实验室天体物理学简介 3
天体物理学的研究和应用
天体物理学的研究和应用天体物理学是一门研究天体运动及其属性的学科。
包括恒星、行星、银河系、黑洞、宇宙射线等天体的研究。
现代天体物理学是从天文学和物理学的结合发展起来的。
天体物理学的研究和应用，可以深入了解宇宙的演化和性质，也可以为航天科技、天气预报、地震预警、电力设备等提供技术支撑。
下面，本文将从天体物理学的研究和应用两个方面来阐述。
一、天体物理学的研究1. 恒星的演化恒星是天文领域中的一个热门研究课题。
恒星的形成、结构、内部物理过程、测量以及演化过程是恒星物理学的重要内容。
恒星的演化就可以告诉我们，星球是如何形成的，它们的大小、温度和寿命等等。
恒星的演化形成了恒星主序列等光谱分类方式，定义了“绿豆”和更大的恒星（红矮星和棕矮星），表明了许多特定类型的星体，如中子星和白矮星。
2. 宇宙射线的研究宇宙射线是由宇宙中离子和原子核所组成的粒子带电流，也包括来自太阳风，银河系和其他天体的粒子。
天体物理学家们对宇宙射线的研究，可以获得宇宙中各种粒子的能量分布、能谱、特性以及宇宙中物质的构成。
研究宇宙射线还可从中获取关于宇宙射线的来源，包括超新星爆炸和其他各种事件的信息。
而这些信息则可以帮助我们了解宇宙中的能量和物质是如何操作和表现的。
3. 黑洞的研究黑洞是天体物理领域中最具代表性的物体之一，是当代宇宙物理学的重要领域。
黑洞通常是由大量物质坍塌形成的、极度强大的重力场。
研究黑洞有利于了解它们所设法吸收的各种物质，包括射电天文学、X射线天文学等各领域的成果。
二、天体物理学的应用1. 航天科技天体物理学的研究和技术成果在航空航天领域具有广泛的应用, 其中涉及到人造卫星、航天堡垒、球型天文望远镜和太阳帆等领域。
如美国 NASA的“开普勒”空间望远镜，是通过天体物理学的研究来寻找太阳系外引力行星的存在。
2. 天气预报天气预报是人们日常生活中十分关注的一个话题。
在现代天气预报技术中，天体物理技术被广泛使用。
如太阳活动的变化，对地球磁场、大气层中的电离层产生影响，进而影响短波通信、卫星导航等这些需要放电的通讯设施。
什么是天体物理学？
什么是天体物理学？天体物理学是研究宇宙中各种天体及它们的物理性质、演化和相互作用的学科。
它融合了天文学、物理学和化学等多个学科，是探究宇宙奥秘的重要途径。
下面将为大家详细讲解什么是天体物理学。
一、天体物理学的概述天体物理学是研究天文现象的物理学，包括恒星、行星、星云、星际介质和宇宙射线等天体的物理性质、演化和相互作用。
天体物理学是物理学的一个分支，探索的是宇宙最基本的物理规律——引力、电磁力、弱核力和强核力，通过研究天体物理，可以深入了解宇宙的演变过程，预测未来的变化。
二、天体物理学的研究内容1. 恒星物理学恒星是天体物理学的一个重要研究领域，它们是宇宙中最常见的天体之一。
天体物理学家研究恒星的形成、生命周期和核反应过程等，以了解它们的性质和演化过程。
恒星演化的速度和性质受多种因素的影响，例如恒星质量、构成和周围环境等因素。
天体物理学家通过观测、理论模拟等手段，研究恒星的演化机制。
2. 星系物理学星系是宇宙中大量天体的集合体，它们的形成、演化和相互作用是天体物理学的一个重要研究领域。
天体物理学家通过计算机模拟、观测、距离测量等手段，研究星系的结构、运动以及物质的分布等。
星系物理学是天体物理学的一个重要领域，探究星系的演化和形成历史，是了解宇宙演化史的重要途径。
3. 宇宙学宇宙学是研究整个宇宙性质和演化的学科，它的研究领域包括宇宙起源、演化、结构和组成等。
天体物理学家通过测量宇宙微波背景辐射、引力透镜、红移等手段，研究宇宙的起源和发展历史，探究宇宙的本质。
三、天体物理学的研究热点1. 暗物质研究暗物质是当前天体物理学研究的热点之一，它是宇宙中一种不会直接发光的物质，占据了宇宙大部分的质量。
天体物理学家通过观测宇宙微波背景辐射、星系和宇宙结构等，尝试揭示暗物质的性质和分布规律。
2. 线性重力波探测线性重力波是爱因斯坦广义相对论预言的一种现象，其探测是天体物理学领域的一大突破。
天体物理学家通过探测黑洞碰撞、中子星合并等现象，证实了线性重力波的存在。
天体物理学的基础知识点
天体物理学的基础知识点天体物理学是研究宇宙中天体的性质、演化和相互作用的学科。
在这里，我们将介绍天体物理学的一些基础知识点。
天体物理学可以分为多个子领域，包括恒星物理学、星系物理学、宇宙学等。
在这里，我们将讨论一些最基础的概念和理论。
一、天体物理学的起源和历史天体物理学起源于人类对天空的观测和研究。
古代的天文学家通过观察星体的位置和运动来推测宇宙的本质和规律。
随着科学的发展，人类对宇宙的认识逐渐扩大，并提出了一些基本的理论，如引力理论和天体结构理论。
二、恒星物理学恒星是宇宙中最常见的天体之一，它们通过核聚变反应在其内部产生能量并释放出光和热。
恒星物理学研究恒星的结构、演化和能量生成过程。
其中，主序星是最常见的一种恒星类型，它们的质量、大小和亮度之间存在着一定的关系。
三、星系物理学星系是由恒星、星际气体、暗物质等组成的巨大天体系统。
星系物理学研究星系的形成、演化和性质。
人们通过观测星系的光谱和运动来推测它们的成分和结构。
根据形态和性质的不同，星系可以被分为椭圆星系、螺旋星系和不规则星系等不同的类型。
四、宇宙学宇宙学研究整个宇宙的起源、演化和结构。
宇宙大爆炸理论是目前广泛接受的宇宙起源理论，认为宇宙是在一个极端高温和高密度的初始状态下诞生的，并且从此以后不断膨胀。
通过观测宇宙背景辐射和星系红移等现象，人们尝试推测宇宙的年龄、组成和未来的发展。
五、暗物质和暗能量暗物质和暗能量是目前宇宙学中尚未完全理解的概念。
根据天体的运动和引力的作用，科学家猜测宇宙中存在着一种未知的物质和能量，它们不发光也不与普通物质相互作用，但是对宇宙的演化有着重要的影响。
总结：天体物理学是一门研究宇宙和天体的学科，涉及恒星、星系、宇宙学等多个领域。
恒星物理学研究恒星的结构和演化，星系物理学研究星系的形成和性质，宇宙学研究整个宇宙的演化和结构。
同时，暗物质和暗能量也是当前天体物理学中研究的热点问题。
通过学习和研究这些基础知识点，我们能够更深入地了解宇宙的奥秘和规律。
天体物理学研究的主要内容
天体物理学研究的主要内容天体物理学是指研究天体物理现象和宇宙的学科。
天体物理学涉及的范围非常广泛，涉及到宇宙学、恒星、行星、星际介质、宇宙射线等许多领域。
现在，我们深入了解一下天体物理学研究的主要内容。
一、宇宙学宇宙学是研究宇宙的起源、演化和未来发展的学科。
宇宙学关注宇宙中的各种事物和现象，包括星系、星云、暗物质、暗能量、宇宙射线等。
宇宙学家通过研究宇宙背景辐射、红移、星系分布等现象，得出了各种宇宙学模型，探索宇宙的历史和结构。
二、恒星恒星是宇宙中最基本的天体之一，它们以核聚变的方式产生能量，并通过辐射、对流等方式将能量释放到宇宙空间中。
天体物理学家研究恒星的物理特性、星系演化等方面。
恒星的研究非常重要，不仅可以了解宇宙的演化历程，还有利于人类了解宇宙中其他天体的特性。
三、行星行星是宇宙中自转、绕太阳公转的天体，对研究宇宙的演化、地球的成因等有非常重要的作用。
行星的类型有地球类行星、气态行星和冰质行星等，它们的物理特性、化学成分、大气层结构等都是天体物理学家研究的重点。
四、星际介质星际介质是指星际空间中星际气体和星际尘埃的组合体，可以见于星系、星云、行星际空间等地方。
星际介质是研究宇宙物质、能量传递和宇宙物理学的重要领域。
通过研究星际介质，天体物理学家可以了解宇宙中星系、行星等的形成和演化过程。
五、宇宙射线宇宙射线是在宇宙中具有高能量的粒子射线，其中包括宇宙射线中的质子、电子、中子等粒子。
宇宙射线是由于宇宙中的加速器现象而产生的，对研究宇宙物理学、宇宙辐射生物学等方面有着非常重要的意义。
综上所述，天体物理学研究的主要内容涉及到宇宙学、恒星、行星、星际介质、宇宙射线等领域，通过探索天体的特性和演化过程，有助于我们深入了解宇宙的历史和现状。
随着科技的不断发展，天体物理学的研究将更加深入和丰富。
天体物理学资料
天体物理学资料天体物理学是研究宇宙中天体及其现象的学科，涉及广泛的领域，包括恒星、星系、黑洞、宇宙演化等等。
本文将介绍一些关于天体物理学的基本知识和最新研究成果。
一、恒星的形成和演化恒星是宇宙中最基本的天体，它们的形成和演化过程对于理解宇宙的起源和演化具有重要意义。
恒星的形成通常发生在星际云气中，当云气中的物质密度达到一定程度时，引力开始主导，云气开始坍缩。
随着坍缩的进行，云气中的物质逐渐聚集，并形成了一个旋转的气体盘。
在盘中，物质不断凝聚，最终形成了恒星。
恒星的演化过程通常分为主序星、巨星和超巨星三个阶段。
主序星是最常见的恒星类型，它们通过核聚变反应将氢转化为氦，释放出巨大的能量。
当恒星的核心的氢耗尽时，核聚变反应停止，恒星会膨胀成巨星或超巨星。
在这个阶段，恒星的外层物质逐渐膨胀并演化成红巨星或红超巨星。
最后，恒星的外层物质会被抛射出去，形成行星状星云或超新星遗迹。
二、星系的结构和演化星系是由恒星、气体、尘埃和暗物质等组成的巨大系统。
根据形态，星系可以分为椭圆星系、螺旋星系和不规则星系等几种类型。
椭圆星系通常由老化的恒星组成，而螺旋星系则具有旋臂结构，其中包含大量年轻的恒星和星际物质。
星系的演化过程受到多种因素的影响，包括恒星形成、星系合并和超大质量黑洞的活动等。
恒星形成是星系演化的基本过程之一，它会导致星系内部的气体和尘埃重新分布。
星系合并是另一个重要的演化机制，当两个星系发生合并时，它们的恒星和气体会相互作用，形成新的星系结构。
超大质量黑洞也在星系演化中起着重要的作用，它们的活动会释放出巨大的能量，影响星系内的物质分布和星系形态。
三、黑洞的性质和研究进展黑洞是由质量极大的天体引力坍缩形成的区域，其引力场极强，甚至连光也无法逃逸。
黑洞的研究对于理解宇宙的引力和时空结构具有重要意义。
根据质量，黑洞可以分为恒星质量黑洞和超大质量黑洞两种类型。
恒星质量黑洞是由质量超过太阳数倍的恒星引力坍缩形成的，它们通常位于星系中心或者与其他天体形成双星系统。
天体物理导论知识点总结
天体物理导论知识点总结天体物理学是研究宇宙中各种物体和现象的学科，涉及了宇宙星系、恒星、行星、星云等天体以及宇宙射线、宇宙背景辐射等现象。
这个领域的研究对我们理解宇宙的起源、演化和结构有着重要的意义，也为我们提供了更深入的认识和理解宇宙的奥秘。
下面就天体物理学的一些核心知识点进行总结，以便更好地理解和学习这个学科。
一、宇宙的起源和演化宇宙的起源和演化一直是天体物理学家探索的焦点之一。
根据目前的观测和理论，宇宙的起源可以追溯到大爆炸理论。
大爆炸理论认为，宇宙在约138亿年前由一个非常密集、炽热的点爆炸而形成，随后宇宙经历了极快的膨胀，形成了我们今天所见到的宇宙。
在这个过程中，宇宙的物质逐渐冷却、凝聚，形成了恒星、行星、星系等天体。
目前，天文学家通过对宇宙微波背景辐射的观测和分析，已经对宇宙的起源和演化有了更深入的理解。
同时，还有一些新的理论模型，如暗物质和暗能量的存在，也对宇宙的演化提供了新的解释。
这些都为我们理解宇宙的起源和演化提供了更多的线索和思路。
二、天体的形成和演化恒星、行星、星系等天体的形成和演化也是天体物理学的重要研究内容。
根据天文观测和数值模拟的结果，恒星的形成是由分子云中的物质逐渐聚集、凝缩而成的。
在这个过程中，由于引力的作用，分子云中的物质逐渐聚集在一起，形成了一个密度很大的核心，最终形成了一个恒星系统。
恒星的演化过程也是天体物理学家研究的热点之一。
根据理论和观测，恒星的演化可以分为主序星、红巨星、白矮星和黑洞等不同阶段。
在这个过程中，恒星会经历核聚变、重元素合成、行星系统的形成等一系列重要的变化和事件。
此外，还有一些特殊的天体现象，如超新星爆发、伽马射线暴等，也为我们提供了更深入了解恒星演化和宇宙物质特性的机会。
三、宇宙中的星系宇宙中的星系是由恒星、行星、星云等一系列天体组成的，并且在空间中聚集成不同的形态和结构。
根据观测和理论，星系可以分为椭圆星系、螺旋星系、不规则星系等多种类型。
探索星际奥秘——学习天体物理
探索星际奥秘——学习天体物理探索星际奥秘——学习天体物理天体物理学是研究宇宙中的天体及其演化的学科领域，它涵盖了星系、恒星、行星以及宇宙起源等广泛的研究内容。
通过探索天体物理学，我们能够深入了解到宇宙的奥秘和星际间的相互作用。
本文将介绍天体物理学的基本概念、研究方法以及它对我们的意义。
一、天体物理学的基本概念天体物理学是一个跨学科的研究领域，它涉及到天文学、物理学、化学等多个科学学科的知识。
天体物理学家通过观测、实验和模拟等手段来研究宇宙中的各种天体现象，并试图解决一系列的科学问题，例如宇宙的起源、星系的形成和演化、黑洞的性质等。
二、天体物理学的研究方法1. 观测方法观测是天体物理学研究的基础和重要手段之一。
天文学家通过望远镜、射电望远镜、太空探测器等观测设备收集天体的光谱、图像和其他数据，并进行数据分析与解释。
观测可以帮助我们了解星系的分布、恒星的光度和色温、行星的运动轨迹等重要信息。
2. 实验方法实验是天体物理学的另一种重要研究方法。
通过模拟实验，研究者可以在受控条件下重现一些天体现象，并观察和测量相关的物理量。
例如，在实验室中模拟恒星内部的高温高压条件，可以研究恒星的能量来源和核反应过程。
3. 数值模拟方法数值模拟是利用计算机模拟在天体物理学研究中广泛采用的方法。
通过建立适当的物理模型和数值方法，将天体物理学系统的演化过程转化为数学方程，通过数值计算得到系统的演化结果。
数值模拟可以用于研究宇宙结构的形成、星系碰撞的结果、恒星和行星的形成等问题。
三、天体物理学的意义天体物理学作为一门基础研究领域，对人类的科学认识和技术发展具有重要的意义。
首先，天体物理学帮助我们更好地了解宇宙的起源和演化。
通过研究恒星的生命周期、星系的形成和行星的演化，我们可以揭示宇宙的起源和宇宙学的发展规律。
其次，天体物理学为我们提供了关于宇宙中的物质和能量的重要信息。
通过研究宇宙中不同天体的光谱和辐射特性，我们可以了解到物质的组成和运动规律。
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。
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Αβστραχτ ×
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Κεψ ωορδσ
引言
近年来超短脉冲激光放大技术的重大突破 使
得激光强度提高了 ) 个数量级 这种新型超短脉
冲激光的聚焦光强高达 • #
所产生的电
场强度远大于原子的内电场 而且超短脉冲强激光
与固体靶相互作用可以产生大于
的超高压
× 的超强磁场 高达 ε 远高于太阳中心的温
以木星的结构为例 我们来看一下状态方程所 涉及的内容 木星的外层主要由气体氢组成 同在地 球上一样 那里的氢气也是由单键相联的两个氢原 子组成的分子 在木星更深一些的层次中 随着压强 和温度的升高 那里的氢变为液态 再往内部深入 氢变为固态 形成导电性能极好的金属氢 在木星的 核心部分 甚至连氢的分子键都会被强大的压力压 断 氢原子被紧密地压在一起 超强超短脉冲激光等 离子体实验可以对不同温度 !密度区域的状态方程 进行直接测量 在地面重现这一过程
或几百
!温度在
上下 !有磁场 × 或
以上 和无磁场的天体物质 包括氢 !氧 !碳等元素
的不透明度
恒星状态方程的研究
除了恒星辐射不透明度的研究外 核反应速率
和状态方程也对恒星的结构和演化起着重要的作
用 恒星状态方程描述恒星中温度 !密度 !压强 !内 能和比热等物理量之间的关系≈ 在很多情况下
恒星内部的状态方程非常简单 但是在恒星的中心
天体物理学中感兴趣的许多物理量 如物质不 透明度 高温 !高压下的物质状态 超新星的爆发 恒 星中的核反应速率等都可以用超强超短脉冲强激光 在实验室里进行模拟和验证 恒星中的核反应速率 随物质密度的变化而变化 超高压下的金属物理学 可以帮助我们了解恒星中的氢的金属化和结晶化的 过程 这个过程与支配超新星 !恒星和星云的物理机 制有直接的关系 在激光场的有质动力的作用下 电 子在极端的时间里被加速到接近光速 这种剧烈的
度 的黑体辐射温度 比地球引力大 倍的加速
度 接近光速的电子振荡速度等一系列无法用其他
手段产生的极端条件
超强超短脉冲激光与固体靶相互作用产生的这
种高温 !高密 !强磁场 !大加速度的等离子体与太阳
及其他许多恒星中的物理条件非常相似 见图
研究这种高温 !高密 !高压 !强磁场 !大加速度条件下
卷
年期
的等离子体中的辐射输运 !大尺度流体不稳定性 !热 核反应等过程 对于天体物理学家了解太阳和其他 天体中的物理过程提供了极好的实验手段 越来越 多的天体物理学家对此表示了极大的兴趣≈
恒星的结构 !演化和不稳定过程对物质不透明 度的哪怕很细微的差别都很敏感 特别是在几十万 度至几百万度这个温度范围内≈ 如图 所示 超强 超短脉冲激光与物质相互作用所产生的等离子体温 度可以从几万度到几百万度 甚至更高 密度可以从 很低到几百倍的固体密度 因此 可以方便地对恒星 的物质不透明度进行细致研究 除不透明度外 用一 个激光等离子体作光源对另一个激光等离子体进行 / 背照明0 还可以用于测量 ÷ 射线伴星和类星体等 ÷ 射线源的散射截面 这些实验数据对于建立恒星 的数值模拟程序和了解恒星内部的物理过程都具有 决定性的作用
量全部转变为物质粒子热能 第二是散射 这时光子
改变方向而偏离到所考察的立体角之外 在这种情
况下 光子本身仍然存在 没有因为相互作用而消
失 不透明度实际上起着消光作用
属于真吸收的微观过程主要有光致电离 !光致
激发 !自由 自由吸收 !碰撞电离等 属于散射的微
观过程主要有光子在自由电子上的散射 !光子在分
正负电子对等离子体的研究
热核反应产生的正负电子对等离子体在中子
星 !黑洞 !类星体以及活动星系核等天体演化过程中 都起着极为重要的作用 超短脉冲激光的飞速发展
使得激光脉冲产生相对论电子 并在光场和有质动
力的联合作用下对这些电子进行约束成为可能 当
激光光强大于 1 ≅ • # #Λ 时 电子的有 质动力能将大于 μ χ ,这时的电子和离子的碰撞将
超新星的不稳定性的研究
超新星是恒星演化的最终阶段 也是最激烈的 天体现象 由于超新星与元素的演化 !恒星的演化 ! 高能粒子与物质的相互作用等许多天体物理的前沿 课题有着密切的关系 因此对超新星的研究在天体 物理中占有很重要的位置 超新星爆发的能源机制 铁族元素后的重元素核合成过程 以及超新星的爆
#
3 国家自然科学基金资助项目 国家/ 八六三0高技术惯性约束
核聚变计划基金资助项目
收到初稿
修回
#
#
图 超短脉冲激光产生的等离子体覆盖的温度 密度的范围 从中还可以看出恒星中的温度 密度变化的重要部分与超短 脉冲激光产生的等离子体覆盖的温度 密度的范围有重叠
加速与宇宙中的黑洞附近的加速度类似 超短脉冲 激光与物质相互作用还可以验证用于广义相对论以 及真空的结构
子上的散射等 由于辐射与物质相互作用的微观过
程很多 因此人们通常将不透明度分成四类进行处
理 自由电子与光子的 ×
或≤
散
射 自由 自由跃迁过程 束缚 自由跃迁过
程 束缚 束缚跃迁过程 在计算总的不透明度
时 我们还须将受激发射引起的能量转移率加大对
不透明度减小的影响考虑进来≈
以上所述各种过程对不透明度的贡献与温度的
测量流体动力学混合的实验室模拟
超新星内部爆炸时产生的冲击波在穿过超新星 不同组份的界面 氧 硅 !氧 碳 氧和氢 氦界面 时 会造成界面的不稳定 英国牛津大学 美国利弗 莫尔实验室的联合实验组利用巧妙的实验设计 用 ÷ 射线激光对这种等离子体中的流体不稳定性的发 展过程成功地进行了高空间分辨 !高时间分辨的测 量≈ )
知识和进展
实验室天体物理学简介 3
张杰
中国科学院物理研究所 北京
赵刚
中国科学院北京天文台 北京
摘 要 超短脉冲强激光与固体靶相互作用产生的高温 !高压 !高密 !强磁场 !大加速度等性质与太阳及其他许多 恒星中的物理条件非常相似 通过实验室里模拟研究这种等离子体中的辐射输运 !大尺度流体不稳定性 !热核反应等 过程 对于天体物理学家了解太阳和其他恒星中的物理过程提供了极好的实验手段 关键词 天体物理 激光 等离子体 不透明度
图 天体物理中最强的磁场可以通过高密度的 激光等离子体再现
即使无磁场的不透明度 过去也只有
2
不透明度表和 ° 不透明度表 实验直接研究也
同样至关重要 不透明度影响输出能谱 影响中子星
的冷却计算 通过实验研究确定不透明度对于冷却
计算非常重要 更可改善 ÷ 射线卫星观测数据比较
中得到可靠结果 通过实验可测定密度在 1 )
高能天体等离子体光谱的研究
高能天体物理主要研究那些远离热平衡状态的 类星体和那些正在爆发并具有极强的 ÷ 射线和 Χ 射线辐射的星系 天体物理学家非常希望能够有精 细的 ÷ 射线和 Χ射线光谱来研究这些远离平衡态 的等离子体光谱所反映的发射物体的本质 超强超 短脉冲激光辐照下的非平衡等离子体辐射的 ÷ 射 线和 Χ射线光谱可以为这方面的研究提供大量的信 息≈
#
炸 !喷发过程等都是目前天体物理研究的热点≈
年 在大麦哲伦星系中 发生了一次超新
星的爆发 即 ≥
图 它是近代离地球最
近 !视亮度最大的超新星≈ 在这个超新星的喷发
过程中 研究人员发现了不同组份喷出物的大尺度
混合 这种喷出物的混合过程实际是恒星内部流体
不稳定性的反映≈
图
超新星 ≥
中的大尺度流体动力学混合
∗ ∂ 在这个
范围内的物理过程至今还没有直接的实验验证 对
白矮星进行的冷却研究几乎是测定白矮星年龄的唯
一方法 对于密近双星的伴星 有时是中子星 的年
龄的确定也至关重要 白矮星的冷却主要通过表面
物理
辐射 能量传输要经过表面大气层 因此这层大气的 不透明度极为重要 目前这层大气的物理性能还只 能靠理论确定 未经实验检验 因此 对这层大气进 行直接的实验室模拟实验研究至关重要 中子星的 冷却是通过内部中微子过程和表面的光子辐射进行 的 内部热能向外传输也要经过表面大气 对有磁场 的不透明度 过去没有任何直接的实验检验 毫秒脉 冲星的磁场约为 × 这也正是超强超短脉冲激光 与固体靶相互作用所产生的等离子体所能达到的磁 场 因此 天体物理中最强的磁场可以通过高密度的 激光等离子体再现 见图
表面大气对白矮星和中子星冷却影响的 研究
白矮星和中子星的最外层有一层很薄的大气
这层 大 气 质 量 很 小 对 中 子 星 约 为
)
¢ 对白矮星约为
)
¢ 质量虽小 但对
研究白矮星和中子星的冷却特别重要≈
这层大气的密度 温度正好落在超强超短脉冲
激光与固体靶相互作用所产生的等离子体的温度
密度范围内 ∗
∗
依赖十分强烈 在恒星较冷的外表面 原子仅仅处于
部分电离状态 不透明度主要由束缚 束缚和束缚
#
#
自由跃迁过程所支配 在恒星内部 原子几乎全部 电离 此时自由 自由跃迁过程成为不透明度的主 要来源 而在极高温度下 由于过程 到 所产生 的不透明度为受激发射所减弱 电子散射成为不透 明度的主要来源 研究表明 大部分连续不透明度是 由某种形式的氢造成的 这也是各种天体中氢在化 学组成上占绝对优势的直接结果 尽管目前我们已 经可以利用各种不同原子 !分子模型近似计算它们 与辐射的相互作用 并最终得到它们的不透明度 但 通过上述方式获得的考虑了各种微观过程的总不透 明度 与恒星大气模型 !恒星结构与演化模型相结合 所作的分析与实际的天文观测的差别尚有无法解释 之处 可能的原因是 各类恒星中仍然存在尚未 证认出的不透明源 对某些微观过程的理论计算 结果与实际偏差较大 由此可见 通过实验室模拟直 接测量各种微观过程的不透明度对于研究各种恒星 的化学组成 !结构和演化都起着极为重要的作用