天體物理導(dǎo)論-第二章

1、第二章 輻射輻射類型輻射類型l宇宙線宇宙線 l中微子中微子l引力波引力波l 電磁輻射電磁輻射90%是質(zhì)子，9%是氦核（粒子）大約1%是電子射線超高能中微子1. 宇宙線宇宙線粒子輻射粒子輻射超新星殘骸超新星殘骸太陽粒子爆發(fā)太陽粒子爆發(fā)星系核星系核黑洞黑洞羊八井宇宙線觀測站2. 中微子目前人們只發(fā)現(xiàn)三種中微子：超級福岡超級福岡中微子探測中微子探測3. 引力輻射兩個黑洞相撞時在宇宙中掀起的時空波紋引力波探測美國Ligo觀測到引力波 電磁輻射是以變化的電磁場傳遞能量、具有特定波長和強(qiáng)度的波（波動性）。波長范圍：0.01 30 m波長頻率 光速c = 31010 cms-14. 電磁輻射 根據(jù)波長由長到

2、短，電磁輻射可以分為射電、紅外、光學(xué)、紫外、X射線和射線等波段，可見光又可分解為七色光。 電磁輻射由光子構(gòu)成（粒子性）光子的能量與頻率（或顏色）有關(guān)：頻率越高（低），能量越高（低）。 E = h,其中Planck 常數(shù)h = 6.6310-34 J s-1 PlanckEinstein 大氣窗口(atmospheric window) 地球大氣阻擋了來自空間的電磁輻射的大部分，僅在射電和光學(xué)部分波段較為透明。 電磁輻射的物理機(jī)制 黑體輻射 加速電子輻射 逆康普頓散射 韌致輻射 切倫科夫輻射4.1 黑體輻射 黑體 (blackbody) 能吸收所有的外來輻射（無反射）并全部再輻射的理想天體。 黑

3、體輻射 具有特定溫度的黑體的熱輻射。大部分正常恒星的輻射可以近似地用黑體輻射來表示。不同溫度黑體的輻射譜Stefan-Boltzmann定律 單位面積黑體輻射的能量 FT4Wien定律 黑體輻射最強(qiáng)處的波長max與溫度之間的關(guān)系為max T0.29 (cm K)高溫黑體主要輻射短波，低溫黑體主要輻射長波。 不同輻射波段的太陽光學(xué)紫外X射線射電 不同輻射波段的銀河系 不同波段的旋渦星系M81 光學(xué) 中紅外 遠(yuǎn)紅外 X射線 紫外 射電 不同溫度天體的輻射Omega CentauriSunA dim, young star (shown here in red) near the center of

4、 the Orion NebulaRho Ophiuchi Planck定律溫度為T的單位面積黑體，在單位時間、單位頻率內(nèi)、向單位立體角發(fā)射的能量為 平方反比定律 單位面積接收到的輻射強(qiáng)度F與光源距離d的平方成反比Fd -2) 1(12)(/23kThechTB電磁波譜 Kirchoff定律 熱的、致密的固體、液體和氣體產(chǎn)生連續(xù)譜；熱的、稀薄的氣體產(chǎn)生發(fā)射線；連續(xù)輻射通過冷的、稀薄的氣體后產(chǎn)生吸收線。 恒星形成區(qū)M17中的熱氣體輻射譜太陽光譜 譜線與恒星的化學(xué)成分 不同元素的原子具有不同的結(jié)構(gòu)，因而有不同的特征譜線。l回旋輻射l同步輻射l曲率輻射4.2 荷電粒子加速運(yùn)動產(chǎn)生輻射4.3 逆康普頓散射在銀河系中穿行的高能電子，在宇宙空間和天體中普遍存在各種各樣的低能光子諸如射電光子星光光子微波背景光子在高能天體附近和宇宙射線中又經(jīng)常存在高能電子。當(dāng)這些高能電子與低能光子正面碰撞時會使光子能量升高，變成高能伽馬射線。4.4 韌致輻射電子在與正離子發(fā)生碰撞而速度突然改變時產(chǎn)生的輻射?？祀娮涌祀娮勇娮勇娮诱x子正離子高能光子高能光子4.5切倫科夫輻射切倫科夫輻射同加