物理10-5——张华——10131512.pdf

天体物理学以及对未来发展的重要作用 应用物理 10 5张华10131512 摘要 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 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 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 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 特殊行星更是多种多样 造父变星的光变周期为 1 50 天 光变幅为 0 1 2 个星等 长周期变星的光变周期为 90 1000 天 光变幅为 2 5 9 个星等 天琴座 RR 型变星的光变周期为 0 05 1 5 天 光变幅不超过 1 2 个星等 金牛座 T 型变星光 变不规则 没有固定的周期 新星爆发时抛出大量物质 光度急 骤增加几万到几百万倍 有的红巨星的半径比太阳半径大 1000 倍以上 白矮星的密度为每立方厘米一百公斤到十吨 中子星密 度更高达每立方厘米一亿吨到一千亿吨 河外星系与银河系属于同一天体层次 星系按形态大致分为 五类 旋涡星系 棒旋星系 透镜型星系 椭圆星系 不规则星 系 按星系的质量大小 又可分为矮星系 巨星系 超巨星系 它们的质量依次约为太阳的一百万到十亿倍 几百亿倍和万亿倍 以上 同银河系一样 星系也由恒星和气体组成三 五个 十来 个 几十个以至成百上千个星系组成星系集团 称星系群 星系 团 通过各种观测手段 人们的视野扩展到 150亿光年的宇宙 深 处 这就是 观测到的宇宙 或称为 我们的宇宙 也就是总 星系 研究表明 宇宙物质由化学元素周期表中近百种化学元素 和 289 种同位素组成 在不同宇宙物质中发现了地球上不存在的 矿物和分子 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 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 光学天文学是实测天体物理学的重要 组成部分 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 天 体物理学按照研究对象 可分为 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 天体演 化学 二 对未来的重要影响 天体物理学的发展 促使天文观测和研究不断的出现新成果 和新发现 使天体物理学不断向广度和深度发展 理论物理学中 的辐射 原子核 引力 等离子体 固体和基本粒子等理论 为 研究类星体 宇宙线 黑洞脉冲星 星际尘埃 超新星爆发奠定 了基础 天体物理学的发展也进一步促进了理论物理学的发展 天体物理学对人类社会发展的重要性日益增加 世界各国对天体 的研究越来越注重 改革开放以来 特别是近些年来 我国先后 发射各种人造卫星包括神舟系列卫星 嫦娥系列卫星等 对太阳 系天体进行实地采样和分析 以及尚在努力探索中的引力波观测 目前关于天体的信息都来自电磁辐射 通过对辐射谱线的分析 可以得到关于天体表面温度 质量以及内部结构 地理状况等许 多信息 还可以测量天体与地球的距离 各种各样的恒星 为研 究恒星的形成和演化规律提供了样品 另外 天体上特殊的物理 条件 在地球上往往并不具备 利用天体现象探索物理规律 是 天体物理学的重要职能 可以在外空间对特殊材料进行加工 合 成 也可以在外空间进行生物变异处理 产生多种多样的物种 来提高人们生活质量 通过天体物理学 对各种天体进行研究 不仅使人们愈来愈 深入地了解宇宙的结构和演化规律 同时也促使物理学在揭示微 观世界的奥秘方面取得进展 对未来发展有着十分重要的作用 几乎涉及到人类生活的各个方面 首先 地球目前正面临着能源 匮乏问题 通过对外空间探索 我们或许能找到新能源来缓解地 球能源问题 热核聚变概念是在研究恒星能源时提出的 其次 人们对外空间探索 也是希望能找到类地球环境 期望地球人能 搬到外空间生存 来解决人口爆炸问题 最后 通过天体物理学 对外星进行探索可以促进各个学科的发展 六十年代天文学的四 大发现 类星体 脉冲星 星际分子 微波背景辐射 促进了 高能天体物理学 宇宙化学 天体生物学和天体演化学的发展 也向物理学 化学 生物学提出了新的课题 努力学习天体物理 学来进一步发