太阳的主要化学成分

天文学导论复习资料

第一讲天文学导论

●古希腊天文学：毕达哥拉斯，亚里斯多德（地球中心学说），托

勒密的地球中心学说

天文学的发展期：哥白尼、第谷、开普勒和伽利略

牛顿的万有引力定律

爱因斯坦的相对论

●开普勒第一定律：（轨道形状）所有行星皆以椭圆轨道环绕太阳

运行，而太阳位于椭圆的一个焦点上

●开普勒第二定律：（行星速度）行星和太阳的（假想）连线在相

同的时间内扫过相等的面积。

行星越接近太阳则运行速度越快

近日点，运动最快

远日点，运动最慢

●开普勒第三定律：（轨道周期）行星公转周期的平方和其到太阳

的平均距离的立方成正比

(公转周期)2=(常数)x(平均距离)3

第二讲天体的视运动

●月相与食无关

天体的视运动

月全食时月亮变为黄铜色或血红色，这是由于地球大气中的尘埃

颗粒折射阳光中的红光并到达月球所致

●内行星：水星，金星

外行星：火星、木星、土星、天王星和海王星

●头顶的星空取决于你在地球表面上的位置和当地时间

●北京时间正午12点（东经120度）时，北京地方时（东经

116.5度）即太阳时为11点46分，所以此时北京的太阳在子午线以

东约3.5度，再过约14分钟北京“真”正午

●南北天极：不变的参考点

北天极：北极星

南天极：南十字座

●天赤道：不变的参考点

所有恒星沿与天赤道平行的路径由东向西运动（圆弧轨迹

在地球两极，天赤道=地平线

●天顶、地平线和子午线：本地参考系

天顶和子午线的位置不随观测者的地平线移动

相对于星星来讲，天顶和子午线的位置在变

天体的运行（圆弧）轨迹与地平面的夹角为：

90度-观测者所在地理位置的纬度（=天赤道与地面夹角）

●在北极：所有星星沿与地平面平行的圆轨迹运行，从不下落

赤道上：所有星垂直于地平面升起和下落“可见所有星”

●太阳在天球上的视运动轨迹称为黄道

●太阳日=24小时：太阳连续两次到达子午线的时间

恒星日=23小时56分：恒星连续两次到达子午线的时间

恒星日是地球真实的自转周期，不随其绕太阳公转而变化，均为

23小时56分

●月球回到原处（相对于恒星）的周期约为27.323天，此为恒星

周期

●两个天体之间的距离常用它们与观测者之间的夹角表示，即角距

●北京：东经116度22分；北纬39度58分

本初子午线：格林尼治天文台

●把地球的经度、纬度投影到天球上便成为天球的赤道坐标系

赤纬：从天赤道开始至两极Dec[–90，90]度

赤经：用小时、分和秒的时间单位来表示，并由西向东由0增加

到24小时

赤经的计算起点为春分点，在天赤道上由西向东分为24小时

地球“24小时”自转一周360度赤经1小时对应地球自转15度

对于赤经相差1小时的两颗恒星，例如，RA2-RA1=+1小时：

恒星1比恒星2早1小时通过你的子午线（上中天）

如果不是拱极星，恒星1比恒星2早1小时从东方升起

●某地某时刻的恒星时等于此时此刻位于子午线上的恒星的赤经

（天球上与子午线重合的赤经）

赤经小于地方恒星时的恒星位于子午线以西

赤经大于地方恒星时的恒星位于子午线以东

●一颗恒星的时角τ、赤经α和当地的恒星时θ之间的关系为τ=

θ?α

τ<0,在子午线以东（α>θ）

τ>0,在子午线以西（α<θ）

第三讲辐射与天文望远镜

●黑体谱：连续谱的形状只与物体(恒星)的表面温度有关

其峰值波长（颜色）由其表面温度决定

温度降低，黑体谱的峰值向长波方向移动

冷物体产生长波（低频）辐射

热物体产生短波（高频）辐射

●辐射的平方反比定律：强度x距离2=常数（恒星辐射能力）

●关于天文望远镜的常见误解

(wrong)放大作用:大型望远镜把天体放得更大

(Right)聚光作用：使（暗弱）天体的图像更亮更清晰

(wrong)望远镜究竟可以看到多远的天体？

只要一个物体足够亮，无论多远都可以看到

(right)望远镜可以看到多暗的天体？或望远镜可以看到几等星?

只要一个物体足够暗，无论多近都看

●光学望远镜的类型：折射式望远镜反射式望远镜

第四讲太阳系(1)行星

●行星是一个具有如下性质的天体：（a）位于围绕太阳的轨道上，

（b）有足够大的质量来克服固体应力以达到流体静力平衡的形状(近

于球形)，以及（c）已经清空了其轨道附近的区域。矮行星是一个具

有如下性质的天体：（a）位于围绕太阳的轨道上，（b）有足够大的

质量来克服固体应力以达到流体静力平衡的形状（近于球形），（c）

还没有清空其轨道附近的区域，以及（d）不是一颗卫星。

其它所有围绕太阳运动（不是卫星）的天体被定义成“太阳系小

天体”。

●气态巨（外）行星的大质量是由于其体积大，而不是由于其密度

大

内行星（岩石）是最致密的

●内行星轨道基本上在同一平面内

水星轨道面最扁与黄道面夹角最大(7度)

●相对黄道面，冥王星轨道面倾斜很大（17度）

●水星—铁质行星

水星几乎没有大气

●金星—炼狱行星

自转方向和其它行星相反

自转轴没有倾斜，几乎和公转平面垂直，所以金星没有四季之分

自转非常缓慢，恒星日=243天

浓密大气与严重的温室效应

金星的云和酸雨

金星的表面光滑

●地球—金锁轨道上的行星

平均密度约为水的5.5倍，密度最大的行星

●月面上较暗的部分称为月海maria,滴水全无，只是远古时期月

壳形成时凝固了的熔岩

月面上较亮的部分称为山，其实不是山，而是由大量星际物质撞

击月面时所形成的环形山（陨坑）（伽利略命名）

月球无大气

●火星—红色行星

和地球一样，火星拥有极冠，但主要为固态的二氧化碳(干冰)和

少量水冰,且夏消冬长

火星年有680多天

0.53倍地球半径

虽然大气主要由二氧化碳组成，但是火星大气太稀薄，不能有效

束缚太阳能，因此它的表面温度变化很大：-130°C--30°C。由于火

星距离太阳遥远，所以表面平均气温很低

火星表面：火山和峡谷

火星有两颗细小且不规则的天然卫星，较大一颗（火卫一）的直

径仅27千米

自转周期=公转周期。极可能是俘获的小行星

●木星—行星巨无霸

太阳系内体积和质量最大的行星

低密度

木星主要成分

主要成分为氢和氦(likeSun),以及少量的甲烷和氨

表面气压极大，超过地球的1000倍，以致木星的中心由金属相的

氢组成

（光）环系统也是四颗类木行星的共同特征

木星有61个卫星

●土星—有光环的“天神”

在众多行星中，密度最低(0.7g/cm^3），比水轻，“水上漂”

光环的厚度约1公里，主要由数毫米至数米的尘埃和冰块组成

●天王星—躺着自转的行星

与木星和土星不同，天王星的大气相对较为平静，因而缺乏表面

特征，云带不显著

天王星拥有岩石核心

●海王星—最远的行星

海王星的大黑斑

第五讲太阳系(2)矮行星、小天体与太阳系形成

●谷神星：最大小行星，1号小行星

阋神星:最大矮行星

●冥王星—“古怪的小家伙”

冥王星的基本特征

质量小于地球的1%，半径约1150千米，比月球（半径约1740

千米）还小

冥王星表面及其大气由氮组成，从其密度推断，它应有坚固的表

面

查戎和冥王星互为同步卫星

查戎是整个太阳系已知惟一的天然同步卫星

●小行星—“天上的灾星”(535000颗)

小行星带：位于火星和木星轨道之间的一个“垃圾场”，距离太

阳约2.8（2.0-3.3）AU

特洛伊型小行星：和木星具有共同轨道的小行星群

小行星带的基本特征

轨道周期：3.2-6年

由岩石与金属构成的块状小天体

直径大于250千米的小行星不足20颗

大部分形状不规则，非球形，

●彗星—脏兮兮的雪球

彗星的基本特征

彗星和小行星具有共同的起源

彗星质量~10-11地球质量，体积大，密度很低，因而是结构松

散、多孔的天体

彗星的结构

慧核：彗星中心是一颗由凝固了的气体和尘埃组成的、直径小于

10公里的细小彗核

彗尾：彗尾永远是背着太阳的

●太阳系知多少？

行星椭圆轨道椭度轻微，几乎近似为圆轨道

行星公转自西向东

自转轴相对于轨道面的倾斜度小（金星和天王星是例外，可能碰

撞引起）

行星的化学成分不同，大致随到太阳的距离变化：内行星致密、

富含金属，而外行星体积大、富含氢

行星包含太阳系大约90%的角动量，但太阳却包含太阳系超过99%

的质量

●1.星云坍缩：巨分子云裂变后的其中一块云：太阳（原始）星云

2.星云自转随坍缩加快

etiondiskforms形成吸积盘

对于自转的星云，因为离心力平衡引力，坍缩的程度具有方向性：

自转使得垂直于自转轴方向上的坍缩减慢，但是不影响沿自转轴方向

的坍缩，所以自转的星云渐渐变得扁平

4.小物体成长为大物体

星子：行星的种子

星子的增长方式：凝聚碰撞吸引

5.原行星盘：内热外冷

6.固态的原行星吸积大气

7.卫星的形成

月球可能是星子和地球碰撞的残骸

火星的两个卫星可能是俘获的小行星

8.原太阳和原行星的最后凝聚

像星云坍缩一样，原太阳和原行星也在自引力的作用下开始坍缩，

最终形成一个太阳和（被若干个卫星环绕的）若干个行星

●太阳系的故事：微缩版

太阳系是恒星和行星形成理论的一个具体验证

星云坍缩为原太阳和原行星盘

由岩石组成的类地行星形成于内太阳系

巨大外行星的核的形成和内行星一样，由星子形成，但是外行星

能够俘获并束缚大量气体外行星的卫星形成于其周围的小吸积盘

小行星和彗星是存活到今天的星子

月球可能碰撞的残骸

各个行星形成的年代和顺序？

第六讲系外行星与地外生命

●尘埃盘(DustDisks)暗示行星的存在

●尘埃反射星光的总亮度是一个行星的10^12倍

每块岩石的（反射）亮度正比于r2，岩石的数目反比于r3

●探测系外行星的5大技术

1.直接成像法

北落师门b（Fomalhautb）：年轻的行星

HR8799bcd：放大版的太阳系

2.天体测量学法

3.视向速度法

4.行星掩食法

5.微引力透镜法

●脉冲星是倾斜的自转磁中子星

●系外行星的统计特征：（与太阳系大不同）质量大，距恒星近

第七讲太阳与恒星

●太阳是靠自身引力而束缚在一起的一个气态球，主要成分为氢和

氦。太阳核心的温度和压力异常大，使得氢聚变为氦（热核聚变），

释放出巨大能量

●太阳化学成分

以质量计：

氢：72%

氦：26%

其它元素：2%

以粒子数计：

~90%氢

~10%氦

等离子体态

●太阳温度

中心:1.5x10^7K

光球层:5800K

日冕:10^6–10^7K

（太阳黑子:4800K）

●太阳的较差自转:太阳不是固体，其表面的自转速度在不同纬度

是不同的，赤道附近转得最快，两极最慢

太阳黑子和许多太阳活动都是由较差自转造成的

●太阳结构

1.太阳核心

至20%半径处，密度最大，50%太阳总质量

温度高达1500万K

等离子（气）态：离子自由游荡

太阳的引擎：通过氢聚变为氦的热核反应，释放出巨大能量

2.辐射区

至太阳半径70%处，能量以辐射转移形式向外传播的区域

太阳核心产生的是伽马射线光子

辐射转移

3.对流区

能量以对流形式向外传播的地方，至半径99%处（即太阳的外层）

离核心越远，气体温度越低（约200万K），开始变得不透明，

光子很容易被吸收，辐射转移的效率因而很低，因此在太阳最外层，

对流取代了辐射转移成为传播能量至太阳表面更重要的方式

4.光球层Photosphere：“发光的球体”

对流区的上部是光球层，即我们每天所看到的太阳，是太阳“大

气”中非常薄的一层，厚度仅500千米，气体密度为地球大气的10%

我们之所以看到光球层，是因为它的气体密度正合适。在它之下

的气体密度太大，光线不能直接通过；在它之上的气体密度则足够稀

薄，能让光球层发出的光线顺利通过，8.3分钟到达地球

所以，光球层界定了肉眼（光学）可见的太阳的“表面”，其温

度约为5800K

5.色球层

光球层之上的气体是一层约2000公里厚的色球层，温度更高，特

征温度为105K，底层大气

色球层比光球层暗得多，所以通常只能在日全食时才能看见它

（色球仪）

色球层并非球形，而且有很多称为针状体（spicule）的细小突起

6.日冕

日冕是太阳大气的最外层，和色球层一样也通常只能在日全食时

才能看见（日冕仪）?日冕密度非常低，但可延伸至太阳半径的10倍

之远，温度更高达106K（？）

●太阳的能量产生机制

1.开尔文收缩假说

2.爱丁顿热核聚变

●太阳中微子

p-p链产生的其中一种粒子是电子中微子，质量很小，不带电

大约5%的太阳能量是以中微子的形式释放出去（其它95%以辐

射形式）

●太阳活动

1.太阳黑子

太阳黑子是太阳光球层上的小的黑暗区域，温度只有约4200K

太阳黑子的数目变化有一个11年的周期

黑子经常成对出现，每对极性相反。因此每对黑子皆有磁力线相

连，而且南北半球黑子极性相反

2.太阳日珥

日珥是巨大的拱形状的气体云，可上窜至太阳光球层以上相当于

数个地球直径的太阳大气层的色球层。

3.太阳耀斑

太阳耀斑是更猛烈的突然爆发现象：

放射出强大的X射线、紫外线、可见光和太阳风

加热色球层和日冕内的气体

日珥和耀斑都明显和太阳的磁场和黑子有关

4.太阳风.

太阳风主要是飞离太阳的质子和电子。日冕是太阳风的源头

●日振波：振动频率依赖于太阳内部结构，与温度、密度和化学成

分等因素相关

●恒星的基本特征：恒星是一个被自身引力束缚的气态球，而其质

量大至足以在其核心产生热核反应

●通常用相隔半年时间（地球轨道的相对两侧）的恒星位置改变的

角大小的一半来表示，称为恒星的视差

●p=1角秒所对应的距离定义为1秒差距

1pc=3.26光年=3.08x1016米

恒星越远，其视差越小

●恒星视亮度用视星等apparentmagnitude表示，即以恒星视亮

度（照度）I的对数来表示

m=-2.5log10(b/b0)

●视星等越大，则恒星越暗

视星等相差1等，亮度之比为2.512

如果恒星的距离倍增，亮度变为1/4，则星等约增加1.5

●表示天体辐射本领的量是绝对星等或光度（辐射功率）

视亮度和光度成正比，和距离平方成反比

恒星光度相差悬殊：106-10-4太阳光度

恒星的颜色由其表面温度决定

●赫-罗图：揭示恒星演化

位于右上角的“恒”星，表面温度很低（单位面积辐射低），但

光度极大，所以星体积必定极大，称为巨星

位于左下角的星，温度高而光度小，所以体积必定小，称为矮星

等半径线：半径相同的恒星位于斜率为负值的直线上

恒星的半径也由其在赫-罗图上的位置得出

半径从左下角（白矮星）到右上角（超巨星）增加

不同等半径线上的主序星，其质量必定不同

主序带是关于恒星质量的序列

O型星：比太阳热、大、亮

M型星：比太阳冷、小、暗

●恒星质量决定它在主序带上的位置

●赫-罗图测恒星距离：分光视差

●双星的轨道特征

质心位于两个椭圆的一个焦点上

质心（位于两个天体的连线上）保持固定

两个天体正好总是位于质心的两侧，运动方向总是相反

●双星

银河系中超过50%的恒星是和其它恒星组成双星或多重恒星(聚星)

系统

目视双星

分光双星

食双星

●星团

疏散星团openclusters

球状星团globularclusters

第八讲星际介质与恒星形成

●星际介质

~99%的星际介质是气体，即自由运动的原子和分子

星际气体（interstellargas）极端稀薄：

●星际介质中大约1%质量的物质是固体颗粒，称为星际尘埃

星际尘埃可吸附其它的原子和分子长成更大更重的物体

●改正天体的消光和红化是解释天文观测最困难的部分之一，往往

增加天体特征测量的不确定性

远红外“眼”所看到的宇宙基本上不是星光，而是尘埃的热辐射

●星际云和云际气体

●星际云的特征

与温暖的云际气体比较，星际云更冷，但更致密

T~100K

密度~1-100atoms/cm3

星际云的大部分成分是中性氢原子

通常称冷而致密的气体为（星际）云

●分子云

分子只能生存在既冷又暗的星际云中，称为分子云

星际云最致密的核心区

更冷:T~10K

更致密:100-1,000分子/cm3,某些1010分子/cm3(依然是实验

室中好的真空!)

分子氢(H2)：最轻，最常见

主要辐射射电与红外

发射线：分子云的指纹

巨分子云

●恒星形成

分子云是恒星形成的摇篮

1.分子云坍缩为原恒星

2.原恒星变成恒星

●原恒星的特点

原恒星不仅大而且亮（与太阳比较）

尽管很亮但可能在可见光波段不可见

相对较冷，大部分辐射为红外

在初期，原恒星深埋在致密的尘埃分子云中，尘埃吸收可见光

●褐矮星既不是恒星也不是行星

●星团中的恒星同时形成

质量大即寿命短

主序恒星也在演化

第九讲小质量恒星演化

●太阳恒星演化

1.亚巨星支

He核收缩→壳层引力增加→壳层压力增加→壳层H燃烧率加快

（He核质量增加）→恒星更亮，但体积膨胀→表面温度降低→恒星更

红！

亚巨星结构：非燃烧He核+壳层H燃烧+非燃烧H包层

体积膨胀→表面温度降低，但光度增加

2.红巨星支

He核体积持续缩小→电子开始简并(压)

红巨星结构：非燃烧简并He核+燃烧H壳层+非燃烧H包层

（恒星沿RGB是加速向上攀升的）

3.氦闪

由于简并，He核温度上升但不膨胀

氦闪后，电子简并解除

恒星进入一个新的稳定态：He在正常的非简并的核内燃烧成为C，

H在壳层内燃烧成为He4.水平支

He闪后，光度降低→恒星（H包层）收缩→表面温度上升→恒星

向左下方移至水平支

水平支（HB）星

HB星结构：稳定He核燃烧+（+非燃烧He壳层）+H壳层燃

烧+非燃烧H包层

HB星和主序星的比较

HB星保持稳定仅5千万年(He→C,H→He)：

核心区的燃料变少

He燃烧的能量转换效率比H低许多

HB星更亮→必须更快消耗燃料

5.渐进巨星支

当核心He枯竭→引力>压力→C核坍缩至电子简并→C核半径减

小，引力上升→壳层压力上升→加快壳层He和壳层H的燃烧→简并C

核质量(非半径，仍坍缩)增长加快→引力上升加快→壳层压力上升加

快→

红超巨星

AGB星结构：简并非燃烧C核+He壳层燃烧+（非燃烧He壳层

+）H壳层燃烧+非燃烧H包层

太阳的C核不会燃烧！

简并C核质量(和温度T)增加→加快壳层He和H燃烧→…→互

相促进→…（C核收缩）

6.恒星质量损失

在AGB结束时，恒星质量损失失控

7.行星状星云

行星状星云常为环形，环绕着恒星演化后所遗留下来的白矮星。

气体壳层不断膨胀，年龄不超过5X104年

8.成为白矮星

简并的恒星灰烬称为（碳）白矮星，很热但很小

9.白矮星冷却为黑矮星

●白矮星（WD）

白矮星是密度高、体积小、光度低、表面温度高的白色星

绝对星等Mv~8m-16m→光度很低

有效温度Teff~5×103-4×104K：光谱O到K型

暗弱→仅很近的白矮星才易观测到

单星或双星成员

第十讲大质量恒星演化

●脉动变星

造父变星（Cepheidvariables）：最高质量最亮的脉动变星

原型：DeltaCepheid

周光关系：测量邻近星系的距离

●大质量恒星有高速星风

●

当核心He枯竭→C核坍缩（不简并）→温度上升到T>=8x108

K→C开始燃烧?C燃烧产生大量重元素：钠、氖、镁

结构：C核燃烧+He壳层燃烧+H壳层燃烧+…

Fe是热核聚变所能合成的最重元素

●不同质量恒星的演化结局

●超新星的主要特征

光度：L～107-1010L⊙

爆发能E～1047-1052ergs（其中中微子占99%，动能占1%，

可见光辐射占0.01%）?膨胀速度v～103-104kms-1

产物：膨胀气壳（超新星遗迹）+致密天体（中子星[脉冲星]或黑

洞）

Ia型无致密残骸

●超新星的爆发机制

Ia（热核）超新星：小质量双星系统中吸积白矮星的C（He，O）

爆燃

Ib/Ic,II型（核坍缩）超新星：大质量恒星的核坍缩

●大量中子形成于：

恒星演化的内部核反应（慢过程）

超新星爆发时（快过程

●星体物质几乎全为中子，且简并，中子简并压可以抗衡引力，形

成新的稳定物态，即中子星

与一般恒星相比，中子星的温度很高

●中子星的结构

表层大气~cm（没显示）

外壳~0.3km,固态金属（Fe,e－）

内壳~0.6km,原子核、游离中子、电子

内部：超流中子和超导质子

核心:超子/奇异物质？（夸克）

●脉冲星

●黑洞

●X射线双星

X射线辐射机制

吸积物质引力势能→动能→热能→X射线辐射

第十一讲银河系

●银河系的整体结构

(1)银盘(disk)：旋臂(2)核球(bulge)：棒状

(3)球状星团（~150）(4)银晕(halo)(5)银冕(corona

●银河系的自转是较差（非刚体）转动

●银河系的旋涡结构

银盘

构成：星族I恒星、气体和尘埃

直径：D~30kpc

~10万光年

厚度：h~70-300pc

→D>>h

显著特征为旋臂

正发生恒星形成

●核球和银心

核球（银心）在人马座方向，椭球形？，大小~6×4kpc，恒星分

布十分密集

强射电、红外和伽马射线源：SaggitariusA*（SgrA*）

人马座最强的射电源

第十二讲星系

●椭圆星系

主要由星族Ⅱ恒星构成，没有星系盘，没有或仅有少量星际气体

和尘埃（中心），颜色偏红

中心区域最亮，亮度向边缘递减

●旋涡星系

按照核球的大小和旋臂的缠卷程度，旋涡星系又分为Sa,Sb,Sc三

个次型。Sa型核球最大，旋臂缠卷最紧；Sc型核球最小，旋臂缠卷最

松

●棒旋星系

按照棒的大小和旋臂的缠卷程度，棒旋星系可以分为SBa,SBb,

SBc三个次型。其中SBa型棒最大，旋臂缠卷最紧；而SBc型棒最小，

旋臂缠卷最松

●透镜状星系

介于椭圆星系和旋涡星系之间的、无旋臂的盘星系。在形态上，

透镜状星系与旋涡星系的主要差别是没有旋臂；与椭圆星系的主要差

别是有星系盘?根据核心是否有棒状结构，符号相应为S0或SB0。主

要由年老恒星组成，气体很少●不规则星系

外型或结构没有明显对称性的星系，符号为Irr

无旋臂和中心核区。富含星际气体、尘埃和年轻恒星

●星系距离的测量：标准烛光法

标准烛光源1:主序星

标准烛光源2:造父变星

标准烛光源3:Ia超新星

●星系质量越大→光度越高

谱线宽度?光度

●哈勃定律

星系谱线（宇宙学）红移得到的星系退行速度V与星系的距离D

成正比，即著名的哈勃定律:V＝H0×D

其中H0为哈勃常数(Hubble'sconstant)

●根据成员星系的多少（形状），星系聚集为

星系群(groupofgalaxies)

星系团(clusterofgalaxies)

●本星系群

由银河系、仙女星系（M31）等附近至少40个星系组成。包含3

个旋涡星系（银河系、M31、M33），4个不规则星系（大、小麦哲

伦云等），20多个矮椭圆星系?银河系和仙女星系是本星系群中质量

最大的两个星系，分别位于本星系群的两端，在引力作用下分别带领

周围质量较小的星系相互绕转

●星系团：星系团是包含至少~50个亮星系的星系集合

不规则星系团：形态松散，主要由旋涡星系组成（室女座星系团）

规则星系团：结构致密、球对称分布，主要由椭圆星系和透镜状

星系组成（后发座星系团）富星系团与贫星系团

富星系团是强X射线源

●超星系团

由若干(几十到几百)星系团组成的星系集团

大小约100Mpc，质量可达约1016M⊙

成员星系团之间的引力作用较弱→超星系团膨胀，结构松散，无

明显的核心和对称性

质量较大的超星系团具有细长的纤维状结构，长：100-300Mpc

宽：50-100Mpc

厚：5-10Mpc

最大尺度的宇宙结构

●

星系碰撞→星系形态的变化

星系碰撞→星暴现象

星系碰撞→星系并合

●星系(团)引力质量的测定：暗物质的证据

1.自转曲线（旋涡星系）

2.无规则运动（椭圆星系、星系团）

3.热气体的X射线辐射（星系团）

4.引力透镜（星系、星系团）

●质光比：天体系统的（引力总）质量（太阳单位）/光度（太阳

单位）[光度可见质量]

质光比表征暗物质与可见物质之比。其值越大，暗物质含量越多

第十三讲活动星系核

活动星系核种类繁多，并相互交叉。观测上主要分为4种类型：

Radiogalaxies射电星系

Seyfertgalaxies赛弗特星系

Quasars类星体

BLLacobjects蝎虎（座）BLLac天体

1。活动星系核的观测特征

1.1高光度

1.2快速光变

1.3非热连续辐射,高偏振辐射

1.4（射电波段）特殊形态：亮核、喷流、不规则形态

1.5强发射线：中心区高能辐射对周围气体的电离（金属线）

1.6寄主星系Hostgalaxy：暗淡

2。活动星系核的主要类型

2.1射电星系

2.1.1致密型：致密型射电星系的射电像与光学像一致或稍小，也

称为核射电星系的形态特征：晕射电星系。射电辐射来自核心

延展型：延展射电星系的射电像大于光学像，常为双瓣结构，长

达

~1Mpc。射电辐射主要来自双瓣

它们本质上是一致的，可能是由于观测者视线方向的不同造成的

2.2.2射电星系的基本特征：

——射电光度（~1042-1045ergs-1）远大于正常星系（~1037-

1039ergs-1）

——射电辐射一般具有非热性质

——寄主星系大多数是椭圆星系。它们往往是星系团中光度最高、

质量最大的星系

——具有复杂的射电结构

Cygnus(天鹅座)A：典型的双瓣结构；最亮的射电源

室女星系团中心的巨椭圆星系;第一个观测到(光学)喷流的星系。

Centaurus(半人马座)A:非典型巨椭圆星系，可能是星系并合而

成，环形尘埃带（兰巨星）

2.2赛弗特星系

2.2.1赛弗特星系是旋涡星系，具有不寻常的类似恒星的亮核，而

且其光学谱有许多突出的发射线

2.2.2根据发射线宽度的不同，赛弗特星系分为:I型同时具有很宽

的H线和相对较窄的电离金属线;Ⅱ型仅有窄线

I型II型

2.2.3

——赛弗特星系是强X射线源，弱射电辐射

——X射线辐射的快速（分钟）光变致密核

——紫外、X射线辐射+照射并加热核心周围的气体而产生发射线

——不同类型赛弗特星系的差别可能是由于观测者视线方向的不

同引起

2.3类星体

——3C273：第一个类星体

——类星体是观测到的最遥远、最年轻、也是辐射功率最大的河

外天体

——类星体通常有喷流，射电喷流通常有双瓣结构

——与类星体相比，它们的寄主星系十分黯淡

2.4蝎虎天体

——最亮、变化最激烈的活动星系核

——原型：蝎虎座BL（1929年发现,恒星状，有暗弱包层1968

证认）:BLLac(2200+420)2.4.1蝎虎天体的显著特征

——在相同红移（距离）处，BLLac天体比类星体亮（光度）

10-100倍

——非热连续谱主导，发射线极弱或完全观测不到

——在γ射线波段辐射主要能量，同时有强烈的射电、红外、光

学、紫外和X射线辐射，高偏振

——在TeV能段，绝大部分河外源是blazars

——寄主星系是椭圆星系

——大幅度、短时标光变→致密核

3。活动星系核的理论模型

AGN的活动性源于星系的核心区域的超大质量（106-1010M⊙）

黑洞，黑洞的物质吸积提供了活动星系核的能源

黑洞吸积的物质来自于星系核心附近的气体（或恒星碰撞和星系

间碰撞而剥离出的气体)

爱丁顿Eddington光度：一个稳定天体：辐射压<=引力

AGN的类型与喷流和视线的夹角有关

AGN的外部结构与辐射

——黑洞（能源）

——吸积盘（X-ray/UV辐射)

——喷流（射电）

——寄主星系（供给养料）

5。超大质量黑洞的观测证据

观测步骤：

高分辨率观测→核区大小；

核区附近气体/恒星运动→核区质量；

质量/空间尺度比→黑洞？

第十四讲宇宙学

●

宇宙学原理：无论身处宇宙的何处，“观测者”所看到的宇宙都

是相同的

物理规律的普适性

宇宙学原理的两个推论：

宇宙中的物质分布是均匀的（空间尺度足够大）

宇宙是各项同性的

宇宙学原理表明宇宙既要均匀又要各项同性

●宇宙在膨胀

超新星观测支持宇宙膨胀在加速

●物质相互作用的四种力

强度作用范围(m)

强（相互作用）力1束缚核子10-15

电磁力1/137束缚原子∞

弱（相互作用）力10-5引起放射性10-17

引力6×10-39束缚宏观物体∞

●

辐射主导宇宙→物质主导宇宙

在最大的尺度上，宇宙是物质和辐射的均匀混合体

宇宙中的物质包括可见物质与暗物质

辐射主要来自微波背景辐射

→目前的宇宙是物质主导的

●暗物质的成分:

热暗物质(hotdarkmatter,HDM)：粒子质量很小，速度接近光

速（如中微子）→宇宙大尺度结构→小结构（自上而下）

冷暗物质(colddarkmatter,CDM)：粒子质量较大、速度较慢

（WIMPs）→宇宙小尺度结构→大结构（自下而上）