优秀资料（2021-2022年收藏）天体物理导论复习提纲解答.docx

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1、天体物理导论复习提纲解答一、几个问题：1. 恒星内部氢燃烧的两种方式是什么？质子质子链（(proton-proton chain，简称pp链）以及碳氮氧循环 (CNO cycle)2. 太阳的主要元素有哪些？太阳内部氢燃烧的主要方式是什么？最多的是H元素（按数目计占90.8%），其次是He（占9.1%），其余重元素加起来仅为0.1%（其中有c，s，o，n等）对太阳来说，由于质量比较小（小于1.1Msun）所以主要的燃烧方式为pp链（即质子质子链）。当一个恒星的质量大于1.1倍Msun时，占主导的燃烧方式就变为CNO循环。3. 恒星能源主要是什么？恒星的能源主要来自于热核聚变反应。4. 恒星演化

2、的结局大致有哪几种？太阳演化的最终归宿是什么？根据初始质量的不同，大致有：白矮星，中子星，黑洞三种类型的结局，太阳由于初始质量较小，结局最有可能是变成白矮星。5. 主要的辐射机制有哪些？主要物理过程？辐射机制：热辐射，偶极辐射，compton散射及逆compton散射，同步辐射及回旋辐射，轫致辐射，切伦科夫辐射。6.大气电磁辐射窗口有哪些？由大气的透射率分布曲线：其中，吸收率较低的波段即为大气观测窗口，在射电波段，主要为波长1mm10m；在光学波段，主要为可见光波段及近红外的一小部分（300nm900nm）；在红外波段，没有连续的较宽的一个范围，是由一系列窄波段构成的。7.脉冲星是谁发现的？是

3、一名英国的女天文学家，Jocelyn Bell Burnell于1968年发现的。8. Zwicky 是如何首次将大质量恒星，中子星，超新星，和宇宙射线起源这四个不同的概念联系起来？ 大质量在生命快结束时，热压无法抵挡引力的时候，就会急剧塌缩直到由简并压来抵抗，然而简并核物质的燃烧并不稳定，极有可能导致爆炸（即超新星爆发），外层物质被抛射出去，会形成超新星遗迹，中心就剩下一个完全由中子组成的致密星体（中子星）9.为何要建造空间望远镜？空间望远镜不受大气吸收的影响，可以观测到在地面上观测不到的辐射（如X射线，紫外，红外，亚毫米波等），其次不受大气扰动的影响，若镜面的设计和加工趋于完美，则望远镜的

4、分辨率可以达到光学衍射极限。另外在空间环境中，没有大气散射光的影响，可以进行更长时间的曝光，得到更暗弱的天体的光度、光谱信息。10.活动星系的能源？现在普遍认为，是来源于星系中央的高速自转的超大质量黑洞，黑洞以其巨大的引力吸引着四周的物质盘旋着向它掉落，在周围形成一个吸积盘。盘内的气体被压缩并加热，会形成强烈的辐射场，导致高能等离子体喷流从核心以接近光速向垂直于盘的两极喷射出来。11.黑洞的基本性质？任何物质都无法逃离出它的视界，存在无限红移面。12.宇宙学原理主要包括哪些？即：宇宙在大尺度范围内是均匀而各项同性的。13.赫罗图？ 简称H-R图，以恒星的温度（或光谱类型）为横坐标，以光度为纵坐

5、标，反应各恒星温度与光度关系的图。其中横坐标（温度）是左边大右边小（与正常的坐标图相反），大多数恒星都集中在一条对角线附近，称为主序带，靠近右上角的为红巨星，左下角的为白矮星。H-R图几乎是天文学当中最为重要的一张图，没有之一，恒星的各种演化过程都可以在H-R图上形象的表示出来。如，主序阶段以后的演化过程，在H-R图上的反映为：二. 名词解释：恒星：以热核反应为主要能量来源的自发光星体超新星：大质量恒星在结束其核燃烧阶段时，由于简并不稳定性而产生的一种在极短时间内抛射出惊人的物质和能量的爆发现象。光球层：太阳的可见光的产生区，介于对流层与色球层之间。等离子体：由部分电子被剥夺后的原子及原子团被

6、电离后产生的正负离子组成的离子化气体状物质。行星状星云：恒星在死亡时，抛射出来的气体和尘埃形成的环状的星云。伽玛暴：来源于宇宙中的伽马射线爆发，在极短的时间内可探测到非常多的伽马光子热辐射：由于物体具有温度而产生的电磁辐射。黑体辐射：谱吸收系数为1的物体发射的热辐射称为黑体辐射。彭罗斯机制：某能量为Eo的粒子飞向黑洞，至能层某处分裂为两块，一块走负能轨道，另一块走正能轨道，走正能轨道的部分可以飞出静界，而根据能量守恒，后来获得的正能必大于初始能量，这个能量来源于黑洞的转动能，而这种提取黑洞自转能的机制称为Penrose机制。法拉第旋转：即偏振光在通过平行于光传播方向的磁场时，偏振方向发生旋转的

7、现象。塞曼分裂：处于一定强度的磁场中的原子，由于磁矩空间取向量子化的影响，能级简并被破坏，使得原来的一条谱线分裂为多条谱线的现象。引力透镜：由于广义相对论效应，光线经过大质量天体附近时发生偏折，而导致的类似凸透镜的聚光效应。黑洞视界：半径等于史瓦西半径的一个球面，位于其中的任何物质和信号都无法透过这个面传递出来。引力红移：由于广义相对论效应，致使强引力场中天体发射的电磁波波长变长的现象。无线红移面：从该处发射出的任何波长的光，都将红移至无穷大的面。（注：在史瓦西黑洞中，视界与无限红移面是同一个面，都为R=Rs；而在克尔黑洞中，无限红移面与视界并不重合，无限红移面要比视界包含的区域更大一些。）H

8、ubble定律：所有的天体都在远离我们而去，宇宙正处在膨胀的过程中，且星系的退行速度与星系的距离成正比即Vr=H0rH原子21cm谱线：H原子由电子自旋磁矩与核磁矩平行时的状态跃迁到这两个磁矩反平行时的状态时，所辐射出来的微波光子，只能产生于密度极低的星际空间。活动星系核：某些中心区活动非常剧烈的星系的星系核，常伴有比正常星系更高能的粒子喷流以及高能光子产生。宇宙线：来自宇宙中的，具有巨大能量的高能带电粒子流。三. 一些基本的问题：1.常用的电磁辐射机制有哪些？物理过程？见前文，一（5），以及ppt2a_Telescope_Radiation里后面几页。2.探测宇宙中磁场的手段和物理原理 测量

9、星光的偏振，光通过有磁场的星际介质时会产生部分偏振，通过测量背景星光的偏振，可以探测途径星际介质中的磁场。塞曼分裂效应，原子在磁场中由于简并破坏而发生能级分裂现象，据此也可探测磁场。远红外，毫米射电波的极化效应通过测量同步辐射的辐射功率也可以得出产生区域的磁场强度。法拉第磁致旋光效应，光在通过存在平行于光传播方向的磁场的星际介质时，偏振方向会发生旋转，而根据偏转量以及距离等信息，可以推知星际介质的磁场强度。3. 请画出大质量恒星演化晚期的洋葱结构4. 宇宙学原理是什么？即：宇宙在大尺度范围内是均匀而各项同性的。5. 恒星中心合成铁族元素后，若再进一步核聚变需要吸热，则必将破坏恒星的引力平衡，因

10、此以核燃烧方式稳定地合成比铁重核素是不可能的。比铁重元素的核合成机制有哪些？有中子俘获过程，以及质子俘获过程（rp过程），前者多发生与较小质量恒星晚期的白矮星阶段，后者多发生于大质量恒星的超新星爆发过程中。6.脉冲星如何产生脉冲信号？脉冲星的两极处会有很强的电磁波束发射出来，并且脉冲星自身在旋转，当这个电磁波束扫过地球时便可以接受到一个电磁脉冲，如此往复。7.奥伯斯佯谬是什么及现代解释？奥伯斯佯谬即：如果宇宙是静态且无限的，那么为什么会有黑夜存在？即无穷多个恒星发出的光累积起来，得到的光强应该是无穷的。即使太阳落下也应该亮如白昼，但事实是有黑夜存在。现代解释：1.恒星的分布并不均匀。2.远处恒

11、星发出的光会被星际介质所吸收。3.宇宙并不是无限的。4.宇宙正在膨胀，远处的光子有极强的红移，并不能被我们看到。5.恒星的寿命是有限的，很远的恒星在有生之年发出的光一部分早已过去，一部分还未到达。8. 为什么提出暗物质？暗物质存在的可能证据？暗物质可能的本质？目前的主要探测方法？因观测到大质量星系中，边际恒星的运动速率随距离的分布，与得见的物质所产生分布不一致，必须要假定在星系中存在一种有质量但看不见的物质，引入它所产生的引力，才能和观测符合。除了上述观测证据外，还观测到部分星系团的引力透镜效应超过了看得见的物质所应该产生的。可能的本质：不放射也不吸收任何电磁波，只通过引力与其他物质发生相互作用。探测方法：间接探测：动力学法，引力透镜法。直接探测：通过探测WIMps与正常物质发生作用时产生的电子对，光子等。