基础天文学

课程编码：B0311001Y 英文名称：Introduction to Astronomy 课时：72 学分：4.00 课程属性：专业必修课 主讲教师：李然等

介绍天文学中不同层次的天体的观测特征，强调对天文现象的物理解释，与之相连的天体物理概念，和对宇宙的理解角度。该课程是天文学专业的必修课，也可作为具有高数及普通物理基础的其他专业同学的选修课。

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课程中文名称：基础天文学
课程英文名称： Introduction to Astronomy

内容提要：（章节、知识点介绍）
1. 天球坐标系 标识浩瀚星空（苏2、3章）
a) 天球与地球、坐标系、周日视运动、周年视运动、地球自转变化
b) 月亮和行星上的星空
c) 时间与天文学、恒星时和太阳时、天文时间到原子时
d) 时区与世界时、历书时、历法
2. 天文学的成长 从几何到物理
a) 古代天文学遗址、行星运动、托勒密地心说、哥白尼革命
b) 伽利略的天文观测、证伪地心说、地球绕太阳的运动
c) 第谷的行星观测与开普勒三定律、太阳系尺度确定
d) 牛顿万有引力理论提出、持续验证与最终确立
3. 来自宇宙的信息（3、4章）
a) 电磁波与观测窗口、温度与黑体谱、速度与多普勒效应
b) 原子、分子和辐射、谱线形成、谱线分析
c) 其他信息：陨石、宇宙线、中微子、引力波
4. 现代化的观测手段（5章+）
a) 光学望远镜发展、图像与探测器、集光能力、高分辨率
b) 射电望远镜、干涉技术
c) 空间天文学、全谱覆盖
5. 太阳系 形成模型与比较行星学（6章）
a) 太阳系尺度、组成、类地行星与类木行星、
b) 行星际物质、太阳风粒子、边界
c) 太阳系形成理论、类木行星、行星碎片
6. 地球和月亮（7、8章）
a) 地球内部、磁层、地质活动、大气
b) 温室效应和全球变暖、地质记录
c) 月球结构、月面环形山和表面成分、冰（月面光谱实践课）
d) 地月系统的形成：观测、理论与检验
7. 类地行星：水星、金星和火星（8-10章）
a) 水星性质、对水星的探测
b) 金星大气、不可逆温室效应
c) 火星四季、风暴、水、微生物？
d) 什么决定了类地行星的演化史
8. 类木行星：木星、土星、天王星和海王星（11-13章）
a) 木星结构、磁场、大气与云层、尘埃光环、卫星的冰地质学
b) 土星结构、大气、冰粒光环、卫星大气
c) 天王星、海王星的大气、内部结构与磁层、光环、卫星系统
9. 太阳系的碎片 我们起源的关键（14章）
a) 小行星带、近地小行星
b) 彗星观测、结构、水
c) 库柏带与奥尔特星云
d) 流星、陨石、来自火星
e) 太阳系回顾
10. 系外行星的探测（15章+李8.7章）
a) 不同方法的困难、选择效应
b) 开普勒卫星的巨大成功
c) 系外行星的统计
11. 系外行星的性质与地外生命
a) 生命特征、起源、地外生命、建立联系？
b) 科学方法、寻找类地宜居行星（水、紫外辐射）
c) 系外行星大气研究方法与进展
12. 太阳母亲 能源的提供者 （16章）
a) 太阳能源、内部结构、对流层与米粒组织
b) 历史观测、活动性、磁场、磁流发电机
c) 日震、中微子探测内部结构
13. 各种各样的恒星 （17章）
a) 附近的恒星、光度与视亮度
b) 恒星分类与温度、大小、质量等基本量测量
c) 巨星、矮星、赫罗图
14. 星际介质 （18章+李7章）
a) 认识星际：从真空到弥漫着气体和尘埃
b) 发射星云和暗尘埃云的原理
c) 不同组分及探测：中性氢、21厘米线、分子
d) 不同形态共存、加热与冷却
15. 恒星形成（19章+）
a) 恒星形成区、分子云不同形态、探测
b) 星云塌缩与金斯判据、旋转、磁场影响
c) 原恒星演化、早期恒星、盘、外流、观测证据
16. 恒星结构 引力与辐射
a) 如何得到稳定的恒星
b) 能量如何向外转移
c) 恒星大气、检验元素合成
17. 恒星演化 （20章+）
a) 太阳、低质量、大质量恒星的演化路径
b) 星团、双星中的恒星演化
c) 等龄线、测龄、测距
18. 恒星生命的终点（21章）
a) 小质量恒星的死亡之旅：行星状星云、白矮星
b) 大质量恒星的壮丽结局：核塌缩超新星
c) 超新星分类、碳爆发超新星、Ia超新星测距
d) 爆发式元素合成
19. 致密天体 奇特的物质状态（22章+）
a) 新星、白矮星、简并物质状态方程与结构
b) 脉冲星、中子星、引力红移、中子双星、引力波辐射
c) X射线双星、黑洞、质量分布
d) 黑洞附近的空间旅行
20. 银河系 （23章）
a) 银河系测绘、结构、旋臂、密度波
b) 旋转曲线、暗物质、恒星级暗物质
c) 银河系中心黑洞
21. 星系动物园 （24章）
a) 星系形态的哈勃分类、空间分布、哈勃定律
b) 活动星系核与类星体、中央引擎、统一模型
c) 红移巡天、类星体吸收线、大尺度宇宙
d) 引力透镜、暗物质地图
22. 星系团与暗物质 （25章）
a) 星系团的质量、可见质量、气体、暗物质
b) 星系碰撞、星爆星系
c) 星系形成、并合、产生哈勃序列
d) 星系与黑洞共同演化
23. 宇宙的膨胀与命运 （26章）
a) 宇宙学原理、宇宙膨胀的证据：哈勃退行、微波背景辐射
b) 广义相对论、空间几何、宇宙的结局
c) 宇宙密度、加速膨胀、暗能量
d) 宇宙的组成、年龄
24. 早期宇宙 回到时间的起源 （26.7、27章）
a) 最初三分钟：基本力、基本粒子、原子核、原子、冻结
b) 暴涨宇宙、可能检验
c) 结构形成、微波背景检验、重子声波振荡
25. 总结与展望 我们的征程是星辰大海
a) 宇宙层次、两暗一黑三起源
b) 国际在建、规划、展望的重大天文装备
c) 中国天文学的现状和远景


习题课要求：
两次习题课、两次由每个学生做课程论文的口头报告

教材：
Astronomy Today，by Eric Chaisson & Steve Mc Millian

主要参考书：
《今日天文学》, 高健、詹想译
《天体物理学》，李宗伟、肖兴华编著（7-8章）高等教育出版社
《天文学新概论》，苏宜编著（2-3章） 华中科技大学出版社

李然，博士，中国科学院国家天文台星云计划研究员，分别于2006， 2011年在北京大学天文系获得学士学位和博士学位。其后到中国科学院国家天文台工作，期间获得英国皇家学会牛顿基金资助多次访问英国杜伦大学计算宇宙学中心。2014年入选中国科学院青年创新促进会。至今已经在国际期刊发表学术论文三十余篇，研究方向为引力透镜和星系宇宙学，目前致力于通过引力透镜和动力学方法建立宇宙中的物质地图，并搜寻宇宙中的极小尺度暗物质结构。