天体物理学史.ppt

天体物理学的发展 天体物理学发展 天体物理学的兴起 公元前129年古希腊天文学家喜帕恰斯目测恒星亮度并根据亮度把恒星划分为六个等级这可以说是最早的光度学测量 1609年伽利略第一次使用光学望远镜观测天体 绘制月面图记录大量木星卫星的运动资料发现了土星的 耳朵 太阳黑子 太阳的自转等 1655 1656年惠更斯发现土星的 耳朵 是一些光环并发现猎户座星云哈雷发现恒星自行和哈雷彗星18世纪末 W 赫谢尔创立了恒星天文学 图 片 天体物理学由孕育走向成熟十九世纪 得益于 三种物理学方法 1光度学2分光学3照相术 拉塞佛1865年拍摄的月球照片 匹克林谱系之谜 人们称以上这个谱系为匹克林谱系 1884年 巴尔末提出了氢光谱的公式1913年玻尔提出氢原子的定态跃迁原子模型 遇到了匹克林谱系的困扰里德伯肯定了他们是氢的光谱1913年9月初发表的伊万士氢谱结果支持波尔理论匹克林谱系之谜被解开 图12 7贝特 提出太阳的反应能源主要来自4个氢核聚变变为氢核的过程 称为p p反应 提出了碳循环 恒星演化理论的建立 图12 81929年伽莫夫 右 和考克饶夫在一起 1956年伽莫夫发表了 膨胀宇宙的物理学 描述从原始高密状态和膨胀地概貌 宇宙背景辐射的发现 1948年美国科学家阿尔弗和赫尔曼预言 宇宙大爆炸产生的残系辐射 由于宇宙的膨胀和冷却 如今它所具有的温度约为绝对零度以上5开 或者说5K 绝对零度等于摄氏零下273 15度 即 273 但是他们的预言并未引起人们的普遍重视 射 由于宇宙的膨胀和冷却 如今它所具有的温度约为绝对零度以上 5 开 或者说 5K 绝对零度等于摄氏零下 273 15 度 即 273 但是他们的预言并未引起人们的普遍重视 1965年 美国新泽西州贝尔实验室的两位无线电工程师阿尔诺彭齐亚斯和罗伯特威尔逊却十分意外地发现了这种宇宙辐射场 当时他们正在为跟踪一颗卫星而校准一具很灵敏的无线电天线 图12 11贝尔实验室的射电望远镜喇叭形天线 1964年 美国贝尔实验室的工程师阿诺彭齐亚斯和罗伯特威尔逊架设了一台喇叭形状的天线 用以接受 回声 卫星信号 为了检测这台天线的噪音性能 他们将天线对准天空方向进行测量 他们发现 在波长为7 35cm的地方一直有一个各向同性的讯号存在 这个信号既没有周日的变化 也没有季节的变化 因而可以判定与地球的公转和自转无关 图12 12彭齐亚斯 右 与威尔逊站在他们的天线旁 图12 14COBE取得的数据与黑体谱在0 1 内相符 号为测量数据 曲线为理论预计 图12 15COBE得到的背景辐射图 贝尔检测射电望远镜收到的信号时无意中发现了一些有规律的脉冲信号 它们的周期十分稳定 为1 337秒 起初她以为这是外星人 小绿人 LGM 发来的信号 但在接下来不到半年的时间里 又陆陆续续发现了数个这样的脉冲信号 后来人们确认这是一类新的天体 并把它命名为脉冲星 Pulsar 又称波霎 脉冲星与类星体 宇宙微波背景辐射 星际有机分子一道 并称为20世纪60年代天文学 四大发现 安东尼 休伊什教授本人也因脉冲星的发现而荣获1974年的诺贝尔物理学奖 尽管人们对贝尔小姐未能获奖而颇有微词 脉冲星的发现 图12 17休伊什在做实验 图12 181967年11月28日从射电源CP1919第一次观测到周期性的脉冲信号 图12 19脉冲星沿磁轴方向射出的辐射束 象探照灯一样迅速扫过空间 图12 20赫尔斯正在用计算机巡查脉冲星 图12 21从脉冲双星发射出引力波 黑洞的产生过程类似于中子星的产生过程 恒星的核心在自身重量的作用下迅速地收缩 发生强力爆炸 当核心中所有的物质都变成中子时收缩过程立即停止 被压缩成一个密实的星球 但在黑洞情况下 由于恒星核心的质量大到使收缩过程无休止地进行下去 中子本身在挤压引力自身的吸引下被碾为粉末 剩下来的是一个密度高到难以想象的物质 任何靠近它的物体都会被它吸进去 黑洞就变得像真空吸尘器一样 图12 22黑洞示意图 图12 24哈勃太空望远镜 后来人们在不同波段上对微波背景辐射做了大量的测量和详细的研究 发现它在一个相当宽的波段范围内良 好地符合黑体辐射谱 对应温度大约为 2 7K 近似为 3K 并且在整个天空 上是高度各向同性的 只是具有一个微小的偶极各向异性 在赤经 11 3 0 1 h 赤纬 4 2 的地方温度略高 在相反的方向温度略低 人们认为这是由银 河系运动带来的多普勒效应所引起的 后来人们在不同波段上对微波背景辐射做了大量的测量和详细的研究 发现它在一个相当宽的波段范围内良地符合黑体辐射谱 对应温度大约2 7K 近3K 并且在整个天空上是高度各向同性的 只是具有一个微小的偶极各向异性 在赤经11 3 0 1h 赤纬4 2 的地方温度略高 在相反的方向温度略低 人们认为这是由银河系运动带来的多普勒效应所引起的 图12 25日美高级宇宙及天体物理卫星 图12 26哈勃和他观测的天体 PhysicsToday1999年5月号封面 弗里兹 扎维奇发现 大型星系团中的星系具有极高的运动速度 除非星系团的质量是根据其中恒星数量计算所得到的值的100倍以上 否则星系团根本无法束缚住这些星系 之后几十年的观测分析证实了这一点 尽管对暗物质的性质仍然一无所知 但是到了80年代 占宇宙能量密度大约20 的暗物质以被广为接受了 图12 27威尔金森微波各向异性探测器 宇宙学中 暗能量是某些人的猜想 指一种充溢空间的 具有负压强的能量 按照相对论 这种负压强在长距离类似于一种反引