普通天文學(xué)天體物理第1頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一緒論天文學(xué)是研究宇宙的科學(xué)。宇宙：四方上下曰宇，往古來(lái)今曰宙。

——《淮南子》宇宙包含了所有的空間、時(shí)間、物質(zhì)和能量。第2頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一空間尺度：從極小到極大最遙遠(yuǎn)星系銀河系鄰近恒星太陽(yáng)地球人類細(xì)胞原子質(zhì)子夸克1026m10-20m10-10m100m1010m1020m第3頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一地球第4頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一太陽(yáng)系第5頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一恒星世界第6頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一星團(tuán)第7頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一恒星的演化第8頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一恒星的形成第9頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一銀河系第10頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一宇宙島——河外星系第11頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一活動(dòng)星系第12頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一星系集團(tuán)第13頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一最遙遠(yuǎn)的星系第14頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一時(shí)間跨度：從過去到將來(lái)向前：太陽(yáng)的過去、大爆炸、時(shí)間的起點(diǎn)向后：太陽(yáng)的演化、宇宙的未來(lái)第15頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一宇宙演化的歷史第16頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一天文學(xué)的研究特點(diǎn)天文學(xué)研究的基礎(chǔ)——觀測(cè)（觀察和測(cè)量） 天文觀測(cè)是一種“被動(dòng)”的試驗(yàn) 觀測(cè)→理論→觀測(cè)距離極遠(yuǎn)時(shí)標(biāo)極長(zhǎng)物理?xiàng)l件極端復(fù)雜（溫度、密度、壓強(qiáng)、磁場(chǎng)）第17頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一天文學(xué)的發(fā)展

天體測(cè)量學(xué)：天體的位置和變化規(guī)律

第18頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一天文學(xué)的發(fā)展天體的運(yùn)動(dòng)定律與天體力學(xué)第19頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一天文學(xué)的發(fā)展19世紀(jì)中葉，天體物理學(xué)誕生天體光度和光譜的測(cè)量。觀測(cè)技術(shù)和理論工具飛速發(fā)展。光學(xué)天文學(xué)→射電天文學(xué)、空間天文學(xué)→全波天文學(xué)。量子論、相對(duì)論、原子核物理學(xué)、高能物理學(xué)。

第20頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一關(guān)于本課程學(xué)習(xí)目的和要求學(xué)習(xí)內(nèi)容成績(jī)測(cè)定聯(lián)系方式 lixd@第21頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一仙女座星系，距離300萬(wàn)光年人們?cè)鯓尤パ芯咳绱诉b遠(yuǎn)的天體？第22頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第一章恒星的觀測(cè)

§1.1輻射基本知識(shí)§1.2恒星的距離和大小§1.3恒星的星等§1.4恒星的光譜和赫羅圖§1.5雙星和恒星質(zhì)量§1.6天文望遠(yuǎn)鏡第23頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一§1.1輻射基本知識(shí)1.電磁輻射

人們獲得天體信息的渠道主要有四種：

電磁輻射(electromagneticradiation) 宇宙線(cosmicrays) 中微子(neutrinos) 引力波(gravitationalwave) 電磁輻射是其中最為重要的一種。

LIGOHomestake金礦中微子實(shí)驗(yàn)室第24頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一電磁輻射是以變化的電磁場(chǎng)傳遞能量、具有特定波長(zhǎng)和強(qiáng)度的波（波動(dòng)性）。

波長(zhǎng)范圍：＜0.01?

–30m 1?ngstrom=10-10m (波長(zhǎng)λ)×(頻率ν)＝光速c=3×1010cms-1第25頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一根據(jù)波長(zhǎng)由長(zhǎng)到短，電磁輻射可以分為射電、紅外、光學(xué)、紫外、X射線和γ射線等波段，可見光又可分解為七色光。

第26頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一電磁輻射由光子構(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=hν, 其中Planck常數(shù)h=6.63×10-27ergs-1

PlanckEinstein第27頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一大氣窗口(atmosphericwindow)地球大氣阻擋了來(lái)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。

第28頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一不透明度第29頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.黑體輻射（blackbodyradiation）

黑體(blackbody)

能吸收所有的外來(lái)輻射（無(wú)反射）并全部再輻射的理想天體。

黑體輻射

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(lái)表示。不同溫度黑體的輻射譜第30頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一Stefan-Boltzmann定律

單位面積黑體輻射的能量F＝σT4 其中Stefan-Boltzmann常數(shù) σ＝5.67×10-5ergcm-2s-1K-4

Wien定律

黑體輻射最強(qiáng)處的波長(zhǎng)λmax與溫度之間的關(guān)系為 λmax

T＝0.29(cmK) 高溫黑體主要輻射短波，低溫黑體主要輻射長(zhǎng)波。

第31頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一不同輻射波段的太陽(yáng)光學(xué)紫外X射線射電第32頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一不同輻射波段的銀河系第33頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一不同波段的旋渦星系M81光學(xué)中紅外遠(yuǎn)紅外X射線紫外射電第34頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一不同溫度天體的輻射OmegaCentauriSunAdim,youngstar(shownhereinred)nearthecenteroftheOrionNebulaRhoOphiuchi第35頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一Planck定律 溫度為T的單位面積黑體，在單位時(shí)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 F∝d-2第36頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3.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。

第37頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一恒星形成區(qū)M17中的熱氣體輻射譜太陽(yáng)光譜第38頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一原子結(jié)構(gòu)和譜線的形成原子結(jié)構(gòu)：原子核+圍繞原子核旋轉(zhuǎn)的電子（云）。（量子化的）電子軌道的大小反映了原子能態(tài)的高低。第39頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一當(dāng)電子從高能態(tài)躍遷到低能態(tài)，原子釋放光子，產(chǎn)生發(fā)射線；反之產(chǎn)生吸收線。吸收或發(fā)射的光子能量為hν＝En2-En1第40頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一吸收線的產(chǎn)生過程第41頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一氫原子光譜（波長(zhǎng)單位：nm）Lyman線系n1=1Balmer線系n1=2Paschen線系n1=3Brackett線系n1=4Pfund線系n1=5n2=2121.63102.6656.3497.2486.11875595.0434.112824050693.8410.2109426307460┆∞91.2364.782114602280第42頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一氫原子光譜第43頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一譜線與恒星的化學(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。第44頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一通過比較太陽(yáng)光譜和實(shí)驗(yàn)室中各種元素的譜線，可以確定太陽(yáng)大氣的化學(xué)成分。按質(zhì)量計(jì)，70%H,28%He和2%重元素。按數(shù)目計(jì)，90.8%H,9.1%He和0.1%重元素。第45頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一4.譜線位移

Doppler譜線位移

(Dopplershift)

由于輻射源在觀測(cè)者視線方向上的運(yùn)動(dòng)而造成接收到的電磁輻射波長(zhǎng)或頻率的變化。 遠(yuǎn)離（接近）觀測(cè)者輻射源發(fā)出的電磁輻射波長(zhǎng)變長(zhǎng)（短），稱為譜線紅移（藍(lán)移）。

第46頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一譜線致寬

在沒有外界因素的影響時(shí)，原子的譜線的自然寬度非常窄。Doppler致寬 輻射源內(nèi)部原子的無(wú)規(guī)熱運(yùn)動(dòng)輻射源的整體運(yùn)動(dòng)（如轉(zhuǎn)動(dòng)）造成譜線致寬。第47頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一SpectralInformationfromStarlight

ObservedSpectralCharacteristicInformationProvidedPeakfrequencyorwavelengthofcontinuousspectraTemperature(Wien'slaw)LinespresentComposition,temperatureLineintensitiesComposition,temperatureLinewidthTemperature,turbulence,rotationspeed,density,magneticfieldDopplershiftLine-of-sightvelocity第48頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一§1.2恒星的距離和大小

1.恒星距離的測(cè)定

(1)三角視差法(trignometricparallax)

利用三角法測(cè)量恒星的距離

基線越長(zhǎng)，可測(cè)量的恒星距離越遠(yuǎn)。

D=B/sinρ第49頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一周年視差(annualparallax)

以地球軌道半長(zhǎng)徑作為基線測(cè)量恒星的距離。 周年視差ρ是恒星相對(duì)于地球軌道半長(zhǎng)徑所張的夾角。

通過測(cè)量恒星在天球上（相對(duì)于遙遠(yuǎn)的背景星）相隔半年位置的變化而測(cè)得。第50頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一恒星的距離通常以秒差距

(parsec)

或光年

(lightyear)

作為單位。令a

=1AU為平均日地距離（1天文單位），d為恒星的距離，則

1秒差距是周年視差為1″的恒星的距離。1秒差距(pc)=3.086×1018厘米(cm)=3.26光年(ly)=206265天文單位(AU)

第51頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一最近的恒星

αCentauriProxima

ρ=0.76″d=1.3pc（4.3ly）Barnard星ρ=0.55″

d=1.8pc(6.0ly)第52頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一限制

由于受到地球大氣擾動(dòng)的影響，周年視差的精確測(cè)量受到限制。地面望遠(yuǎn)鏡的角分辨本領(lǐng)一般不超過0.01″Hipparcos衛(wèi)星（1989年8月發(fā)射） 的角分辨率達(dá)到0.001″， 測(cè)量了約100萬(wàn)顆恒星的距離。

三角測(cè)距法只適用于近距離 （≤30-500pc）的恒星。 第53頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.恒星的自行(propermotion)

恒星在天球上的視運(yùn)動(dòng)有兩種成分：地球和太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)引起的相對(duì)運(yùn)動(dòng)和恒星的真實(shí)視運(yùn)動(dòng)。后者稱為恒星的自行，代表恒星在垂直于觀測(cè)者視線方向上的運(yùn)動(dòng)。

恒星的真實(shí)運(yùn)動(dòng)速度可以分解為橫向速度（自行）和視向（或徑向）速度兩個(gè)分量。

第54頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一自行大的恒星通常是近距離恒星，但自行小的恒星并不一定是遠(yuǎn)距離的。

Barnard星是具有最大自行的恒星，在22年內(nèi)自行達(dá)227″（10.3″/yr）→橫向速度=88km/s第55頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3.恒星大小的測(cè)定

(1)方法

直接測(cè)量法：Michelson干涉法、掩食法（僅對(duì)距離近、體積大的恒星適用）。

間接測(cè)量法

根據(jù)Stefan-Boltzmann定律，恒星的光度L=4πR2σT4,通過測(cè)量恒星的光度L和表面溫度T就可以得到它的半徑R

其中R⊙=7×1010cm,T⊙=5770K。

第56頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一(2)結(jié)果

根據(jù)恒星體積的大小可以把它們分成以下幾類： 超巨星R~100-1000R⊙ 巨星R~10-100R⊙ 矮星R~R⊙ 恒星的大小分布為： 10-5R⊙(中子星) 103

R⊙(超巨星)

第57頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一§1.3恒星的星等

1.恒星的光度和亮度光度L(luminosity)：天體在單位時(shí)間內(nèi)輻射的總能量，是恒星的固有量。

亮度F(brightness)：在地球上單位時(shí)間單位面積接收到的天體的輻射量。 視亮度的大小取決于三個(gè)因素：天體的光度、距離和星際物質(zhì)對(duì)輻射的吸收和散射。

第58頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.視星等m(apparentmagnitude)定義古希臘天文學(xué)家Hipparcos在公元前150年左右首先創(chuàng)立的表征恒星亮度的系統(tǒng)（1等星-6等星）。星等值越大，視亮度越低。天文學(xué)家在此基礎(chǔ)上建立了星等系統(tǒng)，定義星等相差5等的天體亮度相差100倍，即星等每相差1等，亮度相差(100)1/5=100.4≈2.512倍。星等分別為m1和m2的恒星亮度之比為

F1/F2=10-0.4(m1-m2) m1－m2=－2.5log(F1/F2) 或m=－2.5log(F/F0)，其中F0為定標(biāo)常數(shù)。第59頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一部分天體的視星等第60頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一(2)恒星的溫度和顏色

RigelBetelgeuse

第61頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一(3)

視星等的種類視星等的測(cè)量通常是在某一波段范圍內(nèi)進(jìn)行的。根據(jù)測(cè)量波段的不同，視星等可以分為目視星等、照相星等和光電星等，在全波段測(cè)量得到的星等稱為熱星等。UBV測(cè)光系統(tǒng)。

U(ultraviolet)-紫外波段星等 B(blue)-藍(lán)光波段星等 V(visual)-可見光波段星等ubvy測(cè)光系統(tǒng)。第62頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一UBV濾光片的透光率第63頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一色指數(shù)(colorindex)—在不同波段測(cè)量得到的星等之差，如U-B,B-V等。由于天體的顏色和輻射譜的形狀取決于表面溫度的高低，色指數(shù)的大小反映了天體的溫度。

第64頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一StellarColorsandTemperaturesCOLORINDEXSURFACETEMPERATURE(K)Bintensity/VintensityBmagnitude–Vmagnitude1.3-0.2830,0001.00.010,0000.550.656,0000.211.73,000第65頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3.絕對(duì)星等M(absolutemagnitude)

天體位于10pc距離處的視星等，它實(shí)際上反映了天體的光度。

對(duì)同一顆恒星： F10/Fd=(10/d)-2 M－m=－2.5log(F10/Fd)=5－5logd(pc) 對(duì)不同的恒星：M1－M2=－2.5log(L1/L2) M－M⊙=－2.5log(L/L⊙) 其中L⊙=3.86×1033ergs-1,M⊙=4.75m

距離模數(shù)(distancemodulus)：m-M

d=10(m-M+5)/5第66頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一光度與絕對(duì)星等之間的關(guān)系10,00010010.010.0001-5.25-0.25+4.75+9.75+14.75光度L/L⊙絕對(duì)星等第67頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一§1.4恒星的光譜和赫羅圖

1.恒星光譜(spectrum)典型的恒星的光譜由連續(xù)譜和吸收線構(gòu)成。第68頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.恒星光譜的形成恒星的連續(xù)譜來(lái)自相對(duì)較熱、致密的恒星內(nèi)部。

吸收線來(lái)自較冷、稀薄的恒星大氣。第69頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3.恒星的溫度與光譜恒星的表面溫度還反映為恒星的特征譜線強(qiáng)度。例如，A型星的H線最強(qiáng)，溫度比A型星低或高的恒星，H線較弱。

第70頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一這是因?yàn)槭共煌氐脑赢a(chǎn)生特定的光學(xué)吸收線要求原子中的電子處于某些特定的能級(jí)上，而電子的能級(jí)布居取決于溫度的高低。第71頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一4.Harvard光譜分類

Harvard大學(xué)天文臺(tái)的天文學(xué)家在1890-1910年首先提出的恒星光譜分類法。

AnnieJumpCannon

第72頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一Oh,BeAFineGuy(Girl),KissMe!根據(jù)恒星光譜中Balmer線的強(qiáng)弱，恒星的光譜首先被分成從A到P共16類。后來(lái)經(jīng)過調(diào)整和合并，按照溫度由高到低的次序，將恒星光譜分成O,B.A,F,G,K,M七種光譜型(spectraltype).第73頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一光譜型

表面溫度(K)

顏色

特征譜線

O30,000藍(lán)強(qiáng)電離He線，重元素多次電離線B20,000藍(lán)白中性He線，重元素一次電離線，H線A10,000白H線，重元素一次電離線F7,000黃白重元素一次電離線，H線和中性金屬線G6,000黃重元素一次電離線，中性金屬線K4,000紅橙中性金屬線，重元素一次電離線M3,000紅中性金屬線，分子帶每一種光譜型可以繼續(xù)分為0-9十個(gè)次型。太陽(yáng)的光譜型為G2。第74頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一恒星的顏色不同光譜型恒星的輻射能量比較第75頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一DigitalStellarSpectraA9-O5mainsequencestars

第76頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一DigitalStellarSpectraK5-F7mainsequencestars第77頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一5.赫羅圖(H-Rdiagram)

由丹麥天文學(xué)家E.Hertzsprung和美國(guó)天文學(xué)家H.R.Russell創(chuàng)制的恒星的光度-溫度分布圖。

赫羅圖的橫坐標(biāo)也可用恒星的光譜型、色指數(shù)，縱坐標(biāo)也可用恒星的絕對(duì)星等表示。

LT恒星的分布？第78頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一天空100顆最亮的恒星在赫羅圖上的分布。第79頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一太陽(yáng)附近5pc范圍內(nèi)的恒星在赫羅圖上的分布。第80頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一SampleStarDistribution第81頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一Hipparcos衛(wèi)星測(cè)量的恒星的赫羅圖。第82頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一恒星在赫羅圖上的分布特征主序星白矮星紅巨星藍(lán)超巨星第83頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

赫羅圖上的等半徑線

M－M⊙＝－2.5log(L/L⊙)＝－5log(R/R⊙)－10log(T/T⊙)即log(R/R⊙)＝8.47－0.2M－2logT

超巨星 巨星 半徑R 主序星 白矮星第84頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一6.Yerkes光譜分類

恒星的光度級(jí)分類

Harvard光譜分類并不能唯一確定恒星在赫羅圖上的位置，Yerkes天文臺(tái)的天文學(xué)家根據(jù)譜線寬度的變化，對(duì)恒星進(jìn)行光度分類。

原因：譜線的壓力（碰撞）致寬。如主序星，體積小，大氣密度高，壓力高，碰撞頻繁，譜線較寬；巨星，體積大，密度低，壓力小，譜線尖銳。

第85頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一根據(jù)恒星光度的高低，將恒星分為I–VII七個(gè)光度級(jí)。

光度級(jí)數(shù)值越小，表明恒星的光度越高。

Ia—最亮超巨星、Ib—次亮超巨星II—亮巨星、III—巨星、IV—亞巨星V—矮星VI—亞矮星、VII—白矮星

第86頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一(2)恒星的二元光譜分類

在光譜分類的基礎(chǔ)上，結(jié)合恒星的光度級(jí)分類得到恒星的二元光譜分類

。如太陽(yáng)的光譜型為G2V。

由恒星的光譜型可以確定恒星的表面溫度和光度，即恒星在赫羅圖上的位置。

分光視差(spectroscopicparallax)—利用恒星的光譜特征測(cè)定恒星的距離。

光譜→絕對(duì)星等→距離模數(shù)→距離第87頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一§1.5雙星和恒星的質(zhì)量

1.雙星由在彼此引力作用下互相繞轉(zhuǎn)的兩顆恒星組成的雙星系統(tǒng)。大部分的恒星位于雙星和聚星系統(tǒng)中。組成雙星的兩顆恒星均稱為雙星的子星（主星、伴星），以橢圓軌道相互繞轉(zhuǎn)。第88頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一研究雙星的意義→驗(yàn)證萬(wàn)有引力定律→測(cè)量恒星質(zhì)量→研究恒星結(jié)構(gòu)（形狀、大小、大氣）→研究恒星演化第89頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.目視雙星和恒星質(zhì)量的測(cè)定

(1)目視雙星(visualbinaries)在望遠(yuǎn)鏡內(nèi)能夠分辨出兩顆子星的雙星系統(tǒng)。Krueger60第90頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

雙星的軌道運(yùn)動(dòng)

兩顆子星圍繞公共質(zhì)心作橢圓運(yùn)動(dòng)，半長(zhǎng)徑分別為a1和a2.公共質(zhì)心位于橢圓的焦點(diǎn)上，子星在運(yùn)動(dòng)時(shí)與公共質(zhì)心始終位于一條直線上。橢圓軌道的大小與子星的質(zhì)量有關(guān)， M1a1＝M2a2如果以一顆子星以參照點(diǎn)，另一顆子星的相對(duì)運(yùn)動(dòng)也是一個(gè)橢圓，其半長(zhǎng)徑為 a＝a1+a2第91頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

目視雙星質(zhì)量的測(cè)定

利用Kepler第三定律和Newton萬(wàn)有引力定律：得到：以太陽(yáng)-地球系統(tǒng)為參照其中a,P為雙星的軌道半長(zhǎng)徑和周期。第92頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一(2)天體測(cè)量雙星(astrometricbinaries)

某些雙星的一顆子星較暗，很難觀測(cè)到，但通過較亮子星的自行軌跡的變化推測(cè)其伴星的存在。

雙星系統(tǒng)的質(zhì)心以直線運(yùn)動(dòng)，但每一顆子星的運(yùn)動(dòng)軌跡是波浪形的，

如天狼星（Sirius）。

第93頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3.分光雙星(spectroscopicbinaries)

通過子星軌道運(yùn)動(dòng)引起的譜線的Doppler位移確定其雙星性質(zhì)。 雙線、單線分光雙星。譜線位移取決于雙星軌道傾角的大小。

第94頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一視向速度曲線

由子星譜線的Doppler位移得到的子星的視向速度隨時(shí)間的變化曲線。如子星1的軌道運(yùn)動(dòng)速度為V1,0，雙星軌道平面的法線與視線的夾角為i,它的視向速度為由于得到

且

第95頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一由于軌道傾角未知，由恒星的質(zhì)量函數(shù)不能確定恒星的質(zhì)量，但可用于恒星質(zhì)量的統(tǒng)計(jì)分析。

質(zhì)量函數(shù)(massfunction)

利用Kepler第三定律消去上式中的a得到雙星的質(zhì)量函數(shù)為第96頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一4.食雙星(eclipsingbinaries)

子星相互交食造成亮度變化的雙星。

光變曲線(lightcurve)：子星間的相互交食造成雙星亮度的變化曲線。

由光變曲線可以得到：

兩顆子星的溫度比、軌道傾角（→恒星質(zhì)量）和恒星的大小。

第97頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一5.主序星的質(zhì)光關(guān)系和質(zhì)量-半徑關(guān)系

恒星質(zhì)量分布：~0.1M⊙≤M≤~100M⊙

（褐矮星）密度分布:10-6gcm-3（超巨星）→1.4gcm-3（太陽(yáng)）→106gcm-3（白矮星）第98頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一主序星的質(zhì)光關(guān)系： L~M

2-4主序星的質(zhì)量-半徑關(guān)系： R~M0.5-1第99頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一不同質(zhì)量的恒星在H-R圖上的分布恒星的質(zhì)量決定了恒星在H-R圖上的位置。高質(zhì)量的恒星明亮且高溫，位于主序帶的上部。低質(zhì)量的恒星黯淡且低溫，位于主序帶的下部。第100頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一§1.6天文望遠(yuǎn)鏡第101頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1.光學(xué)望遠(yuǎn)鏡反射望遠(yuǎn)鏡第102頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一折射望遠(yuǎn)鏡第103頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一折射望遠(yuǎn)鏡的缺點(diǎn)色散對(duì)紅外、紫外光線吸收鏡面形變鏡面（雙面）磨制

第104頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一最大的（1米）折射望遠(yuǎn)鏡第105頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一反射望遠(yuǎn)鏡的類型牛頓式卡塞格林式折軸式第106頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一Palomar天文臺(tái)的5米Hale望遠(yuǎn)鏡第107頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一Keck雙望遠(yuǎn)鏡之一（口徑10米）第108頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一望遠(yuǎn)鏡的性能指標(biāo)聚光能力 天體成像亮度 ∝有效鏡面面積 ∝有效口徑2不同口徑望遠(yuǎn)鏡中的仙女星系第109頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一角分辨本領(lǐng) 主要取決于光的衍射 角分辨率（角秒）=0.25λ(μm)/D(m)

仙女星系第110頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一大氣擾動(dòng)影響Seeing第111頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一歐洲南方天文臺(tái)第112頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一哈勃空間望遠(yuǎn)鏡1990年發(fā)射，位于距地面600千米、周期95分鐘的軌道上2.4米口徑鏡片，可以在光學(xué)、紫外和紅外波段進(jìn)行觀測(cè)2002年3月添加theAdvancedCameraforSurveys(ACS)第113頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一HST在1993年修復(fù)前后拍攝的星系M100像比較第114頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一望遠(yuǎn)鏡接收設(shè)備電荷耦合器件(CCD)特點(diǎn) 量子效率達(dá)75% 照相：<5%第115頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.射電望遠(yuǎn)鏡全天候。受地球大氣和星際物質(zhì)影響較小。射電波的長(zhǎng)波限制了望遠(yuǎn)鏡的角分辨率。

第116頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一The100-MeterGreenBankRadioTelescope

第117頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一Arecibo射電望遠(yuǎn)鏡第118頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一射電干涉儀利用電磁波的干涉原理，將兩個(gè)或多個(gè)天線按一定方式排列，用傳輸線或其他方式連到接收機(jī)上進(jìn)行相加或相關(guān)處理。其空間分辨率取決于天線基線的總長(zhǎng)度。有效面積由各個(gè)天線的大小決定。甚大陣（VLA）第119頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一星系M51的射電與光學(xué)像第120頁(yè)，共129頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3.紅外望遠(yuǎn)鏡名稱組織時(shí)間口徑波長(zhǎng)范圍角分辨率IRASNASA,N