十五河外星系红移的测定
实验十利用谱线红移测定河外星系距离
一、实验目的
星系的谱线红移是现代宇宙学的基本观测事实，通过本实习对星系的谱线红移有直观的
了解
二、实验原理
哈勃通过对大量河外星系的视向速度与距离关系的研究，得出哈勃定律，即距离越远的
星系，其退行速度越大。
哈勃定理v（ r）=H o D（式中D为星系的距离；H o为哈勃常数H°=50~100 km /s Mpc）红移量z = △入/入0（△入=入一入0;式中入为天体谱线波长,入0为实验室静止波长值）天体的视向速度：v （r）= ± cz （当z << 1时）（c为光速）（1）
当天体的红移量接近1或大于1时要考虑相对论效应，
（1+z）2-1 t亠亠
v（r） = 2 C （当z ?1 或z>1 时）（2）
（1+z）2+1
三.实习步骤：
1. 图sh15.1按红移由小到大的次序给出了五个星系的光谱。这些星系分别属于五个星系团的成员，它们是室女、大熊、北冕、牧夫、长蛇星系团。
光谱片上有三条光谱，中间的是星系光谱，星系光谱的上下是实验室拍得的比较光谱。
在比较光谱的谱线中最右边的谱线波长为入=386.5nm,中间一条强的谱线波长为入
=447.1 nm，最左边的谱线波长为入=501.5nm。垂直箭头指示的为Ca n的H、K线位置（K：393.68nm（右）、H：396.849nm （左））水平箭头符号的长度表示了星系谱线的位移大小。
2. 利用计算机绘图软件将图放大，用内插法求出每个星系的谱线位移量△ x（用K线和H线分别求，然后取平均值）。
首先利用实验室光源的两条谱线波长和距离求出光谱的线色散：（入。-入” △ x ,然后分
别用计算机测出星系团的H线或K线与离它最远的那条实验室光源波长入0 =501.5nm的距离：△ X1（H线入=396.8nm ）与4 X2 （K线入=393.37nm）。将测量值乘以线色散即可求出△入值。
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3. 求出每个星系的红移量Z= 0=-
'0 ' 0
4. 求出每个星系团的红移速度v（r）（km/s），考虑z << 1和z ~ 1或z>1两种情况。
5. 求出每个星系的距离（以Mpc为单位），并用求出的星系距离与图中所标距离进行比较，估计误差的大小和产生原因。
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图sh 15.1五个星系的光谱图,谱线有明显的红移
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天体物理学
天体物理学 2008.9－2009.2 袁业飞董小波 1.【天文思维。】a. 一个致密天体位于银河系内，我们在0.1秒钟之内观测到它增亮了二倍。请估计它的物理尺度不能超过多少？如果增亮的幅度只有10%，又能得到什么结论？ b. 某种类型的活动星系在所有星系中的比例大约为1/100。那么，这种类型星系的活动期至少是多长？ 2.【视超光速。】我们对一个遥远天体作了两次观测（相隔一段时间），发现它在高速运动。我们可以测得它在天球上走过的角距离，还可以通过其它方法测得它的宇宙学红移从而确定它离地球的距离，这样我们可以算得它的横向速度。请推导这个速度和它的真实运动速度的关系；什么情况下我们测得的横向速度会超出光速？ 3.【位力定理；辐射压。】大质量黑洞（M BH > 106 M⊙）吸积周围气体释放引力能产生电磁连续谱辐射，连续谱辐射又电离周围气体从而产生发射线（e.g. H-beta 4861?，半高宽度大概几十?）；另外，由于吸积过程中的一些不稳定性，连续谱的光度会有变化。这就是在活动星系核中发生的基本过程。假设周围的电离气体运动被黑洞引力所主导并处于Viral平衡，而且呈球对称分布。 请设计一种方案来测量黑洞质量；如果忽略电子散射引起的效应，那么基于Viral定理估计的黑洞质量的系统偏差是怎样的？ 4.【辐射拉拽。】一颗尘埃颗粒质量为10-11克，在1AU处绕太阳作近似圆周运动。它吸收太阳光并以红外方式再辐射出去，保持温度一定。尘埃吸收太阳光的截面为10-8 cm2。请计算需要多长时间它将掉入太阳表面？假设1/108的太阳光被绕太阳运动的尘埃所吸收，那么每秒钟掉入太阳的尘埃总质量是多少？ 对于绕太阳运动的电离气体（电子－质子对），这种效应显著吗？ 5.【*optional: 伽利略相对性原理、狭义相对论；推理思辨能力】 请基于伽利略相对性原理作推理（没必要做复杂的数学计算推演），证明：如果质点速度不存在上限，则惯性系之间由伽利略变换相联系（牛顿时空观）；否则，洛仑兹变换（狭义相对论）。 6.【星等、绝对星等；流量、光度；面亮度（Flux/α2）、面光度（L/S）】 一个星系距离地球1Mpc，面亮度为 27mag/ascsec2。请问1”的角距离对应这个星系多大的物理尺度(pc)？星系单位面积（1pc2）的发光功率是多少？如果另一个星系的单位面积发光功率与上一个星系相同，但距离地球10Mpc，请问它的面亮度是多少？ [*optional: 设一个位于较高红移z处（这时要考虑宇宙膨胀效应）的星系的光度为L，固有的物理直径为D。请推导它表面亮度公式I(L,D,z)。]
试验十五河外星系红移的测定
实验七 河外星系距离测定的资料处理 一、实验目的 星系的谱线红移是现代宇宙学的基本观测事实，通过本实习对星系的谱线红移有直观的了解 二、实验原理 哈勃通过对大量河外星系的视向速度与距离关系的研究，得出哈勃定律，即距离越远的星系，其退行速度越大。 哈勃定理 v （r ）=H 0 D (式中D 为星系的距离； H 0为哈勃常数 H 0=50~100 km /s Mpc) 红移量 z =Δλ/λ0 (Δλ=λ－λ0；式中λ为天体谱线波长, λ0为实验室静止波长值) 天体的视向速度： v （r ）= ±cz (当 z << 1 时 ) (c 为光速) (1) 当天体的红移量接近1或大于1时要考虑相对论效应， v(r) = c z z 1 )1(1)1(22++-+ (当 z ≈1 或z >1时 ) (2) 三. 实习步骤： 1． 图sh15.1按红移由小到大的次序给出了五个星系的光谱。这些星系分别属于五个星系团的成员，它们是室女、大熊、北冕、牧夫、长蛇星系团。 光谱片上有三条光谱，中间的是星系光谱，星系光谱的上下是实验室拍得的比较光谱。在比较光谱的谱线中最右边的谱线波长为λ=386.5nm ，中间一条强的谱线波长为λ =447.1nm ，最左边的谱线波长为λ=501.5nm 。垂直箭头指示的为Ca Ⅱ的H 、K 线位置（K ：393.68nm(右)、H ：396.849nm （左））水平箭头符号的长度表示了星系谱线的位移大小。 2. 利用计算机绘图软件将图放大，用内插法求出每个星系的谱线位移量Δx （用K 线和H 线分别求，然后取平均值）。 首先利用实验室光源的两条谱线波长和距离求出光谱的线色散：(λ0-λ)/Δx ,然后分别用计算机测出星系团的H 线或K 线的位移量（黄线）：Δx 1(H 线λ=396.8nm ）与Δx 2 (K 线λ=393.68nm)。将测量值乘以线色散即可求出 Δλ 值。 3. 求出每个星系的红移量Z =0 0λλλ-=0λλ? 4. 求出每个星系团的红移速度v (r ) (km/s)，考虑z << 1 和z ≈1 或z >1两种情况。 5. 求出每个星系的距离(以Mpc 为单位)，并用求出的星系距离与图中所标距离进行比较, 估计误差的大小和产生原因。
2019星系红移之谜语文
星系红移之谜 星系红移之谜宇宙间的-切物质都在运动中。遥远的星系也在运动着，它们都在远离我们而去。例如，室女座星系团正以大约每秒1210公里的速度离开我们，后发座星系团约以每秒6700公里的速度离开我们，武仙座星系团约以每秒l0300公里的速度飞奔而去，而北冕座星系团离开我们的速度更大，大约每秒21600公里。星系为什么要离开我们?我们又是怎么知道它们在运动呢？ 在生活中我们都有这样的经验：在火车站站台上，一列火车呼啸着向我们奔来，汽笛的声调越来越高，当火车离开我们时，汽笛的声调逐渐降低。这是什么道理呢？1842年，著名的奥地利物理学家多普勒首先阐述了造成这种现象的原因。他指出：生源想到对贯彻在运动时，观测者所听到的声音会发生变化。当声源离观测者而去时，声波的波长增加，音调变得低沉，当声源接近观测者时，声波的波长减小，音调就变高。音调的变化同声源与观测者间的相对速度和声速的比值有关。这一比值越大，改变就越显著，后人把它称为“多普勒效应”。 多普勒效应不仅适用于声波，而且也适用于光波。一个高速运动的光源发出的光到达我们眼睛时，其波长和频率也发生了变化，也就是说它的颜色会有所改变。虽然天文学家可以利用这一原理测量天体的运动，但是在一般情况下，天体相
对于观测者的运动速度与光速相比是微不足道的，因此光源颜色的变化很难测定。 1849年，法国物理学家费佐成功地解决了这个问题～他提出，观测光的多普勒效应的最好办法，是测量光谱线的位置的微小移动。最早对谱线位移进行测量的是英国天文学家哈根斯。1868年，他在口径20厘米的折射望远镜上安装了一台分光镜，用它测出了大犬星座巾最亮星——天狼星的一根谱线向红端移动了l埃，即其波长增加了一亿分之一厘米。由此算出天狼星正以46.5公里／秒的速度远离我们而去，这是第 一次测得了恒星在视向方向上的运动速度，称为“视向速度”。哈根斯对天狼星视向速度的测量是用肉眼配合分光镜而得到的，这种目视测量方法误差很大。今天我们知道，天狼星其实是以8公里／秒的速度朝我们跑来。尽管如此，哈根斯在天体测量学领域所进行的开拓性工作，仍使他在天文学史上占有重要地位。在他之后，特别是进入20世纪以后，天文学家不仅用这～强有力的手段测量出大量天体的视向 速度，还用它米观测河外丝系。 星系也在红穆 星系是巨大的恒星集团，但由于它们离我们非常遥远,每个 星系往往只能在大望远镜拍摄的底片上看到一个微弱的光点。第一个观测和测定星系光谱的天文学家是美国洛韦尔天文台的斯里弗。l912—1925年，他拍摄了40个星系的光谱
星系红移的理论分析
星系红移的理论分析 方杰 湖南师范大学物理系，长沙 (410081) E-mail：fangjie20089@https://www.360docs.net/doc/a68148075.html, 摘要：从理论上分析了宇宙学红移和引力红移的疑难，包括膨胀方式疑难以及质量分布疑难，研究发现，光子衰老假说与理论分析一致。 关键词: 哈勃定理，宇宙学红移，引力红移，疑难 中图分类号：0412.1 1 引言 众所周知，哈勃的伟大发现为人类认识宇宙跨越了重要的一步，这个发现标志现代宇宙学的开端，成为建立在广义相对论基础上的大爆炸宇宙学说最可靠的观测事实。然而天文观测的日益进展，尤其是类星体的发现，这类星体所显示出来的巨大的红移似乎提示人们：理论与观测结果之间的吻合并非如想象般完美，它们之间存在着一些令人不愉快的矛盾。天文学家可能比物理学家对这些矛盾有更深的体会：红移量大的星系距离非常遥远，这些星系不但以高速在互相远离，而且其如此大的光度(辐射功率)又集中在如此小的辐射区域——诸如此类令人惊诧不已的观测事实如果我们用现有的理论来作其解释总显得有些牵强附会，并且由此而产生的问题可能要比能够解决的问题不但在数量上更多，而且在难度上更棘手。因而，当众多的物理学家在为大爆炸学说倾注更多的心血时，天文学家却以似乎显得更冷静的心态为这些观测事实寻找更合理的解释。于是，延续至今的红移大争论形成以下几种代表性观点。 1 宇宙学红移这是一种目前占正统地位的解释，即认为星系的红移是由于宇宙的整体膨胀而引起的，其表达式采用以下形式： V=H0D (1) 式中V为固有速度，D为固有距离，H0为当今哈勃常数。这种解释其本质是基于对宏观世界多普勒频移效应的认识，红移值依赖于星系运动的速度，属于一种动态的红移。 2 引力红移引力引起的红移虽然已得到实验的严格验证，然而巨大的红移如果用引力来解释的话必然涉及无法想象的物态结构乃至黑洞问题。 3 光子衰老光子衰老假设存在许多表述，其基本思想却如出一辙，这就是：红移并不是由于星系的膨胀而引起的。星系静止不动，星系的光谱线在到达观测者的行进路程中由于损失了部分能量光谱线向低端频移从而产生可观测的红移效应，其表达式采用如下形式： Z=H0D (2) 式中Z为红移值，H0为哈勃常数，D为固有距离。与宇宙学红移相比，这是一种静态的红移。 4 在大尺度的空间和时间中物理常数和物理定理可能改变，星系红移可能是某种未知物理规律造成的[1]。 迄今为止红移的第一种解释成为主流观点。在人们心中，宇宙的膨胀是一个深入人心不可更改的事实，而日后宇宙背景微波辐射的发现以及氦元素丰度的测量使得这一观点变得更加坚不可摧，似乎很难想象可以用任何别的理论来替换。诚然如此，理论解释自身内部所显示出来的矛盾性仍然使我们觉得很有必要对其作出修改，甚至是放弃，虽然这样做的结果会使许多人辛辛苦苦建立起来并且使之不断完善的大爆炸学说框架面临毁于一旦的危险。付
天体物理学讲座第二讲活动星系核物理
讲 座 天体物理学讲座 第二讲 活动星系核物理 3 王 挺 贵 (中国科学技术大学天体物理中心 合肥 230026) 摘 要 星系的活动是星系核心大质量黑洞吸积周围的气体释放巨大的辐射功率的过程,它是强引力场物理、高能物理和辐射流体物理的天然实验室.文章介绍了活动星系核中黑洞吸积、发射线形成和外流的观测事实和基本物理过程等,指出了现有理论存在的一些问题.关键词 星系,黑洞,吸积,辐射过程 PH YSICS OF ACTIVE G A LACTIC NUC LEI W ANG T ing 2G ui (Center for Astrophysics ,Univer sity o f Science and Technology o f China ,H e fei 230026,China ) Abstract Active galactic nuclei are am ong the m ost spectacular objects in the universe w ith huge energy output in a small v olume.It is believed that the release of gravitational binding energy through accreting matter into supper 2massive black holes is the basic force behind their activity.They are a natural laboratory for strong gravitation ,high energy phys 2ics and radiative fluid dynam ics.W e review some basic physical processes in the accretion disk ,em ission line region and outflows from nuclei. K ey w ords galaxies ,black hole ,accretion ,radiative process 3 国家杰出青年科学基金(批准号:19925313)资助项目 2000-11-23收到初稿,2001-02-26修回 1 引言 1947年,Sey fert 发现一些星系蓝致密核的光度 和整个星系相近,是今天称为Sey fert 星系的最为常见的活动星系核.但其本质在1965年Schmidt 发现类星体之后才得以认识.在证认射电源3C273的光学对应体时,Schmidt [1] 意外发现该天体的红移z = 01158,如把这一红移解释为宇宙学红移,该天体的 总的辐射光度高达1040 W.目前已知类星体的最高光度为1041 W ,是整个银河系的光度的104 倍.观测结果表明,类星体和Sey fert 星系核一样,位于星系的核心,只是光度更高而已,核心的明亮使得星系本身很难观测.活动星系核从高光度的类星体到低光度的活动星系核,在辐射功率空间跨9个量级. 然而这些天体的中心引擎的尺度只有太阳系大小.很多活动星系核表现出较大幅度的光变,而这种 光变尤其在X 射线波段更为突出:在一些活动星系 核中,观测到102—4 s 时间大幅度变化,由于发射区的不同部分信息交换速度不能超过光速,上述变化时间可被解读成光穿越发射区的上限,即发射区尺度 应小于1012 m.一些活动星系核表现出几百万个光年的大尺度的定向射电喷流,表明这些天体的寿命至少在百万年.高光度、小尺度和稳定是发展大质量黑洞吸积模型的一个重要出发点. 活动星系核又是从射电到高能辐射的全电磁波段几乎均匀辐射的天体,这使其成为每一个波段探测的重要对象;在目前大家能够普遍接受的机制———大质量黑洞吸积下,活动星系核的性质与极端的物理过程———相对论性强引力场———密切相关,可能是最为特殊的物理实验室;活动星系核的极端
超新星最新研究进展和
超新星最新研究进展和“宇宙暗能量”问题质疑 彭秋和 (南京大学天文系) 乛、引言：问题的提出 “宇宙暗能量”问题是自1998年以来天文学(主要是宇宙学分支)和物理学(主要是粒子物理学分支)最为火热的研究课题之一。近十余年来，有关的学术研究论文己超过1万篇。粒子物理学家至今不仅未弄清楚“暗能量”的规律，甚至连这种来自虚无渺茫的“真空”的“暗能量”究竟是什么也未明白。这就使得它成为被新闻媒体炒作得几乎人人皆之的自然科学热门话题之一。“物理学新规律”成为某些学者在科学普及讲座中最常用的口头禅。“宇宙暗能量”的这股热浪排山倒海地压倒了科学界与新闻媒体界。可以说，在宇宙学研究中它占据了主导的潮流。 其实，早在1998年以前，在宇宙学研究中就出现了一些难以解释的矛盾。 例如：1）对银河系內某些最年老的恒星，天文学家测定或估算的年龄似乎大于测定的宇宙年龄。有人提出，如果宇宙现阶段是加速膨胀的话，因而，人们通过现有的宇宙膨胀速度计算出来的宇宙年龄就小于宇宙的真实年龄。这样就可以自然地消除了这个矛盾；2）在利用WMAP（Wilkinson Microwave Anisotropy Probe 的缩写）研究宇宙微波背景辐射的各向异性分布（相差的量级为10-5-10-6）时，当人们利用多个理论参量来拟合观测资料时，存在着一些棘手的困难，于是有人曾提出过如果假设宇宙现阶段正在加速膨胀，资料的拟合似乎较好。 不过，上述两方面研究中提出的设想仅仅是理论上的一种猜想而己。导致“宇宙加速膨胀”推论的直接关键观测证据是从1998年开始的对于于Ia型超新星(简写为SNIa)的系统观测研究发现的。这直接导致了存在“宇宙暗能量”的推论。对这个问题感兴趣的朋友可以在网上（网址https://www.360docs.net/doc/a68148075.html,/9780521516006）查询2010年发表的关于“宇宙暗能量”问题的专著: < Dark Energy – Theory and Observations> ，作者为Luca Amendola & Shinji Tsujikawa。 “宇宙暗能量”问题是从“宇宙现阶段正在加速膨胀”的所谓天文观测现象直接推衍出来的物理结论。这本专著中作者列举了有关于“宇宙加速膨胀”的5种观测证据:1)宇宙年龄同最老的恒星年龄的比较;2)超新星的观测分析;3)宇宙微波背景（CMB）辐射的各向异性分布的分析研究; 4）宇宙早期重子声振荡（BAO）的研究；5）宇宙大尺度结构(LSS)的观测研究。所谓第一种“证据”只能当作是一个尚未知晓的矛盾。后三种“证据”都是建立在相当复杂的理论模型基础上，引进了一些拟合参量。而且也利用了某些数值拟合关系式，这必然存在拟合误差。在利用WMAP的观测来拟合这些参量时，这种间接证据的可靠性与误差分析需要严格认真地分析。关于“宇宙加速膨胀”的最严格、可靠的直接的观测证据被认为是Ia型超新星的观测（证据3））。其它的间接证据是难以同它相比较。 本文是根据2009-2010年间Ia型超新星观测和理论研究的最新进展来论证这个所谓“最严格、可靠的直接的观测证据”是不可靠的。由此出发，“宇宙现阶段正在加速膨胀”和“宇宙暗能量”问题是值得质疑的。
对红移现象的分析
对红移现象的分析 摘要：造成红移现象的原因是电磁波的密度和速度的差异形成的。 一、红移现象原因之一 1、理论基础 自然界发出的光波，它的频率应该几乎是相同的（这一点与人共发射的电磁波有所不同），它传播的速度主要决定它的波长，其实它的波长也应该几乎是相等的，但是也是有差异的，这种说法和本书新原子论的理论是统一的。 科学发现远离我们的星球，会发生红移现象，为什么呢？由新原子论可知mr Hp v 42 =，也就是说，电子对相互绕转的半径小的绕转速度 大，电子对相互绕转的半径大的绕转速度小，而发光物体光的传播速度主要由绕转半径决定的。可以推测，自然界中，自然发出的电磁波即光波可能是不相等的，现在一般认为可见光的传播速率是8103?，是由于可见光的波长、频率几乎相等，速率也几乎相等，忽略了它们的差异。严格地说，只有波长相等频率也相等的光波传播速率才相等，波长大的稍快一些，在可见光范围内，红光的绕转半径最大即波长最长。在自然界的发光体中，波长、频率相差都不太大，尤其可见光范围内更是如此，又由于它们的传播速度特别的快，它们的速度差异不容易被察觉和准确测定。 2、发生红移的原因 离我们远去的星球，距我们的距离特别的远，并且还在增大。由上述分析可知：在可见光范围内，红光的传播速度最快，由于距离特
别遥远并且还在增大，这就使得光在传播的过程中，分成了特别巨大的色段依次为：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫，红色段先到达我们的地球的缘故，其它色段的光还没有到达我们的地球的缘故，它们到达我们的地球还需要一年、十年、百年、千年……，这要看光带段的距离和星球远离我们的速度而决定，也就是说，可见光家族还没有全部到达我们地球，这就是发生红移现象的本质原因。 二、红移现象原因之二 1）我的电磁理论（其它多篇文章都有论述），电磁波是极小微粒相互绕转组合（准确地说电子级的微粒）又整体运动的弹性“能量环”（密度引力是电磁波的电子对相互绕转向心力，这种电磁波理论能很好的解释波粒二象性）。红光能量环的半径（可见光范围）最大，紫光能量环的半径（可见光范围）最小。其实，由于紫光电子对的绕转速度比红光电子对的绕转速度也大，容易推出一个紫光粒子的质量也比一个红光粒子的质量大。这就得出红光光子的密度最小，紫光光子的密度最大（都是指在可见光范围内）。远离我们的星球加速运动可能受到另外的密度极大的天体吸引。根据密度引力定律，波长短的紫光密度大，密度引力也大，被吸引到另一侧，而红光密度小，密度引力也小，被吸引（和紫光相比）小得多，这就造成远离我们的星球，波长较长红光射向我们，就是现在所做的红移，“红移”相对的另一侧可能是“紫移”。按照这种理论，红移现象不仅发生在可见光范围内，在整个电磁波谱中都会发生红移现象。 2）运动并且绕转的能量环，如果发光体本身密度很大，能量环飞出
高红移星体
高红移类星体 Further positive contour levels increase by a factor of 2 ,The lowest contours are drawn at±0.45 mJy beam?The Gaussian restoring beam is 4.87 mas ×3.98 mas with major axis position angle PA=7.? 2. 命名为J1427 + 3312的类星体是2008年之前已知的最高红移的类星体（Z=6.12），当时已知的排名第二的是命名为J0836 + 0054的类星体，红移Z = 5.77。 J1427 + 3312在2007年3月11日和2007年3月3日由欧洲EVN组织利用VLBI技术分别观测到了1.6GHz和5GHz的频率。在1.6GHz它显示为双层结构。J1427385 + 331241是由McGreer等人鉴定的。其无线电光谱为陡谱。 人们观察这些最高红移的类星体是因为他们能提供宇宙最早的超大质量增长的黑洞，人们称之为“灯塔”，照亮了观察者的空间。但是目前的高红移类星体（Z> 6）存在非常少。 该图是1.6GHz的J1427+3312 VLBI图像，显示了在1.6GHz的双层结构。最低等高线为±50μJY/束，比正常的等高线水平增加了√2，峰值亮度为460μJY /束。高斯恢复束为6.2mas ×5.0mas，轴角为29°。恢复束显示在左下角的椭圆。所使用的参考校准源是J1422+3223，该位置的不确定性是0.49 MAS。 该图是5GHz的J1427+3312VLBI图像。最低等高线为±50μJY/束，比正常的等高线水平增加了√2，峰值亮度为167μJY /束。高斯恢复束为2.5mas×1.6mas，轴角为10°。恢复束显示在左下角的椭圆。 在对J1427+3312进行观测研究时，欧洲VLBI网（EVN）的各国的天线进行了七小时的观察，其中包括德国、南非、英国、意大利、波兰、瑞典、荷兰、中国等，从而为观察提供
谱线红移
谱线红移[求助]什么是谱线红移？它表达什么样的物理意义？ 天体光谱中某一谱线相对于实验室光源的比较光谱中同一谱线向红端的位移。红移z的定义是：z = (λ-λ) /λ =Δλ /λ。式中λ是实验室光源的某一谱线波长，λ是天体的同一谱线波长。z>0，红移，波长增加；z<0，紫移，波长减小。在红移问题中，z都大于0，因而往往简单地把z作为红移的符号。z是无量纲的标量，习惯上又总是按照多普勒效应把z换算为相应的速度。红移表示光源正在远离观测者。可以简单理解为红移表示光源正在远离观测者，相反蓝 移表示光源正在接近观测者 可能存在三中形成宇宙谱线红移的原因，即：宇宙学效应、多普勒效应、康普顿效应，本文从理论上提出鉴别那一种是形成主要原因的方法。并针对试验的可能性的结果提出对宇宙观念的可能性影响。 --------------------------------------------------------------------------- （文中缺失的图片见参考资料） 一、引言 1、牛顿力学导致的宇宙观念 在牛顿力学中,由于基础性的定义来自于牛顿运动定律,因此对于宇宙的观念存在着一定的局限性,主要表现为如下的方面: 牛顿第一运动定律决定了物质的存在属性——惯性。所有的物体在不受到外来作用的时候都将会保持它本身的运动状态。这样的一条规律推广到整个的宇宙，决定了宇宙的存在状态。当然，单靠这一点还是不够的，牛顿第二运动定律和牛顿第三运动定律可以推出动量守恒定律。根据动量守恒定律和牛顿第一运动定律就很自然的推出宇宙的状态了，即：在宇宙的宏观上，无边无际，各向均匀同性。这样的一种宇宙观念在相对论宇宙观念建立之前得到了一种认同。通常将这种观念叫做无限宇宙论。 物质的本身除了惯性之外，还存在另外一种属性，这种属性就是所有的物体之间都存在一种引力——万有引力。牛顿所建立的万有引力定律确定了物体之间的作用规律，这个作用规律在解决宇宙的问题上和牛顿运动定律的本身发生矛盾。如果宇宙是有限的，那么，物质间由于万有引力的作用，最终会所有的物质会由于万有引力的作用而凝聚到一起。如果宇宙是无限的，那么均匀分布在无限宇宙空间中内部区域的这些物质之间的万有引力的作用，则会互相抵消。但是，这导致了另一个问题，所有万有引力的叠加会导致引力势为无限大，这就是Neumann-Seeliger佯谬。在理论计算上，由于处理方法的局限性，必须引入处理区域边界的模式，因此，理论上的这种假设宇宙无限模式是无效的，或者说这是数值计算模式的局限性。这个问题体现了经典力学先天固有的不足。 在传统的观念中，关于均匀、静止、无限的宇宙的另一个矛盾则是奥伯斯佯谬，即：假设天体的光度为，以密度n均匀分布，则天空背景的亮度ι为 这样就出现了天空背景无限亮的矛盾。实际上，这个矛盾是不存在的。因为在采用上面的处理方法忽略了一个重要的问题，就是恒星发出的光与距离的关系。我们知道，光照强度同光源距离的平方成反比，这样的一个关系导致了奥伯斯佯谬不能成立。 2、相对论导致的宇宙观念 光作为宇宙信息很早就引起人们的注意，在光的传播问题上，十九世纪的麦克斯韦在解释电磁理论的基础上，提出了在宇宙空间中存在以太海的假设，但是在人们采用试验的方法来验证以太的存在时，比如比较有名的麦克尔逊——莫雷实验，却不能得到以太存在的证据。这说明采用十九世纪以前经典的力学方法不能对电磁理论关于光的传播问题很好的进行解释，或者更进一步说，经典的力学和电磁理论是不兼容的，采用试验的方法客观事实不支持这样的结论，至少在十九世纪是这样的。 爱因斯坦在当时的经验事实的基础上，（主要是根据如下的两点假设，第一光速与光源的运动无关，第二，人们采用各种方法测量到的光速为一近似常数的结论）提出光速为一常数并且与惯性参照系无关的结论。并进一步提出所有物体的运动速度不能超过光速，将光速设定为物体运动的极限速度。这通常叫做狭义相对论的光速不变原理。通过这个途径，建立了电磁理论的联系。这实际上是建立了关于宇宙中物体的运动和定量的一种关系，或者说宇宙中物体的描述状态的关系。当然，仅凭这一点还是不够的，因为在定量的过程中还存在定量体和被定量体，这一点是通过惯性系来实现的，即通常所说的狭义相对论的相对性原理。 狭义相对论的相对性原理实际上是伽利略相对性原理，在原理所表述的内容上几乎是没有区别的。即：关于力学定律在所有惯性参照系中都是相同的原理。或者更进一步的说，是牛顿运动定律扩展到描述系统的应用情况。另一方面说明，牛顿力学规律的普适性，在相对论中兼容了牛顿力学规律。在狭义相对论中，惯性参照系普遍的定量规律为推广到宇宙的定量状态打下了一个伏笔。 前面我们知道，物质本身的属性存在两种属性，一种属性是惯性，爱因斯坦通过惯性和光速不变原理建立了狭义相对论描述惯性系的基础。另一种属性则是万有引力，那么万有引力又是通过什么来进行描述的呢？下面我们来看这个问题。
宇宙大爆炸
宇宙大爆炸 金融学院 卢家欢 26130223 【摘要】宇宙大爆炸是一种学说，是根据天文观测研究后得到的一种设想。大约在150亿年前，宇宙所有的物质都高度密集在一点，有着极高的温度，因而发生了巨大的爆炸。大爆炸以后，物质开始向外大膨胀，就形成了今天我们看到的宇宙。宇宙大爆炸模型只适用于宇宙的大尺度上，而它也意味着宇宙是无边的。现在我们看见的和看不见的一切天体和宇宙物质，形成了当今的宇宙形态，人类就是在这一宇宙演变中诞生的。 【关键词】宇宙；大爆炸；模型；理论；证据 宇宙大爆炸模型是对宇宙产生和发展过程的一种科学假设，它描述了宇宙的发展过程，是一种理论预言。它由1948年乔治·伽莫夫和他的两位研究生一起提出，是现今被普遍接受的宇宙模型，被称为标准宇宙模型。宇宙大爆炸模型指出：宇宙产生于空间奇点，时间由此开始，空间也由此不断膨胀。 1.宇宙大爆炸模型的涵义 伽莫夫等在美国《物理评论》杂志上发表了关于大爆炸宇宙学模型的文章：提出宇宙是由甚早期温度极高且密度极大，体积极小的物质迅速膨胀形成的，这是一个由热到冷、由密到稀和不断膨胀的过程，犹如一次规模极其巨大的超级大爆炸。 宇宙大爆炸模型认为，大爆炸后的10^-43秒，宇宙中还没有任何粒子，只有时间、空间和真空场。后10^-6秒，为强子时代，温度约为10^13k，夸克有条件结合成质子和中子等一类强子。大爆炸后10^-2秒，为轻子时代，温度约为10^11k，产生重子的反应停止，重子增加。4秒后，温度为10^9k，重子数目趋于稳定。3分钟后，温度降到10^6k，中子和质子结合成氘核，氘核形成氦核。这时，粒子发生反应的可能性很小，各粒子数丰度基本保持不变。40万年后，进入“退耦代”，宇宙变透明，温度40000k，原子开始形成，核反应停止。10亿年后，宇宙气态物质靠引力作用碰撞，形成星系与恒星。100亿年后，银河系，太阳，行星开始形成，构成了今天的宇宙万物。宇宙大爆炸模型是现代宇宙学中最有影响力的一种学说，比其它宇宙模型更能说明较多观测到的事实，在这个时
谱线红移介绍
谱线红移 对于宇宙谱线红移，从可能性的角度可能存在三中形成谱线频移的原因，即：距离效应、多普勒效应、康普顿效应，本文从理论上提出鉴别那一种是形成主要原因的方法。并针对试验的可能性的结果提出对宇宙观念的可能性影响。 一、引言 1、牛顿力学导致的宇宙观念 在牛顿力学中,由于基础性的定义来自于牛顿运动定律,因此对于宇宙的观念存在着一定的局限性,主要表现为如下的方面: 牛顿第一运动定律决定了物质的存在属性——惯性。所有的物体在不受到外来作用的时候都将会保持它本身的运动状态。这样的一条规律推广到整个的宇宙，决定了宇宙的存在状态。当然，单靠这一点还是不够的，牛顿第二运动定律和牛顿第三运动定律可以推出动量守恒定律。根据动量守恒定律和牛顿第一运动定律就很自然的推出宇宙的状态了，即：在宇宙的宏观上，无边无际，各向均匀同性。这样的一种宇宙观念在相对论宇宙观念建立之前得到了一种认同。通常将这种观念叫做无限宇宙论。 物质的本身除了惯性之外，还存在另外一种属性，这种属性就是所有的物体之间都存在一种引力——万有引力。牛顿所建立的万有引力定律确定了物体之间的作用规律，这个作用规律在解决宇宙的问题上和牛顿运动定律的本身发生矛盾。如果宇宙是有限的，那么，物质间由于万有引力的作用，最终会所有的物质会由于万有引力的作用而凝聚到一起。如果宇宙是无限的，那么均匀分布在无限宇宙空间中内部区域的这些物质之间的万有引力的作用，则会互相抵消。但是，这导致了另一个问题，所有万有引力的叠加会导致引力势为无限大，这就是Neumann-Seeliger佯谬。在理论计算上，由于处理方法的局限性，必须引入处理区域边界的模式，因此，理论上的这种假设宇宙无限模式是无效的，或者说这是数值计算模式的局限性。关于这个问题，我会在相关物质属性的文章结束之后，再来讨论这个问题。 （注：万有引力和物质惯性的矛盾也是不成立的，在这里不对这个问题进行讨论了，但在这里提另外一个对这个问题进行处理的一种观念。当然，它不是根本的原因。 在宇宙观念的潜意识中，还存在一种隐含的观念。这种观念来自于物质本身所具有的两种属性，即：万有引力和惯性力，万有引力的趋势是使空间中的均匀分布的物质凝聚到一起，而旋转物体惯性力的趋势则是使均匀分布的物质相互分离。这两种作用力相互抵消。从太阳系、银河系、星系等宇观的天体现象都说明这样的观念是客观的。 如果说整个宇宙的万有引力和旋转物体惯性力来支撑着宇宙物质总处于一种动态的平衡状态，那么这只有一种可能，就是整个的宇宙则处于一种旋转的状态。很显然，这并不现实。） 在传统的观念中，关于均匀、静止、无限的宇宙的另一个矛盾则是奥伯斯佯谬，即：假设天体的光度为，以密度n均匀分布，则天空背景的亮度ι为 这样就出现了天空背景无限亮的矛盾。实际上，这个矛盾是不存在的。因为在采用上面的处理方法忽略了一个重要的问题，就是恒星发出的光与距离的关系。我们知道，光照强度同光源距离的平方成反比，这样的一个关系导致了奥伯斯佯谬不能成立。 2、相对论导致的宇宙观念 光作为宇宙信息很早就引起人们的注意，在光的传播问题上，十九世纪的麦克斯韦在解释电磁理论的基础上，提出了在宇宙空间中存在以太海的假设，但是在人们采用试验的方法来验证以太的存在时，比如比较有名的麦克尔逊——莫雷实验，却不能得到以太存在的证据。这说明采用十九世纪以前经典的力学方法不能对电磁理论关于光的传播问题很好的进行解释，或者更进一步说，经典的力学和电磁理论是不兼容的，采用试验的方法客观事实不支持这样的结论，至少在十九世纪是这样的。 爱因斯坦在当时的经验事实的基础上，（主要是根据如下的两点假设，第一光速与光源的运动无关，第二，人们采用各种方法测量到的光速为一近似常数的结论）提出光速为一常数并且与惯性参照系无关的结论。并进一步提出所有物体的运动速度不能超过光速，将光速设定为物体运动的极限速度。这通常叫做狭义相对论的光速不变原理。通过这个途径，建立了电磁理论的联系。这实际上是建立了关于宇宙中物体的运动和定量的一种关系，或者说宇宙
类星体的发现与观测
题目类星体的发现与观测 学生姓名王刚学号 1210014022 所在学院物理与电信工程学院 专业班级物理1201班 指导教师唐洁 __ ___ __ 完成地点陕西理工学院 2016年 6 月 15 日
类星体的发现与观测 王刚 （陕西理工学院物理与电信工程学院物理学1201班，陕西汉中723000） 指导老师：唐洁 [摘要] 通过对类星体从概念的给出，类星体发现的历史、研究类星体的意义分析、类星体的分类方法、研究现状、观测手段、证认方法、目前面临的困境等方面进行简单归纳总结，尽量使用通俗的语言描述类星体半个世纪以来的发展历程，力图为读者呈现一个清晰的类星体的发现与观测的过程。 [关键词] 类星体；多波段观测；红移 0 引言 类星体是20世纪60年代天文学界四大发现之一，其他三大发现分别是脉冲星、微波背景辐射和星际有机分子，而类星体已经成为天体物理一门独立的学科并已成为最活跃的研究领域之一，类星体的体积和能量都非常大，距离地球远达数十亿光年，即便在最强大的望远镜中看上去也只是一个不起眼的亮点而已，类星体也是迄今为止人类所观测到的最遥远的天体，类星体的发现过程体现了人类对于宇宙深处未知秘密的渴望，多元化的观测手段也促进了望远镜技术的快速发展，类星体是宇宙中最明亮的天体，但是类星体存在的时间较短，而且只存在于早期阶段的宇宙，所以对于人类了解早期宇宙的演化具有重要的意义，宇宙大爆炸后10亿年以内的高红移类星体为我们研究早期宇宙提供了重要的探针，由于类星体的演化与其中心黑洞和寄主星系密切相关，所以对类星体的研究尤其是高红移类星体有助于人类了解早期大质量黑洞的形成与增长、星系的形成和演化等等问题，其中黑洞质量的大小对于帮助了解宇宙的早期以及超大直径黑洞的形成和演化有着重要的作用[1]。类星体的绝对星等在-25至-33等之间，这代表类星体是宇宙最亮的天体，类星体不仅是人类已知的宇宙中最明亮的天体，而且比正常星系亮的多。对能量如此大的物体，类星体的体积却不可思议地小，与直径大约为10万光年的星系相比，类星体的直径大约为1 光年，甚至更小，一般天文学家认为这种现象有可能是因为黑洞吸引了大量的物质之后而释放大量的能量导致。因而对于类星体的研究已经向天体物理学发出了前所未有的挑战，具有各自信仰和观点的天文学家们按照自己的信念去观测，收集，研究宇宙的信息，然后提出各自的宇宙模型，例如大爆炸理论等，虽然大爆炸理论已经得到越来越多的人支持，虽然有相当多的证据证明大爆炸理论是合理的，但仍有一些理论和现象与大爆炸理论是相悖的，所以这些模型和假说还远远不能自圆其说，“理论家们”随时都在向现有理论和观点提出挑战，可能一个很小的细节就可以完全推翻人们固有的认识，无论是哲学家还是科学家都应该抱着学习的态度，充分考虑个方面的因素，尽可能的站在更高点去看待问题，每一天宇宙对于我们来说都应该是全新的，例如著名的地心说就曾经统治了人们的思想好几个世纪之长，切不可让历史重演，天文学的变革可能随时发生；由于人们认识类星体的时间并不算太长，而且对于一些奇特的现象如红移产生的原因，天体极快的推行速度，以及类星体的能量之谜。都对人们现有的物理理论提出了巨大的挑战，倘若有一天这些问题得到解决，对于我们认识宇宙、认识地球、认识人类都将对人类文明的进步起到极大的促进作用 [2,3]。 观测和研究类星体、探索宇宙的奥秘不仅仅是天文学家的问题，类星体是天文学领域中一个热门的研究领域，每一次的重大发现都让天文学家们重新思考即有的理论，了解类星体首先要了解类星体的发现和观测的过程。 1 什么是类星体
COSMOS场中高红移大质量星系的形态 分类研究
第56卷第5期天文学报Vol.56No.5 2015年9月ACTA ASTRONOMICA SINICA Sept.,2015 doi:10.15940/https://www.360docs.net/doc/a68148075.html,ki.0001-5245.2015.05.002 COSMOS场中高红移大质量星系的形态 分类研究? 方官文1?马仲阳2,3孔旭2,3 (1大理大学天文与科技史研究所大理671003) (2中国科学院星系与宇宙学重点实验室合肥230026) (3中国科学技术大学天文学系合肥230026) 摘要基于COSMOS(Cosmic Evolution Survey)天区的多波段测光数据和HST (Hubble Space Telescope)近红外高分辨率观测图像,利用质量限(恒星质量M?≥ 1010.5M⊙)选取了362个红移分布在1≤z≤3的星系样本,并对这些大质量星系的形 态特征进行了分类研究.来自UVJ(U?V和V?J)双色图分类系统、目视分类系统、 非模型化分类系统(基尼系数G和矩指数M20)和模型化分类系统(S′e rsic index,n)的 分类结果彼此相一致.相比较于恒星形成星系(SFGs),通过UVJ双色图定义的宁静星 系(QGs)表现出致密的椭圆结构,而且G和n值偏大,但M20和星系有效半径(r e)偏 小.不同星系分类系统(双色图分类系统、非模型化分类系统和模型化分类系统)定义 的SFGs和QGs样本,都明显存在星系的大小随红移的演化关系,这种演化趋势QGs比 SFGs更剧烈,而且不依赖于星系分类方法的选择. 关键词星系:演化,星系:基本参数,星系:结构,星系:高红移 中图分类号:P157;文献标识码:A 1引言 高红移大质量(恒星质量M?≥1010M⊙)星系的观测和研究是当代天文学的一个热点，它对于我们了解星系的形成和演化，约束不同的星系形成模型等都至关重要.通过研究星系的结构随红移的演化,我们可以了解宇宙早期的原初物质是怎样通过引力作用逐渐塌缩形成原初星系,以及高红移星系是通过怎样的过程演变为现在能够观测到的各类星系,从而了解和约束星系的形成和演化过程.表征星系结构的最直接的观测特征为星系的形态，即星系中发光物质(组成星系的恒星和尘埃)在观测者视线方向的投影.因此,研究不同红移处星系的形态特征,并与模型结果相比较,可以了解星系、乃至宇宙的形成和演化[1?2].星系形态是反映星系物理性质的一个重要特征量,它与星系的其他2015-03-27收到原稿,2015-04-21收到修改稿 ?国家自然科学基金项目(11303002,11225315,11320101002)、中国科学院战略性先导科技专项(XDB09000000)和云南省应用基础研究计划项目(2014FB155)资助 ?wen@https://www.360docs.net/doc/a68148075.html,
XXXXXXXXXXXX重点专项.doc
“大科学装置前沿研究”重点专项 2017年度项目申报指南建议 大科学装置为探索未知世界、发现自然规律、实现技术变革提供极限研究手段，是科学突破的重要保障。设立“大科学装置前沿研究”重点专项的目的是支持广大科研人员依托大科学装置开展科学前沿研究。为充分发挥我国大科学装置的优势，促进重大成果产出，科技部会同教育部、中国科学院等部门组织专家编制了大科学装置前沿研究重点专项实施方案。 大科学装置前沿研究重点专项主要支持基于我国在物质结构研究领域具有国际竞争力的两类大科学装置的前沿研究，一是粒子物理、核物理、聚变物理和天文学等领域的专用大科学装置，支持开展探索物质世界的结构及其相互作用规律等的重大前沿研究；二是为多学科交叉前沿的物质结构研究提供先进研究手段的平台型装置，如先进光源、先进中子源、强磁场装置、强激光装置、大型风洞等，支持先进实验技术和实验方法的研究和实现，提升其对相关领域前沿研究的支撑能力。 专项实施方案部署14个方面的研究任务：1. 强相互作用性质研究及奇异粒子的寻找；2. Higgs粒子的特性研究和超出标准模型新物理寻找；3. 中微子属性和宇宙线本质的研究；4. 暗物质直接探测；5. 新一代粒子加速器和探测器关键技术和方法的预先研究；6. 原子核结构和性质以及高电荷态离子非平衡动力学研究；7. 受控磁约束核聚变稳态燃烧；
8. 星系组分、结构和物质循环的光学-红外观测研究；9. 脉冲星、中性氢和恒星形成研究；10. 复杂体系的多自由度及多尺度综合研究；11. 高温高压高密度极端物理研究；12. 复杂湍流机理研究；13. 多学科应用平台型装置上先进实验技术和实验方法研究；14. 下一代先进光源核心关键技术预研究。 2016年，大科学装置前沿研究重点专项围绕以上14个方面研究任务，共立项支持了20个研究项目。根据专项实施方案和“十三五”期间有关部署，2017年将围绕粒子物理等领域的专用大科学装置和多学科平台型大科学装置继续部署项目，拟优先支持19个研究方向（每个方向拟支持1-2个项目）。 按照《国务院关于国家重大科研基础设施和大型科研仪器向社会开放的意见》（国发[2014]70号）精神，鼓励高校、科研院所、企业、社会研发组织等社会用户利用开放的大科学装置开展科学研究，要求每个项目的参加人员65%以上是所依托大科学装置管理单位以外的人员。申报单位针对重要支持方向，面向解决重大科学问题和突破关键技术组织申报项目，每个项目的目标须覆盖全部考核指标。鼓励依托国家实验室、国家重点实验室等重要科研基地组织项目。 项目执行期一般为5年。一般项目下设课题数原则上不超过4个，每个项目所含单位数控制在6个以内。本专项不设青年科学家项目。
星系光谱红移与宇宙大爆炸重点讲义资料
二 星系光谱红移与宇宙大爆炸 中国古代有盘古开天地的传说，传说人类的祖先盘古，用一把斧子劈开了天与地，然后用头顶着天，脚撑着地，年复一年，他的身体不断长高，天与地的距离也不断拉开。就这样过了四万八千年，天与地的距离变成了今天这个样子。西方也有类似的传说，只不过故事的主人公换成了上帝，上帝创造万物的时间也缩短到了7天。古老的传说反映了人类对于探索宇宙起源的渴望。事实上，人类探索宇宙秘密的脚步一刻也没有停止过，从“地心说”、“日心说”到“宇宙大爆炸假说”，随着科学技术的飞速发展，人类对宇宙的认识一次又一次地被推向前进。二十世纪初，当射电望远镜被用于探索宇宙秘密时，人类惊奇的发现，绝大多数星系光谱都存在“红移”现象，并且越远的星系光谱红移值越大。有人据此提出“宇宙大爆炸”假说，认为宇宙是由150亿年前发生的一次大爆炸形成的（也有人认为是200亿年或者是其它数字，总之，仅仅只是数字上的差别，没有太大的实际意义）。广义相对论的出现，更将时间、空间、物质揉在一起，有人说人类对宇宙的认识达到了前所未有的水平（事实上是空前的混乱）。许多人都在极力吹捧自己的观点，有的人为发现“黑洞”废寝忘食，见了骆驼硬说是马肿背；有的人为寻找“虫洞”挖空心思，甚至认为百慕大三角就是某个“虫洞”的入口，可以达到另外的宇宙；更有一些无聊的人，胡吹乱侃，唯恐天下不乱，等等等等，不胜枚举。对于
这些雨后春笋般冒出的“学说”、“理论”，究竟应该怎么看呢？本文将从星系红移现象入手，全面、系统地论证宇宙大爆炸假说的不合理性，并提出新的宇宙观，揭示宇宙的本来面貌。我们将从现有的现象和观测、实验结果入手，加以分析推理，提出探索宇宙起源问题的新思路、新方法、新观点，为那些无聊的争议画上一个句号。倘若能起到抛砖引玉的作用，则足矣。 1、星系光谱红移的原因 20世纪初，当人们用望远镜观测银河系以外的星系时，发现绝大多数星系光谱都有红移现象，并且越远的星系其光谱红移值越大。有人认为星系光谱红移的原因是因为星系正在离我们远去，从而得出这样的结论：宇宙中所有的星系都是以某一个中心向外爆炸后形成的，越远的星系离开我们的速度也越大；所有的星系彼此都在分离，并且越远的星系相互分离的速度也越大。这里需要指出一点，我们银河系看起来就处于宇宙的中心位置上了。但银河系与其它星系并没有什么区别，我们在观测近处的星系时，也没有发现它们有相互分离的趋势，并且也没有证据表明近处的星系正在以某一个中心为起点向外膨胀。因此，“银河中心说”颇值得怀疑。但立即有人指出，“银河中心说”只是人们视觉上的错误而已，并千方百计证明这一点，功夫不负有心人，还真让他们找到了“原因”（尽管仍然不可信）。要想揭开宇宙秘密，“红移”现象就是一只最初的拦路虎。 那么，“红移”现象指的是什么呢？ 多普勒效应指出，即如果波源离开接收者而远去，那接收者接收