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1、现代天文学 与诺贝尔物理学奖 讲授提纲,吴鑫基,本课程以获诺贝尔物理学奖天文项目 为重点讲授现代天文学的最新成就、 学科的发展和有关的天文知识。并介 绍获奖者的研究方法、研究态度、思 维方法和取得成功的经验。,第一章、天文学的发展和诺贝尔 物理学奖 1，天文学的发展 2，天文学的观测手段 3，天文学的研究对象 4，天文学与物理学的相互促进 5，天文学成就与诺贝尔物理学奖 6，诺贝尔奖离我们有多远？,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
2、：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,2，天文学的观测手段 三大观测波段： 光学天文 射电天文 高能天文（X射线、射线） 其它：紫外，红外、宇宙线、引力波 中微子等,3，天文学的研究对象 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,行星层次发展前进三步曲 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， 成为天体物理学的里程碑）,太阳系行星
3、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）,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,恒星层次：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： 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,天体空间尺度比
4、较示意图,4，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 推动着天文学发展,天文学的发展已对 物理学产生重大影响 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；白矮星理论等。 向物理学提出挑战的问题： 视超光速现象；类星体、星系核和 射线暴的能源等。,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。,天体和宇宙是 物理学的巨大实验室
5、 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。,5，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！,和天文学密切相关的诺贝尔 物理学奖获奖项目 （1）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 19111912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）汤斯 1964年因微波激射器的研制 和激光的研究获的诺贝尔奖。 他在195
6、7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）美国物理学家贝特(Bethe)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 天文成果获奖项目 天文奖从1970年为起点在5个年 度，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,休伊什 英国天文学家 发现脉冲星
7、证认为中子星 获1974年 诺贝尔奖,贝尔和休伊什 发现脉冲星,钱德拉塞卡 美籍印度天文学家 恒星演化及 白矮星质量上限 获1983年诺贝尔奖,福勒 美国天文学家 恒星上元素 的合成 获1983年 诺贝尔奖,发现宇宙背景辐射,彭齐亚斯和威耳逊,荣获1985年诺贝尔奖,泰勒 美国天文学家 赫尔斯 美国天文学家,发现脉冲双星、引力辐射验证 共获1993年诺贝尔物理学奖,诺贝尔奖获得者 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 当时的研究条件最适合,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20
8、23岁和研究成果 应该获奖的贝尔发现脉冲星时23岁,6，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） 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） 2，紫金山天文台（本部；青海德林哈射电观测站） 3，云南天文台（昆明） 4，上海天文台（佘山观测站） 5，陕西天文台（国家时间中心） 6，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
9、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。,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
10、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。,北京天文台2.16米光学望远镜,北京天文台 1.26米 红外望远镜,云南天文台 1米光学 望远镜,北京天文台 怀柔 多通道 太阳 磁场望远镜 （世界首架）,北京天文台 怀柔 多通道 太阳 磁场望远镜 （世界首架）,北京天文台密云综合孔径射电望远镜 28面天线 波段232MHz 基线约1千米,VLBI观测 脉冲星观测 谱线观测 射电变源观测,上海天文台25米射电望远镜,青 海 德 林 哈 射 电 观 测 站,13.7米直径毫米波望远镜,前景美好 北京
11、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。,大天区多目标光纤光谱天文望远镜,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。,北京天文台正在研制的太阳空间望远镜,未来的十年中，我国天文学科的 观测能力将有重大的提高。年青一代 天文学家将会有比现在好得多的科研 条件。这个发展趋势应该一直保持下 去，坚持50年，100年。中国天文学 必将有一个大发展，中国天文学家获 得诺贝尔物理学奖的梦想也必将实现。,
