现代天文学与诺贝尔物理学奖讲义 第4章提要

2020/6/25
狭义相对论
经典力学适用范围： 宏观、低速(远小于光速) 狭义相对论适用于： 微观、高速(可与光速比拟)
经典力学是相对论力学在低速时的近似 惯性参考系：牛顿力学适用的特殊参考系，一个没
有加速度的参考系——理想化的概念.
地球参考系：对地轴的向心加速度为3.4× 10-2m／s2 对太阳的向心加速度为6.1× 10-3m／s2
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2) 时间间隔和空间间隔是绝对的
S
S' u
狭义相对论
t t'
O
O'
x1
x x' x x'
x2
x1'
ห้องสมุดไป่ตู้
x2 '
在同一地点发生的同一过程所经历的时间在不同
参考系测量是一样的.
牛顿绝对时空观：
对所有的参考系, 有相同的时间和空间(二点间的距离). 即时间和空间绝对不变，且相互独立.
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P x x
t t
正 变
x x ut
换 y y
z z
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3. 牛顿力学的绝对时空观 1) 同时性是绝对的
S
S' u
t1 t2,
狭义相对论
t1' t2 '
O
O'
x1
x1'
x x'
x2
x2 '
两件事在同一参考系是同时发生的，则在另一 个参考系也是同时的(两个事件的同时性与观察者的 运动状态无关).
狭义相对论
时间：是一种自然的流逝。“绝对的真实的数学时 间，就其本质而言，是永远均匀地流逝着，与外界 事物无关.”

第4节 万有引力与航天知识点1 开普勒行星运动定律1．开普勒第一定律所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上．2．开普勒第二定律对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等的时间内扫过相等的面积．3．开普勒第三定律 所有行星的轨道的半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等，表达式：a 3T 2＝k .知识点2 万有引力定律1．内容(1)自然界中任何两个物体都相互吸引．(2)引力的方向在它们的连线上．(3)引力的大小与物体的质量m 1和m 2的乘积成正比、与它们之间距离r 的二次方成反比．2．表达式F ＝G m 1m 2r 2，其中G 为引力常量，G ×10－11 N·m 2/kg 2，由卡文迪许扭秤实验测定．3．适用条件(1)两个质点之间的相互作用．(2)对质量分布均匀的球体，r为两球心间的距离．知识点3地球同步卫星及宇宙速度1．地球同步卫星的特点(1)轨道平面一定：轨道平面和赤道平面重合．(2)周期一定：与地球自转周期一样，即T＝24 h＝86 400 s.(3)角速度一定：与地球自转的角速度一样．(4)高度一定：据G Mmr2＝m4π2T2r得r＝3GMT24π2×104km，卫星离地面高度h＝r－R≈6R(为恒量)．(5)速率一定：运行速度v＝2πrT＝3.07 km/s(为恒量)．(6)绕行方向一定：与地球自转的方向一致．2．三种宇宙速度比拟宇宙速度数值(km/s)意义第一宇宙速度这是卫星绕地球做圆周运动的最小发射速度，假设7.9 km/s≤v<11.2 km/s，物体绕地球运行(环绕速度)第二宇宙速度这是物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度，假设11.2 km/s≤v<16.7 km/s，物体绕太阳运行(脱离速度)第三宇宙速度这是物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度，假设v≥16.7 km/s，物体将脱离太阳引力束缚在宇宙空间运行(逃逸速度)1．正误判断(1)只有天体之间才存在万有引力．(×)(2)当两物体间的距离趋近于零时，万有引力趋近于无穷大．(×)(3)第一宇宙速度与地球的质量有关．(√)(4)地球同步卫星的运行速度大于第一宇宙速度．(×)(5)地球同步卫星可以定点于北京正上方．(×)(6)假设物体的发射速度大于第二宇宙速度，小于第三宇宙速度，那么物体可以绕太阳运行．(√)2．(对开普勒三定律的理解)火星和木星沿各自的椭圆轨道绕太阳运行，根据开普勒行星运动定律可知 ( )【导学号：96622070】A ．太阳位于木星运行轨道的中心B ．火星和木星绕太阳运行速度的大小始终相等C ．火星与木星公转周期之比的平方等于它们轨道半长轴之比的立方D ．一样时间内，火星与太阳连线扫过的面积等于木星与太阳连线扫过的面积【答案】 C3．(对万有引力定律的理解)关于万有引力公式F ＝G m 1m 2r 2，以下说法中正确的选项是 ( )A ．公式只适用于星球之间的引力计算，不适用于质量较小的物体B ．当两物体间的距离趋近于0时，万有引力趋近于无穷大C ．两物体间的万有引力也符合牛顿第三定律D ．公式中引力常量G 的值是牛顿规定的【答案】 C4．(卫星运行及宇宙速度的理解)北斗卫星导航系统是我国自行研制开发的区域性三维卫星定位与通信系统(CNSS)，建成后的北斗卫星导航系统包括5颗同步卫星和30颗一般轨道卫星．对于其中的5颗同步卫星，以下说法中正确的选项是( ) 【导学号：96622071】A ．它们运行的线速度一定不小于7.9 km/sB ．地球对它们的吸引力一定一样C ．一定位于赤道上空同一轨道上D ．它们运行的加速度一定一样【答案】 C5．(同步卫星的特点)由于通讯和播送等方面的需要，许多国家发射了地球同步轨道卫星，这些卫星的()A．质量可以不同B．轨道半径可以不同C．轨道平面可以不同D．速率可以不同【答案】 A[核心精讲]1．重力加速度法利用天体外表的重力加速度g和天体半径R.(1)由G MmR2＝mg得天体质量M＝gR2G.(2)天体密度：ρ＝MV＝M43πR3＝3g4πGR.2．卫星环绕法测出卫星绕天体做匀速圆周运动的半径r和周期T.(1)由G Mmr2＝m4π2rT2得天体的质量M＝4π2r3GT2.(2)假设天体的半径R，那么天体的密度ρ＝MV＝M43πR3＝3πr3GT2R3.(3)假设卫星绕天体外表运行时，可认为轨道半径r等于天体半径R，那么天体密度ρ＝3πGT2，可见，只要测出卫星环绕天体外表运动的周期T，就可估算出中心天体的密度．[题组通关]1．(2021 ·江苏高考)过去几千年来，人类对行星的认识与研究仅限于太阳系内，行星“51 peg b〞的发现拉开了研究太阳系外行星的序幕．“51 peg b〞绕其中心恒星做匀速圆周运动，周期约为4天，轨道半径约为地球绕太阳运动半径的120.该中心恒星与太阳的质量比约为( ) A.110 B ．1 C ．5 D ．10B 行星绕中心恒星做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，由牛顿第二定律得G Mm r 2＝m 4π2T 2r ，可得：M ＝4π2r 3GT 2.由此可得：M 1M 2＝⎝ ⎛⎭⎪⎫r 1r 23·⎝ ⎛⎭⎪⎫T 2T 12＝⎝ ⎛⎭⎪⎫1203×⎝ ⎛⎭⎪⎫36542≈1，选项B 正确．2．(2021·全国卷Ⅱ)假设地球可视为质量均匀分布的球体．地球外表重力加速度在两极的大小为g 0，在赤道的大小为g ；地球自转的周期为T ，引力常量为G .地球的密度为( )A.3πGT 2·g 0－g g 0B.3πGT 2·g 0g 0－gC.3πGT 2D.3πGT 2·g 0gB 物体在地球的两极时，mg 0＝G Mm R 2，物体在赤道上时，mg ＋m ⎝ ⎛⎭⎪⎫2πT 2R ＝G Mm R 2，ρ＝M 43πR 3，以上三式联立解得地球的密度ρ＝3πg 0GT 2(g 0－g )，应选项B 正确，选项A 、C 、D 错误．[名师微博]两点提醒：1．估算的只是中心天体的质量，并非环绕天体的质量．2．区别天体半径R 和卫星轨道半径r ，只有在天体外表附近的卫星才有r ≈R .[核心精讲]1．三类卫星(1)同步卫星的周期、轨道平面、高度、线速度、角速度绕行方向均是固定不变的，常用于无线电通信，故又称通信卫星．(2)极地卫星运行时每圈都经过南北两极，由于地球自转，极地卫星可以实现全球覆盖．(3)近地卫星是在地球外表附近环绕地球做匀速圆周运动的卫星，其运行的轨道半径可近似认为等于地球的半径，其运行线速度约为7.9 km/s.2．四个分析“四个分析〞是指分析人造卫星的加速度、线速度、角速度和周期与轨道半径的关系．[师生共研]●考向1卫星各运行参量的比拟(多项选择)(2021·江苏高考)如图4-4-1所示，两质量相等的卫星A、B 绕地球做匀速圆周运动，用R、T、E k、S分别表示卫星的轨道半径、周期、动能、与地心连线在单位时间内扫过的面积．以下关系式正确的有()图4-4-1A．T A＞T BB．E k A＞E k BC．S A＝S BD.R3AT2A＝R3BT2BAD 不同高度处的卫星绕地球做圆周运动，R A ＞R B .根据R 3T 2＝k 知，T A ＞T B ，选项A 、D 正确；由GMm R 2＝m v 2R 知，运动速率v ＝GMR ，由R A ＞R B ，得v A ＜v B ，那么E k A ＜E k B ，选项B 错误；根据开普勒第二定律知，同一卫星绕地球做圆周运动，与地心连线在单位时间内扫过的面积相等，对于不同卫星，S A 不一定等于S B ，选项C 错误．●考向2 发射速度及宇宙速度的分析与计算(多项选择)(2021 ·广东高考)在星球外表发射探测器，当发射速度为v时，探测器可绕星球外表做匀速圆周运动；当发射速度到达2v 时，可摆脱星球引力束缚脱离该星球．地球、火星两星球的质量比约为10∶1，半径比约为2∶1，以下说法正确的有( )A ．探测器的质量越大，脱离星球所需要的发射速度越大B ．探测器在地球外表受到的引力比在火星外表的大C ．探测器分别脱离两星球所需要的发射速度相等D ．探测器脱离星球的过程中，势能逐渐增大BD 探测器在星球外表做匀速圆周运动时，由G Mm R 2＝m v 2R ，得v ＝GM R ，那么摆脱星球引力时的发射速度2v ＝2GMR ，与探测器的质量无关，选项A错误；设火星的质量为M ，半径为R ，那么地球的质量为10M ，半径为2R ，地球对探测器的引力F 1＝G 10Mm (2R )2＝5GMm 2R 2，比火星对探测器的引力F 2＝G Mm R 2大，选项B 正确；探测器脱离地球时的发射速度v 1＝2G ·10M 2R ＝10GM R ，脱离火星时的发射速度v 2＝2GMR ，v 2<v 1，选项C 错误；探测器脱离星球的过程中克制引力做功，势能逐渐增大，选项D 正确．1．第一宇宙速度是卫星绕行星做匀速圆周运动的最大速度，也是发射卫星的最小发射速度．2．第二宇宙速度是卫星脱离行星所需的最小发射速度，大小为第一宇宙速度的2倍．[题组通关] 3．(2021 ·山东高考)如图4-4-2所示，拉格朗日点L 1位于地球和月球连线上，处在该点的物体在地球和月球引力的共同作用下，可与月球一起以一样的周期绕地球运动．据此，科学家设想在拉格朗日点L 1建立空间站，使其与月球同周期绕地球运动．以a 1、a 2分别表示该空间站和月球向心加速度的大小，a 3表示地球同步卫星向心加速度的大小．以下判断正确的选项是( ) 【导学号：96622072】图4-4-2A ．a 2>a 3>a 1B ．a 2>a 1>a 3C ．a 3>a 1>a 2D ．a 3>a 2>a 1D 空间站和月球绕地球运动的周期一样，由a ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫2πT 2r 知，a 2>a 1；对地球同步卫星和月球，由万有引力定律和牛顿第二定律得G Mm r 2＝ma ，可知a 3>a 2，应选项D 正确．4．(2021·江苏高考)地球的质量约为火星质量的10倍，地球的半径约为火星半径的2倍，那么航天器在火星外表附近绕火星做匀速圆周运动的速率约为( )A ．3.5 km/sB ．5.0 km/sC ．17.7 km/sD ．35.2 km/sA 由G Mm r 2＝m v 2r 得，对于地球外表附近的航天器有：G Mm r 2＝m v 21r ，对于火星外表附近的航天器有：G M ′m r ′2＝m v 22r ′，由题意知M ′＝110M 、r ′＝r 2，且v 1＝7.9 km/s ，联立以上各式得：v 2≈3.5 km/s ，选项A 正确．[核心精讲]1．卫星轨道的渐变当卫星由于某种原因速度突然改变时，万有引力不再等于向心力，卫星将做变轨运行．(1)当卫星的速度逐渐增加时，G Mmr2<mv2r，即万有引力缺乏以提供向心力，卫星将做离心运动，轨道半径变大，当卫星进入新的轨道稳定运行时由v＝GM r可知其运行速度比原轨道时减小．(2)当卫星的速度逐渐减小时，G Mmr2>mv2r，即万有引力大于所需要的向心力，卫星将做近心运动，轨道半径变小，当卫星进入新的轨道稳定运行时由v＝GM r可知其运行速度比原轨道时增大．2．卫星轨道的突变由于技术上的需要，有时要在适当的位置短时间内启动飞行器上的发动机，使飞行器轨道发生突变，使其进入预定的轨道．如图4-4-3所示，发射同步卫星时，可以分多过程完成：图4-4-3(1)先将卫星发送到近地轨道Ⅰ.(2)使其绕地球做匀速圆周运动，速率为v1，变轨时在P点点火加速，短时间内将速率由v1增加到v2，使卫星进入椭圆形的转移轨道Ⅱ.(3)卫星运行到远地点Q时的速率为v3，此时进展第二次点火加速，在短时间内将速率由v3增加到v4，使卫星进入同步轨道Ⅲ，绕地球做匀速圆周运动．[师生共研]●考向1卫星轨道渐变时各物理量的变化分析(多项选择)2021年6月18日，神舟九号飞船与天宫一号目标飞行器在离地面343 km的近圆形轨道上成功进展了我国首次载人空间交会对接．对接轨道所处的空间存在极其稀薄的大气．以下说法正确的选项是( )A ．为实现对接，两者运行速度的大小都应介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间B ．如不加干预，在运行一段时间后，天宫一号的动能可能会增加C ．如不加干预，天宫一号的轨道高度将缓慢降低D ．航天员在天宫一号中处于失重状态，说明航天员不受地球引力作用BC 第一宇宙速度和第二宇宙速度为发射速度，天体运动的速度为环绕速度，均小于第一宇宙速度，选项A 错误；天体运动过程中由于大气阻力，速度减小，导致需要的向心力F n ＝m v 2r 减小，做近心运动，近心运动过程中，轨道高度降低，且万有引力做正功，势能减小，动能增加，选项B 、C 正确；航天员在太空中受地球引力，地球引力全部提供航天员做圆周运动的向心力，选项D 错误．●考向2 卫星轨道突变前后各物理量间的变化分析(多项选择)如图4-4-4所示，地球卫星a 、b 分别在椭圆轨道、圆形轨道上运行，椭圆轨道在远地点A 处与圆形轨道相切，那么( )图4-4-4A ．卫星a 的运行周期比卫星b 的运行周期短B ．两颗卫星分别经过A 点处时，a 的速度大于b 的速度C ．两颗卫星分别经过A 点处时，a 的加速度小于b 的加速度D ．卫星a 在A 点处通过加速可以到圆轨道上运行AD 由于卫星a 的运行轨道的半长轴比卫星b 的运行轨道半径短，根据开普勒定律，卫星a 的运行周期比卫星b 的运行周期短，选项A 正确；两颗卫星分别经过A 点处时，a 的速度小于b 的速度，选项B 错误；两颗卫星分别经过A 点处，a 的加速度等于b 的加速度，选项C 错误；卫星a 在A 点处通过加速可以到圆轨道上运行，选项D 正确．航天器变轨问题的两个结论1．航天器在不同轨道上运行时机械能不同，轨道半径越大，机械能越大．2．航天器经过不同轨道相交的同一点时加速度相等，外轨道的速度大于内轨道的速度．[题组通关]5．2021年2月15日中午12时30分左右，俄罗斯车里雅宾斯克州发生天体坠落事件．如图4-4-5所示，一块陨石从外太空飞向地球，到A点刚好进入大气层，由于受地球引力和大气层空气阻力的作用，轨道半径渐渐变小，那么以下说法中正确的选项是()【导学号：96622073】图4-4-5A．陨石正减速飞向A处B．陨石绕地球运转时角速度渐渐变小C．陨石绕地球运转时速度渐渐变大D．进入大气层陨石的机械能渐渐变大C陨石进入大气层前，只有万有引力做正功，速度增大，A错误；进入大气层后，空气阻力做负功，机械能减小，D错误；由GMmr2＝mv2r＝mω2r得：v＝GMr，ω＝GMr3，故随r减小，v、ω均增大，B错误，C正确．6．(多项选择)如图4-4-6所示是飞船进入某星球轨道后的运动情况，飞船沿距星球外表高度为100 km的圆形轨道Ⅰ运动，到达轨道的A点时，点火制动变轨进入椭圆轨道Ⅱ，到达轨道Ⅱ的B点时，飞船离星球外表高度为15 km，再次点火制动，下降落到星球外表．以下判断正确的选项是()图4-4-6A ．飞船在轨道Ⅱ上的B 点受到的万有引力等于飞船在B 点所需的向心力 B ．飞船在轨道Ⅱ上由A 点运动到B 点的过程中，动能增大C ．飞船在A 点点火变轨瞬间，速度增大D ．飞船在轨道Ⅰ绕星球运动一周所需的时间大于在轨道Ⅱ绕星球运动一周所需的时间BD 由飞船在轨道Ⅱ上的运动轨迹可知，飞船在B 点做离心运动，B 点的万有引力小于所需的向心力，A 错误；从A 到B 的运动过程中万有引力做正功，由动能定理可知，动能增大，B 正确；由题可知在A 点制动进入椭圆轨道，速度减小，C 错误；由开普勒第三定律可得，D 正确．[典题例如](多项选择)如图4-4-7所示，A 是地球的同步卫星，B 是位于赤道平面内的近地卫星，C 为地面赤道上的物体，地球半径为R ，同步卫星离地面的高度为h ，那么( )图4-4-7A ．A 、B 加速度的大小之比为⎝⎛⎭⎪⎫R ＋h R 2B ．A 、C 加速度的大小之比为1＋hR C ．A 、B 、C 速度的大小关系为v A >v B >v CD ．要将B 卫星转移到A 卫星的轨道上运行至少需要对B 卫星进展两次加速【解题关键】关键信息信息解读A是地球的同步卫星A的角速度等于地球的自转角速度C为地面赤道上的物体C的角速度等于地球自转角速度C的圆周运动半径为R B是位于赤道平面内的近地卫星B的轨道半径为RBD根据万有引力提供向心力可知GMmr2＝ma，得a A＝GM(R＋h)2，a B＝GMR2，故a Aa B＝⎝⎛⎭⎪⎫RR＋h2，选项A错误；A、C角速度一样，根据a＝ω2r得a A＝ω2(R＋h)，a C＝ω2R，故a Aa C＝1＋hR，选项B正确；根据GMmr2＝mv2r得v＝GMr，可知轨道半径越大线速度越小，所以v B>v A，又A、C角速度一样，根据v＝ωr可知v A>v C，故v B>v A>v C，选项C错误；要将B卫星转移到A卫星的轨道上，先要加速到椭圆轨道上，再由椭圆轨道加速到A卫星的轨道上，选项D正确．赤道外表的物体、近地卫星、同步卫星的比照比拟内容赤道外表的物体近地卫星同步卫星向心力来源万有引力的分力万有引力向心力方向指向地心重力与万有引力的关系重力略小于万有引力重力等于万有引力线速度v1＝ω1R v2＝GMRv3＝ω3(R＋h)＝GMR＋hv1<v3<v2(v2为第一宇宙速度)角速度ω1＝ω自ω2＝GMR3ω3＝ω自＝GM(R＋h)3ω1＝ω3<ω2向心加速度a 1＝ω21Ra 2＝ω22R ＝GMR 2a 3＝ω23(R ＋h )＝GM(R ＋h )2a 1<a 3<a 2[题组通关]7．(2021·四川高考)国务院批复，自2021年起将4月24日设立为“中国航天日〞.1970年4月24日我国首次成功发射的人造卫星东方红一号，目前仍然在椭圆轨道上运行，其轨道近地点高度约为440 km ，远地点高度约为2 060 km ；1984年4月8日成功发射的东方红二号卫星运行在赤道上空35 786 km 的地球同步轨道上．设东方红一号在远地点的加速度为a 1，东方红二号的加速度为a 2，固定在地球赤道上的物体随地球自转的加速度为a 3，那么a 1、a 2、a 3的大小关系为( )图4-4-8A ．a 2>a 1>a 3B ．a 3>a 2>a 1C ．a 3>a 1>a 2D ．a 1>a 2>a 3D 卫星围绕地球运行时，万有引力提供向心力，对于东方红一号，在远地点时有G Mm 1(R ＋h 1)2＝m 1a 1，即a 1＝GM (R ＋h 1)2，对于东方红二号，有G Mm 2(R ＋h 2)2＝m 2a 2，即a 2＝GM(R ＋h 2)2，由于h 2>h 1，故a 1>a 2，东方红二号卫星与地球自转的角速度相等，由于东方红二号做圆周运动的轨道半径大于地球赤道上物体做圆周运动的半径，根据a ＝ω2r ，故a 2>a 3，所以a 1>a 2>a 3，选项D 正确，选项A 、B 、C 错误．。

量子论的意义
量子力学是继相对论之后对经典物理学的又一
次严重的冲击。它使人们从根本上改变了只承 认连续性和机械决定论的经典观点，揭示了连 续和间断、主观和客观相互统一的崭新的自然 观。 哲学上的争论：世界是决定论的（爱因斯坦）， 世界是非决定论（玻尔）。
20世纪其他领域的革命
生物学革命 宇宙学 重大观测发现和大爆炸理论 板块构造理论
原子能时代
1945～1955年，第一个十类开始了利用核能的新时代。爱因斯坦 著名的公式E=MC2奠定了核技术的理论基础。1938年 德国科学家发现铀受到中子的轰击，会发生核裂变， 释放巨大的能力。1942年第一座可控核链式反应装置 在美国建成。1945年美国研制原子弹成功，1954年又 研制出氢弹，人类掌握了释放核能的技术。我国在60 年代也掌握了核技术。1954年前苏联建成世界上第一 座5000KW的核电站，开始了人类和平利用的进程。 迄今为止，世界上已有500座核电站在运行，核电占世 界发电总量的20以上，法国等国的核电已占全国发电 总量的70％。1979年美国三里岛和1986年前苏联切尔 诺贝利的核事故，警示人类必须重视核电站的安全控 制问题。
空间时代
1955～1965年，第二个十年，是以人造地球卫星的发
射成功为标志，人类摆脱了地球引力，向外层空间进 军。第二次世界大战后，美苏展开了激烈的太空争夺 战。前苏联领先一步，1957年10月4日，用运载火箭 成功地将第一颗人造卫星送入轨道。1961年4月，前 苏联发射载人飞船成功。美国不甘落后，1969年7月 20日，美国两名宇航员成功地登上了月球。我国于 1970年4月24日将我国自行研制的第一个人造地球卫 星——东方红一号发射成功。1971年4月19日，前苏 联将“礼炮一号”空间站送上太空轨道。1981年4月 12日，美国首次发射多次往返地球的“哥伦比亚号” 航天飞机。1986年2月20日，前苏联的“和平号”空 间站升空。1990年，哈勃天文望远镜进入预定的轨道。 1997年7月4日，美国太空总署的遥控探测车在火星表 面登陆成功。

现代天文学与诺贝尔物理学奖打开文本图片集诺贝尔奖中并没有专门设立天文学奖，那么天文学最终是如何融入到诺贝尔奖这个大家庭的呢？天文学与诺贝尔物理学奖又有着什么样的渊源呢？闻名于世的“诺贝尔奖”，每年一次授予在物理学、化学、生理学或医学，以及一些人文领域做出卓越贡献的人，至今已有100多年的历史。

然而，诺贝尔并没有设立专门的天文学奖项，这导致了20世纪前70年天文学的成就与诺贝尔奖无缘。

由于天体物理学的发展，特别是天文观测所发现的许多物理特性和物理过程是地面上的物理学实验所无法实现的，宇宙及各种天体已成为物理学的超级实验室。

天体物理学的一些突出成果有力地推进了物理学的发展，这样，天文学成就获得“诺贝尔物理学奖”就成为很自然的事了。

诺贝尔奖与天文学的尴尬诺贝尔奖是以瑞典著名化学家阿尔弗雷德·贝恩哈德·诺贝尔（Alfred Bemhard Nobel，1833年10月21日～1896年12月10日）的部分遗产作为基金创立的。

诺贝尔奖包括金质奖章、证书和奖金支票。

诺贝尔在他的遗嘱中提出，将部分遗产（920万美元）作为基金，以其利息分设物理、化学、生理或医学、文学及和平5种奖金，授予世界各国在这些领域内对人类做出重大贡献的学者。

1968年，瑞典中央银行于建行300周年之际，提供资金增设诺贝尔经济学奖，并于1969年开始与其它5种奖同时颁发。

诺贝尔奖还有一个规定，即只有先前的诺贝尔奖获得者、诺贝尔奖评委会委员、特别指定的大学教授、诺贝尔奖评委会特邀教授才有资格推荐获奖的候选人。

由于没有设立诺贝尔天文学奖，在很多年里，天文学家既没有推荐权，也不会被人推荐。

在这个世界公认的科学界最高奖面前，天文学和天文学家的处境不免有些尴尬。

天文学与物理学相互促进天文学是研究地球之外天体和宇宙整体的性质、结构、运动和演化的科学，物理学是研究物质世界基本规律的科学。

研究各种物质形态都会形成相应的物理学分支，其中包括研究天体形态和特性的天体物理学。

波动力学：薛定谔 矩阵力学：狄拉克
测不准原理
当微观粒子处于某一状态时，它的力学量 (如坐标、动量、角动量、能量等)一般不具 有确定的数值，而具有一系列可能值，每个 可能值以一定的几率出现。当粒子所处的状 态确定时，力学量具有某一可能值的几率也 就完全确定。这就是1927年，海森伯得出 的测不准关系 。 ∆ｘ·∆ｐ≥ｈ；∆Ｅ·∆ｔ≥ｈ
爱因斯坦光量子论
爱因斯坦认为，能量的不连续性可以推广到 辐射的空间传播过程。光在传播时，能量不 连续地分布于空间，由分离的能量子组成， 这些能量子称为光量子。 爱因斯坦认为他的光量子理论是波动及发射 理论的一种融合。1909年他进一步指出光 不仅具有粒子性而且具有波动性，即光具有 波粒二象性。
量子力学
相对论时空观
同时的相对性 运动的钟变慢 运动的长度缩短
牛顿的绝对时空观
绝对的、真正的和数学的时间自身在流逝 着，而且由于其本性而在均匀地、与任何 外界事物无关地流逝着。 绝对空间，就其本性而言，是与外界任何 事物无关而永远是相同的和不动的。
狭义相对论基本原理
1. 第一、相对性原理； 2. 第二、光速不变原理。
洛仑兹坐标变换式
u β= c 逆变换 s s x = x +u t2 1β y =y z =z t +u x c 2 t = 2 1β
正变换 s s x = x u t2 1β y =y z =z t ux c 2 t = 2 1β
狭义相对论主要推论
一个物体相对于观察者静止时，它的长度测 量值最大。 运动的时钟变慢。 同时的相对性：
第四章
现代物理学
第一节 相对论 第二节 量子力学
经典物理学的难题
1900年4月27日开尔文（Lord Kelvin）在皇 家研究所（RI）发表了《在热和光动力理论上空的 19世纪乌云》的演讲。其中说道“动力学理论断言， 热和光都是运动的方式。但现在这一理论的优美性 和明晰性却被两朵乌云遮蔽，显得黯然失色了……”

条件
1，参加核反应的碳、氮、氧在反应 前后并没有改变，特别是氮、氧是中 间产物，产生了又消失。但一定要有 碳存在； 2，碳、氮、氧循环要求1500万的高温； 3，要有足够多的氢核(质子)，就可以 成为稳定的能源。
碳从那里来？
“ 碳－氮－氧循环”提出10年后，仍未 得到公认。最大的困难要有足够的碳元 素存在。没有人给出恒星中产生碳元素 的机制。
现代天文学
与诺贝尔物理学奖
八，太阳和恒星的能量来源及元素合成 ．核能 ．恒星的能源和寿命 ．恒星上元素的合成 ．超新星爆发 ．福勒获1983年诺贝尔奖
福勒 美国天文学家 恒星上元素 的合成
获1983年 诺贝尔奖
福勒
从事与元素合成有关核反应的实验和理 论研究，被誉为这一领域的先驱者。他把 原子核物理理论应用于天体物理学的研究 成为核天体物理学这个新学科的奠基人。
弄清楚宇宙中各种元素的生成机制及形成 目前观测到的丰度一直是科学家探求解决的 难题。
丰富的物质世界
今天的物质世界丰富多采，是因为有多 种多样的元素存在。宇宙中的万物都是由 元素周期表中列出的各种元素所组成。
不同的元素仅仅是它们原子核中的质子 数和中子数的不同。具有相同质子数，但 中子数不同的原子核形成同位素。20世纪 20年代，天文学家通过光谱分析知道太阳 物质组成。
太阳的年龄已经超过50亿年。根据地质 资料，在这么长的时间内太阳的辐射能没 有明显的变化。这表明，必定有一个长期 而稳定的能源。
爱丁顿提出恒星能源来自核反应
1926年，英国天文学家爱丁顿认为恒星的 能源只能是来自核反应。而当时的物理学家 却认为，只有当温度达到几百亿度时，才能 发生聚变。而恒星中心区域的温度达不到这 样的高温，所以他们认为在恒星内部不可能 发生核反应。

恒星距离
•比邻星距离是4光年多 •牛郎星为16光年 •织女星是25光年 •北极星的距离680光年 •银河系中最远的恒星
约8万多光年 •河外星系中的恒星
几亿甚至几百亿光年
北斗七星的距离（光年）
大熊α75 大熊β 62 大熊γ75 大熊δ 65 大熊ε62 大熊ζ 59 大熊η 108
空间尺度
• 地球直径 1.3×10-9光年 • 太阳直径 1.47×10-7光年 • 太阳系范围 1.2×10-3光年 • 最近的恒星 4.3光年 • 银河系范围 十万光年 • 最近的星系 百万光年 • 富星系团 千万光年 • 可测宇宙 150亿光年
1914年，美国天文学家 建立起利用光谱谱线强度确定
恒星视差的方法
M＝ m＋ 5－ 5lg r
M 绝对星等，m 视星等，r 距离
3,哈勃定律
星系的谱线红移
观测发现星系的谱线都有红移，也就 是谱线的波长都变长了。
例如某星系的某一谱线波長为515納 米，但在地球上，同一谱线的波長为 500納米，那么波長的变化為15納米， 原本波長為500納米，所以紅移量z等 於0.03 。
类星体是迄今为止天文学家所知 道的距离最遥远、能量最大的天体。
寻找射电源的光学对应体
• 行星际闪烁确认射电源的角径，发
现脉冲星 • 利用月亮遮掩射电源的机会测量射 电源的准确位置。当月亮开始挡住射 电源时，如果射电源是点源，月亮会 突然地切断射电波。可以计算出射电 源的精确位置。
发现光学对应体
1960年利用月淹射电源的方法确定 了射电源3C48的位置，找到了它的光 学对应体－－视星等为16等的天体。 像一颗恒星，但它的光谱很特殊，其 波长与其它天体光谱里所看见的波长 很不一样，不知道是哪些元素产生的。

核裂变和核聚变的发现带来了 巨大的能源潜力，并对核物理 和能源研究做出了重要贡献。
2021年物理学奖得主
研究黑洞物理学的人物简介
2021年的物理学奖得主致力于研究黑洞物理学，通过他们的工作，我们对黑洞的性质和行 为有了更深入的理解。
研究成果简介
他们的研究成果包括对黑洞合并的观测和理论模拟，以及关于黑洞辐射和信息丢失问题的重 要贡献。
量子力学的发展和应用
量子力学解释了微观世界的行 为，并在现代技术中发挥着重 要作用，如量子计算和量子通 信。
大爆炸理论的提出
大爆炸理论是关于宇宙起源和 演化的主要理论，它揭示了宇 宙的起点和我们的宇宙观。
光电效应的解释
爱因斯坦的光电效应理论验证 了光的粒子性，并为量子力学 的发展奠定了基来物理学的热门研究方向 • 环境保护和能源问题的物理学应用 • 新材料和新技术的物理学研究
结语
物理学奖的意义和影响
诺贝尔物理学奖的颁发，不仅是对物理学家个人的肯定，也推动了科学的发展和人类对世界 的探索。
物理学家的追求和使命
作为物理学家，我们的使命是不断探索未知，推动科学进步，为人类的繁荣和进步做出贡献。
《诺贝尔物理学奖》PPT 课件
诺贝尔物理学奖是世界上最高荣誉的科学奖项之一。本课件将介绍诺贝尔物 理学奖的起源、评选标准、历年得主，以及一些重要的物理学成果和未来的 发展趋势。
诺贝尔物理学奖 - 简介
起源
诺贝尔物理学奖起源于瑞典发明家阿尔弗雷德·诺贝尔的遗嘱。他希望奖励为人类做出重大 贡献的物理学家。
评选标准
诺贝尔物理学奖的评选标准包括科学成就的重要性、原创性、影响力和可证明性。奖项通常 颁发给一个或多个人。
历年得主
自 1901 年开始颁发以来，诺贝尔物理学奖已经颁发给许多杰出的物理学家，他们的工作改 变了我们对世界的理解。

北极星变迁的原因 －－地轴进动
• 地球是椭球体，并斜着身子绕太阳公转 • 太阳和月球的引力对地球赤道隆起的部 分产生一个力矩，导致地球自转轴绕黄极 作缓慢的圆锥运动（黄极是地球轨道平面 的法线方向） • 约2.6万年绕黄极转一周
北极星的变迁 •现在 小熊座α •公元前3000年 天龙座右枢 •公元14000年 织女星
春分点和秋分点
地球轨道面（黄道面）和赤道
面的交点
赤道 坐标系
子午圈 春分点 地平圈 赤道 天极 赤纬 时角，赤经
春分点
赤经从春分点起算，时角从子午圈算起
赤道坐标系
• 天体M的赤纬从天赤道起算 90 第一赤道坐标系 • 时角从子午圈起算，顺时针 0h ~ 24h 时角随观测地不同而变化 第二赤道坐标系 • 赤经从春分点起算，逆时针 0 ~ 24
现代天文学
（诺贝尔奖天文学奖项回顾） 讲授提纲
第二章 天体的视运动和天球坐标系
1，星座和恒星命名
2，地球的自转、公转和天体的视 运动 3，四季星空 4，从地心说到日心说 5，天球坐标
1，星座和恒 星命名
星座是什么？
• 星座是人们为了观测研究方便
把星空的人为划分为若干区域 古人划分星空形成风格各异 的星座文化 • 公元前3000年左右 古巴比伦人把星空中亮星连起来 勾画成牛、羊、蝎子等形象
h h
赤经不随观测地不同而变化
• 赤经参考点：春分点
• 春分点在天球上的视位置 和恒星一样
也作周日运动，
所以与恒星的距离不变 • 坐标值不随时间变化 ，和观测
地位置无关
优越的赤道坐标系
• 中国古代：分为四大区，二十八宿
我国古代神话中28个神仙
• 古希腊人：希腊神话中的人物 或动物来为星座命名，共40多个。

获奖者-汤斯
历年诺贝尔物理学奖中的天文项目 射电天文学 — — — 天文诺贝尔奖的摇篮
二、 射电天文学 — — — 天文诺贝尔奖的摇篮
观测是天文学研究的主要实验方法。人类基本上只能被动 地接收来自宇宙空间天体发来的电磁波、 高能粒子和引 力波。不仅被动 ,而且由于绝大多数天体距离我们特别遥 远 ,到达地球的能量非常微弱 ,因而对它们的观测特别困难 。来自宇宙的信息永远是人类取之不尽的知识源泉。观测 手段越多、越好 ,所能得到的信息就越丰富。
历年诺贝尔物理学奖中的天文项目 射电天文学 — — — 天文诺贝尔奖的摇篮
正因为如此 ,天文观测方法和技术的发展一浪超过一浪 ,不 断进步。按观测手段可把天文学分为光学天文学、 射电 天文学、 X射线和γ射线天文学。还有一些小的分支 ,如红 外天文学、 紫外天文学、 中微子天文学、 引力波天文学 等。光学天文学具有悠久的历史 ,其成熟程度和所取得的 成就以致在很长一段时间里成为天文学的同义词。
历年诺贝尔物理学奖中的天文项目 射电天文学 — — — 天文诺贝尔奖的摇篮(具体事例)
早期射电望远镜最大的缺憾是分辨率很低且不能给出射电 源的图像。由两面或多面天线组成的射电干涉仪和甚长基 线干涉仪的分辨角可以很小 ,但只有一维的分辨率。1952 年赖尔提出综合孔径望远镜的理论 ,并给出形状为英文字 母 T的 “综合孔径” 方案。综合孔径望远镜是一种化整 为零的射电望远镜 ,用两面或多面小天线进行多次观测达 到大天线所具有的分辨率和灵敏度。
精选课件ppt10历年诺贝尔物理学奖中的天文项目天文学与物理学相互渗透的前奏到19世纪末20世纪初物理学经历了从经典物理到现代物理过渡的发展阶段天体物理学也受到巨大的刺激几乎物理学的所有分支学科如原子物理学量子力学原子核物理学狭义相对论广义相对论等离子体物理学固态物理学致密态物理学高能物理学等很快就成为天体物理学新的理论基础

太阳中的产能区
氢聚变为氦的反应只有在1千多万度的高 温下才能有效地进行。太阳内部的温度是 由中心在外逐渐降低的。只有中心附近的 一个约为太阳半径的1/10的区域可进行氢 聚变核反应。
产能核心每秒钟产生约 4×1026焦耳的能 量，正好和目前观测到的太阳辐射相当。
人工核反应
• 1919年卢瑟福用粒子（氦核）轰击
氮原子核，观测到闪光, 确认为质子
• 1930年发现由粒子轰击铍（Be）时 产生穿透力极强的射线，后来确认为 中子
• 高能带电Biblioteka 子加速器，实行人工核反应带电粒子加速器
科学家利用带电粒子在电场和磁场中受电 场力和罗伦兹力的作用可以获得加速度的原 理，研制成各种的高能带电粒子加速器。
氢聚变反应的质量损失
4个氢原子核总质量： 4.0291原子质量单位
氦原子核质量 4.0015原子质量单位
质量亏损： 0.0276原子质量单位
爱因斯坦质能关系 ：
E=mc2
每次氢聚变反应放出4.12×10－12焦耳 1克氢的聚变： 6.21×1011焦耳
可使1500吨水从0度加热到100度
太阳质量＝4×1033克，70％为氢 若其一半聚变为氦，足用350亿年
目前世界上的大型加速器可以把质子加速 到10000亿电子伏特的能量。加速器使带电 粒子获得很高的能量，成为轰击原子核的炮 弹，实现人工原子核反应。
3，太阳的能源
太阳能源和热核反应
太阳的表面温度大约为6000度，而中心 温度却高达1200万度。它每秒钟向太空辐 射的能量为3.8 × 1026焦耳。
弄清楚宇宙中各种元素的生成机制及形成 目前观测到的丰度一直是科学家探求解决的 难题。
丰富的物质世界
今天的物质世界丰富多采，是因为有多 种多样的元素存在。宇宙中的万物都是由 元素周期表中列出的各种元素所组成。

【】；第⼆章初识太阳系（2）三、全视⾓太阳系同开普勒和⽜顿在解决天体的运动学和动⼒学⽅⾯的重⼤成就相辉映的，是同⼀时期中天⽂观察⼯具⽅⾯的重⼤进步。

1608年，德国光学家⾥伯西发明了望远镜。

意⼤利天⽂学家伽利略第⼆年就把它指向天空，使天⽂观测进⼊了⼀个新的时代。

天⽂望远镜观测到⾏星表⾯的情形，测出了它们的⼤⼩，看到了⾏星周围还有⼀些⼩⼩的星球——卫星绕它们旋转。

观测和理论两⽅⾯的发展使⼈们对太阳系的⾯貌有了⽐较全⾯的了解。

太阳系的主体是太阳，它是⼀个质量⼗分巨⼤、发出强烈的光和热的天体。

围绕太阳旋转的是⼀个⾏星体系。

靠近地球轨道的⼏个⾏星，⽔星、⾦星和⽕星，同地球⽐较相似，质量、⼤⼩、密度相差不多。

不过⽔星没有⼤⽓，⾦星却覆盖着浓密的云层。

这些星叫类地⾏星，也叫内⾏星。

⽊星和它以外的⾏星，除冥王星外，体积和质量都很⼤，⽐地球⼤上百倍，表⾯是厚厚的云层。

它们的密度都⽐较⼩。

这些⾏星叫做类⽊⾏星，也叫外⾏星。

在⾏星的周围还有⼀些更⼩的卫星绕它们旋转。

内⾏星的卫星⽐较少，地球只有⼀个卫星——⽉亮。

外⾏星的卫星⽐较多，⽊星有⼗四个卫星。

特别有趣的是⼟星和天王星周围还环绕着美丽的光环。

除⾏星和卫星外，太阳系⾥还有许多⼩天体：⼩⾏星，彗星，流星。

⼩⾏星⼀般只有⼏公⾥⼤。

有的⼩⾏星汇集成群。

⽕星和⽊星轨道之间就有⼀群⼩⾏星散布在绕太阳的⼀个圆环上。

已经发现的⼩⾏星有⼆千多个。

彗星是由碎块和尘埃、⽓体构成的，靠近太阳的时候，尘埃和⽓体被太阳光的压⼒驱动散布成长长的尾巴。

流星是散布在太阳系⾥的⽯块或铁块，当它们靠近地球的时候，被吸引⽽掉进地球，和⼤⽓摩擦发热⽽燃烧，没有烧完的物质落到地上就成为陨⽯。

太阳系内，还有很多体积介于⾏星和⼩⾏星之间的星体，叫矮⾏星或称“侏儒⾏星”。

冥王星现在就已经被归为矮⾏星。

矮⾏星的体积介于⾏星和⼩⾏星之间，围绕太阳运转，质量⾜以克服固体应⼒以达到流体静⼒平衡(近于圆球)形状，没有能⼒清空其所在轨道上的其他天体，同时⼜不是卫星。

• 某些元素XPS化学位移很小，难以鉴别，俄歇电子涉及三个原子轨道 能级，化学位移比XPS化学位移大，AES更适合表征化学环境影响。
4.3 X射线光电子能谱分析
• 电子能谱分析是一种研究物质表层元素组成与离子状态的表面分析技 术，基本原理是用单色射线照射样品，使样品中原子或分子的电子受 激发射，然后测量这些电子的能量分布。
外层电子，使该外层电子脱离原子核束缚， 成为自由电子发射出去-俄歇电子。 （2）俄歇电子的能量
E =E1(Z)-E2(Z) -E3(Z)
（3）利用俄歇电子进行成分分析的仪器有 俄歇电子能谱仪(AES)
3、光电子 （1）光激发下发射电子-光电子 （2）爱因斯坦光电发射定律
EB = hν - Ek
Ek -电子的动能； EB-结合能
加综合全面。但x光谱的空间分辨率通常不是太高。无法探测元素的 化学环境。 （2）两种主要x光谱技术， • XFS适用于原子序数大于等于5的元素，可以实现定性与定量的元素分 析，但灵敏度不够高，只能分析含量超过万分之几的成分； • EPMA所用的电子束激发源可以聚焦，具有微区(1μm)、灵敏(10-14g)、 无损、快速、样品用量少(10-10g)等优点。
（2）利用特征能量损失电子进行元素分析 的仪器叫电子能量损失谱仪(EELS)，它作 为透射电子显微镜附件出现。和同为透 射电镜附件能谱仪(EDS)相比，EELS能量 分辨率高得多(0.3ev)，且特别适合轻元 素的分析。
三、各种成分分析手段的比较
1、x光谱的特点和分析手段比较 （1）x光谱的x光子可以从很深样品内部(500nm~5μm)出射，反映成分更
（2）对于无机化合物材料 λ（Ek）= 2170Ek-2 + 0.72（a Ek） （3）对于有机化合物材料 λ（Ek）= 49Ek-2 + 0.11 Ek1/2

综合口径望远镜原理图 • 设想把抛物面分成许多 小单元，小单元的两两 组合相当于许多副 干涉仪。在馈源上 汇集所有两两组合 的干涉波。 • 把每个小单元用一 小天线代替，由许多 小天线组成的许多对 干涉仪所得到的信号相加， 和一个完整巨大天线的一样。
地球自转的效应可以利用
从射电源上看地球上的放在北极附近 的双天线干涉仪的两个天线，在地球自 转过程中两个天线之间也在做相对运动。 地球自转一周，其中一个天线将绕着另 一个天线描绘出一个圆路径。地球自转 一周相当于把可移动天线逐次地放到“ 等效大天线”各个地方。 只需解决沿东西方向上各个单元之间 不同间距问题。实际上，由于系统的对 称性，只需要12小时的观测就能完成一 组观测。
• 可見光、紅外线、无线电波等等，
全部属于电磁波。 • 所有电磁波在真空中皆以同一速度 传播 (光速﹐c = 299792450米/秒) • 在真空中﹐电磁波的传播速度(c)、 波長和频率，有以下的简单关系： (波 長) × (频率) = c • 光的颜色是由光的频率所決定
射电天文学的萌生
• 20世纪30年代初美国贝尔电话实验室的 央斯基发现银河系中心发射来的无线电波。 • 不久，美国射电天文学家雷伯用直径 9.45米抛物面天线射电望远镜证实。 • 第二次世界大战期间，雷达和反雷达以及 通讯技术发展很快。英国的海伊对一起曾使 英国军用雷达受到干扰的重大事件进行分析 后发现，太阳上发生的射电爆发是这一事件 的罪魁祸首。
• 最大可动单个天线直径100米 最大固定天线305米 • 干涉仪的基线至少可达30.5千米， 分辨率比305米天线高100倍，达到 光学望远镜的分辨率 • 在天线口径相同时，基线是决定 分辨率的唯一因素 • 进一步增加基线,如几千千米，在长 距离传输过程中因温度变化导致电 波相位变化，无法实现干涉。

Charles K. Kao
"for groundbreaking achievements concerning the transmission of light in fibers for optical communication" 高锟1933年11月4日生于中国X金山，1954年赴英国攻读电机 工程,先后获得学士和博士学位。1987年,高锟出任X中文大学 第三任校长,1996年卸任。并为在英国标准通信实验室从事科 研。1964年提出在 网络中以光替代电流，以玻璃纤维替代 导线。1966年，在标准 实验室与何克汉共同提出光纤可以 用作通信媒介。
The Nobel Prize in Physics 202X
1/2 of the prize
Yoichiro Nambu
USA Enrico Fermi Institute, University of Chicago Chicago, IL, USA
1/4 of the prize
Makoto Kobayashi
Scanning electron micrograph (SEM) of a fallen mesa of graphite. This is the way graphene molecules were "extracted" from bulk graphite. To be reasonably visible in SEM, we show a 10 nm carbon flake (30 layer thick).
The Nobel Prize in Physics 202X and one half jointly to George E. Smith "for the invention of an imaging semiconductor circuit – the CCD sensor"

从天狼星的自行谈起
天狼星是全天空中最亮的恒星。早在 1718年哈雷通过测量天狼星位置发现它 有自行，1836年德国贝塞尔发现天狼星 的自行呈波浪式的变化，并由此推断天 狼星有一颗看不见的伴星，其轨道周期 约为50年。
发现天狼星B
1862年观测发现在天狼星附近有一个很 小的光点，最后确认它就是天狼星的伴星， 称为天狼星B，而天狼星则改称天狼星A。 天狼星B是一颗暗星，其亮度比天狼星A差 10个星等，光度相差1万倍。表面温度比太 阳的还要高，达到8000K。
如果星体的质量超过100个太阳质量， 不稳定，要分解。
主序星
当中心温度达到1000万度时，氢核聚变 为氦核的反应就持续不断的发生，产生巨 大的辐射能使恒星内部的压力增强到足以 和引力相抗衡，不再收缩，形成稳定的恒 星。
以氢核聚变提供能量的恒星均在主序星 阶段，因为恒星中氢占大多数，可以维持 很长时间。太阳就是一颗主序星。
红巨星的由来（1）
• 恒星中有大量的氢，但只有中心部分的 温度能使之发生核聚变。中心部分的氢燃 烧完后，都变为氦元素。由于温度不够， 热核反应暂时停止。 • 恒星将会因抗衡不住引力而收缩。收缩 的结果导致中心部分温度大增，使氦能发 生聚变反应，产生大量的辐射，加热中心 区的外围大气，使恒星外层向外膨胀。
红巨星的由来（2）
恒星中心部分以外的区域由于温度的增 高又开始氢核聚变反应，并且核反应迅速 向外层转移，推动外层膨胀，使得恒星体 积很快增大上千倍以上。
由于温度下降，颜色变红。这样，这颗 恒星就变成又大又红的红巨星。
约100 亿年后 太阳将 变为红 巨星
图为其 体积与 现在的 太阳比 较
恒星演化之二
它们的质量和半径关系完全遵从钱德拉 塞卡推算出的理论曲线。

现代天文学学习现代天文学的六大理由1，天文学是自然科学基础学科天文学的研究在于探索宇宙及它所包含的所有天体的本质；天体和宇宙的起源和演化。

天文学囊括了几乎所有的自然现象，从不可见的基本粒子的物理到空间与时间的本质。

三大学科包括：天体测量学：测量天体的位置和距离天体力学：研究天体之间由引力引起的关系天体物理学：研究天体的形态、物理状态、结构、化学组成；天体的产生和演化（主流）天文学与其他5大学科的关系天文学与物理、数学紧密关联；地学－－特殊天体的研究；化学－－天体化学组成、元素合成、星际分子；生物－－地外文明和生命，生命诞生和发展的条件；各国政府非常重视发展天文学2，天文与美学－最富于美感的科学美不胜收的天体形态美天文规律的理性美：科学和艺术都是对真和美的追求简约之美；有序之美；无限之美；潜藏之美；神秘之美研究对象包括三大层次：行星层次+恒星层次+星系层次=宇宙。

开普勒三定律（天空立法）：行星绕日运动其轨道是一椭圆，太阳在其一焦点上。

行星矢径在单位时间内所扫过的面积相等。

行星绕日轨道长轴的立方与其周期的平方成比例。

3，天文学与文学艺术－激发创作的灵感4，天文学家的科学精神和人格魅力是人类宝贵的精神财富5，天文学与人类生存和发展紧密相关（1）太阳对地球的影响太阳辐射及其变化将影响地球大气演变和气候变化；太阳耀斑、太阳风引发的高能粒子流及太阳紫外辐射对地球空间环境的影响，引起地球磁场紊乱、无线电通讯中断、和太空飞行宇航员的安全和仪器失灵、臭氧和其他微量成分的变化。

（2）近地小行星和彗星对地球的威胁小行星和彗星与地球撞击历史和现实可能性的研究。

历史事件曾引起几个世纪气候的巨大变化，有时会导致大量物种的灭绝；监测近地小行星和彗星；寻找对付小行星和彗星撞击地球的方法（3）批驳“世界末日”的理论武器6，天文学属于大众－可以提供大众发现的机会评述题（2）就1位或几位作出杰出贡献的天文学大师的奋斗精神、治学态度、思维方法和高尚的情操进行评说；（3）就天文学的美学特征和哲理性进行评说；第一讲天文学的发展天文学发展三大阶段古代天文学：追溯到5000余年前，包括托勒密“地心说”统治的1500年。