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1、天体物理答案整理 问答题1恒星内部氢燃烧的两种方式是什么？PP 链燃烧和 CNO 燃烧。这两种方式都存在若干释放中微子的核反应过程中2太阳的主要元素有哪些？太阳内部燃烧的主要方式是什么？按质量计：70%氢和28%氦；主要是pp链为主（CNO需要更高的温度。 以下是 pp 链：8x 106K r 2x 107K,M H + IH2H + e+vc 2H + iHT3He + y 3He + 3He- 4He + 2 H|2H + OH2O + Et V 30 yr引力收缩辐射f压力收缩-*温度/f辐射（GM/RnL。）KF yr热核聚变（主要）氢燃烧：HHe+2e+E+2eE =（4mH mHe
2、）c24X 10_serg4恒星演化的结局大致有哪几种？太阳演化最终归宿是什么？黑洞、中子星、白矮星。太阳最后的归宿是：白矮星。5主要辐射机制有哪些？主要物理过程？热辐射（thermal radiation）：处于热平衡的物体所发射的辐射回旋辐射，同步辐射（cyclotron, synchrotron）：磁场环境下非热高能电子辐射。回旋辐射：Larmor圆频率=eB/mc;圆周运动=两个相互垂直的电偶极子;特点：单色;近乎各向同性；椭圆偏振。同步辐射:相对论电子在磁场中运动，图像如下曲率辐射：电子“束缚于磁力线”运动，类比于同步辐射。Compton 散射和逆 Compton 散射Compton
3、 过程：自由电子与光子间的碰撞过程Compton 散射 电子动能 光子能量= 高能光子，出射光子vYTV,几乎沿 电子方向；Thomson 散射：能量 511keV 光子被几乎静止电子散射；轫致辐射(Bremsstrahlung)：自由运动电子受离子Coulomb场作用加速运动而产生的辐 射。Cherenkov 辐射：又称介质中的“电磁激波”，起源于介质粒子被运动电荷激发而产生电 磁振荡的集体效应。6大气电磁辐射窗口有哪些？射电窗口： 1mm 至 30m ( 10MHz 至 300GHz ) 红外窗口：由若干 um 波长的窄波段构成光学窗口：300nm-900nm7脉冲星是谁发现的？1967年
4、乔瑟琳贝尔。8. Zwicky 是如何首次将大质量恒星、中子星、超新星和宇宙射线起源这四个不 同的概念联系在起来？他提出了暗物质的存在。9. 为何要建造空间望远镜？1. 人眼的局限：反应速度慢；对视角的分辨本领差。2.地面观测受大气窗口的限制：地球大气阻挡了来自空间的电磁辐射的大部分，仅在 射电和光学部分波段较为透明。【张华整理的： 克服大气辐射窗口的限制； 减少大气抖动对视宁度的影响； 防止重力畸变；】10. 活动星系的能源？ 目前比较流行的看法是认为星系中心存在大质量黑洞的吸积过程。 Kerr 黑洞与吸积进 来的电磁场之间的相互作用，有可能提取中心黑洞的转动能和角动量。11. 黑洞的基本性
5、质？1. 奇点：黑洞的中心称为“奇点”，该处的密度无限大而体积无限小，时空无限弯曲， 潮汐力无限大。2. 视界：是一个只准进，不准出的单向膜。一旦落入视界之内，就 不 可能 逃 出，物质都无一例外的塌缩到中心奇点。3. 无限红移面：从这里发出的任何波长的光，在到达到地球时，波长都将红移至无穷 大。4.12. 宇宙学原理主要包括什么？1. 观测表明宇宙物质在大尺度（大于lOOMpc）上趋于均匀；2. 宇宙微波背景辐射偏离均匀的程度仅为10A-3o3.13. 赫罗图？ 由丹麦天文学家 E. Hertzsprung （ 1911 年）和美国天文学家 H. R. Russell （ 1913 年） 创
6、制的恒星的光度温度分布图。赫罗图的横坐标也可用恒星的光谱型、色指数，纵 坐标也可用恒星的绝对星等表示。二.名词 恒星:由炽热气体组成的、能自身发光的球状或类球状天体。观测特征：距离、亮度 、 颜色、温度、质量、大小、化学组成等。超新星: 主序星临终时的一种爆发。光球层：可见光辐射区，半径约700,000 km,温度约6000 K,利用吸收光谱确定了 67种元 素的化学组成。等离子体：由大量离子，电子和分子组成，呈电中性且具有集体效应。 行星状星云：低质量恒星在死亡时抛出的气体包层 , 受到中心高温白矮星的辐射电离 而发光。伽马暴：来自天空中某一方向的伽玛射线强度在短时间内突然增强，随后又迅速减
7、弱 的现象，是宇宙中发生的最剧烈的爆炸，恒星级天体过程。热辐射：处于热平衡的物理向外所发射的辐射。 黑体辐射：谱吸收系数 =1 的物体的热辐射。彭罗斯机制：从旋转黑洞中提取能量的过程。 法拉第旋转：光线通过磁场会传播方向会发生偏转。塞曼分裂：产生光谱的光源置于足够强的磁场中，磁场作用于发光体使光谱发生变化， 一条谱线即会分裂成几条偏振化的谱线。引力透镜：如果在观测者到光源的视线上有一个大质量的前景天体则在光源的两侧会 形成两个像，就好像有一面透镜放在观测者和天体之间一样，这种现象称之为引力透 镜效应。黑洞视界：曲面R=Rs（看作是时空中的一个曲面）是这样一些时空点之间的边界，其中一 些时空点将
8、在某个时间变为可见，而另一些时空点外部观测者永远观察不到，那么这 一边界称为黑洞视界。引力红移：即在无穷远接收到的光子频率要小于固有频率，星体表面发出的光谱由于 引力会向红端移动。无线红移面：1.在Schwarzschild解中R=Rs对应的曲面称为无限红移面，也称为静态极 限，粒子在曲面上不能保持静止。 2.从这里发出的任何波长的光，在到达到地球时，波长都将红移至无穷大。Hubble定律：1929年，哈勃发现河外星系视向退行速度v与距离d成正比。H原子21cm谱线：指由中性氢原子因为能阶变化而产生的电磁波谱线。活动星系核：一些星系的核辐射的光度与整个星系的光度相当。其主要特征为核活动， 是产
9、生于恒星中热核反应以外的另一种能源，并在某些现象中有着相当的影响。 宇宙线：指与大气层作用之前的原初粒子。三基本问题1. 常用的电磁辐射机制有哪些？物理过程？ 热辐射：处于热平衡的物体所发射的辐射回旋辐射：非相对论性的带电粒子在磁场中受到洛伦兹力的作用产生的 辐射。同步辐射：相对论性带电粒子在电磁场的作用下沿弯转轨道行进时所发 出的电磁辐射。曲率辐射：在很强的磁场条件下，电子被束缚在磁力线上，只能沿着磁 力线运动。如果磁力线是弯曲的，电子沿着弯曲的磁力线运动可以获得向心 加速度并发出辐射，此时产生的辐射称为曲率辐射。Compton 散射和逆 Compton 散射：在自由电子与光子的碰撞过程中，
10、若 电子动能远小于光子能量，则光子的一部分能量会转移给电子，出射波中会 产生波长增大的波，此过程成为 Compton 散射；若电子动能远大于光子能量， 则电子的动能会部分的转移给光子，而产生高能光子，即逆 Compton 散射， 所产生的辐射为逆 Compton 辐射。轫致辐射：自由运动电子受离子库仑场作用加速运动而产生的辐射。Cherenkov 辐射：切伦科夫辐射，高速带电粒子在非真空的透明介质中穿 行，当粒子速度大于光在这种介质中的相速度（即单一频率的光波在介质中 的波形扰动的速度）时，就会激发出电磁波，这种现象即切伦科夫辐射。（来 自课件和百度百科）2. 探测宇宙中磁场的手段和物理原理？
11、1. Polarization of starlight： polarization percentage increases with distance2. Zeeman splitting :磁光效应3. Polarization at infrared： thermal emission and aligned by B-field in the clouds4. Synchrotron radiation： transverse B-strcuture5. Faraday rotation：旋光效应张华整理的：恒星光的极化；谱线的塞曼分裂（磁场作用于发光体使光谱发生变化，一条谱线即会分
12、裂成几条 偏振化的谱线，这种现象称为塞曼效应。）；同步辐射谱：同步辐射是带电粒子绕磁场运动产生的，可以得到垂直分量的信息 法拉第旋转：经过磁场后的光偏振面发生变化，平行于传播方向的分量有关 红外、毫米波的极化：尘埃的热辐射被星云中的磁场极化3. 请画出大质量恒星演化晚期的洋葱结构向外温度逐渐降低。图像如下：4. 宇宙学原理是什么？ 宇宙学原理实质上是个假设，称之为“宇宙空间均匀各向同性假设”似乎更 合适，即：宇宙空间任何一点没有特殊性。（来自天体物理导论 P236）5. 恒星中心合成铁族元素后，若在进一步核聚变需要吸热，则必将破坏恒 星的引力平衡，因此以核燃烧方式稳定的合成比铁重核素是不可能的
13、。 比铁重元素的核合成机制有哪些？俘获中子：Slow过程：若中子流量低，俘获中子的速率 产物衰变 率；可能与天体爆发过程（超新星爆发）相关。俘获质子：质子俘获形成丰质子核； rp 过程：质子带电，只有质子动能足够大才能 进行有效核反应，因此质子流量也应较大，质子俘获率 产物衰变。6. 脉冲星是如何产生脉冲信号？原理就像我们乘坐轮船在海里航行，看到过的灯塔一样。设想一座灯塔总是亮着且 在不停地有规则运动，灯塔每转一圈，由它窗口射出的灯光就射到我们的船上一次。 不断旋转，在我们看来，灯塔的光就连续地一明一灭。脉冲星也是一样，当它每自 转一周，我们就接收到一次它辐射的电磁波，于是就形成一断一续的脉冲
14、。脉冲这 种现象，也就叫“灯塔效应。脉冲的周期其实就是脉冲星的自转周期。7. 奥伯斯佯谬是什么及现代解释？奥伯斯佯谬是指若宇宙是穏恒态而且无限的，则晚上应该是光亮而不是黑暗的。 解释：宇宙的年龄是有限的和红移，后者更为重要。8. 为什么提出暗物质？暗物质存在的可能证据？暗物质可能的本质？目前 的主要的探测方法？ 以银河系为例：实际上在银河系里物质总量的增长至少到 489300 光年的范围， 含有的物质总质量约为15 x 10T1msun。但银河系里明亮物质的质量总量不会超过1.2 x 10A11 msun。所以我们银河系的质量中超过90 %是暗物质。【张华的解释：银河系的可观测质量远远小于形成
15、该结构需要的质量； 星系旋转曲线的异常：转动曲线伸展远远超出它的光学像分布的区域范围； 引力透镜效应：由于光线弯曲，大质量物体背后的光在前端形成一个弧，由此推断 引力源的性质。】暗物质：不能提供任何直接的电磁作用信号，但可以有引力效应的物质。这是弥散 状态存在的暗物质。 暗物质的微观结构：热暗物质是其组成粒子以接近真空光速运动的暗物质。从标准 模型中给出的粒子中，如果中微子有静止质量，则可能是“热”暗物质粒子。超对称所预言的粒子是目前主导的暗物质候选粒子。这些粒子具有质量和弱相互作 用力，但它们不参与电磁作用。由此这些弱相互作用大质量粒子（WIMP）可以和 普通的原子核发生碰撞，并且在不发射和吸收辐射的情况下散射它们。最轻的WIMP 被称为渺中子（neutralino）。宇宙中的暗物质大部分是冷暗物质，轴子也是一种假想中的粒子，但并非来自超对 称理论。轴子并不是一种物质粒子，而是一种力的载体，类似于传播电磁力的光 子。它要比WIMP
