天体物理概论 lesson01-c.pdf

天体物理概论天体物理概论 孔旭孔旭 xkong xkong 地点 理化大楼 18 014 3600657地点 理化大楼 18 014 3600657 交叉学科 or 无用学科 交叉学科 or 无用学科 利用物理学的知识和手段 研究天文观测设备所 获得的天体信息 是天文学和物理学的 利用物理学的知识和手段 研究天文观测设备所 获得的天体信息 是天文学和物理学的交叉学科交叉学科 天文学不是气象学 不能预知天气的变化 也不 像其它科学对人们生活有直接影响 天文学不是气象学 不能预知天气的变化 也不 像其它科学对人们生活有直接影响 许多天文新发现是在几十亿年地球形成之前已经存在许多天文新发现是在几十亿年地球形成之前已经存在 天文学科取得的成绩甚至不曾喂饱过一个孩子 治愈 过一种疾病 制止过一场战争 天文学科取得的成绩甚至不曾喂饱过一个孩子 治愈 过一种疾病 制止过一场战争 无用学科无用学科 为何要学习 了解和研究天文 天体物理 为何要学习 了解和研究天文 天体物理 人类对未知事物的恐惧 好奇心人类对未知事物的恐惧 好奇心 宇宙是什么 宇宙有多大 宇宙是如何产生 宇宙是什么 宇宙有多大 宇宙是如何产生 宇宙会怎样灭亡 人类 地球在宇宙中位置 宇宙会怎样灭亡 人类 地球在宇宙中位置 寓言故事 杞人忧天寓言故事 杞人忧天屈原的 天问 屈原的 天问 上下未形 何由考之 天地尚未成形之前 又从哪里得以产生 上下未形 何由考之 天地尚未成形之前 又从哪里得以产生 宇宙中的特殊环境对于探索物理规律重要宇宙中的特殊环境对于探索物理规律重要 有地球上不具备的超高温 超高密 超强磁场有地球上不具备的超高温 超高密 超强磁场等条件等条件 哥白尼 开普勒 伽利略 牛顿 爱因斯坦等哥白尼 开普勒 伽利略 牛顿 爱因斯坦等 暗物质 暗能量是什么 理论物理研究的热点暗物质 暗能量是什么 理论物理研究的热点 天体物理的发展 需要多学科交叉 联合天体物理的发展 需要多学科交叉 联合 大型望远镜 物理 工程 化学与材料大型望远镜 物理 工程 化学与材料 大型计算机 数学 计算机 软件 信息大型计算机 数学 计算机 软件 信息 空间飞行器 国家需求 如探月工程 载人空间飞行器 国家需求 如探月工程 载人 参考书目参考书目 几点说明几点说明 课程要求 按时到堂听课 须参加考试课程要求 按时到堂听课 须参加考试 课程考核 开卷考试 没有复杂的公式课程考核 开卷考试 没有复杂的公式 考试内容都包括在课堂讲授的内容中考试内容都包括在课堂讲授的内容中 注意课程退选时间 第4周 3月20号之前注意课程退选时间 第4周 3月20号之前 讲课方式 讲授约1 5小时 放相关电影讲课方式 讲授约1 5小时 放相关电影 教学目标教学目标 内容包括从行星 恒星 星系到宇宙学内容包括从行星 恒星 星系到宇宙学 宇宙是美丽的 有大量惊艳的天文图片宇宙是美丽的 有大量惊艳的天文图片 两个目标 两个目标 我们是什么 我们是什么 人类在宇宙中的位置 元素人类在宇宙中的位置 元素 我们是如何知道的 我们是如何知道的 借鉴科学研究的方法借鉴科学研究的方法 感悟人生 陶冶情操 学以致用 感悟人生 陶冶情操 学以致用 一个民族有一些关 注天空的人 他们 才有希望 一个民族只是关心 脚下的事情 那是 没有未来的 温家宝 仰望星空 第一章宇宙的尺度第一章宇宙的尺度 天文研究的 尺度和时间 跨度很大 天文研究的 尺度和时间 跨度很大 多数天体的 尺寸和演化 时标超出日 常生活所见 多数天体的 尺寸和演化 时标超出日 常生活所见 在宇宙尺度上 人类 地球 甚至太阳系都 是微不足道的 不重要的 在宇宙尺度上 人类 地球 甚至太阳系都 是微不足道的 不重要的 16 m16 m16 m16 m 科大校园一角科大校园一角 我的办公室我的办公室 18 014 1 6 x 1 6 km1 6 x 1 6 km1 6 x 1 6 km1 6 x 1 6 km 科大周边区域 160km x 160km160km x 160km160km x 160km160km x 160km 合肥市周边 地球直径地球直径地球直径地球直径 12 756 km 12 756 km 12 756 km 12 756 km 地球地球 地球和月球的距离地球和月球的距离地球和月球的距离地球和月球的距离 384 000 km384 000 km384 000 km384 000 km 地球和月亮地球和月亮 月球大小是地球的月球大小是地球的月球大小是地球的月球大小是地球的1 41 41 41 4 1 600 000 km1 600 000 km1 600 000 km1 600 000 km 地球到太阳的距离地球到太阳的距离地球到太阳的距离地球到太阳的距离 为为为为 150 000 000 km150 000 000 km150 000 000 km150 000 000 km 地球绕太阳轨道地球绕太阳轨道 金星和地球金星和地球金星和地球金星和地球 大小相似大小相似大小相似大小相似 水星比月球水星比月球水星比月球水星比月球 略大略大略大略大 太阳是恒星 比地球大109倍 行星只能反射光 自身不发光太阳是恒星 比地球大109倍 行星只能反射光 自身不发光 日地距离日地距离日地距离日地距离 150 000 000 km 150 000 000 km 150 000 000 km 150 000 000 km 地球绕太阳轨道地球绕太阳轨道 天文单位 astronomical unit 天文单位 astronomical unit 地球与太阳之间的地球与太阳之间的平均平均 距离 称为1 距离 称为1 天文单位天文单位 1 AU 主要用于测量太阳系内天体之间距离 是一个长度单位 比如 木星离太阳的平均距离为5 2天文单位 1 AU 主要用于测量太阳系内天体之间距离 是一个长度单位 比如 木星离太阳的平均距离为5 2天文单位 1天文单位 AU 1 49597870 10 1天文单位 AU 1 49597870 1011 11米米 太阳系太阳系 水 木 地球 火 木 土 天王 海王 2006 8 24第26届 IAU大会 冥王星 矮行星 水 木 地球 火 木 土 天王 海王 2006 8 24第26届 IAU大会 冥王星 矮行星 太阳光到地球需要8分钟 达到海王星需要4小时 离得远 温度低太阳光到地球需要8分钟 达到海王星需要4小时 离得远 温度低 Approx 100 AUApprox 100 AUApprox 100 AUApprox 100 AU 太阳系周围太阳系周围Approx 10 000 AU Approx 10 000 AU Approx 10 000 AU Approx 10 000 AU 万万万万 太阳系周围没有 其它恒星 太阳系周围没有 其它恒星 典型典型 恒星碰撞概率小恒星碰撞概率小 太阳系周围太阳系周围Approx 1 000 000AU Approx 1 000 000AU Approx 1 000 000AU Approx 1 000 000AU 百万百万百万百万 离太阳最近的恒星 是半人马座比邻星 距离地球 4 2 光年 离太阳最近的恒星 是半人马座比邻星 距离地球 4 2 光年 太阳系周围太阳系周围Approx 1 000 000AU Approx 1 000 000AU Approx 1 000 000AU Approx 1 000 000AU 百万百万百万百万 光年 light year ly 长度 单位 指光在真空中一年 时间内传播的距离 一年有365 25日 真空中 光速是299 792 458m s 1ly 9 460 730 472 580 800米 9 46 10 光年 light year ly 长度 单位 指光在真空中一年 时间内传播的距离 一年有365 25日 真空中 光速是299 792 458m s 1ly 9 460 730 472 580 800米 9 46 1015 15米 9 46 拍米 63 241AU 米 9 46 拍米 63 241AU Approx 17 light yearsApprox 17 light yearsApprox 17 light yearsApprox 17 light years It will take me light year to finish my term paper It will take me light year to finish my term paper X X 太阳系周围更延展区域太阳系周围更延展区域 Approx 1 700 Approx 1 700 Approx 1 700 Approx 1 700 lyslyslyslys 在恒星世界 太阳是颗很普通的暗星 在恒星世界 太阳是颗很普通的暗星 Diameter of the Milky Way Diameter of the Milky Way Diameter of the Milky Way Diameter of the Milky Way 75 000 light years 75 000 light years 75 000 light years 75 000 light years 银河系银河系 The Milky Way GalaxyThe Milky Way Galaxy 星系中包括千亿个 恒星 还有大量气 体和尘埃 星系中包括千亿个 恒星 还有大量气 体和尘埃 Approx 170Approx 170Approx 170Approx 170 000 000 000 000 lyslyslyslys 银河系距最近的大银河系距最近的大银河系距最近的大银河系距最近的大 星系约几百万光年星系约几百万光年星系约几百万光年星系约几百万光年 星系在空间分布不星系在空间分布不星系在空间分布不星系在空间分布不 均匀 星系团均匀 星系团均匀 星系团均匀 星系团 本星系群本星系群 星系与星系相互碰撞 并合的概率星系与星系相互碰撞 并合的概率星系与星系相互碰撞 并合的概率星系与星系相互碰撞 并合的概率 恒星之间恒星之间恒星之间恒星之间 Approx 17Approx 17Approx 17Approx 17 000000000000 000 000 000 000 lyslyslyslys 星系团组成超团 超团星系团组成超团 超团星系团组成超团 超团星系团组成超团 超团 又组成暗条又组成暗条又组成暗条又组成暗条 filaments filaments filaments filaments 壁壁壁壁 walls walls walls walls 和空洞和空洞和空洞和空洞 voids voids voids voids 宇宙大尺度结构宇宙大尺度结构 总结 总结 I 宇宙的尺度 Scale of the cosmos宇宙的尺度 Scale of the cosmos 天文单位 Astronomical Units天文单位 Astronomical Units 光年 Light year光年 Light year 恒星 Star 恒星 Star 星系 Galaxies星系 Galaxies 星系团 Cluster of galaxies星系团 Cluster of galaxies 总结 总结 II 我们位于银河系中 银河系有数千亿颗恒星我们位于银河系中 银河系有数千亿颗恒星 银河系又是浩瀚宇宙中数十亿星系中的一员银河系又是浩瀚宇宙中数十亿星系中的一员 星系空间分布成团 星系团又组成超星系团星系空间分布成团 星系团又组成超星系团 宇宙中的大部分空间 没有星系存在 空洞 宇宙中的大部分空间 没有星系存在 空洞 1 AU 1 6x101 AU 1 6x10