天体物理学-南大chapter01
- 格式:pdf
- 大小:6.80 MB
- 文档页数:127
§1.2 天体物理学简史真正意义上的天体物理学开始于十九世纪。
由于分光学、光度学和照相术广泛应用于天体的观测研究,对天体的结构、化学成分、物理状态的研究形成了完整的科学体系。
天体物理学发展史上的一些主要事件是:(注:科学家在天体物理学领域的重大进展已经获得了十几次诺贝尔物理奖)1859年德国物理学家克希霍夫发现,太阳光谱的吸收线是由于太阳光球发出的连续光谱被太阳大气吸收所致,这可以说是天体物理学的开创性工作;1864年英国天文爱好者哈根斯和意大利教士塞西分别用摄谱仪证认出一些恒星的元素谱线,哈根斯并根据多普勒效应测定了一些恒星的视向速度;1869年英国天文学家洛基尔在太阳光谱中首次发现氦线,之后到1895年才由英国化学家雷姆塞在地球上发现了氦;1885年哈佛大学天文台开始用物端棱镜方法,对恒星光谱的分类作大规模的研究,此后到1924年,共完成225,000多颗星的光谱分类,这是近代天文史上的巨作,为以后的研究提供了丰富的资料;1914年由依巴谷卫星测定了三角视差的4万多颗近距离恒星的赫罗图。
1915年纵坐标分别用绝对星等及光度表示,横坐标分别用色指数和温度表示1915年爱因斯坦发表广义相对论,并求出水星近日点进动的精确值;同年,美国天文学家亚当斯发现测定恒星距离的分光视差法,使得恒星距离测量的范围由几百光年(三角视差法的上限)达到几千光年;1917年爱因斯坦发表《根据广义相对论对宇宙学所作的考查》一文,为现代宇宙学的奠基之作;1919年英国天文学家爱丁顿领导的日食观测队发现太阳引力使光线偏转的现象,成为爱因斯坦广义相对论的天文学验证之一;1920年代印度天文学家萨哈发表恒星大气电离理论,同时德国天文学家埃姆登和史瓦西、英国天文学家爱丁顿等建立了系统的恒星内部结构理论,爱丁顿并从理论上导出了恒星的质光关系;1929年美国天文学家哈勃发现星系的红移-距离关系,为现代大爆炸宇宙学奠定了观测基础;1930年1932年前苏联物理学家朗道预言存在完全由中子构成的恒星——中子星;1934年德国天文学家巴德与瑞士天文学家兹威基提出,中子星是超新星爆发的产物;1937~1939年德国物理学家魏茨泽克和美国物理学家贝特提出质子-质子反应和碳氮循环两种核反应,创立了恒星核能源理论;1939年美国物理学家奥本海默和沃尔科夫建立了中子星的理论模型,预言中子星的直径只有几千米,密度可达每立方厘米几亿吨;1944年荷兰天文学家范德胡斯特从理论上提出存在星际中性氢21厘1948年美国物理学家伽莫夫预言,宇宙创生于一次热大爆炸,并预言可以观测到温度大约为10K的大爆炸背景辐射遗迹;1951~1954年美国、荷兰和澳大利亚的天文学家先用光学的方法,继而用射电方法发现并描绘出银河系的旋涡结构;1959年美国用高空气球进行γ辐射观测,发现宇宙γ射线源,之后又发现太1963年美国用射电方法发现星际有机分子;1964年同年旅美荷兰天文学家施密特发现类星体;1965年美国工程师彭齐亚斯和威尔逊发现3K宇宙微波背景辐射;1967年英国天文学家休伊士和贝尔发现脉冲星;1968年以上称为六十年代四大天文发现。
天体物理学天体物理学是应用物理学的技术、方式和理论,研究天体的形态、结构、化学组成、物理状态和演化规律的天文学分支学科。
从公元前129年古希腊天文学家喜帕恰斯目测恒星光度起,中间通过1609年伽利略利用光学望远镜观测天体,绘制月面图,1655~1656年惠更斯发觉土星光环和猎户座星云,后来还有哈雷发觉恒星自行,到十八世纪老赫歇耳开辟恒星天文学,这是天体物理学的孕育时期。
十九世纪中叶,三种物理方式——分光学、光度学和照相术普遍应用于天体的观测研究以后,对天体的结构、化学组成、物理状态的研究形成了完整的科学体系,天体物理学开始成为天文学的一个独立的分支学科。
天体物理学的进展,促使天文观测和研究不断显现新功效和新发觉。
1859年,基尔霍夫对太阳光谱的吸收线(即夫琅和费谱线)作出科学说明。
他以为吸收线是光球所发出的持续光谱被太阳大气吸收而成的,这一发觉推动了天文学家用分光镜研究恒星;1864年,哈根斯用高色散度的摄谱仪观测恒星,证认出某些元素的谱线,以后依照多普勒效应又测定了一些恒星的视向速度;1885年,皮克林第一利用物端棱镜拍照光谱,进行光谱分类。
通过对行星状星云和弥漫星云的研究,在仙女座星云中发觉新星。
这些发觉使天体物理学不断向广度和深度进展。
1905年,赫茨普龙在观测基础上将部份恒星分为巨星和矮星;1913年,罗素按绝对星等与光谱型绘制恒星散布图,即赫罗图;1916年,亚当斯和科尔许特发觉相同光谱型的巨星光谱和矮星光谱存在细微不同,并确立用光谱求距离的分光视差法。
在天体物理理论方面,1920年,萨哈提出恒星大气电离理论,通过埃姆登、史瓦西、爱丁顿等人的研究,关于恒星内部结构的理论慢慢成熟;1938年,贝特提出了氢聚变成氨的热核反映理论,成功地解决了主序星的产能机制问题。
1929年,哈勃在研究河外星系光谱时,提出了哈勃定律,这极大地推动了星系天文学的进展;1931~1932年,央斯基发觉了来自银河系中心方向的宇宙无线电波;四十年代,英国军用雷达发觉了太阳的无线电辐射,从此射电天文蓬勃进展起来;六十年代用射电天文手腕又发觉了类星体、脉冲星、星际分子、微波背景辐射。
天体物理学的观测和研究天体物理学是研究宇宙中天体运动和物理性质的科学。
天体物理学研究的对象包括行星、恒星、星系、白矮星、中子星、黑洞等宇宙天体和它们之间的相互作用。
天体物理学是一门知识跨度广、涉及领域多的学科。
其研究内容包括天文学、物理学、计算机科学和天体化学等。
天体观测是天体物理学研究的基础。
天体观测分为地面观测和空间观测两种。
在地面观测中,科学家使用望远镜、射电望远镜和观测站等设备从地面观测天体。
在空间观测中,科学家使用航天器,例如哈勃太空望远镜和辐射探测器等设备从太空观测天体。
在天体物理学的研究过程中,科学家采用的观测手段非常多样化,包括光学、射电、红外、紫外、X光和伽玛射线等观测手段。
在不同的波段进行观测可以获得不同的信息,例如在可见光波段进行观测可以发现恒星的表面温度和光度等信息,而在X光波段进行观测可以发现黑洞和中子星的存在。
除了观测,科学家还研究了各种宇宙现象,例如恒星的演化、星系的形成和演化、黑洞的存在和质量等。
这些研究都有助于科学家更好地理解宇宙中的现象和物理规律。
天体物理学的相关研究在现代科技的发展中具有重要意义。
它可以为太空探索提供更加深入的了解和支持。
例如,在国际空间站发生问题时,科学家可以借助天体物理学的知识和技术帮助太空员解决问题。
天体物理学的研究对人类社会的发展也有影响。
科学家可以研究天体的能源来源和储量,为人类能源开发提供更多的可能性。
另外,研究行星的结构与演化等信息,可以帮助人类更好地理解地球的形成和演化过程,为地球环保和可持续发展提供重要信息。
总之,天体物理学的研究对人类的认知和科技都有着重要的影响。
通过观测和探索宇宙中各种天体和现象,科学家可以更加深入地探索宇宙奥秘,为人类社会的发展和科技的进步带来更多可能。