天體物理學(xué)簡介

1、概念天體物理學(xué)是應(yīng)用物理學(xué)的技術(shù)、方法和理論，研究天體的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成、物理狀態(tài)和演化規(guī)律的天文學(xué)分支學(xué)科。分支天體物理學(xué)分為：太陽物理學(xué) 、太陽系物理學(xué)、恒星物理學(xué) 、恒星天文學(xué)、星系天文學(xué) 、宇宙學(xué) 、宇宙化學(xué)、 天體演化學(xué) 等分支學(xué)科。另外，射電天文學(xué) 、空間天文學(xué)、高能天體物理學(xué)也是它的分支。起源利用理論物理方法研究天體的物理性質(zhì)和過程的一門學(xué)科。1859年基爾霍夫 根據(jù)熱力學(xué)規(guī)律解釋太陽光譜的夫瑯和費線斷言在太陽上存在著某些和地球上一樣的化學(xué)元素 這表明 可以利用理論物理的普遍規(guī)律從天文實測結(jié)果中分析出天體的內(nèi)在性質(zhì)是為理論天體物理學(xué)的開端。理論天體物理學(xué)的發(fā)展緊密地依賴于理論

2、物理學(xué)的進步幾乎理論物理學(xué)每一項重要突破都會大大推動理論天體物理學(xué)的前進。二十世紀二十年代初量子理論的建立 使深入分析恒星的光譜成為可能并由此建立了恒星大氣的系統(tǒng)理論。三十年代 原子核物理學(xué) 的發(fā)展 使恒星能源的疑問獲得滿意的解決從而使恒星內(nèi)部結(jié)構(gòu)理論迅速發(fā)展并且依據(jù)赫羅圖的實測結(jié)果確立了 恒星演化的科學(xué)理論。 1917年愛因斯坦用 廣義相對論 分析宇宙的結(jié)構(gòu) 創(chuàng)立了相對論宇宙學(xué)。 1929 年哈勃發(fā)現(xiàn)了河外星系的譜線紅移與距離間的關(guān)系以后人們利用廣義相對論的引力理論 來分析有關(guān)河外天體的觀測資料探索大尺度上的物質(zhì)結(jié)構(gòu)和運動這就形成了現(xiàn)代宇宙學(xué)。發(fā)展從公元前129 年古希臘天文學(xué)家喜帕恰斯目測

3、恒星光度起，中間經(jīng)過1609 年伽利略使用光學(xué)望遠鏡觀測天體，繪制月面圖， 1655 1656 年惠更斯發(fā)現(xiàn)土星光環(huán)和獵戶座星云，后來還有哈雷發(fā)現(xiàn)恒星自行，到十八世紀老赫歇耳開創(chuàng)恒星天文學(xué)，這是天體物理學(xué)的孕育時期。十九世紀中葉，三種物理方法 分光學(xué)、光度學(xué)和照相術(shù)廣泛應(yīng)用于天體的觀測研究以后，對天體的結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成、物理狀態(tài)的研究形成了完整的科學(xué)體系，天體物理學(xué)開始成為天文學(xué)的一個獨立的分支學(xué)科。天體物理學(xué)的發(fā)展，促使天文觀測和研究不斷出現(xiàn)新成果和新發(fā)現(xiàn)。1859 年，基爾霍夫?qū)μ柟庾V的吸收線(即夫瑯和費譜線)作出科學(xué)解釋。他認為吸收線是光球所發(fā)出的連續(xù)光譜被太陽大氣吸收而成的，這一發(fā)現(xiàn)推

4、動了天文學(xué)家用分光鏡研究恒星；1864 年，哈根斯用高色散度的攝譜儀觀測恒星，證認出某些元素的譜線，以后根據(jù)多普勒效應(yīng)又測定了一些恒星的視向速度；1885 年，皮克林首先使用物端棱鏡拍攝光譜，進行光譜分類。通過對行星狀星云和彌漫星云的研究，在仙女座星云中發(fā)現(xiàn)新星。這些發(fā)現(xiàn)使天體物理學(xué)不斷向廣度和深度發(fā)展。1905 年，赫茨普龍在觀測基礎(chǔ)上將部分恒星分為巨星和矮星；1913 年，羅素按絕對星等與光譜型繪制恒星分布圖，即赫羅圖；1916 年，亞當(dāng)斯和科爾許特發(fā)現(xiàn)相同光譜型的巨星光譜和矮星光譜存在細微差別，并確立用光譜求距離的分光視差法。在天體物理理論方面，1920 年，薩哈提出恒星大氣電離理論，通

5、過埃姆登、史瓦西 、愛丁頓等人的研究，關(guān)于恒星內(nèi)部結(jié)構(gòu)的理論逐漸成熟；1938年，貝特提出了氫聚變?yōu)榘钡臒岷朔磻?yīng)理論，成功地解決了主序星的產(chǎn)能機制問題。1929 年，哈勃在研究河外星系光譜時，提出了哈勃定律，這極大地推動了星系天文學(xué)的發(fā)展；1931 1932 年，央斯基發(fā)現(xiàn)了來自銀河系 中心方向的宇宙無線電波；四十年代，英國軍用雷達發(fā)現(xiàn)了太陽的無線電輻射，從此射電天文蓬勃發(fā)展起來；六十年代用射電天文手段又發(fā)現(xiàn)了類星體、脈沖星、星際分子、微波背景輻射。1946 年美國開始用火箭在離地面30 100 公里高度處拍攝紫外光譜。1年，蘇聯(lián)發(fā)射人造地球衛(wèi)星，為大氣外層空間觀測創(chuàng)造了條件。以后，美國、西歐

6、、日本也相繼發(fā)射用于觀測天體的人造衛(wèi)星?，F(xiàn)在世界各國已發(fā)射數(shù)量可觀的宇宙飛行器，其中裝有各種類型的探測器，用以探測天體的紫外線、 x 射線、 射線等波段的輻射。從此天文學(xué)進入全波段觀測時代。研究太陽是離地球最近的一顆普通恒星。對太陽的研究，經(jīng)歷了從研究它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、能量來源、化學(xué)組成和靜態(tài)表面結(jié)構(gòu)，到使用多波段電磁輻射研究它的活動現(xiàn)象的過程。太陽風(fēng)的影響能夠為我們直接感受。日地關(guān)系密切，所以研究有關(guān)地球的科學(xué)，必須考慮太陽的因素。對行星的研究是天體物理學(xué)的一個重要方面。近二十年來，對彗星的研究以及對行星際物質(zhì)的分布、密度、溫度、磁場和化學(xué)組成等方面的研究，都取得了重要成果。隨著空間探測的進展，

7、太陽系的研究又成為最活躍的領(lǐng)域之一。銀河系有一、二千億顆恒星，其物理狀態(tài)千差萬別。球狀體、紅外星、天體微波激射源、赫比格一阿羅天體，可能都是從星際云到恒星之間的過渡天體。特殊恒星更是多種多樣：造父變星的光變周期為150天，光變幅為0.1 2個星等；長周期變星的光變周期為90 1000天，光變幅為2.5 9個星等；天琴座 RR 型變星的光變周期為0.05 1.5 天，光變幅不超過1 2 個星等；金牛座T 型變星光變不規(guī)則，沒有固定的周期；新星爆發(fā)時拋出大量物質(zhì)，光度急驟增加幾萬到幾百萬倍；有的紅巨星的半徑比太陽半徑大1000倍以上；白矮星的密度為每立方厘米一百公斤到十噸，中子星密度更高達每立方厘

8、米一億噸到一千億噸。各種各樣的恒星，為研究恒星的形成和演化規(guī)律提供了樣品。另外，天體上特殊的物理條件，在地球上往往并不具備，利用天體現(xiàn)象探索物理規(guī)律，是天體物理學(xué)的重要職能。通過多年研究，人們對銀河系的整體圖像以及太陽在銀河系中的地位，有了比較正確的認識。銀河系的直徑為十萬光年，厚兩萬光年。通過對銀河系恒星集團的研究，建立和證實了星族和銀河系次系等概念。對銀河系自轉(zhuǎn)、旋臂結(jié)構(gòu)、銀核和銀暈也進行了大量研究。河外星系與銀河系屬于同一天體層次。星系按形態(tài)大致分為五類：旋渦星系、棒旋星系、透鏡型星系、橢圓星系、不規(guī)則星系。按星系的質(zhì)量大小，又可分為矮星系、巨星系、超巨星系，它們的質(zhì)量依次約為太陽的一百

9、萬到十億倍、幾百億倍和萬億倍以上。同銀河系一樣，星系也由恒星和氣體組成三、五個、十來個、幾十個以至成百上千個星系組成星系集團，稱星系群、星系團。通過各種觀測手段，人們的視野擴展到150 億光年的宇宙 “深處 “。這就是 “觀測到的宇宙 ”，或稱為 “我們的宇宙 ”，也就是總星系。研究表明，宇宙物質(zhì)由化學(xué)元素周期表中近百種化學(xué)元素和289 種同位素組成。在不同宇宙物質(zhì)中發(fā)現(xiàn)了地球上不存在的礦物和分子。二百多年來，關(guān)于太陽系的起源和演化問題已提出四十多種學(xué)說，但至今還沒有一個學(xué)說被認為是完善的而被普遍接受。近三十年來這方面有了很大進展，目前大多數(shù)天文學(xué)家贊成的恒星演化學(xué)說是所謂的“彌漫說 ”，但也

10、有少數(shù)人認為恒星是由超密物質(zhì)轉(zhuǎn)化而成的。用物理學(xué)的技術(shù)和方法分析來自天體的電磁輻射，可得到天體的各種物理參數(shù)。根據(jù)這些參數(shù)運用物理理論來闡明發(fā)生在天體上的物理過程，及其演變是實測天體物理學(xué)和理論天體物理學(xué)的任務(wù)。除了宇宙線的粒子探測、隕石的實驗室分析、宇宙飛行器對太陽系天體的實地采樣和分析，以及尚在努力探索中的引力波 觀測之外，目前關(guān)于天體的信息都來自電磁輻射。天體物理儀器的作用是對電磁輻射進行收集定位、變換和分析處理。 電磁輻射的收集和定位是由望遠鏡( 包括射電望遠鏡)來實現(xiàn)的。從輻射的連續(xù)譜可以判斷輻射的機制，還可以得知天體的表面溫度；從早型星的巴耳末系限上的跳變，可以得知天體的表面壓力；

11、由 UBV 測光系統(tǒng)也可粗略地確定恒星的光度和溫度值。從線譜可以獲得更多的信息：視向速度、電子溫度、電子密度、化學(xué)組成、激發(fā)溫度端流速度。對雙星的觀測研究，可以得到天體的半徑、質(zhì)量和光度等重要數(shù)據(jù)。研究脈動變星的光變周期與光度之間的關(guān)系，可以確定天體的距離。輻射轉(zhuǎn)移理論是解釋已知天象的有力工具，而且還可以預(yù)言尚未觀測到的天體和天象。以輻射轉(zhuǎn)移理論為基礎(chǔ)建立的恒星大氣理論，以熱核聚變概念為基礎(chǔ)發(fā)展起來的元素合成理論 、恒星內(nèi)部結(jié)構(gòu)理論和天體演化理論，乃是理論天體物理學(xué)的基礎(chǔ)。理論物理學(xué)中的輻射、原子核、引力、等離子體、固體和基本粒子等理論，為研究類星體、宇宙線、黑洞 脈沖星、星際塵埃、超新星爆發(fā)

12、奠定了基礎(chǔ)。人類對宇宙的認識不斷擴大，不僅使人們愈來愈深入地了解宇宙的結(jié)構(gòu)和演化規(guī)律，同時也促使物理學(xué)在揭示微觀世界的奧秘方面取得進展。氮元素就是首先在太陽上發(fā)現(xiàn)的，過了二十五年后才在地球上找到。熱核聚變概念是在研究恒星能源時提出的。由于地面條件的限制，某些物理規(guī)律的驗證只有通過宇宙這個“實驗室 ”才能進行。六十年代天文學(xué)的四大發(fā)現(xiàn) 類星體、脈沖星、星際分子、微波背景輻射，促進了高能天體物理學(xué)、宇宙化學(xué)、天體生物學(xué)和天體演化學(xué)的發(fā)展，也向物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)提出了新的課題。高能天體物理學(xué)highenergyastrophysics天體物理學(xué)的一個分支學(xué)科。主要任務(wù)是研究天體上發(fā)生的各種高能現(xiàn)象

13、和高能過程。它涉及的面很廣，既包括有高能粒子（或高能光子）參與的各種天文現(xiàn)象和物理過程，也包括有大量能量的產(chǎn)生和釋放的天文現(xiàn)象和物理過程。最早，高能天體物理學(xué)主要限于宇宙線的探測和研究，真正作為一門學(xué)科是 20 世紀 60 年代后才建立起來的。60 年代以后，各種新的探測手段應(yīng)用到 天文研究 中，一大批新天體、新天象的發(fā)現(xiàn)，使高能天體物理學(xué)得到了迅速發(fā)展。高能天體物理學(xué)的研究對象包括類星體和活動星系核、脈沖星、超新星爆發(fā)、黑洞理論、X 射線源、 射線源、宇宙線、各種中微子過程和高能粒子過程等等。此外在某些天體上 例如類星體和脈沖星等也有一些高能過程。它們都是高能天體物理學(xué)的研究對象。高能天體物

14、理學(xué)已經(jīng)取得一些重要表現(xiàn)在以下幾個方面對于在恒星上可能發(fā)生的中微子過程作了開創(chuàng)性的研究發(fā)現(xiàn)光生中微子過程電子對湮沒中微子過程以及等離子體激元衰變中微子過程等 對晚期恒星的演化有重要的影響對太陽中微子的探測發(fā)現(xiàn)實驗值與理論值有較大的差距關(guān)于超新星的爆發(fā)機制提出了一種有希望的理論超新星爆發(fā)可能是宇宙線的主要源泉在宇宙線中探測到一些能量大于10 電子伏的超高能粒子中國科學(xué)院原子能研究所云南站在1972 年發(fā)現(xiàn)一個可能是質(zhì)量大于1.8 10 克的荷電粒子 發(fā)現(xiàn)星系核的爆發(fā)現(xiàn)象和激烈的活動現(xiàn)象。小草急急忙忙的返青依舊；細雨迷迷濛濛的飄灑依舊。盈盈月下來，照亮你的山歌依舊；燦燦星升起，白楊樹綠影婆娑依舊。好風(fēng)似水，不驚你安眠依舊；鳥兒呢噥，愛的春天依舊?？晌?，望盡了我的花季，望盡了長長的一路落英繽紛呵！岑凱倫的綿綿春雨依舊，戴望舒的深深雨巷依舊！漂泊的船，尋找一個溫馨港口；孤寂的心，渴望一聲溫暖問候。是你在我最落寞的時候，把親切放在我左右；是你在我最失意的時候，把慰藉放在我心頭。紅酥手，黃藤酒；春如舊，人空瘦。蝴蝶雙飛影孤單，淚痕紅浥鮫綃透！那一葉小舟，那一雙眼眸，望穿了幾層山水幾層樓？那一縷相思，那一縷離愁，孤