天体物理概论_向守平_第一章绪论探索宇宙12天体物理学简史资料
天体物理学的基本原理
天体物理学的基本原理天体物理学是研究宇宙及其组成部分的物理学科，涉及广泛的现象和现象，包括恒星的形成和演化、星系间的引力相互作用、黑洞的性质等等。
为了深入了解天体物理学的基本原理，我们需要了解以下几个关键概念：宇宙大爆炸理论、引力、电磁辐射和恒星演化。
一、宇宙大爆炸理论宇宙大爆炸理论是关于宇宙起源和演化的一种科学理论。
根据这一理论，宇宙在约138亿年前的一个极度高温、高密度的状态下爆炸产生，随着时间的推移，宇宙不断膨胀、冷却并形成了我们今天所看到的宇宙。
这一理论的主要支持证据有宇宙微波背景辐射和宇宙的膨胀。
二、引力引力是天体物理学中一种基本的相互作用力，它是负责维持星系、星球、恒星和其他物体的相互运动和结构的重要力量。
根据牛顿的引力定律，两个物体之间的引力大小与它们的质量成正比，与它们之间的距离的平方成反比。
引力的研究在天体物理学中是至关重要的，因为它可以解释天体的轨道、星系的形成以及黑洞的存在。
三、电磁辐射电磁辐射是由电磁波组成的能量传播方式，在天体物理学中扮演着重要角色。
电磁辐射的频率范围从无线电波、红外线、可见光、紫外线到X射线和伽马射线。
通过检测和分析天体的电磁辐射，天体物理学家可以了解宇宙中的物质组成、温度、密度等信息。
例如，星系的光谱分析可以揭示出它们的组成和演化历史。
四、恒星演化恒星是天体物理学中最为重要的天体之一。
恒星从气体云中的塌缩开始形成，当核心温度达到足够高时，恒星开始核聚变反应并释放巨大的能量。
恒星的演化过程取决于其质量和初始成分。
低质量的恒星（如红矮星）可能会变成白矮星或中子星，而高质量的恒星（如超新星）可能会变成黑洞。
恒星演化的研究对于理解宇宙的起源和发展具有重要意义。
综上所述，天体物理学是一门研究宇宙的科学学科，其中包含了宇宙大爆炸理论、引力、电磁辐射和恒星演化等基本原理。
通过深入研究这些原理，我们可以更好地理解宇宙的起源、演化过程以及其中的各种现象和现象。
天体物理学的发展不仅丰富了我们对宇宙的认识，也推动了技术的进步和科学的发展。
天体物理概论_向守平_第一章绪论探索宇宙12天体物理学简史资料
§1.2 天体物理学简史真正意义上的天体物理学开始于十九世纪。
由于分光学、光度学和照相术广泛应用于天体的观测研究，对天体的结构、化学成分、物理状态的研究形成了完整的科学体系。
天体物理学发展史上的一些主要事件是：（注：科学家在天体物理学领域的重大进展已经获得了十几次诺贝尔物理奖）1859年德国物理学家克希霍夫发现，太阳光谱的吸收线是由于太阳光球发出的连续光谱被太阳大气吸收所致，这可以说是天体物理学的开创性工作；1864年英国天文爱好者哈根斯和意大利教士塞西分别用摄谱仪证认出一些恒星的元素谱线，哈根斯并根据多普勒效应测定了一些恒星的视向速度；1869年英国天文学家洛基尔在太阳光谱中首次发现氦线，之后到1895年才由英国化学家雷姆塞在地球上发现了氦；1885年哈佛大学天文台开始用物端棱镜方法，对恒星光谱的分类作大规模的研究，此后到1924年，共完成225，000多颗星的光谱分类，这是近代天文史上的巨作，为以后的研究提供了丰富的资料；1914年由依巴谷卫星测定了三角视差的4万多颗近距离恒星的赫罗图。
1915年纵坐标分别用绝对星等及光度表示，横坐标分别用色指数和温度表示1915年爱因斯坦发表广义相对论，并求出水星近日点进动的精确值；同年，美国天文学家亚当斯发现测定恒星距离的分光视差法，使得恒星距离测量的范围由几百光年（三角视差法的上限）达到几千光年；1917年爱因斯坦发表《根据广义相对论对宇宙学所作的考查》一文，为现代宇宙学的奠基之作；1919年英国天文学家爱丁顿领导的日食观测队发现太阳引力使光线偏转的现象，成为爱因斯坦广义相对论的天文学验证之一；1920年代印度天文学家萨哈发表恒星大气电离理论，同时德国天文学家埃姆登和史瓦西、英国天文学家爱丁顿等建立了系统的恒星内部结构理论，爱丁顿并从理论上导出了恒星的质光关系；1929年美国天文学家哈勃发现星系的红移-距离关系，为现代大爆炸宇宙学奠定了观测基础；1930年1932年前苏联物理学家朗道预言存在完全由中子构成的恒星——中子星；1934年德国天文学家巴德与瑞士天文学家兹威基提出，中子星是超新星爆发的产物；1937～1939年德国物理学家魏茨泽克和美国物理学家贝特提出质子-质子反应和碳氮循环两种核反应，创立了恒星核能源理论；1939年美国物理学家奥本海默和沃尔科夫建立了中子星的理论模型，预言中子星的直径只有几千米，密度可达每立方厘米几亿吨；1944年荷兰天文学家范德胡斯特从理论上提出存在星际中性氢21厘1948年美国物理学家伽莫夫预言，宇宙创生于一次热大爆炸，并预言可以观测到温度大约为10K的大爆炸背景辐射遗迹；1951～1954年美国、荷兰和澳大利亚的天文学家先用光学的方法，继而用射电方法发现并描绘出银河系的旋涡结构；1959年美国用高空气球进行γ辐射观测，发现宇宙γ射线源，之后又发现太1963年美国用射电方法发现星际有机分子；1964年同年旅美荷兰天文学家施密特发现类星体；1965年美国工程师彭齐亚斯和威尔逊发现3K宇宙微波背景辐射；1967年英国天文学家休伊士和贝尔发现脉冲星；1968年以上称为六十年代四大天文发现。
天体物理学
研究内容
检测仪器 理论模型
研究人员 研究对象
天体物理学天体物理实验数据大多数是依赖观测电磁辐射获得。比较冷的星体，像星际物质或星际云会发射 无线电波。大爆炸后，经过红移，遗留下来的微波，称为宇宙微波背景辐射。研究这些微波需要非常大的无线电 望远镜。
由于地球大气层的干扰，红外线、紫外线、伽马射线和X射线天文学必须使用人造卫星在地球大气层外做观测 实验。
天体物理学涉及的领域广泛，天文物理学家通常应用不同学科的方法，包括力学、电磁学、统计力学、量子 力学、相对论、粒子物理学等进行研究。
随着近代跨学科的发展，其与化学、生物、历史、计算机、工程、古生物学、考古学、气象学等学科混合， 天体物理学大小分支大约三百到五百门主要专业分支，成为物理学当中最前沿的庞大领导学科，是引领近代科学 及科技重大发展的前导科学，同时也是历史最悠久的古老传统科学。
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。
③恒星物理学
天体物理(7张)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。
通过多年研究，人们对银河系的整体图像以及太阳在银河系中的地位，有了比较正确的认识。
分类
1
太阳学科
2
恒星学科
3
星系学科
4
宇宙学科
5
其他学科
①太阳物理学
天体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。
高中天体物理知识点
高中天体物理知识点天体物理是高中物理中一个充满神秘和魅力的领域，它让我们能够窥探宇宙的奥秘，了解天体的运行规律和特性。
接下来，让我们一起走进高中天体物理的知识世界。
一、开普勒定律开普勒定律是描述行星绕太阳运动的重要规律。
第一定律，也称为轨道定律，指出每一个行星都沿各自的椭圆轨道环绕太阳，而太阳则处在椭圆的一个焦点上。
这意味着行星的轨道不是完美的圆形，而是椭圆形的，这就解释了为什么行星在不同位置与太阳的距离会有所变化。
第二定律，又叫面积定律，对行星在轨道上运动的速度进行了描述。
它表明连接行星和太阳的线段在相等的时间内扫过相等的面积。
简单来说，就是行星在靠近太阳的时候运动速度快，远离太阳的时候运动速度慢。
第三定律，即周期定律，揭示了各个行星绕太阳公转周期的平方和它们各自与太阳的平均距离的立方成正比。
这一定律有助于我们通过已知的行星轨道半径来计算其公转周期，或者反过来通过公转周期来推测轨道半径。
二、万有引力定律万有引力定律是由牛顿发现的，它指出任何两个物体之间都存在着相互吸引的力，这个力的大小与两个物体的质量成正比，与它们之间距离的平方成反比。
其表达式为：F ＝ G×（m1×m2）／ r²，其中 F 是两个物体之间的引力，G 是万有引力常量，m1 和 m2 分别是两个物体的质量，r 是两个物体质心之间的距离。
在天体物理中，万有引力定律起着至关重要的作用。
它解释了地球绕太阳公转、月球绕地球转动等现象。
同时，通过万有引力定律，我们还可以计算天体的质量。
比如，要计算地球的质量，我们可以根据月球绕地球公转的周期和轨道半径，利用万有引力等于向心力的关系来求解。
三、天体的运动天体的运动遵循着开普勒定律和万有引力定律。
以地球绕太阳的公转为例，太阳对地球的引力提供了地球做椭圆运动所需的向心力。
对于卫星绕行星的运动，其原理也是相同的。
我们可以根据卫星的轨道参数和相关数据，计算出行星的质量或者卫星的运动速度等。
天体物理学——探索宇宙中天体与物质的特性和相互关系
星际物质的形成和演化
密度分布和 结构
了解星际物质的 分布规律
相互作用
探讨星际物质与 尘埃之间的关系
91%
电离和复合 反应
探究星际物质的 化学性质
星际物质和星云的观测方法
射电望远镜
可用于探测星际物质的辐 射 揭示星际介质的结构
紫外光学望远镜
用于观测星际物质的特征 援助星际化学成分的分析
高能辐射观测
天体物理学的社会价值和伦理问题
天体物理学的科普 与公众参与
公众科学素养的培养 科学传播的重要性
天文观测对环境和 资源的影响
绿色观测技术的发展 资源可持续利用问题
天体物理学的国际交 流和发展
国际合作的重要性 文化交流的促进作用
91%
天体物理学的社 会意义
天体物理学不仅仅关 乎宇宙的探索，更重 要的是其深刻的社会 意义。通过研究天文 现象，我们不断推动 科学技术的发展，提 升人类对宇宙的认知， 促进文化的传承与发 展。天体物理学的发 展呼吁人类更多关注 环境问题，提倡可持 续发展，塑造更美好 的未来。
宇宙辐射背景的 起源
宇宙的结构和性质
01 宇宙中的星系团和超星系团
星系组织的巨大规模
02 宇宙中的宇宙线和宇宙射线
宇宙射线的来源和性质
03 宇宙中的星际介质和星际尘埃
宇宙空间的基本组成
宇宙的形成和命运
宇宙的未来发展趋 势
宇宙膨胀速度如何影பைடு நூலகம்未 来？ 宇宙结构将如何演化？ 宇宙的终极命运是什么？
宇宙演化的不确定 性和热点问题
黑洞是宇宙演化的关键吗？ 暗物质暗能量的作用是什 么？ 多宇宙理论对宇宙演化的 解释
宇宙学的理论和实践 困境
哥白尼宇宙模型的挑战 爱因斯坦引力理论的现代 应用 宇宙学与相对论的关系
天体物理趣谈
我们的周围：
在接近地球轨道的地方，据NASA近地天体项目办公室的数据， 有765颗直径大于1公里的近地小行星，5886颗各种大小的近地小 行星。当你算上近地彗星时，各种大小近地天体的总数就会达到 5968颗。这样的近地小天体无论是撞上陆地，还是击中海洋，都 将是一场全球性的浩劫。
目前已知的对地球威胁最大的近地小天体是“阿波菲斯”小行 星，其直径为400米；一旦它撞上地球，将释放出比广岛原子弹高 10万倍的能量。据专家测算，“阿波菲斯”小行星将于2029年和 地球“擦肩而过”；由于它的轨道被地球引力改变，它将于2036 年重新“光临”地球，并很可能撞击地球，相撞的概率高达三十 七分之一，是有史以来发现的小天体中危险等级最高的。目前全 球有100多个研究小组在从事“阿波菲斯”的太空任务研究，希望 在它接近地球时能降低或排除相撞的可能性。
太阳风暴
在历史上最严重的太空天气事件发生在1859年，这就是 著名的卡林顿事件，该事件是以英国业余天文学家理查德－卡 林顿（Richard Carrington）的名字命名的，此次是由于太阳 黑子造成的，持续了8天的恶劣太空天气。
2009年，美国科学家就太阳风暴的经济和社会影响，向 国家科学院递交了一份报告，以提高人们对太阳风暴危害的认 识，并倡议政府和私人企业为应对强烈太阳风暴做好准备。
你知道吗？地球所处的太空环境并非我 们想象的那样的安全
已知的威胁有： ➢ 小行星及天体的撞击 ➢ 太阳风暴 ➢ 太空射线 ➢ 太空细菌 ➢ ……
尤其是第一个和第二个，也许你 还不以为然，让我们来看看
美国《发现》杂志曾经评出威胁人类生存的21世纪20大危 险，其中小天体撞击地球位于首位。同时在联合国认定的 世界四大突发灾难中，小天体撞击地球也居于首位。人类 遭遇天灾的可能性是存在的 ……
天体物理学史
天体物理学的定义：研究宇宙中天体的物理学性质和相互作用的科学。
单击此处输入你的项正文，文字是您思想的提炼，请言简意赅的阐
述观点。
天体物理学的意义：揭示宇宙的奥秘，理解自然规律，推动人类文明进步。 理学的创立与发展
天体物
天体物理学的创立与发展
创立背景：19世纪末，随着观测技术的发展，人们开始对宇宙中的天体进行更深入的 研究。
激发人类探索精神：天体物理学的探索和研究激发了人类的好奇心和探索精神， 推动了人类对宇宙的认知和理解。
启示科学研究方法：天体物理学的研究方法和思路为其他科学研究提供了重要的 启示和借鉴，推动了科学方法的进步和发展。
天体物理学史对未来科技发展的意义
推动科技发展：天体物理学的发展为科技领域提供了新的思路和方法，推动了科技的不断进步和创新。
天体物理学的分支：包括恒星物理学、行星物理学、星系物理学、宇宙射线物理学等。
天体物理学的研究方法：包括观测天文学、实验天文学、理论天文学等。
天体物理学的发展历程：从早期的天文观测到现代的天文观测，从早期的理论模型到现代的理论模型，从早期的实验 验证到现代的实验验证。
天体物理学的发展历程
20世纪初：相对论与量子力 学的应用
古代阿拉伯天文学：以花剌子模为代表，对星球运动进行了长期观察和计算，提出了较为精确 的星球运动模型。
古代中国天文学：以张衡、祖冲之等为代表，对天体运行规律进行了长期观察和研究，提出了 许多重要的天文学理论和技术，如浑天说、历法等。
古代印度天文学：以印度教和佛教为代表，对天体运行规律进行了长期观察和研究，提出了许 多重要的天文学理论和技术，如印度教的天文图、佛教的星占学等。
启示未来发展：天体物理学史的研究为未来科学发展提供了启示，为人类探索宇宙的未来发展指明了方向。
天体物理讲义
折射望远镜
折射望远镜的缺点
色散 对红外、紫外光线吸收 镜面形变 镜面（双面）磨制
最大的（1米）折 射望远镜
反射望远镜的类型
牛顿式
卡塞格林式
折轴式
欧洲南方天文台
哈勃空间望远镜
1990年发射，位于距 地面600千米、周期 95分钟的轨道上 2.4米口径镜片，可以 在光学、紫外和红外 波段进行观测 2002年3月添加the Advanced Camera for Surveys (ACS)
European 1995-98 Space Agency NASA, Germany 2003-
SIRTF
NGST
NASA
NASA
20022010?
0.85 m
4-8m
2 - 160 mm
0.5 - 30 mm
0.5 - 40"
0.02 - 0.3"
IRAS (Infrared Astronomy Satellite)
两颗子星围绕公共质心作椭 圆运动，半长径分别为 a1和 a2. 公共质心位于椭圆的焦 点上，子星在运动时与公共 质心始终位于一条直线上。 椭圆轨道的大小与子星的质 量有关， M1a1＝M2a2 如果以一颗子星以参照点， 另一颗子星的相对运动也是 一个椭圆，其半长径为 a＝a1 + a2
目视双星质量的测定
§1.2 恒星的距离和大小
1.恒星距离的测定 (1) 三角视差法 (trignometric parallax) 利用三角法测量恒星的距离 基线越长，可测量的恒星距离越远。
D = B/sinρ
周年视差 (annual parallax) 以地球轨道半长径作为基线测量恒星的距离。 周年视差ρ是恒星相对于地球轨道半长径所张 的夹角。
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§1.2 天体物理学简史
真正意义上的天体物理学开始于十九世纪。
由于分光学、光度学和照相术广泛应用于天体的观测研究，对天体的结构、化学成分、物理状态的研究形成了完整的科学体系。
天体物理学发展史上的一些主要事件是：（注：科学家在天体物理学领域的重大进展已经获得了十几次诺贝尔物理奖）
1859年德国物理学家克希霍夫发现，太阳光谱的吸收线是由于太阳光球发出的连续光谱被太阳大气吸收所致，这可以说是天体物理学的开创性工作；
1864年英国天文爱好者哈根斯和意大利教士塞西分别用摄谱仪证认出一些恒星的元素谱线，哈根斯并根据多普勒效应测定了一些恒星的视向速度；1869年英国天文学家洛基尔在太阳光谱中首次发现氦线，之后到1895年才由英国化学家雷姆塞在地球上发现了氦；
1885年哈佛大学天文台开始用物端棱镜方法，对恒星光谱的分类作大规模的研究，此后到1924年，共完成225，000多颗星的光谱分类，这
是近代天文史上的巨作，为以后的研究提供了丰富的资料；
1914年由依巴谷卫星测定了三角视差的4万多颗近距离恒星的赫罗图。
1915年纵坐标分别用绝对星等及光度表示，横坐标分别用色指数和温度表示
1915年爱因斯坦发表广义相对论，并求出水星近日点进动的精确值；
同年，美国天文学家亚当斯发现测定恒星距离的分光视差法，使得恒
星距离测量的范围由几百光年（三角视差法的上限）达到几千光年；1917年爱因斯坦发表《根据广义相对论对宇宙学所作的考查》一文，为现代宇宙学的奠基之作；
1919年英国天文学家爱丁顿领导的日食观测队发现太阳引力使光线偏转的现象，成为爱因斯坦广义相对论的天文学验证之一；
1920年代印度天文学家萨哈发表恒星大气电离理论，同时德国天文学家埃姆登和史瓦西、英国天文学家爱丁顿等建立了系统的恒星内部结构
理论，爱丁顿并从理论上导出了恒星的质光关系；
1929年美国天文学家哈勃发现星系的红移-距离关系，为现代大爆炸宇宙学奠定了观测基础；
1930年
1932年前苏联物理学家朗道预言存在完全由中子构成的恒星——中子星；
1934年德国天文学家巴德与瑞士天文学家兹威基提出，中子星是超新星爆发的产物；
1937～1939年德国物理学家魏茨泽克和美国物理学家贝特提出质子-质子反应和碳氮循环两种核反应，创立了恒星核能源理论；
1939年美国物理学家奥本海默和沃尔科夫建立了中子星的理论模型，预言中子星的直径只有几千米，密度可达每立方厘米几亿
吨；
1944年荷兰天文学家范德胡斯特从理论上提出存在星际中性氢21厘
1948年美国物理学家伽莫夫预言，宇宙创生于一次热大爆炸，并预言可以观测到温度大约为10K的大爆炸背景辐射遗迹；
1951～1954年美国、荷兰和澳大利亚的天文学家先用光学的方法，继而用射电方法发现并描绘出银河系的旋涡结构；
1959年美国用高空气球进行γ辐射观测，发现宇宙γ射线源，之后又发现太
1963年美国用射电方法发现星际有机分子；
1964年同年旅美荷兰天文学家施密特发现类星体；
1965年美国工程师彭齐亚斯和威尔逊发现3K宇宙微波背景辐射；
1967年英国天文学家休伊士和贝尔发现脉冲星；
1968年以上称为六十年代四大天文发现。
1969年
1970年
1971年美国载人宇宙飞船“阿波罗”11号首次登月；
1972年观看视频:
1973年
1970年第一颗X射线天文卫星Uhuru发射成功；自此，天文观测开始全面地从地面走向空间，从单波段走向全波段；
1973年美国探测到宇宙γ射线爆发；
1977年发射第一颗高能天体物理观测卫星HEAO-1；
1978年发射国际紫外探索号卫星IUE；
1978年美国天文学家泰勒通过密近双星轨道周期变化率的观测，证实广义相对论关于存在引力波的预言；
1980年代中微子天文学、引力透镜现象和宇宙暗物质的研究掀起热潮；1989年美国发射宇宙背景探索卫星COBE；
1990年美国发射哈勃空间望远镜 HST；
1991年
1990年代美国、欧洲及日本相继发射一批X射线、红外、γ射线空间卫星和观测站；
1997年土星探测器“卡西尼-惠更斯”发射。
这个计划由NASA 和ESA以及意大利航天局合作。
在太空旅行了7年后，卡西尼号进入
2003年 NASA 连续发射了勇气号和机遇号火星车，欧洲发射了“火星快车”。
任务是研究火星地质历史、判断火星以前是否适合生
命生存
美国发射引力探测卫星Gravity Prob B
美国NASA发射了凤凰号火星探测器，主要任务是确认火星表面有没有液态水美国NASA将于6月3日发射新一代γ射线望远镜（GLAST，即Gamma Ray Large
Area Space Telescope）。