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天体物理概论学习指南

时间：2023-01-14 03:14:08 下载该word文档

学习指南自从伽利略和牛顿两位经典物理学大师先后把自制的望远镜指向天空，天文学与物理学的发展就日益密切地走到了一起。但真正意义上的天体物理学开始于十九世纪中叶，分光学、光度学和照相术广泛应用于天体的观测研究，使人们对天体结构、化学成分、物理状态的了解越来越深入，天体物理学也逐渐形成完整的科学体系。特别是上世纪60年代，类星体、宇宙微波背景辐射、脉冲星和星际有机分子的相继发现，极大地促进了天体物理学的发展，并从根本上改变了人类的传统宇宙观。自上世纪60年代开始的一系列空间观测和行星际探测活动，大大地延伸了人类的视野，也进一步增强了社会公众对宇宙科学的兴趣。现在，大爆炸宇宙、奇妙的中子星、遥远的类星体和神秘的黑洞等，不仅是科学工作者深入研究的课题，也成为公众热切关注的对象。我国每年举办的科技活动周中，天文知识都是各地公众（特别是广大青少年）追求的热点。“神舟”系列飞船和“嫦娥”系列探月卫星接连发射成功，标志着我国已经成为具备深空探测能力的世界航天国之一，也使得公众探索宇宙奥秘的热情更加高涨。21世纪将是我国天文学和天体物理学发展的黄金时期，国家需求和国际竞争需要培养和造就大批专业人才，也需要更多的公众了解和支持这一领域的发展。本课程介绍了宇宙各主要层次的结构和演化的概况，同时介绍了人类对宇宙的认识从原始到现代的演变，以及观测技术和方法不断发展的过程。本课程可以作为天文学专业的学科基础课，亦可作为不分专业的公共选修课（此时教学大纲中标有★号的内容可不学）。上述课程内容对本专业的同学是进一步学习其他专业课程（例如恒星物理、星系物理、宇宙学等）的基础。对非本专业的同学，则是扩展跨学科的视野、提高自身科学素质的一个良好途径，有助于他们建立科学正确的宇宙观，了解人类认识宇宙的历史和探索精神，从人类研究遥远宇宙天体的科学方法中得到启示，对自己在其他专业的学习和研究有所借鉴。
由于本课程的目的不仅仅是介绍天文知识，而是侧重于介绍与宇宙天体有关的物理过程，故在学习本课程之前，读者最好已经具备大学基础物理（或普通物理）的知识，这样就可以基本领会课程所讲的主要内容。如果能学过一点理论物理课程（例如统计物理、量子力学、粒子物理等）就更好了。但如果没有学过也没有关系，因为涉及到某些较深的理论物理内容时，我们会把有关的物理结果直接告诉读者，并不要求读者能够对这些结果的来龙去脉有系统深入的了解。另一方面，基础天文知识的介绍也是必要的。这是因为，我国中小学从来没有系统地讲授过基础天文知识，高校中也只有少数学校设有天文专业。因而在我国，天文知识的传播主要还是靠报刊和电视等媒体，内容零散，有时甚至并不准确。反观发达国家，中小学课本中就有许多有关天文的内容，大学中设立天文系更是非常普遍。因此在一定意义上讲，本课程是对中小学素质教育、以及大学物理课程中现代知识不足的一种弥补。第1章概括介绍了宇宙各主要层次的观测特征，包括太阳系、恒星、星系和宇宙大尺度结构等。虽然很多基本知识一般读者都了解，但也要注意到，仍然还有一些有趣的问题需要深入探索。例如在太阳系内，为什么八大行星与太阳的距离分布那么有规律；为什么火星以内的大行星（包括火星）表面呈固态，而火星以远的大行星表面都被厚厚的大气所覆盖，而且大气的主要成分是氢和氦；太阳系是如何形成的；地球以及诸行星上的重金属元素的起源，太阳系内生命的起源等等。实际上，寻找这些问题的答案，也是人类航天探测考察任务的一部分。另一方面，在学习必要的基础天文知识时，也要注意少而精，不要把本课程的学习简单当作业余天文爱好者的科普活动，例如课下花很多时间观测天象，甚至津津乐道于星座的故事，等等。本章还介绍了地面光学望远镜、射电望远镜和各波段空间望远镜的发展概况，以及太空飞船和航天器对太阳系几十年来的考察结果。这些内容表明，人类对宇宙奥秘认识的不断深入，有赖于观测技术的不断进步与创新。看到我国天文观测和航天技术的成就，可以激发我们的民族自豪感；同时，对比世界先进水平，又看到

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