-天文学导论第二讲-天体运动.ppt

教材学习 Chapter 3 (Motion of Astronomical Bodies) 3.1 - 3.6 Chapter 4 (Gravity and Orbits) 4.1 - 4.2 Chapter 18 (Relativity and Black Holes) 18.1 - 18.3 1、古希腊的地球中心说 火星视逆行（ 2009-2010 ） 第谷的地缘日心说 (太阳系) 行星轨道近似圆轨道 金星越亮，看起来越小（远） 证明哥白尼太阳中心说是正确的 伽利略的运动学实验是牛顿理论的基础 伽利略的运动学实验是牛顿理论的基础 牛顿运动学第一定律 (惯性定律) 牛顿运动学第二定律 F = ma 牛顿运动学第三定律 牛顿对月球环绕地球轨道运动的思考 轨道：一个物体环绕另一个物体自由下落 宇航员“失重”，但没有逃离地球的引力 相同近地点不同速度的轨道 狭义相对论 光速是最快速度 宇宙射线 cosmic rays 洛仑兹因子 lorentz factor 双生子佯谬 the twin paradox 广义相对论 General Relativity (GR) 质量弯曲时空的理论 质量：引力(牛顿)= 时空弯曲(GR) 弯曲时空中，光不走直线 惯性参考系 质量扭曲其附近的时空结构 质量越大，时空弯曲越显著 GR观测证据：非欧几何 地球绕太阳公转轨道的周长 2π* 地球到太阳中心的距离 （10千米） GR观测证据：水星轨道进动 GR观测证据: 引力透镜 gravitational lensing 引力红移 gravitational redshift 引力红移 gravitational redshift GR的其它应用与预言 GPS 引力波 gravitational waves GR观测证据：时钟不再同步 靠近大质量天体的时钟变慢 1960年：5楼的时钟比地下室的时钟稍快 2010年：最先进的原子钟，一只置于地面，另一只放在“海拔”33厘米处（引力比地面引力小了两千万分之一）。测量结果表明，高处的原子钟比地面上的每世纪快一千亿分之一秒。 （后记：中国古代天文学） 星座（星宿、星宫） 赤道坐标系 太阳黑子：公元前140年，欧洲（807年） 日食：约4000年前，650次（春秋战国-元末1368年） 彗星、流星和陨石 新星和超新星 “夏商周断代工程”与古代天文研究 古代天文仪器 张衡、祖冲之、一行、沈括、郭守敬等 扩展阅读 《天文学简史》（牛津通识读本）霍斯金(Michael Hoskin)著、陈道汉译，译林出版社，(2010-06出版) 《天文学简史》 G.伏古勒尔 著，罗玉君、李珩 译，?中国人民大学出版社 (2010-04出版) 《剑桥插图天文学史》霍斯金主编，江晓原等译，山东画报出版社，2003年3月出版 《科学世界》2010年第9/10期，《时空幻象》深入浅出介绍相对论的时空观 《科学世界》2012年第2期：光速不变 水星近日点的进动 5600角秒/100年 （金星等）引力摄动解释5557角秒 爱因斯坦广义相对论解释另外的43角秒（太阳附近强引力） 早期爱因斯坦广义相对论的重要证据 所有其它行星轨道的进动可用牛顿引力摄动解释 4。爱因斯坦的相对论 牛顿运动学定律的适用范围：低速（速度远小于光速） 牛顿万有引力定律适用于弱引力场，例如太阳系（水星除外） 高速和强引力场 高速（v0.1c）情况下会发生什么新现象？ 强引力场的时空性质如何？ 爱因斯坦(Albert Einstein 1879-1955)对空间和时间中的运动和引力做出了新的诠释： 狭义相对论 Special Relativity (1905) 广义相对论 General Relativity (1915) 狭义相对论 所有运动都是相对于一个选定的参考系的，这正是爱因斯坦相对论中“相对” 的真正含义 长度、时间和质量是相对的，依赖观测者相对于所选定的参考系的运动 四维时空 Four-dimensional spacetime 时间和空间是相对于观测者的运动的，且不互相独立 时间和空间在一起构成四维时空（三维空间和一维时间） [牛顿的绝对时空] 狭义相对论效应 对于以相对论速度做匀速直线运动的物体，一个静止的观测者将会发现【在运动方向上】该物体的： 长度收缩 (length contraction) [ 尺子变短 ] 时间膨胀 (time dilation) [ 时钟变缓 ] 惯性（质量）增加 光速不变 宇宙射线 cosmic rays 宇宙射线（极高能[高速]粒子，多为质子）在通过地球大气外层时产生大量做相对论速度运动(~ 0.995c)的μ介子 μ介子衰变周期=2.2*10-6 s ，最多穿行600米