天体物理概论lesson05-c.pdf

2010 04 031 内容复习内容复习 恒星距离 三角视差 秒差距 pc 恒星距离 三角视差 秒差距 pc 恒星亮度 亮度 光度 视星等 绝对星等恒星亮度 亮度 光度 视星等 绝对星等 恒星颜色 黑体辐射 T 常数 B V M恒星颜色 黑体辐射 T 常数 B V MV V 恒星光谱 吸收线 发射线 线强和线种类恒星光谱 吸收线 发射线 线强和线种类 光谱分类 哈佛光谱分类OBAFGKM 温度光谱分类 哈佛光谱分类OBAFGKM 温度 恒星大小 L 4 R恒星大小 L 4 R2 2 T T4 4 恒星质量 双星系统 质光关系 位力定理恒星质量 双星系统 质光关系 位力定理 色星等图 赫罗图 有效温度 颜色 和光度色星等图 赫罗图 有效温度 颜色 和光度 恒星家族 不同大小 质量 温度等的分布恒星家族 不同大小 质量 温度等的分布 2010 04 032 暗 红矮 星 小质量 数目最多 暗 红矮 星 小质量 数目最多 巨星 超 巨星数目 极少 巨星 超 巨星数目 极少 亮 热 蓝主序星 大质量 数目少 亮 热 蓝主序星 大质量 数目少 2010 04 033 课程说明课程说明 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 考试时间 6月18号左右 考试周7月5号 考试时间 6月18号左右 考试周7月5号 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 2010 04 034 第七章 太阳第七章 太阳 基本特性基本特性 太阳大气太阳大气 太阳活动太阳活动 太阳能源太阳能源 2010 04 035 太阳作用 地球大气的循环 日 夜与四季的交替 天文学家 太阳是唯一能够观测到表面细节的恒星 太阳作用 地球大气的循环 日 夜与四季的交替 天文学家 太阳是唯一能够观测到表面细节的恒星 2010 04 036 7 1基本特性7 1基本特性 太阳不是固体 两极和赤道的自转周期并不相同 赤道的自转周期约为25天 两极的周期约为35天 整体平均自转周期约为28天 太阳不是固体 两极和赤道的自转周期并不相同 赤道的自转周期约为25天 两极的周期约为35天 整体平均自转周期约为28天 2010 04 037 太阳南北两极的直径只比东西直径短10公里 完美的球体 太阳是一个主星序恒星 光谱类型为G2 G2型恒星的主星序寿命 100亿年 太阳的年龄 50亿年 太阳南北两极的直径只比东西直径短10公里 完美的球体 太阳是一个主星序恒星 光谱类型为G2 G2型恒星的主星序寿命 100亿年 太阳的年龄 50亿年 太阳直径是地球的109倍 质量是地球的333000倍 太阳直径是地球的109倍 质量是地球的333000倍 2010 04 038 Very Important Warning Never look directly at the sun through a telescope or binoculars This can cause permanent eye damage This can cause permanent eye damage even blindness even blindness Use a projection technique or a special sun viewing filter Use a projection technique or a special sun viewing filter 2010 04 039 2010 04 0310 7 2 太阳大气层7 2 太阳大气层 太阳从中心向外可分为 核心 核聚变区 辐射 层 对流层和大气层 太阳从中心向外可分为 核心 核聚变区 辐射 层 对流层和大气层 由于太阳内层气体透明 度极差 人类只能够直 接观测到太阳的大气层 由于太阳内层气体透明 度极差 人类只能够直 接观测到太阳的大气层 大气层 从内向外分为 光球 色球和日冕3层 大气层 从内向外分为 光球 色球和日冕3层 2010 04 0311 光球光球 光球是太阳可以被肉 眼看见的表面 光球是太阳可以被肉 眼看见的表面 光球厚度约为500公里光球厚度约为500公里 粒子数密度为10粒子数密度为1023 23 m m3 3 比空气稀薄3400倍 比空气稀薄3400倍 光谱与5800K黑体非常 相似 多了一些吸收线 光谱与5800K黑体非常 相似 多了一些吸收线 光球以下温度高 辐射 强 但密度高 光不能 有效辐射出去 光球以下温度高 辐射 强 但密度高 光不能 有效辐射出去 光球以上 密度稀薄 辐射的光少 光球以上 密度稀薄 辐射的光少 2010 04 0312 米粒组织 米粒组织是太阳光球 层上的一种日面结构 米粒组织是太阳光球 层上的一种日面结构 呈多角形颗粒形状 用望远镜才能观测到 呈多角形颗粒形状 用望远镜才能观测到 米粒组织温度比米粒 间区域温度约高300K 米粒组织温度比米粒 间区域温度约高300K 直径有1000km 2000km 大的可达 30 000多公里 直径有1000km 2000km 大的可达 30 000多公里 平均寿命只有几分钟平均寿命只有几分钟 2010 04 0313 光球是沸腾的对流层顶层 对流气体元向上流动到太阳表面 辐射热量 较冷的气流从气体元的周围边界向下流回对流层 光球是沸腾的对流层顶层 对流气体元向上流动到太阳表面 辐射热量 较冷的气流从气体元的周围边界向下流回对流层 上升的气体元中心较热 下降的边缘较冷 温差至少达100度 故在光球表面形成了中间亮四周暗的米粒状组织 上升的气体元中心较热 下降的边缘较冷 温差至少达100度 故在光球表面形成了中间亮四周暗的米粒状组织 2010 04 0314 色球 色球层是太阳大 气的中间层 平 均厚度为2000 千米 粒子数密 度为10 色球层是太阳大 气的中间层 平 均厚度为2000 千米 粒子数密 度为1017 17m m 3 3 比 光球层稀薄 比 光球层稀薄 色球层的温度有 摄氏几千至几万 度 但发出的光 只有光球层的几 千分之一 色球层的温度有 摄氏几千至几万 度 但发出的光 只有光球层的几 千分之一 2010 04 0315 平时无法看到色球层 只有在 日全食的时候 在暗黑日轮的 边缘可以看到一弯红光 仅持 续几秒钟 平时无法看到色球层 只有在 日全食的时候 在暗黑日轮的 边缘可以看到一弯红光 仅持 续几秒钟 色球上最突出的特征是针状物 出现在日轮的边缘 像一些 小火舌 偶尔腾出一束束火柱 色球上最突出的特征是针状物 出现在日轮的边缘 像一些 小火舌 偶尔腾出一束束火柱 针状物从产生到消失只有10分 钟左右的时间 针状物从产生到消失只有10分 钟左右的时间 高温 低密度 产生发射线 主 要是氢的巴耳末线 H 强 高温 低密度 产生发射线 主 要是氢的巴耳末线 H 强 通过通过H 滤光片 看到的色球 滤光片 看到的色球 2010 04 0316 色球图片 纤维状结构 针状物 冷气体 超米粒组织 红色 色球光谱中波长为6563埃的H 色球图片 纤维状结构 针状物 冷气体 超米粒组织 红色 色球光谱中波长为6563埃的H 线比线比H 和 和H 线亮 线亮 2010 04 0317 日冕日冕 日冕是太阳大气的最外层 厚 度达到几百万公里以上 日冕是太阳大气的最外层 厚 度达到几百万公里以上 日冕温度有100万摄氏度 外高 内低 粒子数密度为10 日冕温度有100万摄氏度 外高 内低 粒子数密度为106 6mm 3 3 日冕温度很高 但密度很低 因 此所含的热量很少 比色球层暗 日冕温度很高 但密度很低 因 此所含的热量很少 比色球层暗 日冕只有在日全食时才能看到 形状随太阳活动大小而变化 日冕只有在日全食时才能看到 形状随太阳活动大小而变化 在太阳活动极大年 形状呈圆形在太阳活动极大年 形状呈圆形 在太阳活动极小年 则呈椭圆形在太阳活动极小年 则呈椭圆形 2010 04 0318 太阳磁毯 太阳表面布满了数以万计的磁北极 磁南极和连接磁极 的环状磁力线 有些磁力线延伸到太阳日冕里 太阳表面磁波在驱动太阳风和加热日冕的过程中都发挥着重要作用 太阳磁毯 太阳表面布满了数以万计的磁北极 磁南极和连接磁极 的环状磁力线 有些磁力线延伸到太阳日冕里 太阳表面磁波在驱动太阳风和加热日冕的过程中都发挥着重要作用 2010 04 0319 太阳风 日冕温度高 带电粒子运动速度极快 不断有 带电的粒子挣脱太阳的引力束缚 射向太阳的外围 太阳风 日冕温度高 带电粒子运动速度极快 不断有 带电的粒子挣脱太阳的引力束缚 射向太阳的外围 太阳风的速度一般在200 800km s太阳风的速度一般在200 800km s 太阳风吹向地球两极 会在两极电离层引发美丽极光太阳风吹向地球两极 会在两极电离层引发美丽极光 Aurora Borealis AlaskaAurora Borealis Alaska 2010 04 0320 太阳光球 色球和日冕太阳光球 色球和日冕 2010 04 0321 光球之下 高密度的气体阻隔 了电磁辐射 太阳 内部不能直接观测 高密度的气体阻隔 了电磁辐射 太阳 内部不能直接观测 天文学家经由多普 勒效应技术 发现 了日震现象 天文学家经由多普 勒效应技术 发现 了日震现象 表面有振幅近10公 里的上下震动 而 振动的周期可由数 分钟到数小时不等 表面有振幅近10公 里的上下震动 而 振动的周期可由数 分钟到数小时不等 利用日震现象 能 推断太阳内部的温 度 密度 压力 组成 运动与转动 利用日震现象 能 推断太阳内部的温 度 密度 压力 组成 运动与转动上升区 蓝移 下降区 红移上升区 蓝移 下降区 红移 2010 04 0322 7 3 太阳活动 太阳黑子7 3 太阳活动 太阳黑子 太阳黑子是 太阳光球上 不规则的黑 色区域 太阳黑子是 太阳光球上 不规则的黑 色区域 温度 4300 4500K 温度 4300 4500K 因为比太阳 光球层表面 温度低 看 上去像一些 深暗色斑点 因为比太阳 光球层表面 温度低 看 上去像一些 深暗色斑点 典型太阳黑子尺寸为2倍地球大小 持续数周 2个月时间典型太阳黑子尺寸为2倍地球大小 持续数周 2个月时间 2010 04 0323 黑子数目变化的活动周期为11 2年 2004 2015年为极小黑子数目变化的活动周期为11 2年 2004 2015年为极小 上升期较短 4年 较陡 下降期较长 7年 较平缓上升期较短 4年 较陡 下降期较长 7年 较平缓 黑子数极大 太阳活动峰年 黑子数极小 太阳活动谷年黑子数极大 太阳活动峰年 黑子数极小 太阳活动谷年 2010 04 0324 黑子在日面上活动随时间变化的纬度分布规律黑子在日面上活动随时间变化的纬度分布规律 开始时 黑子出现在 30 日面纬度附近开始时 黑子出现在 30 日面纬度附近 活动剧烈时 在 15度处 在 8 处消失活动剧烈时 在 15度处 在 8 处消失 黑子活动的2个周期在时间上有重叠 反复黑子活动的2个周期在时间上有重叠 反复 以黑子的纬度为纵坐标 以时间为横坐标 绘出的 黑子分布图很像蝴蝶 因而称作蝴蝶图 以黑子的纬度为纵坐标 以时间为横坐标 绘出的 黑子分布图很像蝴蝶 因而称作蝴蝶图 2010 04 0325 黑子和地球气候 黑子多 气候干燥 黑子少 潮湿 暴雨成灾 太阳黑子数目增多 地球上的地震也多 地震次数有 黑子和地球气候 黑子多 气候干燥 黑子少 潮湿 暴雨成灾 太阳黑子数目增多 地球上的地震也多 地震次数有11年周期性 植物 黑子多的年份树木生长得快 黑子少的年份就生长得较慢 年周期性 植物 黑子多的年份树木生长得快 黑子少的年份就生长得较慢 1645 to 1715 1645 to 1715 第24个太阳活动周 2011 2012年 第24个太阳活动周 2011 2012年 2010 04 0326 太阳黑子和磁场 塞曼效应是原子 的光谱线在外磁 场中出现分裂的 现象 塞曼效应是原子 的光谱线在外磁 场中出现分裂的 现象 电子的轨道磁矩 和自旋磁矩耦合 成总磁矩 并且 空间取向是量子 化的 电子的轨道磁矩 和自旋磁矩耦合 成总磁矩 并且 空间取向是量子 化的 磁场作用下 引 起能级分裂 磁场作用下 引 起能级分裂 塞曼效应可以用来测量天体磁场塞曼效应可以用来测量天体磁场 2010 04 0327 太阳黑子和太阳的磁场有关 太阳黑子处 磁场较强 黑子处 磁场强 对流差 传到表面能量少 温度低 太阳黑子和太阳的磁场有关 太阳黑子处 磁场较强 黑子处 磁场强 对流差 传到表面能量少 温度低 2010 04 0328 太阳黑子经常 成对出现 北半球 按太 阳自转的方向 前导黑子 N 后随黑 子 S 南北半 球的黑子的极 性正好相反 下个活动周 黑子极性相反 黑子活动有22 年磁周期 太阳黑子经常 成对出现 北半球 按太 阳自转的方向 前导黑子 N 后随黑 子 S 南北半 球的黑子的极 性正好相反 下个活动周 黑子极性相反 黑子活动有22 年磁周期 2010 04 0329 太阳磁发电机理论太阳磁发电机理论 The sun rotates faster at the equator than near the poles 太阳磁场是由太阳对流层内磁流体的较差自转与湍流运 动在磁场中所产生的感应电动势来维持的 太阳内的流 体运动形态构成了一个磁流自激发电机 较差自转 太阳磁场是由太阳对流层内磁流体的较差自转与湍流运 动在磁场中所产生的感应电动势来维持的 太阳内的流 体运动形态构成了一个磁流自激发电机 较差自转 磁循环磁循环 2010 04 0330 2010 04 0331 太阳的较差自转使光球下面的水平磁力线管缠绕起来 到一定时候 上浮到日面 形成双极黑子 太阳黑子 由于大量双极黑子磁场的膨胀和扩散 原来的普遍磁 场被中和掉了 接着就会出现极性相反的普遍磁场 太阳的较差自转使光球下面的水平磁力线管缠绕起来 到一定时候 上浮到日面 形成双极黑子 太阳黑子 由于大量双极黑子磁场的膨胀和扩散 原来的普遍磁 场被中和掉了 接着就会出现极性相反的