天文宇宙学研究的三个阶段共57页
初步认识宇宙演化和天体运动
初步认识宇宙演化和天体运动宇宙是人类最广阔的研究领域之一，而宇宙演化和天体运动是宇宙研究中最基础也是最重要的内容之一。
通过对宇宙的演化和天体运动的研究，我们可以更加深入地了解宇宙的形成、发展和未来的变化。
本文将从宇宙演化和天体运动的基本概念、测量方法以及相关理论研究进行初步探讨。
一、宇宙演化的基本概念宇宙演化指的是宇宙在时间尺度上的变化过程。
根据现有观测和理论，在宇宙的演化历程中，最早的时刻是宇宙大爆炸，也被称为宇宙起源。
从大爆炸之后，宇宙经历了膨胀、冷却、物质的聚积以及星系的形成等一系列的变化过程。
目前宇宙的演化可以分为几个阶段，分别是宇宙的膨胀阶段、原子核合成和宇宙微波背景辐射阶段以及星系和星系团形成的阶段。
二、天体运动的测量方法天体运动是指天体在空间中的位置和速度的变化。
为了准确地测量天体运动，天文学家使用了多种观测方法和技术。
其中较为常见的测量方法有光谱测量和天体影像测量。
光谱测量是通过观测天体发出或反射的光线的波长和强度来研究天体的运动状态。
通过测量光谱中的多普勒效应可以获取天体的径向速度，而通过测量光谱线的形状和宽度可以进一步了解天体的自转和自行等运动状态。
天体影像测量是通过观测天体在图像上的位置变化来研究天体的运动。
通过连续拍摄多幅天体影像，并对比不同时间点的图像，可以测量出天体在天球上的位置变化，从而计算出天体的视向速度和位置。
三、宇宙演化和天体运动的理论研究宇宙演化和天体运动的理论研究是天文学领域的重要课题之一。
目前，人们通过数学模型和计算机模拟等手段，对宇宙的演化和天体的运动进行了深入的探索和研究。
宇宙演化的理论研究主要包括宇宙膨胀模型、宇宙结构形成和宇宙学参数的估计等方面。
宇宙膨胀模型主要包括大爆炸理论和暗能量主导宇宙加速膨胀模型。
而宇宙结构形成是指在宇宙膨胀的过程中，物质通过引力作用逐渐聚集形成星系、星团等天体结构的过程。
宇宙学参数的估计则是通过观测宇宙射线背景辐射、超新星爆发等现象，对宇宙的年龄、物质和能量的构成等参数进行测量和推断。
宇宙进化四阶段论
宇宙进化四阶段论
宇宙进化四阶段论是一种对宇宙进化历程的分类方法，将宇宙演化分为四个阶段：原始宇宙阶段、星系形成阶段、星际物质演化阶段和类地行星形成与生命演化阶段。
在原始宇宙阶段，宇宙处于极度高温、高密度和高能量状态，物质呈均匀分布的状态。
在极短的时间里，宇宙经历了暴涨，形成了宇宙微波背景辐射，并产生了宇宙学原初黑洞。
随着时间的推移，宇宙渐渐冷却下来，物质开始聚集形成星系。
在星系形成阶段，重力作用促使气体和星际物质形成了大量的星云，经过几百万年的演化，这些星云逐渐形成了星系。
在星系形成阶段后，星际物质开始演化。
在这个阶段，星际物质通过吸积和碰撞的方式形成了恒星和行星，以及星际尘埃和气体云。
最后，类地行星形成与生命演化阶段是宇宙演化的最后一个阶段。
在这个阶段，行星表面的环境和化学成分逐渐变得适合生命的存在，生命通过自然选择和进化的方式逐渐演化成为高等生物。
宇宙进化四阶段论是对宇宙演化的一种简要分类方法，它可以帮助我们更好地理解宇宙的演化历程。
- 1 -。
天文-宇宙学研究的三个阶段共57页文档
26、机遇对于有准备的头脑有特别的 亲和力 。 27、自信是人格的核心。
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。
பைடு நூலகம்
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
谢谢！
天文学教程pdf
天文学教程一、天文学基础1. 天文学的定义：天文学是研究宇宙中天体的学科，包括恒星、行星、星系、星云、星团、星系团等。
它旨在理解宇宙的结构、起源和演化。
2. 天文学的重要性：天文学对人类文明的发展有着深远的影响。
它不仅帮助我们认识宇宙，还推动了数学、物理学、化学等其他学科的发展。
3. 天文学的历史：从天文学发展的历程来看，可以划分为古代天文学、近代天文学和现代天文学三个阶段。
古代天文学以肉眼观测和简单的仪器为主，积累了大量的天文资料，并提出了许多有价值的理论。
近代天文学则以望远镜的发明和应用为标志，开始了对宇宙的更深入探索。
现代天文学则借助大型望远镜、卫星和空间探测器等高科技手段，对宇宙进行全方位的研究。
二、天体与天体系统1. 恒星：恒星是宇宙中最基本的天体之一，它们通过核聚变产生能量和光。
根据质量、温度和光谱等特征，恒星可以分为不同的类型，如O型星、B型星、A型星等。
恒星的生命周期包括主序阶段、红巨星阶段和白矮星阶段等。
2. 太阳系：太阳系是一个由太阳和围绕其旋转的行星、卫星、小行星、彗星等天体组成的天体系统。
太阳是太阳系的中心，它提供了太阳系内所有天体所需的光和热。
行星是太阳系中最大的天体之一，它们按照距离太阳的远近可以分为内行星和外行星。
3. 银河系：银河系是一个由数千亿颗恒星组成的巨大星系，它呈旋涡状结构，中心有一个巨大的黑洞。
我们的太阳就位于银河系的一条旋臂上。
4. 星系：宇宙中存在大量的星系，它们形态各异，大小不一。
根据形态和特征，星系可以分为椭圆星系、旋涡星系和不规则星系等类型。
星系之间的距离非常遥远，通常以数百万光年甚至数十亿光年计。
5. 星系团和超星系团：星系团是由数十个到数千个星系组成的巨大天体系统。
而超星系团则是由多个星系团组成的更大的天体系统。
这些巨大的天体系统在宇宙中形成了复杂的网络结构。
三、天文观测与仪器1. 肉眼观测：在古代，人们主要通过肉眼观测来认识天体。
他们观察太阳、月亮、行星和恒星等天体的位置和运动，并积累了丰富的天文资料。
天文发展的历程
天文发展的历程天文学作为一门自古以来就存在的学科，经历了漫长而多变的发展历程。
从古代人类开始观测星辰的时候，到现代科学技术的飞速发展，人类对天文学的认知不断深化和拓展。
以下是天文学发展的一些重要历程。
古代，人类对天空的观测主要以追求时间和导航为目的。
太阳、月亮、星星等自然天体的运行在一定程度上影响了人类的生活和决策。
然而，众多古代文明中最著名的天文学家之一，希腊的托勒密，提出了一种地心说，即认为太阳、月亮和其他行星绕着地球运行。
这种模型统治了整个人类思维多个世纪之久，只到哥白尼提出了日心说，即地球绕着太阳运行。
到了近代，天文学进入了一个全新的阶段。
德国的开普勒通过系统的观测和数据处理，建立了行星运动的三大定律，为天文学奠定了重要的基础。
此后，众多天文学家开始通过望远镜的发明和使用，对天空中的天体进行观测和研究。
伽利略伽利莱通过望远镜观测到了月球表面的山川和火山口，以及木星的卫星，证实了开普勒的行星运动定律。
18世纪，天文学发生了重大的革命，众多突破性的发现相继出现。
威廉·赫歇尔发现了冥王星这颗新的行星。
到了19世纪，人类开始发现并确认了一颗颗小行星，这些小行星构成了太阳系内的一个独立分支，人们对太阳系的组成和结构开始有了更多了解。
20世纪上半叶，天文学经历了一次又一次的革命性发展。
爱因斯坦提出的相对论改变了我们对重力的理解，并对宇宙的演化方式提供了新的解释。
此外，哈勃太空望远镜的发射和运行，为人类提供了无与伦比的观测能力。
通过哈勃望远镜的观测，我们对宇宙中的行星、星系和宇宙本身的起源和演化有了更清晰的认知。
进入21世纪，人类在天文学领域的研究和探索达到了前所未有的高度。
先进的观测设备和数据处理技术使得人们对宇宙的认知不断拓展。
重力波的首次探测、行星外星系的发现、黑洞的研究等一系列重大科学突破，推动了天文学的发展和进步。
总结起来，天文学的发展是一部人类认知宇宙的历程。
从古代的天文观测到现代科技的革命，人类对宇宙的认知和理解不断深入和拓展。
宇宙的起源与演化(50张ppt)
20世纪上半叶在恒星层次认识宇宙
宇宙起源理论（三大理论：Big-bang theory;
Expanding universe, Steady-state theory）和 恒星演化理论的建立（恒星天文学、恒星物理 学、恒星演化理论、恒星光谱学）;
20世纪下半叶在星系层次认识宇宙 所有电磁波段的观测：大型的光学望远镜、红外望远 镜、射电望远镜（90年代哈勃望远镜的运作），观测 尺度达150亿光年（超出银河系！）；观测地点发展 到高空（U2飞机）、太空、月亮、宇宙探测器（免 受地球的影响）；60年代阿波罗登月计划的实现， 90年代火星探险计划的实施;21世纪的木卫大撞击（9 次间隔8小时的连续撞击，相当5000亿颗广岛原子 弹）、卫星木星登陆、行走、250公斤铜弹（20km/s) 深度撞击6km直径的坦普尔1号彗星(30km/s)——>人 类走出地球，进入太空； 理论：提出了许多宇宙模型：大爆炸宇宙模型、稳恒 态宇宙模型、等级式宇宙模型）
哥白尼（Nicholas Copernicus,1473～1543）
天体运行的轨道，已记录到70多个（行星－游 荡者） 按照托勒密的方法计算编制的历书，屡屡出现 差错 随着他对这个体系了解的增多，他对这个体系 愈来愈怀疑。 不是太阳围着地球转，而是地球围着太阳转。
哥白尼（Nicholas Copernicus,1473～1543）
第二讲： 宇宙的起源与演化
宇宙(universe) 是天地万物，是物质世界。” 四方上下曰宇，古往今来曰宙，以喻天地” 。 “宇”是空间的概念，是无边无际的；“宙”是 时间的概念，是无始无终的。宇宙是无限的空间 和无限的时间的统一。 当代最大的光学望远镜已可观测到200亿l.y.(光 年)的遥远目标（1 l.y.≈9.46×1012 km），这 就是现今人类所能观测到的宇宙部分。
天文宇宙的知识点总结
天文宇宙的知识点总结宇宙的形成宇宙的形成是一个较为复杂的过程，目前有几种主要的宇宙论来解释宇宙的起源和发展。
其中最为著名的是宇宙大爆炸理论。
宇宙大爆炸理论认为在约138亿年前，宇宙处于极高能量的瞬间状态，整个宇宙体系以近乎无限的速度膨胀，整个宇宙系统发生了一次巨大的爆炸。
在这一瞬间，宇宙中的所有物质、能量、空间和时间都是从一个极小的、高度密集的奇点中诞生出来的。
之后，在爆炸过程中，空间和时间不断地被扩张，并伴随着宇宙的冷却和物质的形成。
宇宙的演化宇宙的演化是指从宇宙形成之初到现在这个过程中，宇宙内部各种物质、能量、力量、结构等的发展和变化。
根据观测和理论研究，人们认为宇宙的演化可以粗略地分为几个阶段。
在宇宙大爆炸之后，宇宙经历了一系列复杂的演化过程。
最初的宇宙中只有氢、氦等轻元素，而像地球上的重元素如碳、氧、铁等都是在恒星内部产生的，然后通过一定的途径传播到宇宙中的，这就是重元素的来源。
而重元素的生成又导致恒星、行星的形成，以及这些天体内部的物理化学过程，从而使得宇宙的结构和形态变得更加复杂。
宇宙中的星体宇宙中包括了各种各样的星体，如行星、恒星、星系等。
它们具有不同的形态、构成和运动规律。
下面我将分别介绍。
行星是宇宙中围绕恒星运转的物体，主要有内行星和外行星两类。
内行星是指离太阳较近的行星，包括水星、金星、地球和火星。
外行星是指离太阳较远的行星，包括木星、土星、天王星和海王星。
人们还在外行星的外围发现了许多小的、寒冷的天体，这些天体被称为冥卫一类天体。
恒星是宇宙中的光源，是由星云中的氢、氦等物质通过引力坍缩形成。
在恒星内部，氢原子核聚变反应释放出大量的能量，这些能量在空间中蔓延，形成了恒星照亮的效果。
恒星的种类有很多，比较常见的有红巨星、白矮星、中子星和黑洞等。
星系是宇宙中的一个星体系统，它是由大量的恒星、行星、星云等星体组成，并且受到引力的综合作用。
在宇宙中人们发现了许多不同类型的星系，如螺旋星系、椭圆星系、不规则星系等。
天体物理基础：恒星演化、星系与宇宙学
• 主序阶段：恒星稳定燃烧的阶段，能量主要来源于核聚变 • 红巨星阶段：恒星核心燃烧完毕，外层膨胀形成的巨大恒星 • 白矮星阶段：质量较小的恒星在主序阶段结束后演化的产物 • 中子星阶段：质量较大的恒星在主序阶段结束后可能演化的产物 • 黑洞阶段：恒星质量极大时可能演化的产物，具有极强的引力
CREATE TOGETHER
DOCS
谢谢观看
THANK YOU FOR WATCHING
宇宙大尺度结构与大爆炸理论
宇宙大尺度结构
• 星系团：宇宙中星系和恒星密集的区域 • 超星系团：由多个星系团组成的巨大结构 • 宇宙长城：宇宙中巨大的星系团和超星系团形成的链状结构
大爆炸理论
• 大爆炸起源：宇宙起源于137亿年前的一次大爆炸 • 大爆炸过程：宇宙在大爆炸中不断膨胀和冷却，形成现在的宇宙结构 • 大爆炸证据：宇宙微波背景辐射、元素丰度、宇宙尺度结构等证据支持大爆炸理论
04
暗物质与暗能量的探索
暗物质的概念与性质
01
暗物质的概念
• 暗物质：无法直接观测到的物质，只通 过引力作用影响周围物质 • 暗物质粒子：组成暗物质的粒子，尚未 被发现
02
暗物质的性质
• 非发光：暗物质不发出电磁波，无法直 接观测 • 非散射：暗物质与电磁波相互作用弱， 难以通过散射观测 • 强大的引力：暗物质通过引力作用影响 周围物质，影响宇宙结构和演化
恒星内部结构与核反应过程
核反应过程
• 核聚变：轻元素结合成重元素的过程，释放出大量能量 • 核裂变：重元素分裂成轻元素的过程，释放出大量能量 • 核衰变：不稳定核素衰变成稳定核素的过程，释放出少量能量
恒星内部结构
• 核心：恒星能量产生的主要区域，温度和压力极高 • 辐射层：核心外围的区域，能量以辐射的形式传递 • 对流层：辐射层外围的区域，能量以对流的形式传递
- 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)。
微波背景辐射的各 向异性：COBE （上）；WMAP （下）全天图。
WMAP的分辨率 和灵敏度远高于 COBE。
Freedman & Turner, 2003, astro-ph/0308418
COBE & WMAP
27
2
暴胀宇宙学
1981－1982 Guth－Linde
暴胀宇宙学
• 总体上，大爆炸宇宙学十分成功。 • 存在三大难题：
核素丰度可以确定重子物 质密度（可见物质密度）
时间与效率
• 宇宙早期许多事情均发生在极短时间内。 • 重要的是效率，而不是时间。 • 从物理上看，效率决定于碰撞次数。宇宙
早期，高温高密，碰撞十分频繁，正是高 效时期，完全可以理解。 • 例：煤燃烧－高温高效。
复合时代
• 复合温度 Tr 3000 K(宇宙年龄38万年) T T r :p e H T T r :p e H 等离子体状态转化为中性原子气体 宇宙变成透明 • 按 Z1T/T0，复合时代的辐射成为今天的
“物理学家具有这样的习惯，对 于任一类现象，研究它们的最简单例 子，把这称为‘物理’，而把更复杂的情 况，看作其它领域的事。”
R. P. Feynman
宇宙学基本关系式
H
2
( R
/
R)2
8G
3
k R2
3
R
/
R
4G
3
(
3
p)
3
wi
pi
i
,
i (1 z )3(1 wi )
q(z)
R RH 2
观测到的均匀在tG时包含(1026)3=1078个因果区
1964－1965
From Scott Kay Lecture
A.A. Penzias，R.W. Wilson：3.5±1.0 (7-cm处)
COBE－ FIRAS－成果 （J. Mather et al. 1990, ApJL, 354, 37）
• 9分钟内即测得宇宙微波背景辐射的完整的 黑体谱：
1）视界问题（因果性问题）； 2）平直性问题（几何）； 3）磁单极问题。 • 一个重要预言。
视界问题（因果性问题）
• 与t的关系： Lhor(t)≈ct－因果关系够得着的范围 R(t)t1/2－宇宙尺度因子（辐射为主情形） R(t)t2/3－宇宙尺度因子（物质为主情形） • Lhor随t的增长比R快
静态宇宙 d 2 l R 2 { d 2 /1 r (r 2 ) r 2 ( d 2 s2 id n 2 )}
宇宙膨胀曲线
• k=+1 封闭，有限
• k=0 平直，无限
• k=–1 开放，无限
哈勃年龄（1/H0）
必有诞 生时刻
• 真实年龄小于哈勃年龄
1
大爆炸宇宙学
1946：Gamow
2.7 K微波背景辐射。
微波背景辐射是什么？
• 电视机屏幕上在没有节目时呈现的雪花噪 声中就包含有微波背景辐射,无处不在！
• 微波背景辐射是宇宙38万岁时从3000度的 高温等离子体状态转化为中性气体而遗留 下来的残留余辉，现在的温度只有约2.725 度。
• 它是宇宙中最完美的黑体辐射。
微波背景辐射高度各向同性
匀气体。
宇宙膨胀的发现
• 宇宙膨胀的发现 • Hubble关系
使爱因斯坦放 弃宇宙常数
Z ( e)/e (H 0/c )D
H0 100h0 km/(s.Mpc)
h00.710.07
• Friedmann宇宙模型
Einstein d 2 R l( t) 2 { d 2 /1 r ( k 2 ) r r 2 ( d 2 s2 id n 2 )}
大爆炸宇宙学的提出
Gamow: 1946
• 根据膨胀倒退回去，必有个起始点。 • 膨胀带来宇宙的演化，从高温、高密绝热膨胀降
温、降密，经历各个演化阶段。 • 可以明确计算每时每刻宇宙物态的变化、各种物
理过程的发生以及引起的各种观测特征。 • 今天大尺度均匀，推到早期是真正的由粒子组成
的均匀气体。
Feynman 名言
3 4
4 5
10
9
4
6
背景
现代宇宙学提出的背景
• 牛顿力学框架不能用来研究宇宙学。 • 广义相对论能为现代宇宙学提供正确的研究框架。 • Einstein静态宇宙（1917）、Friedmann动态
宇宙（1922）。 • Hubble发现宇宙在膨胀（1929）。 • 观测支持“宇宙学原理”，那是以星系为“分子”的均
1 2
(1
3w
)
核合成时代
为什么？
光子数与重子数相差10个量级
• 中微子脱耦温度 TD1010 K
• 核ห้องสมุดไป่ตู้成温度 TS 109 K T T s :n p d T T s :n p d
4He丰度：
Y 2 2 n p ns
1 (p /n )s 1
(p/n)S基本上是(p/n)D1/0.224，但要作中子β衰
变等修正。与观测结果相符。
质子、中子是两个能级。
按Boltzmann分布
原初核素成分的演化
可见物质含量明确
核素丰度的确定
Burles, S. et al, astroph/9903300
2.610-10 < nB/s < 6.2 10-10
相当于 B=(1.8 ~4.3)10-31
(g/cm3)
天文宇宙学研究的三个阶段
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
60、人民的幸福是至高无个的法。— —西塞 罗
Science And Technology
宇宙学研究的三个阶段
陆埮
中国科学院 紫金山天文台
南大－紫台：粒子、核、宇宙学联合研究中心
Science And Technology
表 天体物理领域获诺贝尔物理奖的8个年度、 11个天体物理项目、15位天体物理学家
1964－65
这张图 涉及两个 诺贝尔奖
COBE－DMR－成果
(G. Smoot et al. 1992, ApJL, 396, 1)
• 在不同的方向上，果然发现有10-5大小的温度起 伏，不同的颜色代表不同的温度。
• 这是所能看到的宇宙的最早图象。好比看到了“ 上帝”的脸。
• 分辨率低。
今天
幼年