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文檔簡(jiǎn)介

1、宇宙學(xué)概論朱國(guó)懷浙江大學(xué)物理系浙江近代物理中心開(kāi)卷考試(隨堂考) 期末論文(自愿)平時(shí)vs.期末 50:50成績(jī)分布:90分以上 30%課件下載 http:/ 驗(yàn)驗(yàn)證碼:3152課堂回答問(wèn)題或課后email交流,偶爾點(diǎn)名? 助教:金明杰 本人:教材,可參考 現(xiàn)代天文學(xué)十五講 (北大) An Introduction to Modern Cosmology(A. Liddle)內(nèi)容提要 古典天文學(xué)的發(fā)展與科學(xué)太陽(yáng)系的建立 宇宙的大小及現(xiàn)狀 宇宙的觀測(cè)方法與演化 恒星和星系的生成與演化 現(xiàn)代宇宙學(xué)前沿簡(jiǎn)介(暗物質(zhì),暗能量) 早期宇宙構(gòu)成與演化歷史 物理學(xué)基礎(chǔ):物質(zhì)的組成,

2、相互作用與運(yùn)動(dòng)宇宙學(xué)古老與新興的學(xué)問(wèn)l 蓋天說(shuō)(周髀算經(jīng)),渾天說(shuō)(張衡)宇宙學(xué)古老與新興的學(xué)問(wèn)l 蓋天說(shuō)(周髀算經(jīng)),渾天說(shuō)(張衡) 實(shí)驗(yàn)的科學(xué)l地球太陽(yáng)系銀河系河外星系理論的作用lThe big bang model Physical Review 1948宇宙學(xué)古老與新興的學(xué)問(wèn)l 蓋天說(shuō)(周髀算經(jīng)),渾天說(shuō)(張衡) 實(shí)驗(yàn)的科學(xué)l地球太陽(yáng)系銀河系河外星系理論的作用lThe big bang model Physical Review 1948.4.1 Alpher, Bethe& Gamow宇宙學(xué)古老與新興的學(xué)問(wèn)l 蓋天說(shuō)(周髀算經(jīng)),渾天說(shuō)(張衡)l大爆炸學(xué)說(shuō)( Physical Rev

3、iew 1948.4.1 ) 實(shí)驗(yàn)的科學(xué)l地球太陽(yáng)系銀河系河外星系理論的作用lThe big bang model宇宙的現(xiàn)狀,過(guò)去與未來(lái) 1920年代和朗道等組成學(xué)習(xí)小組 量子隧穿效應(yīng)(tunneling ) 1931年蘇聯(lián)科學(xué)院院士 1932年試圖劃船到土耳其和挪威 1934-1954年George Washington大學(xué)任教,招助手:E. Teller 1948.04.01 The origin of chemical elements 預(yù)言宇宙微波背景輻射 科普書(shū):從一到無(wú)窮大 等 DNA,RNAGamow(1904-1968)From “The Essential Cosmic Pe

4、rspective”, Bennett et al.Cosmic distance ladder :large distances in terms of smaller distances.今天我們知道地球是近似球形,赤道半徑6378公里,南北極半徑 6356公里.設(shè)想我們重回古代,如何知道地球是圓的?半徑多少?Earth Observing System composite, NASA地球的形狀大地是球形的證據(jù)l月食Aristotle (384-322 BC) 告訴我們,看看月亮,你就知道地球?yàn)槭裁词莻€(gè)球Copy of a bust of Aristotle by Lysippos (33

5、0 BC)Aristotle 知道月食總在月亮背對(duì)太陽(yáng)時(shí)發(fā)生,因此推斷是因?yàn)榈厍虻年幱?地球在月亮上的影子總是圓弧,所以是球形Lunar Eclipse Phases, Randy Brewer地球的形狀大地是球形的證據(jù)l月食l往南走,北極星高度降低Aristotle 還知道有些星星在埃及看得到,希臘卻看不到,所以地球表面應(yīng)該是曲面,但半徑是多少?Night Sky, Till Credner地球的形狀大地是球形的證據(jù)l月食l往南走,北極星高度降低l遠(yuǎn)處帆船只看得到帆l古希臘在海邊l圓(球)是最完美的形狀(畢達(dá)哥拉斯)l中國(guó)主要是內(nèi)陸國(guó)家地球的大小(200 B.C.)柏拉圖(287-212 B

6、C) : 周長(zhǎng)74,000km阿基米德(287-212 BC): 55,500km埃拉托色尼(276-194 BC) : 約4萬(wàn)km5000 stadia 約740km(有爭(zhēng)議),因此地球周長(zhǎng)約740*50=37000km,誤差來(lái)源?SyeneSun directly overheadAlexandria7o5000 stadiaTropic of Cancer: Swinburne University, COSMOS Encyclopedia of Astronomy埃拉托色尼方法的誤差p 賽恩(阿斯旺)在 北回歸線以北35kmp亞歷山大城稍偏離 賽恩的正北方p亞歷山大城到賽恩的 精確距離

7、難測(cè)定SyeneSun directly overheadAlexandria5000 stadia古希臘人又是如何知道 月亮有多大? 月亮離地球有多遠(yuǎn)?NASA阿里斯塔克斯 (310-230 BC) 發(fā)現(xiàn)地月距離約為地球半徑的 60 倍(現(xiàn)代測(cè)量值在57-63倍之間變化). 他還發(fā)現(xiàn)月亮半徑為地球半徑的1/3(現(xiàn)代測(cè)量值為0.273)Bust of Aristarchus - NASA2rDv = 2r / 3 hours= 2 D / 1 monthD = 60 rWikipedia月食持續(xù)時(shí)間不超過(guò)三小時(shí)月亮升起大約耗時(shí)2分鐘2RV = 2R / 2 min= 2 D / 24 hour

8、sR = D / 180= r / 3 Moonset over the Colorado Rocky Mountains, Sep 15 2008, Alek KolmarnitskyEIT-SOHO Consortium, ESA, NASA 太陽(yáng)有多大? 太陽(yáng)有多遠(yuǎn)?阿里斯塔克斯仍然知道正確的方法,不過(guò)這次總算答案錯(cuò)了Zimbabwe Solar Eclipse 4 Dec 2002, Murray Alexander已知月亮半徑是地月距離的1/180,而日全食時(shí)月亮幾乎完全遮住太陽(yáng),由相似三角可知,太陽(yáng)半徑也是日地距離的1/180Aristarchus 認(rèn)為半月出現(xiàn)在新月和滿(mǎn)月中點(diǎn)前1

9、2小時(shí),因此日地距離是地月距離的20倍BBC = /2 2 *12 hours/1 monthcos = d/DD = 20 d事實(shí)上,半月出現(xiàn)在新月和滿(mǎn)月中點(diǎn)前約半小時(shí) (而非 12 小時(shí)), 因此日地距離是地月距離的 390 倍(而非20 倍)BBC = /2 2 * 12 0.5 hour/1 monthcos = d/DdDD = 20 390 dAristarchus由此發(fā)現(xiàn),太陽(yáng)比地球大7倍(其實(shí)是109倍)BBCd = 60 rD/d = 20 390R/D = 1/180dDrRR = 7 r 109 r Aristarchus由此推斷,太陽(yáng)繞著地球轉(zhuǎn)是荒謬的,并提出日心說(shuō).但

10、他的知音要等待 1700年后的Copernicus NASA/ESAEarth radius = 6371 kmSun radius = 695,500 km阿里斯塔克斯日心說(shuō)u太陽(yáng)與固定的恒星不動(dòng)u地球繞太陽(yáng)做圓周運(yùn)動(dòng)u恒星距離地球和太陽(yáng)極為遙遠(yuǎn)(1光年) 否則恒星應(yīng)該忽小忽大u地球自轉(zhuǎn)導(dǎo)致星空看起來(lái)旋轉(zhuǎn)n雅典城及所有居民以1000邁/h 向東疾馳n全世界終年?yáng)|風(fēng)狂飆n跳遠(yuǎn)會(huì)落到很遠(yuǎn)處u瀆神罪日地距離金星凌日(哈雷1716)l1761.6.6; 1769.6.4l1874.12.9; 1882.12.6l2004.6.8; 2012.6.6l2117.12.11; 2125.12.8開(kāi)普勒第

11、三定律:constaT32/日地距離(金星凌日2)觀測(cè)的艱難1761. 梅森前往南非途中被法國(guó)艦隊(duì)追殺(英法七年戰(zhàn)爭(zhēng))11死37傷觀測(cè)的艱難1761. 梅森前往南非途中被法國(guó)艦隊(duì)追殺(英法七年戰(zhàn)爭(zhēng))11死37傷威爾斯在加拿大威爾遜灣:蚊蟲(chóng),馬蠅和嚴(yán)寒 白蘭地5分鐘結(jié)冰觀測(cè)的艱難1761. 梅森前往南非途中被法國(guó)艦隊(duì)追殺(英法七年戰(zhàn)爭(zhēng))11死37傷威爾斯在加拿大威爾遜灣:蚊蟲(chóng),馬蠅和嚴(yán)寒 白蘭地5分鐘結(jié)冰多特羅希(法)駕馬拉雪橇前往西伯利亞,需警衛(wèi)重重保護(hù),因當(dāng)?shù)鼐用駥⒋禾旌樗畾w咎于他對(duì)太陽(yáng)的干擾。1769年金星凌日時(shí)前往墨西哥觀測(cè)不幸染病而死,由全隊(duì)唯一生還者帶回觀測(cè)數(shù)據(jù)觀測(cè)的艱難1761.

12、梅森前往南非途中被法國(guó)艦隊(duì)追殺(英法七年戰(zhàn)爭(zhēng))11死37傷威爾斯在加拿大威爾遜灣:蚊蟲(chóng),馬蠅和嚴(yán)寒 白蘭地5分鐘結(jié)冰多特羅希(法)駕馬拉雪橇前往西伯利亞,需警衛(wèi)重重保護(hù),因當(dāng)?shù)鼐用駥⒋禾旌樗畾w咎于他對(duì)太陽(yáng)的干擾。1769年金星凌日時(shí)前往墨西哥觀測(cè)不幸染病而死,由全隊(duì)唯一生還者帶回觀測(cè)數(shù)據(jù)彭革雷前往東非馬達(dá)加斯加島,大雨取消觀測(cè), 其后船被英國(guó)人扣留,押解至里斯本觀測(cè)的艱難(2)衰神附體之勒襄特u1760.3.26由法國(guó)前往印度,途中被季風(fēng)吹離航道 直至金星凌日時(shí)仍被困印度洋中無(wú)風(fēng)帶觀測(cè)的艱難(2)衰神附體之勒襄特u1760.3.26由法國(guó)前往印度,途中被季風(fēng)吹離航道 直至金星凌日時(shí)仍被困印度洋

13、中無(wú)風(fēng)帶u 預(yù)先搭船至印度朋迪榭里區(qū),1769.6.4當(dāng)天烏云密布,金星凌日完畢后馬上放晴 “遠(yuǎn)離故土,跋涉千山萬(wàn)水來(lái)到這鳥(niǎo)不生蛋的地方,所見(jiàn)者竟是一堆烏云;它早不來(lái)晚不來(lái),偏偏就在我要觀測(cè)時(shí)擋住太陽(yáng)”觀測(cè)的艱難(2)衰神附體之勒襄特u1760.3.26由法國(guó)前往印度,途中被季風(fēng)吹離航道 直至金星凌日時(shí)仍被困印度洋中無(wú)風(fēng)帶u 預(yù)先搭船至印度朋迪榭里區(qū),1769.6.4當(dāng)天烏云密布,金星凌日完畢后馬上放晴 “遠(yuǎn)離故土,跋涉千山萬(wàn)水來(lái)到這鳥(niǎo)不生蛋的地方,所見(jiàn)者竟是一堆烏云;它早不來(lái)晚不來(lái),偏偏就在我要觀測(cè)時(shí)擋住太陽(yáng)”u患痢疾在印度待了9個(gè)月,搭西班牙戰(zhàn)艦經(jīng)好望角遇颶風(fēng),船桅折斷偏離航道,最終蹣跚駛

14、入西班牙卡迪斯港,在徒步翻越比利牛斯山,于11年6個(gè)月13天后回到巴黎,已被宣告死亡,家產(chǎn)被劫掠一空。觀測(cè)的艱難(2)衰神附體之勒襄特u1760.3.26由法國(guó)前往印度,途中被季風(fēng)吹離航道 直至金星凌日時(shí)仍被困印度洋中無(wú)風(fēng)帶u 預(yù)先搭船至印度朋迪榭里區(qū),1769.6.4當(dāng)天烏云密布,金星凌日完畢后馬上放晴 “遠(yuǎn)離故土,跋涉千山萬(wàn)水來(lái)到這鳥(niǎo)不生蛋的地方,所見(jiàn)者竟是一堆烏云;它早不來(lái)晚不來(lái),偏偏就在我要觀測(cè)時(shí)擋住太陽(yáng)”u患痢疾在印度待了9個(gè)月,搭西班牙戰(zhàn)艦經(jīng)好望角遇颶風(fēng),船桅折斷偏離航道,最終蹣跚駛?cè)胛靼嘌揽ǖ纤垢郏谕讲椒奖壤K股?,?1年6個(gè)月13天后回到巴黎,已被宣告死亡,家產(chǎn)被劫掠一空

15、。u最終放棄天文學(xué),結(jié)婚,退休寫(xiě)回憶錄觀測(cè)的艱難(3)1769年英國(guó)皇家學(xué)會(huì)班克斯與庫(kù)克船長(zhǎng)u英法正交戰(zhàn),法國(guó)特別下令不得攻擊奮進(jìn)號(hào),因而經(jīng)七個(gè)半月航程,順利抵達(dá)南太平洋之塔希提島(只死了四人)觀測(cè)的艱難(3)1769年英國(guó)皇家學(xué)會(huì)班克斯與庫(kù)克船長(zhǎng)u英法正交戰(zhàn),法國(guó)特別下令不得攻擊奮進(jìn)號(hào),因而經(jīng)七個(gè)半月航程,順利抵達(dá)南太平洋之塔希提島(只死了四人)u 嚴(yán)禁船員以金屬物品(一兩根鐵釘)與島上女人性交易,先前抵達(dá)的海豚號(hào)因船上鐵釘幾乎被拔光而報(bào)廢。觀測(cè)的艱難(3)1769年英國(guó)皇家學(xué)會(huì)班克斯與庫(kù)克船長(zhǎng)u英法正交戰(zhàn),法國(guó)特別下令不得攻擊奮進(jìn)號(hào),因而經(jīng)七個(gè)半月航程,順利抵達(dá)南太平洋之塔希提島(只死了四人)u 嚴(yán)禁船員以金屬物品(一兩根鐵釘)與島上女人性交易,先前

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