专题五 天体物理学与宇宙学.ppt
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天体物理学
• 天体物理学从研究方法来说，可分为实测天体物 理学和理论天体物理学。 • 前者研究天体物理学 中基本观测技术、 各种仪器 设备的原理和结构，以及观测资料的分析处理， 从而为理论研究提供资Байду номын сангаас或者检验理论模型。光 学天文学是实测天体物理学的重要组成部分。 • 后者则是对观测资料进行理论分析，建立理论模 型，以解释各种天象。同时，还可预言尚未观测 到的天体和天象。
• ④恒星天文学。 研究银河系内的恒星、星 团、星云、星际物质等的空间分布和运动 特性，从而深入探讨银河系的结构和本质。 •
• •
⑤星系天文学，又称河外天文学。 研究星系（包括银河系）、星系团、 星系际空间等的形态、结构、运动、组成、 物理性质等。
• ⑥宇宙学。 • 从整体的角度来研究宇宙的结构和演 化。包括侧重于发现宇宙大尺度观测特征 的观测宇宙学和侧重于研究宇宙的运动学 和动力学以及建立宇宙模型的理论宇宙学
• •
③恒星物理学。 研究各种恒星的性质、结构、物理状 况、化学组成、起源和演化等。银河系的 恒星有一、 二千亿颗，其物理状况千差万 别。有些恒星上具有非常特殊的条件，如 超高温、超高压、超高密、超强磁场等等， 这些条件地球上并不具备。利用恒星上的 特殊物理条件探索物理规律是恒星物理学 的重要任务。
天体物理学按照研究对象，可分为：
• • ①太阳物理学。 研究太阳表面的各种现象、太阳内部 结构、能量来源、化学组成等。太阳同地 球有着密切的关系。研究太阳对地球的影 响也是太阳物理学的一个重要方面。
•
• ②太阳系物理学。 • 研究太阳系内除太阳以外的各种天体， 如行星、卫星、小行星、流星、陨星、彗 星。行星际物质等的性质、结构、化学组 成等。
• 。 • ⑦天体演化学。 • 研究天体的起源和演化。对太阳系的起源和演化的研究起步最早。 虽然已取得许多重要成果，但还没有一个学说被认为是完善的而被普 遍接受。恒星的样品丰富多彩，对恒星的起源和演化的研究取得了重 大进展，恒星演化理论已被普遍接受。对星系的起源和演化的研究还 处于摸索阶段。 • • 天体物理学的各分支学科是互相关联、互相交叉的。随着新技术、新 方法、新理论的出现和应用，天体物理学中涌现了一些新的分支学科， 如射电天文学、红外天文学、紫外天文学、X射线天文学等。天体物 理学同其他学科也是互相交叉、互相渗透的。近年来，也出现了一些 交叉性的学科，如天体化学、天体生物学等
• ④恒星天文学。 研究银河系内的恒星、星 团、星云、星际物质等的空间分布和运动 特性，从而深入探讨银河系的结构和本质。 •
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⑤星系天文学，又称河外天文学。 研究星系（包括银河系）、星系团、 星系际空间等的形态、结构、运动、组成、 物理性质等。
• ⑥宇宙学。 • 从整体的角度来研究宇宙的结构和演 化。包括侧重于发现宇宙大尺度观测特征 的观测宇宙学和侧重于研究宇宙的运动学 和动力学以及建立宇宙模型的理论宇宙学
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③恒星物理学。 研究各种恒星的性质、结构、物理状 况、化学组成、起源和演化等。银河系的 恒星有一、 二千亿颗，其物理状况千差万 别。有些恒星上具有非常特殊的条件，如 超高温、超高压、超高密、超强磁场等等， 这些条件地球上并不具备。利用恒星上的 特殊物理条件探索物理规律是恒星物理学 的重要任务。
天体物理学按照研究对象，可分为：
• • ①太阳物理学。 研究太阳表面的各种现象、太阳内部 结构、能量来源、化学组成等。太阳同地 球有着密切的关系。研究太阳对地球的影 响也是太阳物理学的一个重要方面。
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• ②太阳系物理学。 • 研究太阳系内除太阳以外的各种天体， 如行星、卫星、小行星、流星、陨星、彗 星。行星际物质等的性质、结构、化学组 成等。
• 。 • ⑦天体演化学。 • 研究天体的起源和演化。对太阳系的起源和演化的研究起步最早。 虽然已取得许多重要成果，但还没有一个学说被认为是完善的而被普 遍接受。恒星的样品丰富多彩，对恒星的起源和演化的研究取得了重 大进展，恒星演化理论已被普遍接受。对星系的起源和演化的研究还 处于摸索阶段。 • • 天体物理学的各分支学科是互相关联、互相交叉的。随着新技术、新 方法、新理论的出现和应用，天体物理学中涌现了一些新的分支学科， 如射电天文学、红外天文学、紫外天文学、X射线天文学等。天体物 理学同其他学科也是互相交叉、互相渗透的。近年来，也出现了一些 交叉性的学科，如天体化学、天体生物学等
天体物理小知识演示文稿(共91张PPT)
不信你看！
Wow，惊呆了！！
看着只是个小星星，真实体积吓屎你！
天狼星是大犬座中的一颗双星，另一颗暗白 矮星伴星。
天狼星是一颗比太阳亮23倍的蓝白星
双星系统
双星引力波是很漂亮的漩 涡曲线~~
其实双星也叫做——恒星恋人，就像…
比双星更稀有更耀眼的是神马！！ 是四星！！
美国宇航局的“斯皮 策”太空望远镜发现 ，在长蛇星座有一个 相对年幼的星系，拥 有4颗恒星。
六，土卫二
观赏喷泉的行星际公园。
我不骗小朋友的，自己看！！！
木卫二（小球大水滴） VS 地球
再添点数据
木卫二冰层厚度平均100公里，也就是10万米深！！地球的海洋 平均深度才三公里，什么概念啊…
太平洋：平均深度3957米，最大深度11034 大西洋：平均深度3626米，最深处达9219米 印度洋：平均深度3397米，最大深度的爪哇海沟达7450米。 北冰洋: 平均深度1300米，
那，谁的密度最大呢？？？
咳咳，请翻页！（此处是为了让你有时间想一想）
天体密度——白矮星
白矮星（White Dwarf）是一种低光度、高密度、高温度的恒星。也是一 种很特殊的天体，它的体积小、亮度低，但质量大、密度极高。比如天狼 星伴星（它是最早被发现的白矮星），体积和地球相当，但质量却和太阳 差不多，它的密度在1000万吨/立方米左右（地球密度为5.5g/cm3）， 一颗与地球体积相当的白矮星（比如说天狼星的邻星Sirius B）的表面重 力约等于地球表面的18万倍。
量是如此之大，半径十公里的中子星的质量就与太阳的质量相当了。
同白矮星一样，中子星是处于演化后期的恒星，它也是在老年恒星的中心形成 的。只不过能够形成中子星的恒星，其质量更大罢了。根据科学家的 计算，当老年恒星的质量为太阳质量的倍时，它就有可能最后变为一 颗中子星，而质量小于个太阳的恒星往往只能变化为一颗白矮星。
天体物理学与宇宙学的关联研究
天体物理学与宇宙学的关联研究天体物理学和宇宙学是两个紧密相关的学科领域。
天体物理学研究宇宙中的天体，包括恒星、行星、星系等天体的性质和演化规律。
而宇宙学则关注整个宇宙的起源、演化和结构。
天体物理学和宇宙学的研究相互交织，相辅相成，共同推动了我们对宇宙的理解。
一、宇宙学的基础宇宙学研究的对象是整个宇宙。
现代宇宙学的基础是爱因斯坦的广义相对论，它描述了宇宙的引力和时空结构。
广义相对论通过引力场方程给出了引力的数学描述，揭示了物质和能量如何塑造时空的曲率。
通过研究宇宙的动力学和时空结构，宇宙学探索了宇宙的起源、演化以及未来的命运。
二、天体物理学的发展天体物理学是研究宇宙中天体的物理特性和规律的学科。
它涵盖了广泛的研究领域，包括恒星物理学、行星物理学、宇宙射线物理学等。
天体物理学家使用天文观测和理论模型来解释恒星的能量产生机制、行星的形成和演化过程，以及宇宙中其他天体的性质。
三、天体物理学与宇宙学的联系天体物理学和宇宙学在研究方法和目标上有许多共同点。
宇宙学的研究需要天体物理学的观测数据和理论模型作为支撑，而天体物理学的研究则有助于提供宇宙学的基础知识和实证依据。
例如，通过观测恒星的亮度和色彩分布，天体物理学家可以研究宇宙的年龄和演化速率，为宇宙学提供重要的时间尺度。
此外，天体物理学还通过观测宇宙微波背景辐射等宇宙学证据，验证了宇宙大爆炸理论和暗能量等重要概念。
四、现代研究进展随着观测技术和理论模型的不断发展，天体物理学和宇宙学的研究取得了许多重要的进展。
例如，通过全天候巡天观测，我们发现了许多新的恒星和星系，揭示了宇宙的丰富多样性。
近年来，引力波探测成为天体物理学的重要突破，通过探测黑洞合并事件，我们验证了广义相对论的预言，并对宇宙的引力波背景进行了研究。
此外，通过研究暗物质和暗能量，我们探索了宇宙的结构演化和扩张加速机制。
总结天体物理学和宇宙学的关联研究为我们理解宇宙的起源、演化和结构提供了重要的科学见解。
最新宇宙物理与宇宙学ppt课件
第二十三章 天体物理与宇宙学
星系团碰撞
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大学物理学（第二版）电子教案 五、整个宇宙
第二十三章 天体物理与宇宙学
宇宙全景图 Page‹#›
大学物理学（第二版）电子教案
第二十三章 天体物理与宇宙学
23－2 宇宙天体运动规律*
一、万有引力规律
万有引力定律：自然界中任何两个物体都是相互吸引的， 引力的大小与两物体的质量的乘积成正比，与两物体间距 离的平方成反比。
10-44秒 粒子形成
3105年 宇宙透明
4109年 恒星形成
1010年 古生代
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大学物理学（第二版）电子教案
第二十三章 天体物理与宇宙学
二、暴胀(inflaionary universe)时的宇宙
假设：宇宙在10-35 s至10-33 s之间发生暴胀。在此期间，宇 宙的直径大约由10-26 m暴增1050倍，至1024 m (～30 Mpc) 。 在10-33 s时，暴胀终止，膨胀速率变得与标准模型相同。
《黑人谈河流》 这首诗是休斯在乘车去墨西哥的旅途中一气呵成的，他自己说 “用了十分钟至一刻钟时间”。列车缓缓地从密西西比河上的铁桥 上驶过，诗人由这条古老的河想到黑人的命运，想到林肯总统为了 废除奴隶制，亲自乘木筏沿着密西西比河顺流而下到新奥尔良，又 想到黑人过去生活中的其他河流。本诗就这样产生了。
广义相对论解决了上述两问题：狭义相对论指出时空的 内在联系，但未表明时空与物质的联系。将相对性原理推 广到一切参照系，把引力同时空的几何性质联系起来，物 质、引力场和时空三者联结为一整体，建立了新引力理论。
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大学物理学（第二版）电子教案
第二十三章 天体物理与宇宙学
《天体物理小知识》课件
天体物理学家参与设计和实施空间探测任务，探索 太阳系和宇宙深空中的天体。
载人航天
天体物理学家为载人航天任务提供技术支持 和科学指导，确保宇航员的安全和任务成功 。
宇宙探索
暗物质和暗能量的性质，揭示宇宙中
隐藏的物质和能量。
宇宙微波背景辐射
02
天体物理学家研究宇宙微波背景辐射，了解宇宙大爆炸后宇宙
天体物理的研究范围
总结词
天体物理的研究范围包括天体的结构、组成、演化过程、相互作用以及宇宙的 起源和演化等。
详细描述
天体物理的研究范围非常广泛，包括恒星的形成和演化、行星和卫星的物理特 性、星系的结构和演化、宇宙射线、黑洞和暗物质等。这些研究有助于我们深 入了解宇宙的起源和演化，以及天体的形成和演化过程。
值。
04
天体物理现象
黑洞
黑洞是一种极度密集的天体，其引力强大到连光也无法逃逸 。黑洞的形成通常与恒星死亡有关，当一颗质量巨大的恒星 耗尽燃料并发生超新星爆炸后，其核心可能会坍缩形成黑洞 。
黑洞的内部被称为事件视界，任何进入这个区域的物质和光 线都会被无情地吞噬，永远无法返回。尽管我们无法直接看 到黑洞，但可以通过观测黑洞对周围环境的影响来推断其存 在。
宇宙射线研究
天体物理学家研究宇宙射 线，了解其产生机制、传 播途径和与天体的相互作 用。
星系和恒星演化
通过观测星系和恒星的演 化过程，天体物理学家能 够揭示宇宙的起源、演化 和最终命运。
航天技术
卫星导航
天体物理学家利用卫星轨道和时间测量技术 ，为全球卫星导航系统提供精确的定位和时 间服务。
空间探测
行星探索
人类通过探测器对行星进行探索，已 发现多个可能适宜人类居住的行星。
卫星
载人航天
天体物理学家为载人航天任务提供技术支持 和科学指导，确保宇航员的安全和任务成功 。
宇宙探索
暗物质和暗能量的性质，揭示宇宙中
隐藏的物质和能量。
宇宙微波背景辐射
02
天体物理学家研究宇宙微波背景辐射，了解宇宙大爆炸后宇宙
天体物理的研究范围
总结词
天体物理的研究范围包括天体的结构、组成、演化过程、相互作用以及宇宙的 起源和演化等。
详细描述
天体物理的研究范围非常广泛，包括恒星的形成和演化、行星和卫星的物理特 性、星系的结构和演化、宇宙射线、黑洞和暗物质等。这些研究有助于我们深 入了解宇宙的起源和演化，以及天体的形成和演化过程。
值。
04
天体物理现象
黑洞
黑洞是一种极度密集的天体，其引力强大到连光也无法逃逸 。黑洞的形成通常与恒星死亡有关，当一颗质量巨大的恒星 耗尽燃料并发生超新星爆炸后，其核心可能会坍缩形成黑洞 。
黑洞的内部被称为事件视界，任何进入这个区域的物质和光 线都会被无情地吞噬，永远无法返回。尽管我们无法直接看 到黑洞，但可以通过观测黑洞对周围环境的影响来推断其存 在。
宇宙射线研究
天体物理学家研究宇宙射 线，了解其产生机制、传 播途径和与天体的相互作 用。
星系和恒星演化
通过观测星系和恒星的演 化过程，天体物理学家能 够揭示宇宙的起源、演化 和最终命运。
航天技术
卫星导航
天体物理学家利用卫星轨道和时间测量技术 ，为全球卫星导航系统提供精确的定位和时 间服务。
空间探测
行星探索
人类通过探测器对行星进行探索，已 发现多个可能适宜人类居住的行星。
卫星
天体物理课件
三、大爆炸宇宙学
• 宇宙学原理：宇宙在大尺度上是均匀癿
稳恒态宇宙学
• 宇宙无边无际，无始无终，基本保持同一状态 • ----若宇宙有限，其边界在何处？边界外是什么？ • ----若宇宙有限，则有中心，其中心在何处？
奥伯斯佯谬----夜空为什么是黑癿
• 一个恒星癿星光按距离平斱反比减弱 • 一个同厚度同心天球壳内癿恒星数按距离平斱 正比扩大 • ----此球壳癿亮度不距离无关，为常数 • ----宇宙无限，无限多个球 • 壳癿总亮度是无限大 • ----天空永进无限亮
星系团
• 几百个星系组成 • 直径达几百万到几千万光年 • 本星系群：银河系，仙女星系，三角星系，大 麦哲伦星云等组成
• 星座：
• 用假想的线条将亮星连接起来，构成各种各样 的图形，或人为地把星空分成若干区域，这些 图形连同它们所在的天空区域，西方叫做星座。 • 1928年，国际天文联合会正式公布了88个 星座， • 星座大小相差悬殊，所含星数也各不相同， 同一星座的星无任何物理联系。 • --星座不是星系!也不是星团!
一、天文测量 距离
• 单位 天文单位—地球到太阳之间距离 光年 • 方法 三角规差法 恒星光谱法 造父变星法 最亮恒星法
三角规差法
• 从已知距离癿两点测星体
造父变星法
• 造父变星法 • ----规星等，绝对星等(设移至32.6光年进处所见 星等) • 太阳:规星等 -26.7等; 绝对星等 4.85等 • 织女星:规星等 0.03等; 绝对星等0.6等 • ----二者之差只不距离有关
• 质光定律：恒星光度不其质量癿六次斱成正比 • 原因：质量大—>相互引力大 • —>平衡引力癿内部压力大 • (由热能和辐射能引起) • —>更快燃烧—>更亮 • 推论：越年轻越亮
大学物理第19章天体物理与宇宙学简介.ppt
第19章 天体物理与宇宙学简介
§19.1 广义相对论 §19.2 致密星 §19.3 宇宙学简介
1
天体物理是天文学中最年轻的一门分支学科， 它应用物理学的技术、方法和理论来研究各类天 体的形态、结构、分布、化学组成、物理状态和 性质以及它们的演化规律.
宇宙学是研究宇宙形成和演化的科学，它的任 务是研究大尺度时空的整体结构和演化.
d A g0A0 dt A
14
d B g0B0 dt B
B A
d A d B
g0A0 g0B0
15
五、引力辐射
1918年，爱因斯坦就根据广义相对论预言了引力 波的存在. (1)寻求场方程的弱场辐射解； (2)寻求严格的场方程的特解.
的，而现在却看到，它之所以优越是因为在这种参 考系中消除了引力的作用.
在牛顿体系中，惯性系是决定于绝对空间的，它 不受物质运动的影响. 现在，一个做自由落体运动的
7
实验室才是一个局部惯性系，显然它是决定于物质 的分布及运动的.
总之，引力的作用使大范围的惯性系不再存在， 只能存在局部惯性系，而这些局部惯性系之间的关 系则由引力确定.
5
注意：实际的引力场不可能是均匀的，常常只在局 部范围中才能近似是均匀的.
原则上说，只有在一个点状的自由下落体系中才 能完全消除引力的一切现象.这就是必须强调“局部” 一词的原因.
2.广义相对性原理 爱因斯坦在将狭义相对性原理进一步推广到非
惯性系时，提出了广义相对性原理：
一切参考系都是平权的.或换言之，客观真实的 物理规律应该在任意坐标变换下形式不变——广义 协变性. (1)等效原理与广义相对性原理取消了惯性系的优越 地位，使一切参考系都平权； (2)一个正确的物理规律必须考虑引力场的影响.
§19.1 广义相对论 §19.2 致密星 §19.3 宇宙学简介
1
天体物理是天文学中最年轻的一门分支学科， 它应用物理学的技术、方法和理论来研究各类天 体的形态、结构、分布、化学组成、物理状态和 性质以及它们的演化规律.
宇宙学是研究宇宙形成和演化的科学，它的任 务是研究大尺度时空的整体结构和演化.
d A g0A0 dt A
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d B g0B0 dt B
B A
d A d B
g0A0 g0B0
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五、引力辐射
1918年，爱因斯坦就根据广义相对论预言了引力 波的存在. (1)寻求场方程的弱场辐射解； (2)寻求严格的场方程的特解.
的，而现在却看到，它之所以优越是因为在这种参 考系中消除了引力的作用.
在牛顿体系中，惯性系是决定于绝对空间的，它 不受物质运动的影响. 现在，一个做自由落体运动的
7
实验室才是一个局部惯性系，显然它是决定于物质 的分布及运动的.
总之，引力的作用使大范围的惯性系不再存在， 只能存在局部惯性系，而这些局部惯性系之间的关 系则由引力确定.
5
注意：实际的引力场不可能是均匀的，常常只在局 部范围中才能近似是均匀的.
原则上说，只有在一个点状的自由下落体系中才 能完全消除引力的一切现象.这就是必须强调“局部” 一词的原因.
2.广义相对性原理 爱因斯坦在将狭义相对性原理进一步推广到非
惯性系时，提出了广义相对性原理：
一切参考系都是平权的.或换言之，客观真实的 物理规律应该在任意坐标变换下形式不变——广义 协变性. (1)等效原理与广义相对性原理取消了惯性系的优越 地位，使一切参考系都平权； (2)一个正确的物理规律必须考虑引力场的影响.
天体运动课件ppt
未来的天体运动研究将更加注重数值模拟和理论分析，以更好地理解天体的运动规律和演化过程。
随着观测技术的不断进步，对天体的观测数据将更加精确和全面，有助于我们发现更多未知的天体现象。
天体运动研究将更加注重与其他学科的交叉融合，如物理学、化学、生物学等，以更全面地揭示宇宙的奥秘。
感谢观看
THANKS
02
天体运动的物理原理
总结词
描述任意两个质点之间相互吸引的力，与它们的质量成正比，与它们之间距离的平方成反比。
详细描述
万有引力定律是牛顿发现的自然规律，它指出任意两个质点之间都存在相互吸引的力，这个力的大小与它们的质量成正比，与它们之间距离的平方成反比。这个定律是解释天体运动规律的基础。
总结词
宇宙的演化
06
天体运动的未来探索
未来的探测任务将更加注重寻找生命的迹象，如氨基酸、核酸等有机分子，以及可能存在的微生物化石等。
通过对外太空生命的探测和研究，我们可以更深入地了解地球生命的起源和演化，以及宇宙中生命存在的可能性。
随着天体生学的发展，越来越多的天体被认为可能存在生命，如火星、木卫二和土卫六等。
银河系的结构
银河系是一个包含数千亿颗恒星的巨大星系，由恒星、星团、星云、星际物质和黑洞等组成。
银河系的自转
银河系是一个旋转的星系，具有一个中心旋转轴，整个星系围绕这个轴进行旋转。
星系的形成始于宇宙大爆炸后，气体和尘埃在引力的作用下聚集，形成了恒星、星团和星云等天体。
星系的形成
随着时间的推移，星系中的恒星、星团和星云等天体在不断地演化，形成了各种类型的星系，如旋涡星系、椭圆星系和不规则星系等。
描述行星绕太阳运动的规律，包括轨道定律、面积定律和周期定律。
要点一