天体物理导论-第二章

1、第二章 辐射辐射类型辐射类型l宇宙线宇宙线 l中微子中微子l引力波引力波l 电磁辐射电磁辐射90%是质子，9%是氦核（粒子）大约1%是电子射线超高能中微子1. 宇宙线宇宙线粒子辐射粒子辐射超新星残骸超新星残骸太阳粒子爆发太阳粒子爆发星系核星系核黑洞黑洞羊八井宇宙线观测站2. 中微子目前人们只发现三种中微子：超级福冈超级福冈中微子探测中微子探测3. 引力辐射两个黑洞相撞时在宇宙中掀起的时空波纹引力波探测美国Ligo观测到引力波 电磁辐射是以变化的电磁场传递能量、具有特定波长和强度的波（波动性）。波长范围：0.01 30 m波长频率 光速c = 31010 cms-14. 电磁辐射 根据波长由长到

2、短，电磁辐射可以分为射电、红外、光学、紫外、X射线和射线等波段，可见光又可分解为七色光。 电磁辐射由光子构成（粒子性）光子的能量与频率（或颜色）有关：频率越高（低），能量越高（低）。 E = h,其中Planck 常数h = 6.6310-34 J s-1 PlanckEinstein 大气窗口(atmospheric window) 地球大气阻挡了来自空间的电磁辐射的大部分，仅在射电和光学部分波段较为透明。 电磁辐射的物理机制 黑体辐射 加速电子辐射 逆康普顿散射 韧致辐射 切伦科夫辐射4.1 黑体辐射 黑体 (blackbody) 能吸收所有的外来辐射（无反射）并全部再辐射的理想天体。 黑

3、体辐射 具有特定温度的黑体的热辐射。大部分正常恒星的辐射可以近似地用黑体辐射来表示。不同温度黑体的辐射谱Stefan-Boltzmann定律 单位面积黑体辐射的能量 FT4Wien定律 黑体辐射最强处的波长max与温度之间的关系为max T0.29 (cm K)高温黑体主要辐射短波，低温黑体主要辐射长波。 不同辐射波段的太阳光学紫外X射线射电 不同辐射波段的银河系 不同波段的旋涡星系M81 光学 中红外 远红外 X射线 紫外 射电 不同温度天体的辐射Omega CentauriSunA dim, young star (shown here in red) near the center of

4、 the Orion NebulaRho Ophiuchi Planck定律温度为T的单位面积黑体，在单位时间、单位频率内、向单位立体角发射的能量为 平方反比定律 单位面积接收到的辐射强度F与光源距离d的平方成反比Fd -2) 1(12)(/23kThechTB电磁波谱 Kirchoff定律 热的、致密的固体、液体和气体产生连续谱；热的、稀薄的气体产生发射线；连续辐射通过冷的、稀薄的气体后产生吸收线。 恒星形成区M17中的热气体辐射谱太阳光谱 谱线与恒星的化学成分 不同元素的原子具有不同的结构，因而有不同的特征谱线。l回旋辐射l同步辐射l曲率辐射4.2 荷电粒子加速运动产生辐射4.3 逆康普顿散射在银河系中穿行的高能电子，在宇宙空间和天体中普遍存在各种各样的低能光子诸如射电光子星光光子微波背景光子在高能天体附近和宇宙射线中又经常存在高能电子。当这些高能电子与低能光子正面碰撞时会使光子能量升高，变成高能伽马射线。4.4 韧致辐射电子在与正离子发生碰撞而速度突然改变时产生的辐射。快电子快电子慢电子慢电子正离子正离子高能光子高能光子4.5切伦科夫辐射切伦科夫辐射同加