观测天体物理第二讲

天体物理学教材《An Introduction to Modern Astrophysics》评介研究

《An Introduction to Modern Astrophysics》 (second edition)教材评价 暴鹏程(南开大学物理科学学院) 1、本书的出版情况和作者简介 《An Introduction to Modern Astrophysics（second edition）》（《现代天体物理概论》(第二版)）是美国麻省理工学院物理系课程编号为8.901的课程”Astrophysics I” (天体物理I)所选用的教材。本书于2006年由Addison-Wesley出版社出版，全书共1278页(含附录共1400页)，作者是韦伯州立大学的Bradley W.Carroll和Dale A.Ostlie. Bradley W.Carroll是美国韦伯州立大学的物理系教授，他从加州大学欧文分校取得数学学士学位，之后在博尔德科罗拉多大学取得物理学硕士学位和天体物理博士学位。 Bradley对天文学抱有终身的兴趣并且对头顶的星空怀有一种天真的好奇，这导致最终投身天文学领域。在Carl Hansen 和 John Cox的指导下，他的博士课题是脉冲星的自转效应。之后，他去罗切斯特大学和Hugh Van Horn一起进行博士后研究，主要是研究中子星及其堆积盘的振荡。在这两所大学的熏陶下，Brad 掌握了构造复杂天体物理系统的简化模型的精髓。四年后，结束博士后研究的Bradley幸运地得到韦伯斯特州立大学的教职，并且更幸运的是，在那里碰到了Dale Ostlie，两人在恒星脉冲领域都有专长并且见解相近。Bradley十分喜欢和学生共同探索物理世界，这给他写这本书时提供了很大的帮助。 Dale A.Ostlie是美国韦伯州立大学理学院的院长，他于1977年在圣奥拉夫学院取得物理和数学的学士学位，然后于1982年在爱荷华州立大学取得物理/天体物理的博士学位。之后先后在爱荷华州立大学物理系，约翰霍普金斯大学的空间望远科学技术研究所，贝茨学院物理系，洛斯阿拉莫斯国家图书馆理论物理组进行教学科研工作。从1984年起，在韦伯州立大学物理系进行教学科研工作至今。 在本书的另一个作者Bradley W.Carroll来到韦伯州立大学后，由于在许多领域尤其是恒星脉冲领域的共识和对教学的热爱，两人合著了本书。 2、本书的创作背景和主要内容 天体物理作为天文学的二级学科，也是天文学和物理学的交叉学科。天体物理是研究天体和其他宇宙物质的性质、结构和演化的天文学分支。天体物理学从研究方法来说，可分为实测天体物理学和理论天体物理学。前者研究天体物理学中基本观测技术、各种仪器设备的原理和结构，以及观测资料的分析处理，从而为理论研究提供资料或者检验理论模型。后者则是对观测资料进行理论分析，建立理论模型，以解释各种天象。同时，还可预言尚未观测到的天体和天象。用物理学的技术和方法分析来自天体的电磁辐射，可得到天体的各种物理参数。根据这些参数运用物理理论来阐明发生在天体上的物理过程，及其演变是实测天体物理学和理论天体物理学的任务。 本书是天体物理学的一本经典的教科书，两位作者都是多年从事教学和研究一线工作。本书深入浅出，条理清晰地介绍阐明天体物理的相关基础知识和应用情况，是一本不可多得的天体物理入门级教材。

南京大学天文系课程介绍

天文与空间科学学院本科人才 培养方案和指导性教学计划 一、天文与空间科学学院概况 南京大学天文与空间科学学院成立于2011年3月，其前身天文学系始建于1952年，是目前全国高校中历史最悠久、培养人才最多的天文学专业院系。学院素以专业设置齐全、学历层次完备、师资力量雄厚、治学严谨而享有盛誉，在历届全国高校天文学科评比中均排名第一。拥有为教学科研服务的中心实验室、太阳塔实验室、现代天文与天体物理教育部重点实验室和南京大学深空探测实验室等4个实验室。目前拥有天文学国家一级重点学科（包括天体物理学、天体测量和天体力学2个国家二级重点学科），2个博士点和1个博士后流动站，今年新增空间科学与技术本科专业,培养具备扎实基础和实践技能，具有较强创新精神的空间科学与技术领域的高级专业人才，从事空间科学和深空探测等领域的工作。 南京大学天文与空间科学学院拥有一支高水平的师资队伍。现有教师约30名，包括4名中科院院士、2名长江学者、7名杰出青年科学基金获得者、1名国家百千万人才工程人选和5名教育部新（跨）世纪优秀人才支持计划入选者。近年来，学院承担着多项国家自然科学基金项目和国家重点基础研究规划项目，科研成果显著，获多项国家级和省部级科研奖励。学院与国内外多个科研和教学机构建立了密切的合作与人员交流联系和合作。在南京大学“211”工程、“985”工程的重点支持下，学院正努力建设成为一个具有国际影响的天文学教学和科研中心。 2010年，南京大学与中科院紫金山天文台和中科院国家天文台南京天文光学技术研究所签订三方合作协议，共同在南京大学仙林校区建设“南京天文与空间科学技术园区”，即将开工建设的天文与空间科学学院办公大楼将坐落在该园区。大楼总建筑面积达10000多平方米，将是一幢集科研、实验、教学、学术活动于一体的智能化建筑,将能够满足天文与空间科学学院未来20年在教学与科研方面的发展需要，并容纳多个研究中心，同时也是本学院教师与研究生科研、本科生实习的场所。 二、指导思想 培养的指导思想为: 按大理科设置基础课,以拓宽知识结构,加强天文实验课程建设和早期科研训练能力培养,培养目标是：“德智体美全面发展、具有扎实天文学基础和创新能力的大理科人才”。

论天体物理学及其对未来发展的重要作用

论天体物理学及其对未来发展的重要作用 11级物理2班黄健根1107020051 摘要:天体物理学是应用物理学的技术、方法和理论，研究天体的形态、结构、化学组成、物理状态和演化规律的天文学分支学科。它分为：太阳物理学、太阳系物理学、恒星物理学、恒星天文学、星系天文学、宇宙学、宇宙化学、天体演化学等分支学科。另外，射电天文学、空间天文学、高能天体物理学也是它的分支。多年来，随着世界人口的不断增加，资源不断的消耗，人们的生存环境日益缩减，资源也愈加匮乏。越来越多的国家将希望寄托于地球外部的空间，这进一步促进了天体物理学的发展，理论天体物理学的发展紧密地依赖于理论物理学的进步，几乎理论物理学每一项重要突破，都会大大推动理论天体物理学的前进。二十世纪二十年代初量子理论的建立，使深入分析恒星的光谱成为可能，并由此建立了恒星大气的系统理论。三十年代原子核物理学的发展，使恒星能源的疑问获得满意的解决，从而使恒星内部结构理论迅速发展；并且依据赫罗图的实测结果，确立了恒星演化的科学理论。 关键词：天体银河系特殊行星星系集团同位素 引力原子核等离子体星系空间 引言：本学期开展了物理学史着门课程,陈老师给我们讲述了有关内容，以下是我对天体物理学及其对未来发展的重要作用的论述。 （一）天体物理学的有关介绍 从公元前129年古希腊天文学家喜帕恰斯目测恒星光度起，中间经过1609年伽利略使用光学望远镜观测天体，绘制月面图，1655～1656年惠更斯发现土星光环和猎户座星云，后来还有哈雷发现恒星自行，到十八世纪赫歇耳开创恒星天文学，这是天体物理学的孕育时期。十九世纪中叶，三种物理方法——分光学、光度学和照相术广泛应用于天体的观测研究以后，对天体的结构、化学组成、物理状态的研究形成了完整的科学体系，天体物理学开始成为天文学的一个独立的分支学科。 天体物理学是应用物理学的技术、方法和理论，研究天体的形态、结构、化学组成、物理状态和演化规律的天文学分支学科。 天体物理学分为：太阳物理学、太阳系物理学、恒星物理学、恒星天文学、星系天文学、宇宙学、宇宙化学、天体演化学等分支学科。另外，射电天文学、空间天文学、高能天体物理学也是它的分支。 利用理论物理方法研究天体的物理性质和过程的一门学科。1859年﹐基尔霍夫根据热力学规律解释太阳光谱的夫琅和费线﹐断言在太阳上存在著某些和地球上一样的化学元素﹐这表明﹐可以利用理论物理的普遍规律从天文实测结果中分析出天体的内在性质﹐是为理论天体物理学的开端。理论天体物理学的发展紧密地依赖于理论物理学的进步﹐几乎理论物理学每一项重要突破﹐都会大大推动理论天体物理学的前进。二十世纪二十年代初

2016年中国科学院大学天体物理考研专业目录及考试科目

2016 年中国科学院大学天体物理考研专业目录及考试科目
学科、专业名称（代码）研 究方向 070401 天体物理 预计招生 人数 32 ① 101 思 想 政 治 理 论 ② 201 英语一③601 高等数 01 理论天体物理 学(甲)或 617 普通物理(甲) ④808 电动力学或 811 量 子力学或 961 天体物理 ① 101 思 想 政 治 理 论 ② 201 英语一③601 高等数 02 实测天体物理 学(甲)或 617 普通物理(甲) ④811 量子力学或 817 光 学 ① 101 思 想 政 治 理 论 ② 03 空间探测与行星化学 201 英语一③601 高等数 学(甲)或 617 普通物理(甲) ④827 地球化学 ① 101 思 想 政 治 理 论 ② 201 英语一③601 高等数 04 天文地球动力学 学(甲)或 617 普通物理(甲) ④808 电动力学或 817 光 学 考试科目 备注

考研复习方案和规划 前几遍专业参考书的复习，一定要耐心仔细梳理参考书的知识点并全面进行把握 1、基础复习阶段 要求吃透参考书内容， 做到准确定位， 事无巨细地对涉及到的各类知识点进行地毯式的复习， 夯实基础，训练思维，掌握一些基本概念，为下一个阶段做好准备。 2、强化提高阶段 本阶段， 考生要对指定参考书进行更深入复习， 加强知识点的前后联系， 建立整体框架结构， 分清重难点， 对重难点基本掌握。 做历年真题， 弄清考试形式、 题型设置和难易程度等内容。 3、冲刺阶段 总结所有重点知识点，包括重点概念、理论和模型等，查漏补缺，回归教材。温习专业课笔 记和历年真题，做专业课模拟试题。调整心态，保持状态，积极应考。 注意事项 1、学习任务中所说的“一遍”不一定是指仅看一次书，某些难点多的章节可能要反复看几 遍才能彻底理解通过。 2、每本书每章节看完后最好自己能闭上书后列一个提纲，以此回忆内容梗概，也方便以后 看着提纲进行提醒式记忆。 3、看进度，卡时间。一定要防止看书太慢，遇到弄不懂的问题，要及时请教专业咨询师或 本校老师。 三、学习方法解读 （一）参考书的阅读方法 1、了解课本基本内容，对知识体系有初步了解，认真做课后习题，考研题型基本离不开课 后题的原型，将课后题做清楚明白，专业课基本就不会成为你的问题。 2、对课本知识进行总结，材料综合相对于其它只考一门专业课的专业来说，知识点比 较多，前后章节联系不强，因此需要对知识点进行梳理，对课本题型进行分类。 3、将自己在学习过程中产生的问题记录下来，并用红笔标记，着重去理解那些易考而 对自己来说比较难懂的知识， 尽可能把所有的有问题知识要点都能够及时记录并在之后反复 进行理解。 （二） 学习笔记的整理方法 1、在仔细看书的同时应开始做笔记，笔记在刚开始的时候可能会影响看书的速度，但 是随着时间的发展，会发现笔记对于整理思路和理解课本的内容都很有好处。 2、做笔记的方法不是简单地把书上的内容抄到笔记本上，而是把书上的内容整理成为 一个个小问题， 按照题型来进行归纳总结。 笔记应着重将自己不是非常明白的地方标记出来， 通过多做题对知识点进行梳理总结，对题型归类。 （三）真题的使用方法 认真分析历年试题，做好总结，对于考生明确复习方向，确定复习范围和重点，做好应 试准备都具有十分重要的作用。 对于理工科的学生来说， 总结真题中高分值题型是非常重要的， 因为一个大题可能会关 乎你在初试中是安全通过还是被刷， 同时也不能放弃分值较小的题型。 基本原则是计算题吃 透，选择简答认真总结分类，把握各类型题在各章节的分布，有重点的去复习，分值较多章 节着重记忆理解。 考生可以根据这些特点，有针对性地复习和准备，并进行一些有针对性的练习，这样既 可以检查自己的复习效果，发现自己的不足之处，以待改进；又可以巩固所学的知识，使之

天体物理学

天体物理学 2008.9－2009.2 袁业飞董小波 1.【天文思维。】a. 一个致密天体位于银河系内，我们在0.1秒钟之内观测到它增亮了二倍。请估计它的物理尺度不能超过多少？如果增亮的幅度只有10%，又能得到什么结论？ b. 某种类型的活动星系在所有星系中的比例大约为1/100。那么，这种类型星系的活动期至少是多长？ 2.【视超光速。】我们对一个遥远天体作了两次观测（相隔一段时间），发现它在高速运动。我们可以测得它在天球上走过的角距离，还可以通过其它方法测得它的宇宙学红移从而确定它离地球的距离，这样我们可以算得它的横向速度。请推导这个速度和它的真实运动速度的关系；什么情况下我们测得的横向速度会超出光速？ 3.【位力定理；辐射压。】大质量黑洞（M BH > 106 M⊙）吸积周围气体释放引力能产生电磁连续谱辐射，连续谱辐射又电离周围气体从而产生发射线（e.g. H-beta 4861?，半高宽度大概几十?）；另外，由于吸积过程中的一些不稳定性，连续谱的光度会有变化。这就是在活动星系核中发生的基本过程。假设周围的电离气体运动被黑洞引力所主导并处于Viral平衡，而且呈球对称分布。 请设计一种方案来测量黑洞质量；如果忽略电子散射引起的效应，那么基于Viral定理估计的黑洞质量的系统偏差是怎样的？ 4.【辐射拉拽。】一颗尘埃颗粒质量为10-11克，在1AU处绕太阳作近似圆周运动。它吸收太阳光并以红外方式再辐射出去，保持温度一定。尘埃吸收太阳光的截面为10-8 cm2。请计算需要多长时间它将掉入太阳表面？假设1/108的太阳光被绕太阳运动的尘埃所吸收，那么每秒钟掉入太阳的尘埃总质量是多少？ 对于绕太阳运动的电离气体（电子－质子对），这种效应显著吗？ 5.【*optional: 伽利略相对性原理、狭义相对论；推理思辨能力】 请基于伽利略相对性原理作推理（没必要做复杂的数学计算推演），证明：如果质点速度不存在上限，则惯性系之间由伽利略变换相联系（牛顿时空观）；否则，洛仑兹变换（狭义相对论）。 6.【星等、绝对星等；流量、光度；面亮度（Flux/α2）、面光度（L/S）】 一个星系距离地球1Mpc，面亮度为 27mag/ascsec2。请问1”的角距离对应这个星系多大的物理尺度(pc)？星系单位面积（1pc2）的发光功率是多少？如果另一个星系的单位面积发光功率与上一个星系相同，但距离地球10Mpc，请问它的面亮度是多少？ [*optional: 设一个位于较高红移z处（这时要考虑宇宙膨胀效应）的星系的光度为L，固有的物理直径为D。请推导它表面亮度公式I(L,D,z)。]

射电天文学-北京师范大学天文系

射电天文学 一、课程基本信息 一、教学目标： 了解关于电磁波的传播与偏振，射电望远镜的接收机和天线，射电干涉仪及观测的方法，辐射机制以及射电天体的基本知识。 二、教学内容和学时分配 内容提要：主要介绍射电天文的基本而全面的基础知识，包括射电天文的概况、电磁波辐射及传播、电磁波的偏振、信号处理、天线的基本原理、接收机、射电天文干涉仪、射电天文的观测方法、射电连续谱的发射机制、星际空间的分子。 1射电天文基础：4学时 1.1射电天文在天体物理中的地位 1.2射电窗口 1.3一些基本定义 1.4辐射转移

1.5黑体辐射和亮温度 1.6Nyquist原理和噪声温度2电磁波的传播：6学时 2.1麦克斯韦方程组 2.2能量守恒和坡印廷矢量 2.3复数场向量 2.4波动方程 2.5绝缘介质中的平面波 2.6波包和群速度 2.7耗散介质中的平面波 2.8稀薄等离子体的色散量3波的偏振：4学时 3.1向量波 3.2喷加莱球和斯托克斯参量 3.3准单色平面波 3.4准单色波的斯托克斯参数 3.5法拉第旋转 4信号处理和接收机：6学时 4.1信号处理和静态随机过程 4.2接收机的极限灵敏度 4.3非相干和相干辐射计 4.4低噪声前端放大器

4.5相关接收机和偏振计 4.6频谱仪 4.7脉冲星后端 5天线原理基础：4学时 5.1电磁势 5.2波动方程的格林函数 5.3赫兹偶极子 5.4互易定理 5.5描述天线的参数 6连续孔径天线：3学时 6.1局域源的辐射场 6.2孔径照明和天线方向图 6.3圆形孔径 7干涉仪和孔径综合：3学时 7.1角分辨率的追求 7.2相关性函数 7.3展源的相关性函数 7.4二元干涉仪 7.5孔径综合 8观测方法：3学时 8.1地球大气 8.2定标的程序

实测天体物理期末考

实测期末考试 第一章 一、天体信息的来源： 1、电磁波：人类认识宇宙、了解天体的最主要途径； 2、宇宙线：来自宇宙空间的各种高能粒子：质子、α粒子、电子； 3、引力辐射； 4、中微子辐射； 5、实物：陨石、月球岩石样本。 二、天体信息的获取： 三、地球大气对天文观测的影响 1、改变天体辐射的方向：大气折射 2、地球大气本身的辐射： 3、改变天体辐射的成份和强度：（1）大气消光：大气分子和固体微粒对辐射的吸收和散射作用：–减弱了天体辐射的强度–改变了天体辐射的能谱（2）大气中O3，O2，N2，CO2，H2O等分子的吸收作用产生大量的吸收线和吸收带。 4、大气对电磁波的吸收。 第二章 一、表征望远镜光学性能的物理量： 1、口径：通常指物镜的有效口径，即未被镜框遮挡住的那部分物镜的直径，用D表示 2、相对口径A：物镜的口径D与其焦距f1’的比值A=D/f1’。 3、焦比：相对口径的倒数，即1/A 4、放大率：目视望远镜的放大率指的是角放大率， 底片比例尺：就是在视场中央底片上单位长度所对应的天体上的角距。大小为1/f1’ 5、视场：能被望远镜良好成像的天空区域的角直径。 6、贯穿本领：在晴朗无月的夜间用望远镜观看或拍摄天顶附近的A0型星，所观测到的最暗星的星等。 7、分辨角：对目视望远镜而言，两个天体或一天体的两部分的像刚刚被肉眼分辨开时，它们所对应天球上两点的角距称为分辨角，分辨角的倒数称为分辨本领。 照相望远镜：在拍摄底片上，两个刚刚能分开的极限星（能拍摄下来的最暗的星）所对应的角距称为照相望远镜的分辨角。 二、望远镜分类：

折射式望远镜：伽利略式开普勒式 反射式望远镜：牛顿系统主焦点系统卡赛格林系统耐斯系统 R-C系统折轴系统 折反射式望远镜：斯密特望远镜 优点：相对口径大，在口径和相对口径相同的情况下，视场更大。缺点：矫正板难于加工，有挡光作用，镜筒较长 马克拖夫望远镜 优点：镜筒短，球面加工容易。缺点：视场较小，改正板较厚，光能损失严重 贝克尔系统— 马克拖夫卡赛格林系统 三、各类望远镜的特性和用途 1、反射式望远镜的优点：完全没有色差反射式望远镜对近紫外和近红外波段反射率较高光能损失较小。折射式透过率低。反射式口径可以做得很大，而折射式由于透镜吸光和自重变形随口径的增大而迅速增大，口径无法做大，所以反射式贯穿本领大，相对口径大，大口径的反射式望远镜可以兼有数种系统。镜筒更短 2、折射式望远镜的优点：工作视场大，一般可以达到几度到十度，底片比例尺较小，分辨本领较高，受温度变化和镜筒弯曲的影响较小，星象稳定，散射光较小。 四、望远镜的机架结构及装置 一般要求：能够方便而准确地指向待测天体，能够跟踪因地球自转而做周日视运动的天体。常有赤道式和地平式两种装置。 赤道式的两条轴：极轴（赤经轴，只改变赤经），赤纬轴，（只改变赤纬）。赤道式存在重力变形问题。 地平式的两条轴：垂直轴和水平轴 五、先进天文技术 主动光学技术：改正主镜镜面本身由于望远镜指向变化引起的镜面变形。 薄镜面主动加力矫正技术：减小重力变形和热变形的影响 自适应光学技术：将波前探测器测出的信号输入计算机，计算出镜面需要做多大的改正以补偿波前变化。 六、天文台址的选择： 衡量天文台台址的好坏的指标： 1.台址的大气特点：–?大气宁静度–?无云或少云的天数–?大气中的水汽含量–?大气中雨、雪等沉降物的情况–?风力–?大气消光 2.台址的基本指标：–?海拔高度–?地形情况–?温度情况–?沙暴和尘埃情况–?地质活动 3.人类活动情况：–?背景天光–?大气污染情况 其他–?水电供应–?交通和生活设施 ?从已选定的优良台址的分布看，它们主要集中在受冷洋流控制下的沿海高山地带以及大洋中的孤岛上。这些地方气流平稳，大气宁静度好。 ??台址高于大气中的气流层，所以晴夜多。水汽含量少，减少了大气对光辐射的吸收和消光作用。 ??优良的台址还必须远离人类活动的地点，以防止人工照明引起的背景光的污染。 大气宁静度（视宁度seeing） ??是一个描述望远镜星象的不规则运动和弥散的物理量。

理论天体物理学

理论天体物理学 利用理论物理方法研究天体的物理性质和过程的一门学科。1859年，基尔霍夫根据热力学规律解释太阳光谱的夫琅和费线，断言在太阳上存在着某些和地球上一样的化学元素，这表明，可以利用理论物理的普遍规律从天文实测结果中分析出天体的内在性质，是为理论天体物理学的开端。理论天体物理学的发展紧密地依赖于理论物理学的进步,几乎理论物理学每一项重要突破,都会大大推动理论天体物理学的前进。二十世纪二十年代初量子理论的建立,使深入分析恒星的光谱成为可能,并由此建立了恒星大气的系统理论。三十年代原子核物理学的发展，使恒星能源的疑问获得满意的解决，从而使恒星内部结构理论迅速发展；并且依据赫罗图的实测结果，确立了恒星演化的科学理论。1917年爱因斯坦用广义相对论分析宇宙的结构，创立了相对论宇宙学。1929年哈勃发现了河外星系的谱线红移与距离间的关系，以后人们利用广义相对论的引力理论来分析有关河外天体的观测资料，探索大尺度上的物质结构和运动，这就形成了现代宇宙学。近二十年来，在理论天体物理这一领域，可以看到理论物理与天体物理更广泛更深入的结合，其中以相对论天体物理学、等离子体天体物理学、高能天体物理学等几个方面最为活跃。 从理论物理学的分支与天体物理学问题的联系，可以看出目前理论天体物理的概貌。 ①辐射理论研究类星体、射电源、星系核等天体的辐射,以及X射线源、γ射线源和星际分子的发射机制。 ②原子核理论研究恒星的结构和演化，元素的起源和核合成（见元素合成理论），以及宇宙线问题。 ③引力理论探讨致密星的结构和稳定性，黑洞问题，以及宇宙学的运动学和动力学。 ④等离子体理论分析射电源的结构、超新星遗迹、电离氢区、脉冲星、行星磁层、行星际物质、星际物质和星系际物质等。 ⑤基本粒子理论研究超新星爆发、天体中的中微子过程（见中微子天文学）、超密态物质的成分和物态等。 ⑥固态（或凝聚态）理论研究星际尘埃、致密星中的相变及其他固态过程。 理论天体物理的基本方法是把地球上实验室范围中发现的规律应用于研究宇宙天体。这种方法不仅对于说明和解释已知的天体现象是有力的，而且还可以预言某些尚未观测到的天体现象或天体。例如，在1932年发现中子之后不久，朗道、奥本海默等就根据星体平衡和稳定的理论预言可能存在稳定的致密中子星。尽管这种预言中的天体与当时已知的所有天体差别极大（异乎寻常的高密度等），可是在三十多年后的1967年，发现了脉冲星，预言终于被证实。另一方面，许多物理学概念首先是由研究天体现象得到的，后来又是依靠天体现象加以检验的。例如，首先是天体物理学家注意到充满宇宙间的电离物质具有一系列特性，这对建立等离子体物理学这门学科起了极大的推动作用。又如，热核聚变概念是在研究恒星能源时首次提出的。禁线也是受到天体光谱研究的刺激才得到深入探讨的。 由于地面条件的限制，某些物理规律的验证只有通过宇宙天体这个实验室才能进行。有关广义相对论的一系列关键性的观测检验，都是靠研究天体现象来完成的。水星近日点进动问题、光线偏转以及雷达回波的延迟是几个早期的例子。1978年，通过对脉冲星双星PSR1913+16的周期变短的分析，给引力波理论提供了第一个检验，这是理论物理学与天体现象二者结合的一个新的成功事例。因此，理论天体物理学既是理论物理学用于天体问题的一门“应用”学科，又是用天体现象探索基本物理规律的“基础”学科。无论从天文学角度来看，或是从物理学角度来看，理论天体物理学都是富有生命力的。

《天体物理学》考试大纲

中科院研究生院硕士研究生入学考试 《天体物理学》考试大纲 一．考试内容： 大学理科的《天体物理》课程的基本内容，包含：实测天体物理，天体物理辐射过程，太阳物理，恒星物理，星系天文学和宇宙学等。 二．考试要求： （一）宇宙概观 由近及远各层次天体：太阳系、恒星、星际物质、星系、宇宙 宇宙中物质状态，粒子和四种作用力，物理和天体物理，21世纪天体物理学（二）天体物理辐射过程 描述辐射场的物理量，辐射转移方程，热辐射，黑体辐射，普朗克定律的特征，维恩位移定律； 回旋辐射，同步加速辐射，曲率辐射，康普顿散射，逆康普顿散射，切连科夫辐射。 （三）实测天体物理 获得天体信息的渠道，天文望远镜，哈勃空间望远镜，LAMOST, 辐射探测器（CCD）； 天体的光度测量：星等，绝对星等，色指数和热改正，星际消光，星际红化和色余； 天体的光谱分析：天体物理光谱分析，谱线轮廓，谱线强度，等值宽度，谱线证认； 恒星的光谱分类：光谱型，光度型； 射电天文方法：射电望远镜基本组成原理，射电天文测量基本参数，射电天文成就； 空间天文方法：红外天文卫星；X射线天文和γ射线观测； 天体的距离：视差：定义和单位，造父变星测距，谱线红移和哈勃定律； 天体的质量的测定； 天体年龄的测定方法。 （四）太阳物理 太阳的基本参数，太阳的质量、半径、光度、有效温度，太阳常数； 太阳大气分层：光球，（临边昏暗），色球，日冕； 太阳活动：太阳活动和磁场，太阳黑子（蝴蝶图），耀斑，日冕物质抛射，日地关系。 （五）恒星物理 恒星的观测特性：光度、光谱、质量、半径、有效温度， 星团和赫-罗图：星团、星协、赫-罗图（定义和各种表示法、在天体物理中的重要性）， 恒星内部结构和演化：演化时标，内部结构方程和边界条件，物态方程，不透明度，能源和主要核反应，林忠四郎线，各种质量恒星的演化,

1983年诺贝尔物理学奖——天体物理学的成就

1983年诺贝尔物理学奖——天体物理学的成就 1983年诺贝尔物理学奖一半授予美国伊利诺斯州芝加哥大学的钱德拉塞卡尔（Subrahmanyan Chandrasekhar，19l0—1995），以表彰他对恒星结构和演变有重要意义的物理过程的理论研究；另一半授予加利福尼亚州帕萨迪那加州理工学院的W.A.福勒（William AlfredFowler，1911—1995），以表彰他对宇宙中化学元素的形成有重要意义的核反应的理论和实验研究。 钱德拉塞卡尔是另一诺贝尔物理学奖获得者拉曼（SirChandrasekhara Venkata Raman）的外甥，1910年10月19日出生于巴基斯坦的拉合尔，1930年毕业于印度马德拉斯大学，后在英国剑桥大学学习和任教。1937年移居美国。 钱德拉塞卡尔的主要贡献是发展了白矮星①理论。 白矮星的特性是大约在1915年由美国天文学家亚当斯（W.S.Adams）发现的。1925年英国物理学家R.H.福勒（R.H.Fowler）用物质简并假说解释了白矮星的巨大密度。物质简并假说称，电子和电离的核在极大的压力下组成高度密集的物质。1926年爱丁顿（A.S.Eddington ）建议，氢转变为氦是恒星能量的可能泉源，这就为恒星演化理论奠定了基础。 1930年—1936年，钱德拉塞卡尔在剑桥大学三一学院工作期间，就投入到了白矮星的研究之中。他找到了决定恒星生命的基本参数，通过应用相对论和量子力学，利用简并电子气体的物态方程，为白矮星的演化过程建立了合理的模型，并作出了如下预测： 1.白矮星的质量越大，其半径越小； 2.白矮星的质量不会大于太阳质量的1.44倍（这个值被称为钱德拉塞卡尔极限）； 3.质量更大的恒星必须通过某些形式的质量转化，也许要经过大爆炸，才能最后归宿为白矮星。 钱德拉塞卡尔的理论解释了恒星演化的最后过程，因此对宇宙学作出了重大贡献。1939年他在全面研究了恒星结构的基础上出版了《恒星结构研究导论》一书，系统总结了他的白矮星理论。他还在恒星和行星大气的辐射转移理论、星系动力学、等离子体天体物理学、宇宙磁流体力学等方面进行了许多工作。 钱德拉塞卡尔1995年8月21日由于心脏病发作而去世，享年84岁。他在晚年时潜心研究牛顿的《自然哲学的数学原理》。1995年3月20日他还在美国物理学会圣何塞年会上做过题为“牛顿…原理?的一些命题”的特邀报告。当时他正在写一本有关牛顿的书。 W.A.福勒1911年8月9日出生于美国宾夕法尼亚州的匹兹堡。由于从事与

实测天体物理习题2D

《观测天体物理学》第二章天文辐射探测器习题解答 一、填空 对天体进行CCD 测光观测比用照相底片观测的优点是__量子效率高、噪声低、动态范围宽、线性度好___，用CCD 观测必要的像改正是_本底，暗流，平场，背景天光，宇宙线___，与CCD相比，光电倍增管的优点是__时间分辨率高___。 二、问答题： 1．北京天文台2.16米望远镜在焦面上附加一块CCD尺寸为19mm×12mm，望远镜焦距为10米。求此CCD对应于天空多少平方角分? 解答：对应于天空的范围为26.95 平方角分。 2．一个40厘米口径望远镜（焦比F/5）的终端加CCD系统，CCD有1024×1024个象素,每个象素是15μm ×15μm，问用此望远镜附加CCD探测器能拍摄到天空的范围是 多少平方角秒? 解答：对应天空的角直径是2509421 平方角秒，即697 平方角分。 3. 光电观测一颗 6.2等星，积分需要5秒钟收到2000光子，问要观测一颗9.2等 星，需要积分多长的时间才能收到同样的光子数？ 解答：需要积分79 秒 4. On 1 cm2 of Pluto's surface fall approximately 10,000 photons per second from a star of the fifth magnitude. How many photons would fall on a detector from a star of 20m during half an hour, if BTA at the Earth is used (the diameter of the main mirror is 6 m)? 译文:来自一颗5等星的光子每秒落在冥王星表面1cm2上的数量为10,000个,那么如果使用口径6米的BTA望远镜,在地面上每半小时能够接收到来自一颗20等恒星的多少个光子? 解答: 1等星比6等星亮约100倍，即当星等差是5时(6-1=5),亮度比为100;那么1个星等差对应的亮度比就是1001/5(100的1/5次方)=2.512,或者写成: m1-m2=-2.5lg(F1/F2) 式中m1和m2是两颗恒星的星等,F1和F2是它们的亮度.需要注意的是该公式中的2.5是精确值,而不是2.512的近似值.具体到本题中的问题,由于恒星到地球的距离要远远大于地球到冥王星的距离,因此我们认为对于同一颗恒星,在单位时间内来自它的光子落到地球或冥王星相同面积上的数量是相同的.从题中已知在冥王星上每秒钟每平方厘米上接收到的来自5等恒星的光子为10,000个,那么相同条件下来自一颗20等的恒星的光子数应为(20-5)*10,000/2.512 , 口径6米的望远镜的面积为 2.83*105cm2, 半小时=1800秒,则答案为:1800*2.83*105*15* 10,000/2.512= 5.09*106个光子。 5.A photometer is mounted on a 125 cm (focal length) telescope. Can you observe a star with magnitude a) 5m b) 10m c) 15m in a cluster if a count from a star of a similar spectral type with magnitude 8m gives 4000 counts/second? The level of white noise of the photometer (instrumental noise) is 500 counts/second; the upper limiting value for observations is 200000 counts/second. Explain your calculations.

天体物理学及其对未来发展的重要作用

年级 08 专业光信息科学与技术 学生姓名张桂洋 学号080701110090 理学院 实验时间： 2011 年 6 月16 日

天体物理学及其对未来发展的重要作用 摘要:天体物理学分为：太阳物理学、太阳系物理学、恒星物理学、恒星天文学、星系天文学、宇宙学、宇宙化学、天体演化学等分支学科。另外，射电天文学、空间天文学、高能天体物理学也是它的分支。多年来，随着世界人口的不断增加，资源不断的消耗，人们的生存环境日益缩减，资源也愈加匮乏。越来越多的国家将希望寄托于地球外部的空间，这进一步促进了天体物理学的发展，理论天体物理学的发展紧密地依赖于理论物理学的进步，几乎理论物理学每一项重要突破，都会大大推动理论天体物理学的前进。二十世纪二十年代初量子理论的建立，使深入分析恒星的光谱成为可能，并由此建立了恒星大气的系统理论。三十年代原子核物理学的发展，使恒星能源的疑问获得满意的解决，从而使恒星内部结构理论迅速发展；并且依据赫罗图的实测结果，确立了恒星演化的科学理论。 关键词：天体银河系特殊行星星系集团同位素引力原子核等离子体星系空间 引言：本学期开展了物理前沿着门课程,我们在此课程中前后接受了三位老师的精彩讲课。他们分别是胡老师讲述的等离子体，张老师的天文学以及龙老师的量子力学。其中我最感兴趣的就是天文学中的天体物理学这一块。

（一）天体物理学的有关介绍 从公元前129年古希腊天文学家喜帕恰斯目测恒星光度起，中间经过1609年伽利略使用光学望远镜观测天体，绘制月面图，1655～1656年惠更斯发现土星光环和猎户座星云，后来还有哈雷发现恒星自行，到十八世纪赫歇耳开创恒星天文学，这是天体物理学的孕育时期。十九世纪中叶，三种物理方法——分光学、光度学和照相术广泛应用于天体的观测研究以后，对天体的结构、化学组成、物理状态的研究形成了完整的科学体系，天体物理学开始成为天文学的一个独立的分支学科。 天体物理学是应用物理学的技术、方法和理论，研究天体的形态、结构、化学组成、物理状态和演化规律的天文学分支学科。 天体物理学分为：太阳物理学、太阳系物理学、恒星物理学、恒星天文学、星系天文学、宇宙学、宇宙化学、天体演化学等分支学科。另外，射电天文学、空间天文学、高能天体物理学也是它的分支。 对行星的研究是天体物理学的一个重要方面。近二十年来，对彗星的研究以及对星星及物质的分布、密度、温度、磁场和化学组成等方面的研究，都取得了重要成果。随着空间探测的进展，太阳系的研究又成为最活跃的领域之一。 银河系有一、二千亿颗恒星，其物理状态千差万别。球状体、红外星、天体微波激射源、赫比格一阿罗天体，可能都是从星际云到恒星之间的过渡天体。

天体物理学和宇宙演变

天体物理学和宇宙演变 世界是物质的，宇宙是物质的，宇宙中物质颗粒是客观存在的，物质颗粒的运动出现扩散、溶合、碰撞三种结果，使得在宇宙空间物质颗粒产生各种分布。其中溶合在一起的颗粒渐渐溶合增长，依次形成星子、行星、恒星、星团、类星体、星系。当星系形成时，使杂乱无章的宇宙中星体的无规则运动变化成有规则运动，星体结束了碰撞期，星系又以自身的运动特点运动下去，它们同样会出现碰撞、溶合和扩散。这便是宇宙的演变。 天体物理学属于应用物理学的范畴，是研究天体的形态、结构、化学组成、物理状态和演化规律的天文学分支学科。由于天体物理学是一门很广泛的学问，天文物理学家通常应用很多不同学术领域的知识，包括力学、电磁学、统计力学、量子力学、相对论、粒子物理学等。 本书作者Leonard S Kisslinger是美国卡内基梅隆大学教授，他意在使任何学科的学生对于近几十年天体物理学取得的那些令人兴奋和感到神秘的发展有一些了解。本书解释了宇宙从早期到现在的演化过程，运用通俗易懂的讲述方式使任何一个拥有高等数学基础的大学生都能够理解。 全书由10章组成：1.天体物理学的物理概念：速度、

加速度、动量和能量的基本概念，温度（作为一种能量形式），力和牛顿运动学定律；2.力和粒子：基本粒子的标准模型，原子、原子核、重子等；3.哈勃定律―宇宙膨胀：首先定义和讨论了光的多普勒频移和红移，然后从星系中光的多普勒频移的测量回顾了哈勃定律，最后讨论了宇宙的膨胀；4.恒星、星系等：地球怎样绕着太阳旋转，太阳（作为一个熔炉）的特性，大质量恒星由于引力坍塌导致脉冲星和黑洞形成的过程；5.中微子振荡、对称性和脉冲星冲击：称为中微子振荡的中微子相互转化的三种标准模型的重要属性，怎样利用中微子振荡来测量宇称性、电荷共轭和时间演化对称性，通过中微子发射来解释脉冲星冲击的可能原因；6.爱因斯坦狭义和广义相对论：狭义相对论中的重要假设，以及由此产生的长度收缩和时间膨胀，由洛伦兹变换得到的附加速度的爱因斯坦方程与假设的相一致性，利用相对动量和张量简单讨论了广义相对论；7.从广义相对论得到的宇宙的半径和温度：宇宙的弗里德曼方程、宇宙膨胀的引力辐射和重力波，以及引力量子场理论；8.宇宙微波背景辐射：宇宙微波背景辐射相关的一些概念，重点是温度和时间的相关性；9.电弱相变（Electroweak phase Transition）：定义了量子力学的相变和潜伏热，重点讨论了电弱理论和电弱相变，电弱相变和其产生的重力波间磁场的建立过程；10.量子色动力学相变：量子色动力学相变和银河系和星系团之间磁场的关

天体物理

1、中性氢21厘米谱线:氢原子在它的基态，有两个超精细结构子能级。星际物质中处于基态 的中性氢原子的碰撞结果，在这两个子能级间引起跃迁，便形成21厘米谱线的辐射。 2、秒差距：是最标准的测量恒星距离的方法，建立在三角视差的基础上，1pc=3.26ly 3、天文单位：一个日地距离为1天文单位（1AU），天文常数之一，天文学中测量距离，特别 是测量太阳系内天体之间的距离的基本单位。1976年，国际天文学联会把1天文单位定义成一颗质量可忽略，公转轨道不受干扰而公转周期为为365天的粒子与一个质量相当约太阳质量之间的距离，约1亿5千万公里。 4、光年:是长度单位之一，指光在真空中一年时间内传播的距离，大约94.6千亿公里（或58.8 千亿英里）。 5、恒星的赫罗图:赫罗图是恒星的光谱类型与光度之关系图，赫罗图的纵轴是光度与绝对星 等，而横轴则是光谱类型及恒星的表面温度，从左向右递减。 6、宇宙暗物质:非重子物质，与辐射场无相互作用，大爆炸之后就开在引力的作用下开始成团， 无法通过电磁波的观测进行研究，也就是不与电磁力产生作用的物质。目前只能通过重力产生的效应得知，而且已经发现宇宙中有大量暗物质的存在。 7、宇宙暗能量：在物理宇宙学中，暗能量（又称暗能）是一种充溢空间的、增加宇宙膨胀速 度的难以察觉的能量形式。暗能量假说是当今对宇宙加速膨胀的观测结果非唯一，但最流行的解释。 在宇宙标准模型中，暗能量占据宇宙73%的质能。 8、一般情况下，年轻星团里面的质量很小的金属丰度较低。 答：此观点错误。年轻的星是从被年老死亡的恒星的残骸"污染"了的星云中诞生的, 这些残骸含有大量的核反应产物, 因此丰度较高. 而那些从大爆炸中诞生的第一批恒星仅由氢和氦构成, 所以它们的金属丰度异常的低 9、型超新星的起源 答：型超新星爆发前是密近双星系统中的一颗白矮星它周围体壳由于另一颗子星的引力吸积而被完全剖离，此时他反过来吸积周围物质，质量超过钱德拉塞卡极限（上限）后爆炸而形成。 10、冥王星不再属于太阳系的一颗大行星而降级为矮行星的原因？ 答：冥王星的质量很小为1.27×Kg，周期为248年，公转轨道为39.5个天文单位，其轨道为椭圆轨道，则轨道平面与其它太阳系八大行星差别大，不满足行星的条件：1、该天体位于围绕太阳的轨道上。2、该天体有足够大质量来克服团体引力以达到流体力平衡状态。3、该天体有足够引力清空其轨道附近天体的条件。2006年被国际天文学联合会开除大行星位置，成为一颗矮行星。 11、旋涡星系的质量测定主要利用位力定力 答：一类具有旋涡结构的星系，中心是球状或椭球状核球，星系外面是扁平的星系盘，从核球两端延伸出两条或两条以上螺旋状旋臂叠加在星系盘上星系盘外面是球状星系。 旋涡星系定义：具有旋涡状结构的星系，包括正常旋涡星系和棒旋星系。外形呈旋涡结构，有明显的核心，核心呈凸透镜形，核心球外是一个薄薄的圆盘，有几条旋臂，在旋涡星系中有一类的核心不是球形，而是棒状，旋臂从棒的两端生出，称为棒旋星系。 12、白矮星：白矮星(White Dwarf)是一种低光度、高密度、高温度的恒星。因为它的颜色呈白色、体积比 较矮小，因此被命名为白矮星。白矮星是一种晚期的恒星。根据现代恒星演化理论，白矮星是在红巨星的中心形成的。白矮星是一种很特殊的天体，它的体积小、亮度低，但质量大、密度极高。比如天狼星伴星（它是最早被发现的白矮星），体积和地球相当，但质量却和太阳差不多，它的密度在1000万吨/立方米左右。 13、脉冲星：脉冲星（Pulsar），又称波霎，是中子星的一种，为会周期性发射脉冲信号的星体，直 径大多为20千米左右，自转极快。

天文专业综合2020中科院考研考试大纲

中国科学院大学硕士研究生入学考试 《天文专业综合》考试大纲 本科目满分150分。本命题科目试题总分值为240分，其中天文基础部分试题小计分值为120分，实测天体物理部分试题小计分值为40分，恒星物理部分试题小计分值为40分，星系宇宙学部分试题小计分值为40分。考生可在所有试题中任意选做分值和为150分的试题并明确标示。如果选做的试题分值和超过150分，判卷将按照所选做试题的题号顺序依次判卷直到所做题目分值和超过150分的题目的前一题。后面所做试题视作无效考试内容。 本考试大纲适用于中国科学院大学天文类的硕士研究生入学考试。“天文专业综合”科目的考试内容包括基础天文学、实测天体物理、恒星物理与星系宇宙学四大部分。要求考生能掌握天文研究方法和天文现象的基本规律以及分析、处理基本问题的能力，加深对各类天体性质、规律、演化的理解；要求掌握天文观测手段和方法，观测设备的特征、参数计算和应用，测光与光谱观测的基本方法、数据处理与分析；掌握恒星的基本性质，恒星的特征参数、分类、演化，以及恒星辐射、结构、演化等求解和模型计算等；掌握星系的分类、结构、形成和演化、基本宇宙学模型、广义相对论、大爆炸核合成、宇宙微波背景辐射等，并具有综合运用所学知识分析问题和解决问题的能力。 一、天文基础部分考试内容 （一）天文学研究历史、现状与未来 1、考试大纲 天文学研究的对象及内容、天文学研究的方法和技术以及与其它学科的关系，天文学研究的历史、现状和未来，天文信息获取方式。 （1）什么是天文学，天文学涵盖的内容 （2）天文学的成长——从几何到物理 ?古代天文学遗址、行星运动、托勒密地心说、哥白尼革命 ?伽利略的天文观测、证伪地心说、地球绕太阳的运动 ?第谷的行星观测与开普勒三定律、太阳系尺度确定 ?牛顿万有引力理论提出、持续验证与最终确立 （3）来自宇宙的信息 ?电磁波与观测窗口、温度与黑体谱、速度与多普勒效应 ?原子、分子和辐射、谱线形成、谱线分析 ?其他信息：陨石、宇宙线、中微子、引力波 （4）现代化的观测手段 ?光学望远镜发展、图像与探测器、集光能力、高分辨率 ?射电望远镜、干涉技术 ?空间天文学、全谱覆盖 2、考试要求