2006年诺贝尔物理学奖获得者的成果——宇宙微波背景辐射与宇宙学

宇宙微波背景辐射

宇宙微波背景辐射（又称3K背景辐射）是一种充满整个宇宙的电磁辐射。特徵和绝对温标2.725K的黑体辐射相同。频率属与微波范围。 预测 1934年，Tolman是第一个研究有关宇宙背景辐射的人。他发现在宇宙中辐射温度的演化里温度会随著时间演化而改变；而光子的频率随时间演化(即宇宙学红移)也会有所不同。但是当两者一起考虑时，也就是讨论光谱时(是频率与温度的函数)两者的变化会抵销掉，也就是黑体辐射的形式会保留下来。 1948年，由旅美的俄国物理学家伽莫夫带领的团队估算出，如果宇宙最初的温度约为十亿度，则会残留有约5~10k 的黑体辐射。然而这个工作并没有引起重视。 1964年，苏联的泽尔多维奇(Zel'dovich)、英国的霍伊尔(Hoyle)、泰勒(Tayler)、美国的皮伯斯(Peebles)等人的研究预言，宇宙应当残留有温度为几开的背景辐射，并且在厘米波段上应该是可以观测到的，从而重新引起了学术界对背景辐射的重视。美国的狄克(Dicke)、劳尔(Roll)、威尔金森(Wilkinson)等人也开始着手制造一种低噪声的天线来探测这种辐射，然而另外两个美国人无意中先于他们发现了背景辐射。 发现 1964年，美国贝尔实验室的工程师阿诺〃彭齐亚斯(Penzias)和罗伯特〃威尔逊(Wilson)架设了一台喇叭形状的天线，用以接受“回

声”卫星的信号。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。 起初他们怀疑这个信号来源于天线系统本身。1965年初，他们对天线进行了彻底检查，清除了天线上的鸽子窝和鸟粪，然而噪声仍然存在。于是他们在《天体物理学报》上以《在4080兆赫上额外天线温度的测量》为题发表论文正式宣布了这个发现。 紧接着狄克、皮伯斯、劳尔和威尔金森在同一杂志上以《宇宙黑体辐射》为标题发表了一篇论文，对这个发现给出了正确的解释：即这个额外的辐射就是宇宙微波背景辐射。这个黑体辐射对应到一个 3k的温度。之後在观测其他波长的背景辐射推断出温度约为2.7K。 宇宙背景辐射的发现在近代天文学上具有非常重要的意义，它给了大爆炸理论一个有力的证据，并且与类星体、脉冲星、星际有机分子一道，并称为20世纪60年代天文学“四大发现”。彭齐亚斯和威尔逊也因发现了宇宙微波背景辐射而获得1978年的诺贝尔物理学奖。 进一步的研究 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细 的研究，发现它在一个相当宽的波段范围内良好地符合黑体辐射谱，并且在整个天空上是高度各相同性的，只是具有一个微小的偶极各相异性：在赤经 11.3±0.1 h，赤纬 4±2°的地方温度略高，在相反

揭秘宇宙微波背景辐射的真相

揭秘宇宙微波背景辐射的真相 原创/简浩 发现宇宙微波背景辐射的科学家声称：宇宙大爆炸理论预测，早期宇宙非常热，随着宇宙的扩张，宇宙快速冷却，因此，宇宙微波背景辐射堪称宇宙大爆炸的“余晖”，在宇宙学中被称为“大爆炸”遗留下来的热辐射。 宇宙微波背景辐射的真相果真是宇宙大爆炸“余晖”吗？我认不是大爆炸的“余晖”信号，宇宙微波背景辐射而是一种恒星热辐射的中微子信号，宇宙中充满了无数的大大小小恒星，当然也充满了中微子信号，无时不有，无处不在。 宇宙微波背景辐射为大爆炸“余晖”的由来 1948年美国物理学家学家阿尔弗首先预言了宇宙微波背景辐射的存在，到了1965年，天文学家彭齐亚斯和威尔逊意外地发现宇宙微波背景辐射。彭齐亚斯和威尔逊因此分享了1978年诺贝尔物理学奖。 当年，彭齐亚斯和威尔逊为了改进卫星通讯，建立了高灵敏度的号角式接收天线系统，在测量银晕气体射电强度时，为了降低噪音，他们俩个甚至清除了天线上的鸟粪，但依然有消除不掉的背景噪声。于是他们俩个认为，这些来自宇宙波长为7.35厘米的微波噪声，相当于3.5K。1965年，他们又订正为3K，并将这一发现公诸于世，一时轰动了世界的科学圈，于是获得了1978年诺贝尔物理学奖。 在刚刚起步的卫星电视年代，彭齐亚斯和威尔逊认为，电视机屏幕上在没有节目或者信号很差的时候，出现的雪花噪声信号就是来自宇宙微波背景的辐射，杂散噪声电磁信号很强烈，消除不掉。 我认为宇宙微波背景辐射是一种恒星热辐射的中微子信号理由 1.中微子何方“神圣”？中微子是宇宙中最丰富、最神秘、最特殊的一种粒子。中微子只参与弱相互作用而稳定存在，不与其它物质发生反应，具有最强的穿透力，可以轻而易举穿越地球直径那么厚的物质，在100亿个中微子中只有一个会与物质发生反应，因此，检测中微子非常困难。 中微子是宇宙中重要的基本粒子，中微子有4种，电子中微子、μ子中微子（缪中微子）、τ子中微子（陶中微子）、变异惰性中微子。中微子质量非常轻，1998年，物理学家利用日本一个矿内的超级神冈探测器，发现中微子质量小于电子的十亿分之一，它接近光速运动，实验证明，中微子在行进过程中并无能量损耗。 中微子的起源。我认为：中微子是高能光子湮灭后的残留射线粒子，4种中微子是由不同的高能光子湮灭后所产生。中微子起源于恒星核聚变时被挤出的正负电子产生强大的光子，中微子就是光子湮灭时的残留物。宇宙中有无数的恒星，因此，产生的中微子非常巨大。另外，中微子也能够在人造核聚变和核裂变的过程中产生，例如：氢弹、核反应堆、太阳、天然放射性、超新星爆发、宇宙射线等，宇宙中的中微子主要源自核聚变。也就是说，中微子是核聚变、核裂变的副“产品”。你如果不相信，在进行试验氢弹爆炸时，在爆炸的近距离范围内，你就可测量到高能光子湮灭时辐射的中微子信号，将来在“人造太阳”可控核聚变装备周围，你也可探测到高能光子湮灭辐射的中微子信号。 2.不说别的恒星，就说离我们最近的太阳，太阳表面的每平方厘米，每秒钟就能至少辐射6000亿个中微子，太阳的表面积乘以6000亿，可见，辐射的中微子的个数非常巨大。不说别的星系，就说银河系，大概就有4000亿个恒星，而宇宙中大概有一万亿个星系，你看，宇宙中不是充满了中微子吗？成了中微子的海洋。然而，更不可思议的是我们人的身体，每秒钟至少有一亿个中微子从每个人身体中穿过，你未必有感觉，而庞大的地球，每秒钟也有无数的中微子穿过，可见，中微子的能量和数量不同凡响。

天文学导论复习资料

第一讲天文学导论 ●古希腊天文学：毕达哥拉斯，亚里斯多德（地球中心学说），托勒密的地球中心学说 天文学的发展期：哥白尼、第谷、开普勒和伽利略 牛顿的万有引力定律 爱因斯坦的相对论 ●开普勒第一定律：（轨道形状）所有行星皆以椭圆轨道环绕太阳运行，而太阳位于椭圆的一个焦点上 ●开普勒第二定律：（行星速度）行星和太阳的（假想）连线在相同的时间内扫过相等的面积。 行星越接近太阳则运行速度越快 近日点，运动最快 远日点，运动最慢 ●开普勒第三定律：（轨道周期）行星公转周期的平方和其到太阳的平均距离的立方成正比 (公转周期)2 = (常数) x (平均距离)3 第二讲天体的视运动 ●月相与食无关 天体的视运动 月全食时月亮变为黄铜色或血红色，这是由于地球大气中的尘埃颗粒折射阳光中的红光并到达月球所致 ●内行星：水星，金星 外行星：火星、木星、土星、天王星和海王星 ●头顶的星空取决于你在地球表面上的位置和当地时间 ●北京时间正午12点（东经120度）时，北京地方时（东经116.5度）即太阳时为11点46分，所以此时北京的太阳在子午线以东约3.5度，再过约14分钟北京“真”正午 ●南北天极：不变的参考点 北天极：北极星 南天极：南十字座 ●天赤道：不变的参考点 所有恒星沿与天赤道平行的路径由东向西运动（圆弧轨迹 在地球两极，天赤道=地平线 ●天顶、地平线和子午线：本地参考系 天顶和子午线的位置不随观测者的地平线移动 相对于星星来讲，天顶和子午线的位置在变 天体的运行（圆弧）轨迹与地平面的夹角为： 90 度-观测者所在地理位置的纬度（=天赤道与地面夹角） ●在北极：所有星星沿与地平面平行的圆轨迹运行，从不下落 赤道上：所有星垂直于地平面升起和下落“可见所有星” ●太阳在天球上的视运动轨迹称为黄道

2018星海求知_天文学的奥秘期末考试题答案

专业资料
一、 单选题（题数：30，共 30.0 分）
1
开普勒探测器主要观测的是下列哪一块天空区域?( )（ ）
? A、
天鹅座与天鹰座之间的区域
? ? B、
天蝎座与天鹰座之间的区域
? ? C、
牛郎、天津四以及织女包围起来的三角区域
? ? D、
天蝎座与天琴座之间的区域
?
正确答案： C 2
引起潮涨潮落最主要的天体是( )。（ ）
? A、
word 格式可复制编辑

专业资料
太阳
? ? B、
水星
? ? C、
月亮
? ? D、
金星
?
正确答案： C 3
下列哪个星系是棒旋星系?( )（ ）
? A、
室女座 M87,E1 型
? ? B、
玉夫座 NGC300,Sa 型
?
word 格式可复制编辑

专业资料
? C、
长蛇座 M83,Sa 型
? ? D、
时钟座 NGC1512,SBa 型
?
正确答案： D 我的答案：D 4
球状星团与疏散星团的不同之处不包括()。（ ）
? A、
形态
? ? B、
在星系中的分布空间
? ? C、
恒星成员的普遍年龄
? ? D、
所属的恒星集合的等级
word 格式可复制编辑

专业资料 ?
正确答案： D 5
关于“凌日”,下列说法错误的是( )。（ ）
? A、
在太阳系八大行星中,只有金星和水星才有可能发生凌日
? ? B、
水星凌日是可以用肉眼观测到的
? ? C、
水星凌日的周期是 100 年出现 13 次
? ? D、
金星凌日的周期是 100 多年出现 2 次
?
正确答案： B 6
以下关于哈勃关系的陈述,不正确的是()。（ ）
? A、
word 格式可复制编辑

清华大学天文学导论笔记

天文学史 开普勒三定律（椭圆轨道、运行速度、轨道与周期） 引力摄动：另一颗行星的引力导致某行星绕太阳的运动不符合两体假设非牛顿引力摄动：水星、金星近日点进动验证了爱因斯坦广义相对论 钟慢效应：μ介子寿命为×10-6s，以光速运动也仅能行进600m，而宇宙射线在大气外层产生的近光速μ介子却可以以到达地球表面。 引力透镜：由于质量对光的吸引，若被观测的星体与观测者连线上有大质量星系（透镜星系），观测者可能观察到多个像（爱因斯坦十字、双爱因斯坦环） 天体视运动 天体的周日视运动：由于地球自转导致的天体视运动 太阳：东升西落，与当地正午通过天子午线达到最高点，两次通过子午线间的时间为一太阳日（24h） 北京东经度，东八区标准东经120度，北京时间正午12时时北京的太阳时为11点46分 赤道参考系： 把天空幻想为大球，北极指向北天极，南极指向南天极，赤道扩展为天赤道。北天极对地面的高度等于北半球该地的纬度。天赤道与天极的弧距离总是90度，与地平面相交于正东正西方向，且恰好看到一半。天球自东向西旋转，每小时旋转15度，所有星体的视运动轨迹都平行于天赤道。

地平参考系： 以正头顶为天顶，子午线从正南到正北穿过南天极、天顶和北天极平分天球。本地参考系中天体位置在始终改变。 赤道上，一切星体都垂直于地平面升起和落下，所有星体都可见且在地平面上方12个小时 周年视运动：天球坐标系上恒星的坐标固定，由于地球公转导致太阳在天球上向东运动。这也导致了每天同一时间天空状况不同（因为太阳时制）太阳：太阳在天球上的位置始终自西向东移动，每年环绕天球一周，其在天球上的轨迹称为黄道。太阳绕天球一周的时间是天。 太阳日：24h，太阳连续两次到达子午线的时间。 恒星日：23h56min，恒星连续两次到达子午线的时间。恒星日表明了地球自转的真实周期。 由于太阳一直向东运动，所以恒星比太阳运动的快一点。由于我们使用太阳时，恒星每天升起、穿过子午线、下落的时间都要提前约4分钟，经过一个太阳年后回到原地。 4min/day=360degrees 365.24days 24×60min 360degrees 月球视运动：月球也在天球上向东漂移，天后回到原处。月球的盈亏周期称为交合周期，为天 黄道与节气：黄道与天赤道夹角为度，且相交于春分点和秋分点。按顺序距这两点最远的点是夏至点和冬至点。

3K背景辐射

3K背景辐射 3K宇宙背景辐射是60年代天文学上四大发现之一。发现者是美国的射电天文学家彭齐亚斯和威尔逊，他俩因此而荣获1978年度的诺贝尔物理学奖。瑞典科学院在颁奖的决定中指出：“彭齐亚斯和威尔逊的发现是一项带有根本意义的发现：它使我们能够获得很久以前，在宇宙的创生时期所发生的宇宙过程的信息。” 彭齐亚斯和威尔逊是在研究天电对通讯的干扰中得到这个发现的。1964年，他们在美国贝尔电话实验室安装一架卫星通讯用的喇叭形天线。这架天线有很强的方向性，即喇叭口对向天空某方向时，从地面及空中别的方向来的无线电干扰极其微小。他们利用这架天线去测量天空中各种原因造成的噪声。 这艰说的噪声，不是日常生活中的环境噪声(其人小用分贝表示)，而是指电子仪器中的不规则的干扰信号。这信号的大小用温度来表示．因为电路中的不规则信号，是电子的热运动造成的。温度越高，电子的热运动越剧烈，仪器的噪声也就越大。有时对于不是热运动造成的噪声的强弱，也用温度来表示。 彭齐亚斯与威尔逊经过一年多的观测，发现当喇叭形天线指向天空的各个方向时，天空中都有一种噪声，其温度相当于3.5K。也就是说，这种从空中各个方向来的噪声是各向同性的。他们认为这不可能是从某一个辐射源发射来的。但究竟是怎么产生的，一时弄不明白。 恰在此时，他们从一位朋友那里得知，美国普林斯顿大学有一个研究小组，领导人为迪克教授，也在作这方面的研究，迪克等人预言，宇

宙空间中有3K左右的背景辐射存在。为了寻找这种信号，他们在1964年底设计了一架望远镜，其结构跟彭齐亚斯的几乎一样。这架仪器还没有开始工作，他们就听到彭齐亚斯和威尔逊的研究成果。他们要寻找的正是彭齐亚斯和威尔逊已测到的。于是他们双方进行了互访，进行了科研合作，后来普林斯顿的小组完成了他们自己的测量，证实了彭齐亚斯和威尔逊的观测和研究结果。 迪克等人是怎么做出那个预言的?原来，他们根据的是“大爆炸宇宙学”假说。大爆炸宇宙学是40年代美国的伽莫夫等人提出的。他们从星系的运动来考虑宇宙o演化问题。观测表明，所有的星系都在不断地互棚麻了F。如果设想将这些星系反方向运动，追溯过去，就会看到很早以前，它们是挤在一起的。那是一种高温、离密度状态。这种状态就叫做“原始火球”。原始火球在一次大爆炸后分裂，物质不断地向四面八方膨胀。随着膨胀，温度越来越障低，冷却到一定程度时，物质凝聚为恒星和星系。 在大爆炸时，温度是极高的，后米温度慢慢地降低，经过约150亿年的降温，到现在，在宇宙空间中还残留着3K左右的辐射。这种辐射应该是热辐射。 彭齐亚斯和威尔逊最早的测量是用4080兆赫，即7.35厘米波长。随后，各国科学家在75厘米到0.3厘米的微波波段上进行了一系列的测量。所有的测量都接近于3K。这是比较准确的数值，完全符合于大爆炸宇宙学所推测的结果。 3K左右的微波辐射，在天空的各个方向上都存在，所以也叫做背景

3K微波背景辐射,原是宇宙引力波能的热辐射

3K微波背景辐射，原是宇宙引力波能的热辐射 作者：江苏·扬州市亿顺科技有限公司耿玉顺 今年，是美国科学家彭齐亚斯和威尔逊发现3K宇宙微波背景辐射50周年，在此作者首先向前辈深表敬意！ 一．背景 自3K微波背景辐射发现以来，美国宇航局（NASA）于1989年发射的"COBE探测器"，先后发回了海量观测数据，验证了整个宇宙中都存在着各向均匀的2.7Κ微波背景幅射的事实，其是现代科学发展史上的一个重要里程碑。 但目前人们对宇宙微波背景辐射的本质及来源，众说纷纷，最出名的要数宇宙大爆炸论的作者。其认为当宇宙创生之初必会产生大量辐射，并转化成物质，在宇宙背景下，至今还应有一些热辐射遗迹残存，充斥了整个宇宙空间。如能观察到这种辐射，其波长红移约是现今的微波段，温度冷却到约5K左右。现彭齐亚斯和威尔逊发现的3K宇宙微波背景辐射，验证了宇宙大爆炸理论的正确性。 事实果真如此吗？非也！ 二．3K微波背景辐射，原是宇宙引力波能的热辐射。 据作者近30年来的研究发现，万有引力及其初速度，并非天体之间运动的“永动机”，也非牛顿晚年身处教堂研究所言的“上帝”推动，而是物质的微观电子之间的电荷相互作用构成的一种宏观作用力，由此揭示了万有引力本质，并求得万有引力常数8 = ? G，（量纲：厘米3∕克·秒2，与目前精确实验值G误差仅为1.8‰）；及相.6- 10 685476 互关联的引力波长λ≈0.53cm，并由此得到引力波能的热辐射T≈2.71Κ。由此证明，彭齐亚斯和威尔逊发现的3K宇宙微波背景辐射，原是宇宙引力波能量的热辐射。 三．宇宙来源奇点大爆炸正确吗？非也！ 宇宙大爆炸论，是当今流行的研究宇宙起源和演化的一种学术理论，其得到以下所谓的四个“科学”验证。 1．宇宙大爆炸后的余热——3Κ微波背景幅射。 2．哈勃星系红移退行速度及宇宙膨胀理论。 3．宇宙中的氦丰度相同。

清华天文学导论复习资料

天文学导论复习资料 88个星座 天狼星：官方名为大犬座α星 双星、聚星、星团 最亮的星：天狼星 牛郎织女相距16光年 头顶的星空取决于你在地球表面上的纬度和当地时间（经度） 天体在天球上东升西落所经历的轨迹（星轨）称为天体的周日视运动 太阳每天东升西落，于当地正午通过子午线达到最高点（上中天） 太阳连续两次到达子午线（正午）的时间间隔，称为一个太阳日，即一天，定义为24小时世界时与本地时间的转换： 北京时间= UT + 8小时 北极：所有星星沿与地平面平行的圆轨迹运行，从不下落 在各地：九十度-纬度=可见星的角度 天赤道平面与地面的夹角= 90 度- 观测者所在地理位置的纬度 在地球上无论何时何地： 天赤道总是与地平面精确地相交于正东正西方向

总能看到1/2天赤道 特例：在地球两极，天赤道=地平线 天赤道是一个方向，不是一个位置 天体的运行轨迹平面与地平面的夹角为： 90 度- 观测者所在地理位置的纬度 （=天赤道与地面的夹角） 所有恒星沿与天赤道平行的路径由东向西运动 在北京：向东看 天体从东偏北方向升起 天体向西偏北方向落下在南半球？ 北半球：北逆南顺 赤道上所有星在地平面上12小时 所有星垂直于地平面升起和下落，“可见所有星” 任何通过子午线的天体都处于距离地平面的最高位置：过中天 太阳一年的轨迹是8，赤道是线段 地球公转+ 地球自转轴倾斜是星辰周日视运动规律变化的原因 每晚同一时刻，看到的星空在连续向西移动 每（白）天同一时刻，太阳相对于背景恒星的位置也在连续向东移动 整个天球包括太阳一天转动一圈，但通过仔细观察你会发现这个规律并不完全正确，因为每昼同一时刻，太阳位置相对于星星向东缓慢移动 每晚同一时刻，星星位置（通过子午线时刻）在缓慢向西移动（TiQian） 太阳再回到原处（相对于相同的背景星）的周期为一年（~365.24天） 太阳在天球上的周年视运动的轨迹（大圆）称为黄道 太阳共走了360 度每天向东移动大约1度~ 2个太阳视直径 太阳日（= 24小时）：太阳连续两次到达子午线的时间间隔（“地球相对于太阳的自转”）太阳时 恒星日（sidereal day）：恒星连续两次到达子午线的时间间隔（地球相对于任一恒星的自转）恒星时 恒星有方向，太阳有位置 一个特定星星一个月后升起的时间将提前约2个小时：

宇宙微波背景辐射研究

宇宙微波背景辐射研究 学生姓名：学号： 学院：物理电子工程学院专业：物理学 指导老师：刘墨林职称：副教授 摘要：宇宙微波背景辐射的研究是宇宙学中非常重要的部分，从20世纪30年代，人类就开始了对宇宙微波背景辐射的探索。宇宙微波背景辐射论证了大爆炸宇宙学的正确性，是人类探索宇宙奥秘的重要手段和途径。它具有各向异性和偏振的特点。科学家们已经取得了非常显著的研究成果。在今后的研究中，宇宙微波背景辐射的研究将仍是重要内容。 关键词：宇宙微波背景辐射；宇宙大爆炸；各向异性；偏振 Research of the cosmic microwave background radiation Abstract:The research of the cosmic microwave background radiation is a very important part, from the 1930s, humans began the exploration of the cosmic microwave background radiation. The cosmic microwave background radiation demonstrate the correctness of the big bang cosmology, is an important means and ways to explore the mysteries of the universe humans. It has anisotropy and polarization characteristics. Scientists have made a very significant research results. In future studies, the researchers cosmic microwave background radiation will remain an important part. Key words:the cosmic microwave background radiation;the big bang; the anisotropy; the polarization 1 引言 广袤无垠的宇宙神秘而充满诱惑，从千百年前流传下来的唯美传说“嫦娥奔

《天文学概论》期末论文恒星

《天文学概论》期末作业 之 谈谈对恒星的认识 姓名：舒必成 学号：2 学院：法学院 专业：法学

本学期我选修了天文学概论这门课程，通过一学期学习，我收获了很多有关天文学方面的知识，也许是因为星空本身就很神秘，充满魅力，指引着我选择了天文学选修课。在课堂上，与浩瀚的宇宙的一次次碰撞，一次次惊叹，一次次感慨；与古今思想的一点点接触，一点点欣喜，一点点感悟；使我的选修课有感叹，有乐趣，有收获，没有遗憾。 在老师的引导和种种疑问的追寻下，我对恒星的演化过程进行了一番探究，恒星就像一个长寿的人——再机缘巧合下诞生，倔壮成长后，经历漫长的黄金阶段，接着是膨胀的中年，最后慢慢的衰老。所以下面我会从恒星的四个阶段谈谈我对恒星的认识。 一、快速成长的幼年期 恒星最初诞生于太空中的星际尘埃，科学家形象地称之为“星云”或者“星际云”，其主要成分由氢组成，密度极小，但体积和质量巨大。密度足够大的星云在自身引力作用下，不断收缩、温度升高，当温度达到1 000万度时其内部发生热核聚变反应，核聚变的结果是把四个氢原子核结合成一个氦原子核，并释放出大量的原子能，形成辐射压，当压力增高到足以和自身收缩的引力抗衡时，一颗恒星诞生了。 恒星形成的初始阶段几乎完全被密集的星云气体和灰尘所掩盖。通常，正在产生恒星的星源会通过在四周光亮的气体云上造成阴影而被观测到，这被称为包克球。质量非常小的原恒星温度不能达到足够开始氢的核融合反应，它们会成为棕矮星。质量更高的原恒星，核心的温度可以达到1,000万K，可以开始质子-质子链反应将氢先融合成氘，再融合成氦。在质量略大于太阳质量的恒星，碳氮氧循环在能量的产生上贡献了可观的数量。新诞生的恒星有各种不同的大小和颜色。光谱类型的范围从高热的蓝色到低温的红色，质量则从最低的0.085太阳质量到数十倍于太阳质量。恒星的亮度和颜色取决于表面的温度，而表面温度又由质量来决定。 二、黄金的“青年时代” 主序星阶段是一个相对稳定的长时期，此过程是恒星以内部氢氦聚变为主要能源的发展阶段，是恒星的“青年时代”，也是恒星一生中最长的黄金阶段，

宇宙背景辐射

宇宙背景辐射 定义：来自无明显分立源天区的各向同性电磁辐射。在不同波段，辐射有不同的起源，并可具有非宇宙学起源。 宇宙微波背景辐射 宇宙微波背景辐射（又称3K背景辐射）是一种充满整个宇宙的电磁 辐射。特征和绝对温标2.725K的黑体辐射相同。频率属于微波范围。宇 宙微波背景辐射产生于大爆炸后的三十万年。大爆炸宇宙学说认为，发 生大爆炸时，宇宙的温度是极高的，之后慢慢降温，到现在（约150亿 年后）大约还残留着3K左右的热辐射。 概念 宇宙背景辐射是来自宇宙空间背景上的各向同性的微波辐射，也称 为微波背景辐射。二十世纪六十年代初，美国科学家彭齐亚斯和R.W.威尔逊为了改进卫星通讯，建立了高灵敏度的号角式接收天线系统。1964 宇宙微波背景辐射 年，他们用它测量银晕气体射电强度。为了降低噪音，他们甚至清除了天线上的鸟粪，但依然有消除不掉的背景噪声。他们认为，这些来自宇宙的波长为7.35厘米的微波噪声相当于3.5K。1965年，他们又订正为3K，并将这一发现公诸于世，为此获1978年诺贝尔物理学奖金。 特征 微波背景辐射的最重要特征是具有黑体辐射谱，在0.3厘米－75厘米波段，可以在地面上直接测到；在大

宇宙背景辐射 于100厘米的射电波段，银河系本身的超高频辐射掩盖了来自河外空间的辐射，因而不能直接测到；在小于0.3厘米波段，由于地球大气辐射的干扰，要依靠气球、火箭或卫星等空间探测手段才能测到。从0.054厘米直到数十厘米波段内的测量表明，背景辐射是温度近于2.7K的黑体辐射，习惯称为3K背景辐射。黑体谱现象表明，微波背景辐射是极大的时空范围内的事件。因为只有通过辐射与物质之间的相互作用，才能形成黑体谱。由于现今宇宙空间的物质密度极低，辐射与物质的相互作用极小，所以，我们今天观测到的黑体谱必定起源于很久以前。微波背景辐射应具有比遥远星系和射电源所能提供的更为古老的信息。微波背景辐射的另一特征是具有极高度的各向同性。这有两方面的含义：首先是小尺度上的各向同性。在小到几十弧分的范围内，辐射强度的起伏小于0.2－0.3%；其次是大尺度上的各向同性。沿天球各个不同方向，辐射强度的涨落小于0.3%。各向同性说明，在各个不同方向上，在各个相距非常遥远的天区之间，应当存在过相互的联系。 起因 1948年, 美国科学家阿尔弗(Ralph Alpher)和赫尔曼(Robert Herman)预言，宇宙大爆炸产生的残系辐 宇宙背景辐射 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。 发展 但是多年以后，即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(Arno Penzias)和罗伯特·威尔逊(Robert Wilson)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。与此同时，在附近的普林斯顿大学，由罗伯特·迪克 (Robert Dicke)领导的一个科学家小组已独立地重新发现了阿尔弗和赫尔 曼早先作过的预言，并着手设计一台探测器以供搜索大爆炸的残留辐射。 他们听说了贝尔实验室这台接收器中存在着无法阐明的噪声，并立即将它 解释为源自大爆炸的残余辐射。它相当于在电磁波谱的微波部分波长为 7．35厘米的某种无线电波信号；如果假设它是热辐射，那么它所具有的能 量就相应于2.7K的温度--这与阿尔弗和赫尔曼富于灵感的估计非常接近。 它被称为"宇宙微波背景辐射"。宇宙微波背景辐射的存在，给大爆炸理论以 有力的支持。 最新进展 2010年12月有英国天文学家发表论文称，他们发现了我们所在宇宙很久之前曾受到其他平行宇宙“挤压”的证据。 英国伦敦大学物理与天文学学院的史蒂夫·菲尼和他的研究团队在研究了宇宙微波背景辐射图后得出了这一惊人结论。研究团队称，他们在图中发现了四个由“宇宙摩擦”形成的圆形图案，这表明我们的宇宙可能至少四次

天文学导论 教学日历

教学日历分四大部分： 一、天文学入门（天文系导论I） 第一章：绪论（9月12-26日） 课堂教学内容： 课程简介； 宇宙概观； 关于天文学科 课外教学活动： 参观校内望远镜； 参观北京天文馆； 作业一：参观感想 第二章：天球和天球坐标系（10月24日-11月14日）课堂教学内容： 天球的概念； 天球坐标系； 作业二 天体的周日视运动； 天体的周年视运动； 作业三 课外教学活动： 使用小望远镜目视观测月亮和大行星 第三章：时间和历法（11月21日-12月5日） 课堂教学内容： 时间计量系统； 地方时、世界时和区时； 恒星时与平时的换算； 作业四 现代时间服务； 历法； 作业五 课外教学活动： 参观古观象台 第四章：天文望远镜（12月12-19日） 获得天体信息的渠道； 天文望远镜； 望远镜的性能； 作业六 第五章：太阳系（12月26日-1月9日）

太阳系概况； 行星； 行星的轨道运动； 行星的视运动； 作业七 月球； 作业八 太阳系小天体 二、近代天文学前沿 第一讲天体物理学发展的世纪回顾与展望（0.5学时） 主要内容：近代天文学发展过程、重大发现和对二十一世纪天体物理学的展望。 教学要求：了解本讲和本课程的基本要求和基本内容。 第二讲寻找另外一个地球 (1.5学时) 主要内容： 地球及其他太阳系行星的基本概况和性质，太阳简介。从人类对太阳系的了解和探测行星方法中，找到对其他恒星的行星系统的探测线索及可行性方法，介绍目前探测的结果和最新进展。了解人类开拓太空的历史、人类对生命的定义及搜索地外文明的历史、方法和进展。 教学要求： 简单了解现代望远镜的新技术与新进展，理解通过已有观测手段寻找另外一个地球的理论基础和方法。 重点：从对我们熟知的地球及其环境的知识，找到对其他恒星的行星系统的探测线索及可行性方法，并了解如何付诸实践。 第三讲太阳和太阳风暴（1.5学时） 主要内容：太阳基本情况和太阳活动。 教学要求：了解太阳作为一颗典型恒星代表的基本性质和太阳的各种活动。 重点：太阳的性质和活动情况。 第四讲为什么把冥王星除名（0.5学时） 主要内容：新的行星定义，冥王星性质和轨道运动，把冥王星除名的原因。 教学要求：掌握新的行星定义 重点：如何运用新的行星定义 第五讲宇宙是起源于一次大爆炸吗？ (2学时) 主要内容：宇宙的膨胀与哈勃定律；热大爆炸宇宙模型及其观测证据。 教学要求：了解宇宙的演化历史，掌握热大爆炸宇宙模型及其观测证据。

《宇宙微波背景分析》

〈七〉宇宙微波背景分析1965年，美国物理学家阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊检测到宇宙微波背景辐射，一种普遍存在于宇宙空间中的流动的电磁场，它正好是2.7K温度的物体的特征辐射波谱，具有均匀的各向同性，后来的观测证明，它沿各个方向的强度差异只有十万分之一。 许多物理学家认为微波背景辐射是大爆炸早期的辐射遗留到现在经过冷却和红移而形成的，但是如果我们认为宇宙中只有我们附近所有的这么一个有限的物质体系，那么此种观点是让人难以理解的，因为电磁辐射是宇宙中运动得最快的物体。 正如前面所述，宇宙空间体系是一个天然的无限的存在，它的虚空本性和连续性使它的任何运动变化不产生任何意义，因而不论物质体系使它产生了何种运动变化，等于没使它发生变化，因此我们可以如此判定：宇宙物质体系的存在不能对宇宙空间体系产生任何形式的影响和改变。而且我们建立的所有坐标系都是物质的，以物质体系为参照物并且以规律性的物体的运动为反映手段，因而任何空间方向坐标首先反映的是物质体系的广延性，而时间，则是物质运动的存在形式，因而大爆炸和宇宙膨胀中的时空发展，本质上是宇宙物质体系的运动发展，它以空间体系的存在为背景，却不受它的影响。 在此种条件下，我们可以预计，宇宙大爆炸早期产生的辐射相当一部分已经远远的逸出了所有的星体构成的总星系之外，因为微波的运动速度光速比其它星体的运动速度快得多，而留在总星系之内并为我们观测到的那一部分，则必定是在运动过程中受到星体的阻挡和反射产生了运动方向的改变而留下来的，否则它们必定早已逃逸到总星系之外了。如果宇宙微波背景辐射就是这一部分因星体的反射而遗留下来的宇宙早期的辐射，那么它如此均匀的各向同性是让人难以理解的，毕竟，在只有一百多亿光年的宇宙尺度上，物质的分布在各个方向上不太可能如此的均匀，更不太可能在宇宙中的任意一个点的任意不同方向上都看起来如此的相同。 即使我们退一步，假设宇宙空间也是有限的，那也难以理解如此均匀的各向同性的微波背景辐射是宇宙早期大爆炸的辐射演化而来的。打个比喻说，太阳向四周辐射的光是沿各个方向几乎均匀分布的，向哪一个方向运动的都有，但是因为地球公转轨道的半径比太阳的半径大得多，因而到达地球的光的运动方向就几乎是平行的了。类似的，即使宇宙早期的辐射是均匀的各向同性的，但是因为那时候的宇宙物质体系的尺度比较小，而现在的尺度则大得多，因而那时候的辐射如果遗留到现在，到达同一地点的辐射应该是几乎完全平行的，即使经过了其它物质体系的反射，也不应该表现出如此均匀的各向同性，在大爆炸理论中，我们的宇宙物质体系的空间方向尺度如此之大，而时间历史却如此之短，还不允许包括电磁波在内的所有信息从一个非常遥远的区域运动到另一个区域，也不允许电磁波经历无限多次反射因而变得非常均匀，因为那需要运动无限长的距离，需要无限长的时间。 但是如果我们认为微波背景辐射是无限的宇宙物质体系的产物，无限的宇宙物质体系的辐射在无限长的时间的对流中产生了如此均匀的电磁场，那看起来就很好理解。 为什么辐射正好是2.7K？可能是宇宙的平均温度，它可能和整个宇宙的平均物质密度（能量密度）及辐射规律有关。 微波背景辐射被认为是宇宙发展的一个丰富的熵源，这个熵源可能是由无限的宇宙物质体系产生的。

2、宇宙背景辐射

2、宇宙背景辐射(cosmic background radiation) 定义：来自无明显分立源天区的各向同性电磁辐射。在不同波段，辐射有不同的起源，并可具有非宇宙学起源。 所属学科：天文学（一级学科）；星系和宇宙（二级学科） 百科名片:宇宙微波背景辐射（又称3K背景辐射）是一种充满整个宇宙的电磁辐射。特征和绝对温标2.725K的黑体辐射相同。频率属于微波范围。宇宙微波背景辐射产生于大爆炸后的三十万年.大爆炸宇宙学说认为，当宇宙发生大爆炸时，开始时宇宙的温度是极高的，之后慢慢降温，刚到现在约150亿年后大约还残留着3K左右的热辐射。 概念:宇宙背景辐射是来自宇宙空间背景上的各向同性的微波辐射，也称为微波背景辐射。二十世纪六十年代初，美国科学家彭齐亚斯和R.W.威尔逊为了改进卫星通讯，建立了高灵敏度的号角式接收天线系统。1964年，他们用它测量银晕气体射电强度。为了降低噪音，他们甚至清除了天线上的鸟粪，但依然有消除不掉的背景噪声。他们认为，这些来自宇宙的波长为7.35厘米的微波噪声相当于3.5K。1965年，他们又订正为3K，并将这一发现公诸于世，为此获1978年诺贝尔物理学奖金。 特征：微波背景辐射的最重要特征是具有黑体辐射谱，在0.3厘米－75厘米波段，可以在地面上直接测到；在大于100厘米的射电波段，银河系本身的超高频辐射掩盖了来自河外空间的辐射，因而不能直接测到；在小于0.3厘米波段，由于地球大气辐射的干扰，要依靠气球、火箭或卫星等空间探测手段才能测到。从0.054厘米直到数十厘米波段内的测量表明，背景辐射是温度近于2.7K的黑体辐射，习惯称为3K背景辐射。黑体谱现象表明，微波背景辐射是极大的时空范围内的事件。因为只有通过辐射与物质之间的相互作用，才能形成黑体谱。由于现今宇宙空间的物质密度极低，辐射与物质的相互作用极小，所以，我们今天观测到的黑体谱必定起源于很久以前。微波背景辐射应具有比遥远星系和射电源所能提供的更为古老的信息。微波背景辐射的另一特征是具有极高度的各向同性。这有两方面的含义：首先是小尺度上的各向同性。在小到几十弧分的范围内，辐射强度的起伏小于0.2－0.3％；其次是大尺度上的各向同性。沿天球各个不同方向，辐射强度的涨落小于0.3％。各向同性说明，在各个不同方向上，在各个相距非常遥远的天区之间，应当存在过相互的联系。

天文学概论

一、太阳系 1.太阳系行星，拥有卫星超过50颗的行星有：土星和木星，根据最新数据，土星62颗，木星66颗。 2.太阳系的几层疆域：海王星是最外侧的行星，它的轨道外被称为柯伊伯带，大多数短周期彗星来自此处。柯伊伯带外是日球层的边缘，强劲的太阳风粒子到了这里也已经是强弩之末。再向外就是奥尔特云，这里是长周期彗星的故乡。 3.天空中月亮与太阳看起来大小几乎相等，它们的角直径都约等于0.5度，但并不完全相等。如日环食时，月球无法完全遮盖太阳，说明此时月球看起来比太阳小。 4.太阳系8大行星中，质量比地球小的有3个：水星、金星、火星。 5.月亮总是以一面对着地球，所以在地球上是看不到月球的背面的。 6.月亮“十五不圆十六圆”是因为月球公转轨道是椭圆，月球公转速度不是均匀的。 7.如果自转轴不倾斜，地球纵然公转也不会有一年四季的变化。 8.太阳通过消耗自身物质来释放能量，每秒钟消耗的质量达到400万吨。 9.木星是太阳系中卫星最多的行星。太阳系行星卫星中比月亮大的有4个。太阳系中半径最大的卫星是木卫三。 10.一般来说，彗星的彗尾的方向和彗星的运动方向没有关系。一般彗星是由彗头和彗尾两大部分组成，彗头又包括彗核和彗发两部分。彗尾的方向一般总是背着太阳延伸的，当彗星接近太阳时，彗尾是拖在后边，当彗星离开太阳远走时，彗尾又成为前导。 11.人如果站到月球上，地球便成为天上的天体。蔚蓝色的地球，有圆或缺的变化，但没有东升西落运动（因为月球总是以一面对着地球）。 12.“半个月亮爬上来”的时间是在半夜时分。这应该是下弦月。著名的的《枫桥夜泊》“月落乌啼霜满天，江枫渔火对愁眠，姑苏城外寒山寺，夜半钟声到客船”描写的则是半夜落山的上弦月。 13.太阳常数是在大气层外单位面积日照功率。τ=1.367×103W/m2，具体计算见27页 14.太阳黑子有平均11年的变化周期，相邻周期黑子磁场极性相反。故从磁场角度，太阳磁场周期为27年。 15.现行公历称为格里历，属于太阳历（阳历）；我国农历属于阴阳历；而回历又属于太阴历（阴历）。 二、恒星 16.2002年1月麒麟座V838突然爆发，亮度比太阳大60万倍，一举成为银河系中最亮的天体。另外，原为2~4等星的船底座η亮度在1820年骤增，比太阳亮3000万倍，成为当时南半球最亮的天体。但20年后，它又降为8等星。20世纪以来它又再次喷发增亮，目前绝对星等为-11。 17.银河系中的球状星团年龄较大，广泛分布在以银晕中，与太阳距离普遍较远；疏散星团较为年轻，多位于银河中央平面（银道面）附近，又名银河星团，与太阳距离普遍较近。 18.发射星云的典型代表是猎户座大星云，反射星云的典型代表是昴星团云，暗星云的典型代表是马头星云。 19.与脉冲星的脉冲周期长短直接相关的中子星的物理量是年龄。越年轻的中子星，周期越短，转的越快。 20.钱德拉塞卡极限描述的是白矮星的质量上限，数值为太阳质量的1.44倍。 21.奥本海默极限则是中子星质量的上限，数值在2至3个太阳质量之间。 22.天狼A,B是一对目视双星。按发现方式，双星分为目视双星、食双星、分光双星、密近双星。 23.中子星是因为引力冲破了电子简并压力屏障而形成的。 24.要使木星变成黑洞，需将它的全部物质压缩到28cm范围之内。如果将银河系的全部物质压缩成黑洞，其引力半径将0.5至1光年之间。一个太阳质量的黑洞的引力半径约 2.95km（引力半径，即史瓦西半径或临界半径，符号Rg。 Rg=(2GM)/c2） 25.如果已知恒星的视星等和绝对星等，则可以比较容易地确定恒星的距离。 26.星等计算公式：M=m+5-5lgD，M是绝对星等，m是视星等，D是距太阳距离，单位秒差距（pc），（1秒差距=3.26光年）。故恒星距离变为2.512倍，视星等加1；亮度比较公式：E2/E1=5√(100(m1-m2))，E是视亮度。即恒星绝对星等减1，亮度变为 2.512倍。（注意：星等越小，说明越亮。） 27.分波段进行的光度测量称为分光光度测量。与光度有关的其它计算参见142、143页。 28.明线光谱是原子的特征。通过分析恒星光谱可得知恒星大气化学成分、表面原子压与大 29.织女星曾作为标准0星等。目前共有21颗一等星，其亮度排名见课本附录。

(宇宙完全科普——内篇)宇宙微波背景辐射中的时间流——20160613

读前须知： 整个系列总共有三篇文章，请先看法篇，再看外篇，再看内篇。 这是中英文版，每一段都采用中文+英文。之所以在每一段中都把两种语言放在一起，是为了更方便准确地理解文字的内容。比如有些句子表述较长，又比如有些概念容易混淆，在中文不好准确地理解时，可以参照英文来进一步的理解。请自动忽视作者词对词拼凑式的蹩脚英文，每一段的英文都得由作者本人翻译，才会尽可能地符合文章的原意。 参考动画视频：https://www.docsj.com/doc/1914065284.html,/v_show/id_XMTU4NjI0OTgxMg==.html?from=y1.7-1.2 这是修订版，原文中的古代华夏文明的部分整合到视频中了。 （宇宙完全科普——内篇）宇宙微波背景辐射中的时间流 作者：黄威 点O以速度V朝着点m运动。在点O的观察中，点m中是以反向V朝着点O运动。 由此类推，点O以速度V朝着物体M运动。在点O的观察中，物体M中所有的点都是以反向V朝着点O运动。接下来提出一个时间流的概念，时间流是一种时间在各项维度中的叠加表示。 When point O move to point m by speed V, in observation of point O, it observe point m move to point O by speed V in reverse. In same reason, when point O move to object M, in observation of point O, it observe all points of object M move to point O by speed V in reverse.

天文学导论自测题

《天文学导论》期末复习自测题（恒星与星系部分）注：每个选择题只有一个正确答案。 1.[ ] 太阳内最丰富的原子核是 A)1H； B)2H； C)3H； D)3He； E)4He。 2.[ ] 下面哪一条关于引力能的陈述是错误的？引力能 A)加热太阳为一个原恒星； B)目前为太阳提供能源； C)是核塌缩超新星的能源； D)加热落向黑洞的气体； E)是驾驭宇宙的永动机。 3.[ ]按从内向外排列太阳的结构，位于中间的是 A)色球层； B)对流层； C)辐射层； D)光球层； E)日冕。 4.[ ] 太阳黑子数变化的周期是 A)11个月； B)11年； C)22个月； D)22年； E)没有周期。 5.[ ] 距我们最近的恒星是半人马座alpha 星，其距离大约4.3光年。测量其距离的最 好方法是 A)造父变星； B)哈勃定律； C)视差； D)雷达； E)Ia型超新星。 6.[ ] 秒差距是 A)时间的单位； B)时间差的单位； C)距离的单位； D)距离差的单位； E)速度的单位。 7.[ ] 下面哪一条陈述是正确的？

A)恒星的光度和距离无关； B)恒星的视星等和距离无关； C)恒星的绝对星等和距离无关； D)恒星的亮度和距离无关； E)A和C 8.[ ] 恒星的光谱分类序列现在被理解为是表征 A)恒星大小的序列； B)恒星光度的序列； C)恒星化学成分的序列； D)恒星中心温度的序列； E)恒星表面温度的序列； 9.[ ] 一个恒星如果质量越小，则 A)表面温度越低； B)半径越小； C)光度越低； D)寿命越长； E)上面所有的。 10.[ ] O型主序星在赫-罗图上位于 A)左下； B)右下； C)中心； D)左上； E)右上。 11.[ ] 天狼星和它的伴星是 A)天体测量双星； B)密近双星； C)食双星； D)光学双星； E)目视双星。 12.[ ] 星系的大部分空间充满 A)恒星； B)星际介质； C)行星； D)彗星； E)超新星。 13.[ ] 与小质量恒星相比，大质量恒星形成所需时间 A)更短； B)更长； C)相同； D)没有规律； E)都不对。 14.[ ] 许多恒星形成于同一分子云的证据是 A)星系； B)行星；