第二章 银河系和河外星系 第一节 恒星世界 第二节 银河系 第三节 河外星系 第四节 活动星系 第五节 星云 第六节 星系团和总星系

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1 第二章 银河系和河外星系 第一节 恒星世界 第二节 银河系 第三节 河外星系 第四节 活动星系 第五节 星云 第六节 星系团和总星系
第二章 银河系和河外星系 第一节 恒星世界 第二节 银河系 第三节 河外星系 第四节 活动星系 第五节 星云 第六节 星系团和总星系 第七节 星系的起源与起源 第八节 宇宙的起源

2 本章有关视屏，课余观看 微博收藏3页网易公开课 《仙后座计划：从宇宙大爆炸到人类》
微博收藏5页【视频：遥望星空：哈勃眼中的宇宙】 百度视频搜索： 宇宙解码1第1集：恒星 宇宙解码1第2集：黑洞 宇宙解码1第3集：大爆炸 宇宙解码1第4集：星系 宇宙解码1第5集：太阳系

3 第一节 恒星世界 一、恒星含义和一般性状 二、恒星的周年视差与距离 三、恒星的运动 四、恒星的光谱信息 五、恒星的亮度与光度
第一节 恒星世界 一、恒星含义和一般性状 二、恒星的周年视差与距离 三、恒星的运动 四、恒星的光谱信息 五、恒星的亮度与光度 六、恒星的多样性 七、恒星的演化模式

4 一、恒星含义和一般性状 1、恒星的定义——宇宙间由炽热气体组成，能自行发光的球状 或类球状天体。
1、恒星的定义——宇宙间由炽热气体组成，能自行发光的球状 或类球状天体。 2、恒星的成分： H（71%），He（27 %）其它（2 %） 3、恒星的直径: 为10-5—1800 D⊙ （太阳直径=140万km） 例如：红巨星103 D⊙；白矮星 10-2 D⊙；中子星 10-5 D⊙ 。 4、恒星的质量: 为7%M⊙—120 M⊙ （ M⊙太阳质量） 5、恒星的密度: 太阳1.4； 中子星1014；矮星107；巨星10-6

5 第一次出现206265” （注：上式为单纯物镜拍照时适用） 1弧度=360°/2π=57.3°=3438’=206265”
2、望远镜的放大倍率（G） 定义式： 3、照相底片比例尺（α″） 定义α″：底片上每毫米对应天体张角的角秒数。 定义式： α″=206265/F （F的单位为mm） （注：上式为单纯物镜拍照时适用） 1弧度=360°/2π=57.3°=3438’=206265” 案例：如物镜F=2400mm 则α″=86″/mm G = F f

6 第二次出现206265” 3、弧度制： 弧度定义式： θ=L/r (无量纲） 当：L = r 时→ θ=1（弧度）
360°=2 rπ/r =2π （弧度） 1 弧度= 360°/2 π=（ )° = ( ×60)′ = ( ×60 ×60)″ 即: 1 弧度= ″ 或: 1″=1/206265(弧度) θ r L

7 + = 第三次出现206265” 二、恒星的周年视差与距离（168） π 3、恒星的视差测距（100PC内适用）
☆ ⊙  A π D 日 地 恒星 3、恒星的视差测距（100PC内适用） 二、恒星的周年视差与距离（168） 1、恒星的周年视差：是指地球轨道半径（A）对于 某恒星的最大张角（π）叫该恒星的周年视差。 2、天文距离： ①天文单位（A）——日地平均距离≈1.496亿km=1(A) ②光年——光一年通过的路程≈94605亿km 光年= 63240天文单位 ③秒差距(PC)——周年视差（π）为一角秒的恒星与太阳的距离（D）定义为一秒差距。 当π角很小时,π角所对的弧与弦近似相等。 于是有： π（弧度）=A/D ；将弧度化为角秒得： π″=206265A/D；或：D=206265A/π″ 当π为1角秒时有： D=206265A=1秒差距（PC）=3.2616光年 ☆ 。 ★ ∵ D=206265A/π″ ∴D=1/π″（秒差距 ） 比邻星π=0.76″ 该恒星周年视差为:π=0.6″ π 该恒星的距离则为: 。 D=1/π″=1/0.6=1.666秒差距 半年前 现在 迭加后 ★ ★ ★ + = 1.2″ 因为：目前大型望远镜的分辨率百分之一个角秒。 第三次出现206265”

8 = + 三、恒星的运动 V切 V视 V视 V切 V μ V视 μ恒星的自行（弧度/年）d 为星地距离 V切 1、恒星运动速度（V）的分解：
2、恒星的自行和切向速度： ①自行（μ）——由于恒星长期定向 运动产生的角位移。单位 例如：巴纳德μ=10.3″/年 ; 开普坦μ=8.8″/年 ② V 的求算: V切 = μd 结果得： V视 → V切 → ★ → 视线 → V = V视 V切 + μ ☆V → 指向地球为负背向地球为正 V视 →  d 弧度/年角秒/年 中国的天文学家僧一行发现古代星图的个别恒星位置有较大出入；英国的天文学家哈雷发现:天狼星、南河三、大角的自行。 → μ恒星的自行（弧度/年）d 为星地距离 巴纳德 =90 km/s ; 开普坦 =166 km/s V切 →

9 = 四、恒星的光谱信息 T= ———— 。 V视 红移（λ＞λ。 ）——恒星背离我们运动 Oh Be A Fine Girl Kiss Mi
静止光源λ。 红移（λ＞λ。 ）——恒星背离我们运动 Oh Be A Fine Girl Kiss Mi 四、恒星的光谱信息 1、根据恒星光谱的峰值波长（λm ）推算其表面温度T： λm单位（A）；T单位（K） 2、根据恒星的光谱线 证认其物质成分。 3、根据多普勒效应测 定恒星的视向速度 当λ＞λ。称红移（恒星背离我们运动）V视 ＞ 当λ＜λ。称紫移（恒星向着我们运动）V视 ＜ 0 4、根据塞曼效应证认恒星的磁场 多普勒效应——由于波源与观察者之间的相对运动导致观测波长改变的现象。 波长λ 能量 E O B A F G K M 固体、液体发光为连续光谱 T= ———— 2.9×107 A λm 。 λm小 紫移（λ＜λ。 ）——恒星向着我们运动 λm大 气体发光为明线光谱 H 光谱 ★ ☆….★ λ0 f0 He光谱 光 速 λ。静止光源某谱线的波长（A） λ 运动光源该谱线的波长（A） 。 使用更小的单位来度量可见光谱的波长，由此采用了标准毫微米(符号为nm)，此处1nm=10-9m。人眼能起视觉反映的最长和最短波长780nm和380nm。它们分别处在光谱的红色端与紫色端。另一个使用极广的单位是埃(符号为)，这里1=10-10m。采用这一单位时可见光谱范围便可以说是从7800到3800。换算关系为1nm=10。 塞曼效应（Zeeman effect），在原子、分子物理学和化学中的光谱分析里是指原子的光谱线在外磁场中出现分裂的现象。 V视 → （λ-λ。）C λ。 =

10 O B A F G K M 蓝 蓝白 白 黄白 黄 橙 红 3-5万 2万 1万 7500 6000 4500 3000 参宿三 大熊η
Oh Be A Fine Girl Kiss Mi 光谱型 O B A F G K M 颜色 蓝 蓝白 白 黄白 黄 橙 红 温度（K） 3-5万 2万 1万 7500 6000 4500 3000 代表 参宿三 大熊η 天琴α 仙后β 太阳 金牛α 猎户α

11 五、恒星的亮度与光度 1、亮度的定义（E）——天体的明亮程度（视亮度）。 2、光度的定义——恒星的发光强度。
3、星等——天体亮度或光度的等级。 ①视星等（亮度等级m）——古人将肉眼可见的恒星分为六等（最亮的15颗定为1等，最暗的定为6等）。 望远镜可见15等星； 照相术可现23等星。 太阳m=-26.7等； 天狼星m=-1.45等； 满月m=-12.7等。 ② 绝对星等（光度等级M）——在距离某恒星10秒差距时所测的视星等叫该恒星的绝对星等。 太阳M=4.9等; 天狼星M=1.4等; 满月M→不存在!

12 赫罗图——以恒星的绝对星等作纵坐标，表面温度作横坐标的点聚图。（19-20）
4、恒星的光度与表面温度关系： 赫罗图——以恒星的绝对星等作纵坐标，表面温度作横坐标的点聚图。（19-20） 恒星绝对星等 恒星表面温度 主 星 序 恒 星 赫 罗 图 红巨星 矮星

13 六、恒星的多样性 1、变星和新星（爆发变星） （1）变星——在短时间内亮度发生变化的恒星。 可分为:
（2）新星——在可见光波段首次测到且亮度在几天内增加九个星等以上的恒星。（增亮2.1259=4000倍） （3）超新星——亮度变幅超过17个星等的新星。 （增亮 =1亿倍） 2、巨星与矮星 （1）红巨星：光度大、表温低、体积大、密度小的恒星。 （2）白矮星：光度小、表温高、体积小、密度大的恒星。 ①交食变星——物理双星（周期10天左右） ②物理变星——膨胀收缩（几小时到几年）

14 脉冲星是在1967年10月由英国剑桥大学休尹、贝尔发现，至今已测到380多颗，均为河内星体，距离为100—2万秒差距不等。
1、变星和新星 、巨星与矮星 3、中子星与脉冲星 （1）中子星——由中子组成的致密星体（30年代由郎道、奥本海墨预言存在的天体）。 （2）脉冲星（PSR）——在无线电波段具有极短周期脉冲辐射的恒星。 ①脉冲周期很短（0.03—4.3秒不等)。 ②脉冲周期非常稳定（年变幅10-6—10-11 ） 观测特点 ③有稳定的平均脉冲轮廓（多为单峰或双峰型） ④有极强的磁场（磁感强度108 T特斯拉） ⑤高速自转（周期=0.03—4.3秒）形成磁脉冲 推论 ⑥直径很小（15公里）密度很大（1014） （3）一般认为脉冲星就是中子星

15 七、恒星的演化模式： 星际气体 （在自引力的作用下收缩聚合） 原始星 (中心温度达到700万度热核反应开始) 主序星 (中心以氢氦核反应为主) 内部氢燃料耗尽,外部氢氦核反应开始 红巨星 内缩外胀,中心温压升高 1亿度氦碳 6亿度碳铁 M☆＜1.4 M⊙ M☆＞1.4 M⊙ 超新星爆发 白矮星 星际物质 中子星 黑洞 M☆=1.4~2 M⊙ M☆＞2 M⊙ 1014g/cm3 1015g/cm3

16 按恒星演化的推断一些星团已有250亿岁

17 红 超 巨 星

18 红 超 巨 星 心宿二

19 红 超 巨 星 心宿二 球状星团M4

20 蓝 超 巨 星 天津四 参宿七

21 蓝 超 巨 星 从蓝超巨星喷发的“星风”

22 白 矮 星

23 仙后座超新星爆炸残骸 中子星

24 中 子 星 两颗中子星碰撞发生剧烈的爆炸 超新星爆发后形成的中子星和爆发残骸

25 92~98年银河系中心的恒星的高速运动

26 新星爆发——形成美丽的“太空玫瑰” 白矮星

27 白 矮 星 新星爆发——的星云残骸

28 新星爆发形成的沙漏星云 白矮星

29 超新星爆发——含苞欲放的花 中子星

30 超新星爆发——蟹状星云（M 1） 中子星 1973—2001年的变化 M1位于金牛座，1054年爆发，直径3光年，距离我们4000光年。

31 在大麦哲伦星云中爆发的超新星1987A 1987A距离我们15万光年

32 红 超 巨 星 心宿二 球状星团M4

33 古老星团的红巨星和白矮星

34 天狼星伴 天狼星 天狼星及其伴星的X光照片

35

36 1929年哈勃发现 ——星系光谱红移量与距离成正比。

37 第二节 银河系 一、质量与组成：约为1400亿个太阳 质量（可视质量） 人马座
第二节 银河系 一、质量与组成：约为1400亿个太阳 质量（可视质量） 二、结构与尺度：由核球和四条旋臂组成的典型旋涡状星系；银盘直径10光年厚度6千光年，核球1.6万光年。 三、太阳在银河系位置的判断： 人马座 星云占10% 恒星占90%

38 银河系的结构

39 银 河 旋涡状星系—侧视 银晕 核球1.3万光年 太阳 2.4万光年 6千光年 银盘直径10万光年

40 银河系—最新推测的形状 美国威斯康星州的两名天文学家经过6年研究2005年宣布：
最新结论———银河系的核心是一条由恒星组成的、角度倾斜的“星棒”。 科学家们形容说，银河系的银核部分呈细棒状，由生成年数较久远的恒星组成的，长度约为2.7万光年。 这根“星棒”的长度比原先预期的要长7000光年。

41 第二节 银河系 三、太阳在银河系位置的判断： ①银河——是银河系的日心（地心）天球投影。 ②银河的亮度差异
第二节 银河系 三、太阳在银河系位置的判断： ①银河——是银河系的日心（地心）天球投影。 ②银河的亮度差异 ③由此推断太阳偏离银心约为三万光年。 四、银河系的运动——方向：麒麟座；速度：214km/s ①太阳绕银心公转：周期2.5亿年;速度250km/s;方向天鹅座 ②太阳相对附近恒星的运动 冬至点附近最亮（人马座）银心方向 夏至点附近最暗（双子座） 方向：武仙座 速度：20km/s

42 五、银河系对地球宇宙环境的影响 地球大冰期成因探讨（50-52）
地球轨道的扩张是太阳系在运行到离银心较远的部位，太阳绕银心公转的周期是2.5～3亿年，在一个周期中，太阳系远离银心一次，可形成一次大冰期，而地球上已经发生的三次大冰期——震旦纪大冰期、晚古生代大冰期和第四纪大冰期的间隔也正好是2.5～3亿年，两者吻合。

43 五、银河系对地球宇宙环境的影响

44 第三节—第六节（略）

45 天体系统 （一）天体系统的含义 （二）双星、聚星与星团 （三）星系 分为：三合星、四合星、五合星、六合星…….等。
分为：疏散星团、球状星团，两大类。 其中质量大的叫主星，质量小的叫伴星。 （一）天体系统的含义 不同质量规模的天体环绕其公共质心旋转的物理系统。 （二）双星、聚星与星团 1、双星：由两颗有物理联系的恒星组成的天体系统。 2、聚星：十颗以内有物理联系的恒星组成天体系统。 3、星团：十颗以上有物理联系的恒星组成天体系统。 （三）星系 质量: 由十亿到几千亿颗恒星组成 。 尺度：直径为几千到几十万光年 。 形态：不规则状、透镜状、椭圆状、 棒旋状、旋涡状。 运动：从星系光谱红移推断——星系越远退行速度越大。 小行星双星系统 + 16.5小时绕转一周

46 （四）星系群：由几十到几百个星系组成。 （典型尺度50万光年） （五）星系团： 由几百到几千个星系组成。 （尺度1500万光年）
（四）星系群：由几十到几百个星系组成。 （典型尺度50万光年） （五）星系团： 由几百到几千个星系组成。 （尺度1500万光年） （六）总星系：目前人类观测到的全部星系 总数:10亿个星系 总星系 尺度:250亿 光年

47 第七节 星系的起源与演化 一、银河系的起源与演化 二、河外星系的起源与演化

48 一、银河系的起源演化

49 二、河外星系的起源和演化 1、星系的起源（70-71） （1）引力不稳定假说 （2）宇宙湍流假说

50 二、河外星系的起源和演化 2、星系的演化 （1）星系是从椭圆星系，经过旋涡星系，最后演化成不规则星系的。
（2）从不规则开始，因自转而获得轴对称，最后演化成球状星系。 （3）演化取决于星系的质量和角动量。 （4）星系的形态结构的不同，取决于形成时的初始条件及其差别。 （5）暗物质与星系形成有关。

51 星系的演变

52 第八节 宇宙的起源 一、宇宙大爆炸模型 二、宇宙简史 三、宇宙演化的几个阶段

53 一、大爆炸宇宙模型 宇宙开始于一次爆炸。在初期，温度极高，密度极高，整个范围达到热平衡，物质成分即由平衡条件而定，由于不断膨胀，辐射温度及密度都按比例地降低，物质成分也随之变化。温度降到10亿K左右时，中子失去自由存在的条件，与质子结合成重氢，氦等元素。当温度低于100万K之后，形成元素的过程也结束了，这时的物质状态是质子、电子以及一些轻原子核构成的等离子体，并与辐射之间有较强的耦合，从而达到平衡。以后继续冷却，到4000K左右，等离子体复合而变成通常的气体，与辐射的耦合大大减弱。从此，热辐射便很少受到物质的吸收或散射，自由地在空间传播。进一步地膨胀使辐射温度再度下降，气态物质开始形成星系或星系团，最后形成恒星，演化成为我们今天所看到的宇宙。

54 一、大爆炸宇宙模型

55 二、宇宙简史

56 三、宇宙演化的几个阶段 第一阶段：宇宙大爆炸后10－43s时期的宇宙，也称普朗克时代；
第二阶段：大爆炸后30万年，暴涨到膨胀的宇宙（这个时期发出宇宙微波背景辐射）； 第三阶段：宇宙不断膨胀，恒星、星系、星系团逐渐形成阶段。

57 宇宙背景辐射 宇宙背景辐射是来自宇宙空间背景上的各向同性的微波辐射，也称为微波背景辐射。二十世纪六十年代初，美国科学家彭齐亚斯和R.W.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。为了降低噪音，他们甚至清除了天线上的鸟粪，但依然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3.5K。1965年，他们又订正为3K，并将这一发现公诸于世，为此获1978年诺贝尔物理学奖金。 同时也是六十年代中四大发现其中之一（脉冲星、类星体和星际有机分子）

58 3K微波背景辐射 指宇宙空间在微波波段所发出的各向同性辐射。过去一般认为,除天体或星云能辐射外，广漠的星系空间是无限的空虚，温度只能是绝对的零度（-273℃），不可能有能量辐射。事实上，星系空间并不像过去所想象的那样漆黑一团和空无一物，而是有“光”和“热”：光是不可见光，波长属于微波波段的电磁波；热表现为背景辐射温度3K，相当于-270℃.这个事实说明，宇宙空间并不空，物质和能量普遍存在。进一步的观测证明，在天空的个各方向上，都有绝对温度2.7K、强度近似相等的微波辐射。