现代天文学与诺贝尔物理学奖讲授提纲一，天文学的发展
1，天文学的发展历史
2，天文学的研究对象
3,天文学和物理学的关系
4,天文学与诺贝尔物理学奖
1,天文学的发展
天文学历史悠久
近代天文学发展迅速
发展余地很大
新成果还会不断出现
老结论可能被修改和推翻三大学科：
天体测量学：测量天体的位置和距离天体力学：研究天体之间的关系天体物理：研究天体的形态、物理状态、结构、化学组成；
天体的产生和演化天体物理学是主流天文学三大观测波段：
光学天文射电天文
X射线和 γ射线
（紫外、红外、中微子、
引力波、宇宙线）
远比人的眼睛看得远、看得广
被动接收
2，天文学研究对象行星层次,地球、其它八大行星，小行星、彗星、陨星恒星层次,太阳及其它恒星星系层次,银河系、河外星系、
类星体、星系群、星系团宇宙整体 （可观测的宇宙）
人类了解最多、能深入探讨的天体地球（行星）
太阳系（行星系统）
太阳（恒星）
银河系（星系）
可以说是几个,孤本”，没有其它天体可以与之相比！
行星层次
水星、金星、地球、火星、木星、
土星、天王星、海王星和冥王星。
小行星（小行星带在火星和木星轨道之间）
彗星
陨星太阳系九大行星（合成照片）
行星层次研究
1,第谷,测量天体的位置及变化（观测资料积累）
2,开普勒 发现行星三大定律
（资料分析，经验定律）
3,牛顿 万有引力定律（由天体运行总结出物理规律，成为天体物理的里程碑）
太阳系研究的重大进展
托勒玫－地球中心说
哥白尼－太阳中心说
开普勒－行星运动三定律
牛顿－万有引力太阳系行星的空间探测最热门
人类要突破只能被动观测的局限登月和探测火星，人类对宇宙奥秘的探索是无止境的！
有没有生命（或适合生命繁衍生存的条件）？
有没有值得开采的矿产？
有没有可能成为人类生活、科研的基地？（月基天文台等）
恒星层次
1，赫歇尔等：恒星的亮度和光谱观测（观测资料积累）
2，赫茨普龙和罗素：赫罗图
（光谱型－绝对星等）
3，爱丁顿、钱德拉塞卡等恒星演化理论（热核聚变理论为核心）
太阳丰富多彩的恒星世界
正在诞生的恒星恒星爆炸恒星演化的归宿：
白矮星、中子星和黑洞
恒星的能源恒星的化学成分来源恒星的内部结构星系层次
1，哈勃等发现河外星系＋确定距离（观测资料积累）
2，哈勃：哈勃定律（宇宙在膨胀）（经验定律）退行速度和距离成正比
3，伽莫夫 大爆炸宇宙论（热核聚变理论为核心）
银河系银河系大得惊人（ 10万光年）
约有 1000多亿颗恒星。
银河系外有数十亿个河外星系最远的距离可达 150亿光年空间尺度地球直径 1.3× 10-9光年太阳直径 1.47× 10-7光年太阳系范围 1.2× 10-3光年最近的恒星 4.3× 光年银河系范围 105光年（十万光年）
最近的星系 106光年（百万光年 ）
富星系团 107光年（千万光年）
可测宇宙 1.5× 1010光年（ 150亿光年）
天体空间尺度比较示意图
3，天文学与物理学相互促进物理学是天文学的理论基础原子物理学、量子力学、原子核物理学、狭义相对论、广义相对论、等离子体物理学、固态物理学、致密态物理学、高能物理学相对论天体物理学；等离子体天体物理学；高能天体物理学；宇宙磁流体力学；核天体物理学天体和宇宙是物理学的巨大实验室天文观测为物理学的基本理论提供了地球上实验室无法得到的物理现象和物理过程。在宇宙中所发生的种种物理过程比地球上所能发生的多得多。
（ 1）极端物理条件实验室如中子星：超高密、超强磁场、
超强压力、超高温和超强辐射的空间实验室
（ 2）引力实验室
（ 3）等离子体实验室
（ 4）超流超导实验室
（ 5）高能带电粒子加速器等天文学与物理学的相互促进
20世纪初物理学家预言：
光线在太阳引力场中弯曲
水星近日点的运动规律
引力场中的光谱红移
中子星的存在
宇宙微波背景辐射的存在
黑洞的存在天文学观测的贡献
万有引力定律；
氦元素的发现；
热核聚变的概念；
白矮星理论
视超光速膨胀现象；
类星体、星系核,? 射线暴的能源
物理学家涉足天文学领域的研究成为必然。天体物理学已成为物理学的重要分支。
天文学家也密切注视物理学的发展，希图用物理学的原理来解释我们的宇宙的过去、现在和将来。
大多数诺贝尔奖项目的研究成果是物理学和天文学最完美的结合。
天文学的科学模型以观测事实为材料，以物理理论为骨架，用数学方法黏结、连接、
构造起来的模型，用以解释天文目标和现象。
模型允许并追求修正；也允许同时存在多种模型，相互竞争；模型可作出推论和预言－－以接受新的实测和理论的挑战。
4，天文学与诺贝尔奖诺贝尔奖的颁发始于 1901年设立物理学奖、化学奖、生理学或医学奖、文学奖、和平奖共 5份奖金没有设天文学奖！
天文学的发展已对物理学产生重大影响。
从 1970年开始，已有 7
项,9位天文学家获得诺贝尔物理学奖。
20世纪 60年代四大发现
1,脉冲星 证明恒星演化理论的正确性和实现中子星的预言
2,微波背景辐射 证实大爆炸宇宙学的预言
3,分子谱线 有机分子、生命起源？
4,类星体 大红移，几亿～百多亿光年），能源？
和天文学密切相关的诺贝尔物理学奖获奖项目
（ 1）发现宇宙线
1936年奥地利物理学家 黑斯 因发现宇宙线而荣获诺贝尔物理学奖。
他在 1911— 1912年，用气球把电离室送到离地面五千多米的高空，
进行大气导电和电离的实验，发现了来自地球之外的宇宙线。
（ 2）分子谱线汤斯 1964年因研制微波激射器和研究激光的研究获的诺贝尔奖。
他在 1957年预言星际分子的存在，
并于 1963年在实验室里测出羟基（ OH）
的两条处在射电频段的谱线。这些分子谱线处在厘米波和毫米波段。
1967年发现星际分子，证实他的预言，开辟了毫米波天文学新领域。
（ 3）热核反应美国物理学家 贝特 因 核反应理论研究获 1967年诺贝尔物理学奖。
1938年他提出太阳和恒星的能量来源理论，认为太阳中心温度极高，太阳核心的氢核聚变生成氦核释放出大量的能量。
诺贝尔物理学奖天文成果获奖项目天文奖从 1970年为起点在 5个年度，有 7项物理学奖授予 9位天文学家。
二十世纪最后的 30年中天文学家获诺贝尔物理学奖实现零的突破。
1,阿尔文,瑞典，太阳和宇宙磁流体力学获 1970年诺贝尔奖（阿尔文波，
磁冻结）
2,赖尔,英国，发明综合孔径射电望远镜获 1974年诺贝尔奖
3,休伊什,英国，发现脉冲星证认中子星获 1974年诺贝尔奖
4,钱德拉塞卡,美籍印度，恒星演化及白矮星质量上限获 1983年诺贝尔奖
5,福勒,美国，恒星上元素的合成，
获 1983年诺贝尔奖
6,彭齐亚斯和 威耳逊,美国,发现宇宙背景辐射,荣获 1985年诺贝尔奖
7,泰勒和赫尔斯,美国，发现脉冲双星和间接验证引力辐射获 1993年诺贝尔物理学奖取得获奖成果时比较年轻
9人中,33岁以前取得获奖成果的有 6人
赫尔斯取得获奖成果时是 23岁
钱德拉塞卡的最显赫研究成果在
20～ 23岁
应该获奖的贝尔发现脉冲星时 23岁诺贝尔奖获得者成功经验
敢于冲破传统观念
自强不息、拼搏奋进，不达目的誓不罢休
从事当时最前沿的创新性课题
获奖项目并不是花钱最多的和条件最好的
机遇留给有准备和（ ）的人
5，诺贝尔奖离我们有多远？
9位获奖人的国籍美国 6人（包括美籍德国人和美籍印度人各 1名）
英国 2人瑞典 1人中国人无缘诺贝尔天文奖！
我国天文研究单位
1，中科院国家天文观测中心（国家天文台）
2，北京天文台（密云射电观测站；怀柔太阳观测站；兴隆光学观测站）
3，紫金山天文台（本部；青海德林哈射电观测站）
4，云南天文台（昆明）
5，上海天文台（佘山观测站）
6，陕西天文台（国家时间中心）
7，南京天文仪器研制中心其它：乌鲁木齐天文站；
长春人造卫星观测站；
广州人造卫星观测站我国天文教育单位南京大学天文系北京大学天文系北京师范大学天文系中国科技大学应用物理和天文系华中师大物理系天体物理研究所南京师范大学物理系天体物理研究所中国天文学会北京天体物理中心 (北方）
南京天体物理中心（南方）
天文观测条件现状近 20年是我国天文学发展最快的时期，天文观测设备有较大的改善
。 2.16米口径的光学望远镜，太阳磁场望远镜,25米口径射电望远镜
,28面天线的综合孔径射电望远镜
,13.7米直径毫米波射电望远镜陆续建成。
北京天文台怀柔太阳观测站太阳磁场望远镜在国际上处于领先水平差距和国际上天文研究强国相比，
我国天文学还比较落后，研究条件还比较差，原始性、创新性特强的课题还太少。
我国的国力还不够强！
我国最大的光学望远镜是 2.16米的光学望远镜，但美国 1917年有口径 2.54米的反射望远镜。我国最大的射电望远镜口径是 25米，但国际上在 60年代就有口径 64米,76米、
305米口径的射电望远镜。
目前我国还没有一个天文卫星上天。
20世纪最后几十年，
国际上新建天文设备平均每年 50多亿美元。
跨世纪的天文设备研制费用：
新一代 X,? 设备 10多亿美元
空间红外设备 10多亿美元
新射电望远镜 10多亿美元
11台光学望远镜 （ 8米口径）
10多亿美元
新一代哈勃空间望远镜 20多亿美元
21世纪天文研究特点
全波段；大样本；
巨信息量
大题大（大观测设备）做
大题小（小观测设备）做都可以获得重要成果，我国的中型观测设备大有可为前景美好
北京天文台正在研制大天区多目标光纤光谱天文望远镜，这是国家科学项目
贵州 500米口径射电望远镜
空间太阳望远镜
空间 X射线望远镜大型光学望远镜正在北京天文台研制的大天区多目标光纤光谱天文望远镜 （ LAMOST）
口径为 4米，大口径和大视场兼而有之。这是国家科学工程大项目。
有望在光谱巡天方面在国际上起主导作用。
大型射电望远镜正在进行预研究的贵州 500米口径射电望远镜有望获得国家支持。
如果能实现，将成为国际上最大的单天线射电望远镜。
将可以进行创新性很强的观测研究课题。
500米口径射电望远镜世界最大口径空间望远镜空间太阳望远镜和空间 X射线望远镜也在预研究之中。有望获得国家支持。这两台空间望远镜具有鲜明的技术特点。
不仅将改变我国空间天文观测的空白，还会一举在某些观测课题上处于国际领先地位。。
本章要求
1，对天文学三大学科、观测手段和研究对象有概要的了解。
2，诺贝尔奖的由来，为什么天文学家能获诺贝尔物理学奖？
思考题：
（在本课程各章中均应思考）
1，向获诺贝尔物理学奖天文项目的学者学习什么？
2，诺贝尔科学奖离我们多远？
3，发展我国天文学的建议。
1，天文学的发展历史
2，天文学的研究对象
3,天文学和物理学的关系
4,天文学与诺贝尔物理学奖
1,天文学的发展
天文学历史悠久
近代天文学发展迅速
发展余地很大
新成果还会不断出现
老结论可能被修改和推翻三大学科：
天体测量学：测量天体的位置和距离天体力学：研究天体之间的关系天体物理：研究天体的形态、物理状态、结构、化学组成；
天体的产生和演化天体物理学是主流天文学三大观测波段：
光学天文射电天文
X射线和 γ射线
（紫外、红外、中微子、
引力波、宇宙线）
远比人的眼睛看得远、看得广
被动接收
2，天文学研究对象行星层次,地球、其它八大行星，小行星、彗星、陨星恒星层次,太阳及其它恒星星系层次,银河系、河外星系、
类星体、星系群、星系团宇宙整体 （可观测的宇宙）
人类了解最多、能深入探讨的天体地球（行星）
太阳系（行星系统）
太阳（恒星）
银河系（星系）
可以说是几个,孤本”，没有其它天体可以与之相比！
行星层次
水星、金星、地球、火星、木星、
土星、天王星、海王星和冥王星。
小行星（小行星带在火星和木星轨道之间）
彗星
陨星太阳系九大行星（合成照片）
行星层次研究
1,第谷,测量天体的位置及变化（观测资料积累）
2,开普勒 发现行星三大定律
（资料分析，经验定律）
3,牛顿 万有引力定律（由天体运行总结出物理规律，成为天体物理的里程碑）
太阳系研究的重大进展
托勒玫－地球中心说
哥白尼－太阳中心说
开普勒－行星运动三定律
牛顿－万有引力太阳系行星的空间探测最热门
人类要突破只能被动观测的局限登月和探测火星，人类对宇宙奥秘的探索是无止境的！
有没有生命（或适合生命繁衍生存的条件）？
有没有值得开采的矿产？
有没有可能成为人类生活、科研的基地？（月基天文台等）
恒星层次
1，赫歇尔等：恒星的亮度和光谱观测（观测资料积累）
2，赫茨普龙和罗素：赫罗图
（光谱型－绝对星等）
3，爱丁顿、钱德拉塞卡等恒星演化理论（热核聚变理论为核心）
太阳丰富多彩的恒星世界
正在诞生的恒星恒星爆炸恒星演化的归宿：
白矮星、中子星和黑洞
恒星的能源恒星的化学成分来源恒星的内部结构星系层次
1，哈勃等发现河外星系＋确定距离（观测资料积累）
2，哈勃：哈勃定律（宇宙在膨胀）（经验定律）退行速度和距离成正比
3，伽莫夫 大爆炸宇宙论（热核聚变理论为核心）
银河系银河系大得惊人（ 10万光年）
约有 1000多亿颗恒星。
银河系外有数十亿个河外星系最远的距离可达 150亿光年空间尺度地球直径 1.3× 10-9光年太阳直径 1.47× 10-7光年太阳系范围 1.2× 10-3光年最近的恒星 4.3× 光年银河系范围 105光年（十万光年）
最近的星系 106光年（百万光年 ）
富星系团 107光年（千万光年）
可测宇宙 1.5× 1010光年（ 150亿光年）
天体空间尺度比较示意图
3，天文学与物理学相互促进物理学是天文学的理论基础原子物理学、量子力学、原子核物理学、狭义相对论、广义相对论、等离子体物理学、固态物理学、致密态物理学、高能物理学相对论天体物理学；等离子体天体物理学；高能天体物理学；宇宙磁流体力学；核天体物理学天体和宇宙是物理学的巨大实验室天文观测为物理学的基本理论提供了地球上实验室无法得到的物理现象和物理过程。在宇宙中所发生的种种物理过程比地球上所能发生的多得多。
（ 1）极端物理条件实验室如中子星：超高密、超强磁场、
超强压力、超高温和超强辐射的空间实验室
（ 2）引力实验室
（ 3）等离子体实验室
（ 4）超流超导实验室
（ 5）高能带电粒子加速器等天文学与物理学的相互促进
20世纪初物理学家预言：
光线在太阳引力场中弯曲
水星近日点的运动规律
引力场中的光谱红移
中子星的存在
宇宙微波背景辐射的存在
黑洞的存在天文学观测的贡献
万有引力定律；
氦元素的发现；
热核聚变的概念；
白矮星理论
视超光速膨胀现象；
类星体、星系核,? 射线暴的能源
物理学家涉足天文学领域的研究成为必然。天体物理学已成为物理学的重要分支。
天文学家也密切注视物理学的发展，希图用物理学的原理来解释我们的宇宙的过去、现在和将来。
大多数诺贝尔奖项目的研究成果是物理学和天文学最完美的结合。
天文学的科学模型以观测事实为材料，以物理理论为骨架，用数学方法黏结、连接、
构造起来的模型，用以解释天文目标和现象。
模型允许并追求修正；也允许同时存在多种模型，相互竞争；模型可作出推论和预言－－以接受新的实测和理论的挑战。
4，天文学与诺贝尔奖诺贝尔奖的颁发始于 1901年设立物理学奖、化学奖、生理学或医学奖、文学奖、和平奖共 5份奖金没有设天文学奖！
天文学的发展已对物理学产生重大影响。
从 1970年开始，已有 7
项,9位天文学家获得诺贝尔物理学奖。
20世纪 60年代四大发现
1,脉冲星 证明恒星演化理论的正确性和实现中子星的预言
2,微波背景辐射 证实大爆炸宇宙学的预言
3,分子谱线 有机分子、生命起源？
4,类星体 大红移，几亿～百多亿光年），能源？
和天文学密切相关的诺贝尔物理学奖获奖项目
（ 1）发现宇宙线
1936年奥地利物理学家 黑斯 因发现宇宙线而荣获诺贝尔物理学奖。
他在 1911— 1912年，用气球把电离室送到离地面五千多米的高空，
进行大气导电和电离的实验，发现了来自地球之外的宇宙线。
（ 2）分子谱线汤斯 1964年因研制微波激射器和研究激光的研究获的诺贝尔奖。
他在 1957年预言星际分子的存在，
并于 1963年在实验室里测出羟基（ OH）
的两条处在射电频段的谱线。这些分子谱线处在厘米波和毫米波段。
1967年发现星际分子，证实他的预言，开辟了毫米波天文学新领域。
（ 3）热核反应美国物理学家 贝特 因 核反应理论研究获 1967年诺贝尔物理学奖。
1938年他提出太阳和恒星的能量来源理论，认为太阳中心温度极高，太阳核心的氢核聚变生成氦核释放出大量的能量。
诺贝尔物理学奖天文成果获奖项目天文奖从 1970年为起点在 5个年度，有 7项物理学奖授予 9位天文学家。
二十世纪最后的 30年中天文学家获诺贝尔物理学奖实现零的突破。
1,阿尔文,瑞典，太阳和宇宙磁流体力学获 1970年诺贝尔奖（阿尔文波，
磁冻结）
2,赖尔,英国，发明综合孔径射电望远镜获 1974年诺贝尔奖
3,休伊什,英国，发现脉冲星证认中子星获 1974年诺贝尔奖
4,钱德拉塞卡,美籍印度，恒星演化及白矮星质量上限获 1983年诺贝尔奖
5,福勒,美国，恒星上元素的合成，
获 1983年诺贝尔奖
6,彭齐亚斯和 威耳逊,美国,发现宇宙背景辐射,荣获 1985年诺贝尔奖
7,泰勒和赫尔斯,美国，发现脉冲双星和间接验证引力辐射获 1993年诺贝尔物理学奖取得获奖成果时比较年轻
9人中,33岁以前取得获奖成果的有 6人
赫尔斯取得获奖成果时是 23岁
钱德拉塞卡的最显赫研究成果在
20～ 23岁
应该获奖的贝尔发现脉冲星时 23岁诺贝尔奖获得者成功经验
敢于冲破传统观念
自强不息、拼搏奋进，不达目的誓不罢休
从事当时最前沿的创新性课题
获奖项目并不是花钱最多的和条件最好的
机遇留给有准备和（ ）的人
5，诺贝尔奖离我们有多远？
9位获奖人的国籍美国 6人（包括美籍德国人和美籍印度人各 1名）
英国 2人瑞典 1人中国人无缘诺贝尔天文奖！
我国天文研究单位
1，中科院国家天文观测中心（国家天文台）
2，北京天文台（密云射电观测站；怀柔太阳观测站；兴隆光学观测站）
3，紫金山天文台（本部；青海德林哈射电观测站）
4，云南天文台（昆明）
5，上海天文台（佘山观测站）
6，陕西天文台（国家时间中心）
7，南京天文仪器研制中心其它：乌鲁木齐天文站；
长春人造卫星观测站；
广州人造卫星观测站我国天文教育单位南京大学天文系北京大学天文系北京师范大学天文系中国科技大学应用物理和天文系华中师大物理系天体物理研究所南京师范大学物理系天体物理研究所中国天文学会北京天体物理中心 (北方）
南京天体物理中心（南方）
天文观测条件现状近 20年是我国天文学发展最快的时期，天文观测设备有较大的改善
。 2.16米口径的光学望远镜，太阳磁场望远镜,25米口径射电望远镜
,28面天线的综合孔径射电望远镜
,13.7米直径毫米波射电望远镜陆续建成。
北京天文台怀柔太阳观测站太阳磁场望远镜在国际上处于领先水平差距和国际上天文研究强国相比，
我国天文学还比较落后，研究条件还比较差，原始性、创新性特强的课题还太少。
我国的国力还不够强！
我国最大的光学望远镜是 2.16米的光学望远镜，但美国 1917年有口径 2.54米的反射望远镜。我国最大的射电望远镜口径是 25米，但国际上在 60年代就有口径 64米,76米、
305米口径的射电望远镜。
目前我国还没有一个天文卫星上天。
20世纪最后几十年，
国际上新建天文设备平均每年 50多亿美元。
跨世纪的天文设备研制费用：
新一代 X,? 设备 10多亿美元
空间红外设备 10多亿美元
新射电望远镜 10多亿美元
11台光学望远镜 （ 8米口径）
10多亿美元
新一代哈勃空间望远镜 20多亿美元
21世纪天文研究特点
全波段；大样本；
巨信息量
大题大（大观测设备）做
大题小（小观测设备）做都可以获得重要成果，我国的中型观测设备大有可为前景美好
北京天文台正在研制大天区多目标光纤光谱天文望远镜，这是国家科学项目
贵州 500米口径射电望远镜
空间太阳望远镜
空间 X射线望远镜大型光学望远镜正在北京天文台研制的大天区多目标光纤光谱天文望远镜 （ LAMOST）
口径为 4米，大口径和大视场兼而有之。这是国家科学工程大项目。
有望在光谱巡天方面在国际上起主导作用。
大型射电望远镜正在进行预研究的贵州 500米口径射电望远镜有望获得国家支持。
如果能实现，将成为国际上最大的单天线射电望远镜。
将可以进行创新性很强的观测研究课题。
500米口径射电望远镜世界最大口径空间望远镜空间太阳望远镜和空间 X射线望远镜也在预研究之中。有望获得国家支持。这两台空间望远镜具有鲜明的技术特点。
不仅将改变我国空间天文观测的空白，还会一举在某些观测课题上处于国际领先地位。。
本章要求
1，对天文学三大学科、观测手段和研究对象有概要的了解。
2，诺贝尔奖的由来，为什么天文学家能获诺贝尔物理学奖？
思考题：
（在本课程各章中均应思考）
1，向获诺贝尔物理学奖天文项目的学者学习什么？
2，诺贝尔科学奖离我们多远？
3，发展我国天文学的建议。
