千亿个太阳春季微

1、微微一笑倾城星光2Twinkle, twinkle, little stars, how I wonder what you are,Up above the world so high, like a diamond in the sky Jane Taylor (1806)璀璨的星空是天文学研究的对象之一黑夜 和 星光？月朗星稀问：将满天星斗放在什么距离上，会和太阳一般明亮呢？太阳决定了：昼夜的交替，气候，天气，千亿个太阳太阳和地球之间的距离：1 AU = 1.5 1011 m 2016年4月，全国印发中国公民科学素质基准明确将“阴阳五行、天人合一”作为其132个基准点之一。“科学”一词来

2、源于拉丁文“Scientia”，意为“知识”、“学问”。根据说文解字，“科”，会意字：“从禾从斗，斗者量也”；故“科学”一词在中国古人看来，取“测量之学问”之义。科学一个重要特征是可以“证伪”；理论只在一定的范围内适用；预言可量化。12双星质量的测定 Kepler第三定律： 以太阳-地球系统为参照 其中a, P为双星的轨道半长径和周期。13Mass of the Sun太阳约是地球质量的33万倍，包含了整个太阳系 99.9 % 的质量，研究太阳系忽略行星质量的近似比较合理.14Isaac Newton (16421727)估算太阳质量的第一人1/1692821/28700结果依赖于1 AU的精

3、确测量太阳系仅考虑太严的质量是否就可以了？思考：日地之间的距离如何精确测量。1864年，法国数学家 Roche 首先提出计算密近双星系统引力势的简化模型。 318 M充满洛希瓣（Roche Lobe ） 双星系统物质转移夜空没有亮如白昼，难道仅仅是因为夜晚没有太阳？19rdr奥伯斯佯谬的给出取恒星数密度为，则在离地球距离为 r 到 r 的一层球壳内恒星数目为令每颗恒星的光度为L，则地球上收到壳 层内某颗恒星的辐射流量为宇宙中所有恒星照射到地球上的辐射应该从距离0 积到无穷，于是接受到的总的辐射流量为显然:积累的星光应该亮如白昼。“宇宙是无限的，且恒星的分布是均匀的”Newton believe

4、d in an infinite static universe filled with a uniform scattering of stars. 20宇宙不是静止的，也不是无限的。星际尘埃的晓光，阻挡遥远天体的光线，使天空变暗。（？尘埃被加热一样会发光）宇宙学红移由于宇宙的膨胀，恒星发射的光的波长将会变长，使得在可见范围的光移动到不可见的红外线范围中，。宇宙的年龄是由限的，光的传播速度有限的，仅在有限范围之类发出的光可以到达地球。恒星和星系的寿命是有限的。如何解释？黑夜 和 星光？月朗星稀皓月古朗月行 （唐）李白 小时不识月， 呼作白玉盘。 又疑瑶台镜， 飞在青云端。 仙人垂两足， 桂树

5、何团团。 白兔捣药成， 问言与谁餐？ 蟾蜍蚀圆影， 大明夜已残。 羿昔落九乌， 天人清且安。 阴精此沦惑， 去去不足观。 忧来其如何？ 凄怆摧心肝。 月亮白玉盘？地球是不是平的？24潮Tidal locking （潮汐锁定）26Tidal locking （潮汐锁定）月球的自转和公转周期都大约是27.32 天，始终一面朝向地球。Slows down the Earth rotation（使得天变长）friction on the ocean floor加热，消耗地球转动能tidal friction+ 0.002 秒/百年推导过程牵涉应力，略过27远离地球对月球的激光测距表明，月球以0.038

6、20.0007 m / yr速度远离地球。为什么？角动量守恒（Conservation of angular momentum in the Earth-Moon system）地球因自转减慢失去的角动量将被转移到月球上地球自转角动量角动量减慢率月球轨道转角动量轨道角动量增加率2829地心学说日心学说Kepler伟大的发现产生于细微处In science, the grandest revolutions are often triggered by the smallest discrepancies （差异）. 基于同时代天体运行的细节，十六世纪确立了哥白尼的日新学说。18年前对高红移Ia

7、型超新星的观测，由其亮度相对于理论结果的细微偏离，给出本世纪或许最重要的一个发现，宇宙正在做加速膨胀。3031 西方的宇宙观：柏拉图（ 388BC ）学派的“同心球”宇宙模型。Pythagoras 550 BCAristotle 350 BC承接了毕达哥拉斯学派“从美学角度，球形是最完美和谐”的观点。32如何解释(逆行) Retrograde Motion？The apparent retrograde motion of Mars as Earth overtook Mars in its orbit in 200910. Each bright dot shows the location

8、 of Mars on the date indicated.一. 地心说二. 日心说33拖勒弥的地心学说 (Ptolemys geocentric cosmology)Ptolemy (about 85-about 165) 认为日月行星都以圆轨道绕地球运动，这些圆称为均轮。五大行星均绕其本轮圆运动，而本轮圆的中心在绕均轮运动。最外一层是恒星天，所有的恒星均镶在恒星天上。方法一34Nicholas Copernicus (14731543). 哥白尼的日心学说 (Copernicus Heliocentric Cosmology)认为太阳是宇宙的中心，静止不动，地球和其它行星一样绕太阳旋转。

9、方法二35To the present day, scientists still are guided by simplicity, symmetry, and beauty in modeling all aspects of the universe.一. 地心说二. 日心说如何去证实或证伪？36“Dialogue concerning the two chief world-systems” was Galileos scientific and literary masterpiece.The father of experimental scienceGalileo Galilei

10、 (15641642).Mountaineering on the MoonDiscovers Moons Around Another Planet (Jupiter)Discovers Spots on the SunGalileos observations of the Moon from his book Sidereus Nuncius (The Starry Messenger)Some of Galileos notes about his first observations of Jupiters moonsVenus goes through a full set of

11、phases, from new to full40(a) If Venus moved in an epicycle centered on the Earthsun line, it would always appear as a crescent (新月).(b) Galileos telescope showed that Venus goes through a full set of phases, proving that it must orbit the sun.Not until 1992 did the Church publicly forgive Galileos

12、crimes. But the damage to the orthodox view of the universe was done, and the Copernican genie was out of the bottle once and for all.距离的测量思考：蚂蚁与橡皮绳悖论一只蚂蚁沿着一条长为100米的橡皮绳以每秒1厘米的匀速由一端向另一端爬行，同时每过1秒钟橡皮绳就拉长 100米。问：蚂蚁能否最终爬到橡皮绳的另一端？距离的测量思考：蚂蚁与橡皮绳悖论距离的测量思考：蚂蚁与橡皮绳悖论理解现在的固有距离随动距离（人为定义的）光的传播距离早期的固有距离唯一不同，膨胀？距离的测量距离的测量46张双南：我们并不真的知道宇宙有多大。目前我们观测到的宇宙的范围大概是半径为460亿光年的范围。宇宙很显然应该比这个范围大。至于多大，我们目前不知道。有的理论模型说我们的宇宙是有限的，但是没有边；有的理论模型说我们的宇宙是无限大的当然就没有边；还有的模型说我们的宇宙是有限的而且有边。那么，在最后这种情况下，这个边外面就只能是另外一个宇宙了。4748位于俄罗斯加里宁格勒的康德墓碑德国哲学家 康德(