天体物理学ppt课件.ppt

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1、第一讲第一讲 引言引言 1. 天文学的研究对象及意义天文学基础引言天文学意义2天文学基础引言天文学意义3天文学的研究对象 天体或天体系统 地球大气以外宇宙空间的各类天体地球 太阳太阳系行星 （九大行星，小行星）恒星 （太阳就是其中之一）星系宇宙宇宙中的天体天文学基础引言天文学意义4天文学的研究对象 太阳 太阳系的起源 太阳系行星系统 地球的起源 人类的起源 。(1) 我们的近邻：太阳系天文学基础引言天文学意义5天文学的研究对象 宇宙中各类天体及其系统 天体的空间位置, 空间分布, 空间运 天体的形态, 结构, 物理状况, 化学组 天体间相互关系 天体的起源与演化(2) 宇宙深处宇宙有多大？宇宙

2、有多大？宇宙中有什么？宇宙中有什么？宇宙是怎么来的？宇宙是怎么来的？宇宙的未来是什么？宇宙的未来是什么？ 人类是如何认识宇宙的？人类是如何认识宇宙的？天文学基础引言天文学意义6两个问题: 1 天文学与气象学 ? 2 天文学研究的意义 ? 天文学基础引言天文学意义7问题一: 天文与气象的关系气象: 地球大气范围内的现象 风云雨雪, 电闪雷鸣, 冷热变化 等等天文: 地球以外天体的一切现象 地球本身也是一个天体 有关联 地球大气影响天文观测 天气决定观测的成败 (地面光学, 红外) 大气扰动影响成象质量 大气折射影响观测精度 等等 其他现象天文学基础引言天文学意义8地球自转与厄尔尼诺现象有关南美洲

3、南美洲亚洲亚洲西太平洋西太平洋东太平洋东太平洋Back 天文学基础引言天文学意义9星象抖动，地面天文学基础引言天文学意义10星象抖动，高山上Back 天文学基础引言天文学意义11天文与气象地球绕太阳公转黄道与赤道存在23.5交角 气候的四季变化春，夏，秋，冬 天文学基础引言天文学意义12天文与气象月球对地球的引力作用 海水每天的 潮起潮落Back 天文学基础引言天文学意义13问题二: 天文学研究的意义 ?天文学是一门古老的学科,是一门观测的科学, 在历史上它与人类的生产活动和日常生活密切相关, 例如:季节的变化, 潮水涨落, 野外方向的确定等等中华文明为什么能在5000年的历史长河上不断繁荣发

4、展, 中国古代天文学的高度发达有重要的作用 ! 李政道, 2001, 北京天文学基础引言天文学意义141. 天文学对基础学科的作用数学：天体位置的确定，观测数据的处理都需要数学。 推动数学发展的动力 物理：经典力学体系，万有引力定律的发现 研究太阳系内天体的运动的需要海王星的发现 证实了万有引力定律 广义相对论的科学验证：天文学家极端条件下的物理规律：天体环境各种天体的起源和演化 天体物理学 (Astrophysics) 主流学科化学：He元素是天文学家在太阳光谱上首先发现的。 研究宇宙中气体和尘埃的相互作用，形成机制。 天体化学 (Astrochemistry) 新兴学科天文学基础引言天文学

5、意义15宇宙中各类元素的起源天体化学天文学基础引言天文学意义161. 天文学对基础学科的作用生物： 天文学家通过研究不同天体环境中的生物分子，了解构成生命的组件的起源、这些生物分子如何构成生命、生命怎样与其诞生的环境互相影响，以及最终探究生命能否及怎样扩展到其母行星之外。 地外文明 天文生物学 (Astrobiology) 新兴学科地外生物学 (Exobiology)天文学基础引言天文学意义172. 天文学对技术科学的推动作用 天文望远镜 ：光学，机械，控制 天文探测器 ： CCD (电荷耦合器件)，军事，航空，遥感，日常生活 天文干涉技术：射电，光学 提高分辨本领 空间望远镜 ：航空航天技术

6、 等等天文学基础引言天文学意义18目前世界上最大的单个地面光学望远镜Keck望远镜 ：口径 10 米Back 天文学基础引言天文学意义19甚长基线射电干涉仪Very Long Baseline Interferometer -VLBI台站分布上海乌鲁木齐天文学基础引言天文学意义20VSOP (日本1997)空间射电望远镜口径 8 米天文学基础引言天文学意义21欧洲南方天文台VLT 4 个 8 米 光学望远镜组成光干涉仪，口径可达 100米，光学波段，2012年Back 天文学基础引言天文学意义22哈勃空间望远镜(1990发射上天)光学望远镜口径 2.4 m天文学基础引言天文学意义23红外空间望

7、远镜SIRTF(2003年8月25日发射上天)红外望远镜口径 85cm天文学基础引言天文学意义24下一代空间望远镜（NGST, 2012）口径 8m天文学基础引言天文学意义253. 天文学对哲学哲学的意义人类如何认识宇宙人类如何认识宇宙托勒玫和地心说哥白尼和日心说大爆炸宇宙学理论宇宙的起源，太阳系的起源，人类的起源 天文学基础引言天文学意义264. 天文学对工农业生产工农业生产的作用计量时间 时间标准, 用于尖端科学星表,年历的编制 农业生产, 航海, 航空, 航天太阳活动 飞船, 卫星, 通信精密定轨, 测距 卫星轨道天文高灵敏度探测器 遥感, 军事 。天文学基础引言天文学意义27天文学的分

8、支天文学的分支(1) 天体测量学 天体的位置及其变化(2) 天体力学 太阳系天体的运动规律(3) 天体物理学 天体本质研究：起源和演化天文学基础引言天文学意义28(1). 天体测量学天体测量学: : 天体的位置及其变化天体的位置及其变化1.球面天文学球面天文学 : 天文学基础理论天文学基础理论球面三角等数学方法来研究天体的视位置球面三角等数学方法来研究天体的视位置用各种天球坐标系来表示天体位置用各种天球坐标系来表示天体位置2.实用天文学实用天文学:时间计量时间计量, 地极移动地极移动, 天文大地测量天文大地测量, 天文导航天文导航3.方位天文学方位天文学研究和测定天体的位置及运动研究和测定天体

9、的位置及运动天体参考系的建立天体参考系的建立天文学基础引言天文学意义291. 天体测量学天体测量学: 天体的位置及其变化天体的位置及其变化 (cont.)4. 天文地球动力学天文地球动力学天体测量和地球科学的交叉天体测量和地球科学的交叉用天文手段研究地球的运动状态和力学机制用天文手段研究地球的运动状态和力学机制地球内部结构，地幔物质运动，地壳相互作用地球内部结构，地幔物质运动，地壳相互作用海平面，大气圈物质的运动海平面，大气圈物质的运动地磁的结构变化地磁的结构变化自转变化，极移自转变化，极移板块运动板块运动 等等等等天文学基础引言天文学意义30(2). 天体力学天体力学: 太阳系天体的运动规律

10、太阳系天体的运动规律1.摄动理论：研究多体问题摄动理论：研究多体问题三体问题三体问题轨道要素的分析解轨道要素的分析解2.定性理论：天体运动轨道应当具有的性质定性理论：天体运动轨道应当具有的性质轨道的稳定性，可能性轨道的稳定性，可能性天体间的碰撞和俘获问题天体间的碰撞和俘获问题3.数值方法：运动方程的数值解数值方法：运动方程的数值解4.历书天文学：历书天文学：编制星表，天文年历，行星，小行星历表编制星表，天文年历，行星，小行星历表特异天象：日月食，彗星，掩星特异天象：日月食，彗星，掩星天文常数系统天文常数系统天文学基础引言天文学意义31(2). 天体力学天体力学: 太阳系天体的运动规律太阳系天体

11、的运动规律(cont.)5. 天体形状和自转理论：天体形状和自转理论： 研究天体在自转状态下的性质：研究天体在自转状态下的性质：平衡，稳定性，自转变化，引力场等平衡，稳定性，自转变化，引力场等6. 天文动力学：天文动力学： 行星际飞行中的动力学问题行星际飞行中的动力学问题如：人造天体的轨道设计，轨道变化如：人造天体的轨道设计，轨道变化 研究对象：研究对象：人造地球卫星，月球火箭，空间探测器等人造地球卫星，月球火箭，空间探测器等天文学基础引言天文学意义32(3). 天体物理学天体物理学 :天体本质研究 形态，内部结构，物理状态，化学组成，相互关形态，内部结构，物理状态，化学组成，相互关系系, 起

12、源，演化和死亡起源，演化和死亡 实测天体物理实测天体物理 天体的观测方法，观测结果天体的观测方法，观测结果 理论天体物理理论天体物理 观测现象的解释观测现象的解释天文学基础引言天文学意义33(3).天体物理学天体物理学: 天体本质研究1.太阳物理：太阳的本质，能源问题2.太阳系物理学 (行星物理)：太阳系其他小天体的性质太阳系的起源3.恒星物理：研究恒星的结构，演化和死亡4.恒星天文学 (银河系天文学)：银河系恒星，恒星集团的分布和运动星云，星际介质的物理性质，分布和运动银河系的整体结构天文学基础引言天文学意义34(3) 天体物理学天体物理学: 天体物理本质研究(cont.)5. 星系天文学

13、(河外天文学)：银河系之外星系的形态，运动，结构，起源，演化星系的相互作用宇宙学的重要基础之一6. 高能天体物理学：天体的高能现象类星体，活动星系核 ( 吸积过程 )超新星爆发，脉冲星X射线源，射线源， 暴7. 等离子体天体物理用等离子体物理的方法研究天文现象天文学基础引言天文学意义35(3) 天体物理学天体物理学: 天体物理本质研究(cont.)8. 相对论天体物理：引力理论为基础宇宙大尺度结构致密天体，如中子星，白矮星，黑洞等引力波，引力透镜9. 宇宙学：宇宙的整体研究；观测和理论大爆炸理论宇宙大尺度结构的形成和演化10. 天体演化学：太阳系，恒星，星系，宇宙动力学演化，化学演化化学元素的

14、起源，宇宙中的分布，变化规律天文学基础引言天文学意义36天体物理学天体物理学: 天体物理本质研究从观测方法上分： 光学天文学 : 地面，空间红外天文学 ：地面，空间射电天文学 ：地面，空间空间天文学 ：X 射线和 射线 (高能粒子)X 射线天文学射线天文学 ： 2002年 Nobel 物理学奖 天文学基础引言天文学意义37与与天体物理天体物理有关的诺贝尔物理学奖有关的诺贝尔物理学奖 9 项项1907年A.A.迈克尔逊（美国人）发明了光学干涉仪并且借助 这些仪器进行光谱学和度量学的研究 1917年V.F.赫斯（奥地利人） 发现宇宙射线1948年P.M.S.布莱克特（英国人） 改进了威尔逊云雾 室

15、方法，核物理领域和宇宙射线方面的一系列发现1967年H.A.贝蒂（美国人） 发现了星球中的能源1974年M.赖尔、A.赫威斯（英国人） 从事射电天文学方面的开拓性研究1978年 A.A.彭齐亚斯、R.W.威尔逊（美国人） 发现宇宙微波背景辐射天文学基础引言天文学意义38与与天体物理天体物理有关的诺贝尔物理学奖有关的诺贝尔物理学奖 9 项项1983年S.昌德拉塞卡、W.A.福勒（美国人） 恒星演化的物理过程的研究 1993年R.A.赫尔斯、J.H.泰勒（美国人） 发现脉冲双星, 为有关引力的研究提供了新的机会 2002年 R. 戴维 斯(美国)、小柴昌俊(日本), C.贾科尼(美国) 中微子天文

16、学, X 射线天文学天文学基础引言天文学意义392002年年诺贝尔物理学奖诺贝尔物理学奖 人类观测宇宙的两个新人类观测宇宙的两个新“窗窗口口”: Raymond Davis 、 Masatoshi Koshiba “探测宇宙中微子探测宇宙中微子” 中微子天文学中微子天文学的诞生；的诞生； Riccardo Giacconi: “发现宇宙发现宇宙X射线源射线源” X射线天文学射线天文学的诞生。的诞生。天文学基础引言天文学意义40天文学宇宙学河外星系银河系恒星太阳系太阳天体演化学天文学史天体测量学天体力学天体物理学光学天文红外天文射电天文空间天文观测手段分类研究方法分类数学和物理科学物理学和技术科学化学和生物科学