清华大学天文学导论笔记(共12页).docx

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1、精选优质文档-倾情为你奉上天文学史开普勒三定律（椭圆轨道、运行速度、轨道与周期）引力摄动：另一颗行星的引力导致某行星绕太阳的运动不符合两体假设非牛顿引力摄动：水星、金星近日点进动验证了爱因斯坦广义相对论钟慢效应：介子寿命为2.210-6s，以光速运动也仅能行进600m，而宇宙射线在大气外层产生的近光速介子却可以以到达地球表面。引力透镜：由于质量对光的吸引，若被观测的星体与观测者连线上有大质量星系（透镜星系），观测者可能观察到多个像（爱因斯坦十字、双爱因斯坦环）天体视运动天体的周日视运动：由于地球自转导致的天体视运动太阳：东升西落，与当地正午通过天子午线达到最高点，两次通过子午线间的时间为一太阳

2、日（24h）北京东经116.5度，东八区标准东经120度，北京时间正午12时时北京的太阳时为11点46分赤道参考系：把天空幻想为大球，北极指向北天极，南极指向南天极，赤道扩展为天赤道。北天极对地面的高度等于北半球该地的纬度。天赤道与天极的弧距离总是90度，与地平面相交于正东正西方向，且恰好看到一半。天球自东向西旋转，每小时旋转15度，所有星体的视运动轨迹都平行于天赤道。地平参考系：以正头顶为天顶，子午线从正南到正北穿过南天极、天顶和北天极平分天球。本地参考系中天体位置在始终改变。赤道上，一切星体都垂直于地平面升起和落下，所有星体都可见且在地平面上方12个小时周年视运动：天球坐标系上恒星的坐标固

3、定，由于地球公转导致太阳在天球上向东运动。这也导致了每天同一时间天空状况不同（因为太阳时制）太阳：太阳在天球上的位置始终自西向东移动，每年环绕天球一周，其在天球上的轨迹称为黄道。太阳绕天球一周的时间是365.24天。太阳日：24h，太阳连续两次到达子午线的时间。恒星日：23h56min，恒星连续两次到达子午线的时间。恒星日表明了地球自转的真实周期。由于太阳一直向东运动，所以恒星比太阳运动的快一点。由于我们使用太阳时，恒星每天升起、穿过子午线、下落的时间都要提前约4分钟，经过一个太阳年后回到原地。4 min/day=360 degrees365.24 days2460min360degrees

4、月球视运动：月球也在天球上向东漂移，27.323天后回到原处。月球的盈亏周期称为交合周期，为29.5天黄道与节气：黄道与天赤道夹角为23.5度，且相交于春分点和秋分点。按顺序距这两点最远的点是夏至点和冬至点。天球坐标系把地球的经纬网络透射到天球上构成了赤道坐标系，在赤道坐标系中恒星的赤道坐标固定不变赤纬(Dec, declination)：用表示，天赤道0度，北天极+90度，南天极-90度赤经(RA, right ascension)：用表示，从春分点算起，在天赤道上由西向东分为24小时。例子：Polaris: RA=2h31min, Dec=8915Sirius: RA=6h45min, D

5、ec=-1643若A星比B星的RA大1h，则通过子午线、地平线时，B比A早1h恒星时：某地某时刻的恒星时等于此时此刻与子午线重合的赤经。恒星日比太阳日短，所以恒星时比太阳时快。时角 = ， 0表明恒星在子午线以东。-66时天体可见。地轴进动：北天极在不断运动，带动天赤道移动，春分点向西移动，每20年约移动1min辐射与望远镜光源相对于观测者的运动会导致观察到的辐射频率改变，称为多普勒效应。0=vc因此，吸收光谱中一些特征谱线（如氢的Balmer线系）会发生移动望远镜的功能：1.聚光Itelescope=DtelescopeD02I02.减小衍射，提高角分辨率=1.22Dtelescope大气窗

6、口：地球大气层对可见光、小部分近红外线和部分无线电波透明，其他波段的光会被完全吸收（水蒸气阻止红外辐射210km，臭氧阻止紫外辐射2040km，原子和分子阻止高能射线）空间望远镜：可以接受更广的波段（红外观测深空），不受天气和大气扰动的影响太阳系太阳系内绝大部分质量（99.9%）集中在太阳。除太阳外太阳系绝大部分质量集中在气态巨行星（木星、土星、天王星、海王星）所有行星围绕太阳公转的方向都一致，且和太阳的自转方向一致。而且大部分行星的自转和公转同向。类地行星1.靠近太阳2.铁（镍）核心和岩石外壳3.没有或极少卫星4.体积小，质量不大而密度大5.大气稀薄水星铁质，0卫星，地面阳光亮度极大无法观察

7、，布满陨石坑，稀薄大气，主要是气态钠和氦气，表面昼夜温差极大金星距地球最近的行星，-4.4等，云层反射率极高。自转轴方向与公转方向相反，也和其他行星相反，自转轴几乎与公转平面垂直，没有四季之分。自转周期243天。气压为地球的90倍，90%二氧化碳、3%氮气、少量二氧化硫，温室效应严重，表面各处温差很小且没有昼夜温差，是太阳系最热的行星。表面被硫酸云覆盖，因此陨石坑很少地球平均比重5.5，是密度最大的行星，1卫星。最深处为铁镍的地核，内核固态外核液态，天然放射性物质维持地热。地心旋转导致了地球磁场，磁轴不通过地球中心。地磁场俘获太阳风中的带电粒子并导向两磁极，导致了极光。月球和太阳导致了潮汐月球

8、月球内部活动已经停止，有简单和复杂环形山，引力太小不能舒服大气，温度从-100摄氏度到130摄氏度，平均表面温度-42摄氏度。月球成因？火星质量仅为地球的1/10，大气压为地球的1%，大气主要为二氧化碳，平均气温极低，温差极大，气候剧烈变化，多风多沙尘暴。可能有水。没有活火山但有火山活动痕迹，有极深的峡谷。2卫星，已潮汐锁定类木行星1.体积大，质量大，密度小（比重0.71.7）2.拥有许多卫星3.岩石或者铁和信，液态4.大气层浓密，自转较快木星与赤道平行的云带，太阳系内体积和质量最大的行星，比重1.3，自转周期10小时，导致两极扁平。内部引力坍缩，引力势能转化为热能，导致木星向外辐射能量超过从

9、太阳得到的能量，但未发生核反应。主要成分为氢和氦，气压极大核心为金属相的氢，所以磁场十分强大，有持续300年的大红斑和暗淡光环，四颗伽利略卫星，61卫星土星密度最低，为0.7，与木星相似，光环和卡西尼缝。光环的内外围有一颗卫星，称为牧羊卫星，其引力作用将离群的碎片拉回光环。有3161颗卫星最著名的是土卫六Titan（最大的土星卫星，浓厚的氮气大气，甲烷湖泊，生命？）。天王星轨道周期84年，60K，主要成分为H和He，大气中的甲烷散射蓝光，大气较为平静。自转轴几乎与公转平面平行，所以季节变化极端。与土星和木星相似，有岩石核心，有光环。海王星与天王星极为相似，蓝色。大气活跃，有小黑斑矮行星谷神星（

10、火星与木星之间，所含淡水比地球多），冥王星（密度2.3，大气主要为氮，轨道偏心率极大，周期248年，自转周期6.39天，与第戎构成双行星，且互相潮汐锁定）小行星带阿登型：地球轨道以内阿莫尔型：地球轨道外侧阿波罗型：地球与火星之间特洛伊型：与木星轨道相同最大的小行星是谷神星，岩石，铁/镍，碳三种彗星是太阳系构建过正中遗留的碎片，反映了太阳系的起源。与小行星成分相同，由夹杂了岩石的水冰构成。分为开放轨道（双曲线，仅经过太阳一次）和封闭轨道（椭圆，周期）彗星可能来源于柯伊伯带或者太阳系最外侧的球壳状的奥尔特云。流星流星体一般小于10米，可能来自小行星带或者彗星残留。流星是流星体高速进入地球大气层时的

11、发光的现象。地球穿过彗星轨道时，彗星一路散落的残骸会进入地球大气层形成流星雨。流星落到地面形成陨石，陨石的年龄和太阳系相同，可能含有氨基酸，是原始生命的征兆。太阳系的起源太阳自转，行星公转、大部分行星自转均同向，且太阳的自转轴与行星轨道垂直，内行星金属含量高且致密，外行星密度小，富含氢，小行星的化学成分与行星、卫星都不同。星云假说尺度数光年的星云被超新星冲击波出发，引力克服气压坍缩，尺度减小，自转加快。自转方向上的离心力平衡引力，径向坍缩减慢，自转轴方向的坍缩不受影响，星云变得扁平，坍缩为原始恒星和吸积盘。吸积盘中尘埃互相吸引，密度涨落产生了一些100米的小天体。一些小天体在互相碰撞过程中被击

12、碎，一些吸引尘埃增长到1公里以上的星子，星子可以保持稳定并吸引更小的小天体而增长，最终生长为行星。吸积盘内部尘埃下落距离更长所以内盘更热，挥发性物质只能在外盘保留，内盘保留了难熔物。原始行星周围也形成了吸积盘，最终形成了卫星。也有一些卫星是被俘获的小行星（火星），或星子与地球碰撞的残骸。小行星和彗星是未能长大的星子系外行星恒星太亮，导致无法发现其周围的行星。但是可以在系外恒星周围发现尘埃环，因为反射光亮度随反射体直径平方增强，单位体积中反射体数目随直径立方增多，所以颗粒越小，散射的恒星光越多。观察系外行星：1. 可以通过直接成像的方法发现系外行星，2. 也可以通过观测恒星在垂直视线方向的摆动来

13、推测行星轨道。3. 还可以通过多普勒效应观测恒星在视线方向的运动测量行星轨道。4. 行星挡在恒星前的时候恒星会变暗5. 当恒星-行星系统从引力透镜后面经过后，亮度会提高系外行星与太阳系行星的区别1. 存在“热木星”：质量巨大，与恒星极为靠近2. 轨道偏心率极大系外生命：1. 超级地球：岩质，质量与地球相近（510倍）2. 存在液态水3. 大气、光谱由于生命活动而发生变化太阳太阳的直径为109倍地球直径，平均比重1.4，核心比重150，72%H(w)，26%He(w)太阳是气态恒星，表面自转速度不同，赤道自转周期25日，极点附近35日。辐射区：核反应产生光子，激发其他物质释放能量较低的光子，导致

14、辐射转移：光子数增多，能量降低。对流区：能量以对流形式传播，气体温度降低，光子被吸收的概率增加，因此辐射转移的效率下降，对流称为主要传热手段。光球层：太阳的光学表面层，非常薄，气体密度恰好可以使光线通过，又不会被更外层的原子吸收。温度5800K。从核心产生的光子需要数万年才会以几千个可见光光子的形式到达太阳表面（光球层）（random walk）一些气体在对流层吸收能量上升到光球层，释放热量变冷以后在沉降会对流区，形成米粒组织。色球层：光球层之上，亮度低，温度比光球层高，有针状体细小突起日冕：密度极低，可以延伸到太阳半径10倍以上，温度高达106 K太阳的能量来自于热核反应，5%以电子中微子的

15、形式释放，其余以电磁辐射形式释放。太阳黑子是光球层中温度较低(4200K)的区域，数目变化以11年为周期，太阳黑子成对出现且有强磁场相连，磁场阻止了对流层热气体上升至光球层，从而导致黑子温度较低。太阳黑子数目和地球气候有相关性。日珥是色球层中被太阳磁场束缚的气体爆发后产生的强劲气流耀斑是更猛烈地爆发，会释放强大的紫外线、可见光和太阳风。耀斑爆发的粒子云可达0.7c，以太阳风形式12天抵达地球。太阳风：来源于日冕，飞离太阳的的侄子和电子，速度400500km/s，约经4天抵达地球。太阳风在地球磁场作用下移向两极形成极光。日珥、耀斑、黑子和太阳磁场都相关。太阳正在变大，变亮太阳表面的小区域在进行震

16、荡。恒星被自身引力束缚，在核心发生热核反应的气态球。距离测量：相隔半年时间恒星视位置的变化称为恒星视差p（用角秒表示），三角法给出d=1/p，1角秒对应的d称为1个pc（1个秒差距）。恒星越远，视差越小。恒星视亮度：m=-2.5log10(b/b0)，选择定标值b0作为0等星亮度。距离加倍，星等约增加1.5绝对星等：恒星在10pc(32.6lightyear)处的视星等光度：L=4d2b，低光度恒星更多恒星颜色：由表面温度对应的黑体谱决定用Wien位移定律确定恒星表面温度，用Stefan-Boltzmann定律确定恒星半径peakT=2900 mKL=4R2T4恒星化学成分：恒星光谱中的吸收线

17、（主要为氢和氦）恒星光谱分类：从热到冷Oh Be A Fine Girl, Kiss Me!每型分为10个次型，最热O3，太阳G2热星中吸收线较少，冷星中有较多吸收线并由分子的吸收带更冷的L,T赫-罗图：恒星光度和表面温度的关系主序星：温度越高光度越大（赫-罗图中向左温度高，主序星位于左上到右下区域）矮星：温度高光度低体积小巨星和超巨型：温度低光度高体积大主序星是恒星的正常演化进程，巨星和矮星是恒星的死亡确定恒星在主序带上的位置就可以确定它的光度、温度和半径。恒星在主序带上的位置由其质量决定双星：目视双星（两个亮点），分光双星（吸收线有两套，进行相反的多普勒位移），食双星（暗星遮挡亮星使光度下

18、降），天体测量双星（波浪前进）星团：疏散星团（年轻，有星际气体，密度小，蓝巨星，昴星团），球状星团（年老，无星际气体，密集，大量红巨星，M80）恒星形成星际介质：地球大气1019/cm3，星际气体1/cm3，宇宙平均1/m3星际尘埃：1300nm，吸附物质长大，强烈地吸收短波辐射。银河系在光学波段有很多被消光的暗带，用近红外观测可以看到银河系全貌。远红外波段观测到的几乎都是尘埃的热辐射(100K)星际云与云际气体：50%星际气体集中在2%空间内，其他弥散在98%的云际空间。炽热云际气体被超新星爆发加热至1 million K。温暖云际气体可被星光电离为等离子体并发出特征谱线。被O、B型恒星强烈

19、紫外辐射电离的致密星际云称为HII区，这里正在产生恒星。中性氢原子的自耦磁能级分裂使其发射21cm线（11million yrs/photon），可以研究中性氢的分布。星际云较冷也较致密100K,1100atoms/cm3，主要有中性氢构成。分子云中含有有机分子，强烈吸收可见光，形成暗区，是恒星的摇篮。分子云被炽热的云际介质束缚无法扩散，质量足够大时开始坍缩，致密的地方坍缩的更快，不对称性扩大，形成小分子云核，坍缩形成原恒星和吸积盘，大部分物质流向恒星，小部分留在吸积盘上形成行星。原恒星由引力供能，体积巨大，温度低，比太阳亮但是一般为红外波段，即使辐射可见光也被分子云吸收。引力能使恒星足够热（

20、要求质量足够大）后，核聚变启动，进入主序带，由氢燃烧供能。太小的原恒星无法点燃核反应，永远由引力坍缩供能，温度亮度极低原恒星表面的负氢离子使恒星温度保持恒定，收缩过程中光度会下降越大的恒星进入主序阶段越快，而且寿命也越短。这个时间远远短于主序段时间。所以年轻恒星很少。主序星燃烧氢产生较稳定的氦，氦在主序星的核心堆积，压力变大恒星膨胀，沿主序带向上移动，亮度增加温度下降小质量恒星的演化1.亚巨星(SB)：在赫罗图上向右上方偏移，温度降至1000K2.红巨星(RGB)：压力足够让氦原子的电子简并，由负氢离子调节温度几乎不变，在赫罗图上加速上升，核心压力增大，氦核收缩，最终引燃3alpha过程，3个

21、氦核形成碳核，红巨星达到赫罗图上的顶点（氦闪）。简并氦核导热几块，几分钟内整个氦核的3alpha过程都被启动，正反馈使过程加速，同时热压使得简并解除。亮度急剧上升，持续几小时后，氦闪结束，剩余的非简并He核体积扩张，3alpha过程继续进行但是速率降低氦闪过后，恒星收缩，向赫罗图左下方移动，进入水平支(HB)，HB星有He核和H核燃烧供能，行为与主序星类似但是燃料明显少于主序星，因此稳定时间仅5000万年，便进入渐进巨星支（AGB），碳核电子简并，引力增加，壳层压力上升，恒星半径再次扩大，H-温度不变，光度上升加快，经过类似RGB的过程，到达顶点后引力不足以维持外层，最后只留下裸露高温C核，没

22、有能量来源，在赫罗图上竖直急剧下降，核心收缩直至电子完全简并，与引力平衡，形成热而小的碳白矮星。外层气体逃逸中被高温C核加热电离而发光，形成行星状星云，指示中心有一颗白矮星。白矮星最终辐射降温，沿等半径线在赫罗图上向下移动，成为黑矮星。白矮星的质量越大，半径越小！双星系统如果质量差距较大，演化有时间差，大质量恒星形成白矮星后会把一部分质量流入小质量恒星加速其演化，小质量恒星膨胀中物质又会回到白矮星，导致超新星爆发。这个过程可以在一对双星间反复出现Ia型超新星：可能比其所在星系还亮，是吸积白矮星的热核爆炸导致的，产生了大量铁大质量恒星演化明显比小质量恒星快、亮。内部温度足以引发CNO循环12C+

23、1H 13N+, 13N13C+e+, 13C+1H14N+ 14N+1H15O+ , 15O15N+e+, 15N+1H4He+12C总反应：12C催化氢燃烧12C + 4 1H + 2e- 12C + 4He + 2 +7大质量恒星核心区对流良好，化学成分均匀分布（小质量恒星核心区中心处氦丰度高于外层）H烧光以后，大质量恒星的温度已经可以引发He燃烧，因此He不会简并，没有氦闪现象，由H燃烧到He燃烧的转化相当平稳，光度也没有明显变化，但开始膨胀，表面温度也下降，在赫罗图上水平向右运动核心的He燃烧完以后，温度会超过8亿度，引发碳燃烧，生成钠氖镁等重元素（壳层仍有氢氦燃烧）核心碳燃尽，引发

24、Ne燃烧（壳层有C、He、H燃烧）这样燃烧序列H-He-C-Ne-O-，像洋葱一样，核心区供能元素逐渐更迭，壳层里面由核心区已燃尽的燃料燃烧，并由压力推动抛出星风，直到燃烧序列到达不能发生热核聚变的Fe越重的元素燃烧效率越低，因此需要更快的燃烧速度才能平衡引力。而且重元素燃烧的能量会以中微子冷却方式快速向外传输导致恒星向内收缩，这也导致核心燃烧速率增大，持续时间降低。但是由于大量能量被中微子冷却带走，恒星光度增加不大。最终稳定的Fe核心会坍缩，电子简并，温度进一步上升，仅需1s时间Fe核的坍缩速率会提高到c/4，直到强相互作用阻止进一步坍缩，坍缩的骤然停止形成强大的反射激波，迅速达到壳层，形成

25、II型超新星爆炸，合成比铁更重的元素，核心成为中子星或黑洞（核坍缩型超新星）星风引起高质量损失率：Ib/Ic型超新星超新星与元素合成、中子星和黑洞光度达到1071010太阳光度，能量99%由中微子带走，1%动能，0.01%可见光。I型：光谱无H线，II型超新星光谱有H线Ia型光变曲线很相似，可以做烛光。II型彼此相差很大超新星抛出的大量物质与星际物质和磁场相互作用，并被超新星加热，会产生气体星云宇宙大爆炸产生了H、He和极少量Li、Be、B，绝对没有产生C、O。比Fe轻的元素可以由恒星合成，质量越大的恒星可以合成越重的元素，合成的元素最终通过超新星爆发喷射到星际空间。比铁中的元素可以通过中子俘

26、获反应合成，也可以通过衰变合成26Al只可能由超新星爆发合成，半衰期仅有100万年。太阳系很可能沐浴在近期一次超新星爆发的喷射物中，可能曾影响地球生命。电子速度极高时会和质子结合产生中子和电子中微子，降低静电斥力和简并压，加速核心坍缩，密度足够大时形成简并态中子星，半径10km，密度10亿倍白矮星，温度极高中子星质量越大，半径越小，有质量上限(Oppenheimer limit)约3个太阳质量中子星有几厘米厚的大气，0.3km固态Fe外壳，0.6km原子核和游离中子、电子内壳，内部为超流中子和超导质子，核心密度极大，状态未知（夸克？）中子星磁场极强，自转时会沿磁轴发射电磁波，扫过地球时观察到脉

27、冲，周期仅几秒，自转会逐渐变慢，每天10-8s，获诺奖双中子星系统轨道周期会逐渐减慢，这是因为加速运动中发出的引力波带走了能量和角动量，验证了广义相对论，获诺奖超过Oppenheimer limit的中子星会继续收缩为黑洞，黑洞的视界将时空分为两部分，视界外的物质和能量可以进入视界内，但是不能反过来。不转动的中性黑洞称为史瓦西黑洞转动的黑洞称为Kerr黑洞，有内外两个视界，两视界之间的物质由于黑洞自转可以逃离黑洞黑洞仅有质量、角动量和电荷三个属性，没有任何复杂性质如果真空涨落产生了一对正反粒子，反粒子被黑洞吸收而正粒子逃逸，黑洞的能量会减小，相当于释放出辐射，释放率反比于质量平方，寿命正比于质

28、量立方X射线双星：致密性和恒星构成双星系统，致密性吸积伴星物质时吸积盘升温会释放X射线银河系可见光波段有星尘导致的暗区。中性氢21cm波段聚集在非常薄的一层中。近红外可以看到恒星星光，和红巨星构成的银河系核球。远红外波段可以看到星尘辐射。X射线波段可以看到双星和超新星遗迹。射线波段可以看到脉冲星和超大质量黑洞星族I: 银盘和旋臂中，银道面内低速运动，年轻，富金属，1亿年星族II: 贫金属，位于银晕和核球中，倾斜椭圆轨道高速运动，100亿年较差转动：太阳附近距银心越远转动角速度越慢银河系外围（银晕、银冕中）有大量暗物质，银晕中有大量老年星团暗物质小部分是不发光的物质，大部分是未知亚原子粒子通过测

29、量21cm谱的doppler位移确定速度银心处恒星十分密集，强射电源，光学波段被星尘阻挡而黯淡，有几百万个太阳质量的超大质量黑洞，有几万光年跨度的巨大喷射泡，可能是相当于100个太阳质量的物质坠入中心黑洞产生的喷射河外星系梅西耶星表（仙女座大星系M31）新总表NGC(NGC224)哈勃分类法：椭圆星系、透镜状星系、旋涡星系、棒旋星系、不规则星系椭圆星系：按椭率分为E0至E7八个次型主要有星族II恒星构成，没有星系盘，颜色偏红，无规则椭圆轨道运动，大小相差悬殊旋涡星系：S中心是椭球状核球，外面是扁平星系盘，有星系晕，星系盘颜色偏蓝，有尘埃，是恒星形成的位置。核球和星系晕颜色偏红，是II族恒星组成

30、Sa：核球大，旋臂缠绕最紧Sc：核球小，旋臂缠卷松棒旋星系：SB中心有棒状结构，旋臂源于棒的两端，符号SBSBa：棒大，旋臂缠卷紧SBc：棒小，旋臂缠卷松（银河系可能是SBb或SBc）透镜状星系：有棒SB0，无棒S0和椭圆星系相比，有星系盘。和旋涡星系相比，没有旋臂不规则星系：Irr没有旋臂和核区，富含星际气体、尘埃和年轻恒星星系距离的测量：以一些特殊光源可以根据某些其他参数估计光度标准烛光源：1. 主序星通过其光谱型推测光度，但太远的而且可以看到天体肯定不是主序星2. 造父变形的光变周期和其光度成正比3. Ia型超新星，由于白矮星有极限质量，Ia型超新星的光度即本相同，而且其（时间上的）最大

31、光度越大，则其变暗越慢4. 星系速度弥散越大，多普勒谱线越宽，质量越大，光度越高（旋涡星系Tully-Fisher,椭圆星系Faber-Jackson）5. 红移法（哈勃定律）距离阶梯地球1光时100角秒10000角秒150万角秒2000万角秒1000亿角秒激光测距三角法主序星造父变星星系速度弥散Ia超新星更远的距离使用哈勃定律宇宙大尺度结构星系会聚集成星系团和星系群本星系群：大小麦哲伦云，在南半球可以看见，含大量年轻恒星和中性H但尘埃含量极少。围绕银河系运动，身后留下中性氢云仙女座大星系：比银河系大，有7个椭圆伴星系旋涡星系M33：比银河系小，是本星系群第三大星系，Sc型旋涡星系，有大量星族

32、I恒星星系团比星系群大不规则星系团：形态松散，主要由旋涡星系组成室女座星系团：距离最近，2500个成员，旋涡星系68%，椭圆星系19%规则星系团：结构致密，球对称分布，主要由椭圆星系和透镜状星系组成后发座星系团：6700个成员，椭圆星系位于中心，旋涡星系分布在外围富星系团：星系密度大，是强X射线源超星系团：1016太阳质量，引力较弱结构松散，是尺度最大的宇宙结构，具有细长的纤维状结构宇宙在大尺度上具有类似海绵的纤维结构，大部分物质在占空间体积1%2%的纤维上存在星系的碰撞会导致星系形态变化、星系合并和吞噬（形成巨椭圆星系），对恒星基本没影响由星系合并形成的超巨椭圆星系在富星系团区旋涡星系很少，

33、晕非常延展，中心区有多个核，通常位于星系团的中心仙女座大星系正在靠近银河系测定星系（团）引力质量：1.自转曲线（漩涡星系）通过谱线位移计算出自转速度，得到质量分布曲线2.无规运动（椭圆星系，星系团）通过无规则运动的平均速度随位置的分布关系得到星系团的质量分布3.星系际热气体X射线辐射（星系团）原子热运动速度可以通过X射线的光谱得到，从而计算出星系逃逸速度，得到其质量4.引力透镜效应（星系团）星系的质量-光度比体现了暗物质与可见物质之比活动星系核部分星系的中心核活动性很强，称为AGN，分四类：射电星系，赛弗特星系，类星体，蝎虎座BL Lac天体1.高光度：X射线光度和射电光度都极高，光学光度也稍

34、高2.快速光变：光变周期几天3.非热连续辐射，具有高偏振，辐射谱复杂：相对论电子在磁场中做圆轨道运动的光谱4.射电波段喷流，形态不规则5.中心高能辐射使得周围气体电离，发出金属的发射线6.寄主星系暗淡射电星系：分致密性和延展性，本质相同，可能是观测者角度不同，射电光度远大于正常星系，辐射非热，寄主往往是星系团中光度最高、质量最大的椭圆星系：天鹅A，M87，半人马A，NGC1265赛弗特星系：旋涡星系，光谱有强而宽的氢核重元素发射线（I型有宽H线和窄金属线，II型只有窄线），强X射线，弱射电，快速（分钟）光变周期，以热辐射为主类星体：辐射功率最大，最遥远，最年轻，有X射线喷流蝎虎天体：变化最激烈

35、，在相同距离处，蝎虎天体被类星体亮10100被，非热连续谱主导，发射线极弱或完全观测不到，主要在gamma波段辐射，同时在全波谱上都有高偏振的强烈辐射，寄主与椭圆星系。在TeV波段绝大部分河外源都是蝎虎天体，大幅度短时标光变表明有致密核，是相对论喷流方向正对着地球的活动星系核能源：在小于太阳系的区域内辐射千亿倍太阳光度，能源来自超大质量黑洞（几亿太阳质量）的吸积，能量转化率远高于热核反应爱丁顿光度：不存在质量超过100个太阳质量的恒星，由此可以得到吸积黑洞的质量吸积中沿黑洞自转轴方向形成相对论喷流，辐射包括吸积盘热辐射，喷流电子加速辐射等喷流由相对论电子构成，机制不明，AGN类型和喷流-视线夹

36、角有关，喷流视超光速，是纯几何效应导致的AGN外围有宽发射线区（电离气体高速运动）、尘埃环、窄发射线区（电离气体低速运动）通过活动星系核附近气体的动力学特征可以确认超大质量黑洞的存在宇宙学宇宙在大尺度上均匀，小尺度上星系趋于成团分布，各向同性，膨胀，起源于大爆炸，膨胀以无量纲尺寸因子R量度，过去R1/H0，减速，年龄小于1/H0，目前1/H0=137一年加入暗能量后，如果宇宙密度大于1，空间呈球面，=1平直，1双曲面，我们的宇宙几乎平直目前宇宙密度接近1，说明宇宙早期宇宙密度必须极其精确地为1，说明宇宙在暴涨时磨平了弯曲性，宇宙大小小于视界时宇宙等温，所以暴涨后宇宙仍然等温大尺度上，宇宙中的物

37、质和辐射均匀混合。目前宇宙的物质密度比辐射密度大4个数量级，宇宙是物质主导的。随着宇宙膨胀，物质密度立方反比下降，辐射密度四次方反比下降，所以宇宙年龄几千岁之前辐射占主导。温度极高是光子的碰撞会产生正负离子对（1013K产生正反质子，109产生正反电子），正负粒子的微小不对称性导致反粒子全部湮灭之后仍有极少数正粒子构成了物质世界当宇宙小于普朗克时间时，TOE时代。103228K时，GUT时代。强弱分离，1015K，开始形成重子。1013K后重子生成结束。109K以下，电子生成结束，进入核时代，质子中子形成原子核（温度过高时原子核会被光子轰击瓦解）。大爆炸理论成功预言了氘的丰度。温度下降到几千K

38、时，电子与原子核形成了原子，物质开始占据主导地位，同时由于电子被原子束缚，宇宙开始变得对电磁波透明，辐射与物质脱耦，残余的辐射形成了宇宙微波背景温度到100K时，开始形成宇宙的大尺度结构，生成了类星体和第一代大质量恒星，星狂产生。温度在10K时，行星和生命出现重子物质曾经与光子耦合，脱耦后宇宙背景辐射的涨落应该体现了重子物质的涨落，但CMB相当均匀，无法解释星系这样的大规模涨落的存在。所以宇宙的大尺度结构应该是由不与光子耦合的暗物质的涨落带来的引力不均匀导致的。暗物质可能是热暗物质（HDM），粒子质量小速度快，也可能是冷暗物质（CDM），速度慢。冷暗物质占主导。暗物质的不均匀导致其聚集成团，吸引重子物质形成星系和星系团。未来远星系退行出视界，我们将无法观测宇宙早期天体状况。宇宙微波会降温而且被四次方反比稀释到不可观测。恒星核反应将使轻元素丰度偏离大爆炸预言，宇宙学的研究将变得困难专心-专注-专业