科技史：第二十二讲 现代天文学的丰硕成果.ppt

一、天体物理学的发展 二、观测手段的进步 三、宇宙学的发展 四、黑洞与宇宙 一、天体物理学的发展 分光术应用于天文学产生了天体分光学 测光术在天文学上的应用 1. 1857年，英国人普格森建立了光度与星等的基本关系式，从此开始了科学的测光工作。 2. 1859年，德国天文学家泽内尔制作了第一架近代光度计，并于1861年公布了用这架仪器测量到的226颗亮星的第一个近代光度星表。 照相术在天文学上的应用 1. 1840年，美国的德雷伯最先把照相术应用于天文观测，拍摄了月亮的照片。 2. 1880年开始，美国哈佛大学天文台用物端棱镜拍摄了225，000多颗恒星的光谱照片，并按光谱把这些星分类，成为著名的哈佛光谱分类。 3. 当前，天体物理学和理论物理学迅速发展，以及它们之间日益广泛而深入地互相结合、渗透的新趋势，使天体物理学出现许多分支，为人们更深刻认识天体运行规律提供了新的理论武器。 二、观测手段的进步 1. 由于天文学研究对象的特殊性，它的现代发展离不开观测手段的改进，这里主要指射电望远镜的发展和应用。 2. 1937年，美国的雷伯制造了第一台射电望远镜，抛物面直径达9米。 3. 1942年，英国海伊用军用的超高频雷达首先发现了太阳射电。 4. 六十年代天文学上的4大发现——类星体、 3 K微波背景辐射、射电脉冲星和星际有机分子，都是靠射电探测工具获得的。 类星体 微波背景辐射 来自宇宙空间背景上的各向同性的微波辐射。20世纪60年代初，美国科学家彭齐亚斯和威尔逊为了改进卫星通讯，建立了高灵敏度的号角式接收天线系统。1964年，他们用它测量银晕气体射电强度时，发现总有消除不掉的背景噪声。他们认为，这些来自宇宙的波长为7.35厘米的微 波噪声相当于3.5 K。1965年， 他们又订正为3 K，并将 这一发现公诸于世，为 此获1978年诺贝尔物理学 奖金。 微波背景辐射的发现被认为是20世纪天文学的一项重大成就。它对现代宇宙学所产生的深远影响，可以与河外星系的红移的发现相比拟。当前，流行的看法认为背景辐射起源于热宇宙的早期。这是对大爆炸宇宙学的强有力的支持。早在40年代，伽莫夫、阿尔菲和海尔曼根据当时已知的氦丰度和哈勃常数等资料，发展了热大爆炸学说，并预言宇宙间充满具有黑体谱的残余辐射，其温度约为几K或几十K。3 K微波背景辐射的实测结果与理论预期大体相符。 射电脉冲星 星际有机分子 宇宙论的基本问题 1. 宇宙从哪里来？又向何处去？ 2. 宇宙中的天体是如何运行的？ 3. 对于这样的问题，在人类历史上出现过多种多样的答案。 4. 譬如基督教的回答是这样的：上帝创造了宇宙以及其中的万物；天体的运行也是上帝安排好的。 古希腊人的答案 1. 古希腊人用几何学来解释日月行星是如何运行的，这些知识被公元二世纪的托勒密（Claudius Ptolemy）汇总在《至大论》一书中，构成我们今天所知的地心宇宙体系。 2. 地心说是第一个精密的宇宙模型，用来解释太阳、月亮和当时已知的五大行星如何绕着地球这个宇宙的中心运行。 3. 后来该学说与亚里斯多德的哲学结合被纳入《圣经》的框架，成为基督教的钦定宇宙模型。 日心宇宙模型 1. 文艺复兴晚期，波兰教士哥白尼（Nicolas Copernicus）从简单性和完美性的信念出发，提出了一个日心宇宙模型， 2. 认为地球带着月亮，和其他行星一起，是绕着太阳这个宇宙的中心转动的。 3. 1543年哥白尼去世前一刻将这种学说以《天体运行论》的书名公开发表。 伽利略的贡献 1. 1609年意大利人伽利略（Galileo Galilei）把望远镜指向天空，看到了一系列前所未见的天象。 2. 特别是他看到木星有四颗卫星围绕它运转，这一观测否定了地心说的地球是宇宙唯一绕转中心的说法。 3. 伽利略热情地宣传日心说，写下了《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》的名篇（1632年出版），从而引起一些教会学者的疑虑和嫉恨。 4. 罗马教会的宗教法庭做出裁决：《天体运行论》只能作为一个数学模型在学校讲授；伽利略的著作禁止出版，其本人终身监禁。 开普勒的贡献 1. 另一位哥白尼学说的信奉者德国人开普勒（Johann Kepler）找到了有关行星运行的更简单的一致性。 2. 在1609年其发表的《新天文学》中，开普勒指出所有的行星包括地球沿各自的椭圆轨道绕太阳转动，太阳位于这些椭圆轨道的一个焦点上。 3. 用一条圆锥曲线就描述了所有行星的运行，开普勒把宇宙和谐的思想发挥到了极至。 天体运动的原因 1. 到此为止人们只是在回答宇宙如何运转的问题。 2. 开普勒进而开始寻找让天体运动起来的动力学原因。 3. 笛卡尔（René Descartes