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天體物理學(xué)
本詞條是多義詞，共2個(gè)義項(xiàng)
天文學(xué)的主要分支
天體物理學(xué)(astrophysics)既是天文學(xué)的一個(gè)主要分支，也是物理學(xué)的分支之一，它是利用物理學(xué)的技術(shù)、方法和理論來研究天體的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、物理?xiàng)l件、化學(xué)組成和演化規(guī)律的學(xué)科。
天體物理學(xué)分為：太陽物理學(xué)、太陽系物理學(xué)、恒星物理學(xué)、恒星天文學(xué)、行星物理學(xué)、星系天文學(xué)、宇宙學(xué)、宇宙化學(xué)、天體演化學(xué)等分支學(xué)科。另外，射電天文學(xué)、空間天文學(xué)、高能天體物理學(xué)也是它的分支。
用物理學(xué)的技術(shù)和方法分析來自天體的電磁輻射，可得到天體的各種物理參數(shù)。根據(jù)這些參數(shù)運(yùn)用物理理論來闡明發(fā)生在天體上的物理過程，及其演變是實(shí)測天體物理學(xué)和理論天體物理學(xué)的任務(wù)。
基本信息
| 中文名 | 天體物理學(xué) |
| 外文名 | Astrophysics |
| 學(xué)術(shù)領(lǐng)域 | 力學(xué)、相對論、粒子物理學(xué)等 |
| 研究對象 | |
| 類別 | |
| 人物 | 愛因斯坦、哈勃等 |
| 學(xué)科代碼 | 16020 |
收起
發(fā)展
天體物理學(xué)
十九世紀(jì)中葉，三種物理方法——分光學(xué)、光度學(xué)和照相術(shù)廣泛應(yīng)用于天體的觀測研究以后，對天體的結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成、物理狀態(tài)的研究形成了完整的科學(xué)體系，天體物理學(xué)開始成為天文學(xué)的一個(gè)獨(dú)立的分支學(xué)科。
天體物理學(xué)的發(fā)展，促使天文觀測和研究不斷出現(xiàn)新成果和新發(fā)現(xiàn)。1859年，基爾霍夫對太陽光譜的吸收線(即夫瑯和費(fèi)譜線)作出科學(xué)解釋。他認(rèn)為吸收線是光球所發(fā)出的連續(xù)光譜被太陽大氣吸收而成的，這一發(fā)現(xiàn)推動了天文學(xué)家用分光鏡研究恒星；1864年，哈根斯用高色散度的攝譜儀觀測恒星，證認(rèn)出某些元素的譜線，以后根據(jù)多普勒效應(yīng)又測定了一些恒星的視向速度；1885年，皮克林首先使用物端棱鏡拍攝光譜，進(jìn)行光譜分類。通過對行星狀星云和彌漫星云的研究，在仙女座星云中發(fā)現(xiàn)新星。這些發(fā)現(xiàn)使天體物理學(xué)不斷向廣度和深度發(fā)展。
1859年﹐基爾霍夫根據(jù)熱力學(xué)規(guī)律解釋太陽光譜的夫瑯和費(fèi)線﹐斷言在太陽上存在著某些和地球上一樣的化學(xué)元素﹐這表明﹐可以利用理論物理的普遍規(guī)律從天文實(shí)測結(jié)果中分析出天體的內(nèi)在性質(zhì)﹐是為理論天體物理學(xué)的開端。
理論天體物理學(xué)的發(fā)展緊密地依賴于理論物理學(xué)的進(jìn)步﹐幾乎理論物理學(xué)每一項(xiàng)重要突破﹐都會大大推動理論天體物理學(xué)的前進(jìn)。二十世紀(jì)二十年代初量子理論的建立﹐使深入分析恒星的光譜成為可能﹐并由此建立了恒星大氣的系統(tǒng)理論。三十年代原子核物理學(xué)的發(fā)展﹐使恒星能源的疑問獲得滿意的解決﹐從而使恒星內(nèi)部結(jié)構(gòu)理論迅速發(fā)展﹔并且依據(jù)赫羅圖的實(shí)測結(jié)果﹐確立了恒星演化的科學(xué)理論。1917年愛因斯坦用廣義相對論分析宇宙的結(jié)構(gòu)﹐創(chuàng)立了相對論宇宙學(xué)。
1920年，薩哈提出恒星大氣電離理論，通過埃姆登、史瓦西、愛丁頓等人的研究，關(guān)于恒星內(nèi)部結(jié)構(gòu)的理論逐漸成熟；1905年，赫茨普龍在觀測基礎(chǔ)上將部分恒星分為巨星和矮星；1913年，羅素按絕對星等與光譜型繪制恒星分布圖，即赫羅圖；1916年，亞當(dāng)斯和科爾許特發(fā)現(xiàn)相同光譜型的巨星光譜和矮星光譜存在細(xì)微差別，并確立用光譜求距離的分光視差法。1938年，貝特提出了氫聚變?yōu)楹さ臒岷朔磻?yīng)理論，成功地解決了主序星的產(chǎn)能機(jī)制問題。
1929年，哈勃在研究河外星系光譜時(shí)，提出了哈勃定律，這極大地推動了星系天文學(xué)的發(fā)展；1931～1932年，央斯基發(fā)現(xiàn)了來自銀河系中心方向的宇宙無線電波；四十年代，英國軍用雷達(dá)發(fā)現(xiàn)了太陽的無線電輻射，從此射電天文蓬勃發(fā)展起來；六十年代用射電天文手段又發(fā)現(xiàn)了類星體、脈沖星、星際分子、微波背景輻射。
1946年美國開始用火箭在離地面30～100公里高度處拍攝紫外光譜。1957年，蘇聯(lián)發(fā)射人造地球衛(wèi)星，為大氣外層空間觀測創(chuàng)造了條件。以后，美國、西歐、日本也相繼發(fā)射用于觀測天體的人造衛(wèi)星。世界各國已發(fā)射數(shù)量可觀的宇宙飛行器，其中裝有各種類型的探測器，用以探測天體的紫外線、x射線、γ射線等波段的輻射。從此天文學(xué)進(jìn)入全波段觀測時(shí)代。
定義
天體物理學(xué)圖解
天體物理學(xué)涉及的領(lǐng)域廣泛，天文物理學(xué)家通常應(yīng)用不同學(xué)科的方法，包括力學(xué)、電磁學(xué)、統(tǒng)計(jì)力學(xué)、量子力學(xué)、相對論、粒子物理學(xué)等進(jìn)行研究。
隨著近代跨學(xué)科的發(fā)展，其與化學(xué)、生物、歷史、計(jì)算機(jī)、工程、古生物學(xué)、考古學(xué)、氣象學(xué)等學(xué)科混合，天體物理學(xué)大小分支大約三百到五百門主要專業(yè)分支，成為物理學(xué)當(dāng)中最前沿的龐大領(lǐng)導(dǎo)學(xué)科，是引領(lǐng)近代科學(xué)及科技重大發(fā)展的前導(dǎo)科學(xué)，同時(shí)也是歷史最悠久的古老傳統(tǒng)科學(xué)。
研究內(nèi)容
檢測儀器
天體物理學(xué)
光學(xué)天文學(xué)通常使用加裝電荷耦合元件和光譜儀的望遠(yuǎn)鏡來做觀測。由于大氣層會干涉觀測數(shù)據(jù)的品質(zhì)，還必須配備調(diào)適光學(xué)系統(tǒng)，或使用太空望遠(yuǎn)鏡，才能得到最優(yōu)良的影像。在這頻域里，恒星的可見度非常高。借著觀測化學(xué)頻譜，可以分析恒星、星系和星云的化學(xué)成份。
除了宇宙線的粒子探測、隕石的實(shí)驗(yàn)室分析、宇宙飛行器對太陽系天體的實(shí)地采樣和分析，以及尚在努力探索中的引力波觀測之外，關(guān)于天體的信息都來自電磁輻射。天體物理儀器的作用是對電磁輻射進(jìn)行收集定位、變換和分析處理。電磁輻射的收集和定位是由望遠(yuǎn)鏡(包括射電望遠(yuǎn)鏡)來實(shí)現(xiàn)的。
理論模型
理論天體物理學(xué)家的工具包括分析模型和計(jì)算機(jī)模擬。天文過程的分析模型時(shí)常能使學(xué)者更深刻地理解內(nèi)中奧妙；計(jì)算機(jī)模擬可以顯現(xiàn)出一些非常復(fù)雜的現(xiàn)象或效應(yīng)。
大爆炸模型的兩個(gè)理論棟梁是廣義相對論和宇宙學(xué)原理。由于太初核合成理論的成功和宇宙微波背景輻射實(shí)驗(yàn)證實(shí)，科學(xué)家確定大爆炸模型是正確無誤。學(xué)者又創(chuàng)立了ΛCDM模型來解釋宇宙的演化，這模型涵蓋了宇宙膨脹（cosmic inflation）、暗能量、暗物質(zhì)等等概念。
輻射轉(zhuǎn)移理論是解釋已知天象的有力工具，而且還可以預(yù)言尚未觀測到的天體和天象。以輻射轉(zhuǎn)移理論為基礎(chǔ)建立的恒星大氣理論，以熱核聚變概念為基礎(chǔ)發(fā)展起來的元素合成理論、恒星內(nèi)部結(jié)構(gòu)理論和天體演化理論，乃是理論天體物理學(xué)的基礎(chǔ)。
研究人員
天體物理學(xué)
實(shí)測天體物理學(xué)家通常本身精通理論天體物理，在相當(dāng)程度上來說也有能力自行發(fā)展理論，扮演小心求證的研究者，通常是物理實(shí)證主義的奉行者，只相信觀測數(shù)據(jù)，經(jīng)常對理論天體物理學(xué)所提出的假說進(jìn)行證偽或證實(shí)的活動，一般都是天體物理學(xué)研究者當(dāng)中的保守人士。
研究對象
?太陽系
太陽是離地球最近的一顆普通恒星。對太陽的研究，經(jīng)歷了從研究它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、能量來源、化學(xué)組成和靜態(tài)表面結(jié)構(gòu)，到使用多波段電磁輻射研究它的活動現(xiàn)象的過程。太陽風(fēng)的影響能夠?yàn)槲覀冎苯痈惺堋?/span>日地關(guān)系密切，所以研究有關(guān)地球的科學(xué)，必須考慮太陽的因素。
對行星的研究是天體物理學(xué)的一個(gè)重要方面。近二十年來，對彗星的研究以及對行星際物質(zhì)的分布、密度、溫度、磁場和化學(xué)組成等方面的研究，都取得了重要成果。隨著空間探測的進(jìn)展，太陽系的研究又成為最活躍的領(lǐng)域之一。
二百多年來，關(guān)于太陽系的起源和演化問題已提出四十多種學(xué)說，但至今還沒有一個(gè)學(xué)說被認(rèn)為是完善的而被普遍接受。近三十年來這方面有了很大進(jìn)展，大多數(shù)天文學(xué)家贊成的恒星演化學(xué)說是所謂的“彌漫說”，但也有少數(shù)人認(rèn)為恒星是由超密物質(zhì)轉(zhuǎn)化而成的。
?特殊恒星
特殊恒星更是多種多樣：造父變星的光變周期為1～50天，光變幅為0.1～2個(gè)星等；長周期變星的光變周期為90～1000天，光變幅為2.5～9個(gè)星等；天琴座RR型變星的光變周期為0.05～1.5天，光變幅不超過1～2個(gè)星等；金牛座 T型變星光變不規(guī)則各種各樣的恒星，為研究恒星的形成和演化規(guī)律提供了樣品。另外，天體上特殊的物理?xiàng)l件，在地球上往往并不具備，利用天體現(xiàn)象探索物理規(guī)律，是天體物理學(xué)的重要職能。
?星系
通過多年研究，人們對銀河系的整體圖像以及太陽在銀河系中的地位，有了比較正確的認(rèn)識。銀河系的直徑為十萬光年，厚兩萬光年。通過對銀河系恒星集團(tuán)的研究，建立和證實(shí)了星族和銀河系次系等概念。對銀河系自轉(zhuǎn)、旋臂結(jié)構(gòu)、銀核和銀暈也進(jìn)行了大量研究。
分類
天體物理學(xué)
按照研究對象分類是它的主要分類方法，可分為：
太陽學(xué)科
①太陽物理學(xué)
天體物理學(xué)
②太陽系物理學(xué)
恒星學(xué)科
③恒星物理學(xué)
研究各種恒星的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)、物理狀況、化學(xué)組成、起源和演化等。銀河系的恒星有一、二千億顆，其物理狀況千差萬別。有些恒星上具有非常特殊的條件，如超高溫、超高壓、超高密、超強(qiáng)磁場等等，這些條件地球上并不具備。利用恒星上的特殊物理?xiàng)l件探索物理規(guī)律是恒星物理學(xué)的重要任務(wù)。④恒星天文學(xué)。研究銀河系內(nèi)的恒星、星團(tuán)、星云、星際物質(zhì)等的空間分布和運(yùn)動特性，從而深入探討銀河系的結(jié)構(gòu)和本質(zhì)。
④恒星天文學(xué)
星系學(xué)科
⑤行星物理學(xué)
⑥星系天文學(xué)
又稱河外天文學(xué)，研究星系（包括銀河系）、星系團(tuán)、星系際空間等的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、運(yùn)動、組成、物理性質(zhì)等。
宇宙學(xué)科
⑦宇宙學(xué)
從整體的角度來研究宇宙的結(jié)構(gòu)和演化。包括側(cè)重于發(fā)現(xiàn)宇宙大尺度觀測特征的觀測宇宙學(xué)和側(cè)重于研究宇宙的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)以及建立宇宙模型的理論宇宙學(xué)。
⑧宇宙化學(xué)
⑨天體演化學(xué)
天體物理學(xué)
天體物理學(xué)的各分支學(xué)科是互相關(guān)聯(lián)、互相交叉的。隨著新技術(shù)、新方法、新理論的出現(xiàn)和應(yīng)用，天體物理學(xué)中涌現(xiàn)了一些新的分支學(xué)科，如射電天文學(xué)、紅外天文學(xué)、紫外天文學(xué)、X射線天文學(xué)等。天體物理學(xué)同其他學(xué)科也是互相交叉、互相滲透的。也出現(xiàn)了一些交叉性的學(xué)科，如天體化學(xué)、天體生物學(xué)等。
其他學(xué)科
射電天文學(xué)是通過觀測天體的無線電波來研究天文現(xiàn)象的一門學(xué)科。由于地球大氣的阻攔，從天體來的無線電波只有波長約1毫米到30米左右的才能到達(dá)地面，迄今為止，絕大部分的射電天文研究都是在這個(gè)波段內(nèi)進(jìn)行的。射電天文學(xué)以無線電接收技術(shù)為觀測手段，觀測的對象遍及所有天體：從近處的太陽系天體到銀河系中的各種對象，直到極其遙遠(yuǎn)的銀河系以外的目標(biāo)。射電天文波段的無線電技術(shù)，到二十世紀(jì)四十年代才真正開始發(fā)展。
?空間天文學(xué)
通過在高層大氣和大氣外層空間進(jìn)行天文探測，收集資料，進(jìn)行天文研究的學(xué)科。天文學(xué)和空間科學(xué)的邊緣學(xué) 科。天體在不斷發(fā)出r射線、X射線、紫外、可見光、紅外、射電波等不同波長的電磁波，但只有可見光和它兩側(cè)的近紅外光、近紫外光，1毫米至30米的射電波，以及紅外波段中的幾小段波長區(qū)間的輻射能到達(dá)地面，其余都被地球大氣吸收或反射了。人造衛(wèi)星上天后，人們得以完全克服地球大氣的屏障，開始了對天體整個(gè)電磁波段的觀測，導(dǎo)致了空間天文學(xué)的誕生。空間天文學(xué)采用高空飛機(jī)、平流層氣球、探空火箭、人造地球衛(wèi)星、行星際探測器、航天器等各種運(yùn)載工具。20世紀(jì)60年代以后，對太陽系天體的空間探測成果豐碩：阿波羅飛船6次把宇航員送上月球，進(jìn)行了實(shí)地考察；行星際探測器多次實(shí)現(xiàn)了對水星、金星、火星、木星、土星、天王星和海王星的考察，有許多重大發(fā)現(xiàn)，還獲得了行星際空間有關(guān)太陽風(fēng)、行星際介質(zhì)、行星際磁場等的大量珍貴資料。
?高能天體物理學(xué)
天體物理學(xué)的一個(gè)分支學(xué)科。主要任務(wù)是研究天體上發(fā)生的各種高能現(xiàn)象和高能過程。它涉及的面很廣，既包括有高能粒子（或高能光子）參與的各種天文現(xiàn)象和物理過程，也包括有大量能量的產(chǎn)生和釋放的天文現(xiàn)象和物理過程。最早，高能天體物理學(xué)主要限于宇宙線的探測和研究，真正作為一門學(xué)科是20世紀(jì)60年代后才建立起來的。60年代以后，各種新的探測手段應(yīng)用到天文研究中，一大批新天體、新天象的發(fā)現(xiàn)，使高能天體物理學(xué)得到了迅速發(fā)展。高能天體物理學(xué)的研究對象包括類星體和活動星系核、脈沖星、超新星爆發(fā)、黑洞理論、X射線源、γ射線源、宇宙線、各種中微子過程和高能粒子過程等等。
天體物理學(xué)
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克的荷電粒子﹔發(fā)現(xiàn)星系核的爆發(fā)現(xiàn)象和激烈的活動現(xiàn)象。研究意義
人類對宇宙的認(rèn)識不斷擴(kuò)大，不僅使人們愈來愈深入地了解宇宙的結(jié)構(gòu)和演化規(guī)律，同時(shí)也促使物理學(xué)在揭示微觀世界的奧秘方面取得進(jìn)展。氦元素就是首先在太陽上發(fā)現(xiàn)的，過了二十多年后才在地球上找到。熱核聚變概念是在研究恒星能源時(shí)提出的。由于地面條件的限制，某些物理規(guī)律的驗(yàn)證只有通過宇宙這個(gè)“實(shí)驗(yàn)室”才能進(jìn)行。六十年代天文學(xué)的四大發(fā)現(xiàn)——類星體、脈沖星、星際分子、微波背景輻射，促進(jìn)了高能天體物理學(xué)、宇宙化學(xué)、天體生物學(xué)和天體演化學(xué)的發(fā)展，也向物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)提出了新的課題。
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尚可名片
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作者
