星际磁场的演化

一、宇宙中的磁场与星际磁场 几千年前,我们的祖先就认识到了地磁场的存在,并且发明了指南针.随着磁场测量的原理和手段的不断进展,人们对于宇宙中磁场的认识越来越深了.现在知道,宇宙中几乎到处都存在着磁场.一些高能天体中的磁场强度,比实验室里可能得到的最强的场还要强百万倍;而另一方面,又可以在极大的尺度上充满着较弱的磁场.因此,研究宇宙中磁场的演化,研究磁场与其他物质的相互作用的规律,就必然是天体物理学的一个重要课题.这些研究也必然会促进我们地面的科学试验.某些天体物理问题的研究对等离子体物理学和磁流体力学的理论和应…     

银河系的形成和演化

银河系是宇宙中数以百亿计星系中的一员.自威廉.赫歇尔以来,人们对银河系结构和运动状态的认识已有200多年历史,而有关银河系起源和演化的探索则只是在最近半个多世纪内才成为天文学的研究热点.文章在简述银河系认识史的基础上,对有关银河系形成和演化这一重要天体物理问题做了概要的评述,其中包括银河系厚盘的发现及其可能的形成机制.     

星系的大尺度流动

研究宇宙中物质的分布和运动,历来是天文学的一个重要目标. 从本世纪二十年代开始,人们对宇宙的观察突破了空间尺度约为十万光年的银河系的界限,认识到十亿个以上类似于银河系的星系是构成宇宙的基本成员.这些星系的分布在较近的距离上虽然不大均匀,显示出成群成团的迹象,但从更大的尺度看来,却大致可以认为是均匀各向同性的. 几乎在同一时期由爱因斯坦创立的广义相对论,为从整体上研究这一体系的运动性质奠定了理论基础.1922年,俄国数学家A.Fried-mann证明,如果承认宇宙中物质分布均匀各向同性,则广义相对论场方程容许存在宇宙的膨胀解.19…     

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     

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。     

利用脉冲星测到引力波了?

想象一下,能将引力波探测器延伸至银河系的边缘吗?北美纳赫兹引力波天文台(NANOGrav)正是这样的组织,通过监测河内若干脉冲星的脉冲到达时间来测量距离的改变.2020 年 NANOGrav 宣称发现脉冲到达时间出现涨落,可能是纳赫兹引力波的证据.黑洞合并可产生这种引力波,但不排除其他波源,包括宇宙弦、宇宙早期黑洞形成...     

“宇宙与生命”讲座之四——宇宙之大

我们的万物图中,标定了宇宙有大小,为137亿光年,于是一切事物都划定在一个有限的区域内了。这个数字是什么意义？怎么来的？很有必要解释一下,这是我们宇宙观的基石。137亿光年,其实只是我们今天的宇宙的“哈勃半径”,与宇宙的膨胀率有关。宇宙的尺度是随宇宙年龄的增加而膨胀的。人类的科学史观中,没有什么概念比宇宙膨胀更为重要的了,它比“一切由原子构成”的原始观念更为影响深远和更让人始料不及。我们人类居住在地球上,地球只是太阳系的八大行星之一。而像太阳这样或大或小的恒星,在银河系中有千亿个,     

哈勃（Hubble，Edwin Powell，1889-1953）美国天文学家（Astronomer，America）

哈勃在芝加哥大学学习时，受天文学家海尔启发开始对天文学发生兴趣。在获得天文学哲学博士学位后，便专心研究河外星系并作出新发现。他在1922—1924年期间发现，星云并非都在银河系中。造父变星和它们所在的星云距离我们远达几十万光年。这项发现使天文学家不得不改变对宇宙的看法。1925年，又作出第二项重大发现：星系看起来都在远离我们而去，而且距离越远，远离速度越高。     

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…     

活动星系核与高能宇宙线

<正>宇宙线发现100年来,人们对其成分、产生和加速机制、及其传播效应进行了广泛的研究,并获得了丰富的天体物理信息,但其起源至今仍然不清楚。一般认为相对低能的宇宙线起源于银河系内,极高能宇宙线起源于河外,而作为宇宙中最明亮的河外天体,活动星系核很可能是河外宇宙线源。随着多信使观测时代的到来,我们拥有了前所未有的     

宇宙背景辐射告诉我们什么

本文讨论宇宙背景辐射的发现和实测研究在热大爆炸宇宙理论的确立中的重要作用．它包括四个要点：一、证实了早期宇宙确曾热至４０００Ｋ以上，二、证实了宇宙物质分布确曾是高度均匀的，三、证实了银河系与其他屎系一样，在宇宙空间有自身的运动，四、证实了早期宇宙中确有结构形成的种子存在。     

彭罗斯对广义相对论和黑洞理论的贡献

这篇文章列出了2020年诺贝尔物理学奖获得者彭罗斯对广义相对论和黑洞理论做出的重要贡献.它包括著名的奇点定理、彭罗斯图、彭罗斯过程和宇宙监督假设等.介绍了彭罗斯和霍金之间的友谊和合作.也简要介绍了另两位2020年诺贝尔物理学奖获得者根泽尔和盖兹对存在于银河系中心的超大质量致密天体的发现.     

走近天文之五 从银河到银河系、从星云到星系

正1导语如果说宇宙像一个无边无际的大海,那么星系就像大海中的一座座小岛。宇宙中有几千亿个星系,而我们的银河系是其中普普通通的一员。身在庐山中,难识真面目。那身在银河系中的我们,是如何分析出我们所处银河系的样子呢?我们对银河系之外的河外星系又有怎样的认知历程呢?接下来,请随笔者一起简要回溯我们对星系的认识历程,从银河到银河系,从银河系到河外星系。     

银河

 银河,它自古至今照耀在人类的夜空中亘古不变,常常成为文人骚客赞美自然之壮美和恢弘的载体。在人类文明史的绝大多数时间里,银河几乎就是我们所知道的全部宇宙!这一切的改变是从1920年那一场著名的大辩论开始的。4月26日,美国华盛顿的史密松自然历史博物馆,沙普利（Harlow Shapley）和柯蒂斯（Heber Curtis）展开了一场世纪大辩论。两位天文学家引经据典,沙普利试图证明银河系就是宇宙的全部,而柯蒂斯则阐述岛宇宙的观点认为银河系仅仅是宇宙中的一座孤岛。大辩论没有形成最后的结论,一锤定音则是在4年之后,哈勃（Edwin Hubble）用干净利落的观测事实证明了仙女座大星云的距离远远大于银河系的尺寸。从此,银河回归了其本来面目——茫茫宇宙中一块小小的星系。     

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     

关于太阳场中存在着新以太场介质的天体运动方程

一、有介质阻尼作用的天体运动方程 在天体力学中，曲线运动的加速度为式中 ｒ０和 Ｐ０分别为径向和横向单位矢量．在平面极坐标系中，如果不考虑天体在运动中所受到的介质阻尼作用，有天体的运动方程 解方程组（Ⅰ），可求出天体的运动方程及万有引力 实际上在太阳系、银河系和河外星系内都存在着一个随引力场中心一起运动的新以太场介质．美国人Ｒ．Ａ．Ｍｕｌｌｅｒ对２．７Ｋ各向异性的宇宙背景微波辐射所作出的新以太介质的存在及其漂移的解释，由新以太漂移理论所计算出的地球绕太阳运动速度３０千米／秒、太阳绕银河中心运动速度大…     

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     

银河系宇宙线的超新星遗迹起源学说

 20世纪初，随着人们对空气电离度测量精度的不断提高，大气电离现象被普遍观测到并被归因于放射性元素衰变产生的高能辐射。1911~1913年奥地利物理学家维克托·赫斯（Victor Franz Hess）通过一系列高空气球实验发现了来自外太空的可以导致空气电离的辐射--宇宙线^①，他也因此获得了来自于河外高能天体源。能量低于109eV （1GeV）的宇宙线由于受太阳风的影响，很难到达地球附近。由太阳活动产生的高能粒子的能量通常也低于1 GeV⑦，因此在地球附近观测到的能量低于1 GeV的高能粒子主要产生于太阳系。虽然银河系中很多高能天体都可以产生宇宙线，但是超新星遗迹被普遍认为是最主要的银河系宇宙线源。这就是所谓的银河系宇宙线的超新星遗迹起源学说。1936年的诺贝尔物理学奖（图1（a））。20世纪30年代，人们通过对来自地球东西方向宇宙线流量不对称性的分析，逐渐认识到它们主要是由带正电的高能粒子组成，受地球磁场影响，来自西方的宇宙线流量更高。后来的一系列研究表明，99%的宇宙线是原子核，其中约10%为α粒子即氦核，更重的原子核占1%左右。考虑到宇宙线的高流量，1934年巴德（W.Baade）和兹维基（F.Zwicky）指出，它们可能来自于超新星爆发^②。由于宇宙线粒子带电，在星际介质中传播时将受到星际磁场的影响，因此地球附近观测到的宇宙线空间分布几乎是各向同性的，这也导致我们无法通过对宇宙线的成像观测来确定宇宙线源。但是宇宙线可以和背景等离子体相互作用产生从射电到伽马射线的电磁辐射，随着射电天文、X射线天文、伽马射线天文的发展，人们不仅发现了超新星爆发产生宇宙线的观测证据，还发现了其他一些可以产生宇宙线的高能天体^③~⑥。     

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     

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.