當(dāng)代天文學(xué)新視野1

天文學(xué)概論IntroductiontoAstronomy濟(jì)南大學(xué)理學(xué)院梁偉第九部分當(dāng)代天文學(xué)新視野一、宇宙的起源

1、大爆炸宇宙學(xué)

2、宇宙穩(wěn)恒說

3、3K宇宙背景輻射的發(fā)現(xiàn)（1965年）二、哈勃望遠(yuǎn)鏡給天文學(xué)帶來的新進(jìn)展

1、哈勃望遠(yuǎn)鏡簡(jiǎn)介

2、哈勃望遠(yuǎn)鏡輝煌成果的意義三、地面上最大的望遠(yuǎn)鏡

凱克望遠(yuǎn)鏡四、各學(xué)科與天文學(xué)雙向滲透、結(jié)合的意義五、宇宙探索永無止境宇宙大爆炸理論

宇宙從一個(gè)奇點(diǎn)由大爆炸開始，早期溫度極高，（100億度以上，）物質(zhì)密度極大，只有中子、質(zhì)子、電子、光子、中微子等基本粒子。整個(gè)體系在不斷膨脹，溫度快速降低，降至10億度時(shí)開始形成基本元素（氫和氦），降至100萬度時(shí)形成一些較輕的元素，降至幾千度時(shí)形成星云，……宇宙穩(wěn)恒態(tài)理論

這種理論的倡導(dǎo)者認(rèn)為：愛因斯坦證明了宇宙是一個(gè)四維時(shí)—空連續(xù)體．因此，宇宙學(xué)原理應(yīng)該表示為：宇宙形象與觀測(cè)者所處的時(shí)間和空間無關(guān)．也就是說，除局部和很小的差異而外，無論觀測(cè)者在何地和何時(shí)——在哪個(gè)天文時(shí)期進(jìn)行觀測(cè)，宇宙顯得都是一樣的，總的看來，不論在50億年以前還是以后宇宙的樣子都應(yīng)是相同的．固然，一些恒星會(huì)已誕生和死亡，各個(gè)星系會(huì)發(fā)生了變化，但宇宙的整體在空間和時(shí)間上是始終保持不變的．

換句話說穩(wěn)恒態(tài)理論主張宇宙從未有過開始，或者更確切地說，宇宙乃是處于連續(xù)的創(chuàng)造過程之中．當(dāng)宇宙膨脹時(shí)，總體的密度減小，但是密度存在一個(gè)下限值，當(dāng)密度接近于這個(gè)下限值時(shí)，便會(huì)創(chuàng)造出更多的物質(zhì)來使密度再次增高．因此，當(dāng)宇宙不斷地膨脹時(shí)，新的物質(zhì)便接連創(chuàng)造出來以填補(bǔ)隙．新形成的物質(zhì)就是構(gòu)成星系團(tuán)的氫．每個(gè)新星系團(tuán)將隨著宇宙的不斷膨張而逐漸衰老以至死亡，但又形成了新的星系團(tuán)．新星系形成，老星系衰亡，但宇宙的總密度始終不變，并且總是存在有各種年齡的星系．3K宇宙背景輻射的發(fā)現(xiàn)

1964年美國科學(xué)家彭齊亞斯和R.W.威爾遜發(fā)現(xiàn)了背景輻射3.5K，1965年又修正為3K.

該發(fā)現(xiàn)支持了大爆炸宇宙學(xué)彭齊亞斯和R.W.威爾遜獲1978年諾貝爾物理獎(jiǎng)星系的紅移

哈勃發(fā)現(xiàn)的紅移現(xiàn)象對(duì)人類認(rèn)識(shí)字宙由重要的作用基本特征：(1)除我們的本星系群而外，所有的星系都具有紅移光譜．如果用多普勒位移原理來解釋，就只能得出所有星系都在背離我們而去的結(jié)論!(2)星系離我們?cè)竭h(yuǎn)．紅移量越大．退行速度隨距離的增大而增加．(3)退行速度能夠接近光速．天文學(xué)家們普遍認(rèn)為，用視向速度來解釋它是最有說服力的．這一解釋的直接推論，是宇宙正處在膨脹之中．于是，紅移一詞使成了宇宙膨脹的同義詞．

宇宙學(xué)距離1.哈勃定律的發(fā)現(xiàn)

1924年，美國天文學(xué)家哈勃證實(shí)河外星系的存在。

1927年，哈勃發(fā)現(xiàn)河外星系普遍存在譜線紅移，且星系距離和紅移量成正比：D=Cz/H0C－光速，z＝△λ/λ－紅移，H0－哈勃常數(shù)這就是哈勃定律。如果把紅移解釋為星系的視向退行速度Vr=Cz，則定律表明離我們?cè)竭h(yuǎn)的星系退行速度越大。結(jié)論是宇宙正在膨脹，從而支持大爆炸宇宙論。2.測(cè)定哈勃常數(shù)的困難哈勃公式中紅移z=△λ/λ為觀測(cè)量。要確定哈勃常數(shù)H0，必須對(duì)遙遠(yuǎn)星系（比如100Mpc或更遠(yuǎn)）的距離作精確的絕對(duì)測(cè)定，而這一點(diǎn)十分困難。通常認(rèn)為H0的范圍是50－85km·s-1·Mpc-1。

有時(shí)寫成H0＝100hkm·s-1·Mpc-1

其中h=0.5-0.85，為一無量綱常數(shù)。定義哈勃時(shí)間t0=D/Vr=H0-1

則在t0時(shí)間前所有星系必位于同一點(diǎn)。所以一旦確定哈勃常數(shù)便可以估計(jì)宇宙的年齡。3.哈勃定律的應(yīng)用一旦確定了哈勃常數(shù)，便可以通過測(cè)定紅移，利用哈勃定律來得出非常遙遠(yuǎn)星系的距離，稱為宇宙學(xué)距離。這是相對(duì)測(cè)定的結(jié)果。6.關(guān)于宇宙的年齡問題宇宙年齡的估計(jì)取決于哈勃常數(shù)H0。

如取H0＝50kms-1Mpc-1，則t＝200億年；如取H0

＝85kms-1Mpc-1，則t＝118億年。這里還只認(rèn)為宇宙是勻速膨脹，而不是大部分人認(rèn)為的減速膨脹。如果承認(rèn)宇宙是減速膨脹，則上述年齡還要小。另一方面，根據(jù)恒星演化理論可知最年老球狀星團(tuán)的年齡約為120億年。宇宙年齡必然老于宇宙中最年老天體的年齡，這是必然存在的事實(shí)。一旦發(fā)生矛盾：（1）H0測(cè)定結(jié)果不準(zhǔn)確；（2）宇宙是否確實(shí)在減速膨脹；（3）恒星演化理論可能存在問題。這是擺在天文學(xué)家面前的一個(gè)重要課題。通常人們不大懷疑恒星演化理論，而是花大力氣去準(zhǔn)確測(cè)定H0

，以及研究宇宙的整體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。關(guān)于宇宙膨脹的趨勢(shì)，取決于宇宙中物質(zhì)的平均密度ρ0。

在最簡(jiǎn)單的宇宙模型中，理論上存在所謂臨界密度ρcρc＝3H02/8πG＝1.88×10-26h2kgm-3（1）如果ρc<ρ0

，表明宇宙中有足夠的質(zhì)量，引力最終會(huì)使膨脹停止，并隨后使整個(gè)宇宙坍縮，終結(jié)于宇宙大坍縮，這叫閉宇宙。（2）如果ρc>ρ0

，表明宇宙中物質(zhì)的引力作用不足以使膨脹停止，宇宙會(huì)一直膨脹下去，稱為開宇宙。（3）如果恰好有ρc

＝ρ0，宇宙仍會(huì)不停膨脹下去，但膨脹速度會(huì)越來越小，并以漸近方式趨于零，稱為臨界宇宙。由于關(guān)鍵在于ρ0的測(cè)定，而這又涉及所謂暗物質(zhì)。二、哈勃望遠(yuǎn)鏡給天文學(xué)帶來的新進(jìn)展

1、哈勃望遠(yuǎn)鏡簡(jiǎn)介

2、哈勃望遠(yuǎn)鏡輝煌成果的意義

對(duì)河外星系的認(rèn)識(shí)對(duì)恒星早期形成的認(rèn)識(shí)對(duì)恒星晚期演化的認(rèn)識(shí)

行星狀星云黑洞萬維網(wǎng)上看哈勃

宇宙年齡是多少？它到底有多大？它的命運(yùn)是什么？行星，恒星，以及星系從哪里來？我們?cè)谶@個(gè)世界上是孤獨(dú)獨(dú)的嗎？科學(xué)家們正在利用美國航空航天局發(fā)射的哈勃空間望遠(yuǎn)鏡來試圖回答這些古老的問題，這些問題已經(jīng)困擾了人們數(shù)世紀(jì)了?，F(xiàn)在，連接在網(wǎng)際網(wǎng)上的任何人都可以通過萬維網(wǎng)去訪問一個(gè)名為“HST：宇宙的新視角”的科普網(wǎng)站。該站點(diǎn)的網(wǎng)址為http://

而哈勃望遠(yuǎn)鏡的官方科學(xué)站點(diǎn)是http://.

Credit:NASA/STScI,C.Gundy(STScI)andD.Savage(NASA)2001-02-08最遠(yuǎn)的天空最遠(yuǎn)的天空哈勃望遠(yuǎn)鏡拍到的最遠(yuǎn)的天空，距離150億光年恒星生命的循環(huán)NGC3603眨眼睛星云——NGC6826眨眼睛星云－NGC6826

這是哈勃太空望遠(yuǎn)鏡拍攝到的一個(gè)行星狀星云。類似太陽大小的恒星死亡后，其中心繼續(xù)向內(nèi)收縮，而外層氣體則向外膨脹開來，形成一個(gè)大小可及整個(gè)太陽系那么大的氣體星云。人們最早用小望遠(yuǎn)鏡認(rèn)識(shí)這類星云時(shí)，發(fā)現(xiàn)他們的形狀很象行星，所以稱之為行星狀星云，現(xiàn)在在星空中已發(fā)現(xiàn)了大量這類星云，他們?cè)诖笸h(yuǎn)鏡拍攝的照片中顯得十分漂亮。

這個(gè)星云被昵稱為“眨眼睛星云”（BlinkingEyeNebula），事實(shí)上，它的存在時(shí)間頂多1萬年，相對(duì)于一個(gè)恒星長(zhǎng)達(dá)100億年的長(zhǎng)壽命來說，這一點(diǎn)時(shí)間確實(shí)就象“一眨眼”那么短暫。

大麥哲倫大麥哲倫大麥哲倫云（星系）超新星1987A的神秘環(huán)狀結(jié)構(gòu)螞蟻星云

行星狀星云M18沙漏星云伽里略手制的折射望遠(yuǎn)鏡牛頓手制的反射望遠(yuǎn)鏡早期的折射望遠(yuǎn)鏡上海天文臺(tái)1.56米光學(xué)望遠(yuǎn)鏡北京天文臺(tái)2.16米

光學(xué)望遠(yuǎn)鏡云南天文臺(tái)1米

反射望遠(yuǎn)鏡

SDSS(SloanDigitalSkySurvey)主鏡（左后方),此望遠(yuǎn)鏡位于美國新墨西哥州南部中心的薩克拉門托山峰的頂部，海拔2804.2米。圖中右前方為望遠(yuǎn)鏡輔助建筑凱克(keck)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡

座落在夏威夷蒙納基亞山上的兩個(gè)10米光學(xué)望遠(yuǎn)鏡位于美國夏威夷蒙納基亞山上的

8米Gemini光學(xué)望遠(yuǎn)鏡（CFH)3.6米光學(xué)望遠(yuǎn)鏡加拿大－法國－夏威夷(Canada-France-Hawaii）合作。1979年建成，位于夏威夷上海天文臺(tái)25米

射電望遠(yuǎn)鏡烏魯木齊天文站25米射電望遠(yuǎn)鏡位于距烏魯木齊市70公里的南山上，海拔2080米。北京天文臺(tái)密云觀測(cè)站的射電望遠(yuǎn)鏡天線陣305米射電望遠(yuǎn)鏡美國阿雷西博天文臺(tái)(AreciboObservatory)的位于波多黎各阿雷西博64米射電望遠(yuǎn)鏡澳大利亞國家射電天文臺(tái)(AustralianNationalRadioAstronomyObservatory)的64米射電望遠(yuǎn)鏡,位于新南威爾士州帕凱斯德國100米射電望遠(yuǎn)鏡英國焦德雷爾班克

76米射電望遠(yuǎn)鏡甚大陣(VeryLargeArray，VLA)射電望遠(yuǎn)鏡美國甚大陣(VeryLargeArray，VLA)射電望遠(yuǎn)鏡國際甚長(zhǎng)基線射電干涉儀(VLBI)網(wǎng)分布圖超大型光學(xué)望遠(yuǎn)鏡(VLT)的結(jié)構(gòu)模型歐洲南方天文臺(tái)(EuropeanSouthernObservatory)超大型光學(xué)望遠(yuǎn)鏡(VLT)的結(jié)構(gòu)模型。它實(shí)際上是由4臺(tái)大型望遠(yuǎn)鏡和3臺(tái)較小的望遠(yuǎn)鏡組成的望遠(yuǎn)鏡組，可能成為世界上放大倍數(shù)最高的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡行星狀星云M18沙漏星云宇宙探索永無止境銀河系長(zhǎng)出一條胳膊五十年天文圖要重繪

最近澳大利亞天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)渦旋狀的銀河系有一個(gè)巨大的、向外伸展的旋臂?？茖W(xué)家對(duì)于以前竟