天體物理
天體物理 |
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天體物理學是物理學和天文學的一個分支。它研究天空物體的性質及它們的相互作用。天空物體包括星,星系,行星,外部行星,宇宙的整體。
物理用全部電磁譜作為手段研究發光性質。並研究天體的密度和溫度及化學成分等。天體物理研究的範圍很廣,要應用許多物理原理,包括:力學,電磁學,統計力學,熱力學和量子力學,相對論,核和核子物理,原子和分子物理。
目錄
基本內容
簡介
天體物理是物理學和天文學的一個分支。所以它的研究歷史可追溯到公元前,是一門古老的學科。它研究天空物體的性質及它們的相互作用。天空的物體包括星,星系,行星,外部行星等。
分類
天體物理分為二大部分:觀察天體物理和理論天體物理。
觀察天體物理 使用電磁譜作為天體物理的觀察手段。
觀察天體物理
無線電天文學:用波長大過幾毫米的電磁波研究輻射。例如:無線電波一般由星際間的氣體和塵雲發出;宇宙微波輻射由大爆炸產生;脈衝星的光發生紅移,這些觀察都要求十分大的無線電望遠鏡。
紅外天文學:用紅外光研究輻射。通常用類似光學顯微鏡作紅外觀察。
光學天文學是最古老的天文學。最常用的儀器是配上電荷耦合器或譜儀的望遠鏡。大氣對光學觀察有些干擾,用改型光學和空間望遠鏡以得到最大可能清晰的圖像。在此波段內,可觀察到星體;也可觀察到化學譜去分析星,星系和星雲的化學成份。
紫外,X-射線和伽瑪射線天文學:研究能量高的的天體,如雙脈衝星,黑洞及其它這類輻射不易進入大氣層。可用二種方法觀察這類電磁譜:空間為基地的望遠鏡和以地為基地的切倫科夫空氣望遠鏡。
除電磁輻射外在地球能觀察很少從遠距離輻射來的物體信息。已建立了一些重力波觀察,但很難觀察重力波。也建立了中微子觀察。已初步研究了太陽的情況。也已觀察到有高能的宇宙射線粒子衝擊地球大氣層。
可在不同時標觀察,大多光學觀察在分到小時內。變化快過這段時間的則看不到。但歷史顯示一些物體在世紀和千年內變化。另一方面,無線電觀察可在毫秒內(毫秒脈衝星)或成年長(脈衝星減速研究)。不同時標所得到的信息也不同。
在天體研究中,研究太陽有便利之處。因為它比其它星的距離近。可用不同方法觀察,了解較多。因此,從太陽所得的數據,可做為了解其它星的先導。
星如何變化,恆星如何演化的項目是常把各種星放在赫羅圖(Hertzsprung-Russell)中模型化。在這圖中可看到代表星體的狀態(從生成到滅亡)。天體的材量成份,常用(1)光譜。(2)無線電天文學。(3)中微子天文學進行分析。
理論天體物理 理論天體物理使用一些手段:包括分析模型化和計算機數字模擬。都各有自己的優點。分析模型化一般對不深入星體內部時較有利。數字模擬可指示存在的現象和尚未看到的效應。
理論天體物理
理論天體物理努力去建造理論的模型和勾畫出這些模型的結果。這有助於幫助觀察者尋找駁倒模型的數據,或選擇模型。
理論也企圖用新數據去建造新模型或更正模型。在不一致情況下,一般是對模型做最少修改去適合數據。一段時間內大量不一致的數據會導致放棄模型。
理論天體物理研究的項目包括:星體動力學和演化;星系的形成;磁流體動力學;宇宙間大尺寸物質結構;宇宙射線的起源;廣義相對論和物理宇宙學;包括弦(string)宇宙學和天體粒子物理。
天體物理中較廣泛接受的理論和模型包括:Lambda CDM 大爆炸模型,宇宙膨脹論,暗物質,暗能量和物理的基本理論。蟲洞(Wormholes)是還待求證的理論例子。
歷史天體物理學
歷史天體物理學主要利用古代歷史記錄、古溫及古地質還原天體狀態,用於古生物學、地質學、考古學及部分天體物理學說的驗證上,這門學科自2011年來逐漸成為天體物理當中一門重要的學科,有相當程度的實用性。
由於天體運動具有不可逆算性,天體撞擊會導致原有的軌道痕跡完全消失而無法進行逆計算,天體狀態的還原精確度通常只能回算到一定的年代為止,年代較久遠的逆運算只能透過古溫粗略計算地球軌道位置,用於估計地質年代當中的古溫及軌道影響。
考古學方面,在全新世以內的天文年代學幾年來成為相當重要的參考,使用於計算古代氣候變化對於社會發展的影響幫助非常的大。例如,古代大洪水的考證問題上,天文年代學及地質學成為最重要的參考依據。[1]