恒星的距离PPT课件

-,1,恒星的距离,肖伟手机室:85400921(晚上9点后)只要是与天体物理(星等,测距,天体力学等)或物理相关的问题均可与我联系.注:请用手机打手机,如为座机,请在晚上9点到早上点间打,白天不接座机,请原谅,-,2,恒星的距离,1.恒星距离的测定WhyareDistancesImportant?Distancesarenecessaryforestimating:Totalenergyreleasedbyanobject(Luminosity)Massesofobjectsfromorbitalmotions(Keplersthirdlaw)Physicalsizesofobjects,-,3,测量距离的重要性我们肉眼只能知道恒星在天球上的投影的位置不知道恒星的距离就不能确定恒星空间的真实分布运动速度发射电磁波的真实强度,-,4,月球和太阳视角径约半度将手伸直可当量角器,直观测量角大小视直径,-,5,夹角相同，但距离和速度差别很大,恒星自行：速度；距离；夹角,-,6,二.测定天体距离的方法分类及其基本原理,恒星之遥远，远到无法用公里来做单位天文学家特别定义了3把不同的尺子天文单位：地球到太阳的平均距离，约为1亿5千万公里。光年：光线在真空中一年时间内经过的距离，约为10万亿公里。光速30万公里每秒，行人10分钟1公里，光走1秒，相当于人行走5年8个半月;光走1年，相当于人行走1.8亿年,-,7,天体的距离单位,秒差距(pc)：(example-word)对地球公转轨道半长径的张角为1处的天体的距离。1pc=3.26光年视差常以角秒差距为单位，视差p“与恒星至太阳的距离之间有换算关系为：P“206265Au/D1千秒差距=103秒差距(星系尺度)1兆秒差距=106秒差距(宇宙尺度),-,8,怎样测量恒星的距离？近处的恒星可以用三角测量法,-,9,Experiment:whatsparallax?,视差就是观测者在两个不同位置看到同一天体的方向之差,-,10,3.1三角视差法,观测事实,-,11,(1)三角视差法(trigonometricparallax)利用三角法测量恒星的距离基线越长，可测量的恒星距离越远。,D=B/sinr,-,12,地球提供最长基线：D恒星距离：d测量夹角：,1弧度为206265角秒,-,13,三角测量法的困难地球上的基线太短地球直径1.3万公里（1.310-9光年）最近恒星4.3光年角度太小无法测量地球轨道提供3亿公里基线，情况好转,-,14,(2)周年视差(annualparallax)以地球轨道半长径作为基线测量恒星的距离。周年视差是恒星相对于地球轨道半长径所张的夹角。,-,15,周年视差隔半年的两次观测观测同一颗星，其视位置会发生变化,AB：3亿公里,-,16,通过测量天体在天球上（相对于遥远的背景星）相隔半年位置的变化而测得。,Howareannualparallaxesmeasured?,-,17,1角秒,1秒差距,地球轨道,太阳,天文单位,秒差距以一个天文单位为底边底角为1角秒其直角边为一个秒差距,-,18,l秒差距约等于3.26光年或30万亿公里恒星距离和恒星视差成反比恒星距离越远，它的视差越小恒星越近，视差越大距离（秒差距）l视差（角）织女星的视差为(角秒)距离8.1秒差距,-,19,恒星距离越远，它的视差越小恒星越近，视差越大把恒星视差为1角秒时恒星所对应的距离作为一种单位它名叫“秒差距”l秒差距约等于3.26光年或30万亿公里恒星距离和恒星视差成反比距离（秒差距）l视差（角）织女星的视差为角秒距离8.1秒差距。,-,20,周年视差的局限性利用三角视差法测定了大约7千颗较近的恒星的距离绝大多数恒星距离太遥远它们的视差位移小于根本测量不出它们的视差要寻找新的方法！,-,21,2分光视差法,m为恒星的视星等，很容易测量。M为恒星的绝对星等(如果把恒星统一放到10秒差距的地方，这时我们测量到的视星等就叫做绝对星等)通过对恒星光谱的分析我们可以得出该恒星的绝对星等。这样一来，由上式距离就测出来了。通常这被称作分光视差法。分光视差可达到3x104pc,观测事实,-,22,通常有很多方法来确定绝对星等。比如主星序重叠法。如果我们认为所有的主序星都具有相同的性质。那么相同光谱型的恒星就有相同的绝对星等。如果对照太阳附近恒星的赫罗图，我们就可以求出遥远恒星的绝对星等，进而求出距离。所谓变星是指光度周期性变化的恒星。造父变星的独特之处就在于它的光变周期和绝对星等有一个特定的关系（称为周光关系）。通过观测光变周期就可以得出造父变星的绝对星等，进而也可求出距离。,-,23,3.光度距离设天体光度为L，亮度为B，则有BLD2B是可观测量，如果能设法求到光度L，则可由上式求得距离D，称为光度距离。,-,24,4.尺度距离设天体的角直径为，线直径为d，则有d=D是可观测量，如能设法得到线直径d，则可由上式求得距离D，称为尺度距离。,-,25,5.速度距离设天体的运动角速度为，相应的线速度为v，则有vD角速度是可观测量，要是能知道与相应的v，由上式可求得距离，称为速度距离。,-,26,6.宇宙学距离哈勃定律为Vr=DH0H0为已知的哈勃常数，Vr为天体视向速度，由此求得的就是宇宙学距离。上式只能用于远距离天体。如果Vr接近光速，还要考虑相对论性改正。哈勃定律的简单解释是宇宙正在膨胀。,-,27,7.距离的直接测定雷达测距和激光测距。只能用于最近的天体，如月亮、金星等。,-,28,五.尺度距离,这是一种距离绝对测定方法1.恒星直径如果测得恒星的角直径，同时又知道恒星的线直径，那么就可推算出恒星的距离。恒星距离十分遥远，从地球上观测时恒星角径很小，但可通过以下办法来加以测定：（1）近距离巨星，用迈克尔逊干涉法；（2）利用角径和视星等、颜色间的关系。,-,29,恒星线直径的测定更为困难：（1）对于脉动变量，由于星体作周期性膨胀和收缩，可以利用谱线多普勒位移测出视向速度，而从这种膨胀或收缩速度的积分便可推算恒星的线直径。（2）同样原理可用于测定新星的线直径。（3）对于白矮星可以从理论上推算出它们的线直径（一般为太阳直径的12）。,-,30,谱线的多普勒位移(Dopplershift),由于辐射源在观测者视线方向上的运动而造成接收到的电磁辐射频率（或波长）发生变化的现象天体远离观测者(我们)，波长变长（频率变高）谱线红移天体接近观测者，波长变短（频率变低）谱线兰移,波长增加方向,-,31,多普勒位移示意图红移和兰移,天体源的发射谱源静止坐标,观测到的谱,红移,兰移,-,32,多普勒效应：红移和兰移（观测波长真正波长）/真正波长v/c可以求出速度V,-,33,只有离银河系较近的几个星系是紫移，其余都是红移。,-,34,红移方法星系和类星体都能测出其红移量,多普勒效应：恒星远离我们而去：红移（观测波长真正波长）/真正波长v/c可以求出视向速度V,-,35,谱线红移和哈勃定律,人们观测到，更加遥远的恒星的光谱都有红移的现象，也就是说，恒星的光谱整个向红端移动。造成这种现象的原因是：遥远的恒星正在快速的离开我们。根据多普勒效应可以知道，离我们而去的物体发出的光的频率会变低。1929年，哈勃(Hubble,E.P.)提出了著名的哈勃定律，即河外星系的视向退行速度和距离成正比：这样，通过红移量我们可以知道星体的推行速度，如果哈勃常数H确定，那么距离也就确定了（事实上，哈勃太空望远镜的一项主要任务就是确定哈勃常数H）。,观测事实,-,36,哈勃定律哈勃于1928年测定40多个星系的红移和距离，发现：视向速度（公里/秒）和距离（兆秒差距）成正比是哈勃常数：50100公里/(秒兆秒差距）由Z可以求出距离,-,37,八.宇宙距离尺度的基本概念,1.太阳到银河系中心的距离R0（1）绝对测定：特殊天体（水脉泽）的速度距离。（2）相对测定：变星的光度距离等。最新结果：R08kpc2.大麦哲伦云的距离这是离我们最近的河外星系。（1）绝对测定：超新星光度的时延等。（2）相对测定：造父变星周光星系等。最优结果为502kpc,-,38,3.仙女星系M31的距离这是离我们最近的巨星系.（1）绝对测定：（所用方法较复杂）。（2）相对测定：造父变星，球状星团光度函数，亮星（新星）作为标准烛光等。最优结果为74040kpc。4.室女星系团的距离这是离我们最近的星系团.距离测定方法用的一般都是相对测定。如造父变星，超新星作为标准烛光，球状星团光度函数，新星作为标准烛光等。最优结果为1617Mpc。,-,39,5.后发星系团的距离这是离我们最近的富星系团。因为更远，测距方法一般都是相对测定。如超新星作为标准烛光等一类光度距离。最优结果是（16-17）5.5Mpc。,-,40,从以上结果可以看出：由于各种方法得出的结果都存在误差，同一天体应尽可能用相互独立的不同方法（包括绝对测定和相对测定）来测定它的距离。（1）由此得出天体距离的最优估计；（2）发现不同方法可能存在的系统误差；（3）用这一距离作为更远天体测距的定标。天体距离相对测定总是由近及远逐级进行：利用近天体对涉及距离的一些物理关系进行定标，测定其中的一些参数，然后把这一物理关系外推应用到更远的天体上。因此，为测定某一天体的距离，通常的做法是：,-,41,（1）尽可能利用绝对测定方法；（2）尽可能利用“一步到位”的相对测定方法，最有用的标距天体是超新星；（3）同时也采用“逐级到位”的相对测定方法。需要注意的是，除了三角视差（几何距离）方法，其他绝对测定方法都以某种理论假设为前提，因此其测定精度未必优于相对测定的结果。距离相对测定仍然是必须的。尤其对远距离天体，大量结果依靠的是相对测定。,-,42,6.关于宇宙的年龄问题宇宙年龄的估计取决于哈勃常数H0。如取H050kms-1Mpc-1，则t200亿年；如取H085kms-1Mpc-1，则t118亿年。这里还只认为宇宙是匀速膨胀，而