邮票上的物理学史(67)--天体物理学:星云和星系

比恒星更高的天体层次是星系.我们怎么知道有星系这个层次存在呢?我们自己属于哪个星系?     

新的宇宙曙光

哈勃太空望远镜拍摄的原始深场照片是天文学中最具标志性的图片之一。这张图片由数量惊人的遥远星系组成,星系镶嵌在黑色的背景之上,它是哈勃在1995年12月对大熊座的一小块区域进行了一系列观测之后得到的。受这张经典照片启发,天文学家们开始计划一项新任务来研究早期宇宙——这项任务可以看到更早的宇宙,观测到宇宙大爆炸之后3亿年就已经存在的最早的星系。但要做到这一点,需要一个有史以来最大的望远镜,一个比哈勃2.4 m的镜子大得多的望远镜。答案是:下一代太空望远镜(Next Generation Space Telescope,NGST),这是一个巨大的太空望远镜,拥有6.5 m的拼接式主镜,它有望实现一系列新的发现。     

新的宇宙曙光

哈勃太空望远镜拍摄的原始深场照片是天文学中最具标志性的图片之一。这张图片由数量惊人的遥远星系组成,星系镶嵌在黑色的背景之上,它是哈勃在1995年12月对大熊座的一小块区域进行了一系列观测之后得到的。受这张经典照片启发,天文学家们开始计划一项新任务来研究早期宇宙——这项任务可以看到更早的宇宙,观测到宇宙大爆炸之后3亿年就已经存在的最早的星系。但要做到这一点,需要一个有史以来最大的望远镜,一个比哈勃2.4 m的镜子大得多的望远镜。答案是:下一代太空望远镜(Next Generation Space Telescope,NGST),这是一个巨大的太空望远镜,拥有6.5 m的拼接式主镜,它有望实现一系列新的发现。     

看到了最遥远的星系

最近,来自法国巴黎天文台的M.D.Lehnert等通过反复的光谱观察,确认了一个迄今为止最遥远的星系.这个星系位于所谓哈勃超深场(Hubble ultra deep field)天区,与地球的距离大于40亿秒差距(1秒差距=3.26光年),而红移z=8.56.这一发现打破了先前对γ射线暴(gamma-ray burst)观察所保持的z=8.2的高红移记录.值     

邮票上的物理学史（64）--天体物理学:新的观测手段(续)

空间技术的发展,使得有可能建造空间观测站,到太空去观测,由此建立了空间天文学.它带来的好处是:①突破大气窗口限制,把观测波段从可见光和射电波扩展到电磁波全波段,包括红外、紫外、X射线和γ射线.我们还记得,天体物理学是伴随着光谱分析而建立起来的,依靠望远镜收集的一点星光,通过测量天体的亮度和分析天体的光谱,就建立了天体物理学,现在将观测扩展到全部电磁波段,得到的信息、发现的现象就更多了.②对地面能观测的波段,也减轻或消除了大气湍动的影响,提高了分辨本领.对光学望远镜成像主要有三个限制:衍射;大气宁静度;望远镜本身的缺陷.事实上,对一些大口径望远镜,大气湍动对成像的破坏作用远远超过了衍射限制.     

活跃星系核的模型研究

活跃星系核是中央核区活动性很强的一种银河系外星系核心.活跃星系核是20世纪90年代至今天文学界最活跃和最热门的研究领域之一,因此,对于这种天体现象有很多东西已被科学家们达成了共识,也有很多未知的东西并没有被科学家们搞清楚.所以,这是一门十分前沿却比较困难的学科.本文的目的是为了以较容易于理解的方式来帮助天体物理学初学者以及天体爱好者来初步认识活跃星系核这一前沿的天体现象.本文简要概述了几种较为常见的活跃星系核模型,并介绍了活跃星系核的标准模型、统一模型以及活跃星系核中最重要的黑洞.     

精确测定大麦哲伦星系的距离

正精确测定我们附近星系或是遥远星系的距离,对于研究宇宙的膨胀速率以及暗能量都是十分重要的。在具体操作中,天文学家使用"距离阶梯递推"的方法,测量遥远星系的距离:首先测定近处天体的距离,以此为尺子,用以测定稍远天体的距离,以此类推,最终实现距离达几十亿光年的星系的测定。Pietrzyński在Nature周刊上发表文章,宣称已经对我们银河系的最近邻星系——大麦哲伦星系的距离做出了迄今为止最高精度(2.2%)的测定。长期以来,上述距离一直是"距离阶梯"逐级延伸过程中的一个瓶颈。     

“色即是空”的物理学解析

我们人类能够感知到的这个宇宙是有限的,这一点在科学界已经无可置疑,因为宇宙在时间上是有限的,形成已有大约150亿年的时间,那么它在空间上也必然是有限的.2008年2月哈勃望远镜拍摄到距地球130亿光年的最远星系,科学家称这些星系已经很接近宇宙的边缘,宇宙的边缘距离地球约为150亿光年(150亿光年的距离和150亿年的形成时间似乎是一个巧合).     

基于最近邻方法的类星体与正常星系光谱分类

随着高质最CCD传感器技术的日渐成熟与广泛应用,以及许多大型巡天计划的相继实施,天体数据量极大,因此天体观测数据的自动识别、分析问题首当其冲.文章在原始测量空间使用最近邻方法(NN)研究了正常星系与类星体光谱的识别问题.正常星系和类星体属于河外天体,一般距离地球较远,其观测光谱会受到许多干扰,所以这两类天体光谱的分类在...     

南非开始建造大型望远镜

 ２０００年９月初,位于南非开普敦东北约４００千米萨瑟兰镇的南非大型望远镜（ＳＡＬＴ）开始建造。ＳＡＬＴ是南半球最大的望远镜,定于２００４年底完工,其设计与美国德州戴维斯堡霍比－埃伯利望远镜相似。ＳＡＬＴ可观测南半球近７０％的天空,能从南半球对诸如银河系的中心及其相邻的两个星系和麦哲伦星云等许多重要天体进行观测。ＳＡＬＴ的建造与头十年的运行经费约为３０００万美元,其中的３８％来自南非政府,其余部分来自国外。     

大爆炸后10亿年新生的巨大星系

现代天文学的发展有赖于观测技术的进步,新仪器或新方法的使用有可能帮助我们从一个全新的角度来观察宇宙.上世纪90年代末,亚毫米波通用测辐射计阵列(submillimetre common-user bolometer array,SCUBA)被组装到夏威夷-莫纳克亚山上的James Clerk Maxwell天文望远镜上.这项新技术的应用,帮助科学家发现了一类奇妙的星系---亚毫米波星系(submillimetre galaxies,SMGs).SMGs发射高强度的亚毫米波,     

发现最早形成的星系

<正>大爆炸后的37万年,宇宙随着膨胀而冷却,温度降至3000 K,从以辐射为主转而进入以物质为主的时代。自由电子被质子俘获,形成中性氢原子,于是空间对黑体电磁辐射变得透明。此后的宇宙,其外形就像是一个被逐步吹大的气球,不过没有外皮,但全部物质以及残余的辐射都被限制在一个有限的范围内。再往后,直到今天宇宙138亿岁,所有后来形成的     

星系哈勃红移的非多普勒效应解释

分析了多普勒效应在解释星系哈勃红移现象时,星系际光传播过程存在的能量不守恒和宇宙膨胀时空不平权两大问题;提出了＂时空物质属性＂的3个基本假设;最后阐述了星系哈勃红移的非多普勒效应解释。     

HADAR实验对活动星系核伽马射线辐射观测的预期研究

HADAR (High Altitude Detection of Astronomical Radiation)是一个基于大气切伦科夫成像技术的地面望远镜阵列,其采用大口径折射式水透镜系统来收集大气切伦科夫光,以实现对10 GeV—10 TeV能量段的伽马射线和宇宙线的探测.HADAR具有低阈能和大视场的优势,因此可以对天区进行连续扫描和观测,在观测活动星系核(Active Galactic Nuclei,AGN)等银河系外伽马射线源方面具有明显优势.本文研究了HADAR实验对AGN的探测能力.基于费米望远镜(Fermi Large Area Telescope,Fermi-LAT)的AGN源能谱信息,将观测能量外推至甚高能能段,同时加入河外背景光的吸收效应,以计算HADAR对AGN源观测的统计显著性.研究结果显示,HADAR运行一年时间,预计将有31个Fermi-LAT AGN源以高于5倍显著性被观测到,其中大部分为蝎虎状天体类型.     

迅速发展的红外天文学

 1609年意大利天文学家伽利略发明了第一架天文望远镜,300多年来,人们一直用光学望远镜在可见光波段观测天体,认识宇宙,本世纪30年代,美国无线电工程师K.央斯基偶然发现了来自银河中心的宇宙射电波,开辟了大气的另一扇“窗口”,即射电窗口,迅速发展的射电天文学与光学天文学交相辉映,使古老的天文学大放异彩。60年代,天文学家又打开了可见光与无线电波之间的波长在0.7-1000微米的红外窗口,进一步拓宽了天文学的观测领域,推动了天文学的更快发展。     

1839年1月2日：第一个月球的达盖尔银版摄影

无论从地面的望远镜,或像哈勃太空望远镜等仪器拍摄出高分辨率的星球彩色照片,是现今天文学研究的主要方法,但以前并非都是如此。在发明摄影术之前,天文学家必须将他们在望远镜中之所见手绘出来,时常会遗漏重要的细节;天文学家再将原先的初图重画复制,错误也不知不觉地存在画中。一直到达盖尔发明银版照相法后,天文学家才找到了更好的方法。     

LAMOST星系光谱的红移自动测量

自动测量LAMOST望远镜所产生的大量星系光谱红移,是LAMOST望远镜数据处理的关键。PCAZ的红移自动测量方法,只适用于红移值较小(一般情况不超过z＜0.2)的情况,其原因是受到所应用构建正交模板的光谱模板范围的限制。文章突破了这一限制,针对LAMOST将产生的光谱的特点,作者改进了这套方法。应用该方法到具体的观测数据中,得到了准确率超过90%的红移值。该方法的红移测量极限依赖于模板的波长范围和待测光谱蓝端的信噪比,按照LAMOST的初步设计,对z＜0.8红移,可进行准确测量。经过测量, 得出结论：(1)该方法适用于LAMOST的星系红移测量;(2)为实现巡天红移的测量,需要构造完备的不同星系的光谱模版(UV-IR);(3)蓝端信噪比大小影响对大红移的测量。     

天文学家发现最大质量恒星

由英国谢菲尔德大学的天体物理学家克劳瑟（Paul Crowther）率领的研究小组,梳理了哈勃空间望远镜在这个10年早些时候获得的观测数据,并将克劳瑟与智利欧洲南方天文台的甚大望远镜（VLT）获取的新图像进行了结合。通过VLT所具有的极强的分辨能力,研究人员在NGC3603恒星簇（距离地球2．2万光年）中挑出了3颗超巨星;     

基于特征自适应选择的金字塔均值漂移跟踪方法

针对均值漂移跟踪算法框架不足以对目标帧间运动过大及快速尺度变化进行有效地处理,且单个图像特征对环境适应性较差.提出了一种特征自适应选择方法,通过分析目标与背景的特征区分度来选择出最有效的特征.将金字塔自适应分解和均值漂移跟踪结合,提出了金字塔均值漂移跟踪方法.采用背景加权直方图描述目标模板模型,核函数加权直方图描述候选...     

散焦光栅测量光束漂移的光路设计仿真

传统的光束漂移量测量系统利用近、远场测量设备分别测量光束的平漂量和角漂量,结构复杂、实时性低。散焦光栅焦平面处正、负一级衍射斑的位置变化可同时反映光束的平漂量和角漂量,为验证该理论、搭建简化的测量系统需要对光路设计进行仿真。基于散焦光栅的成像机理,利用Matlab软件构建了光束通过散焦光栅的成像模型,仿真结果与理论分析一致;最后对光栅和透镜等不同光路设计参数与最大漂移量测量幅值的关系进行了模拟。结果表明,在成像单元约1 cm2、短焦透镜焦距约12 cm的条件下,为实现漂移量测量精度和可测幅度的最大化,散焦光栅需要离轴15 mm,散焦光栅与短焦透镜的焦距比为6。