天体物理学史

1、天体物理学的发展天体物理学发展 天体物理学 的兴起公元前129年古希腊天文学家喜帕恰斯喜帕恰斯目测恒星亮度并根据亮度把恒星划分为六个等级这可以说是最早的光度学测量16091609年伽利略第一次使用光学望远镜观测天体，年伽利略第一次使用光学望远镜观测天体，绘制月面图绘制月面图记录大量木星卫星的运动资料记录大量木星卫星的运动资料发现了土星的发现了土星的“耳朵耳朵”太阳黑子太阳黑子太阳的自转等太阳的自转等 1655-16561655-1656年惠更斯发现土星的年惠更斯发现土星的“耳朵耳朵”是一些光环是一些光环并发现猎户座星云并发现猎户座星云哈雷发现恒星自行和哈雷彗星哈雷发现恒星自行和哈雷彗星1818

2、世纪末，世纪末，W.W.赫谢尔创立了恒星天文学赫谢尔创立了恒星天文学图图片 天体物理学由孕育走向成熟 十九世纪得益于三种物理学方法1 光度学 2 分光学 3 照相术拉塞佛1865年拍摄的月球照片匹克林谱系 之谜161.364622nn人们称以上这个谱系为匹克林谱系1884年，巴尔末提出了氢光谱的公式1913年玻尔提出氢原子的定态跃迁原子模型，遇到了匹克林谱系的困扰里德伯肯定了他们是氢的光谱1913年9月初发表的伊万士氢谱结果支持波尔理论 匹克林谱系之谜被解开匹克林谱系之谜被解开 图127 贝特 提出太阳的反应能源主要来自4个氢核聚变变为氢核的过程，称为p-p反应。提出了碳循环恒星演化理论的建立

3、图128 1929年伽莫夫（右）和考克饶夫在一起1956年伽莫夫发表了“膨胀宇宙的物理学”描述从原始高密状态和膨胀地概貌宇宙背景辐射的发现 1948年美国科学家阿尔弗和赫尔曼预言，宇宙大爆炸产生的残系辐射，由于宇宙的膨胀和冷却，如今它所具有的温度约为绝对零度以上5开，或者说5K(绝对零度等于摄氏零下273.15度，即-273)。但是他们的预言并未引起人们的普遍重视。 1965年，美国新泽西州贝尔实验室的两位无线电工程师阿尔诺彭齐亚斯和罗伯特威尔逊却十分意外地发现了这种宇宙辐射场，当时他们正在为跟踪一颗卫星而校准一具很灵敏的无线电天线 图1211 贝尔实验室的射电望远镜喇叭形天线 1964年，美

4、国贝尔实验室的工程师阿诺彭齐亚斯和罗伯特威尔逊架设了一台喇叭形状的天线，用以接受“回声”卫星信号。为了检测这台天线的噪音性能，他们将天线对准天空方向进行测量。他们发现，在波长为7.35cm的地方一直有一个各向同性的讯号存在，这个信号既没有周日的变化，也没有季节的变化，因而可以判定与地球的公转和自转无关。 图1212 彭齐亚斯（右）与威尔逊站在他们的天线旁图1214 COBE取得的数据与黑体谱在0.1内相符 （号为测量数据，曲线为理论预计）图1215 COBE得到的背景辐射图贝尔检测射电望远镜收到的信号时无意中发现了一些有规律的脉冲信号，它们的周期十分稳定，为1.337秒。起初她 以为这是外星人

5、“小绿人（LGM）”发来的信号，但在接下来不到半年的时间里，又陆陆续续发现了数个这样的脉冲信号。后来人们确认这是一类新的天体，并把它命名为脉冲星(Pulsar，又称波霎)。脉冲星与类星体、宇宙微波背景辐射、星际有机分子一道， 并称为20世纪60年代天文学“四大发现”。 安东尼休伊什教授本人也因脉冲星的发现 而荣获1974年的诺贝尔物理学奖， 尽管人们对贝尔小姐未能获奖而颇有微词。 脉冲星的发现图1217 休伊什在做实验 图1218 1967年11月28日从射电源CP1919第一次观测到周期性的脉冲信号 图1219 脉冲星沿磁轴方向射出的辐射束，象探照灯一样迅速扫过空间 图12-20 赫尔斯正在

6、用计算机巡查脉冲星 图1221 从脉冲双星发射出引力波黑洞的产生过程类似于中子星的产生过程；恒星的核心在自身重量的作用下迅速地收缩，发生强力爆炸。当核心中所有的物质都变成中子时收缩过程立即停止，被压缩成一个密实的星球。但在黑洞情况下，由于恒星核心的质量大到使收缩过程无休止地进行下去，中子本身在挤压引力自身的吸引下被碾为粉末，剩下来的是一个密度高到难以想象的物质。任何靠近它的物体都会被它吸进去，黑洞就变得像真空吸尘器一样 图1222 黑洞示意图 图1224 哈勃太空望远镜后来人们在不同波段上对微波后来人们在不同波段上对微波背景辐射做了大量的测量和详背景辐射做了大量的测量和详细的研究，发现它在一个

7、相当细的研究，发现它在一个相当宽的波段范围内良地符合黑体宽的波段范围内良地符合黑体辐射谱，对应温度大约辐射谱，对应温度大约2.7K（近（近3K）并且在整个天空上是）并且在整个天空上是高度各向同性的，只是具有一高度各向同性的，只是具有一个微小的偶极各向异性：在赤个微小的偶极各向异性：在赤经经11.30.1 h，赤纬，赤纬42的的地方温度略高，在相反的方向地方温度略高，在相反的方向温度略低，人们认为这是由银温度略低，人们认为这是由银河系运动带来的多普勒效应所河系运动带来的多普勒效应所引起的。引起的。图1225 日美高级宇宙及天体物理卫星 图1226 哈勃和他观测的天体（Physics Today 1999年5月号封面）弗里兹扎维奇发现，大型星系团中的星系具有极高的运动速度，除非星系团的质量是根据其中恒星数量计算所得到的值的100倍以上，否则星系团根本无法束缚住这些星系。之后几十年的观测分析证实了这一点。尽管对暗物质的性质仍然一无所知，但是到了80年代，占宇宙能量密度大约20%的暗物质以被广为接受了 图1227 威尔金森微波各向异性探测器宇宙学中，暗能量是某些人的猜想，指一种充溢空间的、具有负压强的能量。按照相对论，这种负压强在长距离类似于一种反引力