宇宙學(xué)概論1-2014打印版

1、宇宙學(xué)概論,朱國懷浙江大學(xué)物理系浙江近代物理中心,,開卷考試（隨堂考） 期末論文（自愿）平時vs.期末 50:50成績分布：90分以上 30%課件下載 http://estore.zju.edu.cn/share/2660443驗驗證碼：3152課堂回答問題或課后email交流，偶爾點名？ 助教：金明杰 jinmj2014@126.com 本人：zhugh@zju.

2、edu.cn 13706516541無教材，可參考 《現(xiàn)代天文學(xué)十五講》 （北大） 《An Introduction to Modern Cosmology》(A. Liddle),內(nèi)容提要,古典天文學(xué)的發(fā)展與科學(xué)太陽系的建立宇宙的大小及現(xiàn)狀宇宙的觀測方法與演化恒星和星系的生成與演化現(xiàn)代宇宙學(xué)前沿簡介（暗物質(zhì)，暗能量……）早期宇宙構(gòu)成與演化歷史物理學(xué)基礎(chǔ)：物質(zhì)的組成，相互作用與運動,宇宙學(xué),

3、古老與新興的學(xué)問 蓋天說（周髀算經(jīng)），渾天說（張衡）,,,宇宙學(xué),古老與新興的學(xué)問 蓋天說（周髀算經(jīng)），渾天說（張衡） 實驗的科學(xué)地球→太陽系→銀河系→河外星系理論的作用The big bang model Physical Review 1948,宇宙學(xué),古老與新興的學(xué)問 蓋天說（周髀算經(jīng)），渾天說（張衡） 實驗的科學(xué)地球→太陽系→銀河系→河外星系理論的作用The

4、big bang model Physical Review 1948.4.1 Alpher, Bethe& Gamow,宇宙學(xué),古老與新興的學(xué)問 蓋天說（周髀算經(jīng)），渾天說（張衡）大爆炸學(xué)說（ Physical Review 1948.4.1 ） 實驗的科學(xué)地球→太陽系→銀河系→河外星系理論的作用The big bang model宇宙的現(xiàn)狀，過去與未來,1920年代和

5、朗道等組成學(xué)習(xí)小組量子隧穿效應(yīng)（tunneling ）1931年蘇聯(lián)科學(xué)院院士1932年試圖劃船到土耳其和挪威1934-1954年George Washington大學(xué)任教，招助手：E. Teller1948.04.01 The origin of chemical elements 預(yù)言宇宙微波背景輻射 科普書：《從一到無窮大》 等DNA，RNA,Gamow(1904-1968),,From “

6、The Essential Cosmic Perspective”, Bennett et al.,Cosmic distance ladder :large distances in terms of smaller distances.,,今天我們知道地球是近似球形，赤道半徑6378公里，南北極半徑 6356公里.設(shè)想我們重回古代，如何知道地球是圓的？半徑多少？,Earth Observing System composite,

7、NASA,地球的形狀,大地是球形的證據(jù)月食,Aristotle (384-322 BC) 告訴我們，看看月亮，你就知道地球為什么是個球,Copy of a bust of Aristotle by Lysippos (330 BC),Aristotle 知道月食總在月亮背對太陽時發(fā)生,因此推斷是因為地球的陰影.地球在月亮上的影子總是圓弧，所以是球形,,Lunar Eclipse Phases, Randy Brewer,地球的形狀,

8、大地是球形的證據(jù)月食往南走，北極星高度降低,Aristotle 還知道有些星星在埃及看得到,希臘卻看不到，所以地球表面應(yīng)該是曲面，但半徑是多少？,Night Sky, Till Credner,地球的形狀,大地是球形的證據(jù)月食往南走，北極星高度降低遠處帆船只看得到帆古希臘在海邊圓（球）是最完美的形狀(畢達哥拉斯)中國主要是內(nèi)陸國家,地球的大小(200 B.C.),柏拉圖（287-212 BC) ：

9、 周長74,000km阿基米德（287-212 BC)： 55,500km埃拉托色尼(276-194 BC) : 約4萬km,5000 stadia 約740km(有爭議),因此地球周長約740*50=37000km,誤差來源？,Syene,Sun directly overhead,Alexandria,7o,5000 stadia,Tropic of Ca

10、ncer: Swinburne University, COSMOS Encyclopedia of Astronomy,埃拉托色尼方法的誤差 賽恩(阿斯旺）在 北回歸線以北35km亞歷山大城稍偏離 賽恩的正北方亞歷山大城到賽恩的 精確距離難測定,Syene,Sun directly overhead,Alexandria,5000 stadia,古希臘人又是如何知道月亮有多大?月亮離地球有多遠?

11、,NASA,阿里斯塔克斯 (310-230 BC) 發(fā)現(xiàn)地月距離約為地球半徑的 60 倍(現(xiàn)代測量值在57-63倍之間變化). 他還發(fā)現(xiàn)月亮半徑為地球半徑的1/3(現(xiàn)代測量值為0.273),Bust of Aristarchus - NASA,2r,D,v = 2r / 3 hours= 2π D / 1 month,D = 60 r,Wikipedia,月食持續(xù)時間不超過三小時,月亮升起大約耗時2分鐘,2R,V = 2R /

12、 2 min= 2π D / 24 hours,R = D / 180= r / 3,Moonset over the Colorado Rocky Mountains, Sep 15 2008, Alek Kolmarnitsky,EIT-SOHO Consortium, ESA, NASA,太陽有多大?太陽有多遠?阿里斯塔克斯仍然知道正確的方法,不過這次總算答案錯了,Zimbabwe Solar Eclipse 4 Dec

13、2002, Murray Alexander,已知月亮半徑是地月距離的1/180,而日全食時月亮幾乎完全遮住太陽,由相似三角可知,太陽半徑也是日地距離的1/180,Aristarchus 認為半月出現(xiàn)在新月和滿月中點前12小時,因此日地距離是地月距離的20倍,BBC,θ,θ = π/2 – 2 π *12 hours/1 monthcos θ = d/D,D = 20 d,事實上,半月出現(xiàn)在新月和滿月中點前約半小時 (而非 12 小時

14、), 因此日地距離是地月距離的 390 倍(而非20 倍),BBC,θ,θ = π/2 – 2 π * 12 0.5 hour/1 monthcos θ = d/D,d,D,D = 20 390 d,Aristarchus由此發(fā)現(xiàn),太陽比地球大7倍(其實是109倍),BBC,θ,d = 60 rD/d = 20 390R/D = 1/180,d,D,r,R,R = 7 r 109 r,Aristarchus由此推斷,太陽繞著地球轉(zhuǎn)

15、是荒謬的,并提出日心說.但他的知音要等待 1700年后的Copernicus,NASA/ESA,Earth radius = 6371 kmSun radius = 695,500 km,阿里斯塔克斯日心說,太陽與固定的恒星不動地球繞太陽做圓周運動恒星距離地球和太陽極為遙遠（1光年）否則恒星應(yīng)該忽小忽大地球自轉(zhuǎn)導(dǎo)致星空看起來旋轉(zhuǎn)雅典城及所有居民以1000邁/h 向東疾馳全世界終年東風狂飆跳遠會落到很遠處瀆神罪,日地距離

16、,金星凌日（哈雷1716）1761.6.6; 1769.6.41874.12.9; 1882.12.62004.6.8; 2012.6.62117.12.11; 2125.12.8,開普勒第三定律：,日地距離(金星凌日2),,觀測的艱難,1761. 梅森前往南非途中被法國艦隊追殺（英法七年戰(zhàn)爭）11死37傷,觀測的艱難,1761. 梅森前往南非途中被法國艦隊追殺（英法七年戰(zhàn)爭）11死37傷威爾斯在加拿大威爾遜灣

17、：蚊蟲，馬蠅和嚴寒 白蘭地5分鐘結(jié)冰,觀測的艱難,1761. 梅森前往南非途中被法國艦隊追殺（英法七年戰(zhàn)爭）11死37傷威爾斯在加拿大威爾遜灣：蚊蟲，馬蠅和嚴寒 白蘭地5分鐘結(jié)冰多特羅希（法）駕馬拉雪橇前往西伯利亞，需警衛(wèi)重重保護，因當?shù)鼐用駥⒋禾旌樗畾w咎于他對太陽的干擾。1769年金星凌日時前往墨西哥觀測不幸染病而死，由全隊唯一生還者帶回觀測數(shù)據(jù),觀測的艱難,1761. 梅森前往南非途中被法國艦隊追殺（英法

18、七年戰(zhàn)爭）11死37傷威爾斯在加拿大威爾遜灣：蚊蟲，馬蠅和嚴寒 白蘭地5分鐘結(jié)冰多特羅希（法）駕馬拉雪橇前往西伯利亞，需警衛(wèi)重重保護，因當?shù)鼐用駥⒋禾旌樗畾w咎于他對太陽的干擾。1769年金星凌日時前往墨西哥觀測不幸染病而死，由全隊唯一生還者帶回觀測數(shù)據(jù)彭革雷前往東非馬達加斯加島，大雨取消觀測， 其后船被英國人扣留，押解至里斯本,觀測的艱難（2）,衰神附體之勒襄特1760.3.26由法國前往印度，途中被季風吹離

19、航道 直至金星凌日時仍被困印度洋中無風帶,觀測的艱難（2）,衰神附體之勒襄特1760.3.26由法國前往印度，途中被季風吹離航道 直至金星凌日時仍被困印度洋中無風帶 預(yù)先搭船至印度朋迪榭里區(qū)，1769.6.4當天烏云密布，金星凌日完畢后馬上放晴 “遠離故土，跋涉千山萬水來到這鳥不生蛋的地方，所見者竟是一堆烏云；它早不來晚不來，偏偏就在我要觀測時擋住太陽”,觀測的艱難（2）,衰神附體之勒襄特1760

20、.3.26由法國前往印度，途中被季風吹離航道 直至金星凌日時仍被困印度洋中無風帶 預(yù)先搭船至印度朋迪榭里區(qū)，1769.6.4當天烏云密布，金星凌日完畢后馬上放晴 “遠離故土，跋涉千山萬水來到這鳥不生蛋的地方，所見者竟是一堆烏云；它早不來晚不來，偏偏就在我要觀測時擋住太陽”患痢疾在印度待了9個月，搭西班牙戰(zhàn)艦經(jīng)好望角遇颶風，船桅折斷偏離航道，最終蹣跚駛?cè)胛靼嘌揽ǖ纤垢?，在徒步翻越比利牛斯山，?1年6個月13天后

21、回到巴黎，已被宣告死亡，家產(chǎn)被劫掠一空。,觀測的艱難（2）,衰神附體之勒襄特1760.3.26由法國前往印度，途中被季風吹離航道 直至金星凌日時仍被困印度洋中無風帶 預(yù)先搭船至印度朋迪榭里區(qū)，1769.6.4當天烏云密布，金星凌日完畢后馬上放晴 “遠離故土，跋涉千山萬水來到這鳥不生蛋的地方，所見者竟是一堆烏云；它早不來晚不來，偏偏就在我要觀測時擋住太陽”患痢疾在印度待了9個月，搭西班牙戰(zhàn)艦經(jīng)好望角遇颶風，船桅

22、折斷偏離航道，最終蹣跚駛?cè)胛靼嘌揽ǖ纤垢?，在徒步翻越比利牛斯山，?1年6個月13天后回到巴黎，已被宣告死亡，家產(chǎn)被劫掠一空。最終放棄天文學(xué)，結(jié)婚，退休寫回憶錄,觀測的艱難（3）,1769年英國皇家學(xué)會班克斯與庫克船長英法正交戰(zhàn)，法國特別下令不得攻擊奮進號，因而經(jīng)七個半月航程，順利抵達南太平洋之塔希提島（只死了四人）,觀測的艱難（3）,1769年英國皇家學(xué)會班克斯與庫克船長英法正交戰(zhàn)，法國特別下令不得攻擊奮進號，因而經(jīng)七個半月航程

23、，順利抵達南太平洋之塔希提島（只死了四人） 嚴禁船員以金屬物品（一兩根鐵釘）與島上女人性交易，先前抵達的海豚號因船上鐵釘幾乎被拔光而報廢。,觀測的艱難（3）,1769年英國皇家學(xué)會班克斯與庫克船長英法正交戰(zhàn)，法國特別下令不得攻擊奮進號，因而經(jīng)七個半月航程，順利抵達南太平洋之塔希提島（只死了四人） 嚴禁船員以金屬物品（一兩根鐵釘）與島上女人性交易，先前抵達的海豚號因船上鐵釘幾乎被拔光而報廢。興建一座城堡式天文臺以供觀測 最終