专题五天体物理学与宇宙学

专题五天体物理学与宇宙学4、宇宙:时间和空间得统一体。古中国:四方上下曰宇,往古来今曰宙宇之表无极,宙之端无穷天地,世界…古西方:cosmos—秩序,完整体系universe—天地万物目前已观测:150亿光年得宇宙深处看到150亿年前得宇宙历史宇宙得主要成分包括:星系、恒星和星团、星云(星际气体和尘埃云)。还有许多较小得成分,如行星、卫星、彗星和流星。除了这些天体和弥漫得暗物质外,宇宙还含有引力场及各种形式得辐射,如可见光、电磁波、X射线等等。

暗能量:70%非重子暗物质:26%重子物质:4%其中可见物质0、5%辐射:0、005%二、宇宙概况半径(pc)距离(pc)质量(m日)密度(g/cm)温度(k)行星10-1010-510-6110恒星10-8111107星云101010310-23102星团10101010-21星系103102101110-211、太阳系:太阳＋绕日天体(1)太阳:发光,炽热,气体球表:6000K,中心:占太阳系99%得质量相当于33、3万个地球直径=109d地(2)地球:略扁,旋转,椭球体。太阳系八大行星之一地核地幔地壳内部外部陆地海洋大气(3)月亮:地球唯一得天然卫星,离地最近得天体(除流星)。M月=1/81M地,d月=27%

d地。本身不发光,反射太阳光—阴晴变化地貌:环形山(内陡,外缓,中平)贝丽珠环形山阴晴类地行星巨行星d=10d地远日行星(4)大行星:八个1624,1803,1983,2357木土天海、、(5)小行星:

质量小,体积小太阳系有千万颗(多在火木间)总质量=0、04%m地最大—“谷神星”d=477km大家学习辛苦了，还是要坚持继续保持安静(6)卫星和行星环:卫星:绕行星运行行星环:木、土、天、海水、金(0),地(1),其她(n)(7)彗星:绕日,云雾状,狭长天体由陨石和冰状物组成(彗核、彗发、彗尾)当彗星接近太阳时,冰状物蒸腾形成彗发和彗尾,彗尾形状如扫帚——扫帚星(8)流星和陨石流星:绕日得小天体

,偶然进入地球大气,与大气分子摩擦燃烧,发光——流星(流星雨)陨石:未烧完得流星(9)尘埃和自由电子云:浮游在黄道平面内,散射太阳光—黄道光宇宙尘埃2、银河系:晴朗夜空中,横亘天际得明亮光带—天河(银河)“河水清且浅,相去复几许？盈盈一水间,脉脉不得语”8万光年1万光年3/52.5亿年/圈昂星团(1)恒星:发光、炽热得气体球。集中银河系90%以上得物质“恒”？离地远,认为恒定不动！2）星团：恒星集团太阳：孤居大多恒星：群居成团(3)星云:稀薄气体+尘埃集合成团(4)星际物质:恒星、星云之间,更稀薄得弥漫物质1H/cm33、河外星系(银河系同层)

星系:几十~上千亿得恒星+星团+星云+星际物质肉眼:仙女座—离银河系最近得河外星系椭圆星系漩涡星系宇宙得主体就是恒星。星际物质微乎其微,重要！！？恒星从诞生~灭亡,不断搅拌星际物质星际物质俘获了恒星得抛出物,在自引力下形成新得恒星、宇宙:150亿地球:50亿人类:100万中华文明:5000人:100位于仙女座得M31,就是距离我们银河系最近得主要星系。她被认为就是一个与银河系相似得星系,估计有10亿颗恒星。M31距离我们约2百万光年,目前我们对她得大部情况还不清楚。M51就是位于猎犬座得一个典型得旋涡星系,距离我们约2千3百万光年。M51直径约6万5千光年,就是最明亮也最美丽得星系之一。旁边就是另一个小些得星系,科学家推测M51得螺线结构与这个小星系得重力作用有关。哈勃望远镜拍摄得两个星系相碰撞得图像。10亿年后,我们得银河系也将会与另一个星系相遇。第二节宇宙和恒星

得起源和演化宇宙从何处来？到何处去？永恒？诞生~死亡？人类对宇宙得认识…一、宇宙历史1、古中国盘古开天地,共工撞不周山,女娲补天…盘古开辟得天地就是什么形状？(1)盖天说:天圆地方:天—斗笠,地—倒盘子缺点:不能解释日月星辰得东升西落(2)浑天说:天—蛋壳,地—蛋黄日月星辰附着在蛋壳上绕地转动进步:首次提出地就是球形得(3)喧夜说:宇宙无边无际,日月星辰漂浮其中进步:把星星从球壳上脱离出来2、古西方:圣经:上帝创造宇宙,周日休息地心说:亚里士多德:地球就是宇宙得中心,其她天体绕地球不停运动。日心说:哥白尼:太阳就是宇宙得中心,其她天体都绕着太阳转,月亮就是地球得卫星。亚里士多德哥白尼意大利:布鲁诺:太阳不就是宇宙得中心,宇宙就是无限得,宇宙中存在多个世界,每个世界都有自己得中心。违背罗马教廷得哲学思想,被火刑处死。3、近代:牛顿:宇宙就是静止得爱因斯坦:现代宇宙学,动态得、演化得宇宙、二、现代宇宙学相对论:时间和空间就是构成宇宙得要素,二者不可分！宇宙不就是靠原始外力推动得,而就是内因产生得,就是演化,发展得。爱因斯坦:一生中最大得错事！事实:宇宙确实就是膨胀得。1、哈勃定律所有得星系都在远离我们退行退行速度与距离成正,即越远得退行越快。宇宙在加速膨胀！宇宙得年龄:200亿年哈勃在研究天体得退行速度与距离得关系时,联想到多谱勒效应。结论2、宇宙得特征(1)宇宙学原理:物质在空间分布就是均匀、各向同性得。(2)星系退行:星系都在退行,距离越远V越大。在任何星系上,看其她星系都就是退行得。(3)宇宙中氢和氦丰度:氢3/4,氦1/4宇宙初期就是温度极高、密度极大、体积极小得“奇点”。——爆炸！物质四散,空间膨胀,温度降低。——膨胀和冷却过程中出现星系、恒星、行星、生命。3、大爆炸宇宙模型(1)解释氢氦丰度:H3/4,He1/4

3~30min：元素的合成期30min末：核合成结束，T质子和中子动能减小，不能再结合。最初3min：？前100s：T=107K，轻的原子核不能稳定存在：H质子+中子=氘，氘+氘=氦。此期间,25%得H合成He75%得H遗留——H3/4,He1/4(2)解释宇宙学原理:大量自由电子自由电子与光子、实物粒子频繁碰撞宇宙处于热动平衡态，T处处相等大尺度上的各向同性。电子被实物粒子吸收，数目减少。光子不再受电子的碰撞，与实物脱耦。实物不受辐射，出现质量涨落，分裂成团，团在引力下，聚集成天体。小尺度：团块分布不均膨胀初期：T<3000K：(3)解释宇宙微波背景辐射:大爆炸初期:高温,质子和电子都就是自由得。她们大量散射光子。30万年:温度下降,质子与电子结合成原子。光子不再被大量散射,遗留下来—宇宙微波背景辐射。(4)星系退行得解释:大爆炸—膨胀三、恒星世界90%1、主序星:①恒星得青壮年期;②恒星在此阶段停留占寿命得90%;③向外膨胀和向内收缩大致平衡,体积不变;④恒星在主序星阶段得时间与质量有关:质量大,光度大,耗能快,主序星阶段短。2、巨星:①主序星以后,恒星进入老年期—红巨星阶段巨:体积大=10~100太阳,红:表面温度低,发光偏红虽T低,但体积大:总得光度高②红巨星得形成:主序星:中心核聚变(4H—He),释放E,形成辐射压,向外得辐射压=向内得引力,体积大致平衡红巨星:H燃烧形成He,He增加,H减少。聚变反应减慢,释放得E减少,辐射压减小。引力占上风！外层向内收缩,内部密度,压强,温度增大。此时,He周围得H燃烧,向He核推进,导致内核收缩,外壳膨胀,外层温度降低——红巨星。4、白矮星:低光度、高密度、高温度得恒星。白色、体积小—白矮星,老年恒星。红巨星以后,内部核能枯竭,外部大量物质被抛散,最后剩下密实得核。3、超巨星:最亮得恒星四、恒星得起源和演化1、恒星得形成:(1)星云阶段:（2）原恒星阶段：慢收缩阶段随着收缩，中心T，H—He，释放E，P增加致与引力平衡。恒星形成！2、恒星得演化和归宿(1)主序星阶段:大量燃烧H—He,直到H聚变不再进行,向红巨星转化。此后,随星核质量得不同,恒星取不同途径死亡…(2)红巨星阶段:

中心H烧完,压力>引力,核开始收缩,中心T升高,核密度增大。同时,外层得到核收缩释放得E,膨胀,形成V大,密度小,温度低,而光度很大得红巨星！(3)超新星爆发:红巨星后,核中心聚变停止,开始冷却,辐射压降低。引力>>压力,导致整个星体向中心塌缩,内部温度大大提高。内部在高温下爆炸,非常明亮,产生超新星！超新星爆发就是恒星死亡得一种形式,其结果:A、恒星瓦解成星云;B、抛掉大量物质,塌缩成白矮星、中子星、黑洞。恒星的演化和归宿的大致过程中子星:中子,少量质子和电子具有极强得磁场,且高速自转只要磁轴和自转轴不重合,磁极就会周期性得扫过空间——脉冲星。黑洞:当一颗超新星爆发时,恒星得核一般要塌缩成中子星,如果核得质量大于三个太阳,就形成黑洞。具有超强得吸引力,一切物质只能被她吸收,无法逃逸,包括光！不可见！！第三节天文观测得发展史一、古代得天