今天的参考资料主要是南京大学普通天文学课程。
天文学是一门古老的学科,可以说是所有自然学科之祖。古代的天文学是与占星术密不可分的,为天子所垄断,而随着时代的变迁,科技的不断发展,天文学也在不断地与时俱进,新的科技在不断地改变天文学研究的样貌,也带来了很多成果。
紫金山天文台山上面的科普基地,展示的中国古代的天文仪器。
物理学有两个方面:理论和实验,而在20世纪初量子力学和爱因斯坦广义相对论之后,量子引力论还在酝酿之中,在理论方面还没有重大的突破,可以说现在天文学的进展很大地依赖于观测技术和仪器的发展。
如果有想要报考天文系的童鞋注意了,下面简单介绍一下我国天文学科的开设情况。
众所周知的是,我国开设天文学科的高校和专业还比较少,一共有20-30所,传统天文强校是南大北大北师大,还有中科院各个天文台,近年来中科大、国科大、清华和一些新开设天文学科的高校,发展也比较快。如果希望学习专业天文学,可以在本硕博各阶段到以上这些学校来就读,如果本科没有考到天文专业,先学习物理也是一个不错的选择。
简单地说,天文等于数学+物理+计算机+天文理论、观测、技术等知识。根据专业方向的不同,需要的技能也会有所差别。我们在这里就先对天文的基本知识做一些简单的介绍(因为数学物理计算机比较硬核,不太适合在QQ群零散地学习)。
首先来说一下天文的研究对象。主要是宇宙及其中的天体和各种形态的物质。天文学观测和研究它们的位置、分布、运动、形态、结构、物理状态、化学组成、相互关系和起源演化。
比如说行星、恒星、星系、宇宙学等等。
大家也可以在网上找到很多哈勃太空望远镜拍摄的高清大图:
天体是指太空中的一切实体,包括自然天体和人造天体;各种形态的物质是指行星际、星际和星系际的弥漫物质和各种微粒辐射流以及作为物质存在形式的电磁场和引力场等。
地球大气层以内的物体和现象通常并不是天文学研究的对象,除非源于太空。地球作为一个天体,也属于天文学的研究范畴。
然后我们在生活中经常会遇到有同学问:天文学是研究什么的?可能有的人会把天文学和其它的一些学科相混淆。比如说天文学和气象学:天文学和气象学的分界,概而言之就是大气层,研究对象分别位于大气层之外和之内。
但是大气也会对天文观测造成很多的影响,比如天气状况、大气折射、大气吸收、大气扰动。大气还会影响地球的自转,比如地极移动、自转速度。还有一些其它影响因素,比如黄赤交角影响气候,地球自转影响季风,太阳活动影响气候和天气。
所以大气的影响对于天文学来说也是非常重要的,很多时候我们会倾向于把望远镜放在太空(不考虑成本的话),然后你会发现很多天文爱好者都是气象预报小能手。
天文学和地球科学:地球科学是对地球本身的结构板块运动的研究,现在有了ULBI这类全球性的大型观测仪器,我们发现板块运动和地震也会对天文观测造成一定的影响,反过来我们也可以通过天文观测中出现的变化来研究地球的板块运动和地震,这为两门学科的交叉提供了可能性。
天文学和航空航天:航空航天的焦点在于火箭航天器的建造和运转,而天文中虽然有行星科学,来研究太阳系内近地天体的运动,但是两者的关注点并不完全一致,所以天文学和航空航天也是两门学科,主要是理科和工科的区别。
天文学和物理学:天文学是一门一级学科,所以和物理学在学科分类上是并列的,但是天文学需要学习所有的基础物理和四大力学,它们的工作模式并没有很大的差别,主要是研究对象的不同,以及导致的方法手段差别。
下面讨论一下天文学的研究特点。观测(观察和测量)是主要的研究手段。观测工具的改进和观测方法的革新会推动天文学的发展。天文学是沿着观测——理论——观测的途径发展的。
研究对象距离远,时标长,物理条件极端复杂(密度、温度、压强、磁场)。从“一瞬”来研究“一生”,即利用天体的空间广 延性与时间广延性相统一的特性,来研究天体和宇宙的演化。
下面讨论一下天文学的分类。
天文学主要分为天体物理、天体力学和天体测量、天文仪器技术等……我们绝大部分人都是在研究天体物理。
天体物理学可以按照研究对象、研究波段和研究方法来分类。
研究对象主要有行星科学、恒星、太阳、星系、宇宙学。
研究波段主要有电磁波(射电、红外、光学、紫外、xray、gamma-ray)、中微子、引力波、宇宙射线等。
研究方法主要有理论、观测和模拟。
我们在不同波段所得到的物理信息是有很大不同的,所以现在往往结合多个波段进行研究,也就是所谓的多信使天文学。
不同电磁波波段和大气窗口↑
不同电磁波波段和大气窗口↑
可见光波段的银河↑
可见光波段的银河↑
红外波段的银河↑
红外波段的银河↑
射电波段的银河↑
射电波段的银河↑
21cm氢线波段的银河↑
21cm氢线波段的银河↑
gamma ray(伽马射线)波段的费米气泡
gamma ray(伽马射线)波段的费米气泡↑——2010年十大天文发现之一,成因好像还没有解释。
问:费米泡颜色的意义是?
答:伪彩色图像
问:这个费米气泡是怎么形成的?
答:“我们发现,一个非常强大,充满活力的事件发生在600万到900万年前,”Bordoloi解释道。 “它可能是流入黑洞的气体云,它射出了物质射流,形成了在X射线和伽马射线观测中看到的热气体的双瓣。从那以后,黑洞一直在吃零食。”(以上引号内为翻译内容)据我所知形成因素还没有定论。
问:那个费米气泡也在两极,是不是费米气泡会更具黑洞质量大小而呈现不同的形态?
答:应该是和中央黑洞的活动有关系。
问: 我想问一下,是不是可以确定,银河系中心只有一个大型黑洞?
答:只有一个,两个就刺激了←_←
问:问个基础……所谓的gamma ray是指这个观测到这个泡泡向外光辐射都在gamma光的频率上?
答:他们是用gamma ray波段来观测的,仪器接收的范围是这个,别的波段也没看到。
问:然后仅在这个波段?
答:对,这个波段是仪器限制的,后端只对这个波段敏感,或者在镜子上加滤光片,把别的波段滤掉。天文辐射我还要单独讲。
问:以后的韦伯望远镜是不是可以看到星系的形成过程?
答:韦伯可以看到更远,也许可以吧
问:这张是不同波长的21CM波吗?
答:波长是21cm,射电可以调频。
问:为什么用21厘米这么长的波长去看?
答:因为这个谱线很重要的,21cm氢线。这是原子物理决定的。
(注:本网络讲座取得主讲人Charon同意,由星宇飘零2099整理并首发于网络平台。)
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