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天文学的作用范文1
苦
第一天,本来高高兴兴地到游泳馆,本想去那儿就下水,可以尽情地玩,但事与愿违,和想的完全不同。教练先是让我们在游泳池旁做准备活动,过了一会儿到了水里,四肢就好像不是我的,真想不学了,连走都有这么累,接下来的日子该怎么办。
酸
学游泳的第二天,我有了第一天的体验,对水有一种本能的害怕。谁知道在学习时,教练让我们憋气。听到这话,更害怕了。心想:喝了水怎么办,看着前面的同学,一个个都在低下头憋气,我也就学会憋气了。
甜
天文学的作用范文2
青、第六届天文学名词委主任赵永恒等近30位专家出席会议。会议由赵永恒主任主持。
刘青副主任和三峡大学领导出席行致开幕词。刘青副主任向与会代表介绍了全国科技名词委现阶段的总体T作情况,
充分肯定了天文学名词委的工作,对今后一段时问的工作提出了新的要求。三峡大学领导介绍了三峡大学的总体情况。开
幕式结束后,会议代表就新版《英汉天文学名词》涉及的出版细节、新版《天文学名词》的选编任务、新版《汉英天文学词汇》
出版意向等议题进行讨论,决定近期的T作重点是做好《天文学名词》和《英汉天文学名词》的修订T作,《汉英天文学词汇》
的修订工作暂不考虑。
12月2日下午的讨论由肖耐同研究员主持。会议针对陈学雷等专家的提案,就科学实验、望远镜等名称,缩写词的处理
原则,人名和地名的处理方式,星表和编号天体名、组合词的收录,名词分类等问题进行了讨论。会议针对刘炎等专家的提
案,就名词分类修订和附录相关问题进行了讨论,议题包括小行星名、月球地名、lAU行星命名、流星群、陨石坑、彗星、废弃
星座名等。
12月3日上午的讨论由陈力研究员主持。他介绍了关于收录新词的设想。余恒汇报了特殊词条收录规则。会议原则
通过了这一规则并逐条讨论了一些未决定的词条。12月3日下午的讨论由卞毓麟编审主持。余恒提出通过英文期刊数据
库收集新词的建议。同时,会议代表就天文学名词委增加新生力量和年轻化问题进行了深入讨论。
会议最后,赵永恒主任对天文学名词委的工作任务进行了部署,提出要强化学科工作组的作用,实行委员会指导下的学
科T作组负责制,担负起新词收集、名词初审、发展新成员等任务。最后会议还讨论确定了《天文学名词》和《英汉天文学名
天文学的作用范文3
而当时他正在上海洋山港日食观测点做新浪网直播现场的嘉宾。有感于现场观众和网友对日全食的热情,他提起前几天在“上海科普大讲坛”跟听众互动时被问及的一个问题:“为什么中小学里不设天文课?”就此,他回答说:如果在十几年“漫长的”中小学时代,能够有那么一个学期,每周有一小时天文选修课,那对于帮助孩子们更好地认识世界,增进对当代科学主要方面的完整了解,必将大有裨益。目前,对人类探索宇宙的历程所言极微,恰是教育方面的一种缺失。他深信,如果真有这样的课程,自己一定能够以最精炼又最有趣的方式来讲授。
哦,浩翰辽远的星空,神秘莫测的宇宙,自古以来就让人类世世代代为之神往。饱含诗意的作家把星空当做眼睛的食粮,富有人文情怀的科学家则把天文学视为广阔空间的和谐科学。事实上,自罗马帝国衰落以来,天文学可谓是所有古代学科中唯一完整流传下来的分支。
著名人文学者金克木生前有言:看天象,知宇宙,有助于开拓心胸,这对于观察历史和人生直到读文学作品、想哲学问题都有帮助。心中无宇宙,谈人生很难出个人经历的圈子。他还说,怎么看宇宙和怎么看人生也是互相关联的,有一点宇宙知识和没有是不一样的。“古时读书人讲究上知天文下知地理,我看今天也应当是这样。不必多,但不可无。”
日月经天,星辰隐现,四季交替,所有的天文现象既错综复杂,又精巧微妙。在德国著名学者沃尔夫冈・莎德瓦尔德看来,有两种观天的眼光。一种是天真的眼光:古人从天空的美和稳定的秩序中体味到的幸福的安全感;另一种是具有认知力的眼光:接受了现代宇宙学的今人,会生发出某种被掷入无限性的可怕虚无的感受――而无限性同时又意味着转瞬即逝。我们可以交替使用这两种眼光,真是件奇特的事,也是我们的幸运。
古希腊人甚至说,人类直立的姿势之所以是人独有的特征,乃是因为人与四足动物不同,不是向下盯着大地,而是能够举目自由凝视天空。
天文学的作用范文4
暗物质.暗能量.暗星系
这个隐形星系似乎主要由暗物质构成。暗物质是一种不可见的物质,人类还没有掌握它的特性。理论家在很久以前就相信,暗物质大约占宇宙物质-能量总和的23%。普通物质,如构成恒星、行星和人类自身的物质,则只占4%。宇宙的其它部分由一种甚至更为神秘的「暗能量驱动。暗物质的存在,理论上可以解释将普通星系及大的星系群约束在一起的引力来源,这种引力大于万有引力。
理论家同样相信,暗物质的集结是最初恒星和星系形成的原因之一。他们猜想:在宇宙形成的初期,暗物质像蜘蛛网上的小水滴一样不断凝聚。普通物质——绝大部分是氢气——由于万有引力,被吸引到一个暗物质集结,而当密度变得足够大的时候,新的恒星就将诞生,这也是一个星系诞生的开始。理论家猜想,纯暗物质应该散布在宇宙各处。2001年,剑桥大学的尼尔·特伦特姆带领的一个研究小组预言了完整暗星系的存在。
室女座I21的圆圈舞
此次新发现的暗星系是通过无线电天文望远镜观测到的。据来自英国威尔士加的夫大学的罗伯特·明钦介绍,类似的目标在宇宙中可能非常普遍,但也可能非常稀少:「如果它们的确是模拟星系形成的实验中所预言的、但目前还没有被观测到的暗物质团,那麽在宇宙中,此类暗物质星系有可能比普通星系还要多。
在距地球50亿光年的室女座星系群当中,明钦和他的同事们试图寻找由氢气发出的电磁波。由此,他们发现了一个质量为太阳质量1亿倍的天体。该天体被命名为室女座I21。
这一天体的旋转速度很快。如果是由一般物质构成,这样的速度应该会把很多物质「甩出去。它之所以能够保持如此大的质量而进行如此高速的旋转,其中必定存在某种物质担当起了「引力胶水的作用。明钦指出:「根据其旋转的速度,我们意识到室女座I21的质量是所观测到的氢原子质量的100倍。如果它是一个普通的星系,就应该十分明亮,只需通过一个稍微好点的业余望远镜就能观测到。
没有恒星混在其中
明钦推测:「暗物质和普通物质的比率至少是500:1,高出我们对任何一个普通星系中这一比率的预期值。然而,对于这样一个独特的目标,我们也不知道该做出怎样的预期——这样高的比率是阻止气体从恒星的形成过程中逃逸所必需的。
天文学的作用范文5
关键词:高等教育;大学物理;天文学;教学
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2013)41-0072-03
一、引言
大学物理作为面向理工科专业的一门基础课、必修课,其知识的掌握程度和能力的培养对后续专业知识的学习有着直接的影响,其重要性不可言喻。当然,有很多学生,特别是他们处在低年级,对这种重要性并没有直观的印象。所以,在实际教学活动中适当穿插一些相关专业或者前沿科技的知识,让学生感受物理是如何被应用的,从而提高学生对物理学习的兴趣,激发其主动性和创造性。穿插的内容也应是学生普遍感兴趣的,比如对学生所学专业或者是一些重大的科技进展。除此之外,我发现天文学是一个很好的穿插对象。天文学是研究宇宙空间天体、宇宙结构和发展的学科,是一门古老的学科,也是当代最活跃的前沿学科之一,本身具有强大的吸引力,很容易抓住学生的注意力。而且关于天文学的新闻时常出现在各种媒体,对一些字眼和基本概念,学生也不会感觉太陌生,这样也就容易拿来当作素材介绍,用物理理论来讲解会让学生对之理解得更深入透彻。本文通过几个实例来介绍天文学知识是如何穿插在大学物理教学中的。
二、应用实例
恒星是天体中大家都比较熟悉和关注的,比如离我们最近的恒星——天阳。下面我们就以恒星为例子,看看里面包含哪些物理过程。首先关于恒星的形成,恒星是分子云引力塌缩形成的。那在什么条件下分子云才可能塌缩形成恒星?如果仅仅只是引力,那么分子云内任何微小的密度涨落必将导致引力塌缩,很自然就会形成恒星。刚刚学过气体运动理论,就会想到分子热运动不可避免。因此,分子云内部必然存在着引力相抗衡的热压力。其结果是,较小的密度涨落产生的引力会被热压力所克服,并不能导致塌缩。只有当分子云本身密度较大时,才可能存在较强的密度涨落,从而引起引力不稳定性,并导致塌缩。此时,热压力不足以抵抗引力导致的塌缩。这里只需要利用理想气体压强的概念,学生很容易顺着这条思路找到答案。下面,我们来简单估计产生引力不稳定的临界条件。假设分子云为理想气体,温度为T、密度为ρ。考虑半径为r的球,其质量为M∝r3ρ,球体受到的引力为∝GM2/r2,热压力为∝Pr2。若气体分子的平均分子质量为m,利用理想气体状态方程,气体压强为P=ρkT/m。这样就可以得到引力不稳定发生的临界尺度和临界密度:r>rJ≈■,ρ>ρJ≈■ (1).
上面的式子就是天文学中常用的金斯不稳定性判据,更严格的解比上面的会多出一个常数π,但是作为量级来估计,(1)式已经足够了。
这里用的物理知识都很简单基础,很容易让学生入手。通过这个例子,学生感觉自己也会用物理知识,而且跟天文更近了。
是不是满足金斯不稳定性引起引力塌缩就能形成恒星呢?这里还有一个关键的问题是关于恒星的点火条件。我们知道恒星能量来源于轻核聚变,例如天阳中心的氢核聚变。但是恒星内部是否能够发生核聚变呢?
事实上,核聚变会受到原子间库仑势垒的阻碍。下面我们可以简单估计该势垒的大小。在原子核物理简介这一章,我们学习过原子核中核子半径为rN=R0A1/3≈1.2A1/3fm,其中A为原子核质质量数。在大于rN的区域,库仑作用主导,则两个核电荷数分别为Z1和Z2,质量数为A1和A2的原子核之间的库仑势垒为:Vc=■≈1.2■MeV (2).
恒星中心典型温度约107K,原子核的动能只有≈kT≈1keV?垲VC。因此,用经典物理知识我们甚至无法理解太阳为什么会发光这样基本的问题。但是,微观粒子具有波粒二象性,这里需要考虑量子隧道效应,只要核子动能足够大,还是可以大规模穿过库仑势垒的,从而“点火”。这要求星体中心温度不能太小,被称为点火温度。通过这个例子,学生感觉到像太阳这样的宏观天体,其核心的基本物理过程也需要借助微观的量子效应。
关于恒星的特征温度,天文学中常用维里温度来估算。这里需要用到维里定理是:E■■=-■Egr (3).其中,Egr为星体的自引力能,E■■为星体的总热能。上式表明,当星体收缩时,一半的自引力能被辐射掉,剩下的一半将转化为热能,增加恒星的温度。我们可以用它来估计恒星内部的特征温度。
星体自引力能可以估计为Egr=-GM2/R,星体热能Eth=■NkTvir,于是有■NkTvir≈■■=■■ (4).这样给出的温度Tvir被称为维里温度。就以太阳为例,在上式中代入太阳质量和半径后,估算的特征温度为Tvir≈6×106K,与标准模型得到的结果量级一致。
上式(4)其实也很容易理解,只是用了气体动理论里面的一些基本知识。关键是维里定理怎么来的,下面我们给出一个简单推导,同样是用到这部分的基础知识。
考虑星体内部的流体静力学平衡,某一半径r流体元受到的引力与压强梯度平衡,即:■=■ (5).其中M(r)是半径r所包围的质量,式子两边同乘以4πr3dr,并从星体中心到表面(假设恒星半径为R)进行积分,即:■4πr3■dr=-■4πr3■dr (6).
上式右边为星体的自引力能Egr.我们对(6)式左边做分部积分,即:■4πr3■dr=4πr3P(r)■■-3■4πr2P(r)dr (7).一般将P(R)=0的地方定义为星体表面,因此右边第一项为零。右边第二项可以改写为:-3■4πr2P(r)dr=-3V■=-3VP (8).
其中P为星体的平均压强,这与求平均速度的方法类似。综合以上(6)~(8)式,我们得到引力束缚系统的维里公式:3VP=-Egr (9).
仍然把星体内气体分子当作经典理想气体。利用理想气体状态方程PV=NkT,和气体热能Eth=■NkT,我们得到 P=■■。对其两边同乘以4πr2dr并积分有:PV=■E■■(10).联立上面的(9)式和(10)式,即可以自然得到维里定理。
还有其他一些天文学问题,如当恒星演化至晚期,恒星中心合成铁元素后,若再进一步核聚变需要吸热,在原子核物理章节,其中给出的核子的平均结合能曲线就是这个意思。其结果是晚期星体核心必然塌缩,通过核聚变的方式合成比铁重的元素是不可能的。这些都是能够紧密结合所学内容,提出一些有趣的天文学问题,让学生通过自己思考,能够找到合理的解释。只要留心,还能找到很多类似的例子。
三、总结
天文学本身具有很强的吸引力,容易引发学生的好奇心,因此在大学物理课程中穿插一些天文学知识能够起到较好的教学效果,让学生通过积极思考,感受如何运用物理知识,从而激发学习的主动性和创造性。另一方面,天文学作为一门古老的学科,作为自然科学的源泉,其发展对于人类的自然观产生了重大影响,也最容易激发人们的求知欲望,理应更受重视。在国外,高校大都开设有天文课,而国内相对很少。我国是世界上天文学发展最早的国家之一,曾经在天文观测和研究中取得了不少世界瞩目的成就,但在近代却陷于停滞,落后于西方。目前国内也仅有5所高校开设有天文专业,高校天文普及教育还亟待提高。在当前背景下,通过这样的结合也有助于天文学知识的普及,让学生在感受美妙的天文现象的同时,也思考其中的物理奥秘,切身感受到运用物理知识的确能使我们更加了解天文。
参考文献:
[1]徐仁新.天体物理导论[M].北京:北京大学出版社,2006.
天文学的作用范文6
不行!――天文学家斩钉截铁地说。为了让人们完全清楚什么是行星,天文学家给行星画了一个像:它们都围绕太阳运转;它们呈圆球状,而不是其他什么几何形状;它们的引力能把自身携带的物质凝聚到一起,而不是一团散沙;它们有足够大的质量,如最小的行星――水星,它的质量都达到了3.30200×1023千克,质量达3吨的大象和它比起来,就像小石头在和泰山相比;它们还有一种特殊能力,就是能够通过吸引等方法,清除掉其轨道附近的其他微小天体,从而畅行无阻。通过给行星画像,天文学家们发现,冥王星的许多行为特征与真正的行星不大相同,因此决定把冥王星开除出行星队伍,并确认目前太阳系合乎标准的行星只有8颗。
可是看看冥王星,它也围绕太阳转,也基本呈圆球状,也很有分量,不像那些奇形怪状、自由散漫、我行我素的天体,也不像流星一闪即逝。像它这样的天体应该叫什么?天文学家把这类貌似行星的天体称为矮行星。虽然它们的名字里有“行星”这两个字,但并不表示它们是行星的一个种类,冠以“矮”字,也不表明它们的身份比行星“矮一截”,之所以叫它们矮行星,就是告诉人们,它们貌似行星,但却和行星有本质的差异。目前被确认的矮行星只有4颗,分别是冥王星、谷神星、卡戎星和厄里斯星(原称齐娜星)。
为什么不能把冥王星之类的矮行星叫做小行星呢?天文学家认为,原来的小行星概念本身是很不严谨的,因为行星一旦小到一定程度,性质就变了。就像冥王星那样,因为小,就不能像真正的行星那样可以在自己的轨道上自由驰骋了。现在提出矮行星的概念,目的就是要纠正原来小行星概念中错误和模糊的地方。有了矮行星的定义,小行星这顶帽子就退出天文学的历史舞台了,而太阳系的天体分类也从此更加清晰了――太阳系除太阳外的所有天体都可以简单分为三类:行星、矮行星和太阳系小天体。
那么,矮行星与行星究竟有什么不同呢?
有职无权
有职,就是它们必须像行星那样,乖乖地沿着自己的轨道围着太阳转;无权,就是它们在自己的公转区域内并不能发挥支配性的作用。在运转的过程中,一旦遇到太阳系其他的小天体,它们就会因为受到这些天体的引力作用而摇摆起来,甚至还会经常遭受不明小天体的猛烈撞击。也就是说,它们没有真正的行为自,还得看身边其他小天体的脸色行事。
冥王星和卡戎星必须一起跳“交谊舞”,就是一个典型例子。我们知道,地球的公转是沿着特定的轨道向前迈进的,但冥王星就没有这个本事了,由于受邻居卡戎星引力的影响,它必须和卡戎星彼此互相绕着运动,犹如跳交谊舞。由于不能摆脱舞伴的纠缠,所以冥王星无法像地球那么潇洒,它必须迈着舞步缓慢地绕着太阳转大圈。卡戎星的命运也和冥王星一样,也无法摆脱舞伴――冥王星的纠缠。
只能当陪衬
其实,如果和太阳系其他小天体相比,矮行星已经算是大块头、大明星了。比如谷神星身处太阳系小天体群中,论体积和质量它最大,但是如果人类不借助现代科技,也根本发现不了它。
谷神星算是被人们最早发现的矮行星了,但发现它的历程非常曲折。18世纪中叶,有天文学家根据推算预言,在木星和火星之间,应该存在一个体形较大的太阳系天体,但苦苦寻找却找不到它的身影。到了19世纪初,另一位天文学家在观测星空时,偶然发现有一颗“星星”每天晚上都要改变位置。后来经过其他天文学家的细致观测,才发现了谷神星,证实了它的存在。谷神星能很早亮相,算是幸运的了,其他几颗矮行星,只能自叹命运不济了。如果不是不断提高的科学技术带来了更加先进的观测技术,其他几颗矮行星很可能要长久地无人问津。1978年,卡戎星才被人们发现;2003年,厄里斯星才被人们看到。可见它们和行星比起来,真的是太不起眼了。
晋升渺茫
矮行星们也许会有未来变成一般太阳系小天体的降级之忧。天文学家近年来的观测表明,卡戎星其实与冥王星构成了双行星系统,因为它们同步围绕太阳旋转,而且卡戎星的质量大约是冥王星的一半,其密度与冥王星相似。天文学家猜测,冥王星很可能在远古时曾与一颗庞大天体发生了碰撞,导致一大块碎片从冥王星中分离出来,最后形成了卡戎星。那么,冥王星由大变小的历史会不会重演呢?