清华天文学导论复习资料
清华大学天文学导论 10活动星系核
?当抛射物的运动方向接近于观测者的视线方向，且运 动速度 v =βc 接近于光速时，其视横向速度为
The Gamma Ray （MeVGeV）Sky as observed by EGRET on the Compton Gamma Ray observatory The bright sources above and below the Milky Way are blazars
3C 279
? one solar mass per year of gas flowing through such a disk would be sufficient to produce about 3 x 1012 solar luminosities -- roughly 15 times the luminosity of the entire Milky Way galaxy!
2.2 赛弗特星系
?赛弗特星系是旋涡星系，具有不寻常的类似恒 星的亮核，而且其光学谱有许多突出的发射线
?美国天文学家赛弗特 (Karl Seyfert) 于1943年首先发 现一批这样的旋涡星系，赛弗特星系因此而得名
NGC 1566
亮核
旋涡星系
NGC 4151逐次深度曝光像
赛弗特星系与正常星系发射线的比较
?活动星系核的喷流（抛 射物）似乎以超光速向 外运动（天球上横向）
?如对类星体3C279的3 年时间的VLBI射电观测 表明喷流中最外围团块 的运动速度接近光速的 4倍
M87喷流的视超光速运动
视超光速运动的几何解释
?这种超光速现象并不表明喷流的运动是超光速的，而 是由观测几何效应引起的，故称为视超光速运动
?相对论性电子在磁场中作圆轨道或螺旋轨道运 动时产生的辐射（和电子逆康普顿散射）
清华大学天文学导论-11宇宙学
~105 galaxies
宇宙大尺度上的均匀性
约100万个星系在约30度天空范围内和约20亿 光年距离以内的分布 在这个尺度上，每个方向的星系计数大致相同
宇宙小尺度上的非均匀性
距离最近（约5亿光年距离以内）的15,000个 星系的全天图。在这个尺度上，宇宙中星系 的分布根本不均匀而是趋于成团的
• 物理规律的普适性
宇宙学原理的两个推论：
• 宇宙中的物质分布是均匀的（空间尺度足够大） • 宇宙是各向同性的
宇宙学原理表明宇宙既要均匀又要各向同性 数十年的观测证明宇宙学原理是经得起检验的
1.1 宇宙中物质是均匀分布的(Homogeneity) 宇宙在大尺度上（大于几亿光年的超团尺度） 均匀 迄今没有发现尺度超过 ~6亿光年的结构 （→ 宇宙是无边界的）
天文学导论
第11讲 宇宙学
A man said to the universe: “Sir, I exist!” “However,” replied the universe, “The fact has not created in me A sense of obligation.”
Stephen Crane (1871—1900)
宇宙的临界密度 critical mass density
一个天体表面的逃逸速度由其质量和半径（即 平均密度）决定 宇宙的膨胀速度同样由其质量和大小即平均密 度ρ决定 宇宙密度存在一个临界值 ρc ≈ 8×10-30 gcm-3 • ρ > ρc ，引力大得将停止并反演宇宙膨胀 • ρ = ρc ，引力太弱，宇宙将永远膨胀下去 • ρ < ρc ，宇宙也将永远膨胀下去
John C. Mather 1/2 of the prize NASA Goddard Space Flight Center Greenbelt, MD, USA b. 1946 George F. Smoot 1/2 of the prize University of California Berkeley, CA, USA b. 1945
清华天文学导论复习资料
天文学导论复习资料88个星座天狼星：官方名为大犬座α星双星、聚星、星团最亮的星：天狼星牛郎织女相距16光年头顶的星空取决于你在地球表面上的纬度和当地时间（经度）天体在天球上东升西落所经历的轨迹（星轨）称为天体的周日视运动太阳每天东升西落，于当地正午通过子午线达到最高点（上中天）太阳连续两次到达子午线（正午）的时间间隔，称为一个太阳日，即一天，定义为24小时世界时与本地时间的转换：北京时间= UT + 8小时北极：所有星星沿与地平面平行的圆轨迹运行，从不下落在各地：九十度-纬度=可见星的角度天赤道平面与地面的夹角= 90 度-观测者所在地理位置的纬度在地球上无论何时何地：天赤道总是与地平面精确地相交于正东正西方向总能看到1/2天赤道特例：在地球两极，天赤道=地平线天赤道是一个方向，不是一个位置天体的运行轨迹平面与地平面的夹角为：90 度-观测者所在地理位置的纬度（=天赤道与地面的夹角）所有恒星沿与天赤道平行的路径由东向西运动在北京：向东看天体从东偏北方向升起天体向西偏北方向落下在南半球？北半球：北逆南顺赤道上所有星在地平面上12小时所有星垂直于地平面升起和下落，“可见所有星”任何通过子午线的天体都处于距离地平面的最高位置：过中天太阳一年的轨迹是8，赤道是线段地球公转+ 地球自转轴倾斜是星辰周日视运动规律变化的原因每晚同一时刻，看到的星空在连续向西移动每（白）天同一时刻，太阳相对于背景恒星的位置也在连续向东移动整个天球包括太阳一天转动一圈，但通过仔细观察你会发现这个规律并不完全正确，因为每昼同一时刻，太阳位置相对于星星向东缓慢移动每晚同一时刻，星星位置（通过子午线时刻）在缓慢向西移动（TiQian）太阳再回到原处（相对于相同的背景星）的周期为一年（~365.24天）太阳在天球上的周年视运动的轨迹（大圆）称为黄道太阳共走了360 度每天向东移动大约1度~ 2个太阳视直径太阳日（= 24小时）：太阳连续两次到达子午线的时间间隔（“地球相对于太阳的自转”）太阳时恒星日（sidereal day）：恒星连续两次到达子午线的时间间隔（地球相对于任一恒星的自转）恒星时恒星有方向，太阳有位置一个特定星星一个月后升起的时间将提前约2个小时：30 d ×4 分钟/天= 120 分= 2 小时一年后这颗恒星将在同一时刻升起：2 小时x 12 月/年= 24 小时天赤道和黄道面相交的两点分别称为春分点和秋分点在假想的天球上描述天体相对于参考点的距离（即天体的坐标），天文学家使用“角距离”而非长度单位（千米等）两个天体之间的距离常用它们与观测者视线方向之间的夹角表示，即角距天体的大小则用天体两个边缘与观测者视线方向之间的夹角表示，即角大小：以角度表示的视直径赤经用小时、分和秒的时间单位来表示，起点为春分点，在天赤道上由西向东由0小时增加到24小时（即“恒星日”对应太阳日的23小时56分）地球“24小时”自转一周360度赤经“1小时”对应地球自转15度北极星Polaris：RA = 2小时31分，Dec = 89 度15 分天狼星Sirius: RA = 6小时45分, Dec = –16度43分赤经越大越晚上天北京某晚某时刻的地方恒星时为7小时，天狼星的位置在子午线以西15分，天赤道以南16度43分的地方那么，半年后的北京同时刻的地方恒星时大约是多少？北京那时晚上能否看到天狼星？答案：地方恒星时为19小时天狼星的时角=19小时-6小时45分=12小时15分晚上不可见参考起点：已知太阳在春分（夏至、秋分、冬至）时的视赤经 + 恒星时定义东经120度北京时间正午12点的地方恒星时（近似！）换算为北京时间晚上某时刻的换算为某天的北京时间晚上相同时刻的换算为北京经度的北京时间晚上相同时刻的北京的地方恒星时北天极的位置以北黄极为中心画一大圆（黄道固定+）天赤道移动春（秋）分点缓慢向西移动，每26,000年沿天赤道巡回一圈岁差：每年的二分点提前来临恒星的赤经和赤纬坐标以26000年为周期在非常缓慢地变化赤经和赤纬每100年大约变化1.4度，即恒星的赤经每20年增加约1分恒星的赤经和赤纬应标明年份，如公元1950.0年, 或2000.0年尽管在短期内改正微小，但对精确观测或经过相当长一段时间（如50年）这种改正效应是显著的月相：地球人所看到的月球被太阳所照亮的一半的大小月亮的会合周期(synodic period) ：新（满）月到新（满）月的时间间隔，~ 29.53 天月球相对于背景恒星也向东漂移，但月亮的漂移非常快，一天大约13度月球回到原处（相对于背景恒星）的周期约为27.32 天，即月球的恒星周期月球的公转周期是恒星周期~ 27.23天鑽石環（贝利珠）日食分为：日全食、日偏食、日环食月食和新月的区别？地球本影直径大于2.5倍月球直径月全食可持续大约1小时40分。
清华大学天文学导论11宇宙学共98页文档
28、目标的坚定是性格中最必要的力 量泉源 之一， 也是成 功的利 器之一 。没有 它，天 才也会 在矛盾 无定的 迷径中 ，徒劳 无功。- -查士 德斐尔 爵士。 29、困难就是机遇。--温斯顿．丘吉 尔。 30、我奋斗，所以我快乐。--格林斯 潘。
46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特
清华大学天文学导论-4太阳与恒星
2.3 对流区 Convective zone
能量以对流形式向外传播的区域，至半径99% 处（即太阳的外层）
离核心越远，气体温度越低（约200万K）， 开始变得不透明，光子很容易被吸收，辐射转 移的效率因而很低。因此在太阳最外层，对流 取代了辐射转移成为传播能量至太阳表面更重 要的方式
2.4 光球层 Photosphere：“发光的球体”
• 平均 = 1.4 g cm-3; • 中心 = 150 g cm-3; • 光球层 = 3.5 x 10-7 g cm-3
太阳化学成分
以质量计：
• 氢：72% • 氦：26% • 其它元素：2%
以粒子数计：
• ~ 90% 氢 • ~ 10% 氦
等离子体态
中心 : 光球层: 日冕: （太阳黑子:
对流区的上部是光球层，即我们每天所看到的 太阳，是太阳“大气”中非常薄的一层，厚度 仅500千米，气体密度为地球大气的10% 我们之所以看到光球层，是因为它的气体密度 正合适。在它之下的气体密度太大，光线不能 直接通过；在它之上的气体密度则足够稀薄， 能让光球层发出的光线顺利通过，8.3分钟到 达地球 所以，光球层界定了肉眼（光学）可见的太阳 的“表面”，其温度约为5800K
在太阳核心，氢转变为氦实际上要经过一连 串的核反应，称之为质子-质子（p-p）链
核聚变的极端条件
核聚变需要高温：氢原子核（质子 1H ）能有 足够的能量克服原子核（质子）之间的库仑排 斥力 核聚变需要极高的密度来增加粒子间的碰撞机 会 因此，核聚变只能在温度高达~107K 的太阳核 心发生
image of neutrinos from the Sun taken by SuperKamiokande. 2002年诺贝尔物理奖 小昌柴俊（日） 戴维斯（美）
清华大学天文学导论-7大质量恒星的演化
目前，每年发现大约数千颗
超新星的主要特征
光度： L～107-1010 L⊙
爆发能 E～1047-1052 ergs（其中中微子占99%， 动能占 1% ，可见光辐射占 0.01%） 膨胀速度 v～103-104 kms-1
产物：膨胀气壳（超新星遗迹）+ 致密天体 （中子星[脉冲星]或黑洞） • Ia型无致密残骸
超新星的爆发机制
Ia（热核）超新星：小质量双星系统中吸积白矮星的 C（He，O）爆燃 Ib/Ic, II型（核坍缩）超新星：大质量恒星的核坍缩
超新星1987A SN 1987A（II型）
1987.2.23爆发于银河系的一个小的伴星系大 麦哲伦云中( 距离160,000光年，靠近南天极) 望眼镜发明（~400年）以来第一颗肉眼发现 的超新星
W44
IC 443
3。恒星演化、超新星爆发与元素合成
宇宙元素丰度 Cosmic Abundance：各元素在 宇宙中的相对含量
宇宙原初元素(primordial elements)
宇宙原初元素：宇宙大爆炸后的早期只合成 了最轻的元素（宇宙大爆炸核合成）：H, He 和一些微量的元素 Li, Be, B
前身星：Sanduleak B3 I 兰超巨星： M~20M⊙ L~105L⊙ T~16,000K, R~40R⊙
SN1987A：光变曲线
自初闪100天连续增量到最亮约3等星 然后快速变暗
SN1987A的中微子探测
超新星爆发的大部分能量被中微子带走 → 中微子辐射能5×1053 ergs
386
393 837 ? 1006 1054 1181 1320？ 1572 1604 1667-1680？ 1987
天文学导论7
11
• 单线（单谱）分光双星(仅可观测到主星 光谱）
12
（3）食双星（eclipsing binaries）
• 两子星相互交食造成亮度变化的双星 食变星 • 按光变曲线的形状： 大陵型，渐台型和大熊W型。 椭球双星（椭球变星）： 不出现掩食，亮度有周期变化。 食双星和椭球双星又统称为测光双星。
13
37
Jets from SS 433
Soft X-ray imag仙座第二颗亮星
34
X射线双星
X射线双星 (X-ray binaries) • 由致密星（中子星或黑洞） 与正常恒星组成的双星系统。 • 致密星通过吸积伴星物质产 生X射线辐射。
35
• 奇异天体SS433:X射线爆
36
SS 433
• • • • • 吸积产生喷流 轨道周期：13 days 喷流速度：0.26 c 喷流进动周期：164days 致密星： 中子星？黑洞？
15
对于三类双星，都可以由观测数据推算出 轨道要素： • 目视双星←伴星对主星的相对位置； • 分光双星←视向速度曲线； • 食双星←光变曲线。
16
3.万有引力定理和恒星质量的测定
• 利用Kepler第三定律和Newton万有引力定律：
a G = 2 (M1 + M 2 ) 2 P 4π
其中：a, P 为双星的轨道半长径和周期。 以太阳-地球系统为参照 P：回归年 a : 天文单位 M: M⊙ 忽略地球质量
10
（2）分光双星（spectroscopic binaries）
• 通过子星轨道运动引起的谱线的Doppler位移确 定其双星性质 双线（双谱）、单线（单谱）分光双星 光谱双星：观测不到谱线位移（由于两子星间距 远，速度小，或双星轨道面法线与视线的交角很 小），但观测到的光谱明显地由两个光谱组成。
清华大学天文学导论-9星系
2.2 旋涡星系 Spiral galaxies
具有旋涡结构的星系，符号为S 中心是球状或椭球状的核球，外面是扁平的星
系盘
从核球两端延伸出两条或两条以上螺旋状旋臂 叠加在星系盘上，盘外面是球状的星系晕
标准烛光法：通过比较星系中可证认的某些标 准（明亮）天体的视星等和光度，利用辐射的 平方反比定律来确定更远星系的距离
B
L(~ ?)
4D2
标准烛光源 standard candle ：对某些类型的
源，可由能够直接观测的参数和光度的关系
（由由已知距离的近距天体得到）来推测其光
度，其特点是光度高且基本恒定，同时假设这
ΔV = 220×(L /L⊙)0.22
距离模数 m-M = 5log10(d/10pc)
椭圆星系：Faber-Jackson 关系
ΔV = 220×(L /L⊙)0.25
椭圆星系中恒星轨道高度椭且随机，不固定在 一个扁平的盘上
红移法
1912-1920年，V. M. Slipher （斯莱 弗）通过测量旋涡 星系的光谱，发现 绝大多数星系谱线 是红移的，即它们 正在远离银河系
天文学导论
第09讲
星系
… it may not be amiss to point out some other remarkable Nebulae which cannot well be less, but are probably much larger than our own system; and being also extended, the inhabitants of the planets that attend the stars which compose them must likewise perceive the same phenomena. For which reason they may also be called milky way. …
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
天文学导论复习资料
88个星座
天狼星：官方名为大犬座α星
双星、聚星、星团
最亮的星：天狼星
牛郎织女相距16光年
头顶的星空取决于你在地球表面上的纬度和当地时间（经度）
天体在天球上东升西落所经历的轨迹（星轨）称为天体的周日视运动
太阳每天东升西落，于当地正午通过子午线达到最高点（上中天）
太阳连续两次到达子午线（正午）的时间间隔，称为一个太阳日，即一天，定义为24小时世界时与本地时间的转换：
北京时间= UT + 8小时
北极：所有星星沿与地平面平行的圆轨迹运行，从不下落
在各地：九十度-纬度=可见星的角度
天赤道平面与地面的夹角= 90 度-观测者所在地理位置的纬度
在地球上无论何时何地：
天赤道总是与地平面精确地相交于正东正西方向
总能看到1/2天赤道
特例：在地球两极，天赤道=地平线
天赤道是一个方向，不是一个位置
天体的运行轨迹平面与地平面的夹角为：
90 度-观测者所在地理位置的纬度
（=天赤道与地面的夹角）
所有恒星沿与天赤道平行的路径由东向西运动
在北京：向东看
天体从东偏北方向升起
天体向西偏北方向落下在南半球？
北半球：北逆南顺
赤道上所有星在地平面上12小时
所有星垂直于地平面升起和下落，“可见所有星”
任何通过子午线的天体都处于距离地平面的最高位置：过中天
太阳一年的轨迹是8，赤道是线段
地球公转+ 地球自转轴倾斜是星辰周日视运动规律变化的原因
每晚同一时刻，看到的星空在连续向西移动
每（白）天同一时刻，太阳相对于背景恒星的位置也在连续向东移动
整个天球包括太阳一天转动一圈，但通过仔细观察你会发现这个规律并不完全正确，因为每昼同一时刻，太阳位置相对于星星向东缓慢移动
每晚同一时刻，星星位置（通过子午线时刻）在缓慢向西移动（TiQian）
太阳再回到原处（相对于相同的背景星）的周期为一年（~365.24天）
太阳在天球上的周年视运动的轨迹（大圆）称为黄道
太阳共走了360 度每天向东移动大约1度~ 2个太阳视直径
太阳日（= 24小时）：太阳连续两次到达子午线的时间间隔（“地球相对于太阳的自转”）太阳时
恒星日（sidereal day）：恒星连续两次到达子午线的时间间隔（地球相对于任一恒星的自转）恒星时
恒星有方向，太阳有位置
一个特定星星一个月后升起的时间将提前约2个小时：
30 d ×4 分钟/天= 120 分= 2 小时
一年后这颗恒星将在同一时刻升起：
2 小时x 12 月/年= 24 小时
天赤道和黄道面相交的两点分别称为春分点和秋分点
在假想的天球上描述天体相对于参考点的距离（即天体的坐标），天文学家使用“角距离”而非长度单位（千米等）
两个天体之间的距离常用它们与观测者视线方向之间的夹角表示，即角距
天体的大小则用天体两个边缘与观测者视线方向之间的夹角表示，即角大小：以角度表示的视直径
赤经用小时、分和秒的时间单位来表示，起点为春分点，在天赤道上由西向东由0小时增加到24小时（即“恒星日”对应太阳日的23小时56分）
地球“24小时”自转一周360度赤经“1小时”对应地球自转15度
北极星Polaris：RA = 2小时31分，Dec = 89 度15 分
天狼星Sirius: RA = 6小时45分, Dec = –16度43分
赤经越大越晚上天
北京某晚某时刻的地方恒星时为7小时，天狼星的位置在子午线以西15分，天赤道以南16度43分的地方
那么，半年后的北京同时刻的地方恒星时大约是多少？北京那时晚上能否看到天狼星？
答案：
地方恒星时为19小时
天狼星的时角=19小时-6小时45分=12小时15分晚上不可见
参考起点：已知太阳在春分（夏至、秋分、冬至）时的视赤经 + 恒星时定义东经120度北京时间正午12点的地方恒星时（近似！）
换算为北京时间晚上某时刻的
换算为某天的北京时间晚上相同时刻的
换算为北京经度的北京时间晚上相同时刻的北京的地方恒星时
北天极的位置以北黄极为中心画一大圆
（黄道固定+）天赤道移动春（秋）分点缓慢向西移动，每26,000年沿天赤道巡回一圈
岁差：每年的二分点提前来临
恒星的赤经和赤纬坐标以26000年为周期在非常缓慢地变化
赤经和赤纬每100年大约变化1.4度，即恒星的赤经每20年增加约1分
恒星的赤经和赤纬应标明年份，如公元1950.0年, 或2000.0年
尽管在短期内改正微小，但对精确观测或经过相当长一段时间（如50年）这种改正效应是显著的
月相：地球人所看到的月球被太阳所照亮的一半的大小
月亮的会合周期(synodic period) ：新（满）月到新（满）月的时间间隔，~ 29.53 天
月球相对于背景恒星也向东漂移，但月亮的漂移非常快，一天大约13度
月球回到原处（相对于背景恒星）的周期约为27.32 天，即月球的恒星周期
月球的公转周期是恒星周期~ 27.23天
鑽石環（贝利珠）
日食分为：日全食、日偏食、日环食
月食和新月的区别？
地球本影直径大于2.5倍月球直径月全食可持续大约1小时40分。