現(xiàn)代天文講課程第1頁(yè)/共58頁(yè)

本課程以獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)天文項(xiàng)目為重點(diǎn)講授現(xiàn)代天文學(xué)的最新成就、學(xué)科的發(fā)展和有關(guān)的天文知識(shí)。并介紹獲獎(jiǎng)?wù)叩难芯糠椒?、研究態(tài)度、思維方法和取得成功的經(jīng)驗(yàn)。第2頁(yè)/共58頁(yè)第一章、天文學(xué)的發(fā)展和諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)

1，天文學(xué)的發(fā)展

2，天文學(xué)的觀測(cè)手段

3，天文學(xué)的研究對(duì)象

4，天文學(xué)與物理學(xué)的相互促進(jìn)

5，天文學(xué)成就與諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)

6，諾貝爾獎(jiǎng)離我們有多遠(yuǎn)？第3頁(yè)/共58頁(yè)

1,天文學(xué)的發(fā)展

天文學(xué)歷史悠久近代天文學(xué)發(fā)展迅速發(fā)展余地很大新成果還會(huì)不斷出現(xiàn)老結(jié)論可能被修改和推翻第4頁(yè)/共58頁(yè)

三大學(xué)科：

天體測(cè)量學(xué)：測(cè)量天體的位置和距離天體力學(xué)：研究天體之間的關(guān)系天體物理：研究天體的形態(tài)、物理狀態(tài)、結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成；天體的產(chǎn)生和演化天體物理學(xué)是主流第5頁(yè)/共58頁(yè)

2，天文學(xué)的觀測(cè)手段

三大觀測(cè)波段：光學(xué)天文射電天文高能天文（X射線、γ射線）其它：紫外，紅外、宇宙線、引力波中微子等第6頁(yè)/共58頁(yè)

3，天文學(xué)的研究對(duì)象行星層次：地球、其它八大行星，小行星、彗星、隕星恒星層次：太陽(yáng)及其它恒星星系層次：銀河系、河外星系、類星體、星系群、星系團(tuán)宇宙整體第7頁(yè)/共58頁(yè)

行星層次發(fā)展前進(jìn)三步曲

1，第谷測(cè)量天體的位置及變化（觀測(cè)資料積累）

2，開普勒發(fā)現(xiàn)行星三大定律（資料分析，經(jīng)驗(yàn)定律）

3，牛頓萬有引力定律（由天體運(yùn)行總結(jié)出物理規(guī)律，成為天體物理學(xué)的里程碑）第8頁(yè)/共58頁(yè)

太陽(yáng)系行星的空間探測(cè)最熱門

人類要突破只能被動(dòng)觀測(cè)的局限！登月和探測(cè)火星人類對(duì)宇宙奧秘的探索是無止境的！有沒有生命（或適合生命繁衍生存的條件）？有沒有值得開采的礦產(chǎn)？有沒有可能成為人類生活、科研的基地？（月基天文臺(tái)等）

第9頁(yè)/共58頁(yè)太陽(yáng)系研究的重大進(jìn)展

托勒玫－地球中心說哥白尼－太陽(yáng)中心說開普勒－行星運(yùn)動(dòng)三定律牛頓－萬有引力第10頁(yè)/共58頁(yè)恒星層次：豐富多彩的恒星世界

正在誕生的恒星恒星爆炸恒星演化的歸宿：白矮星、中子星和黑洞恒星的能源恒星的化學(xué)成分來源恒星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)第11頁(yè)/共58頁(yè)星系層次：銀河系大得驚人（10萬光年）約有1000多億顆恒星。銀河系外有數(shù)十億個(gè)河外星系最遠(yuǎn)的距離可達(dá)150億光年第12頁(yè)/共58頁(yè)第13頁(yè)/共58頁(yè)天體空間尺度比較示意圖第14頁(yè)/共58頁(yè)4，天文學(xué)與物理學(xué)的相互促進(jìn)20世紀(jì)初物理學(xué)家預(yù)言：光線在太陽(yáng)引力場(chǎng)中彎曲水星近日點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律引力場(chǎng)中的光譜紅移中子星的存在宇宙微波背景輻射的存在黑洞的存在推動(dòng)著天文學(xué)發(fā)展第15頁(yè)/共58頁(yè)第16頁(yè)/共58頁(yè)

天文學(xué)的發(fā)展已對(duì)物理學(xué)產(chǎn)生重大影響天文學(xué)觀測(cè)的貢獻(xiàn)：萬有引力定律；氦元素的發(fā)現(xiàn)；熱核聚變的概念；白矮星理論等。向物理學(xué)提出挑戰(zhàn)的問題：視超光速現(xiàn)象；類星體、星系核和

射線暴的能源等。第17頁(yè)/共58頁(yè)

天體和宇宙是物理學(xué)的巨大實(shí)驗(yàn)室天文觀測(cè)為物理學(xué)的基本理論提供了地球上實(shí)驗(yàn)室無法得到的物理現(xiàn)象和物理過程。在宇宙中所發(fā)生的種種物理過程比地球上所能發(fā)生的多得多。第18頁(yè)/共58頁(yè)

天體和宇宙是物理學(xué)的巨大實(shí)驗(yàn)室天文觀測(cè)為物理學(xué)的基本理論提供了地球上實(shí)驗(yàn)室無法得到的物理現(xiàn)象和物理過程。在宇宙中所發(fā)生的種種物理過程比地球上所能發(fā)生的多得多。第19頁(yè)/共58頁(yè)第20頁(yè)/共58頁(yè)第21頁(yè)/共58頁(yè)5，天文學(xué)與諾貝爾獎(jiǎng)諾貝爾獎(jiǎng)的頒發(fā)始于1901年設(shè)立物理學(xué)獎(jiǎng)、化學(xué)獎(jiǎng)、生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)、文學(xué)獎(jiǎng)、和平獎(jiǎng)共5份獎(jiǎng)金

沒有設(shè)天文學(xué)獎(jiǎng)！第22頁(yè)/共58頁(yè)

和天文學(xué)密切相關(guān)的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)項(xiàng)目（1）1936年奧地利物理學(xué)家黑斯因發(fā)現(xiàn)宇宙線而榮獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。他在1911—1912年，用氣球把電離室送到離地面五千多米的高空，進(jìn)行大氣導(dǎo)電和電離的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了來自地球之外的宇宙線。第23頁(yè)/共58頁(yè)（2）湯斯1964年因微波激射器的研制和激光的研究獲的諾貝爾獎(jiǎng)。他在1957年預(yù)言星際分子的存在，并于1963年在實(shí)驗(yàn)室里測(cè)出羥基（OH）的兩條處在射電頻段的譜線。這些分子譜線處在厘米波和毫米波段。

1967年發(fā)現(xiàn)星際分子，證實(shí)他的預(yù)言，開辟了毫米波天文學(xué)新領(lǐng)域。第24頁(yè)/共58頁(yè)（3）美國(guó)物理學(xué)家貝特(Bethe)因核反應(yīng)理論研究獲1967年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

1938年他提出太陽(yáng)和恒星的能量來源理論，認(rèn)為太陽(yáng)中心溫度極高，太陽(yáng)核心的氫核聚變生成氦核釋放出大量的能量。第25頁(yè)/共58頁(yè)

諾貝爾物理學(xué)天文成果獲獎(jiǎng)項(xiàng)目天文獎(jiǎng)從1970年為起點(diǎn)在5個(gè)年度，7項(xiàng)物理學(xué)獎(jiǎng)授予9位天文學(xué)家。二十世紀(jì)最后的30年中天文學(xué)家獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)實(shí)現(xiàn)零的突破第26頁(yè)/共58頁(yè)第27頁(yè)/共58頁(yè)第28頁(yè)/共58頁(yè)休伊什英國(guó)天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)脈沖星證認(rèn)為中子星獲1974年諾貝爾獎(jiǎng)貝爾和休伊什發(fā)現(xiàn)脈沖星第29頁(yè)/共58頁(yè)錢德拉塞卡美籍印度天文學(xué)家恒星演化及白矮星質(zhì)量上限獲1983年諾貝爾獎(jiǎng)第30頁(yè)/共58頁(yè)福勒美國(guó)天文學(xué)家恒星上元素的合成獲1983年諾貝爾獎(jiǎng)第31頁(yè)/共58頁(yè)發(fā)現(xiàn)宇宙背景輻射彭齊亞斯和威耳遜榮獲1985年諾貝爾獎(jiǎng)第32頁(yè)/共58頁(yè)泰勒美國(guó)天文學(xué)家赫爾斯美國(guó)天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)脈沖雙星、引力輻射驗(yàn)證共獲1993年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)第33頁(yè)/共58頁(yè)諾貝爾獎(jiǎng)獲得者敢于沖破傳統(tǒng)觀念自強(qiáng)不息、拼搏奮進(jìn)，不達(dá)目的誓不罷休從事當(dāng)時(shí)最前沿的創(chuàng)新性課題當(dāng)時(shí)的研究條件最適合第34頁(yè)/共58頁(yè)取得獲獎(jiǎng)成果時(shí)比較年輕

9人中，33歲以前取得獲獎(jiǎng)成果的有6人赫爾斯取得獲獎(jiǎng)成果時(shí)是23歲錢德拉塞卡20～23歲和研究成果應(yīng)該獲獎(jiǎng)的貝爾發(fā)現(xiàn)脈沖星時(shí)23歲第35頁(yè)/共58頁(yè)6，諾貝爾獎(jiǎng)離我們有多遠(yuǎn)？

9位獲獎(jiǎng)人的國(guó)籍美國(guó)6人（包括美籍德國(guó)人和美籍印度人各1名）英國(guó)2人瑞典1人中國(guó)人無緣諾貝爾天文獎(jiǎng)！第36頁(yè)/共58頁(yè)我國(guó)天文研究單位1，中科院國(guó)家天文觀測(cè)中心（國(guó)家天文臺(tái)）北京天文臺(tái)（密云射電觀測(cè)站；懷柔太陽(yáng)觀測(cè)站；興隆光學(xué)觀測(cè)站）2，紫金山天文臺(tái)（本部；青海德林哈射電觀測(cè)站）3，云南天文臺(tái)（昆明）4，上海天文臺(tái)（佘山觀測(cè)站）5，陜西天文臺(tái)（國(guó)家時(shí)間中心）6，南京天文儀器研制中心其它：烏魯木齊天文站；長(zhǎng)春人造衛(wèi)星觀測(cè)站；廣州人造衛(wèi)星觀測(cè)站第37頁(yè)/共58頁(yè)我國(guó)天文教育單位

南京大學(xué)天文系北京大學(xué)天文系北京師范大學(xué)天文系中國(guó)科技大學(xué)應(yīng)用物理和天文系華中師大物理系天體物理研究所南京師范大學(xué)物理系天體物理研究所

中國(guó)天文學(xué)會(huì)北京天體物理中心(北方）南京天體物理中心（南方）第38頁(yè)/共58頁(yè)天文觀測(cè)條件現(xiàn)狀

近20年是我國(guó)天文學(xué)發(fā)展最快的時(shí)期，天文觀測(cè)設(shè)備有較大的改善。2.16米口徑的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，太陽(yáng)磁場(chǎng)望遠(yuǎn)鏡，25米口徑射電望遠(yuǎn)鏡，28面天線的綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡，13.7米直徑毫米波射電望遠(yuǎn)鏡陸續(xù)建成。

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差距

和國(guó)際上天文研究強(qiáng)國(guó)相比，我國(guó)天文學(xué)還比較落后，研究條件還比較差，原始性、創(chuàng)新性特強(qiáng)的課題還太少。我國(guó)最大的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡是2.16米的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，但美國(guó)1917年有口徑2.54米的反射望遠(yuǎn)鏡。我國(guó)最大的射電望遠(yuǎn)鏡口徑是25米，但國(guó)際上在60年代就有口徑64米、76米、305米口徑的射電望遠(yuǎn)鏡。目前我國(guó)還沒有一個(gè)天文衛(wèi)星上天。第40頁(yè)/共58頁(yè)北京天文臺(tái)2.16米光學(xué)望遠(yuǎn)鏡第41頁(yè)/共58頁(yè)北京天文臺(tái)

1.26米紅外望遠(yuǎn)鏡第42頁(yè)/共58頁(yè)云南天文臺(tái)

1米光學(xué)望遠(yuǎn)鏡第43頁(yè)/共58頁(yè)北京天文臺(tái)懷柔多通道太陽(yáng)磁場(chǎng)望遠(yuǎn)鏡（世界首架）第44頁(yè)/共58頁(yè)

北京天文臺(tái)懷柔多通道太陽(yáng)磁場(chǎng)望遠(yuǎn)鏡（世界首架）第45頁(yè)/共58頁(yè)北京天文臺(tái)密云綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡

28面天線波段232MHz基線約1千米第46頁(yè)/共58頁(yè)VLBI觀測(cè)脈沖星觀測(cè)譜線觀測(cè)射電變?cè)从^測(cè)第47頁(yè)/共58頁(yè)上海天文臺(tái)25米射電望遠(yuǎn)鏡第48頁(yè)/共58頁(yè)青海德林哈射電觀測(cè)站13.7米直徑毫米波望遠(yuǎn)鏡第49頁(yè)/共58頁(yè)前景美好北京天文臺(tái)正在研制大天區(qū)多目標(biāo)光纖光譜天文望遠(yuǎn)鏡，這是國(guó)家科學(xué)項(xiàng)目貴州500米口徑射電望遠(yuǎn)鏡空間太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡空間X射線望遠(yuǎn)鏡第50頁(yè)/共58頁(yè)大型光學(xué)望遠(yuǎn)鏡正在北京天文臺(tái)研制的大天區(qū)多目標(biāo)光纖光譜天文望遠(yuǎn)鏡（LAMOST）口徑為4米，大口徑和大視場(chǎng)兼而有之。這是國(guó)家科學(xué)工程大項(xiàng)目。有望在光譜巡天方面在國(guó)際上起主導(dǎo)作用。第51頁(yè)/共58頁(yè)大天區(qū)多目標(biāo)光纖光譜天文望遠(yuǎn)鏡第52頁(yè)/共58頁(yè)

大型射電望遠(yuǎn)鏡正在進(jìn)行預(yù)研究的貴州500米口徑射電望遠(yuǎn)鏡有望獲得國(guó)家支持。如果能實(shí)現(xiàn)，將成為國(guó)際上最大的單天線射電望遠(yuǎn)鏡。將可以進(jìn)行創(chuàng)新性很強(qiáng)的觀測(cè)研究課題。第53頁(yè)/共58頁(yè)500米口徑射電望遠(yuǎn)鏡世界最大口徑第54頁(yè)/共58頁(yè)

空間望遠(yuǎn)鏡

空間太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡和空間X射線望遠(yuǎn)鏡也在預(yù)研究之中。有望獲得國(guó)家支持。這兩臺(tái)空間望遠(yuǎn)