)已進入類地行星領(lǐng)域系外月球/衛(wèi)星是否可探測可居性的影響其行星的可居性（月球地球）地球在宇宙中的地位,5。目標(biāo)未來30年找到“異域生命”,SPACEINTERFEROMETRYMISSIONSIM,NASAAREBUILDINGASPACECRAFTCALLEDSIMTHESPACEINTERFEROMETERMISSIONTOLOOKFORTHEWOBBLINGMOTIONSOFSTARSWITHENOUGHACCURACYTHATSOMEONEMIGHTEVENBELIEVETHERESULTSSIMISSCHEDULEDFORLAUNCHIN2009TOGETHERWITHGROUNDBASEDTELESCOPES,ITSHOULDFINDEVERYJUPITERMASSPLANETWITHINABOUT100LIGHTYEARS,BYMEANSOFTHEIRREFLEXMOTIONS,,達爾文計劃（ESA）概念,DARWINWILLBEAFLOTILLAOFFOURORFIVEFREEFLYINGSPACECRAFTTHATWILLSEARCHFOREARTHLIKEPLANETSAROUNDOTHERSTARSANDANALYSETHEIRATMOSPHERESFORTHECHEMICALSIGNATUREOFLIFE,,概念,TERRESTRIALPLANETFINDERISAMISSIONCONCEPTCURRENTLYUNDERSTUDYBYNASAFORAPOTENTIALFUTUREMISSIONSUITETPFWOULDSTUDYALLASPECTSOFEXOPLANETSFROMTHEIRFORMATIONANDDEVELOPMENTINDISKSOFDUSTANDGASAROUNDNEWLYFORMINGSTARSTOTHEIRSUITABILITYASABODESFORLIFE,,30億美元的太空計劃三選一,干涉測量法計劃尋找生命分子（達爾文TPF）簡單日冕觀測法計劃發(fā)現(xiàn)行星表面大陸配備外置式遮光裝置的日冕觀測法計劃發(fā)現(xiàn)植物,低成本搜尋系外行星,M型矮星凌星巡天（200萬美元）近紅外光譜儀（500萬美元）激光頻率梳（10萬美元）視向速度天文臺（5000萬美元）系外行星衛(wèi)星（每個25萬美元）,2017NASATRANSITINGEXOPLANETSURVEYSATELLITE（TESS苔絲）,,2024歐洲將發(fā)射“柏拉圖”望遠(yuǎn)鏡搜尋第二地球,柏拉圖望遠(yuǎn)鏡的設(shè)計目標(biāo)是搜尋近距離上圍繞類太陽運行的系外行星,6。地外生命與文明的探索,太陽系中的生命探索人類的家園地球地球上的生命來自隕石或彗星火星最熱鬧的搜尋目標(biāo)土衛(wèi)六泰坦（TITAN）類似地球的大氣木衛(wèi)二歐羅巴（EUROPA）地貌，可能的地下海洋土衛(wèi)二（ENCELADUS）可能的地下海洋金星可能曾經(jīng)擁有海洋在尋找外星生命時，是否應(yīng)該超越以地球生命為依據(jù)而形成的對生命形態(tài)的思維定式,搜尋地外智慧生物（SETI）,20世紀(jì)50年代，射電望遠(yuǎn)鏡分辨率（波長）的提高，導(dǎo)致對外星智慧和文明的幻想和尋找搜尋地外智慧生物SETI（SEARCHFOREXTRATERRESTRIALINTELLIGENCE）分析來自宇宙的射電信號，確認(rèn)是自然過程產(chǎn)生的信號還是經(jīng)過智慧生物加工過的信號。結(jié)果除了取得信號處理技術(shù)成就外，一無所獲，但發(fā)現(xiàn)和理解了宇宙射電信號的性質(zhì)（類星體的發(fā)現(xiàn)）,與外星人的通訊頻率,能穿過地球和外星文明所在星球的大氣層，且避開宇宙背景的無線電輻射的干擾1400兆赫茲頻率附近，宇宙背景噪音很小中性氫H的21厘米譜線和氫氧基OH的18厘米譜線?“水洞”搜尋地外文明的奧茲馬計劃，始于1960年NRAO25米射電望遠(yuǎn)鏡21厘米波江座Ε星和鯨魚座Γ星兩臺更大口徑射電望遠(yuǎn)鏡在21厘米660顆類太陽恒星美國“高分辨率微波巡視”計劃阿雷西博305米射電望遠(yuǎn)鏡，100光年以內(nèi)的約1000顆類太陽恒星1971年NASA提出“賽克洛普斯”計劃1026面百米級直徑的天線陣列，分布在幾十千米范圍,1974年用阿雷西博305米射電望遠(yuǎn)鏡向武仙座M13球狀星團（距離24萬光年）智慧生物發(fā)射電報,,,19721973年“先驅(qū)者”10和11號攜帶的向宇宙人致意的信件,1977年“旅行者”1和2號攜帶的“地球之音”唱片,,歷史時刻NASA確認(rèn)旅行者1號已飛出太陽系,1977年9月5日“旅行者1號”發(fā)射，在經(jīng)歷漫長的36年7天之后，它飛行了18668億公里，進入到恒星際空間，逃離了太陽系20130913,地外生命的可能性星際有機分子,天文觀測發(fā)現(xiàn)宇宙的星際空間存在著大量的有機分子，由氫、氧、碳、氮、硫、硅等元素構(gòu)成。前4種元素是組成生命單元的細(xì)胞的蛋白質(zhì)和DNA的最基本的元素。DNA是細(xì)胞核中的一種復(fù)雜的分子，儲存了生命個體過程的信息。發(fā)生著孕育生命進化的過程。盡管構(gòu)成生命的基本元素在宇宙中到處存在，但生命的形成和演化需要適宜的外部自然環(huán)境。,文明社會的估計德雷克公式（1961）,R銀河系中的恒星誕生率FP擁有行星系統(tǒng)的恒星概率NE適合生命居住的行星平均數(shù)FL可居住生命并出現(xiàn)生命的行星的概率FI有生命的行星系統(tǒng)中出現(xiàn)智慧生命的概率FC有智慧生命的行星系統(tǒng)中有能力進行星際通訊能力的概率L文明社會的壽命N銀河系中有文明社會的總數(shù)1000萬10萬,地外文明是嚴(yán)肅的科學(xué)問題,地外文明是人類長期以來極其關(guān)注的話題大量有關(guān)外星人的科幻電影和小說，把地外文明表現(xiàn)得淋漓盡致地球之外是否有生命是一個嚴(yán)肅的科學(xué)問題，一個需要思考和探索的科學(xué)問題偶然PK必然（“費米問題”）探尋宇宙中各種生命形式，不僅僅是為了尋找我們在宇宙中的同伴，更是為了了解地球生命的起源，更好地了解人類自己,也許尋找地外生命與智慧生物是地球人的終極目的我們要回答“我們是孤獨的嗎”,

簡介：地外生命與文明的探索太陽系內(nèi)生命的探索太陽系外行星的探測地外智慧生命與文明的探索,地球是目前唯一已知有生命存在的星球,“什么是生命”,在太陽系之內(nèi)，在銀河系的千億顆恒星周圍，在銀河系外的茫茫宇宙之中，難道就再也找不到其它生命乃至文明了嗎,“對這個問題無論給出肯定或否定的答案都會令人驚異”,生命的奧秘不在原子里，而在原子的組合模式里。生命不是上帝的創(chuàng)造,而是自然界長期選擇的結(jié)果。在宇宙中任何地方，只要有了合適的物理和化學(xué)條件，生命的發(fā)生是理所當(dāng)然的。,,,,星際有機分子是上世紀(jì)60年代天文學(xué)四大發(fā)現(xiàn)之一,發(fā)現(xiàn)了烯、炔、醛、醇、酮、酯、醚、酰胺等各個門類100多種。前6位化學(xué)元素是氫、氧、碳、氮、硫、硅，與地球上的生命元素非常接近。在隕石中也發(fā)現(xiàn)過多種氨基酸。在宇宙中許多地方，由無機物形成有機物的化學(xué)演化早已完成。為進一步形成生命準(zhǔn)備了充分的物質(zhì)基礎(chǔ)。,地球生命模式，液態(tài)水必不可少水有寶貴的物理性質(zhì),太陽的生命適居帶＜54天文單位,,液態(tài)水可以存在有較適宜的生存環(huán)境,沒有水的水星與煉獄一樣的金星,金星1990年9月美國“麥哲倫號”探測器拍攝,荒涼干燥的火星,,2004年1月美國“勇氣號”探測器拍攝,然而,生命尤其是低等生命繁衍并不一定需要極為舒適的條件,生命無法“立足”的氣體巨星,有希望的衛(wèi)星,,,,土衛(wèi)六泰坦,木衛(wèi)二歐羅巴,討論,你認(rèn)為生命是否必須是碳基的是否必須要有水的存在,外星上是否會存在“硅基生命”,太陽系外行星的探測,基本只能靠間接方法恒星視向速度變化恒星亮度的微小變化（凌星）微引力透鏡效應(yīng),恒星視向速度的測量DOPPLER效應(yīng),ΔΛ＞0,紅移，遠(yuǎn)離；ΔΛ＜0,紫移，靠近。,恒星光譜線的紅移和藍(lán)移,恒星朝向觀測者運動藍(lán)移,恒星遠(yuǎn)離觀測者運動紅移,,,恒星圍繞其與行星的公共質(zhì)心旋轉(zhuǎn),,,亮度的微小變化（凌星）,引力透鏡效應(yīng)使亮度增強,199511瑞士MAYOR如果他們存在,我們應(yīng)該如何與之交往聯(lián)系呢他們是否會”奴役”我們呢畫出你心目中“外星人”的形象?,

簡介：THEGALAXY,WHATAREGALAXIES,COLLECTIONOFBILLIONSOFSTARSHELDTOGETHERBYGRAVITY,,,,NGC4603ANDNGC4881,銀河系的整體結(jié)構(gòu),1銀河系全貌銀河是天空中的一個環(huán)帶，在人馬座附近最亮、最寬，它的中心線近似為天球上的一個大圓。THEGALAXY,MILKYWAY,銀河系廣角圖像,,360DEGREEMILKYWAYPANORAMA,2銀河系結(jié)構(gòu),銀河系是一個包含21011顆恒星的、具有旋渦結(jié)構(gòu)的盤狀星系。質(zhì)量1012M⊙，直徑105LY30KPC,,主要成分1銀盤DISK（旋臂SPIRALARM）、2核球BULGE、3銀暈HALO、4銀冕CORONA,,銀盤直徑30KPC,厚度300PC,,球狀星團,,核球,,銀暈,,我們在這,銀河系結(jié)構(gòu),,,,,,,,,,3銀道坐標(biāo)系,原點觀測者坐標(biāo)系平面銀道面銀心方向Α17H457M,Δ－29°00′北銀極坐標(biāo)Α12H514M,Δ27°08′天體位置在銀道坐標(biāo)系中的計量銀經(jīng)LONGITUDEL從銀心方向開始、沿銀道面按逆時針方向計量。銀緯ALTITUDEB從銀道面量起，向北為正，向南為負(fù)。,4星族POPULATION,1944年WALTERBAADE發(fā)現(xiàn)星系暈與核球中的恒星明顯比盤中的恒星顏色偏紅。BAADE由此提出星族的概念。,星族I恒星演化充分的恒星,宇宙形成以后,不出銀盤即死亡年輕的、富金屬恒星（金屬豐度為太陽值的0125倍）主要位于銀盤中，繞銀心作圓軌道運動。如疏散星團。星族II恒星宇宙形成之初的古老恒星或小質(zhì)量,無重元素年老的、貧金屬恒星（金屬豐度為太陽值的0001003倍），主要位于銀暈和核球中，以銀心作為中心球?qū)ΨQ分布繞銀心作無規(guī)則的橢圓軌道運動。如球狀星團。,不同星族恒星的軌道運動特征,星系盤內(nèi)的恒星繞銀心作規(guī)則的圓軌道運動。暈中的恒星繞銀心作高偏心率的橢圓軌道運動，且軌道取向是隨機的。,金屬豐度越低的恒星離銀道面越遠(yuǎn)→銀河系演化,不同星族天體的特征比較,5利用球狀星團測定R0和V0距離測定,球狀星團的空間分布大致是球?qū)ΨQ的，它們組成的次系的中心就是銀心。球狀星團繞銀心旋轉(zhuǎn)的軌道是無規(guī)的，可以認(rèn)為它們作為一個整體相對于銀心不動。,?測定星團的距離，就可以定出太陽到球狀星團次系中心的距離，即太陽到銀心的距離。?通過觀測星團的速度可以求出太陽相對于球狀星團次系的運動，即太陽繞銀心的轉(zhuǎn)動，R085KPC，V0220KMS1太陽的轉(zhuǎn)動角速度Ω0A－B25KMS1KPC1，轉(zhuǎn)動周期為22108YR,1920年HSHAPLEY利用球狀星團內(nèi)的天琴RR型變星測量星團距離，并給出球狀星團的空間分布。SHAPLEY發(fā)現(xiàn)球狀星團均勻地?zé)o規(guī)則,隨機分布在銀河的兩側(cè)，并且有向人馬座聚集的傾向。,THECREATORMILKYWAY,SHAPLEY認(rèn)為球狀星團是銀河系的子系統(tǒng)，并以銀心為分布中心。SHAPLEY由此估計太陽系到銀心的距離為16KPC在SHAPLEY的模型中，銀河系的結(jié)構(gòu)是扁盤狀的，直徑為100KPC,,SHAPLEY’SMILKYWAY,,4銀河系質(zhì)量,在太陽軌道內(nèi)包含的質(zhì)量為理論求解MR0V02/G≈101011M⊙銀河系的可見質(zhì)量約為201011M⊙銀河系的實際質(zhì)量遠(yuǎn)超過1011M⊙，表明在銀暈中存在大量的暗物質(zhì)DARKMATTER。,DARKHALO,銀河系的轉(zhuǎn)動,1銀河系的轉(zhuǎn)動1銀河系的較差轉(zhuǎn)動方法測量恒星和氣體云譜線的DOPPLER位移（視向速度）隨銀經(jīng)的變化。太陽附近恒星視向速度（或自行）的周期性變化在太陽周圍360度的視線范圍內(nèi)，恒星的譜線位移表現(xiàn)出周期性的藍(lán)移和紅移。,銀河系的轉(zhuǎn)動是較差轉(zhuǎn)動在太陽附近，距離銀心越遠(yuǎn)，轉(zhuǎn)動速度越小,太陽附近恒星的視向速度的變化,銀河系的旋渦結(jié)構(gòu),1銀盤GALACTICDISK構(gòu)成星族I恒星、氣體和塵埃直徑D30KPC厚度H70300PCDH,2銀河系旋臂的證認(rèn),1光學(xué)觀測示蹤天體O,B型星、年輕的疏散星團、發(fā)射星云和HII區(qū)、經(jīng)典造父變星。方法標(biāo)準(zhǔn)燭光造父變星周光關(guān)系限制星際塵埃消光,太陽附近恒星的分布,2射電觀測示蹤天體HI區(qū)、分子云。方法測量HI區(qū)21CM譜線和分子云的毫米波譜線DOPPLER譜線位移→視向速度→轉(zhuǎn)動速度比較銀河系自轉(zhuǎn)曲線→距離限制氣體云的轉(zhuǎn)動是非圓的，在圓運動的同時還有無規(guī)運動。,CO分子輻射的強度與視向速度分布,譜線位移→距離→分子云的分布,LONGITUDE,藍(lán)移,紅移,LATITUDE,3觀測結(jié)果,銀河系的旋臂結(jié)構(gòu)天鵝CYGNUS臂英仙PERSEUS臂獵戶ORION臂人馬SAGITTARIUS臂盾牌－南十字臂SCUTUMCRUXARM矩尺NORMA臂太陽位于獵戶臂上,銀河系的旋臂結(jié)構(gòu),PERSEUSARMCYGNUSARM,NORMAARMSCUTUMCRUXARMSAGITTARIUSARM,ORIONARM,,,,,,,問題,銀河系的旋渦結(jié)構(gòu)是怎樣形成的旋渦結(jié)構(gòu)為什么能維持很長時間（在銀河系和其他盤星系中發(fā)現(xiàn)旋臂存在說明旋臂的維持時間相當(dāng)長）,3旋臂的理論解釋,旋臂不是物質(zhì)臂如果旋臂始終由同樣的物質(zhì)構(gòu)成太陽公轉(zhuǎn)周期2108YR，太陽年齡5109YR→太陽繞銀心至少轉(zhuǎn)了20圈較差轉(zhuǎn)動→旋臂纏繞（或放松）→旋臂消失表征旋臂的主要是年輕天體大質(zhì)量恒星的壽命≤107YR→旋臂消失,,生活中的密度波,,密度波形成原因物質(zhì)趨向于最低能態(tài)?軌道收縮?角動量損失（通過密度波傳遞角動量）密度波維持機制自組織SELFORGANIZATION過程,軌道耦合,密度增加,引力勢變化,物質(zhì)運動變化,軌道耦合增強,,,,,,旋臂的運動密度波旋渦圖樣繞銀心剛體轉(zhuǎn)動，Ω135KMS1KPC1在銀河系內(nèi)區(qū)天體的運動速度超過旋渦圖樣速度Ω025KMS1KPC1；在外區(qū)天體比旋渦圖樣運動得更慢。,旋臂上年輕天體的形成氣體云運動→接近旋臂→壓縮、碰撞→塵埃帶→氣體云坍縮→恒星和HII區(qū)形成,旋臂上的恒星形成與演化,旋臂乃是恒星密集之處,恒星只是旋臂中的匆匆過客,銀心和銀暈,1核球BULGE與銀心GALACTICCENTER,1特點銀心在人馬座方向，核球呈橢球形，大小約64KPC，恒星分布十分密集，數(shù)密度1,600LY3,是銀河系平均恒星密度的105倍。,RED13KEVGREEN35KEVBLUE58KEV,X射線觀測,CHANDRAXRAYSURVEYOFTHEGALACTICCENTER,SUMMARY,,100KPC,1KPC,,,,100PC,1PC,銀河系中心的10倍放大想象圖,2銀暈THEGALACTICHALO,1球狀星團年老的星族II恒星、以銀心為中心球狀分布，在橢圓軌道上繞銀心旋轉(zhuǎn)（V100KMS1），離銀心最遠(yuǎn)距離達100KPC。,2熱氣體,彌漫的X射線輻射表明在銀暈中存在大量的熱氣體。,熱氣體暈（X射線）,恒星（光學(xué)）,,,NGC4631,3暗物質(zhì)DARKMATTER,由銀河系的自轉(zhuǎn)曲線得知，銀暈中的不可見物質(zhì)質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過銀河系可見物質(zhì)質(zhì)量。暗物質(zhì)的特征在所有波段都不產(chǎn)生輻射，僅有引力作用。暗物質(zhì)的可能成分①MACHOSMASSIVECOMPACTHALOOBJECTSBROWNDWARFS,PLANETS,NEUTRONSTARS,BLACKHOLESETC②WIMPSWEAKLYINTERACTINGMASSIVEPARTICLESLITTLEWEAKSUBATOMICNONBARYONICMATTER,河外星系,一、星系的形態(tài)和分類,1河外星系的發(fā)現(xiàn)1750年，英國教士賴特提出銀河是恒星系統(tǒng)。1755年，康德指出旋渦星云的扁平形態(tài)是由于轉(zhuǎn)動引起的，它們是和銀河類似的“宇宙島”（ISLANDUNIVERSES。,哈勃的裁決,1924年，哈勃EDWINHUBBLE分解出“仙女座大星云”M31中的造父變星，證實它確實是恒星系統(tǒng)。由造父變星周光關(guān)系哈勃估計M31的距離285KPC（實際距離770KPC）最遠(yuǎn)的球狀星團的距離100KPC。,,因此“仙女座大星云”必定是河外星系,2星系的哈勃分類,根據(jù)星系形態(tài)的不同，哈勃首先提出星系可以分為橢圓星系、透鏡狀星系、旋渦星系、棒旋星系和不規(guī)則星系5種類型，稱為哈勃分類。,THEHUBBLESEQUENCE,ORTHEHUBBLETUNINGFORK,2旋渦星系SPIRALGALAXIES,具有旋渦結(jié)構(gòu)的星系，符號為S。中心是球狀或橢球狀的核球，外面是扁平的星系盤。從核球兩端延伸出兩條或兩條以上螺旋狀旋臂疊加在星系盤上，盤外面是球狀的星系暈。星系盤顏色偏藍(lán)，星系暈和核偏紅。近似銀河系在星系盤、特別是旋臂上主要是星族I恒星以及氣體和塵埃，核球和星系暈主要由星族Ⅱ恒星組成。,－21100MPC）GALAXYREDSHIFTSURVEYSIMULTANEOUSLYOBSERVETHESPECTRAOFTHOUSANDSOFGALAXIESTOMEASURETHEIRDISTANCES,THEGALAXIESAREDISTRIBUTEDINAKINDOF“FOAMY“TEXTURECONSISTINGOFHUGESHEETSANDFILAMENTSOFGALAXIESOCCUPYING12SPACESEPARATEDBYLARGE“VOIDS“WHEREVERYFEWGALAXIESAREFOUNDTHETYPICALDIAMETERSOFTHEVOIDSARE50100MILLIONLIGHTYEARS,THEGREATWALL,,THEFIRSTSLICEOFASURVEYOFTHEUNIVERSE,COVERING1057GALAXIESOUTTOANAPPROXIMATEDISTANCEOF200MPC,TWODEGREEFIELD2DFREDSHIFTSURVEY,,250MLY,四、星系的演化,1FORMATIONOFGALAXIESWHATWERETHEFIRSTSOURCESOFLIGHTINTHEUNIVERSEHOWDIDTHEHUBBLESEQUENCEOFGALAXYMORPHOLOGIESFORMHOWDOGALAXIESINTERACTWITHTHEIRENVIRONMENTWHATARETHEGLOBALHISTORIESOFSTARFORMATION,METALENRICHMENT,ANDGASCONSUMPTIONWHATISTHERELATIONSHIPBETWEENACTIVEGALACTICNUCLEIANDTHEIRHOSTGALAXIES,Z1000,Z0,,,兩種模型,1自下而上（BOTTOMUP）模型較小的（106M⊙）、不規(guī)則星系首先形成。星系合并形成較大的（1091011M⊙）星系。在引力的作用下聚集成星系團和超星系團，產(chǎn)生星系團間的巨洞。,,2由上而下模型（TOPDOWN）,原始?xì)怏w的坍縮首先產(chǎn)生巨大的（1014M⊙）、薄餅狀的云塊（超星系團）。云塊分裂成星系團和星系。,LECTUREXCOSMOLOGY,膨脹宇宙,1牛頓宇宙觀宇宙是永恒的、穩(wěn)定的問題物質(zhì)→引力→宇宙坍縮,可能的解決途徑1宇宙在空間和質(zhì)量上是無限大的；2宇宙在膨脹；3宇宙有起點和終點。2、3點違反宇宙永恒與穩(wěn)定的性質(zhì)，于是牛頓認(rèn)為宇宙應(yīng)該是無限的。,絕對空間，就其本性而論與任何外界情況無關(guān)，始終保持相似和不變。,ISAACNEWTON,OLBERS’SPARADOX,IFTHEUNIVERSEISINFINITE,UNCHANGING,ANDUNIFORMLYPOPULATEDWITHSTARSLIKETHESUN→EACHLINEOFSIGHTMUSTEVENTUALLYENCOUNTERASTAR→THEENTIRENIGHTSKYSHOULDBEASBRILLIANTASTHESURFACEOFTHESUN,假設(shè)恒星數(shù)密度為N，則距離為R到RDR球殼內(nèi)恒星數(shù)目為,令每顆恒星的光度為L，在地球上接收到殼層內(nèi)一顆恒星的輻射流量為,宇宙中所有恒星照射到地球上的輻射應(yīng)該從0到無窮，于是總的輻射流量為,積累的星光使得黑夜應(yīng)該亮如白晝。,2THECOSMOLOGICALPRINCIPAL（宇宙學(xué)原理）,1THEUNIVERSEISHOMOGENEOUSONSCALESGREATERTHANAFEWHUNDREDMEGAPARSECS→NOEDGETOTHEUNIVERSE,約100萬個星系在30度天空范圍和20億光年距離內(nèi)的分布,2THEUNIVERSEISISOTROPIC→NOCENTEROFTHEUNIVERSE,ROBERTSONWALKER度規(guī),滿足宇宙學(xué)原理的時空度規(guī)必可化為如下形式,其中R,Θ,Φ為共動坐標(biāo)，R為共動徑向坐標(biāo)，不隨時間變化，T為宇宙時COSMICTIME，K＝1,0,－1分別對應(yīng)于閉合宇宙、平坦宇宙和開放宇宙。RT稱為宇宙尺度因子COSMICSCALEFACTOR。,3膨脹宇宙模型,1917年EINSTEIN將廣義相對論引力場方程應(yīng)用于宇宙的結(jié)構(gòu)，其中Λ為宇宙學(xué)常數(shù)，TMN為宇宙介質(zhì)的能量動量張量。在假設(shè)宇宙是無限大的、均勻的前提下，EINSTEIN發(fā)現(xiàn)方程的解是不穩(wěn)定的，表明宇宙在膨脹或者收縮。EINSTEIN認(rèn)為宇宙應(yīng)該是永恒的、穩(wěn)定的。為求引力場方程的均勻的和各向同性的解，EINSTEIN加入一個起斥力作用“宇宙學(xué)常數(shù)”COSMOLOGICALCONSTANTΛ，得到一個靜態(tài)宇宙模型（有限無邊，沒有中心）。,FRIEDMAN膨脹宇宙模型,1922年，俄國數(shù)學(xué)家AFRIEDMAN求得不含“宇宙常數(shù)”項的引力場方程的均勻的和各向同性的通解。由EINSTEIN場方程可以得到第2式可化為稱為FRIEDMAN方程。它表示宇宙的膨脹實際上由三項來共同驅(qū)動物質(zhì)項、宇宙學(xué)常數(shù)項和曲率項。,AFRIEDMAN,FRIEDMAN膨脹宇宙模型,在該模型中Λ0宇宙是膨脹的，膨脹宇宙的演化取決于宇宙中的物質(zhì)自引力或密度Ρ的大小宇宙總能量,當(dāng)ΡΡC3H2/8PG≈91030GCM3時，E0,定義宇宙密度參數(shù)WMR/RCWLL/3H2RCWKK/R2H2FRIEDMAN方程可以表示為,1ΩMΩΛΩKΩ0ΩK,GEOMETRYOFTHEUNIVERSE,Ω01,ΩK0,正曲率，封閉宇宙。Ω01,ΩK0，K0,零曲率，平直宇宙。Ω00，K1,束縛宇宙，膨脹→收縮Ω01,T0表示宇宙的膨脹在不斷減速。,對高紅移IA型超新星的觀測發(fā)現(xiàn)宇宙在加速膨脹。造成今天宇宙加速膨脹的必定是某種超過引力的長程斥力，這正是宇宙學(xué)常數(shù)當(dāng)初被引進的作用，即Λ≠0。天文學(xué)家稱它為暗能量DARKENERGY。,綜合高紅移超新星與宇宙微波背景輻射的觀測可以估計暗能量的大小。,宇宙中的成分,宇宙中最可能的能量分布是ΩM≈03,ΩΛ≈07,宇宙微波背景輻射,1DISCOVERYTHEBIGBANGTHEORYPREDICTSTHATTHEEARLYUNIVERSEWASAVERYHOTPLACEANDTHATASITEXPANDS,THEGASWITHINITCOOLSTHUSTHEUNIVERSESHOULDBEFILLEDWITHRADIATIONTHATISLITERALLYTHEREMNANTHEATLEFTOVERFROMTHEBIGBANG,CALLEDTHE“COSMICMICROWAVEBACKGROUNDRADIATION”,ORCMBR,IN1948ALPHERANDHERMANPREDICTEDTHECMBRATATEMPERATUREOF5KIN1964PEEBLESOBTAINEDTHEBLACKBODYTEMPERATUREOF10KDICKE,PEEBLES,ROLL,ANDWILKINSONPLANNEDSEARCHINGFORTHERELICRADIATIONIN1964ARNOPENZIASANDROBERTWILSONDETECTEDHOMOGENEOUS35KBLACKBODYRADIATIONATTHEWAVELENGTHOF735CMTHISWASPROVEDTOBETHEAFTERGLOWOFTHEBIGBANG,IECMBR,

簡介：53萬有引力定律與天文學(xué)的新發(fā)現(xiàn),哈雷彗星,,1781年，英國天文學(xué)家赫歇耳，用望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了天王星。19世紀(jì)，人們在對天王星進行觀測時，發(fā)現(xiàn)它的遠(yuǎn)行總是不太“守規(guī)矩”，老是偏離預(yù)先計算好的軌道。到1845年，已偏離有2′的角度了。這到底是什么原因呢,1了解萬有引力定律在天文學(xué)上的應(yīng)用海王星的發(fā)現(xiàn)，哈雷彗星的預(yù)報。2學(xué)習(xí)用萬有引力定律計算天體的質(zhì)量和密度的原理與方法。重點3了解重力的產(chǎn)生及其規(guī)律。,知識回顧1物體做圓周運動的向心力公式是什么分別寫出向心力與線速度、角速度、周期的關(guān)系式。,2萬有引力定律公式,G為引力常量，R為兩物體的中心距離。3適用條件僅適用于兩個質(zhì)點或者兩個均勻球體之間的相互作用。（兩物體為均勻球體時，R為兩球心間的距離）,一筆尖下發(fā)現(xiàn)的行星,1781年發(fā)現(xiàn)天王星后，人們發(fā)現(xiàn)由萬有引力定律計算出來的天王星的運動總與實際的觀測值有微小的差別。根本無法根據(jù)以前的觀察資料預(yù)報天王星未來的位置,,海王星,問題到底出在什么地方呢是星表有錯誤是牛頓力學(xué)的理論有誤還是有另外的未知行星在干擾,勒維烈（18111877）,亞當(dāng)斯（18191892）,天王星的附近，還有一顆新的行星,根據(jù)自己的計算,,,1846年8月31日，勒維烈把計算出的這顆大行星的位置，通知了柏林天文臺。1846年9月23日，德國加勒在與預(yù)報相差不多的位置上找到了這顆新行星，命名為海王星。兩位年輕人，事先不向天空看一眼，憑借萬有引力定律，通過計算，在筆尖下發(fā)現(xiàn)了新的天體，這充分顯示了科學(xué)理論的威力。同時，也驗證了萬有引力定律的正確性。,海王星的發(fā)現(xiàn),此圖像對彗星的描述畫面生動，彌足珍貴。我國在這方面的記載尤為豐富。,二哈雷彗星的預(yù)報,哈雷彗星的預(yù)報,牛頓發(fā)現(xiàn)的萬有引力定律，開始只是一個假設(shè)在其后的一百多年間，像海王星的發(fā)現(xiàn)，哈雷彗星的成功預(yù)報，萬有引力定律不斷地被科學(xué)實驗所證實，才逐漸得到普遍認(rèn)可。下面我們看萬有引力定律的其他用途,科學(xué)真是迷人,三把天體的質(zhì)量“稱”出來八大行星圍繞太陽運動，太陽為中心天體。思考行星做圓周運動的向心力是什么,行星繞恒星的運動和衛(wèi)星繞行星的運動均可近似看成是勻速圓周運動，其所需的向心力就是由恒星與行星、行星與衛(wèi)星之間的萬有引力提供的，F(xiàn)萬F向。,例1把地球繞太陽公轉(zhuǎn)看做是勻速圓周運動，軌道平均半徑約為15108KM，已知引力常量G6671011NM2/KG2，則可估算出太陽的質(zhì)量大約是多少（結(jié)果取一位有效數(shù)字）,解析設(shè)太陽的質(zhì)量為M，地球質(zhì)量為M，軌道半徑為R1501011M，公轉(zhuǎn)周期是315107S，萬有引力提供向心力,四破解重力變化之謎思考“重力”就是“萬有引力”嗎,1在地球表面，重力只是萬有引力的一個分力。,因為F向很小，所以,①重力隨緯度的增大而增大。②重力隨高度的增大而減小。2在地球高空，重力就是萬有引力。因物體不再受地球自轉(zhuǎn)影響,例2地球表面重力加速度為G，忽略地球自轉(zhuǎn)的影響，在距地面高度為H的空中重力加速度是地面上重力加速度的幾倍已知地球半徑為R。,解析不計地球自轉(zhuǎn)的影響，物體的重力等于物體受到的萬有引力。地面H高處所以,天體質(zhì)量的計算方法總結(jié)方法一已知天體的球體半徑R和球體表面重力加速度G，求天體的質(zhì)量?；舅悸?此式稱為黃金代換式。,方法二已知行星（或衛(wèi)星）的公轉(zhuǎn)周期T、軌道半徑R，可求出中心天體的質(zhì)量M（但不能求出行星或衛(wèi)星的質(zhì)量M）基本思路,一知道萬有引力定律在天文學(xué)上的應(yīng)用發(fā)現(xiàn)未知天體。二能夠根據(jù)條件求天體的質(zhì)量和密度。三知道重力隨緯度和高度的變化而變化的規(guī)律。,1最近，科學(xué)家在望遠(yuǎn)鏡中看到太陽系外某一恒星有一行星，并測得它圍繞該恒星運行一周所用時間為1200年，它與該恒星的距離為地球到太陽距離的100倍，假設(shè)該行星繞恒星運行的軌道和地球繞太陽運行的軌道都是圓，僅利用以上兩個數(shù)據(jù)可以求出的量有（）A．恒星質(zhì)量和太陽質(zhì)量之比B．恒星密度和太陽密度之比C．行星質(zhì)量與地球質(zhì)量之比D．行星運行速度與地球公轉(zhuǎn)速度之比,AD,2若已知太陽的一個行星繞太陽運轉(zhuǎn)的軌道半徑為R，周期為T，引力常量為G，則可求得（）A該行星的質(zhì)量B太陽的質(zhì)量C該行星的平均密度D太陽的平均密度,B,3天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一顆距地球40光年的“超級地球”，名為“55CANCRIE”該行星繞母星（中心天體）運行的周期約為地球繞太陽運行周期的，母星的體積約為太陽的60倍。假設(shè)母星與太陽密度相同，“55CANCRIE”與地球均做勻速圓周運動，則“55CANCRIE”與地球的A軌道半徑之比約為B軌道半徑之比約為C向心加速度之比約為D向心加速度之比約為,B,4（2012安徽高考）我國發(fā)射的“天宮一號”和“神舟八號”在對接前，“天宮一號”的運行軌道高度為350KM，“神舟八號”的運行軌道高度為343KM。它們的運行軌道均視為圓周，則A“天宮一號”比“神舟八號”速度大B“天宮一號”比“神舟八號”周期長C“天宮一號”比“神舟八號”角速度大D“天宮一號”比“神舟八號”加速度大,B,不是境況造就人，而是人造就境況。,

簡介：,萬有引力理論的成就,一、教材的地位和作用本節(jié)是重點，是萬有引力定律在實際中的具體應(yīng)用。二、教學(xué)目標(biāo)1、了解行星繞恒星的運動及衛(wèi)星繞行星的運動之共同點；2、萬有引力等于向心力列方程，求解天體問題；3、了解萬有引力定律在天文學(xué)上重要應(yīng)用。三、重點難點1、對天體運動的向心力是由萬有引力提供的理解。2、中心天體質(zhì)量的求解。,四、教法分析推理法，講練法。五、學(xué)法引導(dǎo)法，討論法，總結(jié)歸納法。六、教學(xué)過程,,,,例題把地球繞太陽的運動看作勻速圓周運動，地球繞太陽公轉(zhuǎn)的半徑是1501011M，公轉(zhuǎn)的周期是316107S，求太陽的質(zhì)量。,,演示文稿123后等,,HTTP//WWWAIYOUSHENGCOM/11123/我的冰冷大小姐最新章節(jié)存叀夻,由于地球做圓周運動的向心力由太陽對它的萬有引力提供，所以設(shè)太陽的質(zhì)量為M，地球的質(zhì)量為M,,,,10月15日，我國在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心進行首次載人航天飛行。9時整，“神舟”五號載人飛船發(fā)射成功。,“神舟”五號飛船有關(guān)數(shù)據(jù)1、“神舟”五號飛船總長92米，總重7790公斤；2、“長征”二號F型運載火箭的起飛重量4798噸，其乳白色船箭塔組合體高583米；3、“神舟”五號飛船變軌后飛行的圓形軌道距地球343公里；4、飛船在太空中大約每90分鐘繞地球一圈，其間要經(jīng)受180攝氏度的溫差考驗；5、“神舟”五號飛船共繞行地球14圈，進行約60萬公里的旅行。,由F萬＝F向可知,,,,,,,依次增大,依次減小,依次減小,依次減小,海王星與冥王星的發(fā)現(xiàn)在18世紀(jì)，人們已經(jīng)知道太陽系有7個行星，其中1781年發(fā)現(xiàn)的第七個行星天王星的運動軌道，總是同根據(jù)萬有引力定律計算出來的有一定偏離。當(dāng)時有人推測，在天王星軌道外面還有一個未發(fā)現(xiàn)的行星，它對天王星的作用引起了上述偏離。英國劍橋大學(xué)的學(xué)生亞當(dāng)斯和法國年輕的天文愛好者勒維列根據(jù)天王星的觀測資料，各自獨立地利用萬有引力定律計算出這顆新行星的軌道。1846年9月23日晚，德國的加勒在勒維列預(yù)言的位置附近發(fā)現(xiàn)了這顆新行星。后來，天文學(xué)家把這個行星叫做海王星。用同樣的方法，在1930年3月4日，人們發(fā)現(xiàn)了太陽系的第9個行星冥王星。,總結(jié),一條規(guī)律萬有引力充當(dāng)向心力。一個質(zhì)量求中心天體的質(zhì)量。一個比較可以比較同一中心天體周圍不同軌道上的天體的運動情況。兩個發(fā)現(xiàn)了解海王星、冥王星的發(fā)現(xiàn)過程。,練習(xí),1、下列說法正確的是A、海王星和冥王星是人們依據(jù)萬有引力定律計算軌道而發(fā)現(xiàn)的；B、天王星是人們依據(jù)萬有引力定律計算軌道而發(fā)現(xiàn)的；C、天王星的運行軌道偏于據(jù)萬有引力定律計算出來的軌道，其原因是由于天王星受到軌道外面其它行星的吸引作用；D、以上均不正確。,2、若已知某行星繞太陽公轉(zhuǎn)的半徑為R，公轉(zhuǎn)的周期為T，萬有引力恒量為G，則由此可求出A、某行星的質(zhì)量；B、太陽的質(zhì)量；C、某行星的密度；D、太陽的密度。,（AC）,（B）,作業(yè),課本P110（1）P114（4）,,,

簡介：天文學(xué)導(dǎo)論,第09講星系,ITMAYNOTBEAMISSTOPOINTOUTSOMEOTHERREMARKABLENEBULAEWHICHCANNOTWELLBELESS,BUTAREPROBABLYMUCHLARGERTHANOUROWNSYSTEMANDBEINGALSOEXTENDED,THEINHABITANTSOFTHEPLANETSTHATATTENDTHESTARSWHICHCOMPOSETHEMMUSTLIKEWISEPERCEIVETHESAMEPHENOMENAFORWHICHREASONTHEYMAYALSOBECALLEDMILKYWAYSIRWILLIAMHERSCHEL17381822,本講內(nèi)容,河外星系研究簡史星系的哈勃分類法星系距離的測量星系團與宇宙大尺度結(jié)構(gòu)星系間的碰撞星系（團）質(zhì)量的測量（暗物質(zhì)）,1。河外星系研究簡史,1784年,法國天文學(xué)家梅西耶CHARLESMESSIER發(fā)表了包含110個“星云NEBULAE”的“梅西耶星表”，其中40個實際上是（河外）星系超新星遺跡、星團、星系等不同類型天體最大最亮的星系通常用其在梅西耶星表中的排序數(shù)字來表示仙女座大星系即為M31,NEWGENERALCATALOGUENGC新總表,1800年,英國天文學(xué)家赫歇爾（WILLIAMHERSCHEL）發(fā)表了有2500個天體的星表1864年，JOHNHERSCHEL（WILLIAMHERSCHEL之子）發(fā)表THEGENERALCATALOGUEOFNEBULAEANDCLUSTERSOFSTARS,后來演變?yōu)榘^10,000個星系的NEWGENERALCATALOGUENGC，新總表星團、星系等不同類型天體一個星系通常以其在NGC中的排序數(shù)字表示。如仙女星系M31也叫NGC224,宇宙尺度大辯論THEGREATDEBATE,1920年4月26日，沙普利柯蒂斯大辯論SHAPLRYCURTISDEBATE“旋渦星云”的距離是多遠(yuǎn)“旋渦星云”是恒星系統(tǒng)還是氣體云沙普利SHAPLRY“旋渦星云”是銀河系內(nèi)的氣體云，銀河系就是整個宇宙柯蒂斯CURTIS宇宙是由無數(shù)類似“旋渦星云”的星系構(gòu)成的，“旋渦星云”是恒星系統(tǒng)（1755年，康德提出“島宇宙”（ISLANDUNIVERSES的概念旋渦星云的扁平形態(tài)是由轉(zhuǎn)動引起的。銀河系是無限宇宙中散布的“島宇宙”之一）,星系之父哈勃的裁決,1923年，哈勃使用25米望遠(yuǎn)鏡分解出M31中的造父變星證實“仙女座大星云”確實是恒星系統(tǒng)由造父變星的周光關(guān)系估計“仙女座大星云”的距離285KPC（實際距離770KPC）最遠(yuǎn)的球狀星團的距離100KPC因此“仙女座大星云”（及其它星云）必定是河外星系,2。星系的哈勃分類法（音叉圖）,根據(jù)所觀測的星系光學(xué)形態(tài)的不同，哈勃首先把星系分為橢圓星系、透鏡狀星系、旋渦星系、棒旋星系和不規(guī)則星系等5大類,,,,,,,21橢圓星系ELLIPTICALGALAXIES,橢球形的星系，符號為E。按橢率增加又分為E0、E1、和E7八個次型主要由星族Ⅱ恒星構(gòu)成，沒有星系盤，沒有或僅有少量星際氣體和塵埃（中心），顏色偏紅恒星作無規(guī)則的橢圓軌道運動中心區(qū)域最亮，亮度向邊緣遞減大小和質(zhì)量相差懸殊巨橢圓星系106PC，1013M⊙，20倍銀河系矮橢圓星系103PC，107M⊙，十分常見，恒星數(shù)可少到百萬顆,－22100MPC）星系紅移巡天通過觀測大量星系的光譜確定其（位置與）距離星系的分布是不均勻的，具有類似海綿狀的結(jié)構(gòu)，由細(xì)長的纖維（超星系團）及其周圍的巨洞VOIDS組成巨洞的典型大小為50MPC宇宙中大部分物質(zhì)位于纖維結(jié)構(gòu)上，約占整個空間體積的12,對3億光年尺度的數(shù)值模擬,長城,,距離約200MPC以內(nèi)的1057星系,2DF紅移巡天REDSHIFTSURVEYS,,5。星系的碰撞,星系團內(nèi)星系的分布更為密集→相互碰撞的幾率更大?3種主要后果但恒星幾乎不受影響,51星系碰撞?星系形態(tài)的變化,潮汐力→星系際物質(zhì)橋（尾）,前景星系,第三個星系由于碰撞星系的引力而變形,兩個星系在碰撞,STEFAN‘SQUINTET施特芬五重奏星系,,,M51NGC5194帶小孩的星系,旋渦星系M51的旋臂可能是由伴星系NGC5195的引力拖曳而造成的M51的一個旋臂受到伴星系的強烈擾動作用而大大偏離其原來的位置，直奔伴星系，從而形成連接兩個星系的物質(zhì)橋,蝌蚪星系和老鼠星系的長尾巴（恒星和氣體）,THETADPOLEGALAXYUGC10214蝌蚪星系,THEMICEGALAXYNGC4676A,B老鼠星系,HST監(jiān)測到制造“暴亂”的星系群,52星系碰撞?星暴現(xiàn)象,氣體壓縮→大量恒星快速形成?星暴星系STARBURST,,天線星系NGC4038/4039一對碰撞星系,LEFTAGROUNDBASEDIMAGE,SHOWINGTWOLONGSTREAMSOFSTARSFLUNGOUTBYRAPIDLYCHANGINGGRAVITATIONALFORCESDURINGTHECOLLISIONRIGHTIMAGEOFTHEGREENINSETREGIONONTHELEFTFROMTHEHST,SHOWINGMANYCLUSTERSOFNEWBORNBLUEGIANTSTARS,CARTWHEELGALAXY車輪星系,ASMALLERGALAXYPROBABLYTHEBLUEONEONTHERIGHTPASSEDALMOSTSTRAIGHTTHROUGHTHECENTEROFTHELARGERONEONTHELEFT,SENDINGANEXPANDINGCIRCULARCOMPRESSIONWAVETHROUGHITSINTERSTELLARGASNEWSTARSAREBEINGFORMEDINTHISBIG“SPLASH“,,53星系碰撞?星系并合,星系的并合和吞食→巨橢圓星系的形成。線索巨橢圓星系與矮橢圓星系的質(zhì)量比107在星系高密度區(qū)（如富星系團中心）旋渦星系的數(shù)量很少超巨橢圓星系特征I非常延展的暈，II中心區(qū)有多個核，III通常位于星系團的核心,,星系團ABELL（阿貝爾）2199中心星系的核區(qū)的小星系,NGC6240,星系NGC6240內(nèi)區(qū)的偽彩色合成圖光學(xué)（HST，黃色）和X射線（CHANDRA，藍(lán)色）兩個超大質(zhì)量（吸積）黑洞產(chǎn)生的X射線,星系團MS105493中的星系碰撞過程,仙女大星系正向我們的銀河系奔來,仙女星系（及其它幾個星系）正靠近銀河系，也許幾十億年后，M31會與銀河系相撞，但太陽及太陽系有足夠好的運氣不受任何影響,,6。星系團引力質(zhì)量的測定暗物質(zhì)的證據(jù),自轉(zhuǎn)曲線（旋渦星系）無規(guī)則運動（橢圓星系、星系團）熱氣體的X射線輻射（星系團）引力透鏡（星系、星系團）,61旋渦星系的自轉(zhuǎn)曲線,譜線位移→自轉(zhuǎn)速度→質(zhì)量（分布）曲線,,,,62無規(guī)則運動,橢圓星系許多恒星的譜線位移→平均無規(guī)則運動速度距離→質(zhì)量分布星系團許多星系的譜線位移→星系的平均運動速度星系距星系團中心的距離→星系團（引力）質(zhì)量分布,63星系際熱氣體的X射線輻射,X射線觀測發(fā)現(xiàn)在部分橢圓星系周圍存在大量的熱氣體（溫度107108K，密度1CM3）X射線輻射→氣體溫度→原子熱運動速度（當(dāng)?shù)靥右菟俣龋|(zhì)量,TOPOPTICALIMAGETHEGIANTELLIPTICALGALAXYM87ISTHECENTERANDTHEGIANTELLIPTICALM84ANDM86AREATTHEUPPERRIGHTBOTTOMXRAYIMAGE,SHOWINGEMISSIONFROMHOTINTERGALACTICGASAROUNDM87,M84,ANDM86VISIBLEM8710TIMESMILKYWAYDARKMATTERHALOAROUNDM87IS5TIMESITSELF,,,,室女星系團,64星系團的引力透鏡效應(yīng),INTHEUPPERDIAGRAM,THELENSGALAXYISPERFECTLYALIGNEDWITHADISTANTSTARLIKEOBJECTTHEGRAVITYOFTHELENSGALAXYDISTORTSTHEIMAGEOFTHEDISTANTOBJECTINTOANEINSTEINRING（愛因斯坦環(huán)）INTHELOWERDIAGRAM,THELENSGALAXYISNOTPERFECTLYALIGNED,SOITDISTORTSTHEIMAGEOFTHEDISTANTOBJECTASTARWITHAJETINTOMULTIPLEIMAGES,星系作為引力透鏡,UPPERTHEHSTIMAGEOFTHEDISTANTGALAXY1938666WHICHHASBEENIMAGEDINTOANEINSTEINRINGBYANINTERVENINGGALAXYTHEINTERVENINGGALAXYSHOWSUPASTHEBRIGHTSPOTINTHECENTEROFTHERINGLOWERTHEMERLINRADIOPICTUREOFTHERADIOSOURCE1938666EMBEDDEDINTHEDISTANTGALAXYTHEINCOMPLETERINGORARCSHOWSTHATTHERADIOSOURCEISNOTPERFECTLYALIGNEDWITHTHELENSGALAXYANDTHEEARTH（透鏡星系不是射電源，此圖不顯示）,星系團作為引力透鏡,CLUSTERCL0024ANDMULTIPLELENSEDIMAGESOFBACKGROUNDGALAXYMATHEMATICALRECONSTRUCTIONOFTHEACTUALBACKGROUNDGALAXY,MATHEMATICALRECONSTRUCTIONOFTHEMASSDISTRIBUTIONINTHECLUSTERTHATISREQUIREDTOCAUSETHEOBSERVEDMULTIPLEIMAGES?MAPPINGTHEDISTRIBUTIONOFDARKMATTERINCLUSTERSOFGALAXIES,,星系和星系團的質(zhì)量范圍,正常旋渦星系與橢圓星系質(zhì)量10111012M⊙不規(guī)則星系質(zhì)量1081010M⊙矮橢圓星系質(zhì)量106107M⊙星系團質(zhì)量10131014M⊙星系和星系團的引力質(zhì)量大約是可見質(zhì)量的10倍?宇宙物質(zhì)中的90是暗物質(zhì),質(zhì)光比MASSTOLUMINOSITYRATIOM/L,質(zhì)光比天體系統(tǒng)的（引力?總）質(zhì)量（太陽單位）/光度（太陽單位）光度?可見質(zhì)量太陽M/L1銀河系M/L10（90為暗物質(zhì)）星系M/L550富星系團M/L300質(zhì)光比表征暗物質(zhì)與可見物質(zhì)之比。其值越大，暗物質(zhì)含量越多,子彈星系團暗物質(zhì)的證據(jù),,擴展閱讀,科學(xué)世界2010年第11期第70頁銀河系家族介紹本星系群的結(jié)構(gòu)、若干典型成員的圖像、本星系群邊緣的矮星系、本星系群研究對了解星系演化的啟示,

簡介：天文學(xué)導(dǎo)論IV行星科學(xué),第12講太陽系（1）行星第13講太陽系（2）矮行星、小天體與太陽系形成第14講（太陽）系外行星與地外生命探索,天文學(xué)導(dǎo)論,第12講太陽系1行星,YOUAREACHILDOFTHEUNIVERSENOLESSTHANTHETREESANDTHESTARSYOUHAVEARIGHTTOBEHERE,ANDWHETHERORNOTITISCLEARTOYOU,NODOUBTTHEUNIVERSEISUNFOLDINGASITSHOULDDESIDERADAAUTHORUNKNOWN,本講內(nèi)容,太陽系概觀類地行星水星金星地球與月球火星類木行星木星土星天王星海王星,太陽系,太陽系指太陽本身以及被其引力所束縛的天體一起所構(gòu)成的體系太陽（一顆“不”普通的恒星）（八大）行星（4）類地與（4）類木矮行星（數(shù)目）小天體小行星、彗星、流星體等衛(wèi)星撞擊隕石,冥王星的行星地位之爭,地球金星、木星、水星、火星，土星天王星、海王星望遠(yuǎn)鏡與發(fā)現(xiàn)者冥王星（1930年發(fā)現(xiàn)），將其列為第九大行星早已被“天文界”稱作“歷史性的誤差”近年來，在海王星軌道以外的柯伊伯帶不斷觀測到一些天體，它們的質(zhì)量（如“塞德娜”）和冥王星的質(zhì)量相似，有的天體如“鬩神星（齊娜）”甚至比冥王星還大?PLANET10，11，“塞德娜”、“鬩神星”和冥王星一樣，都應(yīng)該屬于“柯伊伯”帶中質(zhì)量較大的天體,國際天文學(xué)聯(lián)合會（IAU）行星決議案,第26屆IAU大會，2006/8/24，布拉格現(xiàn)代的觀測正在改變我們對行星系統(tǒng)的認(rèn)識。重要的是，我們對天體的命名需要反映我們目前的理解。特別地，這也適用于對“行星”的確認(rèn)。最開始“行星”這個詞描述的只是以天空中移動的光點為人所知的“游蕩者”。最近的發(fā)現(xiàn)使得我們可以根據(jù)目前已有的科學(xué)信息創(chuàng)建一個新的定義。,IAU行星決議案太陽系的行星定義,決議5IAU因此決議把行星和太陽系內(nèi)的其它天體定義為如下不同的三類行星是一個具有如下性質(zhì)的天體（A）位于圍繞太陽的軌道上，（B）有足夠大的質(zhì)量來克服固體應(yīng)力以達到流體靜力平衡的形狀近于球形，以及（C）已經(jīng)清空了其軌道附近的區(qū)域。矮行星是一個具有如下性質(zhì)的天體（A）位于圍繞太陽的軌道上，（B）有足夠大的質(zhì)量來克服固體應(yīng)力以達到流體靜力平衡的形狀（近于球形），（C）還沒有清空其軌道附近的區(qū)域，以及（D）不是一顆衛(wèi)星。其它所有圍繞太陽運動（不是衛(wèi)星）的天體被定義成“太陽系小天體”。,IAU行星決議案冥王星,決議6IAU進一步?jīng)Q議根據(jù)上述的定義，冥王星是一顆矮行星，并且被認(rèn)定成新一類海（王星）外天體的原型。,1。太陽系概觀,處于中心的太陽，其質(zhì)量為太陽系其它所有成員總質(zhì)量的約1000倍太陽系（八大）行星，由最靠近太陽的行星算起，依次為水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。均為1900年以前被發(fā)現(xiàn)的。矮行星冥王星、谷神星、鬩神星（ERIS齊娜，2003UB313）等太陽系小天體小行星，彗星，流星體（?流星）等小天體柯伊伯帶（盤狀）和奧爾特云（球殼狀）,行星（冥王星）的相對大小,太陽和由氣體構(gòu)成的氣態(tài)巨行星（木星、土星、天王星和海王星）是太陽系中最大的天體,相對直徑,行星（冥王星）到太陽的距離,和到太陽的距離相比，行星的大小實在是微不足道地球到太陽的平均距離1天文單AU15X108千米，約為地球直徑的10,000倍,行星到太陽的平均距離,距離（軌道，空間）快速增大,,質(zhì)量（相對于地球）,氣態(tài)巨行星的質(zhì)量也占行星總質(zhì)量的絕大部分,密度,氣態(tài)巨（外）行星的大質(zhì)量是由于其體積大，而不是由于其密度大內(nèi)行星（巖石）是最致密的,公轉(zhuǎn)（REVOLUTION）軌道（ORBIT）,行星公轉(zhuǎn)軌道為橢圓，太陽位于一個焦點上同向公轉(zhuǎn)所有行星環(huán)繞太陽公轉(zhuǎn)的方向一致（逆時針）包括太陽在內(nèi)，大部分行星的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)同向太陽系形成的證據(jù),真實的軌道大小和形狀（按比例）行星不按比例逆時針公轉(zhuǎn)（順行）,TOPVIEW,1996秋的內(nèi)太陽系,1996秋的內(nèi)太陽系,白色表示在黃道面上方，黃色在黃道面下方內(nèi)行星軌道基本上在同一平面內(nèi)水星軌道面最扁與黃道面夾角最大7度,SIDEVIEW,太陽系行星全貌（1996秋，軌道按比例）,注意外太陽系的巨大空間內(nèi)太陽系被壓縮好像變?yōu)橐粋€軌道（冥王星軌道的偏心率很大）,TOPVIEW,,,太陽系行星全貌（1996秋，軌道按比例）,相對黃道面，冥王星軌道面傾斜很大（17度）,SIDEVIEW,軌道偏心率,2。類地行星THETERRESTRIALEARTHLIKEPLANETS,按比例的類地行星,EARTH地球,VENUS金星,MARS火星,MERCURY水星,類地行星的一般特征,像地球靠近太陽鐵（鎳）核心和巖石外殼沒有或極少衛(wèi)星體積小質(zhì)量不大致密，密度45G/CM3大氣稀薄,類地行星的物理數(shù)據(jù),MERCURY水星鐵質(zhì)行星,PLANET1，距太陽039AU0衛(wèi)星從地面很難研究，因為和太陽同升同落而被陽光污染地面雷達MARINER（水手）10號（19741976）“信使”號水星探測器2004/8/3發(fā)射，已于2011年3月18日進入水星軌道，將進行至少1年的科學(xué)探測,水星表面酷似月球,表面布滿隕石坑CRATERS是水星最令人注目的特征。好像月球那樣，屢屢遭受撞擊,,撞擊坑的典型特征包括輻射紋和中心的小山丘沒有板塊構(gòu)造的證據(jù)怪異軌道和高密度（鐵）特征?強大碰撞造成現(xiàn)在的面貌卡路里盆地的另一面長約5000千米的山脈,水星幾乎沒有大氣,極稀薄大氣，主要是鈉氣和少量氦氣。表面大氣壓接近零氣態(tài)鈉表明水星表面溫度極高（水星最接近太陽），足以使巖石中的鈉氣化稀薄大氣?水星表面晝夜溫差極大T430°C晝T170°C夜,金星煉獄行星,PLANET2FROMTHESUN，距地球最近晨星和晚星44等，“太白”，“維納斯”0衛(wèi)星被具有高反射效率的云層所包裹探測器前蘇聯(lián)“金星”號系列；美國水手號，先鋒號，麥哲倫號,金星的自轉(zhuǎn),自轉(zhuǎn)方向和其它行星相反自轉(zhuǎn)軸沒有傾斜，幾乎和公轉(zhuǎn)平面垂直，所以金星沒有四季之分自轉(zhuǎn)非常緩慢，恒星日243天巨大天體的碰撞,濃密大氣與嚴(yán)重的溫室效應(yīng),金星的大氣層濃密，氣壓為地球的90倍大氣成分90二氧化碳、3氮氣、少量二氧化硫地球79N220O2少量CO2等由于大氣富含二氧化碳等溫室氣體，能把吸收的太陽能圍困于大氣中，造成有效的溫室效應(yīng)金星表面各處的溫度基本一致，差不多都達500°C，是太陽系最熱的行星，也沒有晝夜溫差,金星的云和酸雨,整個金星表面被硫酸H2SO4云所覆蓋，所以金星上的雨是名副其實的酸雨酸雨溶解了巖石中的碳酸鹽和硫酸鹽，釋放出二氧化碳和二氧化硫，進一步加強金星大氣的溫室效應(yīng)和腐蝕性,先鋒10號的紫外像,金星的表面光滑,和水星不同，金星由于受到濃密大氣的保護，表面隕石坑比較少，比較光滑,麥哲倫號飛船的雷達資料隕石坑、火山、平原、河谷等殼層只包含一個板塊,古拉蒙斯火山,49千米寬的隕擊坑,地球金鎖軌道上的行星,地球表面適宜水保持液態(tài)09515AU生命區(qū)域（幾乎）太陽系唯一適宜高等生命生存的星球活動的行星,,質(zhì)量6X1024KG半徑6400KM光每秒可繞地球75圈最高珠峰（884443米），只是地球表面一條不起眼的小皺褶平均密度約為水的55倍，密度最大的行星除了諸多人造衛(wèi)星，只有一顆自然衛(wèi)星我們的月亮,地球的結(jié)構(gòu),最深處為地核鐵和鎳，很熱，分內(nèi)外兩層，內(nèi)核固態(tài)（T6000℃），外核液態(tài)。維持地?zé)岬哪茉粗饕獊碜缘厍騼?nèi)部的天然放射性物質(zhì)地核之外是呈半液態(tài)的地幔，高溫使固體巖石流動最外層是固態(tài)的巖石地殼,PLATETECTONICS大地板塊構(gòu)造說,地殼不是堅硬的球體，而是由若干連綿數(shù)千公里，但厚度只有50公里，且漂浮在熾熱的軟流層上的板塊所組成,地球的磁場,地心的旋轉(zhuǎn)（對流）產(chǎn)生了地球磁場磁軸既不和地球自轉(zhuǎn)軸一致，也不通過地球的中心磁極南北倒向,THEMAGNETICFIELDISTILTEDBYABOUT18°WITHRESPECTTOTHEROTATIONAXIS,SOCOMPASSESPOINTTOAMAGNETICPOLETHATISINNORTHERNCANADA,AURORA極光,地球磁場俘獲太陽風(fēng)所攜帶的帶電粒子，并把它們導(dǎo)向地球兩極。當(dāng)帶電粒子與地球大氣中的原子和分子碰撞時，這些原子和分子便會發(fā)光，產(chǎn)生絢麗多彩（多為綠色）的極光地球磁場由于屏蔽了太陽風(fēng)而保護了我們,北極光（ALASKA）,南極光（奮進號航天飛機）,地球大氣,氮氣78氧氣20其它氬氣，二氧化碳等溫室氣體二氧化碳二氧化硫甲烷,溫室效應(yīng)GREENHOUSEEFFECT（自學(xué)）,地球大氣中的溫室氣體能有效阻擋紅外線向外太空輻射，從而使地球溫度升高，即溫室效應(yīng)大量溫室氣體能強烈影響一顆行星的表面溫度,IFINCREASECO2INEARTH’SATMOSPHERE,PROBABLYGETGLOBALWARMINGUNCERTAIN,月球引起的潮汐TIDE,月球?qū)Φ厍虻囊ψ饔?，以對近月的海水最強、地球本身次之，而對遠(yuǎn)端的海水最弱相對地心來說，這個引力差形成了兩處隆起的海水地球自轉(zhuǎn)導(dǎo)致同一地點海水一天兩次漲潮的現(xiàn)象,太陽引起的潮汐,太陽對地球及海水的引力是月球的一半，其引力差同樣造成同一地點海水一天兩次漲潮在新月或滿月時，月球和太陽的影響會疊加在一起，所以當(dāng)日的漲潮更高,月球,地球唯一的天然衛(wèi)星地月平均距離為地球直徑的30倍月球直徑僅為地球的1/4，質(zhì)量則為1/81，因此月球表面的引力只有地球的1/6,月面上較暗的部分稱為月海MARIA,滴水全無，只是遠(yuǎn)古時期月殼形成時凝固了的熔巖月面上較亮的部分稱為山，其實不是山，而是由大量星際物質(zhì)撞擊月面時所形成的環(huán)形山（隕坑）（伽利略命名）,MARE,HIGHLAND,死寂的月球,月面上保存了大量完好的環(huán)形山（隕擊坑CRATERS，非火山），暗示月球內(nèi)部的演化已處于停滯期，甚至可以說月球已經(jīng)死亡,月球存在水,環(huán)形山的成因,簡單環(huán)形山形如一個碗復(fù)雜環(huán)形山則有一個小山丘在隕坑中央。小山丘是由撞擊后變形的月殼物質(zhì)反彈所形成的,月球無大氣,引力太小不能有效束縛大氣SOTEMPERATUREGOESTHROUGHEXTREMES100°CNIGHTTO130°CDAY平均表面溫度42℃,月球成因,姊妹說同源于一個母體太陽系原始星云母女說月球是地球形成后從地球分離出去的一部分形成的情侶說月球另有來源，特定條件下被地球俘獲撞擊說（主流觀點）地球形成初期，一個火星般大小的原行星劇烈撞擊尚未凝固好的年輕地球，造成地球自轉(zhuǎn)軸傾斜，并噴發(fā)出一部分由原始地球和撞擊物組成的物質(zhì)，從而形成月球，并緩慢遠(yuǎn)離地球,月球探測,月球是目前人類唯一踏足過的天體。自二十世紀(jì)六十年代末至七十年代初，美國的阿波羅登月計劃便有六次載人成功登陸月球新一輪探月（登月、月球基地）高潮已經(jīng)開始日本的月亮女神2007年9月14日發(fā)射成功中國的嫦娥一號2007年10月24日發(fā)射成功中國的嫦娥二號2010年10月1日發(fā)射成功,火星紅色行星,FASCINATIONFORTHEPOSSIBILITYOFLIFE,ITWILLBEPOSSIBLETOSEECITIESONMARS,TODETECTNAVIESINITSHARBORS,ANDTHESMOKEOFGREATMANUFACTURINGCITIESANDTOWNSISMARSINHABITEDTHERECANBELITTLEDOUBTOFITCONDITIONSAREALLFAVORABLEFORLIFE,ANDLIFE,TOO,OFAHIGHORDERISITPOSSIBLETOKNOWTHISOFACERTAINTYCERTAINLY“QUOTEDINFEB,1973NATIONALGEOGRAPHICFROMABOOKCALLEDWORLDMAKING1895BYSAMUALLELANDPHELPSAPROFESSOROFASTRONOMY,VIKING2海盜2,地球生命來自火星,1996年在地球南極發(fā)現(xiàn)的火星隕石中顯現(xiàn)出36億前的原始生命的可能跡象TUBELIKESTRUCTURESTINYBACTERIASEVERALLINESOFCHEMICALEVIDENCE,VERYCONTROVERSIAL,BUTINTRIGUING,火星探測器,199774，火星探路者（MARSPATHFINDER）火星小車“索杰娜”SPIRITANDOPPORTUNITY勇氣號和機遇號200414和5名稱一個小姑娘的提議HTTP//MARSROVERSJPLNASAGOV/HOME/INDEXHTML,“火星像地球”,PLANET4，138AU167AU，215星等火星是一顆（桔）紅色的行星，這是由于其表面有豐富的氧化鐵（惑星或熒惑）火星的自轉(zhuǎn)周期為1026天，自轉(zhuǎn)傾角為24°，所以火星也有四季和晝夜長短的變化和地球一樣，火星擁有極冠，但主要為固態(tài)的二氧化碳干冰和少量水冰,且夏消冬長火星年有680多天053倍地球半徑,稀薄大氣,火星質(zhì)量僅為地球的1/10，表面重力不及地球的4/10，因而大氣層十分稀薄，表面壓力只有地球的1。大氣主要由二氧化碳95和氮3組成，水蒸氣001。雖然大氣主要由二氧化碳組成，但是火星大氣太稀薄，不能有效束縛太陽能，因此它的表面溫度變化很大130°C30°C。由于火星距離太陽遙遠(yuǎn)，所以表面平均氣溫很低火星也有云，有些云是白色的，由水汽和二氧化碳組成；有些云則是黃色的，其中參雜了大量的沙塵，橙紅色天空大溫差干燥導(dǎo)致劇烈變化氣候，因而火星上多風(fēng)，時常沙塵暴，可席卷整個火星，但風(fēng)速不大,火星地表,VIKING2LANDER1976,MARSPATHFINDER1997JULY4,THESKYISNOTBLUE,水?,MARSPATHFINDER1997大量平原沒有河流，生命古老河床曾經(jīng)有過豐富的水資源，目前水可能存在于永久凍結(jié)帶和極冠區(qū)域NASA火星勘測軌道器堆積在火星極地附近的冰層火星全球勘測者火星表面在過去七年形成的溪谷?火星不久前還有水噴出,有趣的地形,火星表面有許多火山，大多數(shù)比地球的更壯觀火星上沒有活火山，但仍留下大量與火山活動有關(guān)的地貌，是由于缺乏類似于地球的板塊漂移運動所致,太陽系最大的火山奧林匹斯火山，高達25公里（珠峰高度的3倍），直徑600公里,火星和地球火山的形成,火星表面的峽谷,火星另一個重要特征是峽谷。最大的一個是綿延5000公里、寬200公里、深7公里的水手峽谷（深度為美國大峽谷的44倍）,,火星沒有類似于地球的板塊運動也可由其表面欠缺綿延不斷的山脈得到證明,火星的衛(wèi)星“雙月懸天”,火星有兩顆細(xì)小且不規(guī)則的天然衛(wèi)星，較大一顆（火衛(wèi)一）的直徑僅27千米自轉(zhuǎn)周期公轉(zhuǎn)周期。極可能是俘獲的小行星,PHOBOS火衛(wèi)一,DEIMOS火衛(wèi)二,3。類木行星THEJOVIANJUPITERLIKEPLANETS,THEJOVIANPLANETSTOTHESAMESCALE,JUPITER木星,URANUS天王星,NEPTUNE海王星,SATURN土星,類木行星的一般特征,像木星，離太陽遠(yuǎn)體積大，質(zhì)量大密度低0717G/CM3擁有很多衛(wèi)星巖石/鐵核心液態(tài)濃密大氣層快速自轉(zhuǎn),類木行星的物理數(shù)據(jù),,UPTO2002MAY,木星行星巨無霸,彩色云帶與赤道平行,LOTSOFSWIRLSPOTSSTORMY,充當(dāng)源自奧爾特云的小天體撞擊地球的巨大屏障,木星的基本特征,PLANET5FROMTHESUN太陽系內(nèi)體積和質(zhì)量最大的行星半徑11EARTH01SUN質(zhì)量320EARTH103SUN低密度（13）自轉(zhuǎn)周期約10小時。高速自轉(zhuǎn)使木星兩極扁平、赤道隆起為橢球形,木星內(nèi)部的引力坍縮GRAVITATIONALCOLLAPSE,大質(zhì)量木星的強大引力，令其內(nèi)部產(chǎn)生強大的引力坍縮，不斷將物質(zhì)的引力勢能轉(zhuǎn)化為熱能結(jié)果，木星向外太空輻射的能量比它從太陽得到的能量還要多但是木星的質(zhì)量不夠大，其引力坍縮所產(chǎn)生的熱能不足以點燃?xì)洌驈牟粫a(chǎn)生核反應(yīng)因此，我們?nèi)祟惡苄疫\，木星沒有成為另一個“太陽”。假如,木星主要成分,主要成分為氫和氦LIKESUN,以及少量的甲烷和氨表面氣壓極大，超過地球的1000倍，以致木星的中心由金屬相的氫組成,金屬核的超高速自轉(zhuǎn)解釋了木星的強大磁場和在木星兩極觀測到的極光,木星的大紅斑THEGREATREDSPOT,通常只看到木星的上層大氣。通過望遠(yuǎn)鏡可看到木星表面的云帶和斑BANDSANDSPOTS木星大氣極度動蕩，其表面風(fēng)速每小時可超過1000千米,著名的木星大紅斑，就是木星大氣上的臺風(fēng)，它淡淡的紅色來自硫化物。和地球上的臺風(fēng)不同，這個風(fēng)暴足有地球的3倍大，已經(jīng)刮了300多年仍未止息（但發(fā)生了變化）,,木星的光環(huán)系統(tǒng),和土星一樣，木星亦有光環(huán)系統(tǒng)，但它的光環(huán)十分暗淡，地面望遠(yuǎn)鏡根本看不到事實上，（光）環(huán)系統(tǒng)也是四顆類木行星的共同特征,木星的衛(wèi)星,木星有61個衛(wèi)星，包括四顆著名的伽利略衛(wèi)星木衛(wèi)一艾奧IO,木衛(wèi)二歐羅巴EUROPA（生命）木衛(wèi)三加尼未GANYMEDE木衛(wèi)四卡利斯托CALLISTO,BRIGHTNESS,STRUCTURE,ANDCRATERDENSITYOFMOONTERRAINSGIVECLUESTOGEOLOGICALACTIVITY,,艾奧最著名的是它的火山活動，噴出大量硫化物，并形成非常年輕的地貌加尼未是太陽系最大的衛(wèi)星歐羅巴和卡利斯托的冰層下可能存在湖泊,IO火山口（黑點）；內(nèi)部熔化,土星有光環(huán)的“天神”,土星的基本特征,PLANET6FROMTHESUNLARGESIZEANDMASS,2NDLARGEST在眾多行星中，密度最低07G/CM3），比水輕，“水上漂”土星和木星十分相似高速自轉(zhuǎn),10HR15MIN類似的內(nèi)部熱能轉(zhuǎn)化機制類似的大氣成分MOSTLYH,HE,云帶（不顯著）金屬氫核心強磁場,華麗的光環(huán),土星的光環(huán)名聞遐邇。光環(huán)的厚度約1公里，主要由數(shù)毫米至數(shù)米的塵埃和冰塊組成光環(huán)并非連續(xù)，有無數(shù)小環(huán)組成。地球上可見45個環(huán)因此土星光環(huán)有很多寬窄不一的暗的狹縫，最明顯的是兩個主環(huán)之間的卡西尼縫CASSINIDIVISION,VOYAGER2旅行2號IMAGEOFOUTERBRING,土星光環(huán)的成因,在很久以前，土星的潮汐力曾把一個或數(shù)個衛(wèi)星撕碎（或者說，土星的強大潮汐力使它周圍的物質(zhì)未能形成衛(wèi)星），便形成了現(xiàn)在的美麗光環(huán)光環(huán)位于赤道上，與其軌道面成27度夾角?每29年側(cè)對地球兩次（EG,IN1995）,牧羊衛(wèi)星,部分土星光環(huán)，在其外圍和內(nèi)圍都有一顆衛(wèi)星，稱之為牧羊衛(wèi)星，它們的引力作用猶如牧羊犬的作用，可以把離群的碎片趕回光環(huán)之內(nèi)，穩(wěn)定環(huán)的結(jié)構(gòu),VOYAGER2IMAGESOFEPSILONRING,土星的衛(wèi)星,土星有很多衛(wèi)星（31?61顆），最著名的是土衛(wèi)六泰坦（TITAN太陽神）LARGESTAMONGMOONSAROUNDSATURN大氣濃厚，主要由氮組成煙霧彌漫，有溫室效應(yīng)甲烷湖泊LIFEPOSSIBLE,“卡西尼”細(xì)探土星，“惠更斯”登陸泰坦,1997/10/5發(fā)射，2004/7/1進入繞土星軌道2004/12/25，“惠更斯”與“卡西尼”分離，于2005/1/14到達泰坦表面,天王星躺著自轉(zhuǎn)的行星,PLANET7FROMTHESUN1781發(fā)現(xiàn)（威廉赫歇爾）軌道周期84年主要成分H,HE,很冷60K由于大氣中的甲烷散射蘭光，天王星呈現(xiàn)出蔚藍(lán)色與木星和土星不同，天王星的大氣相對較為平靜，因而缺乏表面特征，云帶不顯著,極端季節(jié),天王星最有趣的特征是它的自轉(zhuǎn)軸幾乎和公轉(zhuǎn)軌道平面平行，因此天王星就好像是在公轉(zhuǎn)軌道上滾動著，結(jié)果造成極端氣候巨大天體的撞擊,,天王星和土星、木星在很多方面十分相似大氣成分內(nèi)部熱能轉(zhuǎn)化機制行星磁場光環(huán)大量衛(wèi)星天王星擁有巖石核心,天王星的光環(huán)（13個）,ARINGSYSTEMVERYNARROWRINGSSOME10KMWIDE,ALSO“SHEPHERDMOONS”KEEPTHERINGNARROW1977年，當(dāng)天王星經(jīng)過一顆恒星前，星光的不規(guī)則變化顯示了環(huán)的存在,背景星跡,,海王星最遠(yuǎn)的行星,第8個行星1864年發(fā)現(xiàn)海王星和天王星更相似巖石核心光環(huán)眾多衛(wèi)星磁場H,HE,METHANECH4ATMOSPHERE,海王星的大黑斑GREATDARKSPOT,海王星的大氣看起來比天王星活躍，風(fēng)速達1100千米/小時許多斑著名的臺風(fēng)風(fēng)暴稱為大黑斑（地球大?。?，類似木星的大紅斑。但是大黑斑生命短暫，只有約兩年壽命,海王星的光環(huán),VOYAGER2AUGUST1989,5000KMCLOSESAWCOMPLETEBUTCHANGINGRINGSONLYTWORINGSVISIBLEBYGROUNDBASEDTELESCOPES,URANUSANDNEPTUNEBOTHHAVEABLUECOLOR,擴展閱讀,THENINEPLANETISANICEHOMEPAGEFORYOURFURTHERREADINGHTTP//SEDSLPLARIZONAEDU/BILLA/TNP/NINEPLANETSHTML探測太陽系最新進展，NASAJETPROPULSIONLABORATORYHTTP//WWWJPLNASAGOV/INDEXCFM行星的奇跡WONDERSOFTHEPLANTES英萊曼普林嘉著蕭耐園譯湖南科學(xué)技術(shù)出版社,

簡介：諾貝爾物理學(xué)獎簡介天文學(xué)獎項賞析,馬文章北京師范大學(xué)天文學(xué)教授MWZBNUEDUCN,一、諾貝爾與諾貝爾獎二、天文學(xué)在科學(xué)技術(shù)發(fā)展中的作用三、太陽中微子的檢測與中微子失蹤之謎四、錢德拉塞卡與白矮星的質(zhì)量上限五、脈沖星發(fā)現(xiàn)與中子星的確認(rèn)六、雙中子星系統(tǒng)與引力波的檢測七、宇宙微波背景輻射的發(fā)現(xiàn)八、宇宙微波背景輻射各向異性的發(fā)現(xiàn)九、宇宙加速膨脹的發(fā)現(xiàn)與暗能量十、21世紀(jì)東方諾貝爾獎邵逸夫獎,目錄,第一講、諾貝爾與諾貝爾獎,1、諾貝爾生平業(yè)績2、諾貝爾獎項簡介3、諾貝爾天文學(xué)獎項,,諾貝爾,一、諾貝爾生平業(yè)績,阿爾弗雷德貝恩哈德諾貝爾，瑞典化學(xué)家、工程師和實業(yè)家，諾貝爾獎金的創(chuàng)立人。1833年10月21日，諾貝爾出生于瑞典首都斯德哥爾摩。1896年12月10日，諾貝爾在意大利的桑利瑪去世，終年63歲。1、諾貝爾的父親諾貝爾的父親伊曼紐爾諾貝爾是一位頗有才干的發(fā)明家、機械師。由于他發(fā)明的新機械得不到社會的認(rèn)可，全家生活十分困難。就在諾貝爾出生的前一年，一場大火燒毀了他家的全部家當(dāng)。生活無著、只好靠借債度日。,諾貝爾的父親伊曼紐爾諾貝爾為了躲債單身離家出走，最后落腳在俄羅斯。18401859年期間，諾貝爾的父親在圣彼得堡從事大規(guī)模水雷生產(chǎn)。他發(fā)明了家用取暖的鍋爐系統(tǒng)、設(shè)計了一種制造木輪的機器、設(shè)計制造了大鍛錘等設(shè)備諾貝爾的父親伊曼紐爾諾貝爾的發(fā)明在俄羅斯廣受歡迎。并且在俄國擁有自己的大型機械工廠。這時諾貝爾的家境才好起來。2、諾貝爾的童年諾貝爾8歲上學(xué)，只讀了一年。他從小主要是接受家庭教師的教育。1842年，諾貝爾9歲時，全家離開斯德哥爾摩，到正在俄國首都圣彼得堡工作的父親處生活。,3、諾貝爾在父親永不停息的創(chuàng)造精神影響和引導(dǎo)下，走上了光輝燦爛的科學(xué)發(fā)明道路。1850年，父親安排他旅游學(xué)習(xí)。諾貝爾先赴法國的巴黎學(xué)習(xí)化學(xué)，一年后又赴美國學(xué)習(xí)工作了4年。1855年，諾貝爾返回圣彼得堡后，一直在他父親的工廠里工作，直到1859年父親的工廠破產(chǎn)為止。1860年，諾貝爾重返瑞典以后，他主要從事化學(xué)工作，尤其是炸藥的研究與發(fā)明。,16歲時，諾貝爾就能流利地說英、法、德、俄、瑞典等國家的語言。,諾貝爾父子在斯德哥爾摩的市郊建立試驗室，首次研制出解決炸藥引爆的裝置雷汞管。1863年，諾貝爾開始研究制造液體炸藥硝化甘油。由于液體炸藥容易發(fā)生爆炸事故，他先研究制造固體的炸藥。1866年，諾貝爾制造出安全、猛烈的“達那馬特”固體炸藥。這一產(chǎn)品，以后就成為了諾貝爾國際性工業(yè)集團的基石。1867年，諾貝爾又發(fā)明了安全雷管引爆裝置。隨后又相繼發(fā)明了威力更大的炸藥多種。諾貝爾畢生共有各類炸藥及人造絲等近400項發(fā)明，,諾貝爾一生共獲得85項專利。諾貝爾這些發(fā)明使他在世界化學(xué)史上占有相當(dāng)重要地位。同時，諾貝爾通過制造炸藥這一事業(yè)也為他個人帶來了大量財富。諾貝爾先后創(chuàng)建了諾貝爾化工公司、擁有哥爾斯邦軍火化工廠大部分股權(quán)、在西歐各國開設(shè)以生產(chǎn)炸藥為主營業(yè)務(wù)的兩個托拉斯、擁有在俄國巴庫開采石油的諾貝爾兄弟公司。諾貝爾一生積累了巨額財富，他沒有留給自己的親屬（他終身未娶，沒有子女），而是最后將自己的巨額財富捐獻給了社會。,二、諾貝爾獎的由來,1、諾貝爾獎是根據(jù)諾貝爾本人遺囑設(shè)立的。諾貝爾遺囑全文如下簽名人阿爾弗雷德貝恩哈德諾貝爾，在經(jīng)過成熟的考慮之后，就此宣布關(guān)于我身后可能留下的財產(chǎn)的最后遺囑如下我所留下的全部可變換為現(xiàn)金的財產(chǎn)，將以下列方式予以處理這份資本由我的執(zhí)行者投資于安全的證券方面，并將構(gòu)成一種基金。它的利息將每年以獎金的形式，分配給那些在前一年里曾賦予人類最大利益的人。,上述利息將被平分為5份，其分配辦法如下一份給在物理方面作出最重要發(fā)現(xiàn)或發(fā)明的人；一份給作出過最重要的化學(xué)發(fā)現(xiàn)或改進的人；一份給在生理和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域作出過最重要發(fā)現(xiàn)的人；一份給在文學(xué)方面曾創(chuàng)作出有理想主義傾向的最杰出作品的人；一份給曾為促進國家之間的友好、為廢除或裁減常備軍隊以及為舉行和平會議作出過最大或最好工作的人。,物理和化學(xué)獎金，將由瑞典皇家科學(xué)院授予；生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎金由在斯德哥爾摩的卡羅琳醫(yī)學(xué)院授予；文學(xué)獎金由在斯德哥爾摩的瑞典文學(xué)院授予；和平獎金由挪威議會選出的一個五人委員會來授予。我的明確愿望是，在頒發(fā)這些獎金的時候，對于授獎候選人的國籍絲毫不予考慮，不管他是不是斯堪的納維亞人，只要他值得，就應(yīng)該授予獎金。我在此聲明，這樣授予獎金是我的迫切愿望。這是我的唯一有效的遺囑。在我死后，若發(fā)現(xiàn)以前任何有關(guān)財產(chǎn)處理的遺囑，一概作廢。阿爾弗雷德伯哈德諾貝爾1895年11月27日,2、諾貝爾遺囑風(fēng)波,在諾貝爾遺囑公布之初，瑞典社會輿論的批評和譴責(zé)之聲占了上風(fēng)。反對理由主要是“不愛國”和有“法律缺陷”。1）、“不愛國”說他一個瑞典人不注意瑞典利益，既不把這筆巨額遺產(chǎn)捐贈給瑞典，也沒有給瑞典獲獎的優(yōu)先權(quán)，還要瑞典承攬這些額外工作，從而給瑞典人帶來不能給他們?nèi)魏卫娴穆闊羌兇馐遣粣蹏?。遺囑還把頒發(fā)和平獎金的任務(wù)交給一個由挪威議會指定的委員會。瑞典與挪威之間的關(guān)系當(dāng)時已經(jīng)非常緊張，這將要嚴(yán)重?fù)p害瑞典的利益。,2）、有“法律缺陷”法律缺陷曾被認(rèn)為將使整個的遺囑失效。遺囑挑出的第一個毛病，是遺囑中沒有明確講出立囑人是哪國的公民。這樣一來，就難以確定該由哪個國家的執(zhí)法機關(guān)來判決遺囑的合法性，更無法確定該由哪國政府來組織諾貝爾基金委員會了。這個指責(zé)不是沒有道理的，因為，諾貝爾生在瑞典，成長在俄國，創(chuàng)業(yè)活動遍及歐洲，晚年也沒有成為任何一個歐洲國家有效國籍的公民。挑出的第二個毛病，是遺囑沒有明確指出全部財產(chǎn)由誰來負(fù)責(zé)保管。他們說，雖然遺囑說要成立一個基金會，但又沒有指定由誰來組織這個基金會。所以可以認(rèn)為，遺囑執(zhí)行人無權(quán)繼承遺產(chǎn)，而繼承遺產(chǎn)的基金會又不存在。,3）、瑞典國王最后宣布諾貝爾遺囑生效諾貝爾在遺囑中委托瑞典科學(xué)院來評定物理學(xué)和化學(xué)獎金，而該院院長漢斯福舍爾卻主張把諾貝爾的財產(chǎn)捐贈給瑞典科學(xué)院并拒絕參加研究評獎細(xì)則的會議。在遺囑執(zhí)行人索爾曼等人不懈地努力下，1898年5月21日,瑞典國王宣布諾貝爾遺囑生效。1900年6月29日，瑞典國會通過了諾貝爾基金會章程。1901年12月10日，即諾貝爾逝世5周年的紀(jì)念日，頒發(fā)了首屆諾貝爾獎。自此以后，除因戰(zhàn)時中斷外，每年的這一天分別在瑞典首都斯德哥爾摩和挪威首都奧斯陸舉行隆重授獎儀式。,3、增設(shè)諾貝爾獎項領(lǐng)域,1）、1968年,瑞典中央銀行于建行300周年之際，提供資金增設(shè)諾貝爾經(jīng)濟獎（全稱為瑞典中央銀行紀(jì)念阿爾弗雷德伯恩德諾貝爾經(jīng)濟科學(xué)獎金，亦稱紀(jì)念諾貝爾經(jīng)濟學(xué)獎），并于1969年開始與其他５個獎項同時頒發(fā)。諾貝爾經(jīng)濟學(xué)獎的評選原則是授予在經(jīng)濟科學(xué)研究領(lǐng)域作出有重大價值貢獻的人，并優(yōu)先獎給那些早期作出重大貢獻者。2）、1990年諾貝爾的一位重侄孫克勞斯諾貝爾又提出增設(shè)諾貝爾地球獎，授予杰出的環(huán)境成就獲得者。該獎于1991年６月５日世界環(huán)境日之際首次頒發(fā)。,三、諾貝爾天文學(xué)獎項概況,1、諾貝爾天文學(xué)獎項從1901年12月10日起，每年一次授予在物理學(xué)、化學(xué)、生理學(xué)或醫(yī)學(xué)、文學(xué)與和平等領(lǐng)域里做出了卓越貢獻的人，至今已有110多年的歷史了。在這期間又增加了諾貝爾經(jīng)濟獎和諾貝爾地球獎，授予杰出的經(jīng)濟科學(xué)研究和環(huán)境科學(xué)成就獲得者。至今，諾貝爾獎也沒有單獨設(shè)立天文學(xué)科的獎項。直到20世紀(jì)70年代，天文學(xué)家的重要研究成果，才被納入到諾貝爾物理學(xué)獎范圍之內(nèi)。天文學(xué)單獨獲諾貝爾獎項僅有40年的歷史。,2、20世紀(jì)70年代以來，天文學(xué)研究成果獲得諾貝爾獎統(tǒng)計1）、在20世紀(jì)最后的這30年，有九位天文學(xué)家的七項研究成果獲得了諾貝爾物理學(xué)獎。2）、進入21世紀(jì)以后這幾年，又有八位天文學(xué)家的四個項目榮獲諾貝爾物理學(xué)獎。3）、20世紀(jì)70年代以前，至少有三位科學(xué)家的三個項目是因在天文學(xué)和物理學(xué)貢獻而獲得諾貝爾物理學(xué)獎。累計共有20位天文學(xué)家14項研究成果獲獎。,,這些獲獎的天文課題，對當(dāng)代天文學(xué)和物理學(xué)發(fā)展都產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。詳見下表,3、20世紀(jì)70年代之前，還有不少天文學(xué)家的貢獻完全不亞于后來獲得諾貝爾獎的成果。1）、發(fā)現(xiàn)光度光譜圖（赫羅圖）的丹麥天文學(xué)家赫茨普龍和美國天文學(xué)家羅素。赫羅圖的發(fā)現(xiàn)被譽為20世紀(jì)最偉大發(fā)現(xiàn)之一，它的發(fā)現(xiàn)揭示了恒星一生的演化規(guī)律。,2）、發(fā)現(xiàn)河外星系、星系退行速度與距離關(guān)系即哈勃定律的美國著名天文學(xué)家哈勃。也是因為諾貝爾獎項里，沒有天文學(xué)科，無緣獲得諾貝爾獎。哈勃定律的數(shù)學(xué)表達公式速度ΥＨ?ΓＨ?哈勃常數(shù)、Γ代表距離,哈勃定律坐標(biāo)圖,圖中黑點是離地球一百萬KPC距離內(nèi)的一些河外星系,哈勃定律發(fā)現(xiàn)以后，諾貝爾物理學(xué)獎評審委員會中有人提議授予哈勃諾貝爾物理學(xué)獎。然而卻遭到評審委員會中一些人的堅決反對，哈勃最后還是受到了不公正的待遇，無緣諾貝爾物理學(xué)獎。3）、甚至20世紀(jì)最偉大的物理學(xué)家愛因斯坦。作為天文學(xué)理論基礎(chǔ)的狹義相對論和廣義相對論，也無緣諾貝爾物理學(xué)獎。1921年，愛因斯坦獲得諾貝爾物理學(xué)獎。但諾貝爾委員會特別聲明授予愛因斯坦諾貝爾物理學(xué)獎不是由于他建立了相對論（廣義相對論和狹義相對論），而是“為了表彰他在理論物物理學(xué)上的研究，特別是發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng)的定律”。,為此，諾貝爾物理學(xué)獎委員會主席奧利維亞還專門寫信給愛因斯坦，指明“他獲獎的原因不是基于相對論”。并且還在頒獎典禮進一步解釋說因為有些結(jié)論（指相對論）目前還在經(jīng)受嚴(yán)格的驗證。愛因斯坦廣義相對論所預(yù)言的光線引力偏折、引力紅移、水星軌道近日點進動和引力波等被天文觀測所證實后，相對論才被科學(xué)界所接受。到了20世紀(jì)中期，天文學(xué)家的研究成果才被納入諾貝爾物理學(xué)獎的范圍。從此，天文學(xué)家才與諾貝爾獎結(jié)了緣。,4、進入21世紀(jì)，天文學(xué)研究已經(jīng)成為一個國家科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要組成部分，是一個國家綜合國力的標(biāo)志之一。天文學(xué)研究與人類社會的發(fā)展、科學(xué)技術(shù)進步、人類日常生活息息相關(guān)。目前，人類對宇宙空間的探索、研究和開發(fā)發(fā)，已經(jīng)進入到宇宙更深層。宇宙空間許多未解之謎正逐步解開。有充分理由相信，今后會有更多的天文學(xué)家、更多的天文學(xué)研究成果獲得諾貝爾獎。,四、從20世紀(jì)初，到20世紀(jì)70年代這一期間天文學(xué)研究獲得的諾貝爾獎項回顧在20世紀(jì)前70年，就有三位物理學(xué)家榮獲的諾貝爾物理學(xué)獎，其成就屬于天文學(xué)研究的范疇，至少可以說是物理學(xué)和天文學(xué)科緊密結(jié)合的研究成果。第一位發(fā)現(xiàn)宇宙線的奧地利物理學(xué)家赫斯。1911－1912年間，赫斯利用氣球把“電離室”送到離地面五千多米的高空，進行大氣導(dǎo)電和電離的實驗。結(jié)果發(fā)現(xiàn)了來自地球以外的宇宙線。,宇宙線主要由各種原子核以及電子、中微子、X射線和R射線組成，是人類能直接獲得的太陽系外物質(zhì)的唯一樣品。宇宙線是研究恒星內(nèi)部結(jié)構(gòu)和恒星演化到晚期的一個重要途經(jīng)。宇宙線的觀測是天文學(xué)家和物理學(xué)家共同關(guān)心的研究課題，赫斯發(fā)現(xiàn)宇宙線是物理學(xué)家偶然發(fā)現(xiàn)天文現(xiàn)象的一個典型例子。赫斯因發(fā)現(xiàn)宇宙線而榮獲1936年諾貝爾物理學(xué)獎。,第二位研究恒星能源的美國物理學(xué)家貝特。1938年，貝特提出核反應(yīng)理論中就包括了恒星能量來源問題。他認(rèn)為太陽中心溫度極高，太陽核心的氫核聚變生成氦核，會釋放出大量的能量，成為太陽光和熱的源泉。他的理論不僅解決了恒星能量的來源問題，而且把恒星能源與元素起源有機地聯(lián)系起來。他在研究核反應(yīng)物理學(xué)規(guī)律的同時把天體作為物理學(xué)的研究對象。貝特1967年榮獲諾貝爾物理學(xué)獎。（也有學(xué)者把這一項歸納為獲諾貝爾獎的天文學(xué)項目）,第三位美國物理學(xué)家湯斯1964年，美國湯斯和巴索夫、普洛霍羅夫因在量子電子學(xué)方面基礎(chǔ)性研究工作，共同獲得諾貝爾物理學(xué)獎。他們的工作導(dǎo)致了基于微波激射激光原理的振蕩器和放大器的建成。這一基礎(chǔ)性研究和器件的研制，在天文學(xué)中有非常重要和廣泛應(yīng)用。湯斯當(dāng)時就把這一物理學(xué)的成就與天文學(xué)聯(lián)系起來。1954年，湯斯將研究方向轉(zhuǎn)向天文學(xué)。1957年，他預(yù)言星際分子的存在，列出了17種可能存在的星際分子。,1963年，他又在實驗室里測出羥基（OH）的兩條射電頻段的譜線。為分子天文學(xué)的誕生做好了準(zhǔn)備。1957至1969年間，包括湯斯在內(nèi)的多位學(xué)者在銀河系中心區(qū)的星際云中發(fā)現(xiàn)了氨NH3、水分子（H?O）、甲醛HCHO等分子。因此，天文界一直把湯斯看成分子天文學(xué)的開創(chuàng)者。湯斯獲1964年諾貝爾物理學(xué)獎。,參考文獻1、FTP//TCYZAM200409WWWBNUZEDUCN2、專業(yè)參考書現(xiàn)代天文學(xué)十五講吳鑫基等編著、北大出版社、2006年出版；3、相關(guān)報刊、書籍如諾貝爾物理學(xué)獎一百年上?？破粘霭嫔?002年出版；考核方式開卷、論文形式；,