PPT《天体物理》

天体物理 当代天文学知识已成为一切科学技术人员必备的自然科学基础知识.

天体物理学是应用物理定律解释天文现象的一门学科.利用广义相对论引力场理论和现代高能物理所取得的成就的基础上建立起来的恒星演化理论是20世纪天文学最辉煌的成就之一. 天体物理的研究对象是宇宙中的大尺度目标和现象,按尺度的规模,可以分为以下四个层次,

1 . 行星层次:地球、其它行星和太阳系小天体,太阳系 以及其他行星系统(含行星际物质)2 . 恒星层次:太阳、其它恒星和恒星系统(含星际物质)3 . 星际层次:银河系、各类星系和其它河外天体,星系群、星系团等系统(含星系际物资和星系团际物质)4 . 宇宙 整体. 各层次天体的尺度 太阳系范围 约l.y 银河系范围 约l.y可测宇宙范围 约l.y 天文世界中的 宇宙 是一个有机的整体,星系层次的天体是大尺度宇宙中的单元,而恒星层次的天体则既是星系中的细胞,又是行星层次的母体,所有天体都在运动中保持它在群体中的相对平衡,又在演化中不断改变它的内在结构和在群体中的作用. 在我国古代,关于宇宙结构流行着三派典型学说,即 盖天说 、 浑天说 和 宣夜说 .盖天说认为大地是平坦的,天像一把伞覆盖着大地;

浑天说认为天地具有蛋状结构,地在中心,而天包覆在其周围;

宣夜说则认为天是无限而空虚的,星辰就悬浮在这空虚之中.古代的希腊和罗马,关于宇宙的结构和演化夜由许多学说.如,中心火焰说即认为宇宙中心是一团大火焰、地心说和正多面体宇宙结构模型等.所有这些模型并没有明确涉及时间!也许模型提出者认为宇宙空间是个永恒不变的结构,而时间是独立于空间的某种延续.

一、 古代宇宙观简介 这些模型是符合古人 天不变,道亦不变 的朴实观念的.西方古代占统治地位的宇宙模型是与基督教教义相吻合的地心说.直到16世纪哥白尼倡导日心说,才使人类的宇宙观发生根本变革. 哥白尼的学说把太阳放到了宇宙的中心,地球则置于和其他行星等同的地位,一起绕太阳作匀速圆周运动;

月亮成了环绕地球运转的卫星. 这个模型显得比较简洁 、 和谐 , 星不规则的运动也能得到合理的解释. 日心说的革命性作用不在于强调太阳是宇宙的中心,而在于指出了地球在宇宙中没有任何特殊地位.这正是宇宙原理的精神.现在, 人们把宇宙论原理称为哥白尼原理,也就是肯定了这种精神. ――人类对行星层次认识的飞跃 十七世纪初,借助于计时工具及测量仪器的发展,丹麦天文学家第谷・布拉赫在20多年里辛勤地观测和记录了行星运行的位置和运行情况,积累了大量精确的资料.利用这些资料,开普勒发现了行星运动的三个定律.

二、开普勒定律 第一定律:所有行星都在椭圆轨道上绕太阳旋转,太阳位于椭圆的一个焦点上. 第二定律:连接任何行星到太阳的向径再相等时间 内扫过的面积相等. 第三定律:行星公转周期的平方同它到太阳的 平均距离的立方成比例.即 行星运动三定律的发现,使太阳系的空间形态基本上得到澄清,真正体现了自然序秩序的简单与和谐. 从方法论的角度看,三个定律普适于所有行星的运动,为了进一步的解释提供了严格可信的约束,同时也体现了深刻的导向性. 开普勒的工作更是直接导致万有引力定律的发现. 牛顿用他的第二定律F=ma得出向心力公式. (其中向心力加速度为惠更斯导出) 式中m为任意行星质量,R为该行星至太阳的平均距离.将 代入可得 利用开普勒第二定律,(k为比例系数) 可得到 这一平方反比力可适于任意行星,对于地面上的物体也适用,故称之为万有引力定律. 哈雷彗星再现、海王星、冥王星的发现,使牛顿运动力学定律理论的威望增至最高峰.而 开普勒可以说是天体力学的真正奠基人. (黑格尔语) ――人类对恒星层次认识的飞跃 十九世纪发明的照相技术、分光及光谱测量技术已有效地用于天文领域、机械制造技术、测量工艺及钟表技术的进步将天体测量的精度大大提高.人类拥有近十万颗恒星的光谱分析资料.恒星的亮度、光谱、颜色、位置等都有了定量的标准,这一切为人类认识恒星演化规律提供了充分的条件.