天体物理概论2

第五讲万有引力定律一行星的运动1．地心说2. 日心说二开普勒天文学三定律：1. 开普勒第一定律（轨道定律）2. 开普勒第二定律（面积定律）3. 开普勒第三定律（周期定律）三万有引力定律1. 内容任意两个物体之间都存在着相互作用的引力，引力的大小与这两个物体质量的乘积成正比，与它们之间的距离的平方成反比。

表达式：221 r mmGF2. 万有引力常量引力常量G是英国物理学家卡文迪许，巧妙利用扭秤装置，在牛顿发现万有引力定律一百多年以后，于1798年第一次在实验室里比较准确地测量出来。

G=6.67×10-11N·m2 /kg23. 万有引力定律的适用条件仅仅适用于质点或可以看作质点的物体。

相距较远（相对于物体自身的尺寸）的物体和质量均匀分布的球体可以看作质点，此时，式中的r指两质点间的距离或球心间的距离。

4. 万有引力定律的应用（1）计算中心天体的质量和密度（2）发现未知天体四天体的运动1. 运动模型天体运动可看成是匀速圆周运动──其引力全部提供天体做圆周运动的向心力。

２．人造地球卫星（1）第一宇宙速度：也叫环绕速度，是人造地球卫星在地球表面附近做匀速圆周运动的速度。

既是卫星绕地球圆周运动的最大速度，也是发射卫星的最小速度，大小为7.9km/s。

（2）第二宇宙速度：也叫脱离速度，是使物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度，大小为11.2km/s。

（3）第三宇宙速度：也叫逃逸速度，使物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度，大小为16.7km/s。

3. 地球同步卫星（1）同步卫星：所谓地球同步卫星，是相对于地面静止，和地球自转具有相同周期的卫星。

同步卫星必须位于赤道正上方距地面一定高度处。

（2）地球同步卫星的“六个一定”：①位置和绕行方向一定。

所有同步卫星都在赤道的正上方，运行方向与地球自转方向一致。

②周期一定。

同步卫星的运转周期与地球自转周期相同，即T =24h ③角速度一定。

同步卫星的角速度等于地球的自转角速度。

Lulu.2011天体物理概论一、 名词解释:1. 视星等；为考察星体的目视亮度，把最亮的星做为1等星，肉眼都能看见的做为6等星，这就是视星等2. 绝对星等；10pc 处恒星的视星等3. 岁差；就是地轴绕着一条通过地球中心而又垂直于黄道面的轴线的缓慢圆锥运动，周期为26000年，由太阳、月球和其他行星对地球赤道隆起物的吸引力所造成，结果是春分点逐渐向西移动。

即地球进动。

4. 恒星时；恒星时是天文学和大地测量学标示的天球子午圈值，是一个地方的子午圈与天球的春分点之间的时角。

恒星日比平太阳日短约1/365（相应约四分钟或一度）。

5. 天文单位（AU ）；一个日地距离为1AU 。

天文常数之一。

天文学中测量距离，特别是测量太阳系内天体之间的距离的基本单位。

1976年，国际天文学联会把一天文单位定义为一颗质量可忽略、公转轨道不受干扰而且公转周期为365.2568983日（即一高斯年）的粒子与一个质量相等约一个太阳的物体的距离。

149,597,870,691±30米（约一亿五千万公里或9300万英里）。

6. 大气窗口；电磁波通过大气层较少被反射、吸收和散射的那些透射率高的波段成为大气窗口。

通常把太阳光透过大气层时透过率较高的光谱段称为大气窗口。

7. Fraunhofer 线：太阳光谱中的吸收线，是处于温度较低的太阳大气中的原子对更加炽热的内核发射的连续光谱进行选择吸收的结果。

8. pp 链；即质子‐质子链反应。

是恒星内部将氢融合成氦的几种核聚变反应中的一种，是太阳和其它恒星燃烧产生能量来源的理论。

9. CNO 循环；是恒星将氢转换成氦的两种过程之一，碳、氮、和氧核在循环中担任催化剂并且再生。

总结果是：14422e H He e v +→++10. 3alpha 过程；恒星内氢聚变停止之后，核塌缩，温度升高，3alpha 过程开始发生。

3个氦相撞。

总反应：41232H C γ→+11. 秒差距；是最标准的测量恒星距离的方法，建立在三角视差的基础上。

§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。

天体物理概论教学大纲天体物理概论教学大纲天体物理学是研究宇宙中各种天体及其相互作用的科学。

它涵盖了广泛的研究领域，包括星系、恒星、行星、宇宙演化等。

天体物理学的发展对我们理解宇宙的起源、结构和演化具有重要意义。

因此，天体物理概论作为天文学和物理学的交叉学科，是培养学生对宇宙的探索精神和科学思维的关键课程之一。

一、引言天体物理学的起源可以追溯到古代文明时期，人类通过观测天体来推测宇宙的奥秘。

随着科学技术的进步，我们对宇宙的了解也越来越深入。

天体物理学的研究范围涵盖了宏观宇宙和微观粒子的相互作用，为我们揭示了宇宙的起源、演化以及可能存在的其他生命形式。

二、天体物理学的基本概念1. 星系：星系是由恒星、行星、气体、尘埃等组成的庞大天体系统。

我们所在的银河系是一个典型的星系，包含了数十亿颗恒星。

2. 恒星：恒星是由气体聚集形成的巨大天体，通过核聚变反应释放出巨大的能量。

恒星的演化过程对于理解宇宙的发展具有重要意义。

3. 行星：行星是绕恒星运行的天体，包括地球、火星、木星等。

它们的形成和演化与恒星的起源有着密切的关联。

4. 宇宙演化：宇宙的演化是指宇宙从诞生到现在的发展历程。

通过观测宇宙微波背景辐射、星系的分布以及宇宙膨胀等现象，我们可以了解宇宙的起源和未来的发展趋势。

三、天体物理学的研究方法1. 观测方法：天文学家通过使用望远镜和其他观测设备来观测天体。

观测数据的收集和分析是天体物理学研究的基础。

2. 理论模型：天体物理学家通过建立数学模型来解释观测数据，并根据模型进行预测。

理论模型的建立需要依赖物理学和数学的知识。

3. 计算模拟：天体物理学家使用计算机模拟的方法来研究天体的演化过程。

计算模拟可以模拟宇宙的起源、星系的形成以及恒星的演化等过程。

四、天体物理学的前沿研究领域1. 暗物质和暗能量：暗物质和暗能量是目前宇宙学中的两个未解之谜。

它们对宇宙的结构和演化起着重要的作用，但我们对它们的本质和性质了解甚少。

3.1 天体运动教学过程：引入新课教学一、两种学说问题：你了解太阳系吗？太阳系的基本结构是怎样的？学生回答：以太阳为中心天体，依次有水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星（现已不认为是行星）几大行星在各自特定的轨道上运行．展示图片和录像 2．这是我们现在对太阳系的科学认识，但是这个认识的得来相当不易，是人类经历了两千年的时间才认识到的．在古老的宇宙观中，人们认为天是一个盖子，地是一块平板，平板由柱子支撑着，即认为“天圆地方”．后来随着人类的观测和思考，人类又有了新的认识．问题：对于天体的运动，有两种具有代表性的学说，是什么？学生回答：地心说和日心说．1．地心说内容：地球是宇宙的中心，并且静止不动，一切行星围绕地球做简单而完美的圆周运动．地心说简介：地心说是亚里士多德提出的，该学说从几何的角度解释天体的运动，把天体复杂的周期现象，分解为若干个简单的周期运动，为每一种简单的周期运动指定一个圆周轨道，或者是一个球形的壳层，天体都在以地球为中心的圆周上做匀速圆周运动．地心说的代表人物是古希腊的天文学家托勒密，他在公元 127－151 年进行观测，进一步发展了地心说．托勒密设想，各行星都绕着一个较小的圆周运动，而每个圆的圆心则在以地球为中心的圆周上运动．他的假设较为完满解释了当时观测到的行星运动情况，并取得了航海上的实用价值，从而被人们广为信奉．2．日心说内容：太阳是宇宙的中心并且静止不动，一切行星都围绕太阳做圆周运动．日心说简介：日心说的代表人物是哥白尼． 1543 年，波兰科学家哥白尼经过 36 年的天文观测和潜心研究，完成了长达 6 卷的科学巨著《天体运行论》，对日心说有更具体的论述和数学论证．此书的出版是科学史上的一次革命，被誉为是“自然科学的独立宣言”．问题：为什么“地心说”能统治这么长的时间呢？学生思考，尝试回答．一是圆周轨道的提出，符合亚里士多德的物理学规律；二是符合对一些行星实际观测的结果，偏差很小；三是适应教会的统治．由于观测技术的进步，随着对行星研究的深入，人们感到地心说对天体运动的解释过于复杂和人为化，而日心说对行星运动的解释更为合理．但是限于当时的科学发展水平，哥白尼的日心说也有缺点和错误：①认为太阳是宇宙的中心，实际上，太阳只是太阳系中的一个中心天体，不是宇宙的中心；②沿用了行星在圆形轨道做匀速圆周运动的旧观念，认为行星运动的速度不变．哥白尼的宇宙体系虽然动摇了基督教宇宙体系的根基，但它并没有在天文测算的精确度上有多大提高．近代早期最重要的观测工作是由丹麦的第谷进行的．第谷连续 20 多年对天体进行观测并有准确记录．二、开普勒定律问题：观察地心说和日心说数学图景，它们在描绘星体运动轨道时的共同点是什么？学生回答：轨道都是圆周．日心说与地心说一样，都认为星体的运动是简单而完美的圆周运动．1．开普勒的研究德国物理学家开普勒继承和总结了他的导师第谷的全部观测资料及观测数据，也是以行星绕太阳做匀速圆周运动的模型来思考和计算的，但结果总是与第谷的观测数据有偏差．开普勒开始对匀速圆周运动产生了怀疑．他先后否定了多种设想，最后终于计算出行星是绕太阳运动的，并且运动轨迹为椭圆，总结出行星运动的三条定律．2．开普勒三定律（ 1 ）第一定律：所有的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在所有椭圆的一个焦点上．——椭圆轨道定律行星运动的轨道不是正圆，行星与太阳的距离一直在变．有时远离太阳，有时靠近太阳．它的速度大小、方向时刻在改变．幻灯片展示（在这个环节里，可以使用细绳，演示画椭圆的方法）（ 2 ）第二定律：对于每一个行星，太阳和行星的连线（矢径）在相等的时间内扫过的面积相等．——面积定律问题：如果相等的时间内矢径扫过的面积不同，说明什么？学生回答：行星在其椭圆轨道上何时运动的快慢不同．如近日点附近比远日点附近运动速度的要大些．（ 3 ）第三定律：所有行星的轨道半长轴的三次方公转周期的二次方的比值是一个常数．——周期定律用 R 表示椭圆的半长轴， T 表示公转周期，表达式为：问题：这里的ｋ有可能与什么有关呢？学生活动：教材第 45 页表格．将全班学生分为九组，让学生用计算器计算出每组 k 的数值，然后全班交流，统一填在表格中，最后全班同学一起计算 k 的平均值．结论：可见 k 是一个与行星无关的常数．问题：第三定律告诉我们什么？学生回答：由开普勒第三定律， R 越大，则 T 越大．可见，行星离太阳越远，周期越长．说明：①开普勒第三定律对所有行星都适合．②对于同一颗行星的卫星，也符合这个规律．比如，绕地球运行的月球与人造卫星，都符合这一定律．③在近似计算时可认为行星绕太阳做匀速圆周运动，这时用 R 表示圆周半径， T 表示公转周期．3．开普勒研究天文学方法的特点．问题：与前人相比开普勒关于天文学的研究方法有哪些特点？①以科学观察为依据，从事实本身去寻求运动原因．②用几何和代数的语言即以数学公式来表达物理定律并获得成功．（开普勒定律的表述是在科学史上物理定律应用于物体运动的第一个例子，也是运动物体动力学和数学紧密联系的第一个例子．自开普勒时代起，方程就作为物理定律的数学表示式自然地发展起来．）学生活动：阅读教材第 44 页最后一段，总结并体会开普勒定律的重要意义．开普勒定律以极简明的结论代替了庞大复杂的系统，使得对行星轨道半径和位置的计算工作大大简化．行星运动三定律的发现为天文学的发展奠定了基础．本课小结地心说、日心说存在的问题，是与当时的科学观测水平及人类的思想认识有限有着必然的关系，不能简单地评价们对或错，这是人类认识自然世界必然经历的一个过程，即由感性认识到理性认知的提升．可以说正是这些理论的提出，激发了人类对于宇宙和科学的探索欲望，从而推动了科学的发展．今天我们以太阳系中的行星为例研究了天体的运动规律，实际上太阳系只是浩瀚宇宙中很小的一部分．人类对宇宙天体的观测和探索从没停止过，而且已经取得了很大成果，希望同学们认真学习，继续探索、研究宇宙．课后思考题行星围绕太阳在各自特定的椭圆轨道上运行，由我们前面学过的曲线运动的知识，一定有力在维持行星的运动，这会是什么力呢？请你通过预习下节的内容，找到这个答案．板书设计第一章万有引力定律第一节天体运动教学流程图：学习效果评价：（略）根据教学实际来设计教学反思：1．突出教师的主导地位和学生的主体地位在这节课中教师是课堂的主导者，学生并不只是被动地接受知识，而是在教师所设定的问题环节中一步步通过思考获得知识，这一点充分体现了以学生为主体的课堂教学模式．同时这样的学习模式，更能激发学生的求知欲望，培养他们独立思考问题的能力．2．以问题为主线，借助多媒体手段创设物理情景，帮助学生在生动的环境中理解知识．3．充分锻炼学生自我学习能力．教师在课前安排学生阅读课文，通过网络和其他书籍查找天体方面的知识，让学生充分与教材接触，学会自己学习，查找资料．为了学生有明确的自学方向，教师可在课前布置一些与本节课有关的问题，同时与课堂中设置的问题相呼应，这样既可保证课程的顺利推进，又能使学生感受到自学的乐趣和成就感．同时，本课的课后思考问题，可作为下节万有引力定律的引出，给学生留下思考和预习的空间．4．结合本课特点，挖掘教材内容，对学生进行物理学史及物理学研究方法的教育．另一方面，从情感、态度和价值观的角度，充分让学生体会科学家探究科学孜孜不倦、一丝不苟的精神．高考理综物理模拟试卷注意事项：1. 答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。

An Introduction to Modern Astrophysics(second edition)教材评价暴鹏程(南开大学物理科学学院) 1本书的出版情况和作者简介《An Introduction to Modern Astrophysics（second edition）》（《现代天体物理概论》(第二版)）是美国麻省理工学院物理系课程编号为8.901的课程“Astrophysics I”(天体物理I)所选用的教材。

本书于2006年由Addison-Wesley出版社出版，全书共1278页(含附录共1400页)，作者是韦伯州立大学的Bradley W.Carroll和Dale A.Ostlie.Bradley W.Carroll是美国韦伯州立大学的物理系教授，他从加州大学欧文分校取得数学学士学位，之后在博尔德科罗拉多大学取得物理学硕士学位和天体物理博士学位。

Bradley对天文学抱有终身的兴趣并且对头顶的星空怀有一种天真的好奇，这导致最终投身天文学领域。

在Carl Hansen 和 John Cox的指导下，他的博士课题是脉冲星的自转效应。

之后，他去罗切斯特大学和Hugh Van Horn一起进行博士后研究，主要是研究中子星及其堆积盘的振荡。

在这两所大学的熏陶下，Brad 掌握了构造复杂天体物理系统的简化模型的精髓。

四年后，结束博士后研究的Bradley幸运地得到韦伯斯特州立大学的教职，并且更幸运的是，在那里碰到了Dale Ostlie，两人在恒星脉冲领域都有专长并且见解相近。

Bradley十分喜欢和学生共同探索物理世界，这给他写这本书时提供了很大的帮助。

Dale A.Ostlie是美国韦伯州立大学理学院的院长，他于1977年在圣奥拉夫学院取得物理和数学的学士学位，然后于1982年在爱荷华州立大学取得物理/天体物理的博士学位。

之后先后在爱荷华州立大学物理系，约翰霍普金斯大学的空间望远科学技术研究所，贝茨学院物理系，洛斯阿拉莫斯国家图书馆理论物理组进行教学科研工作。

试卷一一、简要解释下列名词：（每小题 5 分， 共 50 分）1、光度；2、秒差距；3、大气窗口；4、造父变星；5、类星体（QSO）；6、脉冲星；7、微波背景辐射；8、黑洞；9、哈勃关系； 10、射电21厘米谱线二、如果绝对星等的定义是把恒星想象移到100pc处的视星等，则绝对星等与视星等之间的关系将如何表示？（ 10 分）三、普通恒星、中子星、白矮星在静力学平衡的情况下与引力相抗衡的力是什么力？这三种情况下的质量上限大约是多少？（ 10 分）四、画出一颗质量为太阳大小的恒星在赫罗图上的演化轨迹，并简要说明其演化的不同阶段发生的主要物理过程。

在整个恒星演化过程中，起主导作用的力是什么力？为什么？（15 分）五、支持宇宙大爆炸起源的主要观测证据有哪些？（15 分）参考答案一、简要解释下列名词：（每小题 5 分， 共 50 分）1、光度 单位时间、通过天体全部表面向外辐射的（包括各个波段的）总能量2、秒差距 以恒星（或天体）的周年视差为基础来表示的恒星距离单位。

具体说来，一秒差距定义为：如果把恒星置于一个直角三角形的顶点，其相对的直角边为地球到太阳的距离，当这一直角边对恒星的张角为1角秒时，斜边的长度即为一个秒差距（1pc）。

1秒差距（1pc）等于3.26光年。

当此张角为pﾢﾢ（以角秒为单位）时，恒星的距离为1(pc) rp=ﾢﾢ。

3、大气窗口 由于地球大气对电磁波的吸收，能够从宇宙空间穿过大气层而到达地面的电磁波只能是几个特定波段的辐射，即射电、红外和可见光波段。

也就是说，地球大气只是对这几个波段是透明的。

这几个波段就称为大气窗口。

4、造父变星 一种周期性脉动的变星，其光度的变化呈现独特的规律，典型为仙王座星（中文名造父）。

造父变星的光变周期与其光度之间有一个著名的“周-光关系”，可以用来作为“标准烛光”，从而确定恒星（或星系）的距离。

因此造父变星也称为“量天尺”。

5、类星体（QSO）1960年代天文学四大发现之一。

天体物理校本课程新编教材目录第0部分绪言 (4)一、天体物理概况 (4)二、课程纲要 (6)第一部分辐射基本知识 (7)第一讲电磁辐射 (7)第二讲黑体辐射 (9)第二部分谱线图 (12)第一讲电磁波谱 (12)第二讲谱线位移............................................... 错误!未定义书签。

第三部分恒星 . (16)第一讲恒星的距离和大小 (16)第二讲恒星的自行 (18)第三讲恒星大小的测定 (19)第四讲恒星的星等 (20)第五讲恒星的光谱 (23)第四部分赫罗图 .................................................. 错误!未定义书签。

第一讲赫罗图 .................................................. 错误!未定义书签。

第五部分 Yerkes光谱分类.. (28)第一讲 Yerkes光谱分类 (28)第六部分双星和恒星 (29)第一讲双星和恒星的质量 (29)第七部分望远镜 (33)第一讲天文望远镜 (33)第二讲哈勃望远镜 (37)第三讲望远镜接收设备 (38)第四讲射电干涉仪 (40)第五讲红外望远镜 (41)第六讲紫外望远镜 (42)第0部分绪言一、天体物理概况天体物理学是物理学和天文学的一个分支。

它研究天空物体的性质及它们的相互作用。

天空物体包括星，星系，行星，外部行星，宇宙的整体。

物理用全部电磁谱作为手段研究发光性质。

并研究天体的密度和温度及化学成分等。

天体物理研究的范围很广，要应用许多物理原理，包括:力学，电磁学，统计力学，热力学和量子力学，相对论，核和核子物理，原子和分子物理。

天体物理分为二大部分:观察天体物理和理论天体物理。

观察天体物理使用电磁谱作为天体物理的观察手段。

无线电天文学:用波长大过几毫米的电磁波研究辐射。

例如:无线电波一般由星际间的气体和尘云发出;宇宙微波辐射由大爆炸产生;脉冲星的光发生红移，这些观察都要求十分大的无线电望远镜。

MIT教材《An Introduction to Modern Astrophysics》评介研究张立彬（南开大学外国教材中心，天津，300071）暴鹏程、马志远(南开大学物理科学学院，天津，300071)1、本书的出版情况和作者简介《An Introduction to Modern Astrophysics（second edition）》（《现代天体物理概论》(第二版)）是美国麻省理工学院物理系课程编号为8.901的课程“Astrophysics I” (天体物理I)所选用的教材。

本书于2006年由Addison-Wesley出版社出版，全书共1278页(含附录共1400页)，作者是韦伯州立大学的Bradley W. Carroll和Dale A. Ostlie.Bradley W. Carroll是美国韦伯州立大学的物理系教授，他从加州大学欧文分校取得数学学士学位，之后在科罗拉多博尔德大学取得物理学硕士学位和天体物理博士学位。

Bradley对天文学抱有终身的兴趣并且对头顶的星空怀有一种天真的好奇，这导致他最终投身天文学领域。

在Carl Hansen 和 John Cox的指导下，他完成了题为脉冲星自转效应的博士课题。

之后，他去罗切斯特大学和Hugh Van Horn 一起进行博士后研究，主要方向是中子星及其吸积盘的振荡。

在这两所大学的熏陶下，Brad掌握了构造复杂天体物理系统简化模型的精髓。

四年后，结束博士后研究的Bradley幸运地得到韦伯州立大学的教职，更幸运的是，在那里碰到了Dale Ostlie，两人在恒星脉冲领域都有专长并且见解相近。

Bradley十分喜欢和学生共同探索物理世界，这给他写这本书时提供了很大的帮助。

Dale A. Ostlie是美国韦伯州立大学理学院的院长，他于1977年在圣奥拉夫学院取得物理和数学的学士学位，然后于1982年在爱荷华州立大学取得物理/天体物理的博士学位。

学习指南自从伽利略和牛顿两位经典物理学大师先后把自制的望远镜指向天空，天文学与物理学的发展就日益密切地走到了一起。

但真正意义上的天体物理学开始于十九世纪中叶，分光学、光度学和照相术广泛应用于天体的观测研究，使人们对天体结构、化学成分、物理状态的了解越来越深入，天体物理学也逐渐形成完整的科学体系。

特别是上世纪60年代，类星体、宇宙微波背景辐射、脉冲星和星际有机分子的相继发现，极大地促进了天体物理学的发展，并从根本上改变了人类的传统宇宙观。

自上世纪60年代开始的一系列空间观测和行星际探测活动，大大地延伸了人类的视野，也进一步增强了社会公众对宇宙科学的兴趣。

现在，大爆炸宇宙、奇妙的中子星、遥远的类星体和神秘的黑洞等，不仅是科学工作者深入研究的课题，也成为公众热切关注的对象。

我国每年举办的科技活动周中，天文知识都是各地公众（特别是广大青少年）追求的热点。

“神舟”系列飞船和“嫦娥”系列探月卫星接连发射成功，标志着我国已经成为具备深空探测能力的世界航天国之一，也使得公众探索宇宙奥秘的热情更加高涨。

21世纪将是我国天文学和天体物理学发展的黄金时期，国家需求和国际竞争需要培养和造就大批专业人才，也需要更多的公众了解和支持这一领域的发展。

本课程介绍了宇宙各主要层次的结构和演化的概况，同时介绍了人类对宇宙的认识从原始到现代的演变，以及观测技术和方法不断发展的过程。

本课程可以作为天文学专业的学科基础课，亦可作为不分专业的公共选修课（此时教学大纲中标有★号的内容可不学）。

上述课程内容对本专业的同学是进一步学习其他专业课程（例如恒星物理、星系物理、宇宙学等）的基础。

对非本专业的同学，则是扩展跨学科的视野、提高自身科学素质的一个良好途径，有助于他们建立科学正确的宇宙观，了解人类认识宇宙的历史和探索精神，从人类研究遥远宇宙天体的科学方法中得到启示，对自己在其他专业的学习和研究有所借鉴。

由于本课程的目的不仅仅是介绍天文知识，而是侧重于介绍与宇宙天体有关的物理过程，故在学习本课程之前，读者最好已经具备大学基础物理（或普通物理）的知识，这样就可以基本领会课程所讲的主要内容。

教学设计（基础性方案）科教版（高一物理必修模块II）第三章万有引力定律第一节天体的运动人教版【高一物理必修模块II （旧教材第五章）】第七章万有引力定律第一节行星的运动北京市第九十四中学刘敏2007 、7教学设计思想本课内容是在曲线运动学习的基础上，在万有引力定律建立之前学习开普勒有关行星运动规律。

学生在初中地理课的学习中已经有了关于行星运动的基本认识，在初中历史课的学习中已经初步了解了地心说与日心说。

教材运用非常少的篇幅简单回顾了关于行星运动的两种学说之争，介绍了开普勒在对第谷观测数据的分析研究基础上发现了行星运动规律。

（本课在以往教学中存在的问题：因为不是高考的重点和热点，一般不被老师们重视。

）作为高中物理教学一线上的物理教师，深深体会到物理学家的思想、精神被“内化”在物理学科知识内容中，物理学被深深地打上了人类文明的烙印，这往往使物理学不仅具有科学精神、科学素质教育价值，也具有人文教育、人文精神培养的功能。

根据高中生的特点，在物理教学中探索适合高中生发展的科学素质培养的人文模式是我多年主持的研究课题，在这方面做了较系统的研究，本课虽然不是教材及考试的重点内容，但是，从对学生进行科学精神与人文精神教育及科学方法教育的角度看是难得的值得进一步开发的好教材，特别是可以充分利用人文资源进行科学教育。

根据本课的特点——行星运动规律，采取以启发式讲授为主的教学方式，借助于多媒体手段展示行星运动模式。

一、教学目标（一）知识与技能：1. 能简要说出“地心说”和“日心说”两种不同观点，了解其发展过程。

2. 知道开普勒对行星运动的描述——开普勒三定律。

（―）过程与方法：1. 通过利用细绳和笔作椭圆图，使学生认识椭圆的基本特征，为理解开普勒第一定律作准备。

2. 通过有关地心说和日心说天体运动动画模拟，使天体运动模型在学生头脑中直观化，体会建立物理模型研究天体运动规律的科学方法（例如，在有限观测的基础上，建立完整的天体运动模型），以及科学发现的一种分析方法。

《天体物理概论》复习提纲（2009年）1.名词解释：大气窗口；造父变星；秒差距；绝对星等；Jeans质量；类星体（QSO）；哈勃关系；脉冲星；引力透镜；微波背景辐射；密近双星；光行差效应；等离子体频率；磁镜效应；费米加速；法拉第旋转；SZ效应；热温度；色温度；激发温度；（射电）亮温度；Gamov 峰；谱线的等值宽度；振子强度；3α过程；快中子过程；Stromgen 球2.如何测量宇宙中的磁场？3.什么叫色散测量？如何根据色散测量测量脉冲星的距离？4.推导束缚态电子散射电磁波的截面。

5.如何探测中微子？6.简述LIGO的工作原理。

7.试推导Eddington光度。

8.如果告诉你太阳表面的温度以及太阳黑子的温度，如何估算太阳黑子的磁场？9.如果绝对星等的定义是把恒星想象移到100pc处的视星等，则绝对星等与视星等之间的关系将如何表示？10.星际消光、星际红化使得恒星看起来变暗、变红。

如果是利用一颗造父变星的周光关系确定其距离，则星际消光和星际红化对距离的测定将有何影响？11.一颗星用蓝光观测比用红光观测显得亮，则其B-V大于零，小于零，还是等于零？12.会不会有氢白矮星？为什么？13.分别画出一颗B型星和一颗G型星在赫罗图上的演化轨迹，并简要说明其演化的不同阶段发生的主要物理过程。

14.普通恒星、中子星、白矮星在静力学平衡的情况下与引力相抗衡的力是什么力？这三种情况下的质量上限大约是多少？15.一对密近双星，a 星质量稍大，b 星质量稍小，试描述该双星系统演化的主要过程。

16.21厘米射电谱线是如何产生的？利用它可以做些什么观测？17.黑洞的引力半径是如何定义的？为什么说黑洞与其周围环境不能建立起热平衡？18.A GN一般有哪些共同特点？19.如何测量哈勃常数？20.支持宇宙大爆炸起源的主要观测证据有哪些？21.如果绝对星等的定义是把恒星想象移到100pc处的视星等，则绝对星等与视星等之间的关系将如何表示？22.一对密近双星，a 星质量稍大，b 星质量稍小，试描述该双星系统演化的主要过程。

§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。