《超新星爆发》PPT课件
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高中地理选修一第一章宇宙PPT课件(上课用)(教案+课件+学案+习题+素材,打包31套) 人教课标版6
1、快乐总和宽厚的人相伴，财富总与诚信的人相伴，聪明总与高尚的人相伴，魅力总与幽默的人相伴，健康总与阔达的人相伴。 2、人生就有许多这样的奇迹，看似比登天还难的事，有时轻而易举就可以做到，其中的差别就在于非凡的信念。 3、影响我们人生的绝不仅仅是环境，其实是心态在控制个人的行动和思想。同时，心态也决定了一个人的视野和成就，甚至一生。 4、无论你觉得自己多么了不起，也永远有人比更强;无论你觉得自己多么不幸，永远有人比你更不幸。 5、也许有些路好走是条捷径，也许有些路可以让你风光无限，也许有些路安稳又有后路，可是那些路的主角，都不是我。至少我会觉得，那些路不是自己想要的。 6、在别人肆意说你的时候，问问自己，到底怕不怕，输不输的起。不必害怕，不要后退，不须犹豫，难过的时候就一个人去看看这世界。多问问自己，你是不是已经为了梦想而竭尽全力了? 7、人往往有时候为了争夺名利，有时驱车去争，有时驱马去夺，想方设法，不遗余力。压力挑战，这一切消极的东西都是我进取成功的催化剂。 8、真想干总会有办法，不想干总会有理由;面对困难，智者想尽千方百计，愚者说尽千言万语;老实人不一定可靠，但可靠的必定是老实人;时间，抓起来是黄金，抓不起来是流水。 9、成功的道路上，肯定会有失败;对于失败，我们要正确地看待和对待，不怕失败者，则必成功;怕失败者，则一无是处，会更失败。1、快乐总和宽厚的人相伴，财富总与诚信的人相伴，聪明总与高尚的人相伴，魅力总与幽默的人相伴，健康总与阔达的人相伴。 2、人生就有许多这样的奇迹，看似比登天还难的事，有时轻而易举就可以做到，其中的差别就在于非凡的信念。 3、影响我们人生的绝不仅仅是环境，其实是心态在控制个人的行动和思想。同时，心态也决定了一个人的视野和成就，甚至一生。 4、无论你觉得自己多么了不起，也永远有人比更强;无论你觉得自己多么不幸，永远有人比你更不幸。 5、也许有些路好走是条捷径，也许有些路可以让你风光无限，也许有些路安稳又有后路，可是那些路的主角，都不是我。至少我会觉得，那些路不是自己想要的。 6、在别人肆意说你的时候，问问自己，到底怕不怕，输不输的起。不必害怕，不要后退，不须犹豫，难过的时候就一个人去看看这世界。多问问自己，你是不是已经为了梦想而竭尽全力了? 7、人往往有时候为了争夺名利，有时驱车去争，有时驱马去夺，想方设法，不遗余力。压力挑战，这一切消极的东西都是我进取成功的催化剂。 8、真想干总会有办法，不想干总会有理由;面对困难，智者想尽千方百计，愚者说尽千言万语;老实人不一定可靠，但可靠的必定是老实人;时间，抓起来是黄金，抓不起来是流水。14、成长是一场和自己的比赛，不要担心别人会做得比你好，你只需要每天都做得比前一天好就可以了。 15、最终你相信什么就能成为什么。因为世界上最可怕的二个词，一个叫执着，一个叫认真，认真的人改变自己，执着的人改变命运。只要在路上，就没有到不了的地方。 16、你若坚持，定会发光，时间是所向披靡的武器，它能集腋成裘，也能聚沙成塔，将人生的不可能都变成可能。 17、人生，就要活得漂亮，走得铿锵。自己不奋斗，终归是摆设。无论你是谁，宁可做拼搏的失败者 9、成功的道路上，肯定会有失败;对于失败，我们要正确地看待和对待，不怕失败者，则必成功;怕失败者，则一无是处，会更5、别着急要结果，先问自己够不够格，付出要配得上结果，工夫到位了，结果自然就出来了。 6、你没那么多观众，别那么累。做一个简单的人，踏实而务实。不沉溺幻想，更不庸人自扰。 7、别人对你好，你要争气，图日后有能力有所报答，别人对你不好，你更要争气望有朝一日，能够扬眉吐气。 8、奋斗的路上，时间总是过得很快，目前的困难和麻烦是很多，但是只要不忘初心，脚踏实地一步一步的朝着目标前进，最后的结局交给时间来定夺。 9、运气是努力的附属品。没有经过实力的原始积累，给你运气你也抓不住。上天给予每个人的都一样，但每个人的准备却不一样。不要羡慕那些总能撞大运的人，你必须很努力，才能遇上好运气。 10、你的假装努力，欺骗的只有你自己，永远不要用战术上的勤奋，来掩饰战略上的懒惰。 11、时间只是过客，自己才是主人，人生的路无需苛求，只要你迈步，路就在你的脚下延伸，只要你扬帆，便会有八面来风，启程了，人的生命才真正开始。 12、不管做什么都不要急于回报，因为播种和收获不在同一个季节，中间隔着的一段时间，我们叫它为坚持。失败。11、学会学习的人，是非常幸福的人。——米南德 12、你们要学习思考，然后再来写作。——布瓦罗 13、在寻求真理的长河中，唯有学习，不断地学习，勤奋地学习，有创造性地学习，才能越重山跨峻岭。——华罗庚 14、许多年轻人在学习音乐时学会了爱。——莱杰 15、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基 16、我们一定要给自己提出这样的任务：第一，学习，第二是学习，第三还是学习。——列宁 17、学习的敌人是自己的满足，要认真学习一点东西，必须从不自满开始。对自己，“学而不厌”，对人家，“诲人不倦”，我们应取这种态度。——毛泽东 18、只要愿意学习，就一定能够学会。——列宁 19、如果学生在学校里学习的结果是使自己什么也不会创造，那他的一生永远是模仿和抄袭。——列夫· 托尔斯泰 20、对所学知识内容的兴趣可能成为学习动机。——赞科夫 21、游手好闲地学习，并不比学习游手好闲好。——约翰· 贝勒斯 22、读史使人明智，读诗使人灵秀，数学使人周密，自然哲学使人精邃，伦理学使人庄重，逻辑学使人善辩。——培根 23、我们在我们的劳动过程中学习思考，劳动的结果，我们认识了世界的奥妙，于是我们就真正来改变生活了。——高尔基 24、我们要振作精神，下苦功学习。下苦功，三个字，一个叫下，一个叫苦，一个叫功，一定要振作精神，下苦功。——毛泽东 25、我学习了一生，现在我还在学习，而将来，只要我还有精力，我还要学习下去。——别林斯基、学习外语并不难，学习外语就像交朋友一样，朋友是越交越熟的，天天见面，朋友之间就亲密无间了。——高士其 2、对世界上的一切学问与知识的掌握也并非难事，只要持之以恒地学习，努力掌握规律，达到熟悉的境地，就能融会贯通，运用自如了。——高士其 3、学和行本来是有联系着的，学了必须要想，想通了就要行，要在行的当中才能看出自己是否真正学到了手。否则读书虽多，只是成为一座死书库。——谢觉哉、你的假装努力，欺骗的只有你自己，永远不要用战术上的勤奋，来掩饰战略上的懒惰。 11、时间只是过客，自己才是主人，人生的路无需苛求，只要你迈步，路就在你的脚下延伸，只要你扬帆，便会有八面来风，启程了，人的生命才真正开始。 12、不管做什么都不要急于回报，因为播种和收获不在同一个季节，中间隔着的一段时间，我们叫它为坚持。 13、你想过普通的生活，就会遇到普通的挫折。你想过最好的生活，就一定会遇上最强的伤害。这个世界很公平，想要最好，就一定会给你最痛。
超新星中微子
超新星中微子的介绍
• 按照恒星死亡类型，超新星可以分为两大类：
• （1）Ia型，通常认为是由双星系统中，白矮星吸积伴星超过钱氏 质量而点燃热核爆炸造成的，其结果是把整个白矮星完全销毁， 没有致密残骸。
• （2）其余的所有超新星都是核塌缩型（Core-collapse SNe）， 包括II型超新星（如SN1054，SN1987A），Ib 型(如SN2001ig， SN2005cz)，Ic 型，电子对不稳定超新星等等。
中微子震荡效应
由于超新星爆发时核力阻止核坍塌产 生的冲击波在超新星内部的传播，会 产生震荡效应，从而导致超新星的物 质密度分布随时间变化而变化，而且
其密度会出现不连续现象，这种效应
也会对中微子的传播和不同味道之间 的中微子相互转换造成影响
大值，这种现象类似于物理学中
常见的共振现象
超新星中微子 研究目的
历史上比较著名的超新星中微子探测装 置有：日本的神冈（Kamiokande）中 微子探测器，美国的IMB中微子探测器， 俄罗斯的Baksan和LSD中微子探测器 近几年来正在运行且可以用于探测超新 星中微子的探测装置有：日本的超级神 冈（KamiokandeⅡ）和KamLAND中 微子探测器，意大利的Borexino、 ICARUS和LVD中微子探测器，加拿大的 SNO中微子探测器，IceCube等。
中微子从超新星内传播过程中3种效应
中微子集体效应
中微子产生以后，中微子与中微子之 间会有弱相互作用，虽然单对中微子 -中微子相互作用很小，但是由于大 量中微子的存在，它们之间的集体相 互作用产生的效应就很大，这种效应 被称为中微子集体效应
MSW效应
中微子在超新星内传播，与超新 星物质之间会有相互作用，这也 会对不同味道中微子之间相互转 换产生影响，当中微子经历的超 新星物质处于某一密度时，中微 子之间的转换会突然达到一个极
chapter-03
起的质量损失 高光度恒星通常有很强的星 风～10−6−10−4 M⊙yr−1 如沃尔夫-拉叶(WR)星。 演化过程 O型星→蓝超巨星→（红超巨 星）→WR星→Ib/Ic型超新星 →中子星/黑洞
Nebula M1-67 around star WR124
小结
不同初始质量恒星的演化结局
3. 超新星 (Supernovae) 和超新星遗迹 (Supernova Remnants) II/Ib/Ic型超新星—高质量恒星在演化末态发生的 剧烈爆炸。
星系M 51中的SN 1991T
特征：
光度L～107-1010 L⊙， Lf /Li ～ 108 爆发能E～1047-1052 ergs（其 中 中 微 子占 99% ，动 能占 1% ，可见光辐射占0.01%） 膨胀速度v～103-104 kms-1
不同质量主序星的演化时标
M (M⊙) tn (yr) 30 2×106 15 107 1.0 1010 0.5 6×1010
主序星的内部化学 组成的变化
随着核反应的进行，核 心区的H元素丰度逐渐 减小，直至枯竭，全部 转变成He。
演化路径 (Evolutionary Track)
核反应4 H → 4He →核心区粒子数n↓→Pc↓ → 核心收缩R c↓ R → 核心区温度Tc↑，核反应 产能率ε↑ → 光度L↑ → 包层压力P↑ → 恒星半径R↑ 主序带：主序星从核心H 燃烧开始到结束在H-R图 上占据的带状区域
(2) 热时标 (thermal timescale) 恒星辐射自身热能的时间，或光子从恒星内部到 达表面的时间。 tth ＝ (0.5GM2/R)/L ≈ (2×107 yr) (M/M⊙)2 (R/R⊙)−1 (L/L⊙)−1 (3) 动力学时标 (dynamical timescale) 如果恒星的内部压力突然消失，在引力作用下恒 星坍缩的时间。 td ＝ R/V ≈ (R3/GM)1/2 ≈ (27 min) (R/R⊙)3/2(M/M⊙)−1/2
Nebula M1-67 around star WR124
小结
不同初始质量恒星的演化结局
3. 超新星 (Supernovae) 和超新星遗迹 (Supernova Remnants) II/Ib/Ic型超新星—高质量恒星在演化末态发生的 剧烈爆炸。
星系M 51中的SN 1991T
特征：
光度L～107-1010 L⊙， Lf /Li ～ 108 爆发能E～1047-1052 ergs（其 中 中 微 子占 99% ，动 能占 1% ，可见光辐射占0.01%） 膨胀速度v～103-104 kms-1
不同质量主序星的演化时标
M (M⊙) tn (yr) 30 2×106 15 107 1.0 1010 0.5 6×1010
主序星的内部化学 组成的变化
随着核反应的进行，核 心区的H元素丰度逐渐 减小，直至枯竭，全部 转变成He。
演化路径 (Evolutionary Track)
核反应4 H → 4He →核心区粒子数n↓→Pc↓ → 核心收缩R c↓ R → 核心区温度Tc↑，核反应 产能率ε↑ → 光度L↑ → 包层压力P↑ → 恒星半径R↑ 主序带：主序星从核心H 燃烧开始到结束在H-R图 上占据的带状区域
(2) 热时标 (thermal timescale) 恒星辐射自身热能的时间，或光子从恒星内部到 达表面的时间。 tth ＝ (0.5GM2/R)/L ≈ (2×107 yr) (M/M⊙)2 (R/R⊙)−1 (L/L⊙)−1 (3) 动力学时标 (dynamical timescale) 如果恒星的内部压力突然消失，在引力作用下恒 星坍缩的时间。 td ＝ R/V ≈ (R3/GM)1/2 ≈ (27 min) (R/R⊙)3/2(M/M⊙)−1/2
Ia型超新星
Ia型超新星
天文学术语
01 产生
03 前身星模型 05 科学研究
目录
02 特征 04 学界地位 06 天文学意义
Ia型超新星的形成需要一个双星系统，一个是巨星，一个是白矮星。质量极大的白矮星吸取巨星的物质（主 要是氢），当达到1.44个太阳质量时，会发生碳爆轰，核爆炸后没有遗留产物。
产生
发生
碳氧白矮星的并合模型，是指两颗碳氧白矮星相互绕转，由于引力波辐射提取双星系统轨道角动量，使双星 相互靠近，最终并合成一颗新的碳氧白矮星，如果这颗新的碳氧白矮星的总质量超过最大稳定质量极限，也会发 生类似于碳氧白矮星吸积模型那样的核聚变。
学界地位
IA型超新星作为宇宙“标准烛光”的地位主要来自（或部分依赖于）这样一个假设：它们彼此非常相似并形 成统一的一类天体。21世纪初，人们观测到了IA型超新星之间的差别。Maeda等人提出一个新模型，该模型将最 近的理论和观测数据都考虑了进去，并且将所观测到的光谱多样性解释为随机方向所产生的一个后果——人们在 理论上所提出的一个非对称爆炸就是从这些方向来观测的。在这个基础上，光谱演化多样性在继续将IA型超新星 用作“标准烛光”方面已不再是一个问题。
天文学意义
20世纪末，IA型超新星测距研究使人们认识到宇宙在加速膨胀，从而推论出暗能量的存在。这不仅是天文学， 更是物理学的巨大突破。IA型超新星因其在宇宙学中的特殊地位被美国《新千年天文学和天体物理学》列为近十 年内恒星研究的主要对象之一。
从这点出发，暗能量可能是一个空间的某种属性，宇宙空间本身与一些能量有着关联，这也能解释为什么在 宇宙空间里分布着如此大尺度的暗能量，当然这同样也是一种假说。但是，这一切的突破口就在Ia型超新星。天 体物理界将对Ia型超新星进行详细的研究，从爆炸模型到演化途径，暗能量的秘密总有被揭开的一天。
天文学术语
01 产生
03 前身星模型 05 科学研究
目录
02 特征 04 学界地位 06 天文学意义
Ia型超新星的形成需要一个双星系统，一个是巨星，一个是白矮星。质量极大的白矮星吸取巨星的物质（主 要是氢），当达到1.44个太阳质量时，会发生碳爆轰，核爆炸后没有遗留产物。
产生
发生
碳氧白矮星的并合模型，是指两颗碳氧白矮星相互绕转，由于引力波辐射提取双星系统轨道角动量，使双星 相互靠近，最终并合成一颗新的碳氧白矮星，如果这颗新的碳氧白矮星的总质量超过最大稳定质量极限，也会发 生类似于碳氧白矮星吸积模型那样的核聚变。
学界地位
IA型超新星作为宇宙“标准烛光”的地位主要来自（或部分依赖于）这样一个假设：它们彼此非常相似并形 成统一的一类天体。21世纪初，人们观测到了IA型超新星之间的差别。Maeda等人提出一个新模型，该模型将最 近的理论和观测数据都考虑了进去，并且将所观测到的光谱多样性解释为随机方向所产生的一个后果——人们在 理论上所提出的一个非对称爆炸就是从这些方向来观测的。在这个基础上，光谱演化多样性在继续将IA型超新星 用作“标准烛光”方面已不再是一个问题。
天文学意义
20世纪末，IA型超新星测距研究使人们认识到宇宙在加速膨胀，从而推论出暗能量的存在。这不仅是天文学， 更是物理学的巨大突破。IA型超新星因其在宇宙学中的特殊地位被美国《新千年天文学和天体物理学》列为近十 年内恒星研究的主要对象之一。
从这点出发，暗能量可能是一个空间的某种属性，宇宙空间本身与一些能量有着关联，这也能解释为什么在 宇宙空间里分布着如此大尺度的暗能量，当然这同样也是一种假说。但是，这一切的突破口就在Ia型超新星。天 体物理界将对Ia型超新星进行详细的研究，从爆炸模型到演化途径，暗能量的秘密总有被揭开的一天。
超新星爆炸的物理过程
超新星爆炸的物理过程超新星爆炸是宇宙中一种极为剧烈而壮观的天文现象。
在恒星演化的末期，当恒星核内燃料耗尽时，核聚变反应停止，恒星受到自身引力的剧烈收缩，最终引发了超新星爆炸。
一、恒星演化过程恒星演化经历了不同的阶段：主序星阶段、红巨星阶段和超新星阶段。
主序星阶段是恒星的稳定阶段，在这个阶段，恒星的核内发生氢聚变反应，将氢转化为氦，并且释放出巨大的能量。
当恒星的核内氢燃料耗尽，核聚变反应停止，恒星开始演化为红巨星。
在红巨星阶段，恒星的核外壳继续进行氢聚变反应，而核心则开始发生氦聚变反应。
然而，氦聚变反应所需的温度和能量更高，同时生成的能量也远远不及氢聚变反应。
随着氦的耗尽，恒星的核心开始逐渐收缩。
二、超新星爆炸的起因当恒星核心内的铁聚变完成后，核心无法继续提供足够的能量维持核的支撑结构，铁核由于受到无法逆转的电子简并压力，无法进一步压缩，于是核心发生塌缩，形成了一个极其密集的中子星或黑洞。
而外层物质则迅速下坠，撞击到核心并被反弹，形成了一个极为剧烈的冲击波。
三、超新星爆炸过程超新星爆炸过程可分为内向冲击波和外向冲击波两个阶段。
1. 内向冲击波：当外层物质受到冲击波反弹后，形成了一个高密度的气体壳层。
同样，尚未完全被击飞的内部物质也会迅速受到冲击波的作用，几乎同时向核心区域压缩。
当超新星冲击波压缩到一定程度时，会将核心内的物质加热至数千万度，瞬间产生大量的高能粒子和辐射，这就是超新星爆发的亮点。
2. 外向冲击波：内向冲击波向外膨胀并与周围的星际物质相互作用，形成了一个巨大的外向冲击波。
这个冲击波将恒星的外层物质抛射到宇宙空间，同时还会产生大量的高能辐射，包括伽马射线、X射线和紫外线等。
四、超新星爆炸的能量释放超新星爆炸的能量释放非常巨大。
根据天文学家的估算，一个超新星爆炸的释放能量相当于10^44至10^46焦耳，相当于太阳整个寿命释放能量的数万倍。
此外，超新星爆炸还会产生大量的重元素，如铁、钙和镍等，为宇宙中的元素丰度提供了重要的贡献。
恒星狂热;宇宙中最壮观的超新星爆发(恒星发生超新星爆炸)
恒星狂热;宇宙中最壮观的超新星爆发
恒星狂热：宇宙中最壮观的超新星爆发
在宇宙的辽阔深处，恒星如闪耀的明珠点缀着黑暗的夜空，它们以不可思议的力量和光芒存在着。
然而，在这片宁静的星空中，有时会发生一场宇宙中最壮观的事件之一——超新星爆发。
超新星是一颗恒星在生命的尽头发生剧烈爆炸的现象，释放出比整个银河系都要明亮的光芒，持续时间可能长达数周甚至数月。
这种恢弘的爆发不仅释放出极为强大的能量，还产生了许多元素，包括我们所熟知的金属和氧气等。
当一颗恒星耗尽其核心燃料时，内部会塌缩并迅速释放出能量，导致恒星外层被瞬间抛射出去。
这一过程形成的冲击波以惊人的速度蔓延，将恒星周围的物质推向宇宙中，创造出美丽而壮观的超新星遗迹。
超新星爆发的光芒可以在数百万光年外的宇宙中被观测到，让人类能够见证宇宙中最恢弘的力量之一。
这些壮丽的超新星遗迹成为了宇宙中的“艺术品”，启迪着天文学家、艺术家和哲学家们的想象力，让我们对宇宙的无限广袤和奥秘感到敬畏和震撼。
超新星爆发不仅仅是一场恒星的终结，更是一种新生的开始。
在恒星狂热的过程中，宇宙将新的元素喷射到宇宙中，为星系的形成和演化提供了重要的物质基础。
因此，超新星爆发被认为是宇宙中最为重要的天文现象之一，也是我们理解宇宙起源和演化的关键。
在这无垠的星空中，超新星爆发如同一场闪耀的烟火秀，让我们见证宇宙中最壮丽的瞬间。
它们的光芒穿越时空，让我们感受到宇宙的无限神秘和壮美，激励着我们探索更深邃的宇
宙奥秘，探寻生命与存在的意义。
超新星爆发，是宇宙中永恒的狂热，也是人类精神的永恒追求。
超新星爆发
恒星通过爆炸会将其大部分甚至几乎所有 物质以可高至十分之一光速的速度向外抛 散，并向周围的星际物质辐射激波。这种 激波会导致形成一个膨胀的气体和尘埃构 成的壳状结构，这被称作超发是某些恒星在演化接近末期时 经历的一种剧烈爆炸。这种爆炸都极其明 亮，过程中所突发的电磁辐射经常能够照 亮其所在的整个星系，并可持续几周至几 个月（一般最多是两个月）才会逐渐衰减 变为不可见。
现已证明，1572年和1604年的新星都属 于超新星。在银河系和许多河外星系中都 已经观测到了超新星，总数达到数百颗。 可是在历史上，人们用肉眼直接观测到并 记录下来的超新星，却只有6颗。
太阳系银河系宇宙[上下学期通用]PPT课件(初中科学)
不是，银河系是由众多类似于太阳系 的恒星集团构成的更高一级的天体系统
银河系的大小：
直径10万光年。
太阳系
太阳与银河系的中 心相距3万光年。
光年：距离单位
银河系
10多万光年 太阳系
3万光年
太阳系
侧 视（侧面观）
俯 视（正面观）
左图是侧上视面图两，幅看图上中去，银河系像各个呈中什间么厚形，状四。周 薄的铁饼（铁饼状），右图是俯视图，看上去银
河系像个大旋涡（旋涡状），有四条螺旋状旋臂
从中心伸出，太阳系位于银河系？红点是什么？
图中的光点是一颗颗恒星。
根据图中太阳系的位置，说说银河系。
银河系是一个巨大的众多的恒星集 团，太阳是这个恒星集团的一员，因此， 我们也在银河系中。从银河系的旋涡状 结构可以知道，银河系中的所有恒星 （包括我们的太阳）都在环绕银河系的 中心高速地运动着。
A 地月系→太阳系 →银河系→宇宙 B 银河系→太阳系→宇宙 C 银河系→太阳系→星系 D 太阳系→地月系→银河系
2、八大行星中体积最大的两颗行星是：
木星 和土星它们最显著的特征是分别 是：木星上有大红斑，土星有光环 。
3、 太阳是太阳系的中心，太阳系 八大行星中离地球最近的两颗行星 是 金星和 火星， 现知 水星 没有大气。
黑洞附近的恒星可能会受黑洞 引力的影响而有特别的散布
如图中的4个小球分
别代表宇宙中的红巨
星、太阳、中子星及
白矮星。请根据它们
的体积判断；
A
A是—太—阳——
B是—红—巨—星———
B
大黑球代表—白—矮—星— 中子星
小黑球代表————-
恒星的演变—太阳的未来
1
1 成年的太阳
2
银河系的大小：
直径10万光年。
太阳系
太阳与银河系的中 心相距3万光年。
光年：距离单位
银河系
10多万光年 太阳系
3万光年
太阳系
侧 视（侧面观）
俯 视（正面观）
左图是侧上视面图两，幅看图上中去，银河系像各个呈中什间么厚形，状四。周 薄的铁饼（铁饼状），右图是俯视图，看上去银
河系像个大旋涡（旋涡状），有四条螺旋状旋臂
从中心伸出，太阳系位于银河系？红点是什么？
图中的光点是一颗颗恒星。
根据图中太阳系的位置，说说银河系。
银河系是一个巨大的众多的恒星集 团，太阳是这个恒星集团的一员，因此， 我们也在银河系中。从银河系的旋涡状 结构可以知道，银河系中的所有恒星 （包括我们的太阳）都在环绕银河系的 中心高速地运动着。
A 地月系→太阳系 →银河系→宇宙 B 银河系→太阳系→宇宙 C 银河系→太阳系→星系 D 太阳系→地月系→银河系
2、八大行星中体积最大的两颗行星是：
木星 和土星它们最显著的特征是分别 是：木星上有大红斑，土星有光环 。
3、 太阳是太阳系的中心，太阳系 八大行星中离地球最近的两颗行星 是 金星和 火星， 现知 水星 没有大气。
黑洞附近的恒星可能会受黑洞 引力的影响而有特别的散布
如图中的4个小球分
别代表宇宙中的红巨
星、太阳、中子星及
白矮星。请根据它们
的体积判断；
A
A是—太—阳——
B是—红—巨—星———
B
大黑球代表—白—矮—星— 中子星
小黑球代表————-
恒星的演变—太阳的未来
1
1 成年的太阳
2
超新星爆发：宇宙中最壮观的烟火表演
1. 在宇宙的无垠黑暗中，超新星爆发是一场壮观的烟火表演，给我们展示了宇宙中最为惊人的现象之一。
这一事件不仅令人惊叹，还为科学家们提供了丰富的研究材料，帮助我们更深入地了解宇宙的演化过程。
2. 超新星爆发是恒星生命周期的终极阶段，当一颗巨大的恒星耗尽了核燃料，失去了抵抗引力坍缩的能力时，它的内部将塌陷成一个密度极高的物体，如中子星或黑洞。
这种坍缩过程会释放出巨大的能量，导致恒星外层发生剧烈的爆炸，并释放出高速运动的物质和辐射。
3. 超新星爆发通常可以在宇宙中的其他星系中被观测到，而我们自己的银河系也不例外。
事实上，据估计，每年大约有两个至三个超新星爆发事件在银河系中发生，虽然它们相对较少，但它们却是我们观测宇宙演化过程中最重要的事件之一。
4. 当超新星爆发发生时，它释放出的能量相当于太阳的数十亿倍。
这种巨大的能量释放会导致周围的星际物质被加热和破坏，形成一个巨大的火球。
在这个过程中，高能粒子和电磁辐射都会被加速到极高的速度，形成一颗明亮而炽热的火球，被称为超新星遗迹。
5. 超新星遗迹通常可以在宇宙中长时间存在，甚至几百万年。
它们的存在对于研究恒星演化，以及星际物质的形成和扩散过程至关重要。
科学家们通过观测超新星遗迹的性质和组成，可以了解到恒星爆炸的机制，以及宇宙中元素的合成和分布。
6. 此外，超新星爆发也是宇宙中金属元素的重要来源。
在超新星爆发的过程中，大量的重元素会被产生出来，并散布到周围的星际空间中。
这些重元素后来将参与到新的恒星形成过程中，形成新的行星和生命的基础。
7. 超新星爆发还可以产生强烈的引力波，这是爱因斯坦广义相对论的重要预言之一。
引力波是一种扰动宇宙空间的波动，它们的存在已经通过多次引力波探测实验得到了确认。
超新星爆发产生的引力波具有独特的频率和振幅，可以帮助科学家们进一步验证广义相对论，并探索宇宙的奥秘。
8. 总的来说，超新星爆发是宇宙中最壮观的烟火表演之一。
它们不仅给我们带来了视觉上的震撼，还为科学家们提供了研究宇宙演化的重要线索。
超新星爆发与恒星生命周期
超新星爆发与恒星生命周期恒星是宇宙中最为常见的天体之一，它们以巨大的质量和炽热的温度闪耀着光芒。
然而，恒星并非永恒存在，它们经历着一个复杂而神秘的生命周期。
其中最引人注目的事件之一就是超新星爆发，这是一种极为剧烈的天体现象，也是恒星生命周期的终极阶段。
恒星的生命周期通常可以分为三个阶段：形成、主序和末期。
首先，恒星的形成始于巨大的气体云中的引力坍缩。
当云中的气体聚集到一定程度时，它们开始在核心区域产生高温和高压，进而引发核融合反应。
这是恒星的能量来源，也是它们能够持续燃烧的原因。
在主序阶段，恒星的核心温度和压力足够高，以支持核融合反应。
这时恒星处于一个相对稳定的状态，通过将氢融合成氦来释放能量。
这个阶段可以持续数十亿年，取决于恒星的质量。
质量较小的恒星会更加持久，而质量较大的恒星则会更快速地消耗其核燃料。
然而，当恒星的核心燃料耗尽时，它们将进入末期阶段。
在这个阶段，恒星的核心会坍缩，因为没有足够的能量来抵抗引力。
核心坍缩会导致温度和压力的急剧上升，进而引发超新星爆发。
超新星爆发是自然界中最为炫目的事件之一。
当恒星核心坍缩到一定程度时，它会产生巨大的能量释放，形成一个极为亮丽的火球。
这个火球的亮度可以超过整个星系的总亮度，持续几个星期甚至几个月。
超新星爆发释放的能量相当于太阳在它整个寿命中释放的能量总和。
超新星爆发通常可以分为两种类型：I型和II型。
I型超新星是由于白矮星吸积足够的物质而引发的，而II型超新星则是由于恒星核心坍缩而引发的。
这两种类型的超新星爆发在能量释放和光谱特征上有所不同，但它们都是恒星生命周期的终极阶段。
超新星爆发不仅令人震撼，而且对宇宙的演化也具有重要影响。
当超新星爆发时，它们会将大量的物质和能量释放到周围的空间中。
这些物质和能量将与周围的气体云相互作用，促进新的恒星形成。
此外，超新星爆发还可以合成更重的元素，如铁、钙和金等，这些元素将成为未来行星和生命的构建块。
在过去几十年中，科学家们通过观测和模拟研究，对超新星爆发和恒星生命周期有了更深入的理解。
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(核心坍缩成中子星) E总 ~ 1053 ergs
E)爆发频率
• 银河系内肉眼可见超新星爆发频率:
• q肉眼 ~ 1/(400年)
(由于银河系内星际介质挡光，绝大多数超新星肉眼看不见)
• 各种统计方法推论 q总 ~ (1/25 –1/30) 年-1 • SN Ia 爆发频率:
1990年以前认为 : qSNIa ~ qSNII
只出现在旋涡星系或不规则星系 同恒星形成区(H II区)相联系
同旋臂明显相关
前身星 (同光谱特征相结合的推论)
双星系统中 吸积白矮星
WR星
较大质量主序星
M主序>30 M⊙
8< M主序/ M⊙<30
D) 爆发能量
总辐射能 Er ~ 1049 ergs (对各类超新星) 抛射物总动能: EK ~ 1051 ergs (对各类超新星)
中/日天文学家 Crab Nebula
中/日天文学家 3C 58
Tycho Brahe Tycho
Kepler
Kepler
John lamsteed Cas A
Ian Shelton SN 1987A
1054超新星遗迹
---蟹状星云(Crab) 及其脉冲星(PSR0531)
近代超新星研究的序幕
1934年Baade & Zwicky在对河外星系的超新星进行系统地观测研究 的基础上，在1/3页的短论文中提出了四个完全崭新的重要预言 ，它不仅正式提出中子星的观念,而且创见性地以超新星为枢纽把 它同恒星死亡、中子星、高能宇宙线的起源联系起来。 恒星死亡 超新星爆发 中子星 超新星爆发 高能宇宙线的起源
难以克服的矛盾: 由 M(56Fe) ~ (0.6 –1.25) M⊙ /SNIa M(56Fe) < 0.1 M⊙ /SNII
Fe族元素的某些富中子同位素的丰度远远超过太阳系标准值。
1991年重新分析统计: qSNIa ~ (1/6 –1/7) qSNII+SNIb 星系内一半以上的 Fe 来自 SN Ia
两类超新星的主要特征
超新星类型
极大光度 光谱
前身星
Ia
II
3 x 109 L⊙
3 x 108 L⊙
无氢光谱线;重元素光谱 最强的是氢光谱线 线很多;后期Fe线最强
双星系统中的白矮星 大质量恒星
爆发原因
伴星物质被致密白矮星 大质量恒星的铁核心坍
吸积而流入白矮星
缩
爆发物理机制 残骸
吸积白矮星C/O 核心的 从新生中子星表面向外
引起SNII( SNIb、SNIc )核心坍缩的首要物理因素是电子 俘获过程(EC)。
引起吸积白矮星坍缩(它导致SNIa 爆发)的主要因素是广 义相对论效应。
( 光子致使铁原子核碎裂反应只是辅助因素)
超巨质量恒星坍缩的主要物理因素
超巨质量恒星坍缩的主要因素: 电子对湮灭为中微子对过程
e e
非简并高温环境(T>2× 109K): e e
小结
Spectral Type
Ia
Ib
Ic
II
无氢光谱线
以氢光谱线
光谱
明显硅(Sinicon)
无硅光谱线
为
(吸收)谱线
明显的氦 (吸收)光谱线
无氦光谱线
最强
物理机制
吸积白矮星 的热核爆炸
大质量恒星演化 终 结时核心坍缩 (在红巨星阶段通过强大的星风
可能己经丧失它的止氢包层甚至氦包层)
光变曲线 中微子发射
H /无 H (光极大)
SNI
光变曲线形状 II L II P SN1987A SN1987K
Si (Si II 6355,吸收线) / 无 Si
(He线很弱)
He ( 5876,吸收线) / 无 He
Ia
Ib
Ic
晚期(6个月以后)光谱: H /无 H
SNII
SNI
O/H
(H,O,Ca)
(H, Ca)
<Vmax > ~ 104 Km/s SN Ia : Vmax > 104 Km/s SN II: 一般: Vmax ~ 104 Km/s
SN 1987A: Vmax ~ 3×104 Km/s (引力)束缚能: EB ~ (0.5 –1.0) × 1051 ergs (对各类超新星) 爆发总能量:
SN Ia: E总 = Er+EK+EB ~ 1051 ergs SN II: 中微子暴: E ~ 1053 ergs (SN 1987A)
(e (e
e e
) )
~ 10 19
II型超新星核心坍缩与星体爆发图象
内核心:同模坍缩 Vr r
(亚声速区)
外核心:自由坍缩 Vr ~ Vff/2
M内核心 ~ 0.6 M⊙
内外核心交界面附近:
Vr ~ (1/8 –1/4) c (光速)
超新星核心坍缩与反弹
随着星体坍缩的进行，星体中心的密度迅速增长。一旦它 达到原子核密度 nuc ( nuc = 2.8×1014 g/cm3) 以上，核子的非相对论简并压强超过了电子的相对论简并 压强，物质状态方程 P 5/3 变成了稳定的系统，不再坍缩。但由于惯性，直到中心 密核度心达外到围的(2物-4)质却nuc继时续，以内超核音心速的坍坍塌缩,才它完们全猛中烈止地。撞而击内在 突然停止坍缩的坚硬的内核心上，因而在内核心外不远处 立即产生一个很强的向外行进的反弹激波，其能量高达 Eshock ~ 1051-52 ergs。
电子俘获过程 :引起 超新星核心坍缩的关键过程
(Z , A) e (Z 1, A) e
E (EC) F
QEC (Z ,
A)
c
EC
1.952
106 (e
/
2)[(
QEC ( A, me c 2
Z
)
)
2
1]3/ 2
g
/ cm3
QEC (A,Z): 原子核 (A,Z)电子俘获的能阈值
QEC(12C) = 20.596 MeV, QEC(56Fe) = 3.695 MeV,
F ) 前身星
SN Ia : 双星中吸积的白矮星 SN Ib (SN Ic) : WR星 (M主序 > (30-40) M⊙ ) SN II : 质量较大恒星: 8 M⊙ < M主序 < 25 M⊙
E) 爆发后遗留致密残骸
SN Ia : 基本上全部炸光，不残存任何致密天体。 只观测到膨胀的超新遗迹 — 气体星云 + 尘埃 + 碎片
EC = 3.91010 g/cm3 EC = 1.14109 g/cm3
重要原子核电子俘获的密度阈值
表中EC过程的能阈值己扣除电子的静止能量
广义相对论引力坍缩的临界密度
M core M ch 5.84Ye2M Sun
(GR) c
2.6 1010 g
/ cm3
c(GR) 同 EC 的比较 结论:
1942年Gamow利用Urca过程机制来探讨大质量恒星晚期核心坍缩的 可能性
1960年丘宏义等人首先研究大质量恒星内正负电子对湮灭发射中微 子对过程并提出它可能导致超新星爆发。这实际拉开了现代高能 天体物理理论研究的序幕。
1966年Colgate 从流体动力学出发,首次从解析角度探讨了超新星核 心坍缩的动力学过程。正式拉开了现代超新星研究的序幕
热核大爆炸 转化为铁 行进的反弹激波:中微子
族元素
压强
无致密残骸
中子星
ห้องสมุดไป่ตู้
超新星遗迹内的核产物 主要是铁
各种元素都有
II型超新星
的
爆发机制
大质量恒 星热核演 化结束
硅燃烧阶段结束 M≈(12-25)M⊙
Fe 核心 T (3-5)109K 3109g/cm3
Mcore>1.13 M⊙
大质量恒星核心坍缩的主要原因
SN1987A: 从光变曲线尾巴的拟合 0.075 M⊙(56Ni)
500天以后: 56Co + 57Co ( 1/2 =271d) ( : 0.122 MeV (85.6%), 0.136 MeV )
800天以后: 44Ti (
= 4.7 年 )
C) 空间分布
SN Ia
SN Ib
SN II
旋涡星系和椭园 星系内均有 在旋涡星系中， 同旋臂不相关
超新星分类
与
观测特征
超新星分类
1. 核心坍缩型超新星(S NII、SNIb,、SNIc)
2. 吸积白 矮星的 热核爆 炸型超 新星(SN Ia)
SN:
按照光谱与光变曲线形状的特 征来分类
I型（Ia, Ib/Ic）—无H线；
II型
—有H线
超新星分类(2)
超新星的观测特征 A) 光谱
光谱 SNII
— 迄今对所有合理的模型计算而言，
瞬时爆发机制是不成功的 —(铁)核心的质量太大。
光裂变反应导致反弹激波的能量损耗
反弹激波的巨大能量是由星体核心在坍缩过程中释放出的 自引力势能转化而来的。激波波阵面后的温度上升到 1011K 以上，平均热运动能量高达 10 MeV, 超过了56Fe 平 均每个核子的结合能( 8.8MeV)。 铁族元素的原子核很快地被热光子打碎:
56 Fe 13 4n 26 p 30n
能量耗损率 E m ~ 492.26MeV /56Fe核 ~
8.441018ergs / gm ~ 1.69 foe/ 0.1M Sun (1 foe = 1051 erg
瞬时爆发机制失效的原因
如果
M (外核心)
E激波
( E m)
则激波可以冲出外核心。而且当它完全摧毁外核心的全部铁核以后，
初始激波能量只要尚能剩下1%以上的能量(即 1049ergs),残留的激波
E)爆发频率
• 银河系内肉眼可见超新星爆发频率:
• q肉眼 ~ 1/(400年)
(由于银河系内星际介质挡光，绝大多数超新星肉眼看不见)
• 各种统计方法推论 q总 ~ (1/25 –1/30) 年-1 • SN Ia 爆发频率:
1990年以前认为 : qSNIa ~ qSNII
只出现在旋涡星系或不规则星系 同恒星形成区(H II区)相联系
同旋臂明显相关
前身星 (同光谱特征相结合的推论)
双星系统中 吸积白矮星
WR星
较大质量主序星
M主序>30 M⊙
8< M主序/ M⊙<30
D) 爆发能量
总辐射能 Er ~ 1049 ergs (对各类超新星) 抛射物总动能: EK ~ 1051 ergs (对各类超新星)
中/日天文学家 Crab Nebula
中/日天文学家 3C 58
Tycho Brahe Tycho
Kepler
Kepler
John lamsteed Cas A
Ian Shelton SN 1987A
1054超新星遗迹
---蟹状星云(Crab) 及其脉冲星(PSR0531)
近代超新星研究的序幕
1934年Baade & Zwicky在对河外星系的超新星进行系统地观测研究 的基础上，在1/3页的短论文中提出了四个完全崭新的重要预言 ，它不仅正式提出中子星的观念,而且创见性地以超新星为枢纽把 它同恒星死亡、中子星、高能宇宙线的起源联系起来。 恒星死亡 超新星爆发 中子星 超新星爆发 高能宇宙线的起源
难以克服的矛盾: 由 M(56Fe) ~ (0.6 –1.25) M⊙ /SNIa M(56Fe) < 0.1 M⊙ /SNII
Fe族元素的某些富中子同位素的丰度远远超过太阳系标准值。
1991年重新分析统计: qSNIa ~ (1/6 –1/7) qSNII+SNIb 星系内一半以上的 Fe 来自 SN Ia
两类超新星的主要特征
超新星类型
极大光度 光谱
前身星
Ia
II
3 x 109 L⊙
3 x 108 L⊙
无氢光谱线;重元素光谱 最强的是氢光谱线 线很多;后期Fe线最强
双星系统中的白矮星 大质量恒星
爆发原因
伴星物质被致密白矮星 大质量恒星的铁核心坍
吸积而流入白矮星
缩
爆发物理机制 残骸
吸积白矮星C/O 核心的 从新生中子星表面向外
引起SNII( SNIb、SNIc )核心坍缩的首要物理因素是电子 俘获过程(EC)。
引起吸积白矮星坍缩(它导致SNIa 爆发)的主要因素是广 义相对论效应。
( 光子致使铁原子核碎裂反应只是辅助因素)
超巨质量恒星坍缩的主要物理因素
超巨质量恒星坍缩的主要因素: 电子对湮灭为中微子对过程
e e
非简并高温环境(T>2× 109K): e e
小结
Spectral Type
Ia
Ib
Ic
II
无氢光谱线
以氢光谱线
光谱
明显硅(Sinicon)
无硅光谱线
为
(吸收)谱线
明显的氦 (吸收)光谱线
无氦光谱线
最强
物理机制
吸积白矮星 的热核爆炸
大质量恒星演化 终 结时核心坍缩 (在红巨星阶段通过强大的星风
可能己经丧失它的止氢包层甚至氦包层)
光变曲线 中微子发射
H /无 H (光极大)
SNI
光变曲线形状 II L II P SN1987A SN1987K
Si (Si II 6355,吸收线) / 无 Si
(He线很弱)
He ( 5876,吸收线) / 无 He
Ia
Ib
Ic
晚期(6个月以后)光谱: H /无 H
SNII
SNI
O/H
(H,O,Ca)
(H, Ca)
<Vmax > ~ 104 Km/s SN Ia : Vmax > 104 Km/s SN II: 一般: Vmax ~ 104 Km/s
SN 1987A: Vmax ~ 3×104 Km/s (引力)束缚能: EB ~ (0.5 –1.0) × 1051 ergs (对各类超新星) 爆发总能量:
SN Ia: E总 = Er+EK+EB ~ 1051 ergs SN II: 中微子暴: E ~ 1053 ergs (SN 1987A)
(e (e
e e
) )
~ 10 19
II型超新星核心坍缩与星体爆发图象
内核心:同模坍缩 Vr r
(亚声速区)
外核心:自由坍缩 Vr ~ Vff/2
M内核心 ~ 0.6 M⊙
内外核心交界面附近:
Vr ~ (1/8 –1/4) c (光速)
超新星核心坍缩与反弹
随着星体坍缩的进行，星体中心的密度迅速增长。一旦它 达到原子核密度 nuc ( nuc = 2.8×1014 g/cm3) 以上，核子的非相对论简并压强超过了电子的相对论简并 压强，物质状态方程 P 5/3 变成了稳定的系统，不再坍缩。但由于惯性，直到中心 密核度心达外到围的(2物-4)质却nuc继时续，以内超核音心速的坍坍塌缩,才它完们全猛中烈止地。撞而击内在 突然停止坍缩的坚硬的内核心上，因而在内核心外不远处 立即产生一个很强的向外行进的反弹激波，其能量高达 Eshock ~ 1051-52 ergs。
电子俘获过程 :引起 超新星核心坍缩的关键过程
(Z , A) e (Z 1, A) e
E (EC) F
QEC (Z ,
A)
c
EC
1.952
106 (e
/
2)[(
QEC ( A, me c 2
Z
)
)
2
1]3/ 2
g
/ cm3
QEC (A,Z): 原子核 (A,Z)电子俘获的能阈值
QEC(12C) = 20.596 MeV, QEC(56Fe) = 3.695 MeV,
F ) 前身星
SN Ia : 双星中吸积的白矮星 SN Ib (SN Ic) : WR星 (M主序 > (30-40) M⊙ ) SN II : 质量较大恒星: 8 M⊙ < M主序 < 25 M⊙
E) 爆发后遗留致密残骸
SN Ia : 基本上全部炸光，不残存任何致密天体。 只观测到膨胀的超新遗迹 — 气体星云 + 尘埃 + 碎片
EC = 3.91010 g/cm3 EC = 1.14109 g/cm3
重要原子核电子俘获的密度阈值
表中EC过程的能阈值己扣除电子的静止能量
广义相对论引力坍缩的临界密度
M core M ch 5.84Ye2M Sun
(GR) c
2.6 1010 g
/ cm3
c(GR) 同 EC 的比较 结论:
1942年Gamow利用Urca过程机制来探讨大质量恒星晚期核心坍缩的 可能性
1960年丘宏义等人首先研究大质量恒星内正负电子对湮灭发射中微 子对过程并提出它可能导致超新星爆发。这实际拉开了现代高能 天体物理理论研究的序幕。
1966年Colgate 从流体动力学出发,首次从解析角度探讨了超新星核 心坍缩的动力学过程。正式拉开了现代超新星研究的序幕
热核大爆炸 转化为铁 行进的反弹激波:中微子
族元素
压强
无致密残骸
中子星
ห้องสมุดไป่ตู้
超新星遗迹内的核产物 主要是铁
各种元素都有
II型超新星
的
爆发机制
大质量恒 星热核演 化结束
硅燃烧阶段结束 M≈(12-25)M⊙
Fe 核心 T (3-5)109K 3109g/cm3
Mcore>1.13 M⊙
大质量恒星核心坍缩的主要原因
SN1987A: 从光变曲线尾巴的拟合 0.075 M⊙(56Ni)
500天以后: 56Co + 57Co ( 1/2 =271d) ( : 0.122 MeV (85.6%), 0.136 MeV )
800天以后: 44Ti (
= 4.7 年 )
C) 空间分布
SN Ia
SN Ib
SN II
旋涡星系和椭园 星系内均有 在旋涡星系中， 同旋臂不相关
超新星分类
与
观测特征
超新星分类
1. 核心坍缩型超新星(S NII、SNIb,、SNIc)
2. 吸积白 矮星的 热核爆 炸型超 新星(SN Ia)
SN:
按照光谱与光变曲线形状的特 征来分类
I型（Ia, Ib/Ic）—无H线；
II型
—有H线
超新星分类(2)
超新星的观测特征 A) 光谱
光谱 SNII
— 迄今对所有合理的模型计算而言，
瞬时爆发机制是不成功的 —(铁)核心的质量太大。
光裂变反应导致反弹激波的能量损耗
反弹激波的巨大能量是由星体核心在坍缩过程中释放出的 自引力势能转化而来的。激波波阵面后的温度上升到 1011K 以上，平均热运动能量高达 10 MeV, 超过了56Fe 平 均每个核子的结合能( 8.8MeV)。 铁族元素的原子核很快地被热光子打碎:
56 Fe 13 4n 26 p 30n
能量耗损率 E m ~ 492.26MeV /56Fe核 ~
8.441018ergs / gm ~ 1.69 foe/ 0.1M Sun (1 foe = 1051 erg
瞬时爆发机制失效的原因
如果
M (外核心)
E激波
( E m)
则激波可以冲出外核心。而且当它完全摧毁外核心的全部铁核以后，
初始激波能量只要尚能剩下1%以上的能量(即 1049ergs),残留的激波