实测天体物理学PDF课件合辑-中国科技大学-共751页解读
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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。
核天体物理课件
Wave function solutions:
Continuity condition…
Wave intensity in interior region: (after very tedious algebra)
calculated
experimental
|A‟|2 |F‟|2
Ecm (MeV)
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ[very low energies, zero angular momentum]
“Gamow factor” e-2
George Gamow (1904-68)
“astrophysical S-factor”
cross sections
S-factors
Formal reaction theory: Breit-Wigner formula
• Nobel prize to Ray Davis (2002)
Ray Davis (1914-06)
(ii) g-ray astronomy •radioactive („live”) 26Al has bee observed in the Galaxy [see image on right] 26 •T1/2( Al)=720,000 years; time scale of Galactic chemical evolution: 109 years • from photon intensity: 1-2 solar masses of 26Al in Galaxy • conclusion: nucleosynthesis is ongoing
Supernova shock wave reaches gas previously ejected by central star
Continuity condition…
Wave intensity in interior region: (after very tedious algebra)
calculated
experimental
|A‟|2 |F‟|2
Ecm (MeV)
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ[very low energies, zero angular momentum]
“Gamow factor” e-2
George Gamow (1904-68)
“astrophysical S-factor”
cross sections
S-factors
Formal reaction theory: Breit-Wigner formula
• Nobel prize to Ray Davis (2002)
Ray Davis (1914-06)
(ii) g-ray astronomy •radioactive („live”) 26Al has bee observed in the Galaxy [see image on right] 26 •T1/2( Al)=720,000 years; time scale of Galactic chemical evolution: 109 years • from photon intensity: 1-2 solar masses of 26Al in Galaxy • conclusion: nucleosynthesis is ongoing
Supernova shock wave reaches gas previously ejected by central star
实测天体物理方法_谭徽松
实测天体物理方法
云南天文台
南方基地
实测天体物理方法，利用实验物理学的技术和方法来观测和研究天体的物理本质的学科，
它是连接天文仪器和理论天体物理的桥梁。从喜伯恰斯和托勒梅 先后编制星表时开始，就出 现了天体的光度测量，后来随着照相和光电技术的出现，形成了光度学；1666 年，牛顿用三棱镜 得到太阳光谱，逐渐完善为分光学；在 1957 年苏联发射人造地球卫星以后，美国、西欧、日本也 相继发射了天文卫星和空间飞行器，在其中安装了各种类型的探测器（利用高能物理、核物理、 原子物理的探测技术），探测天体的各种辐射，不仅形成了地面探测，行星际探测和空间探测的 立体观测，而且使紫外天文学、X 射线天文学、 射线天文学迅速发展，使十九世纪四十年代出 现的红外天文学焕发青春，从此进入了全波段天文学的新时代。
126 126 128 129 131 132 132 132 134 135 146 146 147 150 151 153 154 160 161
5
第一章 光学天文台址
人们古代的天文观测都是用肉眼在光学波段进行的，并不需要固定的天文观测台址。在 1609 年伽利略的第一架望远镜问世后的半个多世纪，小型的望远镜随身可带，直到 1667 年建立 Paris 天文台，1675 年，英国在伦敦建立格林尼治天文台。早期的天文台大都建在人口密集的大 城市，如巴黎，伦敦，汉堡等。因为当时望远镜的口径小，城市的光污染小，加上交通和后勤供 应等原因。随着望远镜口径的增大，城市光污染的严重，天文研究对观测条件的要求更高，在 20 世纪上半叶，天文台从城市走到山上，并对观测条件进行考察，如上世纪初的美国威尔逊山天文 台，帕拉玛山天文台等，后来的法国 Haute Provence 天文台，美国 Sacramento Peak 天文台， 一批口径 1-5 米的望远镜问世。到 20 世纪下半叶，对地球大气影响研究的更深入，天文仪器精 度更高，口径更大，价格更贵，天文研究课题的更深入，对台址的要求越来越苛刻，推动天文台 选址理论和方法的迅速发展，认识到好的天文台址是天文观测的宝贵资源，至少和望远镜本身具 有同等的重要性。为了让昂贵的望远镜充分发挥作用，要花几年甚至十几年的时间才能选出和确 定一个好的台址。很多国家打破国界，走出国门，使好的天文台址成为全世界天文学家共享的天 文资源。
云南天文台
南方基地
实测天体物理方法，利用实验物理学的技术和方法来观测和研究天体的物理本质的学科，
它是连接天文仪器和理论天体物理的桥梁。从喜伯恰斯和托勒梅 先后编制星表时开始，就出 现了天体的光度测量，后来随着照相和光电技术的出现，形成了光度学；1666 年，牛顿用三棱镜 得到太阳光谱，逐渐完善为分光学；在 1957 年苏联发射人造地球卫星以后，美国、西欧、日本也 相继发射了天文卫星和空间飞行器，在其中安装了各种类型的探测器（利用高能物理、核物理、 原子物理的探测技术），探测天体的各种辐射，不仅形成了地面探测，行星际探测和空间探测的 立体观测，而且使紫外天文学、X 射线天文学、 射线天文学迅速发展，使十九世纪四十年代出 现的红外天文学焕发青春，从此进入了全波段天文学的新时代。
126 126 128 129 131 132 132 132 134 135 146 146 147 150 151 153 154 160 161
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第一章 光学天文台址
人们古代的天文观测都是用肉眼在光学波段进行的，并不需要固定的天文观测台址。在 1609 年伽利略的第一架望远镜问世后的半个多世纪，小型的望远镜随身可带，直到 1667 年建立 Paris 天文台，1675 年，英国在伦敦建立格林尼治天文台。早期的天文台大都建在人口密集的大 城市，如巴黎，伦敦，汉堡等。因为当时望远镜的口径小，城市的光污染小，加上交通和后勤供 应等原因。随着望远镜口径的增大，城市光污染的严重，天文研究对观测条件的要求更高，在 20 世纪上半叶，天文台从城市走到山上，并对观测条件进行考察，如上世纪初的美国威尔逊山天文 台，帕拉玛山天文台等，后来的法国 Haute Provence 天文台，美国 Sacramento Peak 天文台， 一批口径 1-5 米的望远镜问世。到 20 世纪下半叶，对地球大气影响研究的更深入，天文仪器精 度更高，口径更大，价格更贵，天文研究课题的更深入，对台址的要求越来越苛刻，推动天文台 选址理论和方法的迅速发展，认识到好的天文台址是天文观测的宝贵资源，至少和望远镜本身具 有同等的重要性。为了让昂贵的望远镜充分发挥作用，要花几年甚至十几年的时间才能选出和确 定一个好的台址。很多国家打破国界，走出国门，使好的天文台址成为全世界天文学家共享的天 文资源。
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
实测天体物理ch3天体的辐射和天文观测
a band
D1 & D2 E b1, b2, b3, b4 c F (H-beta) d e f G g h H&K
O2 (molecular oxygen in Earth's atmosphere)
Na (sodium) Fe (iron) Mg (magnesium) Fe (iron) H (hydrogen) Fe (iron) Fe (iron) H (hydrogen) Fe Ca (H-delta) H (hydrogen) Ca (calcium)
2
§3.1
天体的辐射
3
天体的信息是由天体辐射传来的。这些辐射 或是天体本身发射的，或是天体反射及散射 其它天体的辐射。 用物理学的技术和方法分析来自天体的电磁 辐射，可得到天体的各种物理参数。根据这 些参数运用物理理论来阐明发生在天体上的 物理过程，及其演变是实测天体物理学和理 论天体物理学的任务。
G. R. Kirchhoff (1824-1887)
22
当原子或分子从一个能量状态转变为另一个能量状态时，就发生电磁辐射 (electromagnetic radiation)。一次能量转变(transition,跃迁)发射或吸收 一个光子(photon)，其所携带的能量为: E h . 这个过程产生线谱 (line spectrum)，包括发射谱( emission spectrum)和吸收谱( absorption lines)
13
ARGO
中国科学院高能物理研究所 粒子天体中心羊八井国际宇 宙线观测站。
14
Position:
Longitude 90° 31’ 50” East Latitude 30° 06’ 38” North 4300 m above the sea level
教科版高中物理必修二3.1《天体运动》课件.ppt
1 天体运动
1．能简要地说出日心说、地心说的两种不同观点． 2．知道开普勒对行星运动描述的三定律． 3．体会科学家在宣传和追求科学真理时所表现的坚
定信念和献身精神
一、古代关于天体运动的两种学说
内容
局限性
地 心 说
地球 是宇宙的中心， 都把天体的运
而且是静止不动地的球 ， 动看得很神圣，
太阳、月亮以及其他 认为天体的运
行太星阳 都绕
运动 匀动速必圆然周是最完
美、最和谐的
日 心 说
太是阳宇宙的中心，
运
且是静止不动的，地 动，而和丹麦
球和其他行星都绕 天文学家第谷
运动
的观测数据不
思考 1.“日心说”最终战胜了“地心说”是否说 明“日心说”就是十分完善的？
提示 “日心说”虽然最终战胜了“地心说”，但 它由于当时人们认知水平的局限性，一些观点也是 不准确的，如运动轨道不是圆而是椭圆，做的不是 匀速圆周运动而是变速曲线运动．
二、开普勒行星运动定律
定律
开普勒 第一定
律
内容 所有行星 椭圆绕太阳 运动椭的圆轨道都焦点 是 ，太阳处 在 的一个
上
公式或图示
定律
开普勒 第二定
律
内容 从相等太的阳时到间行星的 连线相等在的时间
内扫 过
.
公式或图示
定律
内容
公式或图示
行星 的轨道的
公式：
a3 T2
＝k，k是一
开普勒 半长轴 的三次方跟 个与行星无关 的常量
星体无关，也就是说只有围绕同一中心天体运转的行星
或卫星，k值才相同，
Байду номын сангаас
a3 T2
＝k才成立；对于绕不同的中心
1．能简要地说出日心说、地心说的两种不同观点． 2．知道开普勒对行星运动描述的三定律． 3．体会科学家在宣传和追求科学真理时所表现的坚
定信念和献身精神
一、古代关于天体运动的两种学说
内容
局限性
地 心 说
地球 是宇宙的中心， 都把天体的运
而且是静止不动地的球 ， 动看得很神圣，
太阳、月亮以及其他 认为天体的运
行太星阳 都绕
运动 匀动速必圆然周是最完
美、最和谐的
日 心 说
太是阳宇宙的中心，
运
且是静止不动的，地 动，而和丹麦
球和其他行星都绕 天文学家第谷
运动
的观测数据不
思考 1.“日心说”最终战胜了“地心说”是否说 明“日心说”就是十分完善的？
提示 “日心说”虽然最终战胜了“地心说”，但 它由于当时人们认知水平的局限性，一些观点也是 不准确的，如运动轨道不是圆而是椭圆，做的不是 匀速圆周运动而是变速曲线运动．
二、开普勒行星运动定律
定律
开普勒 第一定
律
内容 所有行星 椭圆绕太阳 运动椭的圆轨道都焦点 是 ，太阳处 在 的一个
上
公式或图示
定律
开普勒 第二定
律
内容 从相等太的阳时到间行星的 连线相等在的时间
内扫 过
.
公式或图示
定律
内容
公式或图示
行星 的轨道的
公式：
a3 T2
＝k，k是一
开普勒 半长轴 的三次方跟 个与行星无关 的常量
星体无关，也就是说只有围绕同一中心天体运转的行星
或卫星，k值才相同，
Байду номын сангаас
a3 T2
＝k才成立；对于绕不同的中心
天体物理学课件06超新星
质和磁场相互作用而形成的气体星云。 • 强射电辐射和高能辐射源（同步加速辐射，激波加热） 。 2020/10/28
例
• 特征
光度L～107-1010 L⊙，
Lf /LI ～ 108
爆 发 能 E～1047-1052 ergs-1（ 99% 中 微 子 ， 1 % 动 能 ， 0.01%可见光）
膨胀速度v～103-104 kms-1
第五章 超新星
§5.1 超新星简介及其观察特性 §5.2 超新星爆发机制一：不稳定核燃烧 §5.3 超新星爆发机制二：引力坍缩 §5.4 超新星遗迹 §5.5 超新星SN1987A
§5.1 超新星简介及其观察特是 Gamma Ray Burst
Ia 类存在于旋涡星系或椭圆星系中，Ib 类 存在于旋涡星系中。II 型分布于旋涡星系 的旋臂中。
2020/10/28
超新星1987A 的遗留物：环 状星云
SN 1987A in X-ray
环状星云的结构
Kepler
Kepler
John lamsteed Cas A
Ian Shelton SN 1987A
§5.5 超新星1987A
• 1987.2.23爆发于LMC (d = 170,000 ly)，是人类自望 远镜发明以来第一颗凭肉 眼发现的超新星。
• 前身星： Sanduleak --蓝超巨星 M ~ 20 M⊙，L ~ 105 L⊙， T ~ 16,000 K，R ~ 40R⊙
核坍缩与超新星爆发
核心核反应停止 R c↓Tc↑
Fe核光致离解 4He光致离解
当ρc =ρnu，核坍缩停止 →激波反弹 →壳层抛射
→II型超新星爆发 →中子星
能量损失(若热压 为主)→ Pe↓
例
• 特征
光度L～107-1010 L⊙，
Lf /LI ～ 108
爆 发 能 E～1047-1052 ergs-1（ 99% 中 微 子 ， 1 % 动 能 ， 0.01%可见光）
膨胀速度v～103-104 kms-1
第五章 超新星
§5.1 超新星简介及其观察特性 §5.2 超新星爆发机制一：不稳定核燃烧 §5.3 超新星爆发机制二：引力坍缩 §5.4 超新星遗迹 §5.5 超新星SN1987A
§5.1 超新星简介及其观察特是 Gamma Ray Burst
Ia 类存在于旋涡星系或椭圆星系中，Ib 类 存在于旋涡星系中。II 型分布于旋涡星系 的旋臂中。
2020/10/28
超新星1987A 的遗留物：环 状星云
SN 1987A in X-ray
环状星云的结构
Kepler
Kepler
John lamsteed Cas A
Ian Shelton SN 1987A
§5.5 超新星1987A
• 1987.2.23爆发于LMC (d = 170,000 ly)，是人类自望 远镜发明以来第一颗凭肉 眼发现的超新星。
• 前身星： Sanduleak --蓝超巨星 M ~ 20 M⊙，L ~ 105 L⊙， T ~ 16,000 K，R ~ 40R⊙
核坍缩与超新星爆发
核心核反应停止 R c↓Tc↑
Fe核光致离解 4He光致离解
当ρc =ρnu，核坍缩停止 →激波反弹 →壳层抛射
→II型超新星爆发 →中子星
能量损失(若热压 为主)→ Pe↓
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
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.