从空间天文展望九十年代天文学的进展

 天文学是一门观测科学,空间天文时代的天文学仍然如此.天文学的发展史,从某种意义上来说,就是探测宇宙的能力、技术和方法的进展的历史.地面的传统的和经典的天文观测,追求的是看得更远、看得更准、看得更清楚.为此就要不断地提高贯穿本领,提高空间分辨力和时间分辨力.空间天文学除了上述那些目标外,还能在空间观察到为地球大气所屏蔽的宇宙伽马、X、远紫外和远红外辐射,并能不分昼夜地连续对天体和宇宙巡视.     

人类认识宇宙的足迹

人类认识宇宙经历了漫长的过程。天文学的不断发展对于历代哲学和科学技术的进步不断提出挑战。宇宙是怎样起源和演化的？宇宙的结构究竟如何？我们的宇宙将来结局如何甲这些仍然是现代宇宙学面临的课题。为了理解现代宇宙学,在这期彩色插页里,我们以一些精彩的画面回眸一下人类探索宇宙的历程,或许可以使我们更好地认识和理解宇宙学最新的发展方向。     

我心目中的现代物理

  生活在地球上的人们,面对广阔无垠的宇宙,人类常常被宇宙的浩瀚而震撼！对于宇宙,人类从未停止过探索,而且还编出各种各样的神话故事。到了近代,天文学才从神话学中分离出来,成为现代的天文学。     

天文物理和宇宙学现状简介

 关于宇宙和我们人类所在的太阳系结构问题,是人类文化历史中最古老的课题之一。这些问题的科学研究,也就是天文学,推动了物理学的发展,并且对哲学也产生了巨大的影响。今天,天文学已成为物理学不可分割的组成部分,研究它的目的是为了认识宇宙以及构成它的所有宏观部分的形成和发展。这就需要把经验研究,就是观测和实验,与理论研究结合起来,这样就使天文学必然与许多物理领域产生必不可少的联系,特别是与粒子物理、原子核物理、原子物理和等离子物理的联系。然而,近几年宇宙化学和生物天文学也正在得到重视。     

天文学上的重要发现──澳美天文学家证实“暗物质”存在

天文学上的重要发现──澳美天文学家证实“暗物质”存在澳大利亚和美国的一个天文学小组日前宣布，他们已观测到“超级天文密实晕物体（ＭＡＣＨＯ）”，从而使人类在了解宇宙的构成方面迈出了一大步，被认为是一次有重要意义的发现。按照宇宙起源大爆炸理论，宇宙一直在...     

在校本课程中开发天文学知识--月亮直径的测量问题

物理学是一门“谈天说地”的学科，古希腊时，就有泰勒斯、毕达哥拉斯、亚里士多德、阿利斯塔克等研究过天体运行，给后人留下宝贵的文化遗产；文艺复兴时期及以后，哥白尼、开普勒、伽利略、牛顿对天文学的进展都做出了卓越贡献；现当代以来，从爱因斯坦的相对论时空观到伽莫夫、霍金的宇宙大爆炸理论，人类对宇宙的探索远未结束．     

HXMT/HE望远镜的设计和建造

正实证化是现代科学研究方法的重要内容,从天文学的发展历史看,人类对宇宙认识的每一次大飞跃,都是反映旧有的宇宙观的宇宙模型与新的观测结果产生矛盾,或者无法解释新的观测事实,从而被推翻或者修正的过程。天文望远镜是观测天体的重要手段,是推动天文科学发展的最重要的实证手段,可以毫不夸大地说,没有望远镜的诞生和发展,就没有现代天文学。从伽利略1609年发明第一台天文望远镜至今,光学望远镜和射电望远镜一直是天文观测最重要的工     

认识和探测宇宙的基本方法介绍

人类对宇宙最早的认识和观测始于可见光,之后由于有1865年麦克斯韦对电磁波的预言,1887年赫兹的证实,以及1933年杨斯基发现银河系的射电辐射,可见光观测自此扩展到电磁波多波段观测,出现了多波段天文学。1912年,赫斯发现宇宙线,使得天文观测在电磁波观测之外多了一种手段,拉开了多信使天文学的序幕。1987年,戴维斯和小柴昌俊发现了来自超新星爆发的中微子信号,这也是人类首次探测到了来自宇宙的中微子,至此又多了一种认识和观测宇宙的信使。此后,2016年美国激光干涉引力波观测站LIGO探测到引力波,在补齐对于验证爱因斯坦广义相对论的最后一块拼图的同时,也使得引力波成为多信使天文学中最新引入的一种信使。本文介绍了电磁波、宇宙线、中微子、引力波这四种信使的基本概念、发现历史以及探测宇宙的基本原理,对其代表性的实验进行了收集整理,并就其中的一个典型实验进行了简要介绍。期望能够就多波段多信使天文学的发展历程给出一个比较完整的描摹。     

从照相底片到CCD

 天文学是古老而又生机勃勃的科学。在历史上，从人类有文字记录开始，天文学就诞生了，各个古老文明都为之做出了贡献。在400多年前的第一次天文学革命中，伽利略用望远镜代替人眼来观测天空，这场革命直接导致牛顿发现万有引力定律并建立力学理论，由此诞生了现代天文学，并且促进了整个现代科学体系的建立。在170年前的第二次天文学革命中，用照相底片和光谱仪这样的探测器代替了人眼来记录观测现象，使得人类第一次能够认识天体的物理性质和化学组成，由此诞生了天体物理学，并发展成为当代天文学的主流。在70年前的第三次天文学革命中，诞生了射电天文学和空间天文学，为人类打开了认识宇宙的"新窗口"，天文学从地面发展到了空间，从光学波段发展到了射电、红外、紫外、X射线和伽马射线等全部电磁波段。     

第三代激光干涉仪引力波探测器

<正>引力波是爱因斯坦在广义相对论的重要预言,引力波探测是当代物理学最重要的前沿领域之一。以引力波探测为基础的引力波天文学是一门新兴的交叉科学,是对传统电磁辐射天文学的巨大拓展与补充。引力波的发现是一项划时代的科学成就,它标志着困扰科学家百年来的物理学难题得以破解,引力波天文学完成了从寻找引力波到研究天文学的历史性转折。     

向您介绍一本新书——《宇宙学引论》

 高尔基说过:“书籍是人类进步的阶梯”。其实,对于任何一门具体的学问,从始闻、到浅知、到渐识、到熟习、到深谙,乃至精通,都需要一系列由浅入深、由简而详的书,作为读者登堂入室的阶梯。对宇宙学这门“把宇宙看作一个整体,来探索它的结构、运动、起源和演化的科学”而言,近一二十年来,世界上曾出现过好些不同层次的名著。     

一个了解宇宙的新窗口——分子天体物理学介绍

 现代科学的显著特点之一是它的综合性和整体性,即各个学科之间的交互影响.分子天体物理学的建立和发展是一个很好的例子.在它的发展过程中,物理学和化学的基础研究,射电天文学和空间天文学的最新技术成就与天体物理学和天体化学密切配合,相互推动.在短短的二十多年中形成了一门生气勃勃的新学科.它为天文学提供了一个了解宇宙的新窗口,有力地推动了恒星演化的极早期阶段和晚期阶段的研究.     

甚高能γ射线天文

 天文学是一门古老的学科,它曾为计时和航海提供了科学依据.而今天正在进行着的大规模天文观测研究,巳远远超出了这种实用的目的.现代天文学与原子物理、核物理、高能物理以及宇宙学都有着密切联系,它为宇宙和大体的起源、演化提供了重要依据,成为涉及多种学科的、学术性很强的研究领域.     

《相对论、宇宙与时空》连载——人类早期对宇宙的认识

今年是天文望远镜发明400周年．望远镜的发明彻底改变了人类仅凭肉眼观察天象的历史，使人类的视线得以深入宇宙的深处和遥远的过去．由于光信号的传播需要时间，我们看到的天体都是它们过去的样子，越远的天体图像越古老，因此望远镜不仅在看远方，而且在看历史．天文望远镜的出现，极大地加深了人类对宇宙和时空的认识，也极大地促进了天文学和物理学的发展．相对论和现代化时空理论、现代宇宙学的创立和发展，都离不开望远镜的贡献．本刊特以《相对论、宇宙与时空》为题，发表连载文章，以纪念发明天文望远镜这一科学史上的重大历史事件．更多的内容请参见本文作者的专著《物理学与人类文明十六讲》（高等教育出版社，2008年9月出版）．     

最初的梦想——我和物理之间的那点往事

正2015年9月14日,人类首次直接观测到来自宇宙深处两个黑洞并合撞击产生的引力波。这是第一个被激光干涉引力波天文台(LIGO)捕获的信号,经历漫漫时空13亿光年到达地球,验证了爱因斯坦一百多年前的预言,从此开启了引力波天文学一段激动人心的征程。2014年7月,我在澳大利亚墨尔本大学开始攻读物理PhD,加入LIGO科学合作组织,直接参与了     

上海光源在化学领域中的应用

<正>化学作为一门历史悠久而又富有活力的基础学科,成为人类用以认识和改造物质世界的主要方法和手段之一。在现代,很多人称化学为一门"中心科学",因为它是不少自然学科的核心,如材料科学、纳米技术、生物学、环境生态学等。作为一门以实验为基础的学科,化学在与物理学、生物学、地理学、天文学等学科的相互渗透中,得到了迅速的发展,又进一步推动了其他学科和技术的发展。具体     

宇宙交响曲

宇宙声波不仅存在,而且已经观测到诸如黑洞声波等声波与天体物理现象的互作用现象。本文承授权转载自《科学美国人》2004年第4期,旨在向声学研究者介绍与声学有关的新领域及其新进展。原文作者为:Wayne Hu和Martin White,翻译作者为:李斌。Hu是美国芝加哥大学天文学与天体物理学副教授。他研究的方向包括暗物质、暗能量以及宇宙结构的形成等。White是美国加州大学伯克利分校的天文学与物理学教授。他研究的方向包括宇宙结构的起源,以及天体物理学与基础物理学之间的关系。     

专题前言

<正>光学设计与制造是一门古老而又新颖的学科。昔日,伽利略用望远镜观察宇宙,列文虎克用显微镜探索微观世界,达盖尔用照相机记录世界,他们一次次地丰富了人类的视野,推动了人类的进步;如今,光学系统正在突破传统结构的限制,将曾被认为不可能的目标一一达成。人类已能够借助现代光学系统探索更深邃的宇宙,观察更细微的生命组织,制造更微小的电子器件。现代光学设计与制造已经深入到人们生活、生产、科研等方方面面,在人类探究未知世界的奥秘中发挥着巨大的作用。     

等离子体宇宙

几千年来,人们对宇宙的认识都是建立在可见光观测的基础上,而实际上可见光仅仅是电磁波谱中很窄的一段(0.4-0.8μm).近半个世纪以来,人们的视野开始扩展到红外和射电波段.最近十几年来迅速发展的空间技术,使天文学进入了全波段(即包括可见光、全部红外、紫外、x射线和γ射线的整个电磁波谱)观测.观测手段的进步使天体物理学家获得了以前从未有过的丰富信息,使人类对宇宙的认识在实质上发生了飞跃. x射线和γ射线的观测有着特别重要的意义.啊实上,从x射线和γ射线的观测,人们发现了许多出平意料的和有趣的现象.这些x射线和γ射线大部分是由能…     

现代宇宙学概述

 现代宇宙学是天文学和物理学的分支学科, 它从整体角度研究宇宙的结构、运动和演化.事实上,自古以来人类对于宇宙的认识一方面依赖于观测和经验,另一方面依赖于思维和演绎推理.宇宙,按其原来的字义就是空间和时间的意思.中国古代先哲提出“四方上下曰宇,经古来今曰宙”、“天圆如张盖、地方如棋局”以及“浑天如鸡子,地如鸡中黄”等概念,古代所讨论的宇宙,不外乎大地及其周围的天空.哥白尼冲破了宗教神学的阻挠,纠正了托勒密地心说的错误,建立了日心说,引起了天文学的巨大革命.但是,哥白尼时代所指的宇宙实质上是太阳系.