中科大天文系课件-11天体物理的研究对象

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1、§1.1天体物理学的研究对象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

2、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106〜10“K的

3、高温；中子星内部达10,3~10,6g/cm3的高密度和表面10,2~1014Gauss的强磁场；能量达1021~1022eV的宇宙射线；能量达10^1°"2吨的超新星爆发（其光度可达太阳的107~1010倍），等等。在这些特殊的物理条件下天体会呈现特殊的性质，有些是我们“地球上的物理学”所根本不了解的。宇阶梯和简史:IGURE19HowtheEarthfitsintotheUniverse.z〜1000z〜30z〜61MWonBigBangandProtogalaxyBlackHolesMergersModemGalaxiesEmissio

4、nofCosmicBackgroundRadiationTimeSinceBigBangMajorEventsSinceBigBarpresentHumansobservethecosmosEraofGalaxiesstars,galaxiesandclusters(madeofatomsandplasma)1billionyearsFirstgalaxieform.EraofAtoms>atomsandplasma

5、(starsbegintoform)300.000yearsEraofNucleiplasmaofhydrogenandhel

6、iumnucleipluselectronsAtomsform;photonsflyfreeandbecomebackgroundradiation.3minutesEraofNucleosynthesisFusionceases;normalmatteris75%hydrogen.25%helium.0.001secondssecondselementaryparticles'(antimatter9common)尸elementaryparticlesMatterannihilatesantimatterElectromagnetican

7、dweakforcesbecomedistinct.Strongforcebecomesdistinct,perhapscausincinflationofuniverseGUTEra10"43secondselementaryparticles"??PlanckEraneutronprotonelectronneutrinoantiprotonarnineutronantiproton-arnineutronantielectrons・quarksFIGURE22.2Thisdiagramsummarizestheerasoftheuniv

8、erse.Thenamesoftheerasandtheirendingtimesareindicatedontheleft,andthestateofmatterduringeacheraandtheeventsmarkingtheendofeacheraareindicatedontheright.天体物理学的内容十分丰富一一按所研究的宇宙的不同层次，可分为行星物理、太阳物理、恒星物理、星系和宇宙学等不同领域；按所接收到的辐射和粒子的能量，可以分为射电、红外、光学、紫外、高能（X-射线、Y-射线、宇宙射线）等不同波段；在引力场很强的情况下

9、，要应用相对论天体物理;此外还有：宇宙化学、宇宙生物学、等离子天体物理、核天体物理、中微子天体物理等专门分支。