第一章 01天体物理学的研究对象.pptVIP

每当我们仰望群星璀璨、银汉低垂的夜空，总会由衷地发出“感天地之辽阔、觉宇宙之无穷”的感叹，心中也会同时涌起对宇宙奥秘求知的渴望。这种渴望推动了人类在整个认识领域的发展：从托勒密、亚里士多德的形而上学的“地心说”到哥白尼、伽利略的基于观测和推算的“日心说”，从牛顿的万有引力和绝对时空观到爱因斯坦的广义相对论，无不展示了人类认知能力的提高和文明的进步。我们正在层层解开宇宙的面纱，用爱因斯坦的话说：宇宙最让人不可理解的是她原来是可以被理解的。 天体物理导论 姜泽军 云南大学物理系 Mail: zjjiang@ Tel: 课程要求：考情、作业等 教学参考书： 1、《天体物理概论》向守平，2008，中国科学技术大学出版社 2、《天体物理导论》徐仁新，2006，北京大学出版社 3、《天体物理概论》李宗伟、肖兴华，2000，高等教育出版社 1.1 天体物理学的研究对象 问题1：什么是天体物理？ 以“天体”为实验室来研究基本物理规律的科学 天体：宇观尺度的客体 问题2：为什么要做 天体物理？ 了解人类所处宇观环境 ? 建立正确的世界观 检验、改善和发展物理学基本规律 天文学的研究特点 天文学研究的基础——观测（观察和测量） 天文观测是一种“被动”的试验 观测→理论→观测 距离极远 时标极长 物理条件极端复杂（温度、密度、压强、磁场） 发展途径：观测—理论—观测 天文学是一门基础扎实且结构严密的学问。 天文学研究中的一个重大课题是各类天体的起源和演化。在我们所观测到的数以亿计的天体中。一个天体的物理特征，除了反映出它的基本结构外，还反映它所处的演化阶段，就像一个人的各种特征可以反映出他的年龄一样。对于遥远的天体，光在旅途中要经历漫长的时间，离我们一亿光年的天体，光要用一亿年才送到它的信息，而我们看到的则是它一亿年前的形像。这样我们所观测到的许许多多天体，展示给我们的是时间上各不相同的“样本”，目前我们所观测的河外天体，代表上百亿年前的各种“样本”，包含着上百亿年的演化线索。因此，通过统计分类和理论探讨，我们就可以建立起天体演化的模型。 不同辐射波段的银河系 三大学科 天体测量学：测量天体的位置和距离 天体力学：研究天体之间由引力引起 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 天文学的两次飞跃 （1）天体力学的诞生 欧洲用很大的大量研究行星在天空背景上的运动——哥白尼日心学（N.Copernicus,1473—1543）。 17世纪初1609年伽里略（ Galileo，1564—1642）发明了制望远镜，使人们大开眼界。 牛顿（Newton I ，1642—1727年）应用行星的运动规律概括和验证了万有引力定律，并创建了“天体力学”，使天文学由描述几何运动进入研究天体间相互用的阶段；由研究运动到研究造成这些运动的原因。 这是历史上最初把宇宙空间作为“实验基地”的第一次巨大进展：天体是力学实验的精确“实验室”。 （2）“天体物理学”的诞生 牛顿以后的200年中，“天体力学”的发展给应用数学（从微积分到“数学物理方法”）以有力的推动。但“天体力学”虽能精确地描述运动，日食、月食、地球的运动，潮夕，太阳系内的天体，星团、星系动力学……，而不能阐明天体的本质（化学组成，物理性质等）。 19世纪中叶以来物理学的发展把天文学推到一个新阶段。 对天体亮度测量和光谱分析诞生了天体物理学。1859yr是基尔霍夫在太阳光谱研究时，把食盐火苗放在太阳光来上，意外发现了太阳上在存在Na立素——这是天体物理学诞生的标志。人类第一次能研究物体的化学组成和物理性质（如温度、压强、光度、能量的产生、以及演化过程）。 天体物理学就是应用物理学技术、方法、理论研究天体形态、结构、化学组成物理状态和演化规律的学科。 天体物理学是应用物理学的理论、方法和技术，研究天体的形态、结构、化学组成、物理状态和演化规律的学科。 它是天文学和物理学相交叉、融合的产物，既可以说是天文学的一个分支，也可以说是物理学的一个分支。 它与经典的天文学不同，不仅仅限于测量和记录天体在天空的位置、运动、距离和大小，描述天体的外表形态，而是深入到天体的内部，探求它的结构、化学成分和演化规律，由几何描述到物理描述，由现在的状态推知它的过去和将来。 它与我们熟悉的实验室中的物理学也不同，它研究的是时间和空间尺度都非常大的宇宙空间中的物理现象，这样大尺度的时空中存在着千差万别的物理条件，有些物理条件是在地球上永远达不到、而且也很难想象的。例如，恒星内部高达106～ 1011 K 的高温；中子星内部达1013 ～ 1016 g/cm3的高密度和表面1012 ～ 101