宇宙磁场

磁场在宇宙中无处不在,贯穿各种天体。磁场对天体形成、辐射和演化起重要作用,也是宇宙线研究的基础。以前人们对宇宙磁场的理解主要是来自对地球和太阳磁场的测量和物理解释。近20年来,对宇宙更大尺度天体的磁场测量取得很大进展:发现了银河系具备沿着银河旋臂的几万光年尺度磁场,强度为2—4μG;发现了银河系晕里具有环向磁场,在银道面上下方向相反;发现了银河系中心有极向磁场的观测证据;发现了邻近旋涡星系可能具有万光年尺度磁场的证据;发现了星系团几千万光年范围内磁场存在的证据。宇宙学模拟也显示在宇宙超大纤维结构中应该有磁场存在。这些磁场可能都是宇宙早期产生并在天体形成和演化过程中得以发扬光大。     

激光驱动的冲击波自生磁场以及外加磁场的冲击波放大研究

冲击波是天体物理观测中常见的现象, 其对粒子的加速被认为是高能宇宙射线的来源. 宇宙中冲击波周围往往存在很强的磁场, 但人们对于此类强磁场的产生放大过程的理解并不充分. 本文利用二维粒子模拟程序研究了激光与磁化或者非磁化等离子体相互作用产生的冲击波现象, 给出了冲击波波前处磁场的产生放大特性. 研究发现, 作用过程中的自生磁场可以储存能量, 从而进一步加速电子; 当存在外加磁场时, 由冲击波加速的电子和离子的能量都比同条件下非磁化等离子体的能量高; 而且外加磁场藉由冲击波放大倍数则与其值有极大关系. 与天文观测中推断的磁场与背景磁场相比放大千倍这一研究结果的比较可以看出, 天体冲击波周围磁场放大主要是由局域内生磁场导致的.     

等离子体中相对论电子的同步曲率辐射特性研究

根据同步曲率辐射理论推导了在等离子体环境中,不同磁场条件下的相对论性电子的吸收系数和发射系数表达式，计算了电子的发射强度，并且在此基础上研究了同步曲率辐射机制的脉泽效应.研究了两种磁场位型，第一种是强度均匀但弯曲的磁场，第二种是偶极磁场，结果发现了一些偶极磁场下特有的辐射特性.考虑到在天体的环境下电子具有的不同的能谱分布，分别选用了三种典型的能谱分布(幂率分布，高斯分布，热分布)进行了研究，通过计算负吸收和脉泽放大效应在发射强度上的表现后， 发现在某些天体物理环境中，同步曲率辐射在等离子体中的确存在脉泽放大效应.这些研究结果对太阳系中行星外层辐射的研究和宇宙中的射电高亮温度等问题的研究可能提供有益的帮助. 关键词： 同步曲率辐射 负吸收 脉泽效应     

作为宇宙信使的X射线

60年前,里卡多·贾科尼团队用探空火箭首次探测到了来自太阳系以外的X射线辐射,从此打开了人类探索宇宙的一个全新的窗口。与我们所熟悉的可见光天空不同,在"看不见"的X射线宇宙,明亮的发光天体涵盖了黑洞、中子星、白矮星等致密天体,星系团和星系中弥漫的大量不可见的高温气体,以及各种剧烈的灾变事件。它们代表着宇宙中最为奇特的天体和极端的物理条件,如极强引力场、极强磁场和极高温。文章重点介绍最有代表性的X射线源,包括中子星和黑洞X射线双星、超大质量黑洞和活动星系核、星系团,以及伽马暴、超新星和潮汐瓦解恒星事件等爆发天体。     

磁与人体健康

现代科学技术的发展已经提示出:磁性是物质的一种普遍属性,磁场在宇宙中处处存在。从宏观方面看,地球有地磁场,其他天体和宇宙空间,也都直接测量或间接推定它们都有着强弱不同的磁场。从微观方     

邮票上的物理学史(63) --天体物理学:新的观测手段

天体物理学是天文学三大分支中最现代和最活跃的一个分支(另外两个分支是天体测量学和天体力学),也是物理学的一个重要分支,它研究的对象是自然界中尺度最大的客体天体和宇宙,而且它们是处在人类在地球上无法复现的极端物理条件(超高温、超高压、超高密度、超强磁场、超强辐射等)之下.     

慧眼成果专题前言

慧眼卫星遨游太空已经四周年.回顾我国空间X射线探测研究的艰辛历程和丰硕成果,展望未来,我们感到由衷的欣喜. 用粒子物理的技术研究天体物理和宇宙学,到空间去研究宇宙的各种辐射,并通过宇宙辐射研究天体物理和宇宙学一直是高能所的重要研究方向.这种交叉有望给我们带来丰厚的科学成果和技术能力的回报.     

科学家问答

正问:因为宇宙在膨胀,所以我们每个人也都在变大吗?答:如果宇宙正在膨胀中,那么宇宙中各个天体,乃至我们人类自己,是不是也在不断变大?这是一个非常严肃的科学问题,我和我的一个研究生曾经认真地研究过。对这个问题的标准和主流的回答是:膨胀的是空间,不是空间中的物体,包括所有的天体和人类。比如,我曾在回答其他宇宙相关的问题时用过图1这张图片:假设我们的宇宙是一个二维的球面,     

引力场中的质量亏损效应

利用Hellings-Nordtvedt理论,我们得到了一类荷磁天体(含宇宙常数)的引力场中质量亏损效应的表达式。通过讨论这些表达式中的参数，我们得到了在不同条件下的质量亏损表达式。这些结果对于天体形成过程中能量辐射机制的研究是有意义的。     

关于近代天体物理学

天体物理学是研究宇宙间物质运动的形态和规律的科学.它主要利用物理学的方法和理论,通过天文望远镜等工具探索恒星、星云、星团、星协、银河系、河外星系等各种天体和天体系统以及星际物质的物理状态、化学成分和演变规律;亦即探测天体上各种化学元素的含量、物质密度、温度、压力、辐射强度、磁场、产能方式、发光机制、变光或爆发过程;测定天体的质量、大小、距离、运动速度以及各种天体和天体系统的结构和相互关系,等等;并在此基础上进而研究它们的起源和演化,使人类对物质世界的认识不断深化.不断扩大. 研究天体的起源和演似包括宇苗论…     

如何测量地球半径、太阳、月亮和星星的距离

 宇宙中的天体,体积宠大,数目繁多,距离遥远。如何测量这些天体的距离和大小是古今人类非常关心的问题。实际上,科学发展到今天,人类已经掌握了许多测量天体的方法。这些方法总体来说是多学科知识的综合运用。本文运用一般数学、物理、天文的知识深入浅出地介绍天体距离测量的几种方法。希望对有兴趣的非天文专业读者有所帮助。为研究方便起见,我们先要确定天体的方位。大家都有一个直观的感觉,“天”,就是以观察者为球心的半球面。而宇宙中的星星等天体好像分布于一个以观察者为球心,以适当长度为半径的球面上,这一假想的球面就称为天球。     

会聚更多的光子,探索更深的宇宙空间——介绍2.16米光学望远镜

 科学技术发展到今天已经使天文学家有可能去探测天体在整个电磁波谱中任何一个波段的辐射了。但是光学波段作为“传统”的波段,迄今仍然是研究天体物理的基础。其主要原因是宇宙中大量的物质以凝聚的、温度达数千度乃至数万度的恒星形式存在着。当然,这也包括了恒星集合的星系。它们的辐射主要集中于光学波段。所以,大口径的光学天文望远镜仍然是天文学研究的主要工具。对于天文学家来说望远镜的主要作用是收集光子。我们知道,收集天体光子的能力是和望远镜镜面的面积成正比的。假如某一类天体有相同的光度,那么我们能探测到这类天体的极限距离就和望远镜口径成正比(当然,这里我们忽略了天体之间存在的星际物质对光线吸收的影响)。而且,天文望远镜还将天体成像。其空间分辨率也将和望远镜口径成正比。     

黑洞照亮宇宙——银河系中心黑洞及其物理意义

2020年度诺贝尔物理学奖颁发给为黑洞和超大质量致密天体做出突出贡献的三位科学家,他们分别从理论和观测上提供了令人信服的证明和证据.他们的工作打开了理解宇宙中大质量天体命运的窗口.人们普遍相信超大质量黑洞存在于每一个星系的中心,是这些黑洞照亮了再电离时期的宇宙,也是它们为揭开宇宙膨胀历史、暗能量宇宙演化性质、纳赫兹低频...     

银河系可能诞生于宇宙早期

中国科技大学天体物理中心孔旭教授与他的欧、日、美的合作者，对形成于宇宙早期的高红移星系的研究取得重要进展．他们认为，类似于银河系这样的大质量旋涡星系在宇宙形成的早期就已经存在．这一研究结果发表在近期的美国《天体物理学报》和8月17日英国的《自然》杂志上。     

黑洞

 自从宇宙原初火球发生大爆作以来,两百亿年过去了,宇宙间的万事万物,都在不停地发生着变化.而唯一不变的,就是时空的拓扑结构.在我们的时空拓扑的框架之内,大质量星体演化的最终产物之一,就是黑洞的形成.现代广义相对论理论预言,黑洞将大量地存在于我们的宇宙之中.所以,我们说黑洞不仅是天体物理学家的研究对象,而且是一些科幻小说家的热门话题.     

实验室天体物理研究进展

近年来,随着高功率激光实验装置的广泛应用,成像技术和模拟分析技术水平的进一步提高,实验室天体物理研究取得了一些新的重要进展,如激光等离子体实验中对流等离子体磁场结构,冲击波中磁场的湍流放大效应,实验室模拟原恒星喷流中磁场的准直效应和太阳风与偶极磁场之间相互作用等方面的研究。这些研究加深了人们对原恒星以及Herbig—Haro天体喷流、超新星遗迹冲击波、地球磁层中磁场活动等天体物理现象的理解。文章对上述几个方向进行了介绍,并对未来研究方向做一些展望。     

PandaX暗物质直接探测实验

正1.暗物质的直接探测暗物质粒子物理研究是当代基础物理学最前沿的研究方向之一。天体物理和宇宙学的研究表明,暗物质在包括我们的银河系在内的宇宙中大量存在,它占据了宇宙总质量的26.8%,而日常所见的原子分子一类的普通物质只占4%。然而,到现在为止,物理学家还不了解暗物质的本质是什么。理     

γ射线暴理论中有争议的两个问题

 γ射线暴是指宇宙射线中的γ射线爆发,属宇宙线天体物理学研究的范畴.它是通过对γ射线爆发所释放出来的巨大能量的研究来认识我们目前的宇宙及天体的演化.     

宇宙临界密度学说自相矛盾无法自圆其说——大学物理学教材析疑

通过引述几本具有代表性的大学物理学教科书中对宇宙演化的膨胀与收缩取决于天体物质密度与宇宙临界密度的相对大小的说法,指出了如果将宇宙收缩过程的所谓临界密度学说应用于宇宙膨胀过程就会自相矛盾,并解释了为什么会产生这种矛盾的错误.最后给出了能够自圆其说的正确答案:宇宙的膨胀与收缩取决于物质形态的互相转化和质量与能量的相互转换——当质量全部转换成了能量,宇宙就会由收缩转而膨胀;而当能量全部转换成了质量,宇宙就会由膨胀转而收缩.奇点只有能量,没有质量密度.     

来稿摘登

据观测,我们宇宙现在的空间尺度约为10~(26)米(几百亿光年),在这个宽广的空间中有着数以千百万亿计的天体。天体大致可以分成两大类,一类是呈致密状存在的星体,一类是呈弥漫状存在的尘埃、气云以及各种辐射。天体中有轮廓分明的恒星和行星;有分辨不出其大小,好象是“恒星”,光谱中具有红移很大的发射线的类星体;有的发射可见光,有的则是发射无线电波的射电源;有吸积经过其附近的一切物质而没有任何消息透露出来的黑洞,也有不间断地向外发射物质的白洞……,当然,宇宙中还充满着大量的中微子以及背景辐射,我们的宇宙正在不断地膨胀,我们周围