第一章 宇宙概論
1宇宙就是空間和時間，時空不可分。
2太陽系—>銀河系—>本星系群(四五十個成員，最大的是仙女座星系M31)—>本超星系團(tuán)。
3 哈勃望遠(yuǎn)鏡放在北斗七星附近的一個小區(qū)域。
4太陽系的所有成員(行星和太陽)是同時形成的。太陽真正發(fā)生核反應(yīng)的只是核心的一小塊區(qū)域。按照距離太陽由近到遠(yuǎn)的順序，八大行星分別是：水星(有火山爆發(fā)，表面含硫量高)、金星(表面包裹CO2，溫度較高)、地球、火星（表面像地球上的戈壁荒灘，地表下有固態(tài)水）；小行星帶、木星(大紅斑——大的氣旋，四大衛(wèi)星，有光環(huán))、土星(有光環(huán))、天王星(也有光環(huán))、海王星(表面大氣的主要成分是氫，下面還有一層液態(tài)氫)。以小行星帶為劃分界限，前四個行星是固態(tài)(巖態(tài))，后四個是氣態(tài)。
5 人類能生存的行星的基本條件：有且只有一顆太陽、距離太陽不遠(yuǎn)不近、行星個頭不大不小、必須有氧氣和水、必須有臭氧層、必須有地磁場(幫人們躲開帶電粒子對人體的危害)、早期必須有火山噴發(fā)(產(chǎn)生最早的微生物)……
第二章 認(rèn)識宇宙的途徑
1 全天可看到6000多顆恒星，88個星座。
2地面上能觀測到的波段：可見光波段(幾百納米寬)、紅外、射電波段(波長從
3 光學(xué)波段的觀測：折射望遠(yuǎn)鏡（伽利略）、反射望遠(yuǎn)鏡（牛頓）
拼嵌式望遠(yuǎn)鏡（美國夏威夷——凱克(keck)I、凱克II，由36片反射鏡拼嵌成一座
射電波段的觀測：射電望遠(yuǎn)鏡和光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的主要區(qū)別：分辨率，可以通過建立射電望遠(yuǎn)鏡陣，利用干涉提高分辨率。
毫米波觀測：觀測宇宙深處的一些星系的恒星形成情況
微波波段的探測器：第一代COBE；第二代WMAP；第三代PLANCK。
紅外觀測：第一代IRAS；第二代Spitzer；第三代Herschel。
紫外波段：第一代IUE；第二代FUSE。
X射線空間望遠(yuǎn)鏡：第一代ROSAT；第二代XMM-Newton和Chandra。
Gamma-Ray空間望遠(yuǎn)鏡：第一代Compton；第二代SWIFT；第三代Fermi。
第三章測量天體 （亮度、溫度、化學(xué)成分、距離、大小）
1亮度：視星等：看到的亮度，肉眼能看到的最亮的定義為一等，最暗的星定義
為6等星。絕對星等：都放到離我們10kpc(32.6光年)的位置看到的星
等數(shù)，可用來比較不同位置的星的亮度。
2溫度：把天體輻射看成黑體輻射，利用維恩位移定律：輻射的最大值處
3 恒星大氣的化學(xué)成分：看光譜吸收線、發(fā)射線
元素豐度：由譜線強(qiáng)度和譜線躍遷幾率計算可得原子、離子和分子的化學(xué)豐度。
4 恒星光譜分類：哈佛大學(xué)1885年，利用物端棱鏡 主序列 O-B-A-F-G-K-M 對
研究恒星的演化非常重要。從O—>M溫度逐漸下降，溫度高的星譜線含氫、氦，中間的星含各種金屬線，低溫的星則是分子譜線。這是因為氫、氦的激發(fā)能和電離能都很高，要高溫才能激發(fā)。哈佛光譜序列實際上代表了溫度序列。
赫羅圖：縱軸是絕對星等，橫軸是哈佛分類的光譜型（即溫度）。
5 恒星的大?。豪煤樟_圖等半徑線
6 距離的測定：三角視差法（最遠(yuǎn)只能側(cè)到100kpc）
測量更遠(yuǎn)的距離必須尋找“標(biāo)準(zhǔn)燭光”：造父變星、超新星（一顆星爆發(fā)的能
量相當(dāng)于整個星系的能量）。
（a）造父變星（周光關(guān)系）得M，再由M、m的關(guān)系得r。
（b）超新星：Ia型超新星（白矮星吸積伴星物質(zhì)，M=-19等）；
II型超新星（單星塌縮，，M=-17等）。
（c）行星狀星云、球狀星團(tuán)、旋渦星系或橢圓星系的譜線寬度、
最亮的星系（巨橢圓星系）
（d）哈勃關(guān)系：看譜線紅移
目前，最遠(yuǎn)可看到5、6千Mpc。
第四講 恒星的一生
1. 恒星是由星云形成的，恒星不是單一誕生的，而是成批地誕生的。
原恒星階段：進(jìn)入主星序前
2．進(jìn)入主星序的標(biāo)志：內(nèi)部中心核的氫開始反應(yīng)，開始燃燒生成氦。
對
質(zhì)子—質(zhì)子鏈?zhǔn)椒磻?yīng)
對
結(jié)果仍是
核反應(yīng)的時標(biāo)：質(zhì)量越大的恒星核反應(yīng)的時間越短。
中心氦核尚未反應(yīng)，外層氫拋出
主星序 紅巨星
紅超巨星 中心碳核，外層氦、氫燃燒 行星狀星云，中心是碳氧白矮星
4. 恒星的一生：
小質(zhì)量的恒星：星云→主序星階段→紅巨星→紅超巨星→白矮星(外層行星狀星云)
大質(zhì)量恒星： 星云→藍(lán)主序星→紅巨星→紅超巨星→超新星爆發(fā)→中子星
5.元素的形成：
硼之前的元素是宇宙學(xué)原因合成，碳之后鐵之前的元素是恒星演化形成，鈷之后的元素都是超新星爆發(fā)形成。
6. 黑洞
黑洞越大，密度反而越小。
黑洞只有三個參量：質(zhì)量、電荷、角動量
小黑洞壽命短，大黑洞壽命長。
7.密近雙星 脈沖雙星
洛希瓣：等引力勢線。拉格朗日點：等引力點。
雙星中的白矮星吸積物質(zhì)當(dāng)
第四講 星系和宇宙（上）
1星系的分類
2星系的暗物質(zhì)的證據(jù)：
轉(zhuǎn)動曲線
質(zhì)光比
引力透鏡
3 活動星系核AGN
AGN中包含著QSO（類星體）
類星體的模型：（也是AGN統(tǒng)一模型）
4 星系的碰撞與并合
星暴星系——星系碰撞誕生大量的新恒星
星系跟星系的碰撞：如果把恒星看成是一粒很細(xì)的沙子，那么最近的恒星也在10公里外，所以恒星之間的距離是非常遙遠(yuǎn)的。因此這樣一種恒星的分布，兩個星系都是這樣構(gòu)成的，然后相撞，所以恒星跟恒星之間的直接相撞，這種幾率是非常非常低的，幾乎是不發(fā)生的。發(fā)生的是兩個星系所攜帶的大量的氣體和塵埃相撞，它的碰撞的概率是非常之高的。這樣一碰撞的話就在密度高的地方就產(chǎn)生大量的新的恒星，而且這些恒星里面大質(zhì)量星占很大的部分。
大質(zhì)量星的演化非?？?，它很快就變成了超新星。
星系在大尺度上的分布是均勻的，小尺度上是不均勻的（星系群、星系團(tuán)）
5宇宙學(xué)的基本觀測事實
a星系的空間分布在大尺度上是均勻的；
b哈勃關(guān)系；
c 2.7K宇宙微波背景輻射,并有10-5次方的起伏，這個非常重要，沒有這個起伏，就沒有我們今天的星系演化及恒星形成；
d天體的時標(biāo)：球狀星團(tuán)的年齡～100億年；
e 元素豐度：H～75% He～25%，重金屬元素<1%；
f 反物質(zhì)粒子數(shù)非常少；
g 光子數(shù)比重子數(shù)多的多。其比值是10-9。
第五講 星系和宇宙（下）
1 破解奧爾伯斯佯謬的途徑：
a 宇宙的大小是有限的
b 宇宙的時間有開端
c 宇宙是在膨脹的
遠(yuǎn)的恒星紅移大，發(fā)光的強(qiáng)度降低，它的光子的能量就非常低，遠(yuǎn)處恒星和近處恒星的貢獻(xiàn)不同。積分就不是無窮大了。
2 由星系計數(shù)和星系張角來判斷平直空間與彎曲空間
我們至今沒有發(fā)現(xiàn)任何空間彎曲的信息。
3 伽莫夫理論的要點：
把時間倒推回去，宇宙的年齡一定有一個開端
宇宙早期一定經(jīng)歷過一個高溫、高密度的演化階段
宇宙年齡約200秒時，溫度達(dá)10億度，會導(dǎo)致核反應(yīng)發(fā)生——大量氦生成
早期宇宙充滿熱輻射，這一輻射遺跡今天應(yīng)為5k.
4 宇宙演化的主要階段：
普朗克時代：10-43
粒子時代: 千分之一秒，物質(zhì)反物質(zhì)湮滅
3分鐘核合成時代：氫合成氦
30萬年——原子形成自由光子變成背景輻射
10億年：第一代星系
5 宇宙大爆炸不是像手榴彈爆炸和炸藥包爆炸，是一種完全是由氣體壓力所引發(fā)的這種爆炸。它完全沒有壓力的變化，它不是由壓力來驅(qū)動的。大爆炸實際上是一種真空能量的釋放。
宇宙是怎樣誕生的？誕生之前是什么樣子？
a 宇宙創(chuàng)生于真空——“無中生有” ！但物理真空并不是哲學(xué)的“虛空”，而是“沸騰的真空”，蘊(yùn)含了巨大的潛能。
b 大爆炸是一次巨大的真空潛能釋放，持續(xù)到10-43 秒——普朗克時間
c 普朗克時間之后，時間空間變得連續(xù)。而在此之前，時間空間是量子化的，不連續(xù)——時空混沌；經(jīng)典的時空概念不復(fù)存在
狄拉克早在1930年他就說真空它里面有很多的正負(fù)電子對的這種海，就是負(fù)能粒子，它沒有表現(xiàn)出來，一旦它可以在某些條件下，你可以把它激發(fā)出來，就變成我們通?？吹降倪@種正能的粒子。所以真空激發(fā)就可以產(chǎn)生粒子。
6 宇宙膨脹，是否意味著宇宙中所有物體都在不斷膨脹？
只有相互之間引力作用可以完全忽略的物體，它們之間的距離才會隨宇宙膨脹而增大，例如兩個相距十分遙遠(yuǎn)的孤立星系。
凡是依靠引力、電磁力、核力等，已形成的穩(wěn)定束縛體系，都不再隨宇宙的膨脹而膨脹。例如原子、分子、電視機(jī)、房子、地球、太陽系、銀河系等等。
7 哈勃膨脹的速度可以超過光速嗎？這不是違背了狹義相對論嗎？
實際上并沒有違背。用氣球的那個例子，所有的觀測者都在那兒坐著不動，他沒運(yùn)動，而兩個人之間的相對運(yùn)動，它不是由于每個觀測者相對球面的運(yùn)動而引起的，而是由于球面在膨脹，或者來講是空間的膨脹。所以氣球膨脹使相距很遠(yuǎn)的兩個觀測者之間相互退行的速度超過光速，這是沒有關(guān)系的，不違背狹義相對論的。因為狹義相對論說的兩個物體相對速度不能夠超過光速必須是在同一個慣性參考系中。所以我們在氣球上的兩個地方，你是不可能用一個慣性參考系把它們連起來的，它們不在一個慣性參考系里，所以不違背狹義相對論。
8 暗能量相當(dāng)于宇宙斥力
暗物質(zhì)的證據(jù)之一——引力透鏡效應(yīng)
暗能量的證據(jù)——宇宙在加速膨脹
暗物質(zhì)到底是什么？一定是粒子，可以形成成團(tuán)結(jié)構(gòu)（引力），分布不均勻。
暗能量：一定是場（真空場，代表斥力），空間均勻分布。暗能量一定要有，否則宇宙年齡不夠長。觀測：更遠(yuǎn)的超新星，微波背景輻射的漲落譜，重子聲學(xué)振蕩（BAO），遙遠(yuǎn)的X射線源，宇宙Gamma射線暴。
真空的物態(tài)方程
9 為什么宇宙中正反物質(zhì)極端不對稱？
宇宙極早期正反物質(zhì)微小的不對稱，湮滅之后就成為極大的不對稱。正反物
質(zhì)湮滅后產(chǎn)生光子，光子數(shù)目大大超過不對稱所造成的剩下的物質(zhì)粒子的數(shù)目。
聯(lián)系客服
