天體物理整理

天體物理答案整理-.問答題恒星內部氫燃燒的兩種方式是什么？PP鏈燃燒和CNO燃燒。這兩種方式都存在若干釋放中微子的核反應過程中。太陽的主要元素有哪些？太陽內部燃燒的主要方式是什么？按質量計：70%氫和28%氦；主要是pp鏈為主（CNO需要更高的溫度。）以下是pp鏈：8x106K<r<2x107K,~M<1.1M~①】H+iH一2H+e++* ②2H+】H—3He+y③3He+3He-?4He+2'HCNO:3CNO:3.12H+O—H2O+Et<30yr⑵.引力收縮輻射-*壓力收縮—*溫度/—輻射t?（GM^/RJ。）?107yr⑶.熱核聚變（主要）氫燃燒：4vH^"He+2e++E+2veE=（4mH—mHe）c2^4X10-serg恒星演化的結局大致有哪幾種？太陽演化最終歸宿是什么？黑洞、中子星、白矮星。太陽最后的歸宿是：白矮星。主要輻射機制有哪些？主要物理過程？熱輻射（thermalradiation）：處于熱平衡的物體所發(fā)射的輻射回旋輻射，同步輻射（cyclotron,synchrotron）：磁場環(huán)境下非熱高能電子輻射?；匦椛洌篖armor圓頻率=eB/mc;圓周運動=兩個相互垂直的電偶極子;特點：單色;近乎各向同性；橢圓偏振。同步輻射:相對論電子在磁場中運動，圖像如下:曲率輻射：電子“束縛于磁力線”運動，類比于同步輻射。Compton散射和逆Compton散射Compton過程：自由電子與光子間的碰撞過程Compton散射 電子動能<<光子能量逆Compton散射一一電子動能>>光子能量=>高能光子，出射光子v^~YA2V,幾乎沿電子方向；Thomson散射：能量<511keV光子被幾乎靜止電子散射；軔致輻射(Bremsstrahlung)：自由運動電子受離子Coulomb場作用加速運動而產生的輻射。Cherenkov輻射：又稱介質中的“電磁激波”，起源于介質粒子被運動電荷激發(fā)而產生電磁振蕩的集體效應。大氣電磁輻射窗口有哪些？射電窗口：~1mm至~30m(~10MHz至~300GHz)紅外窗口：由若干um波長的窄波段構成光學窗口：?300nm-900nm脈沖星是誰發(fā)現的？1967年喬瑟琳?貝爾。Zwicky是如何首次將大質量恒星、中子星、超新星和宇宙射線起源這四個不同的概念聯(lián)系在起來？他提出了暗物質的存在。為何要建造空間望遠鏡？人眼的局限：反應速度慢；對視角的分辨本領差。2..地面觀測受大氣窗口的限制：地球大氣阻擋了來自空間的電磁輻射的大部分，僅在射電和光學部分波段較為透明?！緩埲A整理的：克服大氣輻射窗口的限制；減少大氣抖動對視寧度的影響；防止重力畸變；】活動星系的能源？目前比較流行的看法是認為星系中心存在大質量黑洞的吸積過程。Kerr黑洞與吸積進來的電磁場之間的相互作用，有可能提取中心黑洞的轉動能和角動量。黑洞的基本性質？奇點：黑洞的中心稱為“奇點”，該處的密度無限大而體積無限小，時空無限彎曲，潮汐力無限大。視界：是一個只準進，不準出的單向膜。一旦落入視界之內，就 不可能逃出，物質都無一例外的塌縮到中心奇點。無限紅移面：從這里發(fā)出的任何波長的光，在到達到地球時，波長都將紅移至無窮大。4.宇宙學原理主要包括什么？觀測表明宇宙物質在大尺度（大于100Mpc）上趨于均勻；宇宙微波背景輻射偏離均勻的程度僅為10人-3。3.赫羅圖？由丹麥天文學家E.Hertzsprung（1911年）和美國天文學家H.R.Russell（1913年）創(chuàng)制的恒星的光度一溫度分布圖。赫羅圖的橫坐標也可用恒星的光譜型、色指數，縱坐標也可用恒星的絕對星等表示。二.名詞恒星:由熾熱氣體組成的、能自身發(fā)光的球狀或類球狀天體。觀測特征：距離、亮度、顏色、溫度、質量、大小、化學組成等。超新星：主序星臨終時的一種爆發(fā)。光球層：可見光輻射區(qū)，半徑約700,000km,溫度約6000K,利用吸收光譜確定了67種元素的化學組成。等離子體：由大量離子，電子和分子組成，呈電中性且具有集體效應。行星狀星云：低質量恒星在死亡時拋出的氣體包層，受到中心高溫白矮星的輻射電離而發(fā)光。伽馬暴：來自天空中某一方向的伽瑪射線強度在短時間內突然增強，隨后又迅速減弱的現象，是宇宙中發(fā)生的最劇烈的爆炸，恒星級天體過程。熱輻射：處于熱平衡的物理向外所發(fā)射的輻射。黑體輻射：譜吸收系數=1的物體的熱輻射。彭羅斯機制：從旋轉黑洞中提取能量的過程。法拉第旋轉：光線通過磁場會傳播方向會發(fā)生偏轉。塞曼分裂：產生光譜的光源置于足夠強的磁場中，磁場作用于發(fā)光體使光譜發(fā)生變化，一條譜線即會分裂成幾條偏振化的譜線。引力透鏡：如果在觀測者到光源的視線上有一個大質量的前景天體則在光源的兩側會形成兩個像，就好像有一面透鏡放在觀測者和天體之間一樣，這種現象稱之為引力透鏡效應。黑洞視界：曲面R=Rs（看作是時空中的一個曲面）是這樣一些時空點之間的邊界，其中一些時空點將在某個時間變?yōu)榭梢?，而另一些時空點外部觀測者永遠觀察不到，那么這一邊界稱為黑洞視界。引力紅移：即在無窮遠接收到的光子頻率要小于固有頻率，星體表面發(fā)出的光譜由于引力會向紅端移動。無線紅移面：1.在Schwarzschild解中R=Rs對應的曲面稱為無限紅移面，也稱為靜態(tài)極限，粒子在曲面上不能保持靜止。2.從這里發(fā)出的任何波長的光，在到達到地球時，波長都將紅移至無窮大。Hubble定律：1929年，哈勃發(fā)現河外星系視向退行速度v與距離d成正比。H原子21cm譜線：指由中性氫原子因為能階變化而產生的電磁波譜線?；顒有窍岛耍阂恍┬窍档暮溯椛涞墓舛扰c整個星系的光度相當。其主要特征為核活動，是產生于恒星中熱核反應以外的另一種能源，并在某些現象中有著相當的影響。宇宙線：指與大氣層作用之前的原初粒子。三.基本問題常用的電磁輻射機制有哪些？物理過程？熱輻射：處于熱平衡的物體所發(fā)射的輻射回旋輻射：非相對論性的帶電粒子在磁場中受到洛倫茲力的作用產生的輻射。同步輻射：相對論性帶電粒子在電磁場的作用下沿彎轉軌道行進時所發(fā)出的電磁輻射。曲率輻射：在很強的磁場條件下，電子被束縛在磁力線上，只能沿著磁力線運動。如果磁力線是彎曲的，電子沿著彎曲的磁力線運動可以獲得向心加速度并發(fā)出輻射，此時產生的輻射稱為曲率輻射。Compton散射和逆Compton散射：在自由電子與光子的碰撞過程中，若電子動能遠小于光子能量，則光子的一部分能量會轉移給電子，出射波中會產生波長增大的波，此過程成為Compton散射;若電子動能遠大于光子能量，則電子的動能會部分的轉移給光子，而產生高能光子，即逆Compton散射，所產生的輻射為逆Compton輻射。軔致輻射：自由運動電子受離子庫侖場作用加速運動而產生的輻射。Cherenkov輻射：切倫科夫輻射，高速帶電粒子在非真空的透明介質中穿行，當粒子速度大于光在這種介質中的相速度（即單一頻率的光波在介質中的波形擾動的速度）時，就會激發(fā)出電磁波，這種現象即切倫科夫輻射。（來自課件和百度百科）探測宇宙中磁場的手段和物理原理？Polarizationofstarlight：polarizationpercentageincreaseswithdistanceZeemansplitting:磁光效應Polarizationatinfrared：thermalemissionandalignedbyB-fieldinthecloudsSynchrotronradiation：transverseB-strcutureFaradayrotation：旋光效應張華整理的：恒星光的極化；譜線的塞曼分裂（磁場作用于發(fā)光體使光譜發(fā)生變化，一條譜線即會分裂成幾條偏振化的譜線，這種現象稱為塞曼效應。）；同步輻射譜：同步輻射是帶電粒子繞磁場運動產生的，可以得到垂直分量的信息法拉第旋轉：經過磁場后的光偏振面發(fā)生變化，平行于傳播方向的分量有關紅外、毫米波的極化：塵埃的熱輻射被星云中的磁場極化請畫出大質量恒星演化晚期的洋蔥結構向外溫度逐漸降低。圖像如下:宇宙學原理是什么？宇宙學原理實質上是個假設，稱之為“宇宙空間均勻各向同性假設”似乎更合適，即：宇宙空間任何一點沒有特殊性。（來自《天體物理導論P236》）恒星中心合成鐵族元素后，若在進一步核聚變需要吸熱，則必將破壞恒星的引力平衡，因此以核燃燒方式穩(wěn)定的合成比鐵重核素是不可能的。比鐵重元素的核合成機制有哪些？俘獲中子：slow過程：若中子流量低，俘獲中子的速率<產物衰變，主要發(fā)生在小質量恒星晚期的AGB星階段；rapid過程：若中子流量高，俘獲率>產物衰變率；可能與天體爆發(fā)過程（超新星爆發(fā)）相關。俘獲質子：質子俘獲形成豐質子核；rp過程：質子帶電，只有質子動能足夠大才能進行有效核反應，因此質子流量也應較大，質子俘獲率>產物衰變。脈沖星是如何產生脈沖信號？原理就像我們乘坐輪船在海里航行，看到過的燈塔一樣。設想一座燈塔總是亮著且在不停地有規(guī)則運動，燈塔每轉一圈，由它窗口射出的燈光就射到我們的船上一次。不斷旋轉，在我們看來，燈塔的光就連續(xù)地一明一滅。脈沖星也是一樣，當它每自轉一周，我們就接收到一次它輻射的電磁波，于是就形成一斷一續(xù)的脈沖。脈沖這種現象，也就叫“燈塔效應”。脈沖的周期其實就是脈沖星的自轉周期。奧伯斯佯謬是什么及現代解釋？奧伯斯佯謬是指若宇宙是穩(wěn)恒態(tài)而且無限的，則晚上應該是光亮而不是黑暗的。解釋：宇宙的年齡是有限的和紅移，后者更為重要。為什么提出暗物質？暗物質存在的可能證據？暗物質可能的本質？目前的主要的探測方法？以銀河系為例：實際上在銀河系里物質總量的增長至少到489300光年的范圍，含有的物質總質量約為15xlOMlmsun。但銀河系里明亮物質的質量總量不會超過1.2x10A11msun。所以我們銀河系的質量中超過90%是暗物質?！緩埲A的解釋：銀河系的可觀測質量遠遠小于形成該結構需要的質量；星系旋轉曲線的異常：轉動曲線伸展遠遠超出它的光學像分布的區(qū)域范圍；引力透鏡效應：由于光線彎曲，大質量物體背后的光在前端形成一個弧，由此推斷引力源的性質?！堪滴镔|：不能提供任何直接的電磁作用信號，但可以有引力效應的物質。這是彌散狀態(tài)存在的暗物質。暗物質的微觀結構：熱暗物質是其組成粒子以接近真空光速運動的暗物質。從標準模型中給出的粒子中，如果中微子有靜止質量，則可能是“熱”暗物質粒子。超對稱所預言的粒子是目前主導的暗物質候選粒子。這些粒子具有質量和弱相互作用力，但它們不參與電磁作用。由此這些弱相互作用大質量粒子（WIMP）可以和普通的原子核發(fā)生碰撞，并且在不發(fā)射和吸收輻射的情況下散射它們。最輕的WIMP被稱為''渺中子"（neutralino）。宇宙中的暗物質大部分是冷暗物質，軸子也是一種假想中的粒子，但并非來自超對稱理論。軸子并不是一種''物質粒子〃，而是一種力的載體，類似于傳播電磁力的光子。它要比WIMP還輕得多一一最多只有后者的十億分之一，因此為了構成暗物質宇宙會需要比WIMP多得多的軸子?？赡艽嬖谧C據：引力透鏡證據：錢德拉X射線衛(wèi)星觀測到的子彈氣團；空間探測結果目前進展：PAMELA的正電子探測結果與之前的實驗符合地很好，在1.5-100GeV處出現正電子異常。目前主要探測方法：間接探測：動力學方法和引力透鏡方法。直接探測：WIMPs/中微子：與靶物質的原子核發(fā)生散射，質子/電子/Y射線：與靶物質的電子發(fā)生散射。暗物質的空間探測，尋找湮滅的證據。四.常識望遠鏡的性能指標聚光能力和角分辨本領天文選址：大氣環(huán)境、大氣湍流、天光亮度、天光光譜、太赫茲不透明度等。哈佛系統(tǒng)：依據溫度：溫度最高的恒星呈藍白色，溫度最低的顯出橘紅色。人們把恒星的光譜分成七種類型，分別是O、B、A、F、