现代天文讲幻灯片.ppt

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1、现代天文讲第1页，共57页，编辑于2022年，星期一 本课程以获诺贝尔物理学奖天文项目为重点讲授现代天文学的最新成就、学科的发展和有关的天文知识。并介绍获奖者的研究方法、研究态度、思维方法和取得成功的经验。第2页，共57页，编辑于2022年，星期一第一章、天文学的发展和诺贝尔 物理学奖 1，天文学的发展 2，天文学的观测手段 3，天文学的研究对象 4，天文学与物理学的相互促进 5，天文学成就与诺贝尔物理学奖 6，诺贝尔奖离我们有多远？第3页，共57页，编辑于2022年，星期一 1,天文学的发展 天文学历史悠久 近代天文学发展迅速 发展余地很大 新成果还会不断出现 老结论可能被修改和推翻第4页，

2、共57页，编辑于2022年，星期一 三大学科：天体测量学：测量天体的位置和距离 天体力学：研究天体之间的关系 天体物理：研究天体的形态、物理 状态、结构、化学组成；天体的产生和演化 天体物理学是主流第5页，共57页，编辑于2022年，星期一 2，天文学的观测手段 三大观测波段：光学天文 射电天文 高能天文（X射线、射线）其它：紫外，红外、宇宙线、引力波中微子等第6页，共57页，编辑于2022年，星期一 3，天文学的研究对象 行星层次：地球、其它八大行星，小行星、彗星、陨星 恒星层次：太阳及其它恒星 星系层次：银河系、河外星系、类星体、星系群、星系团宇宙整体第7页，共57页，编辑于2022年，星

3、期一 行星层次发展前进三步曲 1，第谷 测量天体的位置 及变化（观测资料积累）2，开普勒 发现行星三大定律 （资料分析，经验定律）3，牛顿 万有引力定律 （由天体运行总结出物理规律，成为天体物理学的里程碑）第8页，共57页，编辑于2022年，星期一 太阳系行星的空间探测最热门 人类要突破只能被动观测的局限！登月和探测火星 人类对宇宙奥秘的探索是无止境的！有没有生命（或适合生命繁衍生存的条件）？有没有值得开采的矿产？有没有可能成为人类生活、科研 的基地？（月基天文台等）第9页，共57页，编辑于2022年，星期一太阳系研究的重大进展 托勒玫地球中心说 哥白尼太阳中心说 开普勒行星运动三定律 牛顿万

4、有引力第10页，共57页，编辑于2022年，星期一恒星层次：丰富多彩的恒星世界 正在诞生的恒星 恒星爆炸 恒星演化的归宿：白矮星、中子星和黑洞 恒星的能源 恒星的化学成分来源 恒星的内部结构第11页，共57页，编辑于2022年，星期一星系层次：银河系大得惊人（10万光年）约有1000多亿颗恒星。银河系外 有数十亿个河外星系 最远的距离可达150亿光年第12页，共57页，编辑于2022年，星期一第13页，共57页，编辑于2022年，星期一天体空间尺度比较示意图第14页，共57页，编辑于2022年，星期一4，天文学与物理学的相互促进20世纪初物理学家预言：光线在太阳引力场中弯曲 水星近日点的运动规

5、律 引力场中的光谱红移 中子星的存在 宇宙微波背景辐射的存在 黑洞的存在 推动着天文学发展第15页，共57页，编辑于2022年，星期一第16页，共57页，编辑于2022年，星期一 天文学的发展已对 物理学产生重大影响天文学观测的贡献：万有引力定律；氦元素的发现；热核聚变的概念；白矮星理论等。向物理学提出挑战的问题：视超光速现象；类星体、星系核和 射线暴的能源等。第17页，共57页，编辑于2022年，星期一 天体和宇宙是物理学的 巨大实验室 天文观测为物理学的基本理论提供了地球上实验室无法得到的物理现象和物理过程。在宇宙中所发生的种种物理过程比地球上 所能发生的多得多。第18页，共57页，编辑于

6、2022年，星期一 天体和宇宙是 物理学的巨大实验室 天文观测为物理学的基本理论提供了地球上实验室无法得到的物理现象和物理过程。在宇宙中所发生的种种物理过程比地球上所能发生的多得多。第19页，共57页，编辑于2022年，星期一第20页，共57页，编辑于2022年，星期一第21页，共57页，编辑于2022年，星期一5，天文学与诺贝尔奖 诺贝尔奖的颁发始于1901年设立物理学奖、化学奖、生理学或医学奖、文学奖、和平奖共5份奖金 没有设天文学奖！第22页，共57页，编辑于2022年，星期一 和天文学密切相关的诺贝尔 物理学奖获奖项目 （1）1936年奥地利物理学家黑斯因发现宇宙线而荣获诺贝尔物理学奖

7、。他在 19111912年，用气球把电离室送到离地面五千多米的高空，进行大气导电和电离的实验，发现了来自地球之外的宇宙线。第23页，共57页，编辑于2022年，星期一（2）汤斯 1964年因微波激射器的研制和激光的研究获的诺贝尔奖。他在1957年预言星际分子的存在，并于1963年在实验室里测出羟基（OH）的两条处在射电频段的谱线。这些分子谱线处在厘米波和毫米波段。1967年发现星际分子，证实他的预言，开辟了毫米波天文学新领域。第24页，共57页，编辑于2022年，星期一（3）美国物理学家贝特(Bethe)因核反应理论研究获1967年诺贝尔物理学奖。1938年他提出太阳和恒星的能量来源理论，认为

8、太阳中心温度极高，太阳核心的氢核聚变生成氦核释放出大量的能量。第25页，共57页，编辑于2022年，星期一 诺贝尔物理学 天文成果获奖项目 天文奖从1970年为起点在5个年度，7项物理学奖授予9位天文学家。二十世纪最后的30年中天文学家获诺贝尔物理学奖实现零的突破第26页，共57页，编辑于2022年，星期一第27页，共57页，编辑于2022年，星期一第28页，共57页，编辑于2022年，星期一休伊什英国天文学家发现脉冲星证认为中子星获1974年诺贝尔奖贝尔和休伊什发现脉冲星第29页，共57页，编辑于2022年，星期一钱德拉塞卡美籍印度天文学家恒星演化及白矮星质量上限获1983年诺贝尔奖第30页

9、，共57页，编辑于2022年，星期一福勒美国天文学家恒星上元素的合成获1983年诺贝尔奖第31页，共57页，编辑于2022年，星期一发现宇宙背景辐射彭齐亚斯和威耳逊荣获1985年诺贝尔奖第32页，共57页，编辑于2022年，星期一泰勒美国天文学家赫尔斯美国天文学家发现脉冲双星、引力辐射验证共获1993年诺贝尔物理学奖第33页，共57页，编辑于2022年，星期一诺贝尔奖获得者敢于冲破传统观念 自强不息、拼搏奋进，不达目的 誓不罢休从事当时最前沿的创新性课题当时的研究条件最适合第34页，共57页，编辑于2022年，星期一取得获奖成果时比较年轻 9人中，33岁以前取得获奖成果的有6人赫尔斯取得获奖成

10、果时是23岁钱德拉塞卡2023岁和研究成果应该获奖的贝尔发现脉冲星时23岁第35页，共57页，编辑于2022年，星期一6，诺贝尔奖离我们有多远？9位获奖人的国籍 美国6人（包括美籍德国人和美籍 印度人各1名）英国2人 瑞典1人 中国人无缘诺贝尔天文奖！第36页，共57页，编辑于2022年，星期一我国天文研究单位1，中科院国家天文观测中心（国家天文台）北京天文台（密云射电观测站；怀柔太阳观测站；兴隆光学观测站）2，紫金山天文台（本部；青海德林哈射电观测站）3，云南天文台（昆明）4，上海天文台（佘山观测站）5，陕西天文台（国家时间中心）6，南京天文仪器研制中心其它：乌鲁木齐天文站；长春人造卫星观测

11、站；广州人造卫星观测站第37页，共57页，编辑于2022年，星期一我国天文教育单位 南京大学天文系 北京大学天文系 北京师范大学天文系 中国科技大学应用物理和天文系 华中师大物理系天体物理研究所 南京师范大学物理系天体物理研究所 中国天文学会 北京天体物理中心 (北方）南京天体物理中心（南方）第38页，共57页，编辑于2022年，星期一天文观测条件现状 近20年是我国天文学发展最快的时期，天文观测设备有较大的改善。2.16米口径的光学望远镜，太阳磁场望远镜，25米口径射电望远镜，28面天线的综合孔径射电望远镜，13.7米直径毫米波射电望远镜陆续建成。第39页，共57页，编辑于2022年，星期一

12、 差 距 和国际上天文研究强国相比，我国天文学还比较落后，研究条件还比较差，原始性、创新性特强的课题还太少。我国最大的光学望远镜是2.16米的光学望远镜，但美国1917年有口径2.54米的反射望远镜。我国最大的射电望远镜口径是25米，但国际上在60年代就有口径64米、76米、305米口径的射电望远镜。目前我国还没有一个天文卫星上天。第40页，共57页，编辑于2022年，星期一北京天文台2.16米光学望远镜第41页，共57页，编辑于2022年，星期一北京天文台 1.26米红外望远镜第42页，共57页，编辑于2022年，星期一云南天文台 1米光学 望远镜第43页，共57页，编辑于2022年，星期一

13、北京天文台 怀柔 多通道 太阳 磁场望远镜（世界首架）第44页，共57页，编辑于2022年，星期一 北京天文台 怀柔 多通道 太阳 磁场望远镜（世界首架）第45页，共57页，编辑于2022年，星期一北京天文台密云综合孔径射电望远镜 28面天线 波段232MHz 基线约1千米第46页，共57页，编辑于2022年，星期一VLBI观测脉冲星观测谱线观测射电变源观测第47页，共57页，编辑于2022年，星期一上海天文台25米射电望远镜第48页，共57页，编辑于2022年，星期一青海德林哈射电观测站13.7米直径毫米波望远镜第49页，共57页，编辑于2022年，星期一前景美好北京天文台正在研制大天区多目

14、标光纤光谱天文望远镜，这是国家科学项目贵州500米口径射电望远镜空间太阳望远镜空间X射线望远镜第50页，共57页，编辑于2022年，星期一 大型光学望远镜 正在北京天文台研制的大天区多目标光纤光谱天文望远镜（LAMOST）口径为4米，大口径和大视场兼而有之。这是国家科学工程大项目。有望在光谱巡天方面在国际上起主导作用。第51页，共57页，编辑于2022年，星期一大天区多目标光纤光谱天文望远镜第52页，共57页，编辑于2022年，星期一 大型射电望远镜 正在进行预研究的贵州500米口径射电望远镜有望获得国家支持。如果能实现，将成为国际上最大的单天线射电望远镜。将可以进行创新性很强的观测研究课题。

15、第53页，共57页，编辑于2022年，星期一500米口径射电望远镜世界最大口径第54页，共57页，编辑于2022年，星期一 空间望远镜 空间太阳望远镜和空间X射线望远镜也在预研究之中。有望获得国家支持。这两台空间望远镜具有鲜明的技术特点。不仅将改变我国空间天文观测的空白，还会一举在某些观测课题上处于国际领先地位。第55页，共57页，编辑于2022年，星期一北京天文台正在研制的太阳空间望远镜第56页，共57页，编辑于2022年，星期一 未来的十年中，我国天文学科的观测能力将有重大的提高。年青一代天文学家将会有比现在好得多的科研条件。这个发展趋势应该一直保持下去，坚持50年，100年。中国天文学必将有一个大发展，中国天文学家获得诺贝尔物理学奖的梦想也必将实现。第57页，共57页，编辑于2022年，星期一